Переработка мусора в энергию - OXFORDST.RU

Переработка мусора в энергию

Получение энергии из отходов | Насколько это выгодно?

Ежедневно каждый из нас производит определенное количество мусора. Сложно представить, какой объем мусорных отходов в день образуется на планете. Современные технологии переработки позволяют разумно использовать органические и биологические остатки. Энергия из отходов обеспечит жизнь многонаселенных городов и заменит ископаемые энергетические источники.

Принцип работы МСЗ «Энергия из отходов»

Государственная корпорация РосТех разработала проект «Энергия из отходов». На территории Российской Федерации предполагается создание нескольких заводов по термической переработке мусорных остатков. Отходы рассматриваются как источник энергии, пригодной для использования в различных сферах производства. Эксплуатация заводов по производству электроэнергии из мусора экологически безопасна и экономически выгодна.

Главное отличие МСЗ нового поколения от существующих предприятий в том, что они будут перерабатывать большой объем отходов и делать из них электрическую энергию. Сжигание и получение энергии осуществляется на современных автоматических машинах.

Прием отходов

Для производства энергии завод принимает те отходы, которые прошли сортировку и не могут использоваться в качестве вторичного сырья. Мусор взвешивается, проходит радиационный контроль и ставится на учет. После прохождения этих процедур отходы складируются в бункер. Если обнаруживается повышенная степень радиации привезенных отходов, мусоровоз отправляется на специально отведенную стоянку. Опасные отходы утилизируются отдельно.

При больших размерах мусорных остатков производится их дробление. Из приемного бункера мусор перемещают в загрузочный с помощью грейферного крана. Затем отходы поступают в топку, где сжигаются.

Высокотемпературное сжигание

Технология уничтожения мусора под воздействием высоких температур применяется в работе современных заводов по переработке отходов . Тонны твердых бытовых отходов подвергаются сжиганию на колосниковой решетке, охлаждаемой воздушным потоком.

Температура в месте горения может достигать 1260 градусов. Благодаря точно распределенной подаче тепловой энергии мусор сжигается равномерно без применения дополнительных источников топлива.

За счет сортировки мусора и проверки радиационного уровня обеспечивается экологическая безопасность при переработке и получении электрической энергии.

Система очистки дымовых газов

В процессе работы с отходами при сжигании выделяются дымовые газы. Заводы по сжиганию мусорных отходов оснащены современной системой очистки газов, которая состоит из трех этапов.

  1. Сначала образовавшийся газ поступает в котел.
    При температуре около 850 градусов выдерживается в течение нескольких секунд. Это необходимо для очистки газов от диоксинов и нейтрализации азотных оксидов.
  2. На втором этапе дымовые газы очищаются в реакторе от вредных соединений и вторичных диоксинов.
    Для этого применяется гашеная известь и активированный уголь.
  3. На третьей стадии очищение происходит в фильтре.
    Это заключительный этап очистки. Уничтожаются зола, пыль и другие оставшиеся примеси.

Производство электроэнергии

Согласно проекту «Энергия из отходов» дымовые газы нужны для выработки электрической энергии. Из них получают энергию пара, выработка которой происходит в котле. Далее этот пар поступает на производство электроэнергии. Технологический процесс организован таким образом, что пар и газы находятся в разных емкостях и не смешиваются.

Из котла пар поступает в турбогенератор. Полученная энергия направляется в сеть и используется на нужды производства.

Из турбогенератора пар попадает в конденсатор, где превращается в воду. Затем поступает обратно в котел.

При сжигании от первоначального объема отходов остается лишь 10 %.

Обработка шлака и летучей золы

После термической переработки мусорных отходов остаются шлак и зола. Эти элементы относятся к повышенным классам опасности (пятому и третьему). Из шлака отбираются и направляются на переработку цветные и черные металлы. Он может применяться в дорожном строительстве.

Летучая зола – опасное соединение, которое нужно перерабатывать и обезвреживать. Из нее можно получить сырье, пригодное для производства современных строительных материалов (плитки, блоков, бордюров, цемента).

Электроэнергия из мусора своими руками

Для получения электроэнергии из мусора необходимо дорогостоящее оборудование. Но получить энергию можно самостоятельно в процессе сжигания мусора, который не представляет опасности.

Переработка отходов производится в специальных контейнерах Homebiogas. Конструкция весит примерно 40 кг и имеет длину до 2 м. В емкость помещается от 8 до 15 литров отходов. Преобразование килограмма бытовых остатков дает до 150 литров биологического топлива.

Биогаз применяется в быту таким же образом, как и обычный газ. Он используется для работы плит. Очищенный от вредных примесей биологический газ поступает в дом по газопроводу.

Переработка свалочных газов

Свалочный газ образуется при распаде органических отходов на полигонах. Он имеет свойство улетучиваться. Сбор и переработка свалочных газов благоприятно сказывается на экологии. Они используются в качестве возобновляемого источника энергии. Выработка газов и получение энергии из мусора происходят постоянно.

На полигонах свалочные газовые элементы извлекаются с помощью специальных установок и скважин. Он очищается, обогащается и сжигается. Свалочный газ используется как альтернативный вид топлива в производстве, промышленности, транспортном хозяйстве.

Строительство заводов по производству энергии из мусора – важный шаг на пути к безопасности и экологичности одной из ведущих отраслей экономики. Это позволит избежать массового захоронения мусорных отходов, освободить территории полигонов ТБО и развивать новый источник возобновляемой электроэнергии.

