Введение

Извлеченная горючая фракция коммунальных и других твердых отходов

Топливо, полученное из отходов (RDF) – это топливо, производимое из различных видов отходов, таких как коммунальные твердые отходы (MSW), промышленные отходы или коммерческие отходы. Всемирный совет по устойчивому развитию дает следующее определение:

"Отобранные отходы и побочные продукты с восстанавливаемой теплотворной способностью могут использоваться в качестве топлива в цементной печи, заменяя часть традиционных ископаемых видов топлива, таких как уголь, при условии соответствия строгим спецификациям. Иногда они могут быть использованы только после предварительной обработки для получения "специально разработанного" топлива для цементного процесса". RDF состоит в основном из горючих компонентов таких отходов, как неперерабатываемые пластмассы (за исключением ПВХ), бумага, картон, этикетки и другие гофрированные материалы. Эти фракции разделяются различными этапами обработки, такими как просеивание, воздушная классификация, баллистическое разделение, разделение черных и цветных металлов, стекла, камней и других посторонних материалов, а также измельчение до однородного размера зерна или гранулирование для получения однородного материала, который может использоваться в качестве замены ископаемого топлива, например, на цементных заводах, заводах по производству извести, угольных электростанциях или в качестве восстановителя в сталеплавильных печах. При наличии документации, соответствующей стандарту CEN/TC 343, оно может быть обозначено как твердое вторичное топливо (SRF). Другие описывают его свойства как: вторичное топливо, замещающее топливо, "AF" как аббревиатура для альтернативных видов топлива. В конечном счете, большинство этих обозначений являются лишь общими перефразировками альтернативных видов топлива, полученных из отходов или биомассы. Не существует универсальной точной классификации или спецификации для таких материалов. Даже законодательные органы еще не установили четких руководящих принципов относительно типа и состава альтернативных видов топлива. Первые подходы к классификации или спецификации можно найти в Германии (Bundesgütegemeinschaft für Sekundärbrennstoffe), а также на европейском уровне (European Recovered Fuel Organisation). Эти подходы, инициируемые в основном производителями альтернативных видов топлива, соответствуют правильному направлению: только четко определенная стандартизация состава таких материалов может обеспечить единообразие производства и использования во всем мире. Первые подходы к классификации альтернативного топлива:

Твердое вторичное топливо является частью RDF, поскольку оно производится для соответствия стандарту, такому как CEN/343 ANAS. В настоящее время доступен всесторонний обзор производства SRF/RDF, стандартов качества и тепловой утилизации, включая статистику качества европейского SRF.

История

В 1950-х годах шины впервые стали использоваться в качестве топлива, полученного из отходов, в цементной промышленности. Затем, в середине 1980-х годов, последовало постоянное использование различных видов альтернативного топлива, полученного из отходов, с "Brennstoff aus Müll" (BRAM) – «топливо из отходов» – в цементной промышленности Вестфалии (Германия). В то время приоритетом было снижение затрат за счет замены ископаемого топлива, поскольку на отрасль оказывалось значительное конкурентное давление. С 1980-х годов Ассоциация немецких цементных заводов (Verein Deutscher Zementwerke e. V. (VDZ, Düsseldorf)) ведет учет использования альтернативных видов топлива в цементной промышленности Германии. В 1987 году доля ископаемого топлива, замененного топливом, полученным из отходов, составляла менее 5%, а в 2015 году она увеличилась почти до 62%. Топливо, полученное из отходов, используется в широком спектре специализированных мусоросжигательных заводов, которые перерабатывают отходы топлива с более низкой теплотворной способностью 8–14 МДж/кг и размером фракции до 500 мм для производства электроэнергии и тепловой энергии (тепла/пара) для систем централизованного теплоснабжения или промышленных нужд.

Конечные рынки

РДФ может использоваться различными способами для производства электроэнергии или в качестве замены ископаемого топлива. Его можно использовать совместно с традиционными видами топлива на угольных электростанциях. В Европе РДФ применяется в цементной промышленности, где действуют строгие стандарты контроля загрязнения воздуха, установленные Директивой об сжигании отходов. Основным ограничивающим фактором для использования РДФ/СРФ в цементных печах является общее содержание хлора (Cl), при этом среднее содержание Cl в коммерчески производимом СРФ составляет 0,76 мас.% на сухой основе (± 0,14% мас./мас., с доверительной вероятностью 95%). РДФ также может подаваться в модули плазменной газификации и установки пиролиза. Если РДФ способен к чистому сжиганию или соответствует требованиям Киотского протокола, он может служить источником финансирования за счет продажи неиспользованных углеродных квот на открытом рынке через углеродную биржу. Однако использование муниципальных контрактов на отходы и финансовая состоятельность этих решений – относительно новая концепция, поэтому финансовые преимущества РДФ могут быть спорными. Европейский рынок производства РДФ быстро рос благодаря Европейской директиве о захоронении отходов и введению налогов на полигоны. Ожидается, что экспорт топлива, полученного из отходов (RDF), из Великобритании в Европу и другие страны достигнет 3,3 миллиона тонн в 2015 году, что на почти 500 000 тонн больше, чем в предыдущем году.

Измерение свойств РДФ и РДФ: биогенное содержание

Фракция биомассы в RDF и SRF имеет денежную стоимость в рамках нескольких протоколов по выбросам парниковых газов, таких как схема торговли выбросами Европейского Союза и программа сертификатов обязательств по возобновляемым источникам энергии в Соединенном Королевстве. Биомасса считается углеродно-нейтральной, поскольку углерод, высвобождаемый при сжигании биомассы, рециркулируется в растениях. Фракция биомассы, содержащаяся в RDF/SRF, используется операторами стационарных установок для сжигания с целью снижения их общих заявленных выбросов. Европейская рабочая группа CEN 343 разработала несколько методов определения фракции биомассы в RDF/SRF. Первыми разработанными методами (CEN/TS 15440) были метод ручной сортировки и метод селективного растворения; имеется сравнительная оценка этих двух методов. Был разработан альтернативный, но более дорогостоящий метод, основанный на принципах радиоуглеродного датирования. В 2007 году был опубликован технический обзор (CEN/TR 15591:2007), описывающий метод с использованием углерода-14, а в 2008 году был опубликован технический стандарт метода углеродного датирования (CEN/TS 15747:2008). В Соединенных Штатах уже существует эквивалентный метод с использованием углерода-14, соответствующий стандартному методу ASTM D6866. Хотя радиоуглеродное датирование позволяет определить фракцию биомассы в RDF/SRF, оно не может напрямую определить теплотворную способность биомассы. Определение теплотворной способности важно для программ выдачи зеленых сертификатов, таких как программа сертификатов обязательств по возобновляемым источникам энергии. Эти программы выдают сертификаты на основе энергии, произведенной из биомассы. Было опубликовано несколько исследовательских работ, в том числе по заказу Ассоциации возобновляемой энергии Великобритании, которые демонстрируют, как результаты радиоуглеродного датирования могут быть использованы для расчета теплотворной способности биомассы.

Обеспечение качества свойств РПП и РПП: репрезентативный лабораторный подвыбор

Существуют серьезные проблемы, связанные с обеспечением качества и, особенно, с точным определением тепловых характеристик восстановления (сгорания) RDF/SRF, обусловленные их изначально переменным (гетерогенным) составом. Недавние достижения позволяют разработать оптимальные схемы отбора подвыборок из образца SRF/RDF весом, например, 1 кг, для получения граммовых или миллиграммовых порций, пригодных для анализа в таких приборах, как бомбовая калориметрия или TGA. Применение таких решений позволяет обеспечить репрезентативность подвыборки, однако в меньшей степени это относится к содержанию хлора. Новые данные указывают на то, что теория выборки (ToS) может переоценивать объем работ, необходимых для получения репрезентативной подвыборки.

Кампания

В 2009 году в ответ на проблему утилизации отходов в Неаполе, регионе Кампания, Италия, был завершен строительство мусоросжигательного завода в Ачерре стоимостью свыше 350 миллионов евро. Завод сжигает 600 000 тонн отходов в год. Производимой на заводе энергии достаточно для обеспечения электроэнергией 200 000 домохозяйств в год.

Айова

Первым полномасштабным заводом по переработке отходов в энергию в США стала установка по утилизации ресурсов имени Арнольда О. Чантленда, построенная в 1975 году в Эймсе, штат Айова. Этот завод также производит RDF, который поставляется на местную электростанцию в качестве дополнительного топлива.

Манчестер

Город Манчестер, расположенный на северо-западе Англии, находится в процессе заключения контракта на использование RDF, который будет производиться на планируемых заводах по механико-биологической обработке отходов в рамках масштабного контракта PFI. Управление по утилизации отходов Большого Манчестера недавно сообщило о значительном интересе рынка к предварительным предложениям по использованию RDF, прогнозируемый объем производства которого может достигать 900 000 тонн в год.

Болнес

Весной 2008 года Bollnäs Ovanåkers Renhållnings AB (BORAB) в Швеции запустила новый завод по переработке отходов в энергию. Твердые бытовые отходы, а также промышленные отходы перерабатываются в топливо, полученное из отходов (RDF). 70 000 – 80 000 тонн RDF, производимых ежегодно, используются для работы расположенного поблизости завода BFB, который обеспечивает жителей Болльнеса электроэнергией и центральным отоплением.

Израиль

В конце марта 2017 года Израиль запустил собственный завод по производству RDF на территории парка переработки Хирия, который ежедневно будет принимать около 1500 тонн бытовых отходов, что в сумме составит около полумиллиона тонн отходов в год, при предполагаемом объеме производства 500 тонн RDF ежедневно. Завод является частью "целенаправленных усилий Израиля по совершенствованию и развитию системы управления отходами в Израиле".

Объединенные Арабские Эмираты

В октябре 2018 года Министерство изменения климата и окружающей среды ОАЭ подписало концессионное соглашение с Emirates RDF (BESIX, Tech Group Eco Single Owner, Griffin Refineries) о разработке и эксплуатации завода по производству RDF в эмирате Умм-Аль-Кувейн. Завод будет принимать 1000 тонн бытовых отходов в сутки и перерабатывать отходы 550 000 жителей эмиратов Аджман и Умм-Аль-Кувейн в RDF. RDF будет использоваться на цементных заводах для частичной замены традиционного использования газа или угля.