dobre wykorzystanie śmieci za pomocą waste-to-Energy
zdjęcie: Jan Truter
w ciągu ostatnich czterech dekad my, ludzie, potroiliśmy zużycie zasobów naturalnych ziemi, powiedział niedawny raport z Programu Ochrony Środowiska ONZ. A według World Resources Institute ” połowa do trzech czwartych rocznych nakładów zasobów do gospodarek przemysłowych jest zwracana do środowiska jako odpady w ciągu zaledwie jednego roku.”
w 2013 roku USA wyprodukowały 254 miliony ton śmieci lub stałych odpadów komunalnych. Około 87 milionów ton tego kompostowano lub poddano recyklingowi, 32,7 miliona ton spalono na energię, a 134,3 miliona ton trafiło na wysypiska.
komunalne odpady stałe składają się z papieru, tektury, żywności, ścinki trawy, liści, drewna, skóry, tworzyw sztucznych, metali i materiałów syntetycznych na bazie ropy naftowej. Żadne jedno podejście nie jest w stanie poradzić sobie ze wszystkimi rodzajami odpadów, dlatego stosuje się „hierarchię gospodarowania odpadami” do uszeregowania strategii postępowania z odpadami według ich wpływu na środowisko. Kluczową zasadą zrównoważonego gospodarowania odpadami jest próba zajęcia się odpadami jak najwyżej w hierarchii postępowania z odpadami.
pierwszym priorytetem jest unikanie produkcji odpadów 
poprzez zmniejszenie zużycia i pakowania. Kolejnym najlepszym rozwiązaniem jest recykling; kompostowanie odpadów organicznych jest następne. Następnie następuje spalanie odpadów po recyklingu w celu pozyskania energii,a następnie składowanie.
liczba składowisk w USA zmniejszyła się z biegiem lat, ale średnia wielkość istniejących składowisk wzrosła. Składowiska mogą emitować do powietrza dwutlenek węgla, metan, lotne związki organiczne i inne niebezpieczne zanieczyszczenia. W USA są trzecim największym źródłem emisji metanu, którego potencjał globalnego ocieplenia jest 25 razy silniejszy niż dwutlenek węgla w ciągu 100 lat. Gazy wysypiskowe mogą również przemieszczać się pod ziemią, potencjalnie powodując pożary i wybuchy, a ciecz lub odciek gromadzący się na składowiskach może zanieczyszczać wody gruntowe. Ponadto wysypiska śmieci są nieestetyczne i pachnące.
wysypisko śmieci w Danbury. Zdjęcie: Organizacja Narodów Zjednoczonych
składowanie odpadów stałych niesie ze sobą opisane powyżej problemy, a także oznacza, że cała energia nieodłącznie związana z odpadami jest marnowana. Spalanie odpadów w zakładach przetwarzania odpadów nie tylko zmniejsza ich objętość o 87 procent, ale może również wykorzystać wbudowaną energię i dobrze ją wykorzystać.
zakłady, które spalają odpady do produkcji energii elektrycznej, zostały po raz pierwszy zbudowane w latach 70.XX wieku. po wejściu w życie ustawy o czystym powietrzu stało się jasne, że zakłady produkują niebezpieczną emisję rtęci i dioksyn; ustanowiono normy, które zakazują niekontrolowanego spalania odpadów i ograniczają emisję cząstek stałych. W latach 90. Agencja Ochrony Środowiska ustanowiła maksymalne osiągalne przepisy dotyczące technologii kontroli, które wymagały instalacji od odpadów do energii do instalowania kontroli zanieczyszczenia powietrza. W 2007 r. EPA porównała emisje odpadów do energii między 1990 a 2005 r.; stwierdzono spadek o 24 procent w tlenku azotu, 88 procent w dwutlenku siarki, 99 procent w dioksynach i 96 procent w rtęci.
w Stanach Zjednoczonych istnieje obecnie 77 zakładów przetwarzania odpadów w 22 stanach, przetwarzających 95 023 ton odpadów dziennie, zdolnych do generowania 20 800 gigawatogodzin energii elektrycznej rocznie. Europa ma ponad 400 takich roślin, a kolejne 300 znajduje się w innych częściach świata.
większość z tych zakładów to zakłady masowego spalania. Odpady są przechowywane w dużych bunkrach, a następnie transportowane do ruchomego rusztu w piecu, gdzie są spalane w temperaturze ponad 850C przez co najmniej dwie sekundy, aby zapewnić całkowite spalenie. Ciepło z pieca ogrzewa wodę w kotle, tworząc parę, która zamienia turbinę w napęd generatora wytwarzającego energię elektryczną. Energia elektryczna następnie wchodzi do sieci. W Europie niektóre elektrownie łączą wytwarzanie energii elektrycznej z systemem ciepłowniczym, wykorzystując nadmiar pary do wytwarzania ciepła wykorzystywanego do ogrzewania domów.
