Что такое waste-to-energy

Waste-to-energy — это группа технологий, при которых отходы используют для получения энергии, чаще всего тепла и электричества. Обычно речь идет о контролируемом сжигании, но к этому направлению также относят анаэробное сбраживание, газификацию, пиролиз и сбор свалочного газа.

Подход применяют как часть системы обращения с отходами наряду с переработкой и захоронением. Его задача — уменьшить объем мусора, отправляемого на полигоны, и извлечь из отходов полезную энергию там, где это технически и экономически возможно.

Как понять термин waste-to-energy

Waste-to-energy буквально означает «получение энергии из отходов». На практике это переработка отходов в электричество, тепло или топливо с помощью термических, биологических и газовых процессов.

Чаще всего под этим термином имеют в виду мусоросжигательные установки, которые работают с твердыми коммунальными отходами. В англоязычных источниках для них часто используют сокращение WtE.

К твердым коммунальным отходам относят бытовой и похожий по составу мусор из жилых, коммерческих и общественных источников: пищевые остатки, упаковку, текстиль, мебель, растительные остатки. Состав потока важен, потому что от него зависит, сколько энергии можно получить при обработке.

Как работает waste-to-energy на базе сжигания

На крупных объектах энергия из отходов обычно получается через контролируемое сжигание. Мусор сжигают при высокой температуре, выделяемое тепло превращает воду в пар, а пар вращает турбину генератора.

Это наиболее распространенная схема для работы с твердыми коммунальными отходами. Перед подачей в печь из потока обычно удаляют часть материалов, пригодных для переработки.

1. Отходы доставляют на объект и принимают в накопительную зону.
2. Из общего потока извлекают часть пригодных для переработки материалов.
3. Кран перемешивает массу отходов и подает ее в камеру сгорания.
4. Сжигание идет при высокой температуре, в источнике указан диапазон от 850 до 1450 градусов Цельсия.
5. Тепло нагревает воду в трубах и образует пар.
6. Пар под давлением приводит в движение турбину и генератор вырабатывает электричество.

У разных отходов разная теплотворная способность, то есть запас энергии при сжигании. Пластики дают больше тепла, а влажные и минеральные фракции дают меньше. Поэтому состав мусора напрямую влияет на выход энергии.

Какие технологии относят к waste-to-energy

К waste-to-energy относят несколько разных технологий. Самая распространенная — сжигание, но существуют и другие методы извлечения энергии из отходов.

Сжигание

Сжигание — это прямое термическое разложение отходов при высокой температуре с получением тепла и электроэнергии. Этот вариант считается самым коммерчески освоенным среди WtE-технологий.

Его используют прежде всего для смешанных твердых коммунальных отходов. Именно такая схема чаще всего стоит за выражением waste-to-energy в новостях и отраслевых обзорах.

Анаэробное сбраживание

Анаэробное сбраживание — это разложение органических отходов микроорганизмами без доступа кислорода. На выходе образуется биогаз, основными компонентами которого являются метан и углекислый газ.

Этот метод подходит для органической фракции отходов. Биогаз используют как топливо, а сам процесс применяют как в промышленных, так и в локальных системах.

Пиролиз

Пиролиз — это нагрев органических отходов без кислорода. В результате материал разлагается на твердый углеродсодержащий остаток, горючие газы и жидкие продукты, которые в части случаев называют био-маслом или био-сырьем.

Метод относится к термохимической обработке. Он отличается от обычного сжигания именно отсутствием кислорода в реакционной зоне.

Сбор свалочного газа

Свалочный газ образуется при разложении органики на полигонах. Его собирают, очищают и используют как топливо.

Обычно такой газ содержит метан, углекислый газ и небольшую долю других соединений. Его сбор помогает снизить выбросы метана с полигонов и одновременно получить полезный энергетический ресурс.

Газификация

Газификация превращает органическое сырье в горючий газ при высокой температуре и ограниченной подаче кислорода, пара или их сочетания. На выходе получают синтез-газ.

Синтез-газ используют как сырье для химических процессов, в том числе для производства аммиака и метанола. В отдельных сценариях его рассматривают и как замену традиционным видам топлива.

Чем отличаются основные WtE-технологии

Главное различие между технологиями состоит в типе отходов и конечном продукте. Одни методы дают электричество и тепло сразу, другие сначала производят газ или жидкое топливо.

Что происходит с золой после сжигания отходов

После сжигания отходов образуются два основных типа золы: летучая и донная. Они отличаются по составу, способу обращения и рискам для окружающей среды.

Летучая зола

Летучая зола — это мелкие частицы, которые удаляют из дымовых газов системы очистки. В источнике также упоминается обозначение APC, то есть остаток после контроля загрязнения воздуха.

