Piroliza

 

Biomasa

ZASTOSOWANIE PRODUKTÓW PIROLIZY/ZGAZOWANIA Z TRANSFORMACJI ODPADÓW BIODEGRADOWALNYCH DO NAPĘDU OGNIW PALIWOWYCH ORAZ PRODUKCJI PALIW ALTERNATYWNYCH

 

Celem projektu jest opracowanie technologii oraz wybudowanie pilotażowej instalacji do konwersji energii zgromadzonej w odpadach biodegradowalnych poprzez ich pirolizę lub zgazowanie, ewentualnie kombinację obydwu tych procesów, a następnie wykorzystanie uzyskanego gazu syntezowego w ogniwach paliwowych do produkcji prądu, a biowęgla i biooleju, jako komponentów bio do paliw alternatywnych luba eleatów nawozów rolniczych. Projekt ten wpisuje się doskonale w dyrektywę „Circular Economy” promującą gospodarkę o obiegu zamkniętym. Dane Głównego Urzędu Statystycznego podają, że w Polsce wytwarzamy nieco ponad 320 kg/mieszkańca na rok. W tej masie odpadów ponad 30% stanowią odpady biodegradowalne, a ich ilość zależna jest między innymi od specyfiki regionu. Szacuje się, że w Polsce w roku 2020 będziemy wytwarzać 2,8 mln ton rocznie odpadów biodegradowalnych.

Według przepisów ustawy z dnia 1 lipca 2011 r. o zmianie ustawy o utrzymaniu czystości  porządku w gminach oraz niektórych innych ustaw do dnia 16 lipca 2020 r. – ilość odpadów komunalnych ulegających biodegradacji przekazywanych do składowania nie może przekroczyć 35% wagowo całkowitej masy, w stosunku do masy tych odpadów wytworzonych w 1995 r. Nie dostosowanie się do tych wymagań niesie za sobą bardzo poważne konsekwencje finansowe w postaci kar.

Średnia wartość opałowa odpadów biodegradowalnych to 13 MJ/kg, zatem kryje się w nich skumulowany potencjał energii w postaci 36-91 milionów GJ/rocznie w skali całego kraju. Według prognoz Ministerstwa Gospodarki w roku 2020 zapotrzebowanie energetyczne Polski będzie wynosiło około 139,4 TWh. Obecnie jest to rząd 120 TWh[2]. Wynika z tego, że potencjał energetyczny zgromadzony w odpadach biodegradowalnych może stanowić od 7 do 18% zapotrzebowania krajowego na energię. W zasadzie proces zgazowania i pirolizy to technologie znane od dawna i w tym projekcie mają posłużyć alternatywnie do przygotowania właściwych produktów.

Jak wynika z analizy literaturowej nie stosuje się jeszcze w Polsce metod efektywnej konwersji energii zawartej w odpadach biodegradowalnych. Odbywają się próby zastosowania odpadów, jako paliwa alternatywnego w energetyce, nie mniej jednak legislacja nie do końca zezwala na tego typu zabiegi, chyba, że jednostka energetyczna, jaką jest np. elektrownia stanie się współspalarnią odpadów ze wszystkimi tego konsekwencjami.

Szczegółowe badania odpadów pozwolą określić podstawowe cechy dla rozważanych etapów konwersji energii zawartej w odpadach. Pozwolą dobrać czynniki zgazowujące, ciśnienie, temperaturę oraz optymalną metodę. Badania dotyczące uzyskania produktów konwersji odpadów biodegradowalnych, a także drogi dojścia do nich są niezbędne i konieczne, ażeby zaplanować szczegółowo każdy etap przemiany odpadu. Przeprowadzenie badań podstawowych w jednostkach naukowych, z którymi realizowana jest współpraca na różnych polach badawczych pozwoli ograniczyć koszty badań i skrócić czas realizacji projektu badawczego. Doświadczenia uzyskane podczas badań na pracujących już jednostkach w Limerecu i Ostrawie, na pewno pozwolą zredukować do minimum błędy i ryzyko związane z budowaniem pilotażowego reaktora.

Realizację niniejszego projektu zapewnia udział specjalistów w danej dziedzinie. Aplikujący zespół dysponuje ogniwami paliwowymi o mocach od 0,5kW do 50kW, które mogą współpracować z produktami, zgazowania pirolizy bądź reformingu. Proponuje się budowę dedykowanego układu ogniwa paliwowego jak i reformera pod konkretny produkt, jaki będzie uzyskany w etapie obróbki termicznej odpadów biodegradowalnych.

Proponowany projekt dotyczy bardzo istotnych dziedzin życia, łącząc ze sobą elementy utylizacji odpadów i produkcji czystej energii elektrycznej w pisując się w ramy gospodarki o obiegu zamkniętym. Problem odpadów jest jednym z najważniejszych zagadnień do rozwiązania w ciągu najbliższych 5 lat. W 2009 roku w krajach UE-11 wytworzono 42 mln Mg odpadów komunalnych, co stanowiło 16% wszystkich odpadów wytworzonych w całej Unii Europejskiej. W ramach UE-11 zdecydowanie największy udział w produkcji odpadów miała Polska – 29% (12,1 mln Mg). Gospodarka odpadami regulowana jest szeregiem przepisów unijnych, które powinny być transponowane do prawodawstwa krajów UE-11. Można wymienić trzy najistotniejsze wymagania Unii Europejskiej w tym zakresie:

  • ograniczenie ilości produkowanych odpadów komunalnych oraz zorganizowanie zgodnego z przyjętą hierarchią postępowania z odpadami systemu zbierania i zagospodarowania odpadów wytworzonych,
  • ograniczenie ilości biodegradowalnych odpadów komunalnych kierowanych na składowiska,
  • konieczność osiągnięcia określonych przez UE poziomów odzysku i recyklingu odpadów

opakowaniowych.