Переработка и утилизация шлаков металлургического производства

Вред и польза мусоросжигательных заводов

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Пиролиз мусора и отходов: плюсы и минусы метода

Системы утилизации тепла дымовых и отходящих газов

Крематоры – печи для утилизации биологических отходов

Плюсы и минусы геотермальной энергетики

Альтернативная энергетика и экология: виды и пути развития

Мусорная революция в России: ликвидация незаконных свалок и полигонов

Обработка осадков сточных вод: методы очистки и сушки

Как свалки ТБО влияют на экологию и методы борьбы с ними

Термическая утилизация отходов: сжигание, инсинерация, пиролиз

Электростанция на свалке

Как в Финляндии из мусора научились добывать электроэнергию и тепло

Куда попадает мусор после того, как вы выбрасываете его в мусоропровод или относите в мусорный контейнер? Это зависит от того, какие технологии его переработки используются в вашем городе. Мусор можно сжигать, можно перерабатывать, можно отвозить на свалку — но и в последнем случае из него можно добывать полезную энергию. Чтобы узнать, как это происходит, мы съездили в Финляндию — страну, в которой технологиям обработки отходов уделяется повышенное внимание.

Сейчас в мире существует несколько основных путей дальнейшей жизни мусора: либо его захоранивают на свалочных полигонах, либо он подвергается термической или биологической обработке, в самых же благоприятных случаях отходы удается переработать и получить из них материалы, которые затем можно использовать повторно. У каждого из этих подходов — свои недостатки, и до сих пор нет однозначного мнения, какой из способов переработки наносит меньший вред здоровью людей и окружающей среде. При этом вопросы вызывает не только способ переработки мусора, но и методы его реализации: как правильно организовать свалку, что делать с образующимся газом, а если сжигать мусор — то по какой технологии и что потом делать с продуктами горения.

Соотношение мусора, перерабатываемого различными способами, в разных странах может довольно сильно варьироваться. Например, в России очень мало мусоросжигательных заводов, а больше 90 процентов твердых отходов попадает на свалки. В большинстве европейских стран ситуация обратная — достаточно мало мусорных полигонов, но много электростанций, которые работают на сжигании мусора, и много предприятий для вторичной переработки отходов.

Одно из очевидных отличий этих подходов — время, которое тратится на полное избавление от мусора и любых его остатков. Так, при вторичной переработке или сжигании мусора от него удается избавиться сразу: в первом случае — превратив его в новый материал, а во втором — в углекислый газ и электрическую и тепловую энергию. Переработка же мусора на свалочных полигонах продолжается не один десяток лет после захоронения. Даже после окончательного закрытия свалки и прекращения поступления на нее новых отходов мусор продолжает разлагаться и гнить, производя все больше свалочных газов — в первую очередь, метана и углекислого газа. Более подробно о том, что происходит с мусором, попадающим на свалочные полигоны, вы можете прочитать в нашем материале «Химическая жизнь мусора».

Чтобы разобраться, как в других странах работают с закрытыми свалочными полигонами для уменьшения опасного влияния на окружающую среду и какие альтернативные пути обработки отходов уже используются или только разрабатываются, мы съездили в Финляндию. У финских специалистов мы постарались выяснить, как следить за свалочными полигонами, когда свалка только заполняется, и что делать после ее закрытия.

Газовые скважины на поверхности закрытого полигона

Переработка свалочных газов

В Финляндии все твердые бытовые отходы либо сжигаются, так что из них получается электроэнергия, либо перерабатываются для вторичного использования, как это происходит, например, с пластиковыми отходами. С 2016 года большинство свалочных полигонов в стране полностью закрыты для бытовых отходов, а те несколько полигонов, которые открыты до сих пор, используются только для крупногабаритного и неперерабатываемого строительного мусора. Этот мусор обычно остается при постройке крупных зданий, он содержит, например, асбест и, как правило, его просто физически невозможно разделить на отдельные компоненты.

Тем не менее, закрытых свалок, на которые сравнительно недавно перестали свозить мусор, в Финляндии остается еще довольно много. Чтобы подробнее узнать о том, что сейчас происходит с этими закрытыми свалками, мы поговорили с Тиилой Корхонен (Tiila Korhonen) из Управления по экологическим службам в Хельсинки (HSY), которая работает на крупнейшем свалочном полигоне в Финляндии — Аммясcуо, начавшем свою работу в 1987 году. Сейчас на этом полигоне находятся две свалки: одна старая, которая была закрыта в 2007 году, другая новая, на которую в данный момент поступают только инертные неперерабатываемые отходы и асбест.

Общий вид свалочного полигона Аммяссуо

Сейчас на закрытой свалке общей площадью 55 гектаров (на такой площади могли бы уместиться примерно 100 футбольных полей) образуется более 5 тысяч кубометров газа в час, а максимальный объем газа — примерно в два раза больше — свалка производила сразу после закрытия. Чтобы собрать весь этот газ для сжигания, на свалке работает система из 322 газовых скважин и 4 насосных станций.

Моделирование

Чтобы правильно спроектировать систему сбора газа, рассчитать необходимое количество скважин и насосов, оценить ориентировочную загруженность газоэлектростанции на этапе ее строительства и спрогнозировать эффективность всей этой системы в дальнейшем, объем производимого на закрытой свалке метана оценивается с помощью численного моделирования. На Аммяссуо для этого используются две основные математические модели — это модель баланса массы и модель затухания первого порядка.

Первая модель учитывает массу поступившего на свалку мусора, долю органического углерода в этом мусоре и скорость превращения этого углерода в метан. Поскольку большая часть этих значений известна только приблизительно, то и окончательная оценка оказывается довольно грубой. От реальных показателей она может отличаться примерно на 50 процентов.

Читайте также  История возникновения земли для детей

Вторая модель — более точная: она учитывает зависимость скорости распада органических компонентов от времени и описывает ее с помощью простой экспоненциальной модели с учетом даты начала использования полигона, времени его функционирования в открытом и закрытом состоянии и скорость образования метана. Несмотря на свою простоту, эта модель позволяет значительно точнее описать полученные таким образом данные. Эти же модели могут использоваться, чтобы спрогнозировать объем метана, который в будущем будет формироваться на тех свалках, мусор на которые сейчас еще продолжают свозить.

