Uvolnění energie z odpadu: Globální pohled na řešení pro ukládání energie

Svět čelí dvojí výzvě: zvládání neustále rostoucího objemu odpadu a přechodu na udržitelné zdroje energie. Naštěstí se tyto dvě výzvy mohou spojit v jedno silné řešení: ukládání energie z odpadu. Tento blogový příspěvek zkoumá rozmanité technologie, globální iniciativy a potenciál přeměny odpadu na cenný energetický zdroj.

Rostoucí potřeba ukládání energie

Integrace obnovitelných zdrojů energie, jako je sluneční a větrná energie, do elektrické sítě je zásadní pro zmírnění změny klimatu. Tyto zdroje jsou však přerušované, což znamená, že jejich dostupnost kolísá v závislosti na povětrnostních podmínkách. Systémy pro ukládání energie jsou klíčové pro vyrovnávání těchto výkyvů a zajištění spolehlivých dodávek energie. Ukládání energie navíc umožňuje využití energie vyrobené mimo špičku nebo v obdobích nadměrné výroby, čímž se snižuje plýtvání a zlepšuje účinnost sítě.

Odpad jako zdroj energie: Mnohostranný přístup

Odpad, často vnímaný jako zátěž, obsahuje značné množství uložené energie. Různé technologie mohou tuto energii uvolnit a přeměnit odpad na cenný zdroj. Patří mezi ně:

• Energetické využití odpadu (EVO) spalováním: Tento proces zahrnuje spalování komunálního pevného odpadu (KPO) při vysokých teplotách za účelem výroby tepla, které se následně používá k výrobě páry pro výrobu elektřiny nebo dálkové vytápění. Moderní zařízení EVO zahrnují pokročilé technologie regulace emisí k minimalizaci dopadu na životní prostředí. Příkladem jsou zařízení v Dánsku, Německu a Japonsku, které úspěšně integrovaly EVO do své energetické infrastruktury po desetiletí.
• Anaerobní digesce (AD): AD je biologický proces, při kterém mikroorganismy rozkládají organické odpadní materiály, jako jsou zbytky jídla, zemědělské zbytky a kaly z čistíren odpadních vod, bez přítomnosti kyslíku. Tento proces produkuje bioplyn, směs metanu a oxidu uhličitého, který lze použít jako obnovitelné palivo pro výrobu elektřiny, tepla nebo v dopravě. Zařízení na AD jsou široce používána v Evropě, zejména v Německu a Nizozemsku, a získávají na popularitě i v dalších regionech, včetně Severní Ameriky a Asie.
• Zplyňování: Zplyňování je termochemický proces, který přeměňuje organické materiály na syntézní plyn (syngas), směs oxidu uhelnatého, vodíku a dalších plynů, při vysokých teplotách a za kontrolovaných podmínek. Syngas lze použít k výrobě elektřiny, chemikálií nebo jej přeměnit na paliva pro dopravu. Technologie zplyňování jsou vyvíjeny a nasazovány v různých zemích, včetně Spojených států, Číny a Indie.
• Pyrolýza: Pyrolýza je proces tepelného rozkladu, který rozkládá organické materiály bez přítomnosti kyslíku. Tento proces produkuje bioolej, biouhel a syngas, které lze všechny použít jako paliva nebo chemické suroviny. Pyrolýza je zvláště vhodná pro zpracování odpadních plastů a biomasy. Společnosti po celém světě zkoumají pokročilé metody pyrolýzy.
• Získávání skládkového plynu (LFG): Skládky produkují metan při rozkladu organického odpadu. Systémy na získávání LFG tento metan zachycují a používají k výrobě elektřiny nebo zemního plynu v kvalitě pro plynovodní síť. Mnoho skládek po celém světě, zejména v rozvinutých zemích, zavedlo projekty na získávání LFG.

Technologie ukládání energie pro energii získanou z odpadu

Jakmile je energie z odpadu vyrobena, jsou zapotřebí účinná řešení pro její ukládání, aby se maximalizovalo její využití a integrace do energetické sítě. Tyto technologie lze zařadit do kategorií:

Tepelné ukládání energie (TES)

Systémy TES ukládají energii ve formě tepla nebo chladu. To je zvláště relevantní pro zařízení EVO, která produkují teplo nebo páru. Technologie TES zahrnují:

• Ukládání citelného tepla: Zahrnuje ukládání tepla zvýšením teploty akumulačního média, jako je voda, olej nebo beton. Například přebytečné teplo generované zařízením EVO v obdobích nízké poptávky po elektřině může být uloženo ve velké izolované nádrži na vodu a poté použito k výrobě elektřiny nebo k dálkovému vytápění v období špičkové poptávky.
• Ukládání latentního tepla: Zahrnuje ukládání tepla změnou fáze akumulačního média, například tavením pevné látky nebo odpařováním kapaliny. Ukládání latentního tepla nabízí vyšší hustotu energie ve srovnání s ukládáním citelného tepla. V systémech pro ukládání latentního tepla se běžně používají materiály s fázovou změnou (PCM).
• Termochemické ukládání energie: Zahrnuje ukládání energie pomocí reverzibilních chemických reakcí. Tyto systémy nabízejí nejvyšší hustotu energie, ale jsou obecně složitější a dražší než ukládání citelného nebo latentního tepla.