odpady czekające na spalenie. Zdjęcie: Ari Herzog
około 20 procent tego, co pozostało po spaleniu, to nieszkodliwy popiół Denny; część z nich jest używana do pokrywania składowisk w celu zmniejszenia odcieków lub jest składowana. W Europie jest często stosowany w budownictwie lub do budowy dróg.
spalanie tworzyw sztucznych, takich jak polichlorek winylu, powoduje toksyczne emisje, więc spaliny kotła, spaliny, muszą być traktowane filtrami, absorpcją, szorowaniem i/lub innym sprzętem, zanim będą mogły zostać uwolnione do atmosfery. Spaliny zawierają popiół lotny składający się z cząstek stałych i toksycznych chemikaliów. Popiół lotny stanowi mniej niż 5 procent odpadów wprowadzanych do zakładu; może być przetwarzany, ale musi być usuwany jako odpady niebezpieczne. W rzeczywistości wszystkie zanieczyszczenia, nawet jeśli są filtrowane lub uwięzione, muszą być usuwane na specjalnych składowiskach. Ścieki wytwarzane przez Zakład są oczyszczane, a następnie uwalniane.
Ustawa o czystym powietrzu ustanawia normy emisji dwutlenku siarki, chlorowodoru, tlenków azotu, tlenku węgla, cząstek stałych, kadmu, ołowiu, rtęci i dioksyn. Federalna ustawa o ochronie i odzyskiwaniu zasobów wymaga testowania resztek popiołu, aby upewnić się, że nie jest niebezpieczny i jest właściwie usuwany lub ponownie wykorzystywany. Wymagania stanowe są czasami nawet bardziej rygorystyczne niż przepisy federalne.
ponieważ emisje dioksyn są głównym problemem w elektrowniach wytwarzających odpady do energii, Nickolas Themelis, dyrektor i założyciel Centrum Inżynierii Ziemi Uniwersytetu Columbia i przewodniczący Global waste-to-Energy Research and Technology Council, oraz jego student Henri Dwyer opublikowali spis emisji dioksyn w 2012 roku.
” wszystkie zakłady w USA emitują znacznie niższe emisje dioksyn niż ustalone na szczeblu krajowym limity … około 100-krotnie niższe”, powiedział Athanasios Bourtsalas, adiunkt w Katedrze ziemi i Inżynierii Uniwersytetu Columbia. „I nie ma dowodów na istnienie żadnych toksycznych substancji związanych z przetwarzaniem odpadów na energię. Wszystkie nasze wcześniejsze badania dowiodły, że waste-to-energy jest bardzo zrównoważoną techniką gospodarowania odpadami dla ponad 1000 zakładów działających obecnie na świecie.”
pazur w Haverhill Covanta, MA plant. Zdjęcie: Rebecca Zieber
Covanta, lider branży z 41 zakładami na całym świecie, twierdzi, że jej Amerykańskie zakłady działają w ponad 60 do 90 procentach poniżej wymaganych limitów emisji. Jego najnowocześniejsza technologia kontroli emisji wtryskuje amoniak lub mocznik do pieca, aby przekształcić tlenek azotu (Składnik smogu i kwaśnych deszczy) w nieszkodliwy azot; węgiel aktywny dodany do gazów spalinowych pochłania rtęć i dioksyny; zawiesina wapienna jest rozpylana do spalin, usuwając 95 procent dwutlenku siarki i kwasu solnego; a „worek”, podobnie jak odkurzacz, usuwa 99,5% cząstek stałych z gazów spalinowych. Covanta monitoruje emisje 24/7.
poza zrównoważonym gospodarowaniem odpadami, zakłady przetwarzania odpadów zapewniają inne korzyści, takie jak opłaty bramowe (opłata za tonę płacona przez gminę na rzecz zakładu za odbiór odpadów), wytwarzana energia elektryczna i/lub współwytworzone ciepło, wartość zebranego złomu i potencjalnie kredyty węglowe na energię odnawialną (ponieważ źródło paliwa jest zrównoważone, przetwarzanie odpadów na energię jest uważane za technologię odnawialną). Przeciętny zakład przetwarzający komunalne odpady stałe może generować około 500-600 kWh na tonę; przy 6 centach za kWh tonę odpadów może przynieść od 30 do 36 usd. Produkcja energii elektrycznej z odpadów zamiast paliw kopalnych oszczędza również jedną baryłkę ropy naftowej lub jedną czwartą tony węgla na każdą tonę spalanych odpadów stałych. Jeśli chodzi o emisje CO2, gdy tę metodę porównuje się ze składowiskami, które nie odzyskują emisji metanu, metoda „waste-to-energy” oszczędza tonę CO2 na tonę odpadów; w porównaniu ze składowiskami, które odzyskują gazy ze składowisk, oszczędza około pół tony CO2 na tonę odpadów.
