Энергия из отходов — преимущества и недостатки

Технологии получения энергии из отходов

Перед современным миром стоит проблема не только обращения с отходами, но и поиска новых источников энергии. Одним из решений этой проблемы является технология преобразования отходов в энергию.

Основными технологиями, используемыми для получения энергии из отходов, являются:

1. Термическая переработка – процесс сжигания отходов в специальных котлах. При этом выделяется тепловая энергия, которая используется для получения пара или горячей воды. Полученная электроэнергия может использоваться как для собственных нужд компании, так и реализовываться на рынке.
2. Биогазификация – процесс разложения органических отходов с помощью бактерий в анаэробных условиях (без доступа кислорода). В результате получается биогаз, содержащий ок. 50% метан и может быть использован для производства тепла и электроэнергии.
3. Гидротермическая обработка — процесс обработки органических отходов при высоких температурах и давлениях в водной среде. В результате получается жидкое топливо, которое можно использовать для выработки электроэнергии.
4. Пиролиз – процесс разложения органических отходов при высоких температурах без доступа кислорода. В результате образуются газы, твердые угольные остатки и жидкости. Газы можно использовать для выработки электроэнергии, а твердые отходы использовать в качестве топлива для промышленных предприятий.
5. Технология пиролиза синтез-газа (сингаза) представляет собой процесс разложения отходов при очень высоких температурах с образованием газа определенного состава, который может быть использован в качестве заменителя природного газа.

Технологии извлечения энергии из отходов имеют свои преимущества:

1. Сокращение объемов складирования отходов на полигонах и значительное снижение негативного воздействия на окружающую среду.
2. Получение дополнительной энергии для потребителей.
3. Возможность сэкономить на использовании традиционных источников энергии.
4. Снизить зависимость от импортируемых иностранных источников энергии.
5. Создание новых рабочих мест в сфере обращения с отходами.

Несмотря на все преимущества, технологии преобразования отходов в энергию имеют и некоторые недостатки:

1. Высокая стоимость оборудования для реализации технологий.
2. Возможные выбросы загрязняющих веществ в результате процессов переработки.
3. Низкая эффективность процессов производства электроэнергии по сравнению с другими видами производства.
4. Отсутствие стратегического планирования развития обращения с отходами на государственном уровне может привести к перегрузке инфраструктуры обращения с отходами и затормозить развитие этой сферы в целом.

Однако необходимость поиска альтернативных источников энергии и свободного доступа к отходам делает это направление перспективным для развития в будущем. Следует отметить, что технологии получения энергии из отходов не могут полностью заменить традиционные источники, но могут стать одной из важных составляющих современной энергосистемы.

Можно ли использовать отходы как источник энергии?

Под преобразованием отходов в энергию традиционно понимается сжигание отходов. На основе этого термина произошло название «мусоросжигательный завод». В мире появились современные технологии обращения с отходами, позволяющие получать энергию.

Понятие «мусор» стало шире и стало включать в себя отходы, обладающие потенциалом возобновляемого источника энергии, например:

• промышленный;
• сельскохозяйственные продукты;
• солидный бытовой (общий);
• побочные продукты производства.

Энергия из отходов – это не только снабжение коммунальных служб и предприятий теплом, электроэнергией, паром, горячей водой, но и решение экологических проблем, а именно:

• утилизация неперерабатываемых отходов;
• экономит ресурсы ископаемого топлива;
• сокращение площадей, отведенных под полигоны ТБО.

Международное энергетическое агентство считает производство энергии из отходов лучшей альтернативой свалкам. Использование энергии является неотъемлемой частью системы обращения с отходами.

Согласно зарубежному опыту, внедрение специализированными фирмами даже бесперспективных технологий сжигания 1 т ТБО позволяет получить тепловую энергию, эквивалентную сжиганию 250 кг мазута.

В странах ЕС в 2018 году 28% всех отходов было направлено на сжигание для производства энергии.