Příklad: Ve Švédsku některé systémy dálkového vytápění využívají velké podzemní systémy pro tepelné ukládání energie k ukládání přebytečného tepla vyrobeného během léta pro použití v zimních měsících. Tím se snižuje závislost na fosilních palivech a zlepšuje celková účinnost energetického systému.

Chemické ukládání energie

Chemické ukládání energie zahrnuje přeměnu elektřiny na chemická paliva, jako je vodík nebo syntetický zemní plyn (SNG). Tato paliva lze následně skladovat a používat k výrobě elektřiny nebo k poskytování tepla, když je potřeba.

• Výroba vodíku elektrolýzou: Elektrolýza využívá elektřinu k rozkladu vody na vodík a kyslík. Vodík lze poté skladovat a používat v palivových článcích k výrobě elektřiny nebo v průmyslových procesech. Elektřina z odpadu může napájet proces elektrolýzy, čímž se vytváří cesta k výrobě zeleného vodíku.
• Metanizace: Metanizace je proces, který přeměňuje oxid uhličitý a vodík na metan (SNG). CO2 lze zachytit z bioplynu nebo průmyslových zdrojů. Tento SNG lze poté vtlačovat do sítě zemního plynu, čímž se poskytuje obnovitelný zdroj zemního plynu.

Příklad: V Evropě probíhá několik projektů na výrobu vodíku z obnovitelných zdrojů energie, včetně elektřiny z odpadu, a jeho využití k dekarbonizaci dopravy a průmyslu.

Mechanické ukládání energie

Systémy mechanického ukládání energie ukládají energii fyzickou změnou polohy nebo rychlosti hmoty. Mezi tyto systémy patří:

• Přečerpávací vodní elektrárny (PVE): PVE zahrnují čerpání vody do výše položené nádrže v obdobích nízké poptávky po elektřině a její vypouštění dolů přes turbínu k výrobě elektřiny během špičkové poptávky. Ačkoli se tradičně používají u velkých vodních elektráren, PVE mohou být také integrovány se zařízeními EVO využitím přebytečné elektřiny k čerpání vody.
• Ukládání energie ve stlačeném vzduchu (CAES): CAES zahrnuje stlačování vzduchu a jeho skladování v podzemních kavernách nebo nádržích. Když je potřeba elektřina, stlačený vzduch se uvolní a použije k pohánění turbíny.
• Setrvačníkové ukládání energie: Setrvačníky ukládají energii otáčením rotoru při vysokých rychlostech. Tyto systémy mohou poskytovat rychlou odezvu a jsou vhodné pro krátkodobé aplikace ukládání energie.

Příklad: Ačkoli je přímá integrace se zařízeními na energetické využití odpadu méně častá kvůli geografickým omezením, některé regiony mohou považovat přečerpávací vodní elektrárny za životaschopnou možnost pro řízení variability vyrobené energie. CAES také zažívá obnovený zájem s vylepšováním technologií.

Globální iniciativy a politiky

Několik zemí a regionů aktivně podporuje ukládání energie z odpadu prostřednictvím politik, pobídek a programů výzkumu a vývoje. Tyto iniciativy si kladou za cíl:

• Snížit množství odpadu na skládkách a podporovat recyklaci: Politiky jako zákazy skládkování, schémata rozšířené odpovědnosti výrobce (EPR) a cíle v oblasti recyklace motivují ke snižování množství odpadu a jeho odklonu od skládek, čímž se více odpadu stává dostupným pro energetické využití.
• Podporovat rozvoj infrastruktury EVO: Vlády poskytují finanční pobídky, jako jsou daňové úlevy, dotace a výkupní ceny, na podporu výstavby a provozu zařízení EVO.
• Podporovat přijetí technologií pro ukládání energie: Pobídky pro nasazení systémů pro ukládání energie, jako jsou daňové úlevy, granty a záruky za úvěry, pomáhají snižovat náklady na tyto systémy a činí je ekonomicky životaschopnějšími.
• Podporovat výzkum a vývoj: Financování výzkumných a vývojových aktivit je klíčové pro vývoj inovativních technologií pro energetické využití odpadu a ukládání energie.

Příklady:

• Evropská unie: Akční plán EU pro oběhové hospodářství podporuje prevenci vzniku odpadů, recyklaci a energetické využití odpadu. EU má také cíle pro obnovitelnou energii a snižování emisí skleníkových plynů, což motivuje k rozvoji projektů EVO a ukládání energie.
• Čína: Čína masivně investuje do infrastruktury EVO, aby řešila své rostoucí problémy s odpadovým hospodářstvím a snížila svou závislost na fosilních palivech. Země má také ambiciózní cíle pro obnovitelnou energii a nasazení ukládání energie.
• Spojené státy: USA nabízejí různé pobídky pro projekty obnovitelné energie a ukládání energie, včetně daňových úlev a grantových programů. Několik států také zavedlo politiky na podporu snižování množství odpadu a recyklace.

