Как получают метан из отходов со свалок

Великобритания готовится к огромному всплеску новых биометановых заводов до 2020 года.

Как получают метан из отходов со свалок Благодаря инвестициям в размере 400 миллионов фунтов стерлингов в биометановый сектор, к январю 2020 года могут быть введены в эксплуатацию 48 новых британских биометановых заводов, что увеличит общее число британских заводов с 98 сегодня до 146 к концу десятилетия. Анаэробное сбраживание, процесс который преобразовывает органические отходы (еду, отходы земледелия и нечистоты) в биометан, который можно использовать, чтобы обогревать дома, промышленные помещения и др, и производит более низкие загрязнения, чем традиционный газ. Чтобы поставить новые анаэробные установки, в Англии будет происходить универсальный сбор пищевых отходов, чтобы повторить улучшение показателей переработки, наблюдаемое в Шотландии, Уэльсе и Северной Ирландии. Это изменение в политике устранит пищевые отходы от экологически вредной свалки или сжигания. Анаэробное сбраживание пищевых отходов может удовлетворить 30% спроса на газ или электроэнергию в Великобритании и создать около 35 000 рабочих мест. По оценкам Национальной комиссии по инфраструктуре, внедрение универсальных коллекций пищевых отходов в Англии позволит местным властям сэкономить до 400 миллионов фунтов стерлингов капитальных затрат и 1,1 миллиарда фунтов стерлингов эксплуатационных расходов в период между 2020 и 2050 годами. В Великобритании к 2020 году будет создано 48 новых биометановых заводов

Растущая биогазовая промышленность в Великобритании

За последнее десятилетие британская индустрия анаэробного сбраживания выросла более чем на 350% и зарекомендовала себя как мировой лидер в биогазе, а британские компании уже экспортируют знания и оборудование, связанные с биогазом. Великобритания имеет реальную возможность быть в центре растущей мировой биогазовой промышленности, которая имеет потенциал, чтобы быть стоимостью £1 триллион. Шарлотта Мортон, исполнительный директор Ассоциации анаэробного пищеварения и биоресурсов (ADBA) сказал:

“Мы рады видеть, что газораспределительные сети работают вместе, чтобы обеспечить и поддержать этот ожидаемый рост в биометане и взять на себя обязательство безопасно подключить каждый завод биометана к газовой сети. Это позволит этим заводам обеспечить зеленый газ, который нам как стране абсолютно необходим для того, чтобы помочь декарбонизировать газовую сеть и достичь наших целей в области изменения климата.

Откуда берется RDF

RDF – это инертная масса, оставшаяся после сортировки массы отходов и выемки из нее как ценного вторичного сырья, так и органических отходов. Вторичное сырье – бумага, картон, стекло, пластик, цветные и черные металлы – идет на переработку, органические отходы могут компостироваться или складироваться на полигоне для получения газа (свалочный газ богат метаном и может сжигаться для производства тепловой и электроэнергии). О том, как проходят процессы сортировки и сбора свалочного газа можно почитать в наших предыдущих материалах.

Мусоросортировочный комплекс

А все, что остается после сортировки, является сырьем для топлива. В основной массе это либо неперерабатываемые материалы, либо перерабатываемые, но сильно загрязненные. По разным подсчетам таких «хвостов» получается до трети от первоначального объема отходов. Эти остатки измельчаются с помощью промышленных шредеров и прессуются в брикеты и гранулы. Это и есть готовое RDF-топливо.

Современные мусоросортировочные комплексы позволяют производить RDF-топливо различного качества в зависимости от требований заказчика. Качество топлива определяется его калорийностью, то есть теплотворной способностью, и количеством вредных примесей. В среднем 1,7 килограмма RDF-топлива выделяют столько же тепла, сколько 1 кубометр природного газа – примерно около 3,5 кВтч/м3. Вредные примеси сильно ухудшают качество RDF-топлива, так как они не позволяют использовать больше 20% от общего количества топлива на конкретном предприятии. Чем качественнее проводится сортировка топлива на мусоросортировочном заводе, тем чище и, соответственно, дороже получается топливо.

