Отримання енергії з відходів: Глобальна перспектива енергетики полігонів ТПВ

Світ стикається з подвійною проблемою: зростаючим попитом на енергію та постійно збільшуваним обсягом відходів. Полігони, які часто розглядаються як екологічна загроза, можуть бути перетворені на цінні джерела відновлюваної енергії. Ця стаття досліджує технології, переваги, виклики та світові приклади проєктів з отримання енергії на полігонах, підкреслюючи їхній потенціал для внеску в більш стале майбутнє.

Що таке звалищний газ (ЗГ)

Звалищний газ (ЗГ) є природним побічним продуктом анаеробного розкладання органічних відходів на полігонах. Цей газ складається переважно з метану (CH4) та вуглекислого газу (CO2), з меншою кількістю неметанових органічних сполук (НМОС). Метан є потужним парниковим газом, значно ефективнішим у затриманні тепла, ніж вуглекислий газ. Неочищені викиди ЗГ значно сприяють глобальному потеплінню та забрудненню повітря. Однак, при уловлюванні та переробці, ЗГ може бути цінним джерелом відновлюваної енергії.

Склад ЗГ змінюється залежно від таких факторів, як вік полігону, тип відходів, що захоронюються, вміст вологи та температура. Зазвичай ЗГ містить:

• Метан (CH4): 40-60%
• Вуглекислий газ (CO2): 30-50%
• Азот (N2): 2-10%
• Кисень (O2): 0.1-1%
• Слідові кількості інших газів, включаючи сірководень (H2S) та НМОС

Технології використання звалищного газу

Існують різноманітні технології для уловлювання та використання ЗГ. Вибір технології залежить від швидкості потоку ЗГ, якості газу та передбачуваного кінцевого використання енергії.

1. Станції з перетворення звалищного газу в енергію (LFGTE)

Станції LFGTE — це об'єкти, які уловлюють ЗГ і використовують його для виробництва електроенергії. ЗГ зазвичай очищують для видалення домішок, а потім спалюють у двигуні внутрішнього згоряння, газовій турбіні або мікротурбіні. Тепло, що утворюється при згорянні, використовується для приводу генератора, який виробляє електроенергію, що може подаватися в електромережу. LFGTE є однією з найпоширеніших і добре відпрацьованих технологій використання ЗГ.

Приклад: Енергетична установка на полігоні Пуенте-Гіллз у Каліфорнії, США, є однією з найбільших у світі станцій LFGTE, що генерує достатньо електроенергії для живлення десятків тисяч будинків.

2. Пряме використання звалищного газу

У деяких випадках ЗГ можна використовувати безпосередньо як джерело палива без перетворення на електроенергію. Це може включати використання ЗГ для:

• Прямого теплового застосування: ЗГ можна використовувати для забезпечення теплом промислових процесів, опалення приміщень або нагрівання води.
• Паливо для транспортних засобів: ЗГ можна переробляти на стиснений природний газ (СПГ) або зріджений природний газ (ЗПГ) для використання як паливо для транспортних засобів.
• Паливо для котлів: ЗГ можна використовувати як джерело палива для котлів у промислових або комерційних установах.

Приклад: У кількох містах Європи ЗГ використовується для заправки автобусів громадського транспорту, що зменшує залежність від викопного палива та знижує викиди.

3. Перетворення звалищного газу на газ трубопровідної якості

Передові технології очищення дозволяють очищувати ЗГ до стандартів якості трубопровідного природного газу. Це включає видалення вуглекислого газу, азоту та інших домішок для отримання газу з високим вмістом метану, який можна закачувати в мережу газопроводів. Це пропонує гнучкий та ефективний спосіб розподілу енергії ЗГ на великій території.

Приклад: Кілька проєктів у Канаді та США модернізують ЗГ до якості трубопровідного газу, роблячи внесок у загальне постачання відновлюваного природного газу.