Для уточнения прогнозов образования метана рассчитанный объем газа корректируется с учетом текущих измерений. Согласно последним данным, сейчас с помощью газоэлектростанции удается переработать примерно 90 процентов образующегося газа, при этом эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую составляет около 45 процентов, остальная энергия идет на теплоснабжение. Сейчас мощность станции составляет около 11 мегаватт (это примерно 73 процента от максимальной мощности), что позволяет обеспечивать электричеством почти 5 тысяч отдельных домовладений.

Тиила Корхонен отмечает, что скорость образования метана на закрытом свалочном полигоне с течением времени падает и, по прогнозам, через 15 лет на полигоне Аммясуо количество производимого метана сократится примерно в 5 раз. Чтобы эту электростанцию можно было продолжать использовать, сейчас разрабатываются способы усовершенствования технологий сбора свалочного газа, в будущем же основным источником газа для станции станут собираемые сейчас отдельно биоотходы.

Газоэлектростанция на полигоне Аммяссуо

Мониторинг выделяющегося газа

Постоянные измерения концентраций газа производятся не только внутри полигона для оценки объема производимой электроэнергии, но и в окружающей среде — для предотвращения попадания парниковых газов в атмосферу, а также для предупреждения возможного зарождения пожара. Особенно актуальна эта проблема для старых полигонов, которые были построены более 50 лет назад. Если все современные свалочные полигоны построены таким образом, что попадание сточных вод или образующихся газов в почву или атмосферу практически исключено, то при формировании полигонов в первой половине XX века подобные технологии еще не использовались и внимания возможным негативным последствиям для экологии уделялось значительно меньше.

При этом процесс разложения мусора и образования метана и других газов происходит в течение 100–200 лет после закрытия полигона, поэтому на старых свалках вредные вещества продолжают выделяться. Получить какую-то пользу от этих газов, например в виде электроэнергии, сейчас уже не удастся, однако необходимо сократить риск накопления горючих газов и попадания загрязнений в грунт и грунтовые воды. Для этого на самих свалках постоянно проверяется состав выделяемых газов, а в окрестностях старых полигонов продолжается регулярный мониторинг состава почвы и грунтовых вод.

Мусоросжигательные заводы

Можно сказать, что со свалками в Финляндии научились работать достаточно хорошо, чтобы получать от них максимальную пользу и не наносить вред окружающей среде. Тем не менее, первое, о чем говорят финские эксперты в ответ на вопросы о способах правильного ухода за свалочными полигонами, — это необходимость перехода к современным мусоросжигательным заводам. В Финляндии этот процесс начинался в середине прошлого века, и сегодня сжигание мусора, во-первых, практически не оказывает негативного влияния на окружающую среду, а во-вторых, позволяет с достаточно большим КПД превращать мусор в электрическую энергию и тепло. Конечно, по эффективности мусоросжигательные заводы уступают газоэлектростанциям, но тем не менее около половины всех отходов удается таким образом преобразовать в полезную энергию.

Один завод может сжигать в год несколько сот тысяч тонн мусора. Например, завод, который несколько лет назад был запущен в Вантаа, одном из пригородов Хельсинки, сжигает около 320 тысяч тонн мусора, в результате чего образуется 920 гигаватт-часов энергии для отопления и 600 гигаватт-часов электроэнергии. Этого хватает для обеспечения примерно 200 тысяч однокомнатных квартир, эффективность преобразования энергии при этом достигает 95 процентов.

Специальные технологии разработаны для обработки золы и пепла, которого с одного завода образуется несколько десятков тысяч тонн в год. Поскольку в этих отходах содержится довольно много хлоридов и других относительно вредных веществ, то после выделения металлов для вторичной переработки зола и пепел становятся компонентами для производства асфальта или бетона, который затем используется для создания искусственных ландшафтов.

Процесс переработки пластиковых отходов

Сортировка мусора

Стоит отметить, что несмотря на исключительную (с точки зрения энергетики) пользу от сжигания мусора, далеко не все отходы в Финляндии вообще сжигают. Как и в большинстве европейских стран, уже много десятков лет у финнов существует практика очень тщательной сортировки мусора. Все, что может быть использовано вторично, — используется. В многоквартирных городских домах мусор сортируется на пять основных категорий: пластик, бумага, стекло, биоотходы и несортируемый смешанный мусор, в котором по каким-то причинам одну часть сложно отделить от другой (если мусор не попадает ни в одну из категорий или содержит токсичные вещества, его придется выбрасывать отдельно в специальных местах). В загородных же домах появляется много дополнительных типов отходов. Вокруг Хельсинки, например, для них существуют несколько точек сбора, куда люди приезжают на машине и выкидывают весь крупногабаритный мусор. Чтобы упростить дальнейшую утилизацию, отдельно собираются разные типы пластиковых отходов, крашеная и некрашеная древесина, в отдельную категорию попадают даже яблоки, от избытка которых приходится избавляться после переурожая.

Пункт для сортировки крупногабаритного мусора в пригороде Хельсинки

Электричество из мусора

Домашний энергетический реактор для получения электричества из мусора.

Домашний энергетический электрогенератор – это, по сути, мини-генератор, который получает энергию от горючих отходов (таких как бумага, древесина, садовые отходы и даже некоторые пластмассы), вдохновленный «Mr. Fusion» из фильма «Назад в будущее II». Потенциал для производства электроэнергии велик, и, фактически, эта технология использовалась для питания многих автомобилей во время Второй мировой войны и является предполагаемым источником энергии для развивающихся стран (главным образом, для подачи газа в электропечи). Это действительно уникальный проект (никогда не был реализован ранее), и, если он будет завершен, вы можете сказать, что успешно превратили мусор в электричество!