Использование RDF-топлива

Основными потребителями такого топлива являются, прежде всего, цементные и металлургические печи. Оборудование таких предприятий позволяет сжигать топливо при высоких температурах (например, в горне доменной печи температура достигает 2250 градусов Цельсия), что позволяет минимизировать количество вредных выбросов.

Доменная печь

Такая технология мало отличается от сжигания «хвостов» на мусоросжигающих заводах. Использовать такое топливо при более низких температурах опасно для окружающей среды и здоровья человека, поэтому RDF-топливо нельзя применять в коммунальных печах и котельных.

Усредненный морфологический состав отходов в РФ. Исследование Frost&Sullivan

Ученые задались вопросом, можно ли извлечь пользу из органических отходов. Если с бумагой, древесиной, пластиком, стеклом или металлом все понятно – они отправляются на переработку, что можно сделать с такой массой органики? Один из вариантов – перерабатывать органические отходы для производства биотоплива. Под биотопливом обычно понимают биодизель и биогаз.

Биодизель

Процесс получения биодизеля основан на использовании ферментации углеводов и переэтерификации жиров (при переэтерификации сложные молекулы жиров обмениваются своими структурными элементами, так что в результате у жиров снижается температура плавления, они лучше окисляются кислородом и т. д.).

Цистерны для биодизельного топлива в Лаг-Вегасе

На выходе получается дизельное топливо, практически ничем не уступающее минеральному дизелю. Минеральное топливо можно применять как в смеси с обычной соляркой, так и полностью в чистом виде. В Евросоюзе и США принята особая маркировка для смеси биодизеля с обычным топливом: B20, где число после B означает процент биотоплива в смеси, например, В100 – чистое биотопливо.

Главный недостаток биодизеля – температура замерзания. При температурах ниже -10 градусов С топливо начинает кристаллизоваться. Интересно также, что при использовании биодизеля выхлопные газы автомобиля пахнут жареными пирожками.

Биогаз

Из органических отходов можно получить не только топливо, но и газ, ничем не уступающий природному. Биогаз производится в ходе так называемого метанового брожения биомассы – этот процесс похож на тот, что происходит в толще полигонной карты. Брожение происходит под воздействием трех видов бактерий, которые образуют пищевую цепочку: каждый вид бактерий питается продуктами жизнедеятельности предыдущего. Первый вид — гидролизные бактерии, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В результате образуется метан (50—87 %) с примесями водорода и сероводорода.После очистки биогаз может использоваться так же, как и природный газ минерального происхождения.

Фермы для производства био-метана

Отечественные разработки

Исследователи из Сколковского института науки и технологий совместно с Российской Академией наук предложили еще один способ утилизации органических отходов. По мнению наших соотечественников, он может стать более эффективной альтернативой производству биодизеля и биогаза. В своих экспериментах они применили метод гидротермального сжижения, который не только значительно более энергоэффективен, но и позволяет переводить в биотопливо все сырье с минимальным объемом отходов. Кроме того, метод гидротермального сжижения также позволяет получать биотопливо из влажной биомассы, исключая стадию сушки сырья с неизбежными затратами энергии на эту сушку.

Подвергнув гидротермальному сжижению сыр пармезан, ветчину и яблоки, исследователи обнаружили, что в результате получаются водорастворимая фракция и водонерастворимое масло (в случае яблок получалась только водорастворимая фракция). Молекулярный состав продуктов реакции очень разнообразен и больше напоминает не обычную нефть, а продукты пиролиза древесины (деготь). В перспективе метод гидротермального сжижения можно оптимизировать так, чтобы с его помощью получать разные виды биотоплива – например, биотопливо, пригодное для автомобилей – но сначала нужно более подробно описать, какие именно молекулы получаются при таком способе переработки пищевых отходов.

Биогаз со свалок

Сбор свалочного газа. Фото Inkenergy.com

В предыдущих выпусках мы рассказывали о том, как топливо получают из органических отходов и из “хвостов” сортировки. Сегодня мы решили подробно рассказать про свалочный газ, который, по оценкам ученых, является одним из самых перспективных источников энергии, наряду с ветрогенерацией и солнечной энергией. Из-за высокого содержания метана (50-60% в зависимости от состава мусора