punerea gunoiului la o bună utilizare cu deșeuri la energie
Jan Truter
în ultimele patru decenii, noi, ființele umane, ne-am triplat consumul de resurse naturale ale pământului, se arată într-un raport recent al Programului Națiunilor Unite pentru mediu. Potrivit World Resources Institute, ” o jumătate până la trei sferturi din intrările anuale de resurse în economiile industriale sunt returnate mediului ca deșeuri în doar un an.”
în 2013, SUA au produs 254 de milioane de tone de gunoi sau deșeuri solide municipale. Aproximativ 87 de milioane de tone au fost fie compostate, fie reciclate, 32,7 milioane de tone au fost arse pentru energie și 134,3 milioane de tone au fost trimise la depozitele de deșeuri.
deșeurile municipale solide constau din hârtie, carton, alimente, resturi de iarbă, frunze, lemn, piele, materiale plastice, metale și materiale sintetice pe bază de petrol. Nicio abordare unică nu poate gestiona toate tipurile de deșeuri, astfel încât o „ierarhie a gestionării deșeurilor” este utilizată pentru a clasifica strategiile de tratare a deșeurilor în funcție de impactul lor asupra mediului. Un principiu cheie al gestionării durabile a deșeurilor este încercarea de a trata deșeurile cât mai sus în ierarhia deșeurilor.
prima prioritate este evitarea producerii de 
deșeuri prin reducerea consumului și a ambalajelor. Următoarea cea mai bună opțiune este reciclarea; compostarea deșeurilor organice vine în continuare. Aceasta este urmată de arderea deșeurilor post-reciclate pentru energie și apoi, în cele din urmă, depozitarea deșeurilor.
numărul depozitelor de deșeuri din SUA a scăzut de-a lungul anilor, dar dimensiunea medie a depozitelor de deșeuri existente a crescut. Depozitele de deșeuri pot emite dioxid de carbon, metan, compuși organici volatili și alți poluanți periculoși în aer. În SUA, acestea sunt al treilea cel mai mare contribuitor la emisiile de metan, al căror potențial de încălzire globală este de 25 de ori mai puternic decât dioxidul de carbon de peste 100 de ani. Gazele din depozitele de deșeuri se pot deplasa și în subteran, provocând potențial incendii și explozii, iar lichidul sau levigatul care se acumulează în depozitele de deșeuri pot contamina apele subterane. Mai mult, depozitele de deșeuri sunt inestetice și mirositoare.
un depozit de deșeuri în Danbury, Conn. Foto: Organizația Națiunilor Unite
depozitarea deșeurilor solide aduce cu sine problemele descrise mai sus și înseamnă, de asemenea, că toată energia inerentă deșeurilor este risipită. Arderea deșeurilor în instalațiile de deșeuri la energie nu numai că reduce volumul cu 87%, dar poate, de asemenea, să valorifice energia încorporată și să o folosească bine.
instalațiile care ard deșeuri pentru a produce energie electrică au fost construite pentru prima dată în anii 1970. după intrarea în vigoare a Clean Air Act, a devenit clar că instalațiile produceau emisii periculoase de mercur și dioxină; au fost stabilite standarde care interziceau arderea necontrolată a deșeurilor și emisiile limitate de particule. În anii 1990, SUA. Agenția pentru Protecția Mediului a stabilit reglementările tehnologice de Control maxime realizabile, care impuneau instalații de deșeuri în energie pentru a instala controale ale poluării aerului. În 2007, EPA a comparat emisiile de deșeuri cu energie între 1990 și 2005; a constatat scăderi de 24% în oxidul de azot, 88% în dioxinele de sulf, 99% în dioxine și 96% în Mercur.
în SUA, există în prezent 77 de instalații de deșeuri în energie în 22 de state, procesând 95.023 tone de deșeuri în fiecare zi, capabile să genereze 20.800 gigawatt oră de energie electrică pe an. Europa are peste 400 de astfel de plante, iar alte 300 se găsesc în alte părți ale lumii.
majoritatea acestor plante sunt instalații de ardere în masă. Deșeurile sunt depozitate în buncăre mari, apoi transportate într-un grătar în mișcare într-un cuptor unde sunt arse la peste 850c timp de cel puțin două secunde pentru a asigura arderea completă. Căldura din cuptor încălzește apa într-un cazan, creând abur care transformă o turbină pentru a conduce un generator care produce electricitate. Electricitatea intră apoi în rețea. În Europa, unele centrale combină generarea de energie electrică cu un sistem de încălzire centralizată, folosind excesul de abur pentru a crea căldură utilizată pentru încălzirea locuințelor.