Это экологически чистая технология, которая получает энергию из альтернативного источника топлива, который может быть построен в основном из утилизируемых компонентов.
Блок газификации чисто превращает мусор в горючий газ, часто называемый «синтез-газ» или «древесный газ», а затем сжигает его, создавая тепло, которое можно использовать для приготовления пищи (я лично использовал это для приготовления кастрюли с супом), или модули Пельтье могут преобразовать тепло в электричество.

Ток, генерируемый ячейками Пельтье, отправляется в модуль зарядки. Зарядный модуль заряжает аккумуляторную батарею. Аккумуляторная батарея обеспечивает энергию для работы инвертора. Инвертор может использоваться для запуска электрических приборов. Позже мы увидим, что после установки батареи, инвертора и зарядного устройства, превратить это в солнечный проект так же просто, как заменить Fusion Jr. на любую солнечную панель.

Минимальная энергия, ожидаемая от одной единицы, зависит от того, сколько клеток Пельтье используется. Каждая ячейка обеспечивает около 3 непрерывных ватт. Потенциальная энергия системы Fusion Jr. составляет более 2000 Вт, но использовать всю эту энергию сложно, особенно потому, что эффективность клеток Пельтье составляет менее 3%.
Устройства с высокой номинальной мощностью могут работать даже при низкой входной мощности, поскольку энергия накапливается в аккумуляторе.

Расходные материалы:

Шаг 1: Найти банку от кофе

Блок газификатора является одним из наиболее важных компонентов системы Fusion Jr. Блок газификации состоит из 3 частей, обозначенных как A (дымоход), B (корпус) и C (реактор). Каждая часть разборная.

Мусор пропускается через дымоход и зажигается с помощью воспламенителя (зажигалки). Мусор начинает сгорать с кислородом, подаваемым через отверстия в основании корпуса. Кислород движется снаружи в корпус, а затем в реактор через нижние отверстия. Когда температура поднимается и поступает больше мусора, подача кислорода прекращается, поскольку нижние отверстия закрыты углями и пеплом, и мусор больше не может гореть. Высокие температуры вызывают образование «синтез-газа», который в основном состоит из горючих газов, окиси углерода и водорода. «Сингаз» не сгорает, даже если температура достаточно высокая, пока не достигнет зоны сгорания, обозначенной на схеме. «Сингаз» сгорает с кислородом, поступающим из ряда отверстий. Результатом этого сгорания является выброс углекислого газа, водяного пара, и тепло. Блок газификатора эффективно сжигает мусор без чрезмерного загрязнения и дыма. К сожалению, при запуске газогенератора, когда в газификаторе заканчивается топливо и в ветреную погоду образуется дым. Газификатор будет нагревать до получаса после того, как пламя погаснет.

Я использовал для этого кофейную банку, банку для бобов, небольшую консервную банку и кастрюлю для кемпинга, но вы можете экспериментировать с различными настройками.

Больше отверстий обеспечивает больше кислорода и, следовательно, лучшее сжигание, в то время как меньшее количество отверстий обеспечивает более частичное сгорание, которое необходимо для образования газа. Необходимо экспериментировать с потреблением кислорода. Газификация основана на том, что иногда называют «частичным сгоранием», что означает, что для производства промежуточных легковоспламеняющихся газов необходимо регулировать количество кислорода, доступного в зоне сгорания (количество и размер отверстий).

Шаг 2: Приобрести несколько элементов Пельтье

Ячейки Пельтье используют полупроводниковую технологию, очень похожую на стандартные солнечные батареи. Два поляризованных полупроводника преобразуют тепловой поток в электрический ток. Естественно, чем больше градиент тепла, тем больше ток. Набор из 10 клеток Пельтье можно приобрести за 70 долларов. Удивительно, но эта цена дешевле (с момента последней проверки в 2007 году) за ватт, чем солнечные элементы. Ячейки Пельтье часто используются в системах отопления и охлаждения, потому что когда ток проходит через ячейку Пельтье, одна сторона становится горячей, а другая сторона становится холодной.

Настоятельно рекомендуется, чтобы охлаждающий элемент (радиатор) был расположен на противоположной стороне ячейки Пельтье (сторона, не касающаяся Fusion Jr.). Это учитывает больший градиент охлаждения. В некоторых случаях, вентиляторы или даже лед могут быть использованы в качестве охлаждающей жидкости для обеспечения градиента. Не позволяйте клеткам Пельтье становиться слишком горячими, иначе они придут в негодность!
Размещение клеток как раз для них, чтобы получить максимальный тепловой градиент, является оптимальным. Используйте алюминиевую ленту, чтобы прикрепить клетки.
Если вы не хотите использовать Пельтье, можно использовать и другие технологии, такие как небольшие паровые двигатели. Оба могут производить достаточно энергии для зарядки батарей или небольших приборов.

Шаг 3: Получить немного топлива и сделать несколько тестов


Вначале должны быть проведены тесты, чтобы убедиться, что ваше устройство газифицируется должным образом. Для этого вставьте твердое топливо, горячие угли и / или немного топлива для горелки Tiki в устройство. Устройство должно производить чистое бездымное пламя. Это указывало на наличие «биогаза». Устаревшая книга или щепки должны хорошо гореть.
На своих фотографиях я не использую топливо или угли для горелок, только твердое топливо! Обратите внимание на чистый ожог.
Вот почему эта технология предлагается в качестве источника топлива для развивающихся стран и использовалась для запуска автомобилей во время Второй мировой войны.

