Введение

Процесс получения энергии из отходов, образующихся при первичном обращении с ними, или энергии, теряемой машинами.

Переработка отходов в энергию (WtE) или получение энергии из отходов (EfW) – это процесс выработки энергии в виде электричества и/или тепла из первичной обработки отходов или переработки отходов в источник топлива. WtE является формой рекуперации энергии. Большинство процессов WtE генерируют электричество и/или тепло непосредственно посредством сжигания или производят горючее топливо, такое как метан, метанол, этанол или синтетическое топливо, часто получаемое из синтез-газа. Первый мусоросжигательный завод в США был построен в 1885 году на острове Губернаторов в Нью-Йорке, штат Нью-Йорк. Первый мусоросжигательный завод в Дании был построен в 1903 году в Фредериксберге. Первый завод в Чехии был построен в 1905 году в Брно. Процессы газификации и пиролиза известны и используются на протяжении веков, а для угля – уже в XVIII веке. Разработка технологий переработки [остаточных смешанных твердых отходов] стала объектом пристального внимания лишь в последние годы, что обусловлено поиском более эффективных способов рекуперации энергии. (2004)

Сжигание

Сжигание, процесс сжигания органических материалов, таких как отходы, с одновременным извлечением энергии, является наиболее распространенным способом реализации технологий WtE. Все новые установки WtE в странах ОЭСР, осуществляющие сжигание отходов (остаточного МСУ, коммерческих, промышленных или РДФ), должны соответствовать строгим стандартам выбросов, включая ограничения по оксидам азота (NOx), диоксиду серы (SO2), тяжелым металлам и диоксинам. Поэтому современные мусоросжигательные заводы значительно отличаются от устаревших, некоторые из которых не обеспечивали ни извлечение энергии, ни материалов. Современные мусоросжигатели уменьшают объем исходных отходов на 95–96 процентов, в зависимости от состава и степени извлечения материалов, таких как металлы из золы для переработки. Другие проблемы связаны с надлежащим обращением с остатками: токсичным уносом, который необходимо утилизировать на установках по переработке опасных отходов, а также с донным пеплом (IBA), который необходимо правильно повторно использовать. Критики утверждают, что мусоросжигательные заводы уничтожают ценные ресурсы и могут снижать стимулы для переработки. Электрическая эффективность мусоросжигателей составляет 14–28%. По данным газеты The New York Times, современные мусоросжигательные заводы настолько чисты, что "в настоящее время из домашних каминов и барбекю выделяется во много раз больше диоксинов, чем при сжигании отходов". Согласно данным Министерства охраны окружающей среды Германии, "благодаря строгим нормам, мусоросжигательные заводы больше не оказывают существенного влияния на выбросы диоксинов, пыли и тяжелых металлов". По сравнению с другими технологиями преобразования отходов в энергию, сжигание представляется наиболее привлекательным благодаря более высокой эффективности производства электроэнергии, более низким инвестиционным затратам и более низким показателям выбросов. Кроме того, сжигание обеспечивает наибольший объем производства электроэнергии и обладает наибольшей способностью сократить объемы отходов, направляемых на полигоны, посредством прямого сжигания.

Топливо из пластмасс

Один из процессов, используемых для переработки пластика в топливо, – это пиролиз, термическое разложение материалов при высоких температурах в инертной атмосфере. Он включает в себя изменение химического состава и в основном применяется для переработки органических материалов. В крупномасштабном производстве пластиковые отходы измельчаются, расплавляются, а затем подвергаются пиролизу. Каталитические нейтрализаторы способствуют этому процессу. Образующиеся пары конденсируются с маслом или топливом, накапливаются в отстойниках и фильтруются. Топливо получается после гомогенизации и может использоваться для автомобилей и механизмов. Его обычно называют термотопливом или энергией, полученной из пластика. Новый процесс использует двухкомпонентный катализатор, состоящий из кобальта и цеолита, для переработки пластика в пропан. Он эффективен для полиэтилена и полипропилена, а выход пропана составляет около 80%.

