Как из мусора получить энергию

Переработка и утилизация мусора является одной из самых острых проблем в мире. Но решение есть — даже те отходы, которые не подлежат вторичной переработке, могут принести пользу, став источником электроэнергии. Plus‑one.ru разбирался в деталях получения энергии из отходов и в безопасности этого процесса для экологии.

Завод по производству биотоплива из органических отходов

Проблемы получения экологически чистой энергии

В регионах России 62,79% электроэнергии производят теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), работающие на угле, нефти и природном газе, 17,24% — ГЭС, 19,74% — АЭС. Менее 1% приходится на солнечные и ветровые установки.

Самыми опасными для окружающей среды считаются ТЭЦ:

Добыча угля и торфа нарушает баланс экосистем, уничтожает естественную среду обитания животных и растений.

Масштабные разливы нефтепродуктов губительны для всех живых организмов.

В выбросах ТЭЦ содержатся вредные вещества: оксид углерода (ускоряющий глобальное потепление), ртуть, свинец, мышьяк, кадмий.

ГЭС тоже наносят ущерб природе: крупные плотины становятся причиной затопления лесов и плодородных земель. Также они блокируют пути миграции рыб, что приводит к сокращению их популяций.

Работа АЭС приводит к накоплению радиоактивных отходов. Даже при отсутствии неисправностей в воздух поступают стронций-90, криптон-85 и другие вредные вещества.

Перспективным путем защиты природных ресурсов считается развитие альтернативной энергетики. Но на деле эксплуатация таких установок связана со множеством проблем как для человека, так и для природной среды:

Ветряные турбины повышают уровень шума. Согласно исследованию Датского онкологического общества, это может стать причиной бессонницы и стресса у пожилых людей.

Приливные электростанции строятся только на морских побережьях. У них низкая эффективность из-за цикличности работы (вырабатывают энергию только во время прилива).

Работа солнечных электростанций зависит от погоды. Кроме того, они малоэффективны — только 15-20% солнечной энергии преобразуется в электрическую.

Геотермальные станции могут стать причиной проседания грунта и землетрясений, вызванных воздействием на термальные источники. В процессе добычи из-под земли горячей воды на поверхность выходят газы, содержащие токсичные вещества.

Технология получения энергии из мусора тоже имеет свои минусы. Сжигание отходов довольно расточительно для экономики. А в образующейся золе содержатся яды и тяжелые металлы, требующие обезвреживания. Кроме того, мусоросжигание, как и любой процесс горения, оставляет большой углеродный след и ускоряет глобальное потепление.

Способы получения энергии из мусора

Энергия, полученная из бытовых и промышленных отходов, одновременно решает две проблемы — обеспечения регионов энергетическими ресурсами и утилизации мусора. Экологичность этого процесса зависит от состава отходов, а также от способа их переработки.

Сжигание отходов

Перед тем как отправить твердые коммунальные отходы (ТКО) в печь, их сортируют, удаляя токсичные и взрывоопасные компоненты и вещества, в том числе аккумуляторы, люминесцентные лампы, лаки и краски. Затем все измельчается и сжигается. Мусорное топливо нагревает воду в трубах котла-утилизатора, в результате образуется пар, который вращает турбину и запускает генератор переменного тока. При использовании технологии сжигания отходов возможна выработка энергии до 19-27% от мощности традиционных электростанций, что связано с низкой теплоотдачей ТКО.

В Московской области, например, в 2022-2023 годах будут построены четыре новых предприятия для сжигания ТКО, что, по мнению властей региона, позволит отказаться от использования свалок и полигонов. Сейчас в России функционирует всего четыре таких предприятия, а свалками, по данным Росприроднадзора, занято 40 тыс. кв. км, что сопоставимо с территорией Швейцарии.