В лидеры по производству энергии из отходов входят страны с высокой экологической ответственностью:

• Дания;
• Швеция;
• Финляндия.

Из чего получают энергию из отходов?

Преобразование отходов в энергию — одно из наиболее устойчивых решений по сокращению отходов и использованию ископаемого топлива. Существуют разные технологии получения энергии из отходов, но все они имеют общую цель — превратить отходы в полезную энергию.

На данный момент наиболее важными способами получения энергии из отходов являются:

1. Сжигание: этот метод является наиболее распространенным и простым способом получения энергии из отходов. Он заключается в сжигании мусора при высоких температурах в специальных камерах, называемых инкубаторами. При этом высвобождается тепло, которое затем используется для производства пара или горячей воды, а затем для привода турбин или генераторов.
2. Биогаз: Этот метод основан на использовании бактерий, которые расщепляют органические вещества и производят биогаз — смесь метана (50-70%) и углекислого газа (30-50%). Биогаз можно использовать для производства электроэнергии или тепла.
3. Пиролиз: Этот метод заключается в нагревании отходов до очень высоких температур в отсутствие кислорода. Это приводит к распаду органических материалов и образованию смеси газов, которые затем можно использовать для производства электричества или тепла.
4. Гидропиролиз: этот метод представляет собой комбинацию пиролиза и гидрирования (химическая реакция, при которой водород добавляется к молекулам углерода). В процессе гидропиролиза отходы нагревают до высоких температур в присутствии водорода и катализатора, что приводит к образованию биоэнергетического продукта.
5. Газификация: Этот метод заключается в преобразовании отходов угля или биомассы в синтез-газ, который затем используется для выработки электроэнергии или тепла.

Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки, и выбор того или иного метода зависит от многих факторов, таких как тип отходов, наличие ресурсов, наличие инфраструктуры и так далее

Однако все эти методы имеют общую цель – уменьшить количество отходов и снизить нагрузку на окружающую среду. Благодаря преобразованию отходов в энергию мы можем превратить что-то бесполезное в полезный ресурс для производства электроэнергии или тепла, сокращения отходов и одновременного создания ценности.

Читайте также: Рекультивация свалки, полигона ТБО: что это, примеры использования

Способы

Переработка и преобразование отходов в энергию предполагает использование нескольких методов. Таким образом, тепло и электричество вырабатываются путем термической деструкции.

Методы термической деструкции

В эту группу входят методы обращения с отходами путем сжигания, пиролиза и газификации.

Сжигание

Применяется для утилизации твердых, жидких и пастообразных отходов.

Вот общая схема сжигания отходов для получения разных видов энергии:

Сжигание отходов происходит с использованием горючих материалов при достижении заданной температуры воспламенения при контакте с кислородом за счет реакции окисления. В процессе горения выделяется тепловая энергия.

Выхлопные газы, образующиеся в процессе сжигания отходов, очищаются и выбрасываются в атмосферу через дымоход или трубу.

Избыточное тепло от сжигания отходов используется для производства пара:

• с целью производства электроэнергии;
• для снабжения близлежащих объектов от перерабатывающей промышленности;
• для централизованного теплоснабжения/охлаждения.

КПД установок по производству тепловой энергии может достигать 80%, а по производству электроэнергии — около 20%.

Для сжигания отходов с целью производства тепла и электроэнергии используются следующие технологии сжигания:

1. В сборных печах. Наиболее подходящими видами отходов являются горючие вещества промышленных, строительных, крупногабаритных, опасных и других отходов, а также древесина, краска, смешанные бытовые отходы, отработанные масла. Сжигание отходов происходит при температуре от 850 до 950°С. Сгорание дымовых газов в камере дожигания составляет 850-1000°С. Дымовые газы охлаждаются до температуры 200-400°С в паровом котле. Это производит перегретый пар, который используется для производства электроэнергии, отопления или технологического пара.
2. Во вращающихся барабанных печах. Установки предназначены для сжигания бытовых отходов, медицинских, биологических, промышленных (твердых и пастообразных) отходов, нефтешламов и обезвоженных осадков сточных вод. Поддерживаемая температура — 900-1200°С. Использование продукции — обеспечивает отопление и горячее водоснабжение для бытовых и производственных нужд.

