|
Aktualności
|
|
Informacje
Numery
Numer 06/2009
Odpady zastępują biomasę
|
|
|
Aby uniknąć konkurencji w przetwarzaniu biomasy do różnorakich nośników energii, w porównaniu do wytwórczości środków spożywczych – których niedobór występuje trwale w skali światowej – należy koniecznie na szerszą niż dotąd skalę wykorzystywać odpady organiczne.
|
Określenie „śpiący olbrzym” dla odnawialnych nośników energii wytwarzanych z biomasy łączono z poglądem, że procesy te są neutralne w zakresie emisji CO2 do atmosfery. Tymczasem nie tylko uprawa kukurydzy, czy rzepaku wiąże się z relatywnie pokaźnym zapotrzebowaniem na nieodnawialne nośniki energii oraz surowce niezbędne do: produkcji nawozów sztucznych i środków ochrony roślin, różnorakich zabiegów agrarnych związanych z uprawą ziemi oraz zbiorem i przetwarzaniem plonów.
Mimo tych faktów sporo kukurydzy, rzepaku oraz zbóż przetwarza się na komponenty paliw silnikowych, mając przy tym pełną świadomość faktu, że w biednych krajach mieszkańcy cierpią z powodu głodu, a bogaci w USA, czy Europie tankują biopaliwa do wspaniałych samochodów, by jeździć nimi – często z jednym tylko pasażerem – po ogromnych autostradach.
Drastyczny wzrost cen wyrobów agrarnych jesienią 2007 roku przypisywano szybko rosnącej wytwórczości biopaliw. Tymczasem z czysto etycznych względów należy w przetwórstwie biomasy dać pierwszeństwo „talerzowi” przed samochodowym „bakiem” paliwa silnikowego, a wykonalne jest to najefektywniej oraz w pełnej harmonii z ekologią na drodze rosnącej utylizacji odpadów organicznych. Po prostu różnorakie nośniki energii – w tym paliwa silnikowe – można wytwarzać z rozmaitych odpadów organicznych, co w większości krajów Unii Europejskiej bywa już realizowane na znaczną skalę.
W naszym kraju w 2007 roku dysponowaliśmy – wg analiz autora niniejszej rozprawy – 60 mln ton (w przeliczeniu na suchą masę) odpadów organicznych, co ilustruje rys. 1. W tej masie odpadów znaczącą pozycję zajmują resztki drewna leśnego (15%) oraz odpady z zakładów zieleni miejskich i gminnych (5%), jak i z przemysłu (9%), które łatwo przetworzyć na zrębki oraz pelety. W roku 2008 wyprodukowano w naszym kraju tych ostatnich 425.000 ton. Stosuje się je przede wszystkim w ogrzewaniu domków jednorodzinnych, a od kilku lat również w lokalnych elektrociepłowniach.
W proekologicznych działaniach większości wielkich miast przestawia się lokalne elektrociepłownie opalane węglem na nowe, w których paliwem bywa biomasa. Do jednej z większych elektrociepłowni zasilanych węglem należy zlokalizowana w dzielnicy Berlin-Klingenberg o mocy 188 MWEl i 1.238 MWc, należąca do koncernu Vattenfall, którą pokazano na rys. 2. Ostatnio podjęto decyzję o jej likwidacji, zastępując ją kilkoma mniejszymi, opalanymi biomasą oraz gazem, co przyczyni się do znacznego ograniczenia emisji CO2 do atmosfery na terenie stolicy RFN.
Stałą biomasę (drewno lub słomy) można mieszaniną tlenowo-parową zgazować do tlenku węgla i wodoru. Tak wytworzony gaz syntezowy bywa metodą Fischera-Tropscha przemieniany w ropę syntetyczną z udziałem katalizatorów kobaltowych lub żelazowych. Tą technologię pod nazwą „Biomas-to-liquid (Btl) opracowano w firmie Choren Industries GmbH we Freibergu w Niemczech. Również biogaz można przetwarzać na katalizatorze niklowym w gaz syntezowy wg reakcji
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2
z którego uzyskuje się identyczną ropę syntetyczną jak w Freibergu (Sonne & Wärme, 50,6,2009r.). Cennym w powyższej reakcji chemicznej jest fakt, że odpadowy CO2 zamienia się w wartościowy tlenek węgla.
Odpady przemysłu rolno-spożywczego (18%), gnojowica (8%), komunalne osady pościekowe (4%) oraz w części słomy zbóż i rzepaku (24%) to doskonałe surowce dla lokalnych biogazowi, sprzężonych z elektrociepłowniami. W najbardziej rozwiniętych gospodarczo krajach Unii Europejskiej (Niemcy, Anglia, Francja, Austria itp.) buduje się relatywnie wielkie ogólno-gminne , jak i małe przy indywidualnych gospodarstwach biogazowe elektrociepłownie.
Komunalne osady pościekowe są najczęściej poddawane beztlenowej fermentacji wprost przy oczyszczalni ścieków dla pozyskiwania energii elektrycznej oraz ciepła użytkowego na własne potrzeby. Poza tym można z tych osadów wydzielić związki fosforu o relatywnie wysokiej wartości nawozowej. Osady po beztlenowej fermentacji są wartościowym nawozem pod uprawy roślin energetycznych.
Słomy – obok drewna – zajmują największą pozycję wśród odpadów organicznych. Część z nich jest przeznaczona na wyściółkę zwierząt hodowlanych, czy jako humus, ale i tak sporo z nich zostaje na przetwórstwo energetyczne.
Odpady komunalne stanowią znaczną pozycję wśród innych, zawierających głównie organiczne materiały. Z ekonomicznych oraz ekologicznych względów należy poddawać je selekcji z celem zawrócenia do wtórnej produkcji: szkło, papier, metale i tworzywa sztuczne. Zawarte w tych odpadach biokomponenty poddaje się zagospodarowaniu do nawozów poprzez kompostowanie (bakterie aerobowe, działające z udziałem powietrza), względnie poprzez fermentację beztlenową w obecności bakterii anaerobowych – uzyskując dodatkowo pokaźne ilości biogazu, zawierającego przeciętnie 60% metanu i 40% ditlenku węgla.
Znaczne ilości odpadów komunalnych bywają spalane w lokalnych elektrociepłowniach i to bez jakiejkolwiek wstępnej obróbki. Na terenie Niemiec tego typu instalacji pracuje prawie 90, z których elektrociepłownia w Schweinfurcie na terenie Bawarii obejmuje trzy bloki, każdy o przerobie 8 t/h niesegregowanych odpadów została uruchomiona w 1994 roku. Trzy bloki są opalane odpadami komunalnymi, szlamami z oczyszczalni ścieków oraz przemysłu. Przeciętna wartość opałowa tych odpadów wynosi 10.500 kJ/kg. Ich spalanie przebiega w temperaturze około 1000˚C przy automatycznie regulowanym ruchu rusztu schodkowego. Uzyskiwane ciśnienie pary wodnej przed turbiną wynosi 7,7 MPa, a jej przegrzanie 450˚C. Termiczna moc kotłów wynosi 3 x 18,9 MW. Schemat tego typu bloku energetycznego ilustruje
Jednym z głównych mierników nowoczesności każdej elektrociepłowni jest jakość emitowanych do atmosfery spalin, które w omawianym przypadku zawierają: SO2, - 50 mg/m3, NOx – 80 mg/m3 i HCl – 10 mg/m3.
W większości krajów Unii Europejskiej wydziela się z odpadów komunalnych zawarte w nich tworzywa sztuczne typu poliolefin (polietylen, polipropylen i polistyren), które można przetworzyć do komponentów paliw silnikowych na drodze krakingu w temperaturze 380-430˚C i w obecności glino-krzemowego katalizatora, co ilustruje rys. 6. Uzyskane frakcje benzyny oraz oleju napędowego poddaje się w końcowej fazie katalitycznej hydrorafinacji dla uwodornienia składników żywicznych, a frakcję gaczu parafinowego, o temperaturze wrzenia powyżej 365˚C poddaje się hydrokrakingowi do benzyny oraz oleju napędowego.
Zaprezentowane procesy przetwórstwa organicznych odpadów w naszym kraju zapewniają – między innymi – uzyskiwanie rocznie nieco ponad 4,5 mld m3 metanu z biogazu (przy relatywnie prostym sposobie jego rozdziału) oraz znaczne ilości energii elektrycznej obok ciepła użytkowego, mających odczuwalny wpływ na wzrost bezpieczeństwa energetycznego Polski.
Wdrażanie tych technologii możliwe jest w każdym województwie istniejącym potencjałem techniczno-gospodarczym, uzyskując na tej drodze nie tylko pokaźne efekty ekonomiczne, ale równie znaczące ekologiczne, liczone znaczną obniżką emisji gazów cieplarnianych.
|
|
|
|
