Белоумцева Д.С. (магистр, ДонНТУ) Дубинский И.А. (магистр, ДонНТУ) .

---

Источник:

Vyzkum v oblasti odpadu jako nahrady primarnich surovinovych zdroju/ VSB-TU OSTRAVA, 2011

---

Работа содержит предложения об использовании твердых бытовых отходов как альтернативного источника энергии, так как количество отходов в мире непрерывно возрастает, их отрицательное воздействие на окружающую природную среду все более усиливается, а процессы обезвреживания усложняются из-за расширения морфологического состава отходов, появления в них длительно разлагающихся веществ. В статье рассматриваются пути и методы решения этих проблем.

1. Введение

Ежегодно в мире образуется огромное количество органических отходов бытового, коммерческого, промышленного и сельскохозяйственного происхождения. Только в городах образуется 400-450 млн. т твердых бытовых отходов (ТБО), причем на одного жителя в среднем приходится 250-700 кг/год. Количество ТБО ежегодно увеличивается на 3-6 %, что существенно превышает скорость прироста населения Земли. На сегодняшний день биомасса — шестой по запасам из доступных на настоящий момент источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа. Поэтому, в последнее время возрастает интерес к альтернативным источникам энергии, в частности, к биоэнергетике на основе возобновляемых биологических ресурсов. Одно из ответвлений этого направления - утилизация свалок и полигонов ТБО, которые наряду с выбросами и сбросами загрязняющих веществ являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Негативное воздействие отходов выражается прежде всего в поступлении в природную среду вредных химических и токсичных веществ, входящих в их состав и ведущих к загрязнению почв, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха. Отрицательным фактором является выведение из пользования значительных территорий, занятых санкционированными, несанкционированными свалками отходов.

2. Основная часть

Актуальной проблемой, имеющей важное экологическое и экономическое значение является утилизация и использование всех видов бытовых отходов, включая ТБО. Биогаз, образующийся при анаэробном разложении органической составляющей отходов полигонов ТБО, интересен с разных точек зрения. Из 1 т сухого вещества ТБО в общем случае образуются 170-200 м3 биогаза, более половины объема которого и 25-30% массы составляет метан.

Полигоны ТБО являются самыми интенсивными источниками выброса метана, что в значительной мере сказывается на парниковом эффекте. С биогазом буквально улетучивается до 20% первоначальной массы сухого вещества ТБО, в том числе 8-10% - за время эксплуатации полигона. Убыль массы отходов сопровождается увеличением их плотности и снижением влажности, т.к. перерабатывается на биогаз прежде всего легкая органика с рыхлой структурой и высокой влажностью (типичный состав отходов на полигонах по категориям на сегодняшний день приведен на рисунке 1).

,

Рисунок 1. Распределение отходов по категориям

Использование половины образующегося биогаза равноценно утилизации 10% отходов, доставленных на полигон, что сравнимо с возможным уровнем утилизации отходов на полигоне при помощи дорогостоящих мусоросортировочных комплексов. Кроме того, при сортировке мусора энергия потребляется - 25-30 кВт*ч/т ТБО, а при утилизации биогаза - вырабатывается - 50-60 кВт*ч/т ТБО.

По энергетическому потенциалу 1 м³ биогаза соответствует 0,5 м³ природного газа. Газоэнергетический потенциал полигона, на котором размещен 1 млн. т ТБО с влажностью 40%, можно рассматривать как техногенное месторождение с запасами 50-60 млн. м³ природного газа. Объем добычи биогаза на полигоне ТБО может составить 10-15 м³ на 1 жителя в год обслуживаемого населенного пункта..

Теоретический энергетический потенциал биогаза при объемном содержании метана на уровне 50% составляет 5 кВт*ч/м³. Тут стоит отметить, что выход биогаза зависит не только от специфики применяемого субстрата, но и от условий, в которых он изготавливается (например, температура, вид эксплуатации установки и т. д.) Поэтому существует довольно большая разница выхода биогаза, а соответственно и метана для одинаковых субстратов. На рисунке 2 приведены диаграммы выхода биогаза и метана из различных субстратов.

,

Рисунок 2. Выход биогаза из различных субстратов

При использовании биогаза технический энергетический потенциал составляет от теоретического:

— в качестве котельного топлива - 90-92%;

— в качестве моторного топлива с выработкой электроэнергии - 35-37%;

— в качестве моторного топлива с когенерацией (совместной выработкой) электрической и тепловой энергии - от 75% до 87% в зависимости от технических решений утилизаторов теплоты.

Мощность газоэнергетической установки, работающей на биогазе по схеме когенерации, может составить 200-220 кВт по электроэнергии и 220-280 кВт по теплу на 1 млн. м3/год утилизируемого биогаза. Возможная максимальная выработка энергии на биогазе в 2-3 раза превосходит собственные потребности полигона. Необходимо отметить, что себестоимость производства энергии на биогазе по схеме когенерации вдвое ниже цены покупки сетевой электроэнергии, но при этом если же использовать биогаз для выработки только электрической энергии, то ее себестоимость будет выше цены сетевой электроэнергии на 30-50%.

Полезное использование биогаза для энергоснабжения потребителей с циклично-сезонными нагрузками составит 25-30% при обеспечении только технологических потребностей полигона и 65-70% - при создании на полигоне собственного энергоемкого производства с выпуском рентабельной продукции (например, тепличного хозяйства). Остальное количество собранного биогаза в периоды спада нагрузок придется сжигать. Энергетические потери от недоиспользования биогаза для рассмотренного примера малого полигона могут составить 1500-2000 МВт*ч/год, экономические - 1-1,5 млн. грн. в год. В то же время сжигание биогаза обеспечивает значительный экологический эффект благодаря сокращению выбросов парниковых газов (главным образом, метана) в 3-4 раза по сравнению с эмиссией биогаза в атмосферу из массива отходов. Поэтому с экологических позиций сжигание биогаза также квалифицируется как его утилизация.

3. Заключение

На сегодняшний день захоронение ТБО на свалках и полигонах остается основиым способом обезвреживании отходов в большинстве стран мира.

Энергетический потенциал свалочного газа в большинстве стран составляет менее 1 % потребления первичных энергоносителей, но в тоже время использование свалок ТБО для разработки, даже с учетом недостаточно высокого КПД использования собранного биогаза, в качестве моторного топлива с выработкой электрической и тепловой энергии обеспечивает значительное снижение затрат на топливно-энергетические ресурсы Выделение метана со свалок - около 4 % общего выделения метана в атмосферу. Самый эффективный способ сократить выход метана с полигонов ТБО в атмосферу - это его сбор и использование.

Экономические показатели проектов по добыче и использованию свалочного газа могут быть достаточно рентабельными, осо6енно при наличии вблизи свалки промышленного потребителя газа. Расчетный срок окупаемости дополнительных капитальных затрат составит 6-7 лет.

Литература

1. Комплексна программа «Энергосбережение в г.Донецке на 2010-2014 гг.»/ А.А. Лукьянченко, Г.А. Гришин, С.М. Сафьянц//Донецк, 2010 – 188 с.

2. Биогаз полигона ТБО как источник энергии. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.methanetomarkets.ru/goods/mater6/

3. Биоэнергия – основные данные. [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.east-west-bioenergy.net/fileadmin/east-west-bioenergy/pdf/Literatur_Ru/ Brosch_ Basisdaten_RU_ End.pdf

4. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы». [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://esco-ecosys.narod.ru/2002_10/art77.htm

5. Экологическая биотехнология / К.Ф.Форстер // Ленинград, 1990 – 383 с.