Эдуард Байков. Гори оно синим пламенем!

ГОРИ ОНО СИНИМ ПЛАМЕНЕМ!

Использование отходов в качестве источника энергии

(«Предприниматель Башкортостана», № 03 (113), 07.03.08)

Ранее я уже писал о сжигании мусора как о решении экологических и экономических проблем малого и среднего бизнеса. В той статье я лишь слегка затронул вопрос ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ – о том, что грамотно постав­ленный мусороподжиг может решать ещё и энергетическую проблему человечества. Общественное мнение все больше склоняется к более полному использованию производственных и бытовых отходов в качестве источника энергии. Любые отходы содержат в себе определенное количество энергии, затраченное на их производство.

В разных странах мира и даже в разных регионах РФ существуют различные спецификации индустриального загрязнения природы. Источники выбросов загрязняющих веществ в Башкортостане можно условно разделить на стационарные и мобильные. К стационарным относятся рассматриваемая нами энергетика (ТЭС). В первой половине 80-х гг. в СССР на долю ТЭС приходилось 76,5% вырабатываемой электроэнергии, ГЭС – 13,5%, на АЭС – 10%.

Именно тепловые электростанции (в особенности работающие не на мазуте или природном газе, а на угле) вносят самый большой «вклад» в загрязнение окружающей среды. Самые современные ТЭС остаются многоотходными, выделяя в атмосферу тонны кобальта, никеля, хрома, ртути, марганца, титана, фтора, тысячи тонн сернистого ангидрида, оксилов азота, золы; засоряя десятки гектаров окружающей местности шла­коотвалами.

Что касается гидроэлектростанций, то относительно низкая себе­стоимость получаемой на них энергии сводится на нет в самом начале огромными вложениями в строительство, то есть их окупаемость очень низкая. ГЭС, не загрязняя природу выбросами, в то же время разрушительно воздействуют на естественные процессы, происходящие в реках.

Вторая сторона проблемы – сегодня очень важное значение приобретает экономия любых ресурсов, а значит и снижение антропогенного разрушающего и загрязняющего воздействия на природу. Речь идет не только о специализированном мусороподжиге, но и вообще о любой вторичной переработке. В металлургии и горнодобывающей отрасли это сбор и переплавка металлолома, в лесной и бумажной промышленности – сбор макулатуры и последующая ее переработка, а также утилизация древесно-стружечных отходов. В области энергетики – это использование возобновляемых и вторичных источников, к которым относится и мусор, постоянно «поставляемый» современными городами.

Одним из наиболее необычных видов использования отходов че­ловеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства электроэнергии.

Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, 50–55% которого приходится на метан, 45–50% – на углекислый газ и около одного процента – на другие соединения. Если раньше выделяемый газ просто отравлял воздух, то теперь люди его начинают использовать в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания с целью выработки электроэнергии.

Проекты перевести отходы не просто в доходы, а в киловатты по­пулярны сегодня и в России. Причем мусорные тепловые электростанции строятся не только в Москве или Санкт-Петербурге, но и в региональной глубинке. Например, с 2004 года администрация Южно-Сахалинска совместно с предпринимателем из Великобритании Эндрю Эшби (уполномоченным английской фирмой «Квикпауэр») реализует ноу-хау – 40-футовый контейнер для сжигания мусора.

Проблема утилизации мусора в городе стоит остро, поэтому англичане опробовали здесь первый экземпляр изобретения (мощностью сжигания 250, 350 и 500 килограммов в час, с одновременным производством из освобождающегося углерода чистого газа и электроэнергии). Работает он круглосуточно, утилизируя за сутки до 400 тонн отсортированных бытовых отходов. Из каждого килограмма мусора в модуле вырабатывается 1 киловатт электроэнергии, причем без выделения в атмосферу токсических веществ.

А в Китае в том же 2004 году в пригороде южнокитайского города Гуанчжоу началась пробная эксплуатация уже целой электростанции, вырабатывающей электроэнергию за счет сжигания все того же бытового мусора.

Общие инвестиции в реализацию этого проекта составили 725 млн юаней (1 доллар США = 8,2771 юаня). Начальник управления защиты окружающей среды Гуанчжоу Люй Чжиъи проинформировал, что ввод в эксплуатацию новой электростанции обеспечил сжигание 1000 тонн мусора в сутки, что равняется одной шестой суточного объема мусорных отходов города. Мусорная электростанция мощностью 20 тыс. киловатт ежегодно вырабатывает 130 млн киловатт-часов электроэнергии, а доходы от продаваемой электроэнергии возмещают затраты, необходимые для обеспечения работы станции. Хотя главная цель сооружения данной электростанции заключается в решении проблемы утилизации мусора в горо­де Гуанчжоу, попутно решена была и проблема получения дополнительной электроэнергии.