Пиролиз

Термической деструкции подлежат ТКО, обеззараженные медицинские отходы, резинотехнические изделия, шины, отработанные масла, пластиковые отходы. Для получения энергии используется метод сухого пиролиза.

Метод заключается в термическом разложении отходов (содержащих органические вещества) под воздействием высокой температуры с доступом или без доступа кислорода.

Это подчеркивает:

• пиролизный газ;
• твердый углеродистый остаток;
• органические жидкие продукты.

Для получения пирогаза из отходов:

1. В реакторе осуществляется термическая деструкция предварительно подготовленных отходов (сортировка, сушка, измельчение).
2. Газовую фракцию конденсируют и отделяют.
3. С целью повышения энергоемкости и экологичности пирогаз очищают от соединений серы, фтора, хлора и цианидов.
4. Собранный очищенный пиролизный газ сжигается в топке котла-утилизатора. Цель состоит в том, чтобы получить пар, горячую воду, электричество или использовать для производства продуктов.

Около 10-15% образующегося газа используется в системе подогрева воздуха при подаче его в зону горения реактора. Пиролизное масло, полученное при разрушении резиновых или пластиковых изделий, при необходимости может быть использовано в качестве топлива.

Газификация отходов

Способ заключается в термической обработке органических отходов окислителем с получением генераторного газа и минерального продукта (твердого или расплавленного).

Сингаз из отходов хранится для последующего использования.

В России и за рубежом имеется опыт газификации отходов в фильтрованном плотном слое. Этот процесс подходит для термического обезвреживания как горючих отходов, так и твердого топлива, в том числе высокозольных, сыпучих, дробленых, пастообразных, неоднородных, газопроницаемых.

Генерируемая тепловая энергия при необходимости может быть преобразована в электрическую энергию.

Комбинированные методы

Методы, применяемые для термического уничтожения отходов, редко сводятся к одному типу. Чаще всего это сочетание физико-химических превращений с преобладанием одного. Например, пиролизное сжигание или пиролизная газификация.

Комбинированный способ используется для сжигания избыточного активного ила и осадков сточных вод, а также нефтешламов.

Использование плазменных источников энергии

Перспективной современной технологией получения синтез-газа является метод, основанный на использовании электродуговых генераторов (плазменных источников энергии) в установках высокотемпературной переработки органических отходов (ТБО, промышленных и медицинских).

Завод работает при температуре выше 5500°С, что гарантирует практически полную конверсию сырьевых отходов в синтетический газ.

Вторичным продуктом является чистый высококалорийный газ, который используется для производства химических продуктов, жидкого топлива, а также для производства энергии.

Производство биогаза методом анаэробного сбраживания

Метод основан на разложении органического материала микроорганизмами в среде с отсутствием свободного кислорода. В контролируемых условиях проводится анаэробное разложение для получения биогаза в газоплотных реакторах (анаэробных метантенках).

Полученный биогаз представляет собой смесь различных газов, способных преобразовывать тепло или электричество в энергию.

Основным энергоносителем для биогаза является метан с содержанием 50-75% в зависимости от состава сырья.

В развивающихся странах эта технология используется для утилизации энергетических отходов сельскохозяйственной промышленности, особенно навоза. Метод успешно применяется и для утилизации смешанных отходов (органических с неорганическими – пластмасс, металлов).

В зависимости от типа реактора, для производства биогаза, кроме твердого сырья, могут использоваться следующие виды отходов:

• шлам пищевой промышленности;
• сточные Воды;
• отходы предприятий общественного питания.

Добытый биогаз можно использовать непосредственно для производства тепла или преобразовать в электрическую или тепловую энергию с помощью тепловой электростанции.

Еще одним вариантом использования биогаза является обогащение газа до биометана с содержанием 98% и использование продукта в качестве заменителя природного газа.