Такой материал относят к опасным остаткам. Его обычно обрабатывают, чтобы уменьшить вред для воздуха, воды и соседних экосистем, после чего часто направляют на специальные полигоны для опасных отходов.

Донная зола

Донная зола — это остаток, который остается после сжигания и не относится к летучей фракции. В англоязычных материалах для нее используют сокращение IBA.

В ее составе преобладают соединения кремния, кальция, железа и алюминия. Часть материалов можно извлечь магнитами и отправить на повторное использование, а остаток идет на захоронение. В строительстве донную золу иногда применяют как компонент для бетона или как насыпной материал.

Объем золы заметно меньше исходного объема отходов. По данным из исходного текста, после сжигания остается около 15–25% массы и 5–15% объема от исходного потока до сжигания.

Какие плюсы есть у waste-to-energy

Основное преимущество waste-to-energy состоит в сокращении объема отходов, которые отправляют на полигоны. Дополнительно система позволяет извлекать из мусора энергию и частично снижать нагрузку на земельные ресурсы в густонаселенных районах.

• Меньше отходов на полигонах. После обработки остается существенно меньший объем остатка.
• Получение энергии. Отходы становятся источником тепла, электричества или газа.
• Часть выбросов может быть ниже, чем при других способах обращения с отходами. В исходной статье указано, что WtE может давать более низкие выбросы парниковых газов по сравнению с рядом альтернативных методов.
• Подходит для территорий с дефицитом земли. Это одна из причин распространения технологии в плотно застроенных странах и регионах.

При этом WtE не относится к возобновляемой энергетике в строгом смысле, если речь идет о смешанном потоке отходов. Причина проста: мусор не является бесконечным природным ресурсом по типу солнца или ветра.

Полностью чистым источником энергии этот подход тоже не считается. Сжигание и транспортировка отходов связаны с выбросами углерода и других загрязняющих частиц.

Какие ограничения и спорные моменты есть у waste-to-energy

У waste-to-energy есть заметные ограничения. Технология не решает саму причину образования отходов и не заменяет переработку там, где материалы можно вернуть в оборот.

Экологические организации критикуют WtE за то, что он слабо связан с принципами циклической экономики. Металлы после обработки еще можно извлечь и вернуть в использование, но бумага и пластик после сжигания уже не восстанавливаются как материал.

По этой причине переработка таких фракций обычно остается более предпочтительным вариантом с точки зрения сохранения ресурсов и энергозатрат. WtE работает на стыке двух подходов: с одной стороны, отходы используются повторно как источник энергии, с другой — часть материалов уходит из материального цикла окончательно.

Есть и инфраструктурный барьер. Для коммерческой работы нужны крупные системы сбора, сортировки, перевозки и обращения с твердыми отходами. В исходном материале указано, что примерно 2,7 миллиарда человек в мире все еще не имеют доступа к сбору отходов, а значит, такой подход для них фактически недоступен.

Где waste-to-energy используется чаще всего

Waste-to-energy чаще встречается в густонаселенных районах, где мало свободной земли для полигонов. В исходном тексте в качестве примеров названы Япония, Дания, Швеция, Германия и Франция.

В Западной Европе этот метод занимает заметное место в системе обращения с твердыми коммунальными отходами. В статье указано, что там таким способом обрабатывают около 40 миллионов тонн отходов.

Распространение технологии в Европе поддерживается и регулированием. В качестве одного из факторов роста упомянуто решение ЕС и Великобритании 2023 года включить waste-to-energy в схемы торговли выбросами.

В США рост был медленнее. В качестве причины источник называет наличие больших земельных ресурсов и более низкую стоимость захоронения, из-за чего полигоны долго оставались более привлекательным вариантом.

На Ближнем Востоке в статье выделен объект в Дубае. Указано, что комплекс сможет принимать 1,9 миллиона метрических тонн отходов в год, что соответствует примерно 45% общего объема отходов города, и вырабатывать 200 мегаватт электроэнергии в день, чего достаточно для снабжения 135 тысяч домов.

Чем waste-to-energy отличается от переработки и захоронения

Waste-to-energy, переработка и захоронение решают разные задачи. Переработка возвращает материалы в хозяйственный оборот, захоронение изолирует отходы на полигоне, а WtE уменьшает объем мусора и извлекает из него энергию.

Краткий вывод по теме

Waste-to-energy — это способ извлечения энергии из отходов, который чаще всего основан на сжигании, но включает и другие технологии, такие как анаэробное сбраживание, пиролиз, газификация и сбор свалочного газа. Он помогает уменьшить объем захоронения, но не отменяет необходимость переработки и не считается полностью чистым или возобновляемым источником энергии.