Станция мощностью 12 МВт способна удовлетворить потребность в электроэнергии жителей 20 тысяч домов. По подсчетам специалистов, газа на свалках современной России и СНГ хватит для работы небольших станций на 30–50 лет. Не стоит ли и нам задуматься над проблемой вторичного использования мусора? При наличии эффективной технологии мы могли бы сократить количество мусорных «курганов», а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии, благо, «дефицита сырья» для ее производства не предвидится.

Например, энергосодержание бумаги включает в себя энергосодержание древесины и энергии, затраченной на ее рубку, перевозку, изготовление рулонов бумаги и производство печатного листа. Исключая количество энергии, израсходованной на рубку и транспортировку, расход энергии на производство 1 т бумаги составляет 430–602 кг н. э. (нефтяного эквивалента) Использование макулатуры дает экономию энергии 215–387 кг н. э.

К этому добавляется экологический эффект от использования ма­кулатуры, поскольку 1100–1200 кг макулатуры эквивалентно 1700–2400 кг древесины. Кроме того, бумажное производство загрязняет окружающую среду выбросами ртути, хлора, потребляет от 100 до 200 куб. м воды на 1 т бумаги. При изготовлении бумаги из макулатуры расход воды составляет 2 куб. м/т. Бумага может быть использована для воспроизводства 3–5 раз, сохраняя при каждом цикле определенное количество леса и нефти.

Аналогичные соображения справедливы для многих видов отходов, в первую очередь для пластмасс и алюминия как наиболее энергоемких продуктов. Вторичное использование 1 т поливинилхлорида дает экономию энергии 1,5 т н. э., а его сжигание с использованием тепла позволяет экономить только 0,4 т н. э. Для алюминия повторное использование дает экономию энергии 4–5 т н. э.

Сбор отходов с сортировкой облегчает повторное использование материалов. Только благодаря этому Нидерланды намерены снизить потребление энергии к 2010 г. на 30%. Начиная с 1990 г. в Дании введена такса за сброс и сжигание 1 т отходов.

В идеальном случае, если использовать все отходы, которые подвергаются вторичному использованию, экономия энергии может составить более 300 кг н. э. на 1 т сортированных отходов (примерно столько выбрасывает семья из трех человек). В настоящее время нет технических проблем по вторичной переработке бумаги, стекла, металлов, некоторых пластмасс (поливинилхлорид, полиэтилены).

Достигнутый уровень техники позволяет сэкономить от 150 до 190 кг н. э. энергии с каждой тонны отходов. Для решения этих проблем создана Европейская ассоциация производителей по вторичному использованию материалов.

Другим способом вторичного использования отходов, прежде всего бытовых, является метанизация. По такому способу из 1 т кухонных отбросов, перемешанных с бумагой, можно получать 60–70 куб. м метана.

Указанные два способа вторичного использования отходов позволяют сэкономить 210–270 кг н. э. энергии с каждой тонны отбросов. Это соответствует примерно четверти энергии, потребляемой одним автомобилем в течение года. Во Франции ежегодно выбрасывается 18 млн т мусора. Вторичное использование такого количества мусора может дать 4 млн т н. э. энергии при нынешних потребностях Франции в нефти около 17 млн т.

Поэтому сегодня так актуально внедрение новых технологий, обеспечивающих более экономный расход топлива, а значит позволяющих значительно понизить уровень вредных выбросов. Применение «чистых» процессов сжигания позволит во много раз повысить КПД ТЭС, сократить объем сжигаемого топлива и в результате – снижение выбросов в окружаю­щую среду.

Справка

Первую мусорную электростанцию построили в 1989 году в США, в штате Пенсильвания. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной выработки электроэнергии для 15000 домов печь стала получать недостаточно топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок. Вырабатываемая из мусора энергия приносит округу около $4000 прибыли еженедельно. Но главное – объем закрытых свалок сократился на 78%.

Теперь в Америке «процесс пошел» вовсю: только в мае 1993 года 114 электростанций, работающих на газе от свалок, произвели 344 МДж электроэнергии. Самая крупная из них, в городе Уиттиер, производит за год 50 МДж.

Авторское изобретение

Речь пойдет о разработке для повышения эффективности мусороподжига. В настоящее время сортировка мусора для пиролизной обработки идет путем прожигания общей среды с привлечением дополнительной энергии со стороны (не всякий мусор горюч). Я же предлагаю поставить пиролиз в зависимость от... силы ветра.

Основная проблема ветряных двигателей – их переменная мощность, связанная с непостоянной силой ветра. Если ветряной двигатель обслуживает завод по мусоросжиганию, обеспечивая кислородный поддув разной силы (в зависимости от силы ветра) в печи, то сортировку следует производить следующим образом: горючие и легковоспламеняющиеся вещества сжигать в безветренные дни, сырой и тяжелый для огня мусор – в ветреные дни, когда ветряной двигатель может гарантировать максимальный кислородный под­дув в печь и, следовательно, гарантировать максимальную (вплоть до доменной) температуру пиролиза.

Данное изобретение нигде пока не используется и предлагается в широкой печати впервые.

© Эдуард Байков, текст, 2008

© Книжный ларёк, публикация, 2015