Определение фракции биомассы

В значительной степени ТКО имеет биологическое происхождение (биогенное), например, бумага, картон, древесина, ткань, пищевые отходы. Обычно половина энергетической ценности ТКО приходится на биогенные материалы. Следовательно, эта энергия часто признается возобновляемой энергией в зависимости от объема поступивших отходов. Европейская рабочая группа CEN 343 разработала несколько методов определения фракции биомассы в отходах, используемых в качестве топлива, таких как топливо, полученное из отходов/восстановленное твердое топливо. Первыми разработанными методами (CEN/TS 15440) были метод ручной сортировки и метод селективного растворения. В 2010 году было опубликовано подробное систематическое сравнение этих двух методов. Поскольку каждый метод имел ограничения в точном определении фракции биомассы, были разработаны два альтернативных метода. Первый метод основан на принципах радиоуглеродного датирования. В 2007 году был опубликован технический обзор (CEN/TR 15591:2007), описывающий метод с использованием углерода-14. 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. Второй метод (так называемый балансовый метод) использует существующие данные о составе материалов и условиях эксплуатации мусоросжигательного завода и рассчитывает наиболее вероятный результат на основе математической статистической модели. В настоящее время балансовый метод используется на трех австрийских и восьми датских мусоросжигательных заводах. Сравнение обоих методов, проведенное на трех полномасштабных мусоросжигательных заводах в Швейцарии, показало, что оба метода дали одинаковые результаты. Радиоуглеродное датирование позволяет точно определить фракцию биомассы в отходах, а также теплотворную способность биомассы. Определение теплотворной способности важно для программ выдачи "зеленых" сертификатов, таких как программа сертификатов об обязательствах по использованию возобновляемых источников энергии в Соединенном Королевстве. 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 анализа углеродом-14 могут быть использованы для расчета теплотворной способности биомассы. В 2011 году британский регулятор рынков газа и электроэнергии Ofgem опубликовал заявление, подтверждающее возможность использования углерода-14 для определения содержания энергии биомассы в отходах, поступающих на переработку в рамках программы обязательств по использованию возобновляемых источников энергии. В их анкете по измерению и отбору проб топлива (FMS) указана информация, которую они запрашивают при рассмотрении подобных предложений.

Физическое местоположение

В отчете 2019 года, подготовленном по заказу Глобального альянса за альтернативы сжиганию отходов (GAIA) Центром экологии и дизайна Тишмана при The New School, было установлено, что 79% из 73 действующих в США заводов по переработке отходов в энергию расположены в районах с низким уровнем дохода и/или в "цветных общинах". Это обусловлено "исторической сегрегацией по признаку места жительства и расы, а также законами о зонировании, которые позволяли более благополучным и преимущественно белым районам исключать промышленные объекты и представителей цветных общин из своих границ". В Честере, штат Пенсильвания, где местная группа активно выступает против местного завода по переработке отходов в энергию, Синтана Вергара, доцент кафедры инженерии окружающей среды в Государственном университете Гумбольдта (Калифорния), отметила, что сопротивление общины связано как с загрязнением, так и с тем, что многие из этих объектов были построены без участия и без какой-либо выгоды для местных жителей.

Примечательные примеры

Согласно докладу Программы ООН по окружающей среде за 2019 год, в Европе насчитывается 589 мусоросжигательных заводов с выработкой энергии (WtE), а в США – 82. Ниже приведены некоторые примеры таких заводов.

Австралия

Renergi расширит свою систему переработки органических отходов в жидкое топливо с использованием процесса термической обработки в городе Колли, Западная Австралия. Система будет перерабатывать 1,5 тонны органического сырья в час. Ежегодно предприятие будет извлекать 4000 тонн муниципальных отходов со свалок и дополнительно использовать 8000 тонн органических отходов из сельскохозяйственной и лесной промышленности. Запатентованный процесс Renergi "измельчающий пиролиз" преобразует органические материалы в биоуголь, биогаз и биомасло путем воздействия тепла в среде с ограниченным содержанием кислорода. Другой проект, расположенный в индустриальной зоне Рокингема, примерно в 45 километрах к югу от Перта, предусматривает строительство электростанции мощностью 29 МВт, способной обеспечивать электроэнергией 40 000 домохозяйств за счет годового объема сырья в 300 000 тонн муниципальных, промышленных и коммерческих отходов. Помимо поставки электроэнергии в Юго-Западную энергосистему, 25 МВт мощности электростанции уже закреплены по соглашению о покупке электроэнергии.