Výzvy a příležitosti

Ačkoli ukládání energie z odpadu nabízí značný potenciál, existuje také několik výzev, které je třeba řešit:

• Technologické výzvy: Vývoj nákladově efektivních a účinných technologií EVO a ukládání energie vyžaduje neustálý výzkum a vývoj.
• Environmentální obavy: Zařízení EVO mohou mít negativní dopady na životní prostředí, jako je znečištění ovzduší a emise skleníkových plynů. Moderní zařízení EVO však zahrnují pokročilé technologie regulace emisí k minimalizaci těchto dopadů. Navíc přeměna odpadu na energii zabraňuje emisím metanu spojeným se skládkováním.
• Ekonomická životaschopnost: Ekonomická životaschopnost projektů EVO a ukládání energie závisí na faktorech, jako je složení odpadu, ceny energie a vládní politiky.
• Přijetí veřejností: Zařízení EVO mohou čelit odporu veřejnosti kvůli obavám ze znečištění ovzduší a hluku. Účinná komunikace a zapojení komunity jsou nezbytné pro získání přijetí veřejnosti.

Navzdory těmto výzvám jsou příležitosti pro ukládání energie z odpadu značné. Překonáním těchto výzev a využitím potenciálu odpadu jako energetického zdroje můžeme vytvořit udržitelnější a odolnější energetickou budoucnost.

Budoucnost ukládání energie z odpadu

Budoucnost ukládání energie z odpadu vypadá slibně. S pokračujícím zlepšováním technologií a snižováním nákladů se EVO a ukládání energie stanou stále konkurenceschopnějšími vůči tradičním zdrojům energie. Navíc rostoucí důraz na principy oběhového hospodářství a udržitelné postupy v odpadovém hospodářství povede k zvýšenému přijetí technologií EVO.

Klíčové trendy, které je třeba sledovat, zahrnují:

• Pokročilé technologie EVO: Nově vznikající technologie jako zplyňování a pyrolýza nabízejí potenciál přeměnit širší škálu odpadních materiálů na energii s nižšími emisemi.
• Integrace EVO s ukládáním energie: Kombinace EVO se systémy pro ukládání energie zvýší spolehlivost a flexibilitu energetické sítě.
• Vývoj nových technologií pro ukládání energie: Pokračující výzkumné a vývojové úsilí se zaměřuje na vývoj nových a vylepšených technologií pro ukládání energie, jako jsou pokročilé baterie, průtokové baterie a systémy pro tepelné ukládání energie.
• Zvýšené využívání bioplynu: Bioplyn produkovaný z anaerobní digesce bude hrát stále důležitější roli v energetickém mixu a poskytne obnovitelný zdroj zemního plynu pro výrobu elektřiny, vytápění a dopravu.
• Politická podpora pro EVO a ukládání energie: Vlády budou i nadále hrát klíčovou roli v podpoře vývoje a nasazení technologií EVO a ukládání energie prostřednictvím politik a pobídek.

Praktické poznatky

Pro tvůrce politik, podniky a jednotlivce, zde jsou některé praktické poznatky k zvážení:

• Tvůrci politik: Implementujte podpůrné politiky, které podporují snižování množství odpadu, recyklaci a energetické využití odpadu. Poskytujte finanční pobídky pro projekty EVO a ukládání energie. Investujte do výzkumu a vývoje pokročilých technologií EVO a ukládání energie.
• Podniky: Zkoumejte příležitosti k investování do projektů EVO a ukládání energie. Vyvíjejte inovativní řešení pro odpadové hospodářství, která podporují principy oběhového hospodářství. Přijměte udržitelné obchodní praktiky, které minimalizují tvorbu odpadu.
• Jednotlivci: Snižujte tvorbu odpadu praktikováním 3R (reduce, reuse, recycle – omezit, znovu použít, recyklovat). Podporujte politiky, které prosazují snižování množství odpadu a jeho energetické využití. Vzdělávejte sebe i ostatní o výhodách ukládání energie z odpadu.

Závěr

Ukládání energie z odpadu představuje významnou příležitost k řešení dvou kritických globálních výzev: odpadového hospodářství a přechodu na udržitelnou energii. Přijetím inovativních technologií, podpůrných politik a partnerské spolupráce můžeme uvolnit obrovský potenciál odpadu jako energetického zdroje a vytvořit čistší, odolnější a udržitelnější budoucnost pro všechny. Přechod vyžaduje globální úsilí, sdílení osvědčených postupů a přizpůsobení řešení místním podmínkám, aby bylo zajištěno, že každá komunita může těžit z této silné synergie mezi odpadovým hospodářstvím a výrobou energie.