hulladék hasznosítását hulladékból energiába
fotó: Jan Truter
az elmúlt négy évtizedben mi, emberek, megháromszoroztuk a Föld természeti erőforrásainak fogyasztását, mondta az ENSZ Környezetvédelmi Programjának friss jelentése. A World Resources Institute szerint “az ipari gazdaságokba irányuló éves erőforrás-felhasználás fele-háromnegyede hulladékként kerül vissza a környezetbe egy éven belül.”
2013-ban az Egyesült Államok 254 millió tonna szemetet vagy települési szilárd hulladékot termelt. Ebből mintegy 87 millió tonnát komposztáltak vagy újrahasznosítottak, 32,7 millió tonnát elégettek energiára, 134,3 millió tonna pedig hulladéklerakókba került.
a települési szilárd hulladék papírból, kartonból, élelmiszerből, fűnyírásból, levélből, fából, bőrből, műanyagból, fémekből és kőolaj alapú szintetikus anyagokból áll. Egyetlen megközelítés sem képes kezelni az összes hulladéktípust, ezért a “hulladékgazdálkodás hierarchiáját” használják a hulladékkezelési stratégiák környezeti hatásaik szerinti rangsorolására. A fenntartható hulladékgazdálkodás egyik alapelve, hogy a hulladékot a lehető legmagasabb szinten kezeljük a hulladékhierarchiában.
az első prioritás a 
hulladék keletkezésének elkerülése a fogyasztás és a csomagolás csökkentésével. A következő legjobb megoldás az újrahasznosítás; a szerves hulladék komposztálása következik. Ezt követi az újrahasznosított hulladék égetése energia céljából, majd végül hulladéklerakás.
az amerikai hulladéklerakók száma az évek során csökkent, de a meglévő hulladéklerakók átlagos mérete nőtt. A hulladéklerakók szén-dioxidot, metánt, illékony szerves vegyületeket és más veszélyes szennyező anyagokat bocsáthatnak ki a levegőbe. Az Egyesült Államokban a metánkibocsátás harmadik legnagyobb hozzájárulója, amelynek globális felmelegedési potenciálja 25-ször erősebb, mint a szén-dioxid több mint 100 éve. A hulladéklerakó gázok a föld alatt is mozoghatnak, ami tüzet és robbanást okozhat, és a hulladéklerakókban felhalmozódó folyadék vagy csurgalékvíz szennyezheti a talajvizet. Ráadásul a hulladéklerakók csúnyaak és szagosak.
egy hulladéklerakó Danbury-ben, Conn. Fotó: ENSZ
a szilárd hulladék lerakása magával hozza a fent leírt problémákat, és azt is jelenti, hogy a hulladékban rejlő összes energia elpazarolódik. A hulladékból energiát előállító üzemekben a hulladék elégetése nem csak 87% – kal csökkenti a hulladék mennyiségét, hanem a beépített energiát is felhasználhatja.
a villamos energia előállításához hulladékot égető üzemeket először az 1970-es években építették. a tiszta levegőről szóló törvény hatályba lépése után világossá vált, hogy az üzemek veszélyes higany-és dioxinkibocsátást termelnek; szabványokat hoztak létre, amelyek tiltották a hulladék ellenőrizetlen égetését és a részecskék korlátozott kibocsátását. Az 1990-es években az Egyesült Államok. A Környezetvédelmi Ügynökség létrehozta a maximálisan elérhető ellenőrzési technológiai előírásokat, amelyek megkövetelték a hulladék-energia létesítményeket a légszennyezés ellenőrzésének telepítéséhez. 2007-ben az EPA összehasonlította a hulladék-energia kibocsátást 1990 és 2005 között; 24% – kal csökkentette a nitrogén-oxidot, 88% – kal a kén-dioxidot, 99% – kal a dioxinokat és 96% – kal a higanyt.
az Egyesült Államokban jelenleg 77 hulladék-energia létesítmény működik 22 államban, amelyek naponta 95 023 tonna hulladékot dolgoznak fel, amelyek évente 20 800 gigawattóra villamos energiát képesek előállítani. Európában több mint 400 ilyen növény található, további 300 pedig a világ más részein található.
ezeknek a növényeknek a többsége tömeges égési létesítmény. A hulladékot nagy bunkerekben tárolják, majd egy mozgó rostélyba szállítják egy kemencében, ahol 85 felett égik0c legalább két másodpercig a teljes égés biztosítása érdekében. A kemencéből származó hő melegíti a vizet egy kazánban, gőzt hozva létre, amely egy turbinát forgat, hogy áramot előállító generátort hajtson. A villamos energia ezután belép a hálózatba. Európában egyes üzemek egyesítik a villamosenergia-termelést a távfűtési rendszer, a felesleges gőz felhasználásával hőt termelnek az otthonok fűtésére.
elégetésre váró hulladék. Fotó: Ari Herzog
az égés után maradt mintegy 20 százaléka nem veszélyes fenékhamu; egy részét a hulladéklerakók fedezésére használják a csurgalékvíz csökkentésére, vagy hulladéklerakóba helyezik. Európában gyakran használják az építőiparban vagy az útépítésben.
a műanyagok, például a polivinil-klorid elégetése mérgező kibocsátást eredményez, ezért a kazán kipufogógázát, füstgázát szűrőkkel, abszorpcióval, súrolással és/vagy más berendezéssel kell kezelni, mielőtt a légkörbe kerülhet. A füstgáz pernye, amely részecskékből és mérgező vegyi anyagokból áll. A pernye kevesebb, mint az üzembe belépő hulladék 5% – A; kezelhető, de veszélyes hulladékként kell ártalmatlanítani. Valójában az összes szennyező anyagot, még akkor is, ha szűrt vagy csapdába esett, speciális hulladéklerakókban kell ártalmatlanítani. Az üzem által termelt szennyvizet kezelik, majd felszabadítják.
a tiszta levegőről szóló törvény szabványokat állapít meg a kén-dioxid, a hidrogén-klorid, a nitrogén-oxidok, a szén-monoxid, a részecskék, a kadmium, az ólom, a higany és a dioxinok kibocsátására vonatkozóan. A szövetségi erőforrás-megőrzési és helyreállítási törvény előírja a maradék hamu tesztelését annak biztosítása érdekében, hogy az ne legyen veszélyes, és megfelelően ártalmatlanítsák vagy újra felhasználják. Az állami követelmények néha még szigorúbbak, mint a szövetségi előírások.
mivel a dioxinkibocsátás a fő probléma a hulladékból energiát előállító üzemekben, Nickolas Themelis, a Columbia Egyetem Földmérnöki Központjának igazgatója és alapítója, valamint a globális Hulladékból energiát előállító kutatási és technológiai Tanács elnöke, valamint diákja, Henri Dwyer közzétette a 2012-es dioxinkibocsátás jegyzékét.
“az összes hulladék-energia erőmű körülbelül három grammot ért el egy évre”-mondta Themelis. “Összehasonlításképpen: az Egyesült Államok összes dioxinja 3000 gramm volt. Az egyik nagy forrás az 1300 grammos hulladéklerakó tüzek voltak.”
” az összes növény az USA-BAN. a dioxinkibocsátás lényegesen alacsonyabb, mint az országosan megállapított határértékek…körülbelül 100-szor alacsonyabb ” – mondta Athanasios Bourtsalas, a Columbia Egyetem Föld-és mérnöki tanszékének adjunktusa. “És nincs bizonyíték arra, hogy bármilyen mérgező anyag kapcsolódna az energiahulladékhoz. Minden korábbi kutatásunk bebizonyította, hogy a hulladék-energia nagyon fenntartható hulladékgazdálkodási technika a világon jelenleg működő több mint 1000 erőmű számára.”
a karom Covanta Haverhill, MA növény. Fotó: Rebecca Zieber
a Covanta, amely világszerte 41 létesítménnyel rendelkezik, azt állítja, hogy amerikai üzemei több mint 60-90 százalékkal működnek az előírt kibocsátási határértékek alatt. A legkorszerűbb kibocsátásszabályozási technológiája ammóniát vagy karbamidot fecskendez a kemencébe, hogy a nitrogén-oxidot (a szmog és a savas eső egyik alkotóeleme) ártalmatlan nitrogénné alakítsa; a füstgázokhoz hozzáadott aktív szén elnyeli a higanyt és a dioxinokat; a mészszuszpenziót a kipufogógázba permetezik, eltávolítva a kén-dioxid és a sósav 95% – át; és a” baghouse”, hasonlóan a porszívóhoz, eltávolítja a füstgázból a részecskék 99,5% – át. Covanta figyeli kibocsátás 24/7.
a fenntartható hulladékgazdálkodás mellett a hulladékból energiát előállító erőművek más előnyöket is nyújtanak, mint például a kaputámogatások (az önkormányzat által a létesítménynek a hulladék fogadásáért fizetett tonnánkénti díj), a termelt villamos energia és/vagy a közösen termelt hő, a begyűjtött fémhulladék értéke és potenciálisan a megújuló energiára vonatkozó szén-dioxid-kreditek (mivel üzemanyagforrása fenntartható, a hulladékból energiát megújuló technológiának tekintik). Egy átlagos települési szilárd hulladékot feldolgozó üzem tonnánként körülbelül 500-600 kWh-t képes előállítani; 6 cent / kWh-nál egy tonna hulladék 30-36 dollárt hozhat. A fosszilis tüzelőanyagok helyett hulladékon keresztül történő villamosenergia-termelés egy hordó olajat vagy egynegyed tonna szenet takarít meg minden elégetett szilárd hulladék tonnájára. Ami a CO2-kibocsátást illeti, ha ezt a módszert olyan hulladéklerakókhoz hasonlítják, amelyek nem nyerik vissza metánkibocsátásukat, a hulladék-energia egy tonna CO2-t takarít meg tonna hulladékonként; összehasonlítva a hulladéklerakókkal, amelyek visszanyerik hulladéklerakó gázaikat, körülbelül fél tonna CO2-t takarít meg tonna hulladékonként.