Читайте также  Экологические проблемы использования нефтепродуктов

Шаг 4: Прикрепить модули Пельтье

Шаг 5: Аккумулятор, инвертор и зарядное устройство

Теперь, когда у вас есть источник питания, вам нужно реализовать какой-то способ хранения поступающей энергии. Вам понадобится аккумуляторная батарея 12 В, зарядное устройство и инвертор. Все эти вещи можно приобрести онлайн. Вы также можете купить вольтметр за 5 долларов для контроля заряда батареи.
Есть несколько тонкостей с компонентами. Например, прямоугольный инвертор мощности не так хорош, как синусоидальный инвертор, и прямоугольный инвертор не будет работать со многими чувствительными электронными устройствами. Некоторые зарядные устройства дешевы и могут повредить батареи. Имейте в виду, что некоторые свинцово-кислотные аккумуляторы работают лучше, чем другие, а некоторые зарядные устройства лучше, чем другие. Обязательно ознакомьтесь с отзывами покупателей перед покупкой! Здесь я просто использовал стандартные автомобильные аккумуляторы, но они не очень долго работают так, как мы их используем. Следите за батареями “глубокого цикла”. Батареи измеряются в «ампер-часах». В нашем случае вы можете оценить, сколько ватт может быть запитано за час, используя батарею, по следующей формуле:
(КПД%) * (12) * (ампер-часы)
Инвертор, зарядное устройство и вольтметр можно просто подключить к аккумулятору (обратите внимание на полярность!).
Со всеми этими зарядными компонентами вы можете даже заменить Fusion Jr. солнечной панелью, чтобы обеспечить удобную розетку или привести в действие большое количество проектов, связанных с солнечной энергией!
И это все!

Шаг 6: Примечания автора

Об эффективности:
довольно многие указали на низкую эффективность Пельтье. Возможно, элементы Пельтье не идеальны, но для небольшого самостоятельного проекта простота твердотельных компонентов делает это привлекательным и крутым. Промышленная паровая энергетика более эффективна, но в небольших масштабах было бы трудно изготовить несколько мини-паровых двигателей и т.д. Вручную, и это, без сомнения, утомительно для любителя-любителя! В автомобильной промышленности ведутся некоторые разговоры о замене генераторов автомобиля на элементы Пельтье на его выхлопной трубе, таким образом повторно используя отработанное тепло вместо того, чтобы улавливать импульс автомобиля. Клетки Пельтье не безнадежно неэффективны.

Влияние на окружающую среду:
Секвестрировать углерод – значит вывести его из углеродного цикла. Поскольку весь углерод в углеродном цикле входит в газовую фазу в одной точке цикла, если в любой момент углерод добавляется в углеродный цикл в этой точке, это наносит ущерб, и это единственный раз, когда это происходит. Газификация – это технология, которая уже используется во всем мире, обычно газифицируется с использованием плазменных дуг и является альтернативным источником топлива, который заслуживает большего внимания, чем ей было уделено. У каждого альтернативного источника топлива есть недостатки. В этом случае недостатком может быть импульс углерода от одной стадии цикла к другой (газовая фаза), но эффекты не являются долгосрочными. Введение секвестрированного углерода, хранящегося под землей, который не является частью углеродного цикла (ископаемое топливо), увеличивает количество углерода на любой стадии цикла, в то время как введение углерода уже в цикле увеличивает количество на одной стадии, но берет на другой, так что сеть примерно одинакова. Не то, чтобы динозавры не виноваты, но сжигание их липких останков это! Рециркуляция углерода (газификация) вместо его введения (ископаемое топливо) является более устойчивым способом производства энергии.

Подробнее о газификации биомассы:
Я получил небольшое письмо от других пользователей с инструктажем с просьбой объяснить основной процесс газификации и то, как я пришел к своему дизайну. Легковоспламеняющиеся газы, образующиеся в процессе газификации, представляют собой окись углерода, газообразный водород и газообразный метан. Углеродный уголь реагирует с водяным паром в присутствии тепла (превышая энергию активации и позволяя протекать реакциям) в среде с небольшим контролируемым количеством кислорода. Обычно углеводороды или другие виды топлива сгорают полностью, образуя двуокись углерода и поднимая много частиц в воздух, сильно сгорая (дым). Когда кислород контролируется, происходит «частичное сгорание», и вместо производства диоксида углерода появляются промежуточные продукты сгорания (горючие газы). Это производит чистый, эффективный, длительный огонь, оставляющий пепел позади того, что обычно поднималось бы в виде частиц дыма, а также потока легковоспламеняющихся газов, которые можно использовать. Проекты, которые я придумал, были результатом исследования “походных печей для газификаторов” и разработок для автомобильных газификаторов. В то время я не мог получить специализированные инструменты для производства требуемых металлических кусков, поэтому вместо этого я переделал несколько банок и вещей, лежащих вокруг.

Устранение неполадок:
если ваш Fusion Jr. не работает должным образом, вы можете сделать несколько вещей. Попробуйте использовать термопасту со стороны ячеек Пельтье, обращенной к «холодной» части. Поэкспериментируйте с подачей большего / меньшего количества кислорода в устройство путем создания / закрытия отверстий. Изолируйте ядро, оно может быть недостаточно горячим. Некоторые походные печи Woodgas используют вентиляторы, чтобы помочь циркулировать / высасывать кислород. Попробуйте исследовать конструкции для кемпинга Woodgas использования изображений Google.

Безопасность:
Будьте осторожны, чтобы не сжечь что-либо – деревьев или других легковоспламеняющихся материалов, или в закрытом помещении. Для зажигания Fusion Jr. используйте расширенную зажигалку для барбекю! Я узнал на своей шкуре.
Источник

Вынесут сор из избы

У крупных городов построят 25 заводов для сжигания отходов

Оператором программы выступит «РТ-Инвест» («дочка» Ростеха), которая уже строит четыре мусоросжигательных завода по технологии Hitachi Zosen INOVA — три в Московской области, один в Татарстане. Поставщиком основного оборудования станет Росатом, а ВЭБ.РФ профинансирует строительство.

