Горива от твърди отпадъци

В съвременните общества генерирането на отпадъци е непрекъснат процес, а успешното справяне с тях създава все повече трудности. Устойчивото им управление е сред стоящите на дневен ред проблеми не само у нас но и по света.

В България обаче този проблем е особено актуален предвид факта, че методът, използван за третиране на отпадъците, е основно чрез тяхното депониране в обособени за тази цел сметища. Този метод се счита за крайно неефективен, като в същото време създава и риск от замърсяване на околната среда.

От друга страна, съществуват различни технологии за преработка на отпадъците и превръщането им в полезен продукт, които добиват все по-голяма популярност. Една от възможностите, на която се обръща сериозно внимание, е използването на отпадъците за производство на енергия.

Третиране на отпадъците
Известно е, че част от твърдите отпадъци могат успешно да се използват за директно изгаряне и производство на енергия. За по-добра възможност обаче се счита преработката на определени отпадъци и превръщането им в горива. Разработени са методи, чрез които отпадъците могат да бъдат преработени и превърнати в течни, твърди или газообразни горива.

Твърдото гориво, получено от отпадъци, е познато още и като RDF. То се получава чрез процес на механо-биологично третиране на отпадъците. Течното гориво е резултат от процеса пиролиза и е познато като пиролизно масло. При разлагането на органични отпадъци в безкислородна среда се отделя т. нар. биогаз.

Системите за интегрирано управление на отпадъците включват широк кръг от преработващи процеси. При използването на отпадъци за производство на горива приложение намират предимно механични и биологични процеси.

Механичното третиране на отпадъците е първият етап от тяхната преработка и е свързан предимно с разделянето на отпадъците на отделни фракции, съответно отпадъци, подходящи за рециклиране, отпадъци с висока калоричност, подходящи за производството на твърди горива (RDF), опасни отпадъци, органични отпадъци и т. н. Към механичното третиране на отпадъците се включва и процесът на тяхното сепариране на фина и груба фракция.

Биологичното третиране обикновено се прилага при преработка на органични отпадъци и включва основно три процеса - аеробно стабилизиране; анаеробно разграждане; биологично изсушаване. Целта е да се стабилизира органичната фракция в състава на смесените битови отпадъци преди депониране.

Като ключово предимство на механично-биологичното третиране на отпадъците обикновено се посочва възможността за постигане на различни цели, сред които предварително третиране на отпадъците, постъпващи за депониране; отклоняване на бионеразградими и биоразградими битови отпадъци, които се депонират, чрез механично сепариране на твърдите битови отпадъци за рециклиране и/или оползотворяване на енергия от гориво от отпадъци (RDF); получаване на биогаз за оползотворяване на енергия, и/или получаване на сухи материали за производство на висококалорична органична фракция, за използване като гориво от отпадъци (RDF) и други.

Производство на биогаз
Основна цел на биологичното третиране на отпадъците е постигане на ефективно биологично стабилизиране на органичните вещества. Използват се основно две метода, които в зависимост от начина на протичане на процесите на разлагане на органичните материали се разделят на две основни групи: аеробни и анаеробни.

На аеробно разграждане обикновено се подлагат лесно разграждащи се компоненти като хранителни и градински отпадъци, които не са подходящи за рециклиране. В рамките на процеса, аеробни микроорганизми трансформират биоразградимата фракция във въглероден диоксид, вода (пара) и топлина.

Влияние върху скоростта и степента на протичане на процеса оказват влажността, съставът и размерите на биологичните отпадъци. Също така е добре да се има предвид, че при аеробното разграждане на твърдите отпадъци температурата в масата се повишава сравнително бързо.

Анаеробното разграждане, от своя страна, е биохимичен процес, който протича в отсъствие на кислород. В резултат на процеса се образува смес от въглероден диоксид и метан, позната като биогаз. Биогазът се счита за много подходящ за производството на електро- и топлоенергия. Той представлява горим газ, близък по химичен състав с природния газ. Разликата основно е в относителния дял на метана.

В природния газ съдържанието на метан СН4 е около 95-97%, докато за биогаза относителният дял на метана е 50-75%. В зависимост от изходната суровина биогазът, освен метан, съдържа още въглероден диоксид (CO2), азот, амоняк (NH3), серен диоксид (SO2), сероводород (H2S), и водород.

В зависимост от съдържанието на сухо вещество в субстрата, биогазовите инсталации се подразделят на биогазови инсталации, работещи с течни субстрати, съдържанието на сухо вещество в които е под 30% и инсталации, работещи с твърди битови отпадъци, където съдържанието на сухо вещество в отпадните субстрати е над 35%. Самият процес на производство може да бъде прекъснат или непрекъснат.

