Получение электроэнергии из органических отходов

Энергия из отходов: новейшие технологии против мусора

До конца 2022 года в Московской области предполагается построить четыре объекта по термической переработке отходов в электроэнергию, еще один должен появиться в Казани. Современные мусоросжигательные заводы будут возведены в рамках проекта «Энергия из отходов», реализацией которого занимается «РТ-Инвест» Госкорпорации Ростех. Новая технология позволит без ущерба для экологии навсегда решить проблему мусорных полигонов и свалок.

Мусоросжигательный завод как источник энергии

Один из основных принципов, заложенных в основу мусоросжигательного завода нового поколения – экологичность и безопасность. Заводы проекта «Энергия из отходов» выполняют важную задачу – вовлечение во вторичный оборот отходов, не пригодных к классической переработке. Все это приведет к снижению объемов захоронения отходов, что позволит избежать ущерба, наносимого окружающей среде свалками и полигонами.

Только Москва и Московская область ежегодно производят 11 млн тонн отходов, и при этом 95% этого объема в итоге оказывается на полигонах. Не стоит даже упоминать о том, насколько захоронение отходов пагубно влияет на природу и общественные настроения.

Кроме того, полигоны и свалки занимают огромные территории: только в Московской области требуется 100 га ежегодно. По мнению экспертов, ситуация в Москве и Подмосковье наиболее серьезна – спустя несколько лет места для мусорных полигонов вовсе не останется. Как отметил гендиректор компании «РТ-Инвест» Андрей Шипелов, в общей сложности с помощью этого проекта Россия может сэкономить 500 га земли, не допустив создание «грязного» полигонного захоронения.

Мусоросжигательный завод проекта «Энергия из отходов» отличается от классических МСЗ не только своей экологичностью, но и самим подходом к переработке отходов. Отходы считаются возобновляемым источником энергии, который можно сравнить с энергией солнца или ветра.


Инфографика: Проект «Энергия из отходов»

К примеру, один такой завод в Московской области переработает около 700 тыс. тонн отходов и выдаст в сеть 485 млн кВт/ч электроэнергии в год. Это может обеспечить электричеством примерно 250 тыс. жителей или город с населением примерно 100 тыс. человек.

«РТ-Инвест» строит новые заводы по технологии японско-швейцарской компании Hitachi Zosen Inova (HZI), мирового лидера в отрасли переработки отходов в энергию. При этом производство значительной части оборудования заводов будет локализовано на территории России. Hitachi Zosen Inova уже построила более 500 таких заводов в крупных городах, в том числе и в самой Японии и Швейцарии.

Как это работает: мусоросжигательный завод в действии

На заводы поступают только те отходы, что остались после сортировки и непригодны для вторичного использования. Заезжающие на территорию завода мусоровозы проходят обязательный радиационный контроль, процедуру взвешивания и учета, после чего отходы выгружаются в приемный бункер-накопитель. Здесь отходы могут накапливаться до двух недель, а затем поступают в котел, который рассчитан на 7 тыс. тонн отходов и представляет собой 7-этажную конструкцию. На заводе их три, и в каждом из них – по две зоны.

В первой – отходы термически обрабатываются при температуре 1260 °С. Такие критические температуры сжигают абсолютно все, даже ядовитые диоксины. В этой зоне экстремального высокотемпературного сжигания исчезают все вредные элементы.

Вторая зона – камера дожига газовых выбросов. Сюда поступают дымовые газы, образующиеся в процессе сжигания. Даже если допустить, что какие-то вредные вещества прошли первую зону, то при вторичном дожиге, где температура превышает 850 °С, они точно будут уничтожены. Кроме того, в камеру дожига впрыскивается специальный раствор карбамида, чтобы полностью убрать органические соединения и обезвредить дымовые газы.


Инфографика: Проект «Энергия из отходов»

Затем дымовые газы и шлак попадают в реактор. Там происходит обработка активированным углем и аммиаком, добавляются химические элементы для дополнительного обезвреживания.

Из реактора выходят уже очищенные дымовые газы, они попадают в рукавные фильтры, где очень тонкие трубки отбирают любую фракцию, вплоть до микрочастиц, которые просто витают в воздухе. Как уверяют специалисты, если взять замеры воздуха в городе и воздуха после рукавного фильтра, то на заводе он намного чище.