Конкретные площадки размещения заводов должно определить правительство, исходя из потребностей регионов, сообщили «РГ» в «РТ-Инвест». В первую очередь, заводы появятся там, где расположено большое число мусорных полигонов, которые уже выработали ресурс. «Прежде всего, речь идет о городах-миллионниках и туристических центрах. В частности, в Сочи меры нужно принимать уже сейчас. Этот город сегодня захлебывается в мусоре, особенно — в сезон, — говорит гендиректор компании Андрей Шипелов. — Показателен пример Московского региона, где до недавнего времени объем полигонного захоронения доходил до 97%. Сегодня его удалось значительно снизить за счет закрытия свалок и строительства новых комплексов по переработке отходов. К 2023 году этот показатель в Подмосковье планируется сократить до 25-30%».

Мусоросжигательные заводы будут финальным звеном после раздельного сбора, сортировки и переработки фракций, пригодных для повторного использования (стекло, пластики, металлы, макулатура и органика), подчеркивают в «РТ-Инвест». Зарубежный опыт показывает, что в среднем на переработку поступает около половины отходов, оставшаяся часть идет на сжигание с производством энергии.

Мощность каждого завода, который планируется построить в рамках соглашения — 550 тысяч тонн в год. Суммарно они смогут ежегодно перерабатывать около 14 млн тонн отходов. «Это позволит предотвратить возникновение более 80 новых полигонов, закрыть 25 действующих и сохранить около 60 тысяч га земель. По площади это можно сравнить с территорией Парижа или Казани», — уточняют в «РТ-Инвест».

Общая стоимость заводов оценивается в 600 млрд рублей, предполагаемый объем участия ВЭБ.РФ — около 200 млрд рублей. Госкорпорация рассчитывает привлечь в этот проект инвестиции банков и частных инвесторов, в том числе в рамках государственно-частного партнерства и механизма «зеленых облигаций», сообщил председатель ВЭБ.РФ Игорь Шувалов. Реализация проекта в полном объеме создаст приток дополнительных инвестиций в промышленность в размере 459 млрд рублей и позволит сформировать в России новую отрасль с высоким экспортным потенциалом. При наличии готового российского решения в области выработки энергии из отходов, появится возможность его экспорта в такие страны, как Индия, Индонезия, ЮАР и другие, планирующие строительство объектов по переработке отходов в энергию, говорится в сообщении.

«В целом реализация проекта может занять около десяти лет», — говорит Шипелов.

Компании подчеркивают, что 25 заводов будут экологически чистыми предприятиями и помогут улучшить экологическую обстановку в городах. Однако экологи относятся к необходимости их строительства весьма скептически. «В январе 2017 года Еврокомиссия выпустила коммюнике, в котором говорится, что нужно отказаться от строительства мусоросжигательных заводов там, где их нет, и сокращать использование там, где они существуют», — отмечает директор Института экологии НИУ ВШЭ, доктор географических наук Борис Моргунов. «Стоимость энергии, вырабатываемой МСЗ, может в несколько раз превышать стоимость энергии, получаемой из традиционных источников. Однако информация о том, кто будет компенсировать эту разницу в условиях профицита энергии и экономических последствий пандемии отсутствует», — подчеркивает Моргунов. Кроме того, при сжигании ТКО происходит незначительное уменьшение массы отходов, а основная масса переходит из одного качества в другое (отходящие газы, зола, шлак, сточные воды и др.).

Европа, по словам Моргунова, стала заложником технологий мусоросжигания, и их замена на более совершенные методы (например, применение технологий плазменной газификации или анаэробного разложения биоразлагаемых отходов) займет много времени. Целесообразность запуска постепенно отмирающих и чрезвычайно дорогих решений в России вызывает сомнения, считает профессор. По его мнению, необходимо общественное обсуждение таких проектов, предоставление информации о технологических особенностях заводов, показателях безопасности и их экономической эффективности.

Против проекта строительства 25 заводов выступает и Greenpeace, указывая, в частности, что при сжигании образовывается токсичная зола, имеющая более высокий класс опасности, для захоронения которой придется строить новые полигоны.

Остаются вопросы и с точки зрения генерации электроэнергии. Этот тип генерации причислен к возобновляемым источникам энергии и предполагается, что, помимо платы за вывоз мусора, оператор мусоросжигательного завода фактически получает доходы от реализации тепла и энергии по зеленому тарифу по договорам на поставку мощности (ДПМ). По их условиям инвесторы обязуются ввести новые мощности генерации электроэнергии к определённому сроку, а государство гарантирует сбыт по повышенным тарифам в течение 10 лет, за которые инвестиции в основные средства должны будут вернуться.

В пресс-службе Минэнерго «РГ» сообщили, что ведомство категорически возражает против каких-либо мер поддержки подобных проектов за счет увеличения платежей потребителей электроэнергии. «К нам не поступала информация о планах строительства 25 заводов энергетической утилизации твердых коммунальных отходов, следовательно, предполагаем, что инвесторы планируют реализовать проект без привлечения средств на рынках электроэнергии», — сказано в заявлении пресс-службы Минэнерго.

В целом по России в рамках Единой энергетической системы существует избыток генерации. В генеральной схеме размещения объектов электроэнергетики до 2020 года был заложен среднегодовой рост электропотребления 4,1%, но фактический составлял всего около 1%, а сейчас происходит снижение энергопотребления, которое, по оценкам экспертов, будет восстанавливаться достаточно долгое время.