Способ улавливания свалочного газа

Метод относится к особому типу технологий получения энергии из отходов. Метан образуется при анаэробном сбраживании органического материала на свалке.

С целью снижения выбросов парниковых газов в атмосферу метан аккумулируют путем улавливания свалочного газа, где содержание метана составляет от 45 до 55%. Добытый газ используется для выработки тепла, электроэнергии, топлива для транспорта.

Существует несколько технологий улавливания свалочного газа – на открытых и закрытых санитарных полигонах.

Газ собирается с помощью вставленных в толщу отходов перфорированных труб, которые можно устанавливать как вертикально, так и горизонтально. Газ поступает в трубы, затем в систему очистки, затем – на использование.

Перспективы такого вида утилизации мусора

Степень извлечения энергии из отходов в стране зависит от различных факторов.

Например:

• уровень благосостояния населения;
• различия в структуре потребления товаров;
• экологические цели;
• наличие собственных энергоресурсов;
• климатические условия.

Для поддержки и финансирования использования технологий преобразования отходов в энергию в разных странах существуют свои механизмы, а также способы стимулирования сжигания отходов.

Например:

• введение «зеленых» тарифов на электроэнергию, произведенную из биомассы;
• льготное налогообложение;
• разница в тарифах на обращение с отходами;
• кредиты по низким процентным ставкам.

Европейский Союз включил энергетическую утилизацию отходов в список целей, установленных Директивой по захоронению отходов.

Согласно документу, к 2025 году на полигонах должно размещаться не более 25% ТБО, полностью прекращено захоронение вторсырья, в том числе биологических отходов.

Энергетическая утилизация отходов в ряде стран может привести к снижению импорта природного газа.

Преимущества использования энергии из отходов

Современное общество постоянно сталкивается с проблемой обращения с отходами, поэтому использование энергии из отходов является одним из самых перспективных и востребованных направлений в производстве и экологии. В этом подразделе мы рассмотрим основные преимущества использования энергии из отходов.

1. Экологический аспект Использование энергии отходов позволяет значительно уменьшить количество мусора на свалке, что способствует сохранению природных ресурсов и окружающей среды. Кроме того, этот вид энергии не выбрасывает в атмосферу вредных веществ, что значительно снижает загрязнение окружающей среды.
2. Снижение зависимости от нефти и газа. Использование энергии из отходов способствует снижению зависимости от импортируемых нефти и газа, что особенно актуально для стран, обладающих недостаточным количеством этих природных ресурсов или находящихся под экономическим давлением со стороны других государств.
3. Экономический аспект Использование энергии из отходов позволяет получить дополнительный источник дохода, так как отходы становятся ценным ресурсом. Кроме того, производство энергии из отходов более экономично, чем другие виды энергии.
4. Повышение безопасности в обществе Использование энергии из отходов помогает снизить риск взрывов на свалках или загрязнения окружающей среды. Кроме того, это способствует повышению уровня безопасности в обществе.
5. Сокращение отходов. Использование энергии из отходов может значительно уменьшить количество мусора на свалке, что, в свою очередь, снижает количество необходимых свалок и затраты на их содержание.
6. Создание новых рабочих мест Производство электроэнергии и тепла из отходов требует определенного количества специалистов, что создает новые рабочие места и способствует развитию экономики страны.

В заключение можно сказать, что использование энергии из отходов не только помогает решить проблему обращения с отходами, но и имеет множество других преимуществ. Поэтому этот вид энергии является одним из самых перспективных и востребованных среди новых направлений в экологии и производстве.

Проблемы и риски, связанные с использованием энергии из отходов

использование энергии из отходов может быть полезным для окружающей среды и экономики. Но, как и все технологии, она не лишена проблем и рисков.

Первый риск – это возможность загрязнения окружающей среды. Некоторые методы использования отходов для производства энергии могут быть опасными и приводить к выбросу вредных газов или жидкостей в атмосферу или почву. Например, сжигание отходов может привести к выделению диоксина, высокотоксичного соединения, которое может нанести серьезный ущерб здоровью людей и животных.