deșeuri care așteaptă să fie arse. Foto: ari Herzog
aproximativ 20% din ceea ce rămâne după ardere este cenușă de fund nepericuloasă; o parte din ea este utilizată pentru acoperirea depozitelor de deșeuri pentru a reduce levigatul sau este depozitată. În Europa, este adesea folosit în industria construcțiilor sau pentru construcția de drumuri.
arderea materialelor plastice precum clorura de polivinil produce emisii toxice, astfel încât evacuarea cazanului, gazele de ardere, trebuie tratate cu filtre, absorbție, spălare și/sau alte echipamente înainte de a putea fi eliberate în atmosferă. Gazele de ardere conțin cenușă zburătoare constând din particule și substanțe chimice toxice. Cenușa zburătoare reprezintă mai puțin de 5% din deșeurile care intră în instalație; poate fi tratată, dar trebuie eliminată ca deșeuri periculoase. De fapt, toți poluanții, chiar dacă sunt filtrați sau prinși, trebuie aruncați în depozite speciale de deșeuri. Apele uzate produse de instalație sunt tratate apoi eliberate.
Clean Air Act stabilește standarde pentru emisia de dioxid de sulf, clorură de hidrogen, oxizi de azot, monoxid de carbon, particule, cadmiu, plumb, mercur și dioxine. Legea federală privind conservarea și recuperarea resurselor necesită testarea cenușii rămase pentru a se asigura că nu este periculoasă și că este eliminată sau reutilizată corespunzător. Cerințele statului sunt uneori chiar mai stricte decât reglementările federale.
deoarece emisiile de dioxină sunt principala preocupare cu instalațiile de deșeuri în energie, Nickolas Themelis, director și fondator al Centrului de Inginerie a Pământului al Universității Columbia și președinte al Consiliului Global de cercetare și Tehnologie a deșeurilor în energie, iar studentul său Henri Dwyer a publicat un inventar al emisiilor de dioxină din 2012.
„toate centralele de deșeuri la energie au ajuns la ceva de genul trei grame timp de un an”, a spus Themelis. „Pentru a compara, dioxinele totale din SUA au fost de 3.000 de grame. Una dintre sursele mari a fost incendiile de la depozitele de deșeuri cu 1.300 de grame.”
” toate fabricile din SUA. emit emisii de dioxină semnificativ mai mici decât limitele stabilite la nivel național…de aproximativ 100 de ori mai mici”, a declarat Athanasios Bourtsalas, profesor asistent adjunct la Departamentul de pământ și inginerie al Universității Columbia. „Și nu există nici o dovadă de orice substanțe toxice asociate cu deșeuri-la-energie. Toate cercetările noastre anterioare au demonstrat că deșeurile în energie sunt o tehnică foarte durabilă de gestionare a deșeurilor pentru cele peste 1.000 de instalații care funcționează în prezent în lume.”
gheara de la Covanta ‘ s Haverhill, MA plant. Fotografie: Rebecca Zieber
Covanta, lider în industrie cu 41 de instalații în întreaga lume, afirmă că fabricile sale din SUA funcționează cu peste 60 până la 90% sub limitele de emisii necesare. Tehnologia sa de control al emisiilor de ultimă generație injectează amoniac sau uree în cuptor pentru a transforma oxidul de azot (o componentă a smogului și a ploii acide) în azot inofensiv; carbonul activ adăugat la gazele de ardere absoarbe mercurul și dioxinele; suspensia de var este pulverizată în evacuare, îndepărtând 95% din dioxidul de sulf și acidul clorhidric; și un „baghouse”, la fel ca un aspirator, elimină 99,5% din particulele din gazele de ardere. Covanta monitorizează emisiile 24/7.
pe lângă gestionarea durabilă a deșeurilor, centralele deșeuri-energie oferă și alte beneficii, cum ar fi taxele de poartă (taxa pe tonă plătită de municipalitate instalației pentru primirea deșeurilor), energia electrică și/sau căldura co-generată care este produsă, valoarea deșeurilor metalice colectate și, eventual, creditele de carbon pentru energia regenerabilă (deoarece sursa sa de combustibil este durabilă, deșeurile-energie sunt considerate o tehnologie regenerabilă). O instalație medie de prelucrare a deșeurilor solide municipale poate genera aproximativ 500-600 kWh pe tonă; la 6 cenți pe kWh, o tonă de deșeuri poate aduce între 30 și 36 USD. Producerea de energie electrică prin deșeuri în loc de combustibili fosili economisește, de asemenea, un butoi de petrol sau un sfert de tonă de cărbune pentru fiecare tonă de deșeuri solide care sunt arse. În ceea ce privește emisiile de CO2, atunci când această metodă este comparată cu depozitele de deșeuri care nu își recuperează emisiile de metan, deșeurile în energie economisesc o tonă de CO2 pe tonă de deșeuri; în comparație cu depozitele de deșeuri care își recuperează gazele de depozitare, Se economisește aproximativ jumătate de tonă de CO2 pe tonă de deșeuri.
