Enerģijas iegūšana no atkritumiem: globāla perspektīva enerģijas uzglabāšanas risinājumiem

Pasaule saskaras ar dubultu izaicinājumu: arvien pieaugošo atkritumu apjomu pārvaldību un pāreju uz ilgtspējīgiem enerģijas avotiem. Par laimi, šie divi izaicinājumi var apvienoties spēcīgā risinājumā: enerģijas uzglabāšanā no atkritumiem. Šajā bloga ierakstā tiek aplūkotas dažādās tehnoloģijas, globālās iniciatīvas un potenciāls pārvērst atkritumus par vērtīgu enerģijas resursu.

Pieaugošā nepieciešamība pēc enerģijas uzglabāšanas

Atjaunojamo energoresursu, piemēram, saules un vēja enerģijas, integrācija elektrotīklā ir būtiska klimata pārmaiņu mazināšanai. Tomēr šie avoti ir mainīgi, kas nozīmē, ka to pieejamība svārstās atkarībā no laika apstākļiem. Enerģijas uzglabāšanas sistēmas ir izšķiroši svarīgas, lai izlīdzinātu šīs svārstības un nodrošinātu uzticamu enerģijas piegādi. Turklāt enerģijas uzglabāšana ļauj izmantot enerģiju, kas saražota ārpus pīķa stundām vai pārmērīgas ražošanas periodos, samazinot zudumus un uzlabojot tīkla efektivitāti.

Atkritumi kā enerģijas avots: daudzšķautņaina pieeja

Atkritumi, kas bieži tiek uzskatīti par apgrūtinājumu, satur ievērojamu daudzumu uzkrātas enerģijas. Dažādas tehnoloģijas var atbrīvot šo enerģiju, pārvēršot atkritumus par vērtīgu resursu. Tās ietver:

• Atkritumu pārstrāde enerģijā (WtE) sadedzinot: Šis process ietver sadzīves cieto atkritumu (SCA) dedzināšanu augstā temperatūrā, lai radītu siltumu, ko pēc tam izmanto tvaika ražošanai elektroenerģijas ražošanai vai centralizētajai siltumapgādei. Modernās WtE rūpnīcās ir ieviestas progresīvas izmešu kontroles tehnoloģijas, lai samazinātu ietekmi uz vidi. Piemēri ir iekārtas Dānijā, Vācijā un Japānā, kas jau gadu desmitiem ir veiksmīgi integrējušas WtE savā enerģētikas infrastruktūrā.
• Anaerobā sadalīšana (AD): AD ir bioloģisks process, kurā mikroorganismi bez skābekļa klātbūtnes sadala organiskos atkritumus, piemēram, pārtikas atliekas, lauksaimniecības pārpalikumus un notekūdeņu dūņas. Šajā procesā rodas biogāze, metāna un oglekļa dioksīda maisījums, ko var izmantot kā atjaunojamu degvielu elektroenerģijas ražošanai, apkurei vai transportam. AD iekārtas plaši izmanto Eiropā, īpaši Vācijā un Nīderlandē, un tās gūst popularitāti arī citos reģionos, tostarp Ziemeļamerikā un Āzijā.
• Gazifikācija: Gazifikācija ir termokīmisks process, kas organiskos materiālus augstā temperatūrā un kontrolētos apstākļos pārvērš singāzē – oglekļa monoksīda, ūdeņraža un citu gāzu maisījumā. Singāzi var izmantot elektroenerģijas ražošanai, ķīmisko vielu ražošanai vai pārvērst transporta degvielās. Gazifikācijas tehnoloģijas tiek izstrādātas un ieviestas dažādās valstīs, tostarp Amerikas Savienotajās Valstīs, Ķīnā un Indijā.
• Pirolīze: Pirolīze ir termiskās sadalīšanās process, kas sadala organiskos materiālus bez skābekļa klātbūtnes. Šajā procesā rodas bioeļļa, bioogles un singāze, ko var izmantot kā degvielu vai ķīmiskās izejvielas. Pirolīze ir īpaši piemērota plastmasas atkritumu un biomasas pārstrādei. Uzņēmumi visā pasaulē pēta progresīvas pirolīzes metodes.
• Poligona gāzes (LFG) reģenerācija: Poligoni rada metānu, organisko atkritumu sadalīšanās rezultātā. LFG reģenerācijas sistēmas uztver šo metānu un izmanto to elektroenerģijas vai cauruļvadu kvalitātes dabasgāzes ražošanai. Daudzi poligoni visā pasaulē, īpaši attīstītajās valstīs, ir ieviesuši LFG reģenerācijas projektus.

Enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijas no atkritumiem iegūtai enerģijai

Kad no atkritumiem ir saražota enerģija, ir nepieciešami efektīvi uzglabāšanas risinājumi, lai maksimāli palielinātu tās izmantošanu un integrētu to energotīklā. Šīs tehnoloģijas var iedalīt šādi:

Termiskās enerģijas uzglabāšana (TES)

TES sistēmas uzglabā enerģiju siltuma vai aukstuma veidā. Tas ir īpaši aktuāli WtE rūpnīcām, kas ražo siltumu vai tvaiku. TES tehnoloģijas ietver:

• Jūtīgā siltuma uzglabāšana: Tā ietver siltuma uzglabāšanu, paaugstinot uzglabāšanas vides, piemēram, ūdens, eļļas vai betona, temperatūru. Piemēram, WtE rūpnīcā radīto lieko siltumu zema elektroenerģijas pieprasījuma periodos var uzglabāt lielā izolētā ūdens tvertnē un pēc tam izmantot elektroenerģijas ražošanai vai centralizētajai siltumapgādei pīķa pieprasījuma periodos.
• Slēptā siltuma uzglabāšana: Tā ietver siltuma uzglabāšanu, mainot uzglabāšanas vides fāzi, piemēram, kausējot cietu vielu vai iztvaicējot šķidrumu. Slēptā siltuma uzglabāšana piedāvā augstāku enerģijas blīvumu salīdzinājumā ar jūtīgā siltuma uzglabāšanu. Fāžu maiņas materiāli (PCM) tiek plaši izmantoti slēptā siltuma uzglabāšanas sistēmās.
• Termoķīmiskā enerģijas uzglabāšana: Tā ietver enerģijas uzglabāšanu, izmantojot atgriezeniskas ķīmiskās reakcijas. Šīs sistēmas piedāvā visaugstāko enerģijas blīvumu, bet parasti ir sarežģītākas un dārgākas nekā jūtīgā vai slēptā siltuma uzglabāšana.

Piemērs: Zviedrijā dažas centralizētās siltumapgādes sistēmas izmanto lielas pazemes termiskās enerģijas uzglabāšanas sistēmas, lai uzglabātu vasarā radīto lieko siltumu izmantošanai ziemas mēnešos. Tas samazina atkarību no fosilā kurināmā un uzlabo enerģētikas sistēmas kopējo efektivitāti.

Ķīmiskās enerģijas uzglabāšana

Ķīmiskā enerģijas uzglabāšana ietver elektroenerģijas pārvēršanu ķīmiskajā degvielā, piemēram, ūdeņradī vai sintētiskajā dabasgāzē (SNG). Šīs degvielas pēc tam var uzglabāt un izmantot elektroenerģijas ražošanai vai siltuma nodrošināšanai pēc vajadzības.

• Ūdeņraža ražošana ar elektrolīzes palīdzību: Elektrolīze izmanto elektrību, lai sadalītu ūdeni ūdeņradī un skābeklī. Pēc tam ūdeņradi var uzglabāt un izmantot kurināmā elementos elektroenerģijas ražošanai vai rūpnieciskos procesos. No atkritumiem iegūta elektrība var darbināt elektrolīzes procesu, radot zaļā ūdeņraža ražošanas ceļu.
• Metanizācija: Metanizācija ir process, kas pārvērš oglekļa dioksīdu un ūdeņradi metānā (SNG). CO2 var uztvert no biogāzes vai rūpnieciskiem avotiem. Pēc tam šo SNG var ievadīt dabasgāzes tīklā, nodrošinot atjaunojamu dabasgāzes avotu.

Piemērs: Eiropā tiek īstenoti vairāki projekti, lai ražotu ūdeņradi no atjaunojamiem energoresursiem, tostarp no atkritumiem iegūtas elektroenerģijas, un izmantotu to transporta un rūpniecības dekarbonizācijai.

Mehāniskās enerģijas uzglabāšana

Mehāniskās enerģijas uzglabāšanas sistēmas uzglabā enerģiju, fiziski mainot masas stāvokli vai ātrumu. Šīs sistēmas ietver:

• Hidroakumulācijas elektrostacijas (HAE): HAE ietver ūdens sūknēšanu kalnup uz rezervuāru zema elektroenerģijas pieprasījuma periodos un tā nolaišanu lejup pa turbīnu, lai ražotu elektroenerģiju pīķa pieprasījuma laikā. Lai gan tradicionāli to izmanto ar liela mēroga hidroelektrostacijām, HAE var integrēt arī ar WtE rūpnīcām, izmantojot lieko elektroenerģiju ūdens sūknēšanai.
• Saspiestā gaisa enerģijas uzglabāšana (CAES): CAES ietver gaisa saspiešanu un uzglabāšanu pazemes alās vai tvertnēs. Kad nepieciešama elektrība, saspiestais gaiss tiek atbrīvots un izmantots turbīnas darbināšanai.
• Spararata enerģijas uzglabāšana: Spararati uzglabā enerģiju, griežot rotoru lielā ātrumā. Šīs sistēmas var nodrošināt ātru reakciju un ir piemērotas īslaicīgas enerģijas uzglabāšanas lietojumiem.

Piemērs: Lai gan ģeogrāfisku ierobežojumu dēļ tieša integrācija ar atkritumu pārstrādes enerģijā iekārtām ir retāk sastopama, daži reģioni var uzskatīt hidroakumulācijas elektrostacijas par dzīvotspējīgu iespēju saražotās enerģijas mainīguma pārvaldīšanai. CAES ir arī redzama atjaunota interese, tehnoloģijām uzlabojoties.

Globālās iniciatīvas un politikas

Vairākas valstis un reģioni aktīvi veicina enerģijas uzglabāšanu no atkritumiem, izmantojot politikas, stimulus un pētniecības un attīstības programmas. Šo iniciatīvu mērķis ir:

• Samazināt poligonos apglabājamo atkritumu daudzumu un veicināt pārstrādi: Tādas politikas kā poligonu aizliegumi, paplašinātas ražotāja atbildības (PRA) shēmas un pārstrādes mērķi stimulē atkritumu samazināšanu un novirzīšanu no poligoniem, padarot vairāk atkritumu pieejamus enerģijas atgūšanai.
• Atbalstīt WtE infrastruktūras attīstību: Valdības sniedz finansiālus stimulus, piemēram, nodokļu atlaides, subsīdijas un fiksētus tarifus, lai atbalstītu WtE rūpnīcu būvniecību un darbību.
• Veicināt enerģijas uzglabāšanas tehnoloģiju ieviešanu: Stimuli enerģijas uzglabāšanas ieviešanai, piemēram, nodokļu atlaides, dotācijas un aizdevumu garantijas, palīdz samazināt enerģijas uzglabāšanas sistēmu izmaksas un padarīt tās ekonomiski dzīvotspējīgākas.
• Veicināt pētniecību un attīstību: Finansējums pētniecības un attīstības darbībām ir būtisks, lai izstrādātu inovatīvas atkritumu pārstrādes enerģijā un enerģijas uzglabāšanas tehnoloģijas.

Piemēri:

• Eiropas Savienība: ES Aprites ekonomikas rīcības plāns veicina atkritumu rašanās novēršanu, pārstrādi un enerģijas atgūšanu no atkritumiem. ES ir arī noteikusi mērķus attiecībā uz atjaunojamo enerģiju un siltumnīcefekta gāzu emisiju samazināšanu, kas stimulē WtE un enerģijas uzglabāšanas projektu attīstību.
• Ķīna: Ķīna masveidā investē WtE infrastruktūrā, lai risinātu savas pieaugošās atkritumu apsaimniekošanas problēmas un samazinātu atkarību no fosilā kurināmā. Valstij ir arī ambiciozi mērķi attiecībā uz atjaunojamās enerģijas un enerģijas uzglabāšanas ieviešanu.
• Amerikas Savienotās Valstis: ASV piedāvā dažādus stimulus atjaunojamās enerģijas un enerģijas uzglabāšanas projektiem, tostarp nodokļu atlaides un grantu programmas. Vairāki štati ir arī ieviesuši politikas, lai veicinātu atkritumu samazināšanu un pārstrādi.

Izaicinājumi un iespējas

Lai gan enerģijas uzglabāšana no atkritumiem piedāvā ievērojamu potenciālu, ir arī vairāki izaicinājumi, kas jārisina:

• Tehnoloģiskie izaicinājumi: Izmaksu ziņā efektīvu un lietderīgu WtE un enerģijas uzglabāšanas tehnoloģiju izstrāde prasa nepārtrauktu pētniecību un attīstību.
• Vides apsvērumi: WtE rūpnīcām var būt negatīva ietekme uz vidi, piemēram, gaisa piesārņojums un siltumnīcefekta gāzu emisijas. Tomēr modernās WtE rūpnīcās ir ieviestas progresīvas izmešu kontroles tehnoloģijas, lai samazinātu šo ietekmi. Turklāt atkritumu pārvēršana enerģijā novērš metāna emisijas, kas saistītas ar apglabāšanu poligonos.
• Ekonomiskā dzīvotspēja: WtE un enerģijas uzglabāšanas projektu ekonomiskā dzīvotspēja ir atkarīga no tādiem faktoriem kā atkritumu sastāvs, enerģijas cenas un valdības politika.
• Sabiedrības piekrišana: WtE rūpnīcas var saskarties ar sabiedrības pretestību bažu par gaisa piesārņojumu un troksni dēļ. Efektīva komunikācija un sabiedrības iesaiste ir būtiska, lai iegūtu sabiedrības piekrišanu.

Neskatoties uz šiem izaicinājumiem, enerģijas uzglabāšanas iespējas no atkritumiem ir ievērojamas. Pārvarot šos izaicinājumus un izmantojot atkritumu kā enerģijas resursa potenciālu, mēs varam radīt ilgtspējīgāku un noturīgāku enerģētikas nākotni.

Enerģijas uzglabāšanas no atkritumiem nākotne

Enerģijas uzglabāšanas no atkritumiem nākotne izskatās daudzsološa. Tehnoloģijām turpinot uzlaboties un izmaksām samazinoties, WtE un enerģijas uzglabāšana kļūs arvien konkurētspējīgāka ar tradicionālajiem enerģijas avotiem. Turklāt pieaugošā uzmanība aprites ekonomikas principiem un ilgtspējīgām atkritumu apsaimniekošanas praksēm veicinās plašāku WtE tehnoloģiju ieviešanu.

Galvenās tendences, kurām sekot līdzi, ir:

• Progresīvas WtE tehnoloģijas: Jaunās tehnoloģijas, piemēram, gazifikācija un pirolīze, piedāvā potenciālu pārvērst plašāku atkritumu klāstu enerģijā ar zemākām emisijām.
• WtE integrācija ar enerģijas uzglabāšanu: WtE apvienošana ar enerģijas uzglabāšanas sistēmām uzlabos energotīkla uzticamību un elastību.
• Jaunu enerģijas uzglabāšanas tehnoloģiju izstrāde: Nepārtraukti pētniecības un attīstības centieni ir vērsti uz jaunu un uzlabotu enerģijas uzglabāšanas tehnoloģiju, piemēram, progresīvu akumulatoru, plūsmas bateriju un termiskās enerģijas uzglabāšanas sistēmu, izstrādi.
• Palielināta biogāzes izmantošana: Biogāzei, kas ražota no anaerobās sadalīšanas, būs arvien svarīgāka loma enerģijas bilancē, nodrošinot atjaunojamu dabasgāzes avotu elektroenerģijas ražošanai, apkurei un transportam.
• Politikas atbalsts WtE un enerģijas uzglabāšanai: Valdībām turpinās būt izšķiroša loma WtE un enerģijas uzglabāšanas tehnoloģiju izstrādes un ieviešanas atbalstīšanā, izmantojot politikas un stimulus.

Praktiski ieteikumi

Politiķiem, uzņēmumiem un privātpersonām šeit ir daži praktiski ieteikumi, ko apsvērt:

• Politiķiem: Ieviest atbalstošas politikas, kas veicina atkritumu samazināšanu, pārstrādi un enerģijas atgūšanu no atkritumiem. Nodrošināt finansiālus stimulus WtE un enerģijas uzglabāšanas projektiem. Investēt progresīvu WtE un enerģijas uzglabāšanas tehnoloģiju pētniecībā un attīstībā.
• Uzņēmumiem: Izpētīt iespējas investēt WtE un enerģijas uzglabāšanas projektos. Izstrādāt inovatīvus atkritumu apsaimniekošanas risinājumus, kas veicina aprites ekonomikas principus. Pieņemt ilgtspējīgas uzņēmējdarbības prakses, kas samazina atkritumu rašanos.
• Privātpersonām: Samazināt atkritumu rašanos, praktizējot 3R principu (samazināt, atkārtoti izmantot, pārstrādāt). Atbalstīt politikas, kas veicina atkritumu samazināšanu un enerģijas atgūšanu no atkritumiem. Izglītot sevi un citus par ieguvumiem no enerģijas uzglabāšanas no atkritumiem.

Noslēgums

Enerģijas uzglabāšana no atkritumiem ir nozīmīga iespēja risināt divus kritiskus globālus izaicinājumus: atkritumu apsaimniekošanu un pāreju uz ilgtspējīgu enerģiju. Pieņemot inovatīvas tehnoloģijas, atbalstošas politikas un sadarbības partnerības, mēs varam atraisīt milzīgo atkritumu kā enerģijas resursa potenciālu un radīt tīrāku, noturīgāku un ilgtspējīgāku nākotni visiem. Pāreja prasa globālus pūliņus, daloties ar labāko praksi un pielāgojot risinājumus vietējiem apstākļiem, nodrošinot, ka katra kopiena var gūt labumu no šīs spēcīgās sinerģijas starp atkritumu apsaimniekošanu un enerģijas ražošanu.