Odpady komunalne źródłem energii odnawialnej

Zaostrzanie wymagań dla produkowanych kompostów pociąga za sobą konieczność zagospodarowania wytworzonego kompostu niespełniającego norm w inny sposób (materiał do rekultywacji składowisk odpadów, składowanie mechaniczno-biologicznie przetworzonego materiału). Alternatywa to termiczne przekształcanie biomasy z odpadów komunalnych.

Jest to możliwe ze względu na fakt dostrzeżenia i włączenia przez Unię Europejską odpadów komunalnych ulegających biodegradacji do definicji odnawialnych źródeł energii (dyrektywa 2001/77/WE). Możliwość taka została również zapewniona w krajowym ustawodawstwie.

 

Ilość odpadów komunalnych ulegających biodegradacji przeznaczona na cele energetyczne zależy od prognozy ich wytwarzania, wyznaczonych prawnie poziomów: redukcji odpadów ulegających biodegradacji oraz odzysku odpadów opakowaniowych. Ponadto również od zakładanych metod zagospodarowania odpadów podlegających biodegradacji.

Prognozę zmian wielkości strumienia komunalnych odpadów ulegających biodegradacji, w latach 2010-2018za „KPGO 2010” przedstawiono w tabeli 1.

Na podstawie danych z tej tabeli można wyznaczyć wymagany strumień odpadów komunalnych ulegających biodegradacji, których nie będzie można składować, a które należy poddać innym metodom zagospodarowania – odzyskowi lub unieszkodliwianiu.

Wyniki obliczeń w tym zakresie i wynikająca stąd ilość odpadów komunalnych ulegających biodegradacji do termicznego przekształcania ukazuje tabela 2.

Wymaganą wydajność zakładów termicznego przekształcania odpadów komunalnych – przedstawioną w tabeli 2, niezbędną do dyspozycji na koniec 2010 i 2013 r. – wyznaczono po przyjęciu kilku założeń.

Po pierwsze, do zredukowania strumienia masy odpadów ulegających biodegradacji, które nie będą mogły być w poszczególnych etapach redukcji składowane, zostanie zastosowany recykling organiczny – dla ok. 70% strumienia masy tych odpadów, oraz recykling energetyczny – dla ok. 30% strumienia masy. Założenie to wyraźnie preferuje recykling organiczny, co wobec problemów z uzyskaniem odpowiedniej jakości kompostu wydaje się zbyt optymistyczne. Kolejnym założeniem jest to, iż udział odpadów ulegających biodegradacji w strumieniu zmieszanych odpadów komunalnych wynosi ok. 50% masy tych odpadów.

Wyznaczona przy powyższych kryteriach łączna wydajność zakładów termicznego przekształcania dla 2013 r. powinna wystarczyć także do osiągnięcia efektów w zakresie odzysku odpadów opakowaniowych o łącznym ich strumieniu wynoszącym ok. 500 tys. Mg/rok. Jest to również optymistycznym założeniem, gdyż potrzeby odzysku na drodze energetycznej odpadów opakowaniowych mogą być wyższe.

 

Do termicznego przekształcenia odpadów komunalnych zalicza się spalanie odpadów, alternatywne technologie w odniesieniu do spalania odpadów oraz współspalanie odpadów i paliw konwencjonalnych.

Wśród procesów termicznego przekształcania odpadów komunalnych zdecydowanie na świecie dominują metody spalania. Odzysk ciepła wytworzonego w tym procesie i jego efektywne wykorzystanie stało się już obligatoryjne.

Funkcjonowanie instalacji spalania odpadów jako elektrowni, ciepłowni bądź elektrociepłowni uwarunkowane jest lokalnymi możliwościami i potrzebami w zakresie przesyłania oraz wykorzystania produkowanej formy energii.

Najbardziej sprawny termicznie i elastyczny eksploatacyjnie jest układ instalacji pracującej w skojarzeniu, to jest produkującej energię cieplną i elektryczną.

Część produkowanej energii elektrycznej wykorzystuje się zawsze na potrzeby własnej instalacji (średnio 0,09 MWh/Mg spalanych odpadów mających wartość opałową rzędu 9 000 kJ/kg), a nadwyżka odprowadzana jest do krajowej sieci elektrycznej.

 

Pewne niedogodności związane z unieszkodliwianiem odpadów metodą bezpośredniego spalania spowodowały w ubiegłych latach zainteresowanie alternatywnymi metodami: odgazowania i zgazowania odpadów oraz ich kombinacjami. Sposoby te pozwalają odzyskać z odpadów energię w formie zdolnej do magazynowania (gaz, olej), w przeciwieństwie do klasycznej metody spalania, w której właściwości energetyczne odpadów zostają wykorzystane do wytwarzania pary, a możliwości zastosowania tego nośnika są ograniczone (zasięg lokalny).