В зависимост от температурата на протичане на процеса се обособяват два температурни режима - мезофилен (35 до 40 °C) или термофилен (45 до 60 °C). Протичането на процеса при термофилни условия осигурява по-голяма бързина на протичане и съответно по-голямо количество биогаз.

При депониране на отпадъците отделянето на биогаз и неговото обезвреждане или оползотворяване е съществен елемент от експлоатацията на депата. Установено е, че след две години от покриването на даден участък в депото се наблюдава интензивното отделяне на биогаз. Максимумът се достига след пет години, след което започва да намалява, като значително отделяне се наблюдава около 20 години.

Производство на твърдо гориво от отпадъци (RDF)
Част от биологичните методи за третиране на отпадъците е и биологичното изсушаване. Изсушаването на отпадъците подпомага сепариране на отпадъци, подходящи за рециклиране и на органични отпадъци. В допълнение се получава суха органични фракция, от която се получава гориво, познато като RDF.

Горивото от отпадъци, в зависимост от прилаганата технология, обикновено се разделя на два вида d-RDF и c-RDF. Горивото d-RDF е познато още като уплътнено гориво и е с по-добро качество от горивото c-RDF, което, от своя страна, се нарича още сурово, неуплътнено или необработено гориво.

Процесът на получаване на d-RDF е по-сложен и включва повече процеси на изсушаване и пелетизация, което е свързано и с повече разходи. Но също така този начин на производство позволява получаването на стабилен продукт, който може да бъде транспортиран и съхраняван.

Горивото c-RDF не се изсушава, което ограничава възможностите му за съхранение за дълъг период от време и налага неговото изгаряне непосредствено след получаването му.
В зависимост от съдържанието на влага и състава на третираните отпадъци, количеството на отделената фракция RDF може да варира в диапазона от около 40 докъм 50% от теглото. След процеса на биологично изсушаване тя е биологично стабилизирана и може да се съхранява без да се оказва вредно въздействие върху околната среда.

Сепарирането води и до значително намаляване на съдържанието на тежки метали в горивото от отпадъци (RDF). Обикновено намаляването е от порядъка на 80 до 90%.
При производството на гориво от твърди битови отпадъци е добре да се има предвид, че влияние върху получаването на гориво оказва последващото му използване. Често се изисква полученото гориво да е с високо съдържание на калорична фракция. В същото време може да има известни ограничения по отношение на съдържанието на определени химични елементи като хлор например.

Производство на течни горива
Производството на течни горива от отпадъци е свързано преди всичко с методите за термохимично третиране на биологични отпадъци, предимно биомаса. Термохимичното третиране се счита за перспективен, екологичен и икономически съобразен метод за получаване на енергия и химични вещества от отпадъци. Обикновено то е свързано с обработване на отпадъците посредством процеса пиролиза.

Самият процес представлява топлинно разлагане на органична материя в условия на висока температура, обикновено в границите от около 500 докъм 800 °С и отсъствие на кислород. На практика това е основна химична реакция, която предшества процесите на горене и газификация. Крайният продукт от пиролизата е смес от твърди (пиролизен въглен), течни (биомасло) и газови (метан, водород, въглероден оксид и въглероден диоксид) съставки.

Съотношението им в голяма степен зависи от използвания метод на пиролиза, характеристиките на изходния продукт и параметрите на реакцията. Като гориво могат да се използват получените течни продукти, познати като пиролизно масло. Пиролизното масло се характеризира с висока енергийна плътност и се счита, че притежава потенциал да бъде заместител на петрола. По състав то представлява гъста тъмнокафява до черна течност.

Към монета се използва предимно в процеси на съвместно изгаряне, тъй като с него се работи лесно, изгаря по-лесно от твърдите горива, а в същото време е по-евтино за транспортиране и съхранение.

Пиролизното разлагане е процес, който на практика може да се приложи за всяка органична материя. Добре е да се има предвид обаче, че процесът е силно зависим от съдържанието на влага в суровината. Препоръчително е влажността да не превишава 15%, като за подходяща се счита влажността от порядъка на около 10%.

Сред факторите, оказващи влияние на протичането на процеса и на неговата ефективност, е и размерът на отделните частици на биомасата. В повечето случаи се препоръчва използването на суровина с размер на частиците най-много до около 2 mm с оглед на необходимостта от бързо пренасяне на топлината между тях.