három új technológia képes tovább csökkenteni a mérgező kibocsátásokat, kevesebb maradékot hagyni és syngáz-gázkeveréket előállítani, amely felhasználható villamos energia üzemanyagaként vagy más energiatermékekké alakítható. A három új technológia— a gázosítás, a plazma gázosítás és a pirolízis—”konverziós technológiáknak” minősül, amelyek olyan technológiák, amelyek nem járnak égéssel (oxigénnel történő égéssel). A szilárd hulladékot alacsony oxigéntartalmú környezetben melegítik, ami nagymértékben csökkenti a mérgező kibocsátás termelését, és megkönnyíti a fémek és salak azonnali visszanyerését, így kevesebb maradék kerül a hulladéklerakókba, és ami marad, kevésbé mérgező.
ezen előnyök ellenére ezen új technológiák egyike sem került kereskedelmi forgalomba az Egyesült Államokban, Japánban és Európában, ahol kevés a föld a hulladéklerakók számára, a konverziós technológiai üzemeket állami támogatásokkal és kedvező szabályozásokkal támogatták. De a költségek magasak, mivel egyes üzemek homogénebb hulladékot igényelnek, amelynek előválogatása növeli a költségeket, a syngas tisztításának jelenlegi módszerei pedig drágák.
Bourtsalas kifejtette, hogy míg a tömegégető üzemek naponta több mint 1000 tonna szilárd hulladékot képesek feldolgozni, a japán átalakítási technológiai üzemek csak körülbelül 100 tonnát dolgoznak fel naponta; kísérleti szakaszban vannak. Az Egyesült Királyságban a 900 millió dolláros Tees Valley létesítményt gázosítással építették évi 700 000 tonna hulladék feldolgozására. 2015-ben nyílt meg, de soha nem állt le a földről, és csődbe ment.
“a jelenleg használt összes technológia az alapvető égés, gőz előállítása, kivéve a Japán Kis üzemeket. Jó lenne, ha egynél több technológia lenne” – mondta Themelis. “De a hulladék-energia vs. hulladéklerakás egyik problémája az, hogy valamivel többe kerül—átlagosan tonnánként 20 dollárba kerül. Még ez a kis pénz is elég ahhoz, hogy különbséget tegyen, tehát ha új folyamatot kap, amely 100 dollárba kerül, akkor nem fog menni. Ez közgazdaságtan.”
a műanyag a települési szilárd hulladék 13% – át teszi ki.
az átalakítási technológiák előmozdításának legjobb módja az lenne, ha a települési szilárd hulladékban lévő 10 000 különféle műanyag közül többet különítenének el. Jelenleg a műanyagok mindössze 10% – át különítik el az újrahasznosítási programokban. “Ha el tudná választani az összes műanyagot, akkor jó alapanyag lenne a konverziós technológiákhoz…ezen dolgozunk” – mondta Themelis. “New York települési szilárd hulladékának kilogrammonként átlagosan 11 megajoule van. A műanyagok elválasztása esetén kilogrammonként 35 megajoule lenne, tehát van értelme ezzel kezdeni.”
mivel az Egyesült Államok újrahasznosítási aránya évek óta 34 százalék körül van, az átalakítási technológiák egyes támogatói azzal érvelnek, hogy az újrahasznosítás és a komposztálás nem képes kezelni az összes hulladékot, és hogy a hulladéklerakókba kerülő mennyiség csökkentése érdekében valamilyen hőfeldolgozásra van szükség. Azok, akik ellenzik a hulladék-energiát, azt állítják, hogy versenyez az újrahasznosítással, mert az erőműveknek képesnek kell lenniük arra, hogy elegendő hulladékot dolgozzanak fel ahhoz, hogy nyereségesek legyenek, és néha még messziről is be kell szállítaniuk, ami több üvegházhatású gázkibocsátást eredményez a közlekedésben. És mivel egy üzem költségének majdnem a fele szennyezéscsökkentésre megy, fenntartják, hogy a pénzt jobban lehetne költeni a hulladékcsökkentés és az újrahasznosítás előmozdítására.