Podstawową wadą wszystkich technologii alternatywnych jest brak co najmniej kilkuletnich potwierdzeń ich walorów w skali przemysłowej. Były one na ogół eksploatowane jako instalacje doświadczalne bądź pilotażowe.

Produkcja energii odnawialnej w procesie współspalania biomasy i paliw konwencjonalnych w elektrociepłowniach może być realizowana w kilku wariantach technologicznych, z których dwa przestawiono na rysunkach 1 i 2.

Współspalanie bezpośrednie zachodzi w przypadku, kiedy do procesu spalania doprowadza się osobno strumień węgla i biomasy lub gotową mieszankę węgla i biomasy (mieszane paliwo wtórne). Natomiast współspalanie pośrednie zachodzi, gdy biomasa jest spalana w tzw. przedpalenisku, zaś entalpia powstających spalin zostaje wykorzystana w komorze spalania, w której zabudowane są powierzchnie ogrzewalne, bądź bezpośrednio jako czynnik grzejny w wymiennikach ciepłowniczych.

Konfiguracja przedstawiona na rysunku 1 należy obecnie do najpopularniejszych metod realizacji procesu współspalania węgla kamiennego i biomasy. Wynika to ze stosunkowo niskich nakładów inwestycyjnych, jakie należy ponieść na przystosowanie istniejących kotłów energetycznych do współspalania.

Układy energetyczne wykorzystujące przedpaleniska (rys. 2) są jeszcze stosunkowo mało popularne, pomimo wielu zalet, z których należy wymienić możliwość utrzymania wymaganej (często przez odbiorców zewnętrznych) jakości popiołu ze współspalania biomasy poprzez rozdzielenie strumieni popiołu z poszczególnych paliw. Ponadto możliwości energetycznego wykorzystania paliw alternatywnych wytwarzanych z odpadów przemysłowych lub komunalnych bez konieczności narażania powierzchni ogrzewalnych kotła na środowisko agresywnych spalin czy osadów. Układy te wciąż cechują się stosunkowo wysokimi jednostkowymi nakładami inwestycyjnymi.

W świetle tych rozważań należy stwierdzić, że stosując termiczne przekształcanie można jednocześnie redukować ilość składowanych komunalnych odpadów ulegających biodegradacji (dyrektywa 1999/31/WE oraz ustawa o odpadach) oraz pozyskiwać użyteczne formy energii w sposób kontrolowany oraz bezpieczny dla środowiska.

Problem energetycznego wykorzystania biomasy z odpadów komunalnych jest szczególnie istotny w aspekcie zobowiązań Polski wynikających z Traktatu Akcesyjnego, a także ustawy o odpadach, dotyczących redukcji składowanych odpadów ulegających biodegradacji.

Polska jest zobowiązana wykazać się przekształceniem biologicznym bądź termicznym odpadów ulegających biodegradacji w ilościach: 2,5 mln Mg w 2010 r., 3,5 mln Mg w 2013 r. i ok. 4 mln Mg w 2020 r.

 

1.                  Polityka energetyczna Polski do 2025 r. Dokument przyjęty przez Radę Ministrów 4 stycznia 2005 r.

2.                  „KPGO 2010” przyjęty uchwałą Rady Ministrów nr 233 z 29 grudnia 2006 r. (MP 2006 nr 90, poz. 946).

3.                  Pająk T.: Spalanie odpadów komunalnych – potrzeby, realia, perspektywy budowy. [w:] Termiczne unieszkodliwianie odpadów. Restrukturyzacja procesów termicznych. Praca zbiorowa pod red. J. W. Wandrasza. Wyd. Futura. Poznań 2007.

4.                  Skalmowski K. (red.): Poradnik gospodarowania odpadami. Wyd. Verlag Dashöfer. Warszawa 2006.

5.                  Przywarska R.: Termiczne przekształcanie odpadów komunalnych jako źródło energii. „Środowisko i rozwój” 1/2007.

6.                  Ściążko M., Zuwała J., Pronobis M.: Zalety i wady współspalania biomasy w kotłach energetycznych na tle doświadczeń eksploatacyjnych pierwszego roku współspalania biomasy na skalę przemysłową. „Energetyka i ekologia” 3/2006.

 

dr Renata Przywarska, Wyższa Szkoła Ekonomii i Administracji w Bytomiu

Tab. 1. Prognoza wytwarzania odpadów ulegających biodegradacji

Tab. 2. Wyniki obliczeń poziomów redukcji odpadów ulegających biodegradacji oraz zakresu niezbędnej wydajności krajowych zakładów termicznego przekształcania odpadów komunalnych [tys. Mg/rok]