trei noi tehnologii au potențialul de a reduce și mai mult emisiile toxice, de a lăsa mai puține reziduuri și de a produce syngas, un amestec de gaze care poate fi utilizat drept combustibil pentru electricitate sau transformat în alte produse energetice. Cele trei noi tehnologii— gazeificarea, gazeificarea plasmei și piroliza—sunt considerate „tehnologii de conversie”, care sunt tehnologii care nu implică arderea (arderea cu oxigen). Acestea super-încălzesc deșeurile solide în medii cu conținut scăzut de oxigen, ceea ce reduce foarte mult producția de emisii toxice și facilitează recuperarea imediată a metalelor și zgurii, astfel încât mai puține reziduuri să ajungă la depozitele de deșeuri și ceea ce rămâne este mai puțin toxic.
în ciuda acestor avantaje, niciuna dintre aceste noi tehnologii nu a fost încă lansată la scară comercială în SUA în Japonia și Europa, unde terenurile pentru depozitele de deșeuri sunt rare, fabricile de tehnologie de conversie au fost susținute cu subvenții guvernamentale și reglementări favorabile. Dar costurile sunt ridicate, deoarece unele plante necesită deșeuri mai omogene, a căror pre-sortare se adaugă la cost, iar metodele actuale de curățare a gazelor de sinteză sunt scumpe.
Bourtsalas a explicat că, în timp ce instalațiile de ardere în masă pot procesa peste 1.000 de tone de deșeuri solide pe zi, fabricile de tehnologie de conversie din Japonia procesează doar aproximativ 100 de tone pe zi; sunt în stadiul pilot. Instalația Tees Valley de 900 de milioane de dolari din Marea Britanie a fost construită folosind gazificarea pentru a procesa 700.000 de tone de deșeuri pe an. Setat pentru a deschide în 2015, nu a primit de la sol, și a dat faliment.
„toată tehnologia folosită acum este arderea de bază, făcând abur, cu excepția plantelor mici din Japonia. Ar fi bine să avem mai multe tehnologii”, a spus Themelis. „Dar una dintre problemele legate de deșeuri în energie față de depozitarea deșeurilor este că costă un pic mai mult-în medie costă cu 20 de dolari pe tonă mai mult. Chiar și acei puțini bani sunt suficienți pentru a face diferența, așa că dacă obțineți un nou proces care va costa încă 100 de dolari, nu va merge. Este economie.”
materialele plastice reprezintă 13% din deșeurile solide municipale.
cel mai bun mod de a promova tehnologiile de conversie ar fi separarea a mai mult din cele 10.000 de tipuri diferite de materiale plastice din deșeurile solide municipale. În prezent, doar 10% din materialele plastice sunt separate în programele de reciclare. „Dacă ați putea separa toate materialele plastice, atunci ați avea o materie primă bună pentru tehnologiile de conversie…lucrăm la asta”, a spus Themelis. „Deșeurile solide municipale din New York au în medie 11 megajouli pe kilogram. Materialele plastice, dacă ar fi separate, ar avea 35 megajouli pe kilogram, deci are sens să începem cu asta.”
deoarece ratele de reciclare din SUA au fost blocate la aproximativ 34% de ani de zile, unii susținători ai tehnologiilor de conversie susțin că reciclarea și compostarea nu pot face față tuturor deșeurilor și că, pentru a reduce cantitatea care merge la depozitele de deșeuri, este necesară o formă de prelucrare termică. Cei împotriva deșeurilor la energie susțin că aceasta concurează cu reciclarea, deoarece instalațiile trebuie să poată procesa suficiente deșeuri pentru a fi profitabile și, uneori, trebuie chiar să le transporte de departe, creând mai multe emisii de gaze cu efect de seră în transporturi. Și din moment ce aproape jumătate din costul unei instalații intră în controlul poluării, ei susțin că banii ar putea fi cheltuiți mai bine pentru a promova reducerea și reciclarea deșeurilor.
centrala de la Copenhaga privind deșeurile în energie
cu toate acestea, în Europa, deșeurile în energie nu sunt un factor de descurajare a reciclării. Suedia, Danemarca și țările de Jos se numără printre țările cu cele mai multe instalații de deșeuri la energie și au unele dintre cele mai mari rate de reciclare. Câteva dintre cele mai moderne plante din Europa oferă acum și alte atracții. O fabrică din Copenhaga, care va fi deschisă în martie 2017, va avea o pârtie de schi, iar uzina Spittelau din Viena este considerată unul dintre primele 10 Obiective turistice ale orașului datorită designului său exterior fantezist.