Второй риск связан с потенциальной опасностью для здоровья человека. Работники очистных сооружений могут подвергаться воздействию вредного шума, статического электричества и других факторов. Кроме того, могут образовываться биологические аэрозоли (которые могут содержать микроскопические организмы), вызывающие заболевания легких.

Третий риск – финансовые проблемы. Использование отходов для производства энергии может стать неэффективным в условиях низкой стоимости других источников энергии, таких как уголь или природный газ. Кроме того, инвестиции в перерабатывающие предприятия могут быть дорогостоящими и трудоемкими.

Четвертый риск – возможность возникновения конфликтных ситуаций с местными жителями и организациями. Многие опасаются потенциальной опасности для здоровья и окружающей среды от предприятий по переработке вблизи их домов и рабочих мест. Это может привести к социальным конфликтам и судебным разбирательствам.

Наконец, пятый риск связан с возможностью образования новых видов отходов. Некоторые методы переработки отходов могут привести к образованию новых химических соединений, которые также требуют специальной обработки после использования для производства энергии.

В заключение, использование отходов для производства энергии может быть выгодным, но не без проблем и рисков. При выборе метода переработки отходов и строительстве подходящего объекта необходимо учитывать все факторы. Только так можно обеспечить безопасность окружающей среды, здоровья людей и эффективность финансовых вложений.

Перспективы развития использования энергии из отходов

Современный мир столкнулся с проблемой обилия отходов, негативно влияющих на окружающую среду. Однако есть и положительная сторона – эти отходы можно использовать для производства энергии. Энергия из отходов — очень перспективное направление развития, потому что помогает решить две основные проблемы: обращение с отходами и дефицит энергии.

Одной из основных технологий получения энергии из отходов является сжигание отходов. Компании во всем мире используют этот метод для получения пара и электричества. Этот процесс высвобождает значительное количество тепла, которое затем используется для производства пара или выработки электроэнергии.

Одной из ведущих стран по использованию этой технологии является Швеция. Более 50% мусора в этой стране перерабатывается в энергетическое топливо, что позволяет экономить более 2 млн баррелей нефти в год. В других странах, таких как Австрия и Швейцария, энергия отходов используется для обогрева домов и даже для обеспечения теплом целого города.

Еще одной перспективной технологией является биогазификация отходов. Этот процесс заключается в преобразовании органических отходов в газы, которые затем можно использовать для выработки электроэнергии или тепла. Одним из преимуществ данной технологии является возможность использования как жидких, так и твердых органических отходов.

Биогазификация широко используется в Европе, особенно на сельскохозяйственных угодьях. Некоторые фермеры используют его для строительства собственных электростанций. В США также появляются новые компании, специализирующиеся на биогазификации отходов.

В Израиле проводятся эксперименты по получению энергии из пластика. Ученые разрабатывают новый метод преобразования пластиковых отходов в жидкое топливо, которое можно использовать в автомобильной промышленности. Эта технология не только решит проблему переработки пластика, но и снизит зависимость от ископаемого топлива.

Еще одна интересная технология — преобразование отходов в электричество с помощью бактерий. Идея состоит в том, чтобы использовать микроорганизмы для расщепления отходов и производства электроэнергии. Этот метод все еще находится в стадии исследования, но уже имеет потенциал для решения двух основных проблем: управления отходами и производства электроэнергии.

Следует также отметить, что использование энергии из отходов экономически выгодно. В то время как другие методы производства энергии могут быть дорогими, использование мусора или органических отходов может быть дешевым способом производства электроэнергии.

В целом можно сказать, что перспективы развития использования энергии из отходов очень высоки. Технология постоянно совершенствуется, и все больше стран и компаний начинают использовать этот метод. Это не только помогает бороться с проблемой вторичной переработки, но и дает дополнительный источник энергии, что крайне важно для наших будущих поколений.