Мнение экспертов по поводу этого проекта неоднозначно. Полина Вергун, глава комитета «Опоры России» по реформированию отрасли обращения с отходами, считает, что нужно сначала наладить механизмы раздельного сбора и сортировки мусора, а только потом задумываться про получение из него энергии. Кроме того, неясно, как выбросы отразятся на экологии регионов, поэтому активисты «Гринпис России» направили в минприроды письмо с требованием прекратить развитие проектов по сжиганию ТКО.

Газификация: отходы — это газ

Газификация — это процесс термической переработки мусора с дозированной подачей водяного пара и подогретого окислителя (воздуха, обогащенного кислородом, или технического кислорода). В результате выделяется синтез-газ — смесь водорода и монооксида углерода, который сжигается в специальном котле для получения энергии.

Для снижения количества вредных выбросов и ускорения процесса газификации отходы сортируются, измельчаются и просушиваются, после чего поступают в герметичный реактор. Выходящий из реактора газ охлаждается в теплообменнике, а затем очищается от примесей. На выходе образуются топливный газ и зола, которую можно использовать в строительно-дорожной сфере.

Паровоздушная газификация практикуется в США, Великобритании, Канаде и Нидерландах. Она уменьшает выброс в атмосферу вредных веществ по сравнению с технологиями на мусороперерабатывающих заводах. Но для поддержания горения синтез-газа требуется добавление природного газа, что снижает экономическую целесообразность метода.

Пиролиз — нет кислорода, нет проблем

При пиролизе отходы разлагаются под воздействием высоких температур в условиях вакуума. Основное достоинство этого метода — отсутствие выброса продуктов горения в окружающую среду. Вес оставшейся золы — до 10 раз меньше, чем у исходного сырья, и она относится к V классу опасности (с минимальным негативным воздействием на окружающую среду). Чем выше температура, тем меньше золы и больше газа получается на выходе.

Поступившие отходы проходят радиационный контроль, крупные фрагменты измельчаются. Подготовленный мусор просушивается в верхнем отсеке реактора, после чего поступает в среднюю камеру, где сгорает при температуре 1 000-1 200 °C. Выделившиеся пары и газы подвергаются конденсации и разделяются на жидкую и газообразную составляющие. Газ поступает обратно в реактор для сгорания и получения энергии.

На конечном этапе пиролиза получаются следующие материалы:

1

Из пластика — мазут, газ и зола. Мазут перерабатывается в синтетическое топливо для двигателей внутреннего сгорания.

2

Из автомобильных шин — технический углерод, газ и синтетическая нефть. Углерод используется при производстве лакокрасочной продукции, резины и строительных материалов. А синтетическая нефть может заменять природную.

Пиролизные заводы строятся во многих странах, больше всего их в США. Но из-за высокой стоимости оборудования и сложности процесса они менее распространены, чем мусоросжигательные предприятия. Российская «Топливная экологическая компания» предлагает построить усовершенствованную пиролизную установку в Ленинградской области. Сейчас проект находится на стадии рассмотрения.

Завод по производству биотоплива из органических отходов

Анаэробное сбраживание: борьба с органическими отходами

Анаэробное сбраживание — это способ разложения органики в бескислородной среде с выделением биогаза, который можно использовать для получения тепла и электричества. Этот метод подходит практически для любых органических материалов, за исключением тех, что содержат лигноцеллюлозу, — опилок, соломы, стеблей кукурузы. Установки для получения биогаза есть в Белгородской и Калужской областях, Республике Татарстан.

Технология анаэробного сбраживания позволяет бороться с биологическим заражением почвы и неприятным запахом, вызванными складированием органики рядом с предприятиями и фермами. Кроме того, на выходе получаются еще и два вида удобрения — перегной и жидкость, восстанавливающая плодородность почв.

Анаэробное сбраживание считается наиболее перспективным методом переработки органических отходов. Оно позволяет получить биогаз и биотопливо, не ухудшая состояние окружающей среды.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.

Автор

Вера Жихарева