Koppenhága Hulladékból energiát előállító üzeme
Európában azonban a hulladékból energiát előállító üzem nem akadályozza az újrafeldolgozást. Svédország, Dánia és Hollandia azon országok közé tartozik, ahol a legtöbb hulladék-energia létesítmény található, és ahol a legmagasabb az újrahasznosítási arány. Néhány Európa state-of-the-art növények most kínál más látnivalók is. A Koppenhágai üzem, amely 2017 márciusában nyílik meg, sípályával rendelkezik, és a Bécsi Spittelau üzemet a város 10 legfontosabb városnéző helyszínének tartják a fantáziadús külső kialakítása miatt.
a Spittelau üzem Bécsben
az USA-ban, hulladék-to-energy égett mintegy 12 százaléka települési szilárd hulladék 2013-ban, le 15 százalék a korai 1990-es években. ez részben azért, mert a hulladéklerakó még mindig gazdaságosabb lehetőség az USA-ban, ahol a föld bőséges. A kivételek olyan helyek, mint New York City, amelyeknek nagy távolságra kell szállítaniuk a szemetet.
sok éven át New York körülbelül 550 000 tonna hulladékot küldött az állam más részein található hulladék-energia erőművekbe, de a közelmúltban a higiéniai Minisztérium vállalta, hogy 800 000 tonnát küld, a jövőben növekedéssel. New Yorkban a hulladék 25 százaléka ilyen üzemekbe, 75 százaléka pedig hulladéklerakókba kerül, ami jobb, mint az országos átlag 10 és 90 százalék-mondta Themelis.
számos oka van annak, hogy az USA-ban a hulladékból energiává történő fejlődés elakadt.egyes körökben még mindig megalapozatlan hírnévnek örvend a szennyezés miatt, és a közösségek kifogásolhatják a létesítmények elhelyezését közöttük. Ezenkívül egy új létesítmény építésének költsége magas, és évekbe telhet, hogy gazdasági előnyöket nyújtson.
“az Egyesült Államok legtöbb államában a hulladéklerakók adója olcsóbb, mint a hulladék-energia kapu díja, és nincs nemzeti jogszabály”-mondta Bourtsalas. “Európában nagyon erős irányelvek vannak—az Európai Unió összes országa köteles hulladék-energiát bevezetni hulladékgazdálkodási rendszerébe. Az Egyesült Államokban minden államnak saját jogszabályai vannak, nincs egyetlen olyan Irányelvük, amely nyomást gyakorolna a jogalkotókra és a különböző érdekelt felekre a fenntartható hulladékgazdálkodás előmozdítása érdekében.”
az Egyesült Államokban 1995 óta épült első és egyetlen hulladék-energia erőmű tavaly nyáron kezdte meg működését Palm Beach megyében, Fla-ban. A 672 millió dolláros korszerű üzem 90% – kal csökkenti a hulladéklerakókba kerülő hulladék mennyiségét, 100 MW villamos energiát termel, és évente 27 000 tonna fémet nyer vissza a hulladék elégetése után. Megfelel az Egyesült Államokban működő ilyen létesítmények legalacsonyabb kibocsátási határértékeinek.
a Shenzhen plant
a világ legnagyobb hulladék-energia üzem épül Shenzhen, Kína. Az 35 hektáron, Stadion tervezéssel, az öt hektáros létesítmény naponta 5,500 tonna hulladékot éget el, a Shenzhen lakói által termelt szemét egyharmadát. A tervek szerint 2020-ban megnyíló korszerű üzem egy parkkal és egy szállodával is rendelkezik. Figyelemre méltó a technológia növekedése Kínában: 2005-ben 15 hulladék-energia üzem volt; ma 188.
Oslo, Norvégia klemetsrud üzeme, amely villamos energiát és hőt termel, évente több mint 330 700 tonna CO2-t bocsát ki, mivel a települési szilárd hulladékot égeti. A közelmúltban az üzem tesztelte a füstök CO2-kibocsátását, és képes volt megakadályozni, hogy 90% – uk belépjen a légkörbe. Norvégia most 300 millió dolláros teljes szén-dioxid-leválasztó üzemet tervez 2020-ig. A befogott CO2-t az Északi-tengerbe szállítják, hogy a tenger alatt tárolják, vagy olaj-és gázmezőkbe injektálják a termelés fokozása érdekében.
az előrejelzések szerint a globális hulladék-energia piac évente körülbelül 5,9 százalékkal növekszik, elérve a 37,64 milliárd dollárt 2020-ig, szemben a 25,3 milliárd dollárral 2013-ban, egy 2015-ös jelentés szerint. A Waste-to-Energy Research and Technology Council segíti ezt a növekedést azáltal, hogy támogatja a legjobb technológiákat, együttműködik Testvérszervezeteivel Brazíliában, Chilében, Kínában, Indiában, Olaszországban és másutt, és terjeszti a hírt a waste-to-energy előnyeiről.