Uzina Spittelau din Viena
în SUA, deșeurile la energie au ars aproximativ 12% din deșeurile solide municipale în 2013, în scădere de la 15% la începutul anilor 1990. acest lucru se datorează în parte faptului că depozitarea deșeurilor este încă o opțiune mai economică în SUA, unde terenul este abundent. Excepțiile sunt locuri ca New York City, care au nevoie pentru a transporta gunoi pe distanțe lungi.
timp de mulți ani, New York a trimis aproximativ 550.000 de tone de deșeuri către instalațiile de deșeuri în energie din alte părți ale statului, dar recent, Departamentul de salubritate s-a angajat să trimită 800.000 de tone, cu creșteri în viitor. În New York, 25% din deșeuri se duc la astfel de instalații și 75% se duc la depozitele de deșeuri, ceea ce este mai bun decât media națională de 10% și 90%, a spus Themelis.
există mai multe motive pentru dezvoltarea stagnată a deșeurilor la energie în SUA are încă o reputație nefondată pentru poluare în unele cercuri, iar comunitățile pot obiecta la amplasarea instalațiilor în mijlocul lor. În plus, costul construirii unei noi instalații este ridicat și poate dura ani de zile pentru a oferi beneficii economice.
„în majoritatea statelor din SUA, taxa pentru depozitele de deșeuri este mai puțin costisitoare decât taxa pentru poarta deșeurilor pentru energie și nu există o legislație națională”, a spus Bourtsalas. „În Europa există directive foarte puternice—toate țările Uniunii Europene sunt obligate să pună în aplicare energia deșeurilor în sistemele lor de gestionare a deșeurilor. În SUA, fiecare stat are propria legislație, nu au o singură directivă cu capacitatea de a presa legislatorii și diferitele părți interesate pentru a avansa gestionarea durabilă a deșeurilor.”
prima și singura uzină de deșeuri pentru energie care va fi construită în SUA din 1995 a început să funcționeze vara trecută în Palm Beach County, Fla. Uzina de ultimă generație de 672 de milioane de dolari se așteaptă să reducă deșeurile care ajung la depozitul de deșeuri cu 90%, să genereze 100 MW de energie electrică și să recupereze 27.000 de tone de metale după arderea deșeurilor în fiecare an. Acesta îndeplinește cele mai mici limite de emisii ale oricărei astfel de instalații în funcțiune în SUA.
fabrica din Shenzhen
cea mai mare fabrică de deșeuri din lume este construită în Shenzhen, China. Amplasat pe 35 de acri cu un design de stadion, instalația de cinci acri va incinera 5.500 de tone de deșeuri zilnic, o treime din gunoiul generat de locuitorii din Shenzhen. Uzina de ultimă generație, care se așteaptă să se deschidă până în 2020, are, de asemenea, un parc și un hotel. Creșterea tehnologiei în China este de remarcat: în 2005, avea 15 centrale de deșeuri la energie; astăzi există 188.
Oslo, Uzina Klemetsrud din Norvegia, care produce electricitate și căldură, emite, de asemenea, peste 330.700 de tone de CO2 în fiecare an, deoarece arde deșeuri solide municipale. Recent, uzina a efectuat un test pentru a capta emisiile de CO2 din vapori și a reușit să împiedice până la 90% dintre aceștia să intre în atmosferă. Norvegia planifică acum o instalație de captare a carbonului la scară largă de 300 de milioane de dolari până în 2020. CO2 capturat va fi transportat în Marea Nordului pentru a fi injectat și depozitat sub mare sau injectat în câmpurile de petrol și gaze pentru a spori producția.
se estimează că piața globală a deșeurilor de energie va crește cu aproximativ 5,9% anual pentru a ajunge la 37,64 miliarde de dolari până în 2020, în creștere de la 25,3 miliarde de dolari în 2013, potrivit unui raport din 2015. Waste-to-energy Research and Technology Council contribuie la stimularea acestei creșteri prin promovarea celor mai bune tehnologii, colaborând cu organizațiile sale surori din Brazilia, Chile, China, India, Italia și din alte părți și răspândind cuvântul despre beneficiile deșeurilor în energie.