trzy nowe technologie mogą jeszcze bardziej ograniczyć toksyczne emisje, pozostawić mniej pozostałości i produkować gaz syntezowy, mieszaninę gazów, która może być wykorzystywana jako paliwo do energii elektrycznej lub przekształcana w inne produkty energetyczne. Trzy nowe technologie-zgazowanie, zgazowanie plazmowe i piroliza-są uważane za „technologie konwersji”, które są technologiami, które nie wymagają spalania (spalanie tlenem). Ogrzewają one odpady stałe w środowiskach o niskiej zawartości tlenu, co znacznie zmniejsza produkcję toksycznych emisji i ułatwia natychmiastowe odzyskiwanie metali i żużla, dzięki czemu mniej pozostałości trafia na składowiska, a to, co pozostaje, jest mniej toksyczne.
pomimo tych zalet, żadna z tych nowych technologii nie została jeszcze wprowadzona na skalę komercyjną w USA. w Japonii i Europie, gdzie Tereny pod składowiska są rzadkie, zakłady technologii konwersji zostały wsparte rządowymi dotacjami i korzystnymi przepisami. Koszty są jednak wysokie, ponieważ niektóre zakłady wymagają bardziej jednorodnych odpadów, których wstępne sortowanie zwiększa koszty, a obecne metody oczyszczania gazów syntezowych są drogie.
Bourtsalas wyjaśnił, że podczas gdy zakłady masowego spalania mogą przetwarzać ponad 1000 ton odpadów stałych dziennie, Zakłady technologii konwersji w Japonii przetwarzają tylko około 100 ton dziennie; są one w fazie pilotażowej. Wart 900 milionów dolarów zakład Tees Valley w Wielkiej Brytanii został zbudowany przy użyciu zgazowania do przetwarzania 700 000 ton odpadów rocznie. Otwarty w 2015 roku, nigdy nie zbankrutował i zbankrutował.
” wszystkie stosowane obecnie technologie to podstawowe spalanie, wytwarzanie pary, z wyjątkiem małych zakładów w Japonii. Dobrze byłoby mieć więcej niż jedną technologię” – powiedział Themelis. „Ale jednym z problemów związanych z przetwarzaniem odpadów na energię a składowaniem odpadów jest to, że kosztuje nieco więcej—średnio kosztuje 20 USD za tonę więcej. Nawet ta odrobina pieniędzy wystarczy, aby coś zmienić, więc jeśli otrzymacie nowy proces, który będzie kosztował $ 100 więcej, to nie pójdzie. To ekonomia.”
Tworzywa sztuczne stanowią 13 procent miejskich odpadów stałych.
najlepszym sposobem promowania technologii konwersji byłoby oddzielenie większej liczby 10 000 różnych rodzajów tworzyw sztucznych w komunalnych odpadach stałych. Obecnie tylko 10 procent tworzyw sztucznych jest rozdzielanych w programach recyklingu. „Gdybyś mógł oddzielić wszystkie Tworzywa sztuczne, miałbyś dobry surowiec do technologii konwersji…pracujemy nad tym” – powiedział Themelis. „Miejskie odpady stałe Nowego Jorku mają średnio 11 megadżuli na kilogram. Plastik, jeśli zostanie rozdzielony, będzie miał 35 megadżuli na kilogram, więc warto zacząć od tego.”
ponieważ wskaźniki recyklingu w USA od lat utrzymują się na poziomie około 34 procent, niektórzy zwolennicy technologii konwersji twierdzą, że recykling i kompostowanie nie mogą poradzić sobie ze wszystkimi odpadami i że w celu zmniejszenia ilości trafiającej na składowiska konieczna jest jakaś forma przetwarzania termicznego. Osoby sprzeciwiające się przetwarzaniu odpadów na energię twierdzą, że konkurują one z recyklingiem, ponieważ zakłady muszą być w stanie przetworzyć wystarczającą ilość odpadów, aby były opłacalne, a czasami muszą nawet transportować je z daleka, tworząc więcej emisji gazów cieplarnianych w transporcie. A ponieważ prawie połowa kosztów instalacji idzie na kontrolę zanieczyszczeń, utrzymują, że pieniądze można lepiej wydać na redukcję odpadów i recykling.