Podstawową metodą zagospodarowania odpadów w Polsce jest niestety w dalszym ciągu ich składowanie. Obecnie prawie 80% zebranych odpadów komunalnych to jest 7,9 mln Mg, zdeponowanych jest na składowiskach. Pozostałe 20% poddaje się innym metodom przetwarzania. Dane statystyczne z 2009 roku wskazują, że:

  • recyklingowi i odzyskowi poddano 1,6 mln Mg – 16%,
  • biologicznie unieszkodliwiono 0,5 mln Mg – 5%,
  • termicznie unieszkodliwiono niecałe 0,1 mln Mg – 1% zebranych odpadów komunalnych.

Odpady poddawane w Polsce recyklingowi i odzyskowi pochodzą głównie z selektywnej zbiórki, a także z sortowni odpadów. Według danych statystycznych w 2009 roku selektywnie zebrano około 0,78 mln Mg (7,8%) z ponad 10 mln Mg zebranych odpadów komunalnych. Ze zmieszanych odpadów wysegregowano dodatkowo 0,79 mln Mg (7,9% w stosunku do całkowitej masy zebranych odpadów). Łącznie z odpadów komunalnych wydzielono zatem prawie 1,6 mln Mg surowców wtórnych.

Z powodu braku odpowiedniej ilości spalarni odpadów do ich termicznego przekształcania należy poszukiwać innych alternatywnych, tanich i skutecznych metod przerobu odpadów komunalnych. Takim rozwiązaniem może być proponowana technologia termicznego przekształcania odpadów biodegradowalnych, w tym wykorzystanie gazu syntezowego, jako nośnika energii do ogniw paliwowych, a biowęgla i biooleju w klasycznych paliwach alternatywnych celem podniesienia w nich zawartości frakcji bio.

Ponadto z przyjętej Dyrektywy 2009/28/WE wynika, że kraje członkowskie wspólnie do roku 2020 osiągnąć powinny 20 proc. udział energii ze źródeł odnawialnych (OZE) w całkowitym zużyciu energii i 10 proc. udział tej energii w sektorze transportowym. Przygotowany krajowy plan działania w zakresie energii ze źródeł odnawialnych zakłada, że w każdej polskiej gminie do 2020 roku powstanie średnio jedna biogazownia rolnicza. Szacuje się też, że całkowita moc elektryczna zainstalowana z biogazu w Polsce w roku 2020 może sięgnąć 1 GW, przy ok. 90 MW obecnie zainstalowanych (w tym instalacje na biogaz z wysypisk oraz z osadów ściekowych). Rozwiązania prawne, które dotyczą zagadnień odpadów oraz OZE wyraźnie wyznaczają kierunek dalszego rozwoju naukowo technologicznego w tym zakresie. Dzięki temu, iż planowana technologia może być technologią małych modułów, znajdzie ona zastosowanie praktycznie przy każdym składowisku odpadów komunalnych lub sortowni odpadów.

Zastosowanie proponowanego rozwiązania technicznego przyniesie konkretne wymierne efekty w postaci uniknięcia sankcji za składowanie odpadów biodegradowalnych. Wyliczona kara na poziomie 300 tys. euro dziennie, generuje roczną opłatę na poziomie nawet ponad 100 milionów euro rocznie. W tym wypadku bilans ekonomiczny dla każdej technologii będzie bardzo pozytywny.

Dodatkowym atutem jest ograniczenie emisji CO2 i podwyższenie krajowego poziomu pozyskiwania energii z OZE. Również i w tym zakresie UE przewiduje nałożenie kar dla krajów członkowskich niewywiązujących się z wymagań legislacyjnych. Tyle, że w przypadku OZE ich wysokość nie jest jeszcze w pełni określona.

Reasumując należy podkreślić, że proponowany projekt wpisuje się bardzo dobrze w strategiczne cele rozwoju w zakresie zagospodarowywania odpadów oraz energetyki. Modułowość technologii pozwala na stosowanie jej od najmniejszych do największych dysponentów odpadów biodegradowalnych. Jak wynika z powyższego, korzyści z niniejszego projektu, a w efekcie technologii są wielopłaszczyznowe:

  • wykorzystanie zalegających na składowiskach odpadów biodegradowalnych,
  • przekształcenie odpadów na frakcje bio oraz gaz do niekonwencjonalnych generatorów energii elektrycznej tj. ogniw paliwowych,
  • uniknięcie kar po 2020r, wynikających z niespełnienia wymogów unijnych odnośnie odpadów biodegradowalnych i OZE.

Korzystny bilans CO2 klasyfikuje planowaną technologię do kategorii technologii zielonych, przyjaznych dla środowiska. Warto też zaznaczyć, że to rozwiązanie będzie technologią bezodpadową, ponieważ wszystkie produkty zostaną gospodarczo wykorzystane. Odpowiednie użycie odpadów pozwoli ograniczyć ilość składowisk umożliwiając tym samym spożytkowanie wolnych przestrzeni realizując w ten sposób cenny element społeczny.

Koszt projektu obejmuje wybudowanie instalacji pilotażowej, opracowanie technologii oraz przeprowadzenie badań wstępnych jak i na wytworzonym obiekcie. Szacuje się całkowite koszty na poziomie : 6 200 000 zł. (sześć milionów dwieście tysięcy złotych)