4. Інші новітні технології

Дослідники постійно вивчають нові та інноваційні способи використання ЗГ. Деякі з новітніх технологій включають:

• Паливні елементи: ЗГ можна використовувати як джерело палива для паливних елементів, які перетворюють хімічну енергію в електрику з високою ефективністю та низькими викидами.
• Хімічне виробництво: ЗГ можна використовувати як сировину для виробництва різних хімічних речовин, таких як метанол та етанол.
• Мікробні паливні елементи (МПЕ): МПЕ використовують мікроорганізми для перетворення органічної речовини в ЗГ на електрику. Ця технологія все ще перебуває на ранніх стадіях розробки, але має потенціал запропонувати сталий та ефективний спосіб виробництва електроенергії з ЗГ.

Переваги проєктів з використання енергії полігонів

Проєкти з використання енергії полігонів пропонують широкий спектр екологічних, економічних та соціальних переваг.

Екологічні переваги

• Зменшення викидів парникових газів: Уловлювання та використання ЗГ запобігає викиду метану в атмосферу, пом'якшуючи зміну клімату.
• Покращення якості повітря: Уловлювання ЗГ зменшує викиди летких органічних сполук (ЛОС) та інших забруднювачів повітря, покращуючи якість повітря в прилеглих районах.
• Контроль запахів: Системи збору ЗГ допомагають контролювати запахи, пов'язані з полігонами, покращуючи якість життя для мешканців поблизу.
• Зменшення ризику вибухів: Метан є легкозаймистим, і неконтрольоване накопичення ЗГ може становити ризик вибуху. Системи збору ЗГ зменшують цей ризик.

Економічні переваги

• Генерація доходу: Проєкти з використання енергії ЗГ можуть генерувати дохід від продажу електроенергії, тепла або газу трубопровідної якості.
• Створення робочих місць: Проєкти з використання енергії ЗГ створюють робочі місця в будівництві, експлуатації та технічному обслуговуванні.
• Енергетична незалежність: Проєкти з використання енергії ЗГ сприяють енергетичній незалежності, зменшуючи залежність від викопного палива.
• Зниження витрат на енергію: Використання ЗГ може знизити витрати на енергію для бізнесу та громад.

Соціальні переваги

• Покращення громадського здоров'я: Зменшення забруднення повітря та контроль запахів покращують громадське здоров'я в громадах поблизу полігонів.
• Розвиток громади: Проєкти з використання енергії ЗГ можуть сприяти розвитку громади, забезпечуючи чисте та надійне джерело енергії.
• Підвищення сталості: Проєкти з використання енергії ЗГ сприяють сталому розвитку, перетворюючи відходи на цінний ресурс.

Виклики проєктів з використання енергії полігонів

Незважаючи на численні переваги, проєкти з використання енергії ЗГ також стикаються з кількома викликами.

Технічні виклики

• Ефективність збору газу: Оптимізація ефективності збору ЗГ є вирішальною для максимізації виробництва енергії. Такі фактори, як конструкція полігону, тип покриття та відстань між газовими свердловинами, можуть впливати на ефективність збору.
• Змінність якості газу: Якість ЗГ може змінюватися з часом і в різних частинах полігону. Ця змінність може впливати на продуктивність обладнання для використання ЗГ.
• Корозія: ЗГ може містити корозійні компоненти, такі як сірководень (H2S), які можуть пошкодити обладнання.
• Вміст вологи: Високий вміст вологи в ЗГ може призвести до проблем з конденсацією та корозією.

Економічні виклики

• Високі капітальні витрати: Проєкти з використання енергії ЗГ зазвичай вимагають значних початкових інвестицій в інфраструктуру, включаючи системи збору газу, обладнання для очищення та технології перетворення енергії.
• Коливання цін на енергію: На економічну доцільність проєктів з використання енергії ЗГ можуть впливати коливання цін на енергію.
• Проблеми з фінансуванням: Залучення фінансування для проєктів з використання енергії ЗГ може бути складним, особливо для менших проєктів.

Регуляторні та дозвільні виклики

• Складні дозвільні процедури: Отримання необхідних дозволів для проєктів з використання енергії ЗГ може бути складним і тривалим процесом.
• Екологічні норми: Проєкти з використання енергії ЗГ повинні відповідати різним екологічним нормам, включаючи стандарти якості повітря та вимоги до управління відходами.
• Обмеження землекористування: Обмеження землекористування можуть обмежувати розміщення проєктів з використання енергії ЗГ.

Соціальні та громадські виклики

• Сприйняття громадськістю: Негативне сприйняття полігонів громадськістю може бути перешкодою для розвитку проєктів з використання енергії ЗГ.
• Опір громади: Деякі громади можуть виступати проти проєктів з використання енергії ЗГ через побоювання щодо шуму, трафіку та інших потенційних впливів.

Світові приклади успішних проєктів з використання енергії полігонів

Численні успішні проєкти з використання енергії ЗГ працюють по всьому світу, демонструючи життєздатність та переваги цієї технології.

Північна Америка

• Енергетична установка на полігоні Пуенте-Гіллз (Каліфорнія, США): Це одна з найбільших у світі станцій LFGTE, що генерує достатньо електроенергії для живлення приблизно 70 000 будинків.
• Парк Фрешкіллз (Нью-Йорк, США): Колишній полігон Фреш-Кіллс, колись найбільший у світі, перетворюється на громадський парк. В рамках цієї трансформації ЗГ збирається і використовується для виробництва електроенергії.
• Проєкт зі збору звалищного газу в Монреалі (Канада): Цей проєкт збирає ЗГ з кількох полігонів у районі Монреаля і використовує його для виробництва електроенергії та тепла.

Європа

• Електростанція Аведоре (Данія): Ця електростанція спалює ЗГ разом з іншими видами палива для виробництва електроенергії та тепла.
• Полігон Шенберг (Німеччина): Цей полігон використовує ЗГ для виробництва електроенергії та тепла для сусіднього промислового парку.
• Різні проєкти по всій Великій Британії: Багато полігонів по всій Великій Британії впровадили системи уловлювання та використання ЗГ, що сприяє досягненню цілей країни у сфері відновлюваної енергетики.

Азія

• Проєкт зі збору звалищного газу в Джакарті (Індонезія): Цей проєкт уловлює ЗГ з кількох полігонів у Джакарті та використовує його для виробництва електроенергії, забезпечуючи енергією місцеві громади.
• Комплекс з переробки відходів Нам Сон (В'єтнам): Цей комплекс включає систему збору та використання ЗГ, яка виробляє електроенергію та зменшує викиди парникових газів.
• Різні проєкти в Китаї: Китай швидко розвиває проєкти з використання енергії ЗГ для вирішення проблем з управлінням відходами та просування відновлюваної енергетики.

Латинська Америка

• Проєкт зі збору звалищного газу на полігоні Бандейра-Пауліста (Бразилія): Цей проєкт уловлює ЗГ і використовує його для виробництва електроенергії, роблячи внесок у бразильський мікс відновлюваної енергії.
• Проєкт зі збору звалищного газу на полігоні Сантьяго-Поньєнте (Чилі): Цей проєкт уловлює ЗГ і використовує його для виробництва електроенергії для місцевої мережі.

Африка

• Проєкт "Звалищний газ в електроенергію" в Етеквіні (Південна Африка): Цей проєкт уловлює ЗГ з кількох полігонів в Етеквіні та використовує його для виробництва електроенергії.

Найкращі практики для розробки проєктів з використання енергії полігонів

Для забезпечення успіху проєктів з використання енергії ЗГ важливо дотримуватися найкращих практик у розробці проєктів.

• Проведіть ретельне техніко-економічне обґрунтування: Перед початком проєкту з використання енергії ЗГ необхідно провести ретельне ТЕО для оцінки потенціалу ресурсу ЗГ, оцінки технічної та економічної життєздатності різних варіантів використання ЗГ, а також виявлення потенційних ризиків та викликів.
• Оптимізуйте дизайн системи збору ЗГ: Дизайн системи збору ЗГ повинен бути оптимізований для максимізації ефективності збору газу та мінімізації проникнення повітря. Слід ретельно враховувати такі фактори, як конструкція полігону, тип покриття, відстань між газовими свердловинами та вакуумний тиск.
• Впроваджуйте ефективне очищення газу: Ефективне очищення газу є вирішальним для видалення домішок та забезпечення надійної роботи обладнання для використання ЗG. Тип необхідного очищення залежатиме від якості ЗГ та передбачуваного кінцевого використання енергії.
• Забезпечте належний моніторинг та технічне обслуговування: Регулярний моніторинг та технічне обслуговування систем збору та використання ЗГ є важливими для підтримки оптимальної продуктивності та запобігання збоям обладнання.
• Взаємодійте з громадою: Взаємодія з місцевою громадою є вирішальною для вирішення проблем та здобуття підтримки для проєктів з використання енергії ЗГ. Це може включати проведення громадських слухань, надання інформації про проєкт та вирішення проблем громади.
• Дотримуйтесь усіх застосовних норм: Проєкти з використання енергії ЗГ повинні відповідати всім застосовним екологічним нормам та дозвільним вимогам.
• Забезпечте фінансування: Залучення фінансування для проєктів з використання енергії ЗГ може бути складним. Розробники проєктів повинні вивчити різні варіанти фінансування, включаючи гранти, позики та податкові пільги.
• Враховуйте довгострокову стійкість: Проєкти з використання енергії ЗГ повинні бути розроблені та експлуатуватися у стійкий спосіб, враховуючи довгострокові екологічні та економічні наслідки.

Майбутнє енергетики полігонів

Енергетика полігонів відіграє значну роль у переході до більш сталого енергетичного майбутнього. З розвитком практик управління відходами та вдосконаленням технологій потенціал для використання ЗГ продовжуватиме зростати. Майбутні тенденції в енергетиці полігонів включають:

• Збільшення використання передових технологій очищення: Передові технології очищення дозволять виробляти газ трубопровідної якості з ЗГ, розширюючи можливості для його використання.
• Інтеграція з іншими відновлюваними джерелами енергії: Проєкти з використання енергії ЗГ можуть бути інтегровані з іншими відновлюваними джерелами енергії, такими як сонячна та вітрова, для забезпечення більш надійного та різноманітного енергопостачання.
• Розробка нових технологій використання ЗГ: Дослідники постійно розробляють нові та інноваційні способи використання ЗГ, такі як паливні елементи та хімічне виробництво.
• Зосередження на зменшенні та перенаправленні відходів: Зусилля зі зменшення утворення відходів та перенаправлення органічних відходів з полігонів зрештою зменшать кількість виробленого ЗГ. Однак, навіть зі збільшенням зусиль зі зменшення відходів, полігони залишатимуться значним джерелом ЗГ у найближчому майбутньому.
• Політична підтримка та стимули: Урядові політики та стимули відіграють вирішальну роль у сприянні розвитку проєктів з використання енергії ЗГ. Ці політики можуть включати податкові пільги, "зелені" тарифи та мандати на відновлювану енергію.

Висновок

Звалищний газ є значним, і часто недооціненим, відновлюваним енергетичним ресурсом. Використовуючи енергію з відходів, ми можемо зменшити викиди парникових газів, покращити якість повітря, генерувати чисту енергію та створювати економічні можливості. Хоча виклики залишаються, численні переваги проєктів з використання енергії ЗГ роблять їх цінним інструментом для досягнення більш сталого майбутнього. Оскільки технології продовжують розвиватися, а політики стають більш сприятливими, енергетика полігонів відіграватиме все більш важливу роль у задоволенні зростаючих енергетичних потреб світу, захищаючи при цьому довкілля.

Цей ресурс надав інформацію для глобальної аудиторії та призначений як відправна точка для розуміння перетворення звалищного газу в енергію (LFGTE). Для отримання всебічних рекомендацій щодо створення конкретних проєктів звертайтеся до кваліфікованих фахівців з екологічної інженерії та сталого розвитку.