Получение энергии при сжигании 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.

Как из мусора получить энергию

Переработка и утилизация мусора является одной из самых острых проблем в мире. Но решение есть — даже те отходы, которые не подлежат вторичной переработке, могут принести пользу, став источником электроэнергии. Plus‑one.ru разбирался в деталях получения энергии из отходов и в безопасности этого процесса для экологии.

Проблемы получения экологически чистой энергии

В регионах России 62,79% электроэнергии производят теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), работающие на угле, нефти и природном газе, 17,24% — ГЭС, 19,74% — АЭС. Менее 1% приходится на солнечные и ветровые установки.

Самыми опасными для окружающей среды считаются ТЭЦ:

Добыча угля и торфа нарушает баланс экосистем, уничтожает естественную среду обитания животных и растений.

Масштабные разливы нефтепродуктов губительны для всех живых организмов.

В выбросах ТЭЦ содержатся вредные вещества: оксид углерода (ускоряющий глобальное потепление), ртуть, свинец, мышьяк, кадмий.

ГЭС тоже наносят ущерб природе: крупные плотины становятся причиной затопления лесов и плодородных земель. Также они блокируют пути миграции рыб, что приводит к сокращению их популяций.

Работа АЭС приводит к накоплению радиоактивных отходов. Даже при отсутствии неисправностей в воздух поступают стронций-90, криптон-85 и другие вредные вещества.

Безопасна ли все‑таки ядерная энергетика и зачем в Россию свозят отработанный уран

Пять важных вопросов о мирном атоме

Перспективным путем защиты природных ресурсов считается развитие альтернативной энергетики. Но на деле эксплуатация таких установок связана со множеством проблем как для человека, так и для природной среды:

Ветряные турбины повышают уровень шума. Согласно исследованию Датского онкологического общества, это может стать причиной бессонницы и стресса у пожилых людей.

Приливные электростанции строятся только на морских побережьях. У них низкая эффективность из-за цикличности работы (вырабатывают энергию только во время прилива).

Работа солнечных электростанций зависит от погоды. Кроме того, они малоэффективны — только 15-20% солнечной энергии преобразуется в электрическую.

Геотермальные станции могут стать причиной проседания грунта и землетрясений, вызванных воздействием на термальные источники. В процессе добычи из-под земли горячей воды на поверхность выходят газы, содержащие токсичные вещества.

Три главных мифа о возобновляемой энергетике

Вредное производство, высокий уровень выбросов, долгая окупаемость

Технология получения энергии из мусора тоже имеет свои минусы. Сжигание отходов довольно расточительно для экономики. А в образующейся золе содержатся яды и тяжелые металлы, требующие обезвреживания. Кроме того, мусоросжигание, как и любой процесс горения, оставляет большой углеродный след и ускоряет глобальное потепление.

Способы получения энергии из мусора

Энергия, полученная из бытовых и промышленных отходов, одновременно решает две проблемы — обеспечения регионов энергетическими ресурсами и утилизации мусора. Экологичность этого процесса зависит от состава отходов, а также от способа их переработки.

Сжигание отходов

Перед тем как отправить твердые коммунальные отходы (ТКО) в печь, их сортируют, удаляя токсичные и взрывоопасные компоненты и вещества, в том числе аккумуляторы, люминесцентные лампы, лаки и краски. Затем все измельчается и сжигается. Мусорное топливо нагревает воду в трубах котла-утилизатора, в результате образуется пар, который вращает турбину и запускает генератор переменного тока. При использовании технологии сжигания отходов возможна выработка энергии до 19-27% от мощности традиционных электростанций, что связано с низкой теплоотдачей ТКО.

В Московской области, например, в 2022-2023 годах будут построены четыре новых предприятия для сжигания ТКО, что, по мнению властей региона, позволит отказаться от использования свалок и полигонов. Сейчас в России функционирует всего четыре таких предприятия, а свалками, по данным Росприроднадзора, занято 40 тыс. кв. км, что сопоставимо с территорией Швейцарии.

Почему россияне против мусоросжигательных заводов

Чем граждан не устраивают действующие и строящиеся МСЗ

Мнение экспертов по поводу этого проекта неоднозначно. Полина Вергун, глава комитета «Опоры России» по реформированию отрасли обращения с отходами, считает, что нужно сначала наладить механизмы раздельного сбора и сортировки мусора, а только потом задумываться про получение из него энергии. Кроме того, неясно, как выбросы отразятся на экологии регионов, поэтому активисты «Гринпис России» направили в минприроды письмо с требованием прекратить развитие проектов по сжиганию ТКО.

Газификация: отходы — это газ

Газификация — это процесс термической переработки мусора с дозированной подачей водяного пара и подогретого окислителя (воздуха, обогащенного кислородом, или технического кислорода). В результате выделяется синтез-газ — смесь водорода и монооксида углерода, который сжигается в специальном котле для получения энергии.

Для снижения количества вредных выбросов и ускорения процесса газификации отходы сортируются, измельчаются и просушиваются, после чего поступают в герметичный реактор. Выходящий из реактора газ охлаждается в теплообменнике, а затем очищается от примесей. На выходе образуются топливный газ и зола, которую можно использовать в строительно-дорожной сфере.

Паровоздушная газификация практикуется в США, Великобритании, Канаде и Нидерландах. Она уменьшает выброс в атмосферу вредных веществ по сравнению с технологиями на мусороперерабатывающих заводах. Но для поддержания горения синтез-газа требуется добавление природного газа, что снижает экономическую целесообразность метода.

Пиролиз — нет кислорода, нет проблем

При пиролизе отходы разлагаются под воздействием высоких температур в условиях вакуума. Основное достоинство этого метода — отсутствие выброса продуктов горения в окружающую среду. Вес оставшейся золы — до 10 раз меньше, чем у исходного сырья, и она относится к V классу опасности (с минимальным негативным воздействием на окружающую среду). Чем выше температура, тем меньше золы и больше газа получается на выходе.

Поступившие отходы проходят радиационный контроль, крупные фрагменты измельчаются. Подготовленный мусор просушивается в верхнем отсеке реактора, после чего поступает в среднюю камеру, где сгорает при температуре 1 000-1 200 °C. Выделившиеся пары и газы подвергаются конденсации и разделяются на жидкую и газообразную составляющие. Газ поступает обратно в реактор для сгорания и получения энергии.