Итак, тонна мусора через 15 минут после поступления в котел превращается в пар. Этот пар направляется в турбогенератор для производства электроэнергии. При этом на собственные нужды завода расходуется всего 5-10% производимой энергии, остальное поступает в сеть.

Безотходное производство: обработка шлака и золы

После сжигания отходы уменьшаются на 90% в объеме. После термической переработки мусора остаются зола и шлак.

Шлак – это пятый класс опасности отходов, такой же класс опасности имеют несортированные отходы. Он может сразу применяться для отсыпки дорог. Предварительно из шлака отбираются черные и цветные металлы, которые впоследствии направляются на переработку.


Проект «Энергия из отходов»

Летучая зола составляет примерно 3-5% от перерабатываемых отходов и относится к более высокому, третьему, классу опасности. Поэтому «РТ-Инвест» планирует строительство в Московской области также завода для переработки такой золы в строительный материал по технологии Carbon8. Эта технология получила признание ООН и была удостоена награды за вклад в циклическую экономику Евросоюза.

Carbon8 представляет собой химическое обезвреживание золы методом ускоренной карбонизации. Из третьего класса опасности зола обезвреживается до сырья для производства строительных материалов. Зола успешно превращается в различные блоки, бордюры, плитку и даже может заменить цемент. Таким образом, новые технологии предоставляют уникальную возможность – не зарывать под землю ни одного килограмма мусора.

События, связанные с этим

Энергичная утилизация: как превратить отходы в энергию

Отходной путь: куда отправят бытовые отходы

Энергия из отходов: новейшие технологии против мусора

Как из мусора получить энергию?

Учитывая ограниченность мировых ресурсов и растущее осознание обществом пагубных последствий нашей «одноразовой культуры», шаг в направлении так называемой циркулярной экономики представляется разумным вариантом. В ней продукты и изделия работают дольше, а непригодные для использования по прямому назначению материалы применяются для других выгод. Отсюда появилась идея – энергия из отходов.

Проблемы получения экологически чистой энергии

Cегодня человечество столкнулось со следующим:

  1. Традиционные виды энергии используют процесс горения ископаемых. Исключение – АЭС и ГЭС, причем от первых длительное время отказывались, в таких странах, как США и Франция утрачены технологии создания атомных станций;
  2. Солнечная и ветровая энергия недостаточна, неуправляема, отсутствуют технологии ее накопления, обходится в 3-7 раз дороже, чем традиционные источники электричества и тепла.

То есть, с одной стороны традиционные источники энергии должны уйти, но на них построены экономики многих развитых стран. Например, Австралия – один из мощнейших добытчиков угля.

С другой стороны, современная модель экологически чистой энергии строится на 4 источниках – атом (АЭС), вода (ГЭС), солнце и ветер. За счет первых двух происходит управление неконтролируемыми солнечными и ветровыми станциями.

Рассматривается массовое получение энергии из бытовых отходов по следующим причинам:

  1. Из мировых производителей АЭС остался, по большому счету, только Росатом, который занял монополизирующее положение в этой сфере, не приложив к этому каких-либо усилий;
  2. Международная политика и геополитическое противостояние негативно влияет на развитие атомной энергетики из-за необходимости привлечения предприятий РФ;
  3. Использование отходов решает не только энергетические, но и экологические задачи.

Энергия из коммунальных отходов обеспечивает ее производство за счет сокращения, повторного использования, переработки и компостирования отходов. Именно эти варианты следует учитывать в первую очередь при управлении отходами. Их преобразование в энергию предпочтительнее, чем захоронение на полигоне.

Как из мусора получить энергию?

Способы получения энергии из отходов:

  • сгорание,
  • газификация,
  • пиролиз,
  • анаэробное сбраживание и утилизация свалочного газа.

Сжигание отходов

Прежде всего, сгорание. Именно здесь тепло, выделяемое при сжигании отходов, приводит турбину в действие для выработки электроэнергии. Этот косвенный подход к генерации в настоящее время имеет эффективность около 15-27%. У него большой потенциал для улучшений.

Может ли любой подход к выработке энергии из отходов считаться устойчивым, зависит от «чистой теплотворной способности» отходов, поступающих в процесс. Если речь идет о сжигании мусора, эта цифра должна составлять 7 МДж/кг, что означает, что бумага, пластик и текстиль лучше всего подходят для сжигания с целью получения энергии из отходов.

Конечно, при сжигании образуются выбросы – 250-600 кг CO2 с тонны переработанных отходов. Но это компенсируется тем фактом, что ископаемое топливо не нужно сжигать. Однако существуют другие загрязнители, выбрасываемые в результате сжигания в виде дымовых газов.

Газификация: отходы – это газ

Газификация связана с производством газа из отходов. Повседневный мусор, состоящий из упаковки продуктов, обрезок травы, мебели, одежды, бутылок, бытовой техники и т.д., является не столько топливом, сколько материалом для химической конверсии при очень высокой температуре.

Мусор объединяется с кислородом и/или паром для производства синтез-газа, который затем может быть использован для производства множества полезных продуктов – от транспортного топлива до удобрений или превращен в электричество.

Но проблема здесь заключается в том, что за газификацией часто следует сжигание, что приводит к тем же проблемам выбросов, что и сжигание. Та же проблема может относиться к тому, что происходит после пиролиза отходов.

Газификация также не особенно эффективный механизм производства энергии, поскольку предварительная обработка требует много энергии, и реакторы должны быть закрыты для регулярной очистки.

Пиролиз – нет кислорода, нет проблем

Там, где пиролиз отличается от других перечисленных методов, разложение различных твердых отходов происходит при высокой температуре, но без кислорода или в атмосфере инертных газов. Процесс требует более низких температур и имеет более низкие выбросы некоторых загрязнителей воздуха, связанных с горением.

Анаэробное сбраживание: борьба с органическими веществами

Анаэробное сбраживание может использоваться для выработки энергии из органических отходов, таких как продукты питания и продукты животного происхождения. В бескислородной цистерне этот материал разлагается на биогаз и удобрения.

Это подход с большим потенциалом. Если таким образом обработать 5,5 млн тонн пищевых отходов, вырабатывается достаточно энергии, чтобы обслуживать около 164 тысяч домашних хозяйств. Экономия на выбросах при этом от 0,22 до 0,35 млн т CO2 по сравнению с компостированием.

Извлечение биогаза, произведенного биоразлагаемыми материалами на свалках, является еще одним способом получения полезной энергии из отходов. В развитых странах этот метод приходит в упадок.

Причина – сокращение количества органического вещества, поступающего на свалку. Но даже при относительно небольших объемах, которые удается обработать, например, в Великобритании, в этой стране удается получить фактически, 3 тВтч зеленой электроэнергии в год.

На данный момент все эти и другие способы получения энергии из отходов актуальны для России. Их внедрение позволит существенно снизить нагрузку на мусорные полигоны и добычу полезных ископаемых для получения энергии.

Энергичная утилизация: как превратить отходы в энергию

По традиции во Всемирный день окружающей среды, который ежегодно отмечается 5 июня, рассказываем о проектах в сфере экологии.

Центральная тема нацпроекта «Экология» – решение проблемы с утилизацией мусора. В этой глобальной реформе системы обращения с отходами активное участие принимает Ростех в лице своей дочерней структуры «РТ-Инвест». Компания выступает оператором сразу в двух важнейших проектах – строительстве специальных комплексов по переработке отходов (КПО) и возведении заводов по энергетической утилизации мусора.

Первый инновационный КПО Ростех сдал в эксплуатацию в октябре прошлого года. Совсем скоро в подмосковной Кашире откроется уже третий такой комплекс. Современный КПО может дать «вторую жизнь» примерно 50% отходов, а то, что переработке не подлежит, станет топливом для заводов проекта «Энергия из отходов». На данный момент «РТ-Инвест» строит несколько таких заводов, и как уверяют в компании, на сроках ввода объектов не скажется даже ситуация с COVID-19.

О том, как новые технологии позволяют без ущерба для экологии решить проблему мусорных полигонов и свалок, – в нашем материале.

«Экология» национального масштаба

Национальный проект «Экология», наряду с другими 11 нацпроектами, был утвержден указом Владимира Путина в мае 2018 года. Его цель – улучшить экологическую обстановку в России и создать комфортные условия для жизни в стране. Работа ведется по пяти направлениям: отходы, вода, воздух, природа и животные, наилучшие доступные технологии.

Проблема утилизации отходов стала одной из центральных тем нацпроекта. По данным Совета при президенте по развитию гражданского общества и правам человека, в нашей стране насчитывается около 15 тыс. только официальных свалок, которые занимают общую площадь, равную 4 млн гектаров. Это сопоставимо с территорией целой страны, например, Швейцарией.

Каждый год в России образуется примерно 70 млн тонн твердых коммунальных отходов (ТКО). Практически все это вывозится на полигоны, санкционированные и несанкционированные свалки, закапывается в землю самым примитивным образом. Растущие горы мусора ежегодно «завоевывают» новые земли.

Программа «Комплексная система обращения с твердыми коммунальными отходами» национального проекта «Экология» включает среди прочего следующие целевые показатели: к 2024 году доля обрабатываемого мусора должна увеличиться с 12% до 60%, перерабатываемого – с 7% до 36%, а также планируется ввести в эксплуатацию объекты по обработке отходов общей мощностью 37,1 млн тонн.

«Умная» сортировка: как извлечь из мусора полезное

Создание современных КПО, где из мусора извлекают максимально возможное количество полезных фракций, является одним из важнейших этапов системы утилизации отходов. На сегодняшний день «РТ-Инвест» запустила уже два таких комплекса по переработке отходов – в Коломенском и Сергиево-Посадском городских округах. Скоро откроется третий – в подмосковной Кашире. Четвертый объект будет сдан в эксплуатацию в конце года в Можайском городском округе.

Инновационный КПО может обеспечить эффективную переработку примерно 50% от общего объема отходов. Причем процесс сортировки отходов на таких комплексах практически полностью автоматизирован, как говорят местные сотрудники: «Здесь вкалывают роботы». Персонал работает лишь на контрольном участке отбора крупных фракций, для исключения их попадания на ленты сортировки. Далее «умная» техника сама выбирает из потока полезные фракции и превращает их в брикеты. Стоит отметить, что доля локализованного оборудования на КПО «РТ-Инвест» превышает уже 70%.

В самом начале своего «превращения» вторсырье проходит через «барабанный грохот» – гигантское сито. Оно помогает разделить отходы на фракции различных размеров: крупные (больше 30 см), средние (от 7 см) и мелкие (меньше 7 см).

Мелкий мусор вместе с органическими отходами направляется в цех компостирования. Здесь тоже все автоматизировано: раз в три дня машины ворошат так называемые бурты с органикой, для переработки которой добавляют термофильные бактерии. Это ускоряет процесс разложения – если в обычных условиях это занимает в среднем 2-3 месяца, то здесь срок сокращается до двух недель. В результате получается технический грунт, который пригоден для пересыпки и рекультивации полигонов, а также отсыпки дорог.

Неорганический мусор, пройдя «барабанный грохот», двигается своим путем – через различные сепараторы. Вначале оптический сепаратор выделяет все полимеры, то есть пластик, которые отправляют на дополнительную сортировку. Магнитный сепаратор отбирает из потока черные металлы. Также здесь работает устройство для отбора цветных металлов. Все эти высокоточные сборщики практически не оставляют вторсырью никаких шансов проскочить мимо. Каждая фракция собирается на своей конвейерной ленте, а затем прессуется в брикеты массой от 200 кг до 1 тонны.

Сжигая «хвосты»: отходы как источник энергии

Благодаря такой слаженной работе КПО объем входящих отходов сокращается примерно вдвое. На выходе остается только то, что переработать нельзя, или так называемые «хвосты». Именно они и будут отправляться на термическую переработку, то есть на заводы. И речь идет не о классических мусоросжигательных заводах, а совершенно новом подходе к переработке отходов. Он базируется на том, что мусор может стать возобновляемым источником энергии. Сегодня существует даже специальный термин Waste-to-Energy (WtE). Именно такие современные предприятия по утилизации отходов строит «РТ-Инвест», поэтому этот проект и получил одноименное название – «Энергия из отходов».

На сегодняшний день компания уже возводит четыре пилотных завода на территории Московской области (в Воскресенском, Наро-Фоминском, Солнечногорском и Богородском округах), а также в Республике Татарстан. Ближе всех к открытию завод в Воскресенском районе – сейчас здесь ведется монтаж крупногабаритного котельного оборудования. В Наро-Фоминске уже начались работы, в Солнечногорском и Богородском округах проводится процедура по выбору генподрядчика и заключению договора. В Татарстане также приступили к подготовительному этапу строительных работ. Как отмечают в «РТ-Инвест», несмотря на ограничения в связи с пандемией коронавируса, в целом все идет по плану. Заводы должны быть сданы в эксплуатацию к концу 2022 года.


Инфографика: Проект «Энергия из отходов»

Но на пилотном строительстве нескольких заводов проект «Энергия из отходов» не завершится. В России появятся еще как минимум 25 таких предприятий по переработке мусора в энергию. Соответствующее соглашение недавно заключили государственные корпорации Ростех, Росатом и ВЭБ.РФ. По предварительным подсчетам, это позволит предотвратить возникновение более 80 новых мусорных полигонов, закрыть 25 действующих и сохранить около 60 тыс. гектаров земель.

Безусловно, утилизация отходов – главная цель такого современного завода, а электроэнергия – побочный продукт, но при этом экономически весьма ощутимый. Один завод может выработать электроэнергию, которой хватит для работы самого предприятия, а помимо этого сеть может получить дополнительные миллионы киловатт в год. К примеру, одна тонна отходов дает 690 кВт⋅ч «зеленой» электроэнергии. Таким образом, только первые пять пилотных заводов суммарно могут выдать до 2,2 млрд кВт⋅ч электроэнергии в год.

Сверхсовременное предприятие, а не «керосинка»

Проект по созданию новых заводов «Энергия из отходов» уже получил положительные заключения государственной экологической экспертизы, тем не менее остается под пристальным вниманием экологов.

Основные мифы об опасности мусоросжигания относятся к заводам старых поколений, где температура сжигания не превышает 800 градусов. Новые заводы – не «керосинки», которые пагубно влияют на экологию, а сверхсовременные предприятия с передовыми технологиями. Здесь температура сжигания достигает 1260 °C, что обеспечивает полный распад опасных веществ. При этом используется совершенная система фильтрации – выбросов от такого завода меньше, чем от проезжающих по любой федеральной трассе автомобилей.

В итоге, после того как отходы термически уничтожены при очень высоких температурах, а киловатты электроэнергии пополнили сеть, остаются шлак и зола. Шлак – это четвертый класс опасности отходов, то есть практически безвредный. Его, после выбора содержащихся в нем металлов, применяют, к примеру, в дорожном строительстве. Так, в Японии с его помощью насыпают в океане острова (что говорит о многом, учитывая ответственное отношение японцев к экологии).

Зола относится к третьему классу опасности отходов. Она образуется на фильтрах, которые установлены для очистки дымовых газов сжигания. Летучая зола будет составлять всего около 3% от общего объема переработанных отходов, тем не менее рассматриваются различные способы ее применения. Например, существует британская технология под названием Carbon8, которая успешно превращает золу в различные блоки, бордюры, плитку и даже в цемент.

Сегодня в разных странах мира функционируют более 1500 заводов по утилизации отходов в электроэнергию. В настоящее время строительство заводов Waste-to-Energy ведется в Швейцарии, Великобритании, Финляндии, Сербии, Сингапуре, ОАЭ, Турции, Австралии, Мексике, на Мальте, Шри-Ланке и других странах. Только в Евросоюзе сейчас строится более 30 аналогичных предприятий.

Фото: Официальный сайт мусоросжигательного завода Amager Bakke в Копенгагене

О безопасности данной технологии говорит только тот факт, что во многих европейских странах такие предприятия располагают прямо в черте города, как, например, в Париже. Они есть также в Вене, Копенгагене, Амстердаме, Лондоне и других городах. Порядка 200 из европейских заводов построены по технологиям швейцарско-японской компании Hitachi Zosen Inova – мирового лидера в области термической переработки отходов. По всему миру эта компания построила под ключ более 600 таких объектов. Именно Hitachi Zosen Inova выступает техническим партнером «РТ-Инвест».

Как считают в «РТ-Инвесте», переход к новой системе обращения с отходами требует информационной открытости. Недоверие к строительству новых заводов и к отрасли в целом зачастую вызвано нехваткой информации, и компания планирует исправить такое положение дел. В частности, данные мониторинга состава веществ на выходе из трубы каждого завода будут доступны в режиме онлайн для всех. Ну а в будущем каждый желающий сможет, так сказать, все увидеть своими глазами, – заводы могут стать не просто частью экологической инфраструктуры, но и объектами индустриального туризма.

События, связанные с этим

Безотходное производство: как превратить мусор в полезное

Бесконтактная утилизация: как переработают «ковидный» мусор