Kopenhaski zakład przetwarzania odpadów
jednak w Europie przetwarzanie odpadów nie zniechęca do recyklingu. Szwecja, Dania i Holandia należą do krajów o największej liczbie instalacji przetwarzania odpadów na energię i mają jedne z najwyższych wskaźników recyklingu. Kilka najnowocześniejszych europejskich zakładów oferuje teraz również inne atrakcje. Zakład w Kopenhadze, który zostanie otwarty w marcu 2017 r., będzie wyposażony w stok narciarski, a zakład Spittelau w Wiedniu jest uważany za jeden z 10 najlepszych miejsc do zwiedzania miasta ze względu na jego fantazyjny wygląd zewnętrzny.
zakład Spittelau w Wiedniu
w USA w 2013 r. spalono około 12 procent stałych odpadów komunalnych, co oznacza spadek z 15 procent na początku lat 90. wynika to częściowo z faktu, że składowanie odpadów jest nadal bardziej ekonomiczną opcją w USA, gdzie grunty są obfite. Wyjątkiem są miejsca takie jak Nowy Jork, które muszą transportować śmieci na duże odległości.
przez wiele lat Nowy Jork wysyłał około 550 000 ton odpadów do elektrowni odpadów w innych częściach stanu, ale ostatnio Departament sanitarny zobowiązał się wysłać 800 000 ton, a w przyszłości wzrosty. W Nowym Jorku 25 proc. odpadów trafia do takich zakładów, a 75 proc. trafia na wysypiska, co jest lepsze niż średnia krajowa 10 proc. i 90 proc. – powiedział Themelis.
istnieje kilka powodów opóźnionego rozwoju odpadów do energii w USA. nadal ma nieuzasadnioną reputację zanieczyszczenia w niektórych kręgach, a Społeczności mogą sprzeciwić się lokalizacji obiektów w ich otoczeniu. Ponadto koszt budowy nowego obiektu jest wysoki, a uzyskanie korzyści ekonomicznych może potrwać lata.
„w większości stanów w USA podatek od składowania odpadów jest mniej kosztowny niż opłata za waste-to-energy gate, i nie ma ustawodawstwa krajowego” – powiedział Bourtsalas. —W Europie istnieją bardzo silne dyrektywy-wszystkie kraje Unii Europejskiej są zobowiązane do wdrożenia technologii „waste-to-energy” do swoich systemów gospodarowania odpadami. W USA, każdy stan ma swoje własne ustawodawstwo, nie ma jednej dyrektywy z możliwością naciskania ustawodawców i różnych interesariuszy, aby przyspieszyć zrównoważoną gospodarkę odpadami.”
pierwszy i jedyny zakład przetwarzania odpadów w USA od 1995 roku rozpoczął działalność latem ubiegłego roku w hrabstwie Palm Beach, Fla. Nowoczesny zakład o wartości 672 milionów dolarów przewiduje redukcję odpadów trafiających na wysypiska o 90 procent, wytwarzanie 100 MW energii elektrycznej i odzyskiwanie 27 000 ton metali po spalaniu odpadów każdego roku. Spełnia najniższe limity emisji każdego takiego obiektu działającego w USA.
fabryka w Shenzhen
w Shenzhen w Chinach budowana jest największa na świecie elektrownia odpadów na energię. Położony na 35 akrach z projektem stadionu, pięciogwiazdkowy obiekt będzie spalać 5500 ton odpadów dziennie, jedną trzecią śmieci generowanych przez mieszkańców Shenzhen. W nowoczesnym zakładzie, który ma zostać otwarty do 2020 roku, znajduje się również park i hotel. Rozwój technologii w Chinach jest godny uwagi: w 2005 r.miało 15 elektrowni na odpady; obecnie jest ich 188.
Oslo, norweska Fabryka Klemetsrud, która produkuje energię elektryczną i ciepło, emituje również ponad 330 700 ton CO2 rocznie, ponieważ spala komunalne odpady stałe. Niedawno zakład przeprowadził test w celu wychwycenia emisji CO2 z oparów i był w stanie utrzymać do 90 procent z nich przed wejściem do atmosfery. Norwegia planuje obecnie budowę instalacji wychwytywania dwutlenku węgla o wartości 300 milionów dolarów do 2020 roku. Wychwycony CO2 zostanie wysłany na Morze Północne w celu zastrzyku i składowania pod morzem lub wtryskiwania na pola naftowe i gazowe w celu zwiększenia produkcji.
przewiduje się, że globalny rynek odpadów do energii wzrośnie o 5,9 procent rocznie, aby osiągnąć 37,64 mld USD do 2020 r., w porównaniu z 25,3 mld USD w 2013 r., zgodnie z raportem z 2015 r. Waste-to-Energy Research and Technology Council pomaga wspierać ten wzrost, promując najlepsze technologie, współpracując ze swoimi siostrzanymi organizacjami w Brazylii, Chile, Chinach, Indiach, Włoszech i innych krajach oraz rozpowszechniając informacje o korzyściach płynących z waste-to-energy.