С другой стороны, выработка электроэнергии — не главная цель этих предприятий. И производить из мусора электроэнергию — лучше, чем просто сжигать его или отправлять на свалку. Суммарная мощность генерации 25 заводов энергетической утилизации составит около 1,5 ГВт. Кроме того, их планируют строить в городах-миллионниках и туристических центрах, где потребности в электроэнергии выше.

Читайте также  Термальная энергия земли

По мнению руководителя группы оценки рисков устойчивого развития АКРА Максима Худалова, маржинальность в бизнесе по переработке мусора низкая. Высоки транспортные затраты, затраты на сортировку и очистку газов сжигания, захоронение золы. Условно при 20% операционной рентабельности окупаемость вложений может быть достигнута в течение 20 лет при неизменных текущих тарифах на вывоз ТКО, тепло и электроэнергию. Но столь длительный срок окупаемости для инфраструктурных проектов является нормальным, считает эксперт.

Для удешевления финансирования операторы заводов могут прибегнуть к выпуску зеленых облигаций, которые снизят стоимость привлечения финансирования за счет инвесторов, ориентированных на устойчивое развитие. Кроме того, введение современных промышленных объектов соответствующих наилучшим доступным технологиям может получать субсидию на оплату процентных платежей в Минпромторге, сказал Худалов.

При этом на самом рынке электроэнергии отношение к строительству заводов энергетической утилизации совсем не однозначное. В «Совете рынка» подчеркнули, что отрицательно относятся к применению механизма ДПМ для строительства такой дорогой и ненужной по сути мощности. Поддержка мусоросжигания за счет оптового рынка электроэнергии и мощности создает межотраслевое и межтерриториальное перекрестное субсидирование, которое приводит к росту цен для потребителей оптового и розничных рынков электроэнергии. Это перекладывает решение экологических проблем с «производителей мусора» на всех потребителей электроэнергии, а также с одних регионов на другие регионы, считают в «Совете Рынка».

Водород всему голова: как из пластикового мусора вырабатывают энергию для японской гостиницы

Пластиковый мусор превращается из ночного кошмара любого уважающего себя экологически сознательного гражданина в один из ресурсов для перехода к водородной экономике. Недавно в японском промышленном городе Кавасаки открылась гостиница, энергию для которой получают из переработанных бутылок, пакетов и даже использованных постояльцами зубных щеток. Рассказываем, как «японский Челябинск» пришел к такой практике и какую роль в этом сыграла Toshiba.

Разные виды пластмасс изобрели еще в XIX веке. В 1862 году британец Александр Паркс пытался создать дешевый заменитель для слоновой кости — основного материала бильярдных шаров. Смешав нитроцеллюлозу, камфору и спирт, он разогрел полученное вещество, а потом остудил. Так появился паркезин — первый полусинтетический пластик. В последующие годы были изобретены другие виды пластиков, но эра их коммерческого успеха началась гораздо позже — в середине XX века.

В 1967 году на экраны в США вышел фильм «Выпускник». В одной из сцен бизнесмен МакГуайр подзывает на доверительную беседу выпускника колледжа Бена (его играет молодой Дастин Хоффман) и говорит: «Я хочу сказать тебе одно слово. Только одно. Пластик. У пластика большое будущее. Подумай об этом». Диалог позже вошел в топ-100 киноцитат по версии Американского кинематографического института. Источник: wsinful / YouTube

И действительно, эпоха пластика наступила во второй половине XX века — одновременно с быстрым ростом массового потребления. По данным журнала The Economist, с 1950-х на планете произвели 6,3 млрд тонн пластика, из которых переработали только 9%, а утилизировали — 12%. Где же остальной?

А остальной либо погребен в земле, либо дрейфует в Мировом океане. И улучшения ситуации пока нет: в 2010-е ежегодно изготовлялось 300-400 млн тонн пластика. Эксперты Программы по окружающей среде ООН (UNEP) констатировали в 2014 году: «К сожалению, рыночная экономика не справилась с задачей принимать во внимание внешние факторы, связанные с окружающей средой, в том числе социальное, экологическое и экономическое влияние морского пластика. Текущая “пластиковая экономика” характеризуется как линейная модель производства и потребления, при которой образуется непредсказуемое количество отходов, что приводит к ее полной неэффективности».


Основные источники и пути загрязнения пластиком мирового океана. Примечательно, что 40% пластиковых отходов — это упаковка. Источник: «Пластиковый мусор и микропластик в Мировом океане. Глобальное предостережение и исследование, призыв к действиям и руководство по изменению направления политики». ЮНЕП, 2016, Найроби / UNEP (2016).

Наибольшие скопления пластика обнаруживаются в прибрежных водах, особенно в регионах с высокой плотностью населения, а также в районах интенсивного рыболовства и развитого прибрежного туризма. Один из таких — Япония, и в этой стране борьба с пластиковыми отходами идет уже давно и небезрезультатно. По данным ООН, в стране восходящего солнца общий коэффициент утилизации пластика составляет 82%. Но добились этого японцы не сразу.

Японский Челябинск: как Кавасаки превратился в экогород

После Второй мировой войны в Японии сформировались крупные промышленные зоны, которые обеспечили бурный рост экономики. Обратной стороной медали стало нарастание экологических проблем, которые не только вредили природе, но и уносили человеческие жизни. К примеру, в 1950-1960 гг. неоднократно фиксировались вспышки болезни Минаматы (паралич с летальным исходом), которую вызывал сброс фабриками неорганической ртути в реки.

Центром развития японской индустрии (и сопутствующих экологических проблем) была прибрежная промышленная зона Кавасаки — около 50 предприятий на территории в 100 гектаров. В 1970-1980-е гг. здесь зародилось мощное экологическое движение, которое заставило местные власти действовать. В 1970 году город подписал соглашения о предотвращении загрязнения воздуха с 39 фабриками. В 1972 году был создан центр мониторинга вредных выбросов. В 1978 году внедрен автоматизированный контроль выхода оксидов азота на 32 крупнейших заводах.

Одновременно развивалась система утилизации отходов, предполагающая переработку большей части мусора.


На создание и отладку системы переработки отходов города Кавасаки ушло более 50 лет. Источник: Kawasaki Environmental Research Institute

В 1997 году город Кавасаки был выбран японским правительством в качестве «полигона» для реализации проекта «Экогорода». Государственная программа предполагала субсидии на 600 млн долл. США для 24 экогородов, а также прямые инвестиции в 60 проектов в этих городах на 1,6 млрд долл.

Причем Кавасаки сразу получил «специализацию» в повторном использовании отходов. К 2004 году здесь построили индустриальный парк (Kawasaki Zero-Emission Industrial Park), насчитывающий 15 предприятий, включенных в переработку отходов. Предприятия местной промзоны постепенно объединяются в единую сеть потребления и распределения вторсырья. Ее частью станет городская распределительная сеть водорода. Как она работает?

Огонь, вода и труба: как пластик превращается в энергию

В 2015 году в Кавасаки разработали «Стратегию создания водородного общества» (Kawasaki Hydrogen Strategy Towards Achieving a Hydrogen Society). В рамках нее предполагается организовать цепочки поставок водорода (в том числе из-за границы) в Кавасаки, где это газ будет перерабатываться в энергию с помощью систем компании Toshiba.

В 2017 году автономная электростанция H2One от Toshiba уже начала давать электричество и тепло на железнодорожную станцию Musashi-Mizonokuchi в Кавасаки, о чем мы рассказывали на Хабре ранее. Станция генерирует водород из воды методом электролиза, а электропитание для этого процесса обеспечивает встроенная солнечная батарея. Затем водород преобразовывается в энергию для станции.

Но водород можно получать не только из воды, но и из переработанного пластика. В 2018 году Toshiba оснастила гостиницу KAWASAKI KING SKYFRONT Tokyu REI hotel установкой H2Rex. В отличие от H2One она не вырабатывает водород, а получает его из внешнего источника, затем преобразуя газ в электричество и тепло для отеля.

Как пластик превращается в водород? Это происходит на заводе нашего партнера по водородной стратегии — компании Showa Denko K.K.. Пластиковые отходы поступают сюда из городской системы сбора мусора, в том числе из прибрежной зоны Кавасаки, посредством процесса открытых торгов. Здесь использованный пластик разлагается с помощью термической газификации. При этом органическая часть отходов преобразуется в водород, а также выделяется окись углерода. Окись углерода из этого процесса используется для производства продуктов на основе углерода, например, сухого льда. Водород же идет на производство аммиака, поступает на водородные автозаправки, а также используется для выработки электроэнергии в гостинице.


Из 195 тонн пластиковых отходов можно получить 175 тонн аммиака. Источник: Showa Denko

C завода Showa Denko водород попадает в трубопровод, который ведет к гостинице, расположенной в 5км от завода. Трубопровод обеспечивает стабильную подачу газа и не выделяет при этом CO2 во время транспортировки, как, например, автомобили с ДВС. С использованием сети таких трубопроводов можно сократить общие выбросы углекислого газа примерно на 80% во всей цепочке по сравнению с существующим методом.

Из трубопровода газ попадает в H2Rex — водородный генератор компании Toshiba. Его топливные элементы вырабатывают электричество с помощью электрохимических реакций между полученным водородом и кислородом из атмосферы. Результат — электричество и тепло.


H2Rex безвреден для природы. Единственный побочный продукт производства — вода, которая используется в работе генератора. Кстати, пластиковые отходы гостиницы (зубные щетки, упаковки, одноразовая посуда) поставляются прямиком на завод Showa Denko. Источник: Toshiba Energy

Коэффициент использования водорода при этом достигает 96%. Помимо этого, тепло, вырабатываемое топливными элементами, можно использовать для нагревания воды или отопления.

H2Rex, в отличие от обычных энергоустановок (к примеру, турбинных генераторов, превращающих тепло в пар, который приводит в движение турбину), не преобразует тепловую энергию в кинетическую, а вырабатывает ее с помощью электрохимической реакции водорода и атмосферного кислорода. Источник: Toshiba Energy

Помимо этого, структура топливных элементов Toshiba исключает необходимость внешнего увлажнителя — для этого используется вырабатываемая генератором вода.

Еще одна особенность — низкая температура запуска (60-70 градусов) твердополимерных топливных элементов, которые используются в H2Rex. Благодаря этому их не нужно сильно нагревать для выработки энергии, а значит установку можно быстро запускать и останавливать в течение дня. Также эти элементы легко подстраивать под заданную нагрузку, что делает их удобными в применении в отраслях с нестабильным энергопотреблением (скажем, в сфере услуг, где есть дневные пиковые нагрузки и ночные «штили»).

Сколько дает энергии H2Rex? За год одна установка способна обеспечить электричеством 100 домовладений (700,8 тыс. кВт⋅ч) или нагреть воду для 12,1 тыс. ванн (24,2 млн литров теплой воды).

Далее везде: где еще будут производить и использовать водородную энергию?

К 2050 году 20% электроэнергии в Японии будут производить из водорода. Также Стране восходящего солнца понадобятся около 80 танкеров — они будут транспортировать водород в жидком виде. Японские корпорации уже начали строительство глобальной сети производства и поставки водорода как источника энергии. В 2019 году японская компания заложила водородный терминал в Гастингсе (шт. Виктория, Австралия). Помимо удовлетворения местных нужд в топливе, водород здесь будет превращаться в жидкость, заливаться в танкеры и отправляться в разные страны, в том числе и Японию.

Интересно, что будет с ценами на нефть в 2050 году?

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: