Учитывая ограниченность мировых ресурсов и растущее осознание обществом пагубных последствий нашей «одноразовой культуры», шаг в направлении так называемой циркулярной экономики представляется разумным вариантом. В ней продукты и изделия работают дольше, а непригодные для использования по прямому назначению материалы применяются для других выгод. Отсюда появилась идея – энергия из отходов.
Содержание статьи
Проблемы получения экологически чистой энергии
Cегодня человечество столкнулось со следующим:
- Традиционные виды энергии используют процесс горения ископаемых. Исключение – АЭС и ГЭС, причем от первых длительное время отказывались, в таких странах, как США и Франция утрачены технологии создания атомных станций;
- Солнечная и ветровая энергия недостаточна, неуправляема, отсутствуют технологии ее накопления, обходится в 3-7 раз дороже, чем традиционные источники электричества и тепла.
То есть, с одной стороны традиционные источники энергии должны уйти, но на них построены экономики многих развитых стран. Например, Австралия – один из мощнейших добытчиков угля.
С другой стороны, современная модель экологически чистой энергии строится на 4 источниках – атом (АЭС), вода (ГЭС), солнце и ветер. За счет первых двух происходит управление неконтролируемыми солнечными и ветровыми станциями.
Рассматривается массовое получение энергии из бытовых отходов по следующим причинам:
- Из мировых производителей АЭС остался, по большому счету, только Росатом, который занял монополизирующее положение в этой сфере, не приложив к этому каких-либо усилий;
- Международная политика и геополитическое противостояние негативно влияет на развитие атомной энергетики из-за необходимости привлечения предприятий РФ;
- Использование отходов решает не только энергетические, но и экологические задачи.
Энергия из коммунальных отходов обеспечивает ее производство за счет сокращения, повторного использования, переработки и компостирования отходов. Именно эти варианты следует учитывать в первую очередь при управлении отходами. Их преобразование в энергию предпочтительнее, чем захоронение на полигоне.
Как из мусора получить энергию?
Способы получения энергии из отходов:
- сгорание,
- газификация,
- пиролиз,
- анаэробное сбраживание и утилизация свалочного газа.
Сжигание отходов
Прежде всего, сгорание. Именно здесь тепло, выделяемое при сжигании отходов, приводит турбину в действие для выработки электроэнергии. Этот косвенный подход к генерации в настоящее время имеет эффективность около 15-27%. У него большой потенциал для улучшений.
Может ли любой подход к выработке энергии из отходов считаться устойчивым, зависит от «чистой теплотворной способности» отходов, поступающих в процесс. Если речь идет о сжигании мусора, эта цифра должна составлять 7 МДж/кг, что означает, что бумага, пластик и текстиль лучше всего подходят для сжигания с целью получения энергии из отходов.
Конечно, при сжигании образуются выбросы – 250-600 кг CO2 с тонны переработанных отходов. Но это компенсируется тем фактом, что ископаемое топливо не нужно сжигать. Однако существуют другие загрязнители, выбрасываемые в результате сжигания в виде дымовых газов.
Газификация: отходы – это газ
Газификация связана с производством газа из отходов. Повседневный мусор, состоящий из упаковки продуктов, обрезок травы, мебели, одежды, бутылок, бытовой техники и т.д., является не столько топливом, сколько материалом для химической конверсии при очень высокой температуре.
Мусор объединяется с кислородом и/или паром для производства синтез-газа, который затем может быть использован для производства множества полезных продуктов – от транспортного топлива до удобрений или превращен в электричество.
Но проблема здесь заключается в том, что за газификацией часто следует сжигание, что приводит к тем же проблемам выбросов, что и сжигание. Та же проблема может относиться к тому, что происходит после пиролиза отходов.
Газификация также не особенно эффективный механизм производства энергии, поскольку предварительная обработка требует много энергии, и реакторы должны быть закрыты для регулярной очистки.
Пиролиз – нет кислорода, нет проблем
Там, где пиролиз отличается от других перечисленных методов, разложение различных твердых отходов происходит при высокой температуре, но без кислорода или в атмосфере инертных газов. Процесс требует более низких температур и имеет более низкие выбросы некоторых загрязнителей воздуха, связанных с горением.
Анаэробное сбраживание: борьба с органическими веществами
Анаэробное сбраживание может использоваться для выработки энергии из органических отходов, таких как продукты питания и продукты животного происхождения. В бескислородной цистерне этот материал разлагается на биогаз и удобрения.
Это подход с большим потенциалом. Если таким образом обработать 5,5 млн тонн пищевых отходов, вырабатывается достаточно энергии, чтобы обслуживать около 164 тысяч домашних хозяйств. Экономия на выбросах при этом от 0,22 до 0,35 млн т CO2 по сравнению с компостированием.
Извлечение биогаза, произведенного биоразлагаемыми материалами на свалках, является еще одним способом получения полезной энергии из отходов. В развитых странах этот метод приходит в упадок.
Причина – сокращение количества органического вещества, поступающего на свалку. Но даже при относительно небольших объемах, которые удается обработать, например, в Великобритании, в этой стране удается получить фактически, 3 тВтч зеленой электроэнергии в год.
На данный момент все эти и другие способы получения энергии из отходов актуальны для России. Их внедрение позволит существенно снизить нагрузку на мусорные полигоны и добычу полезных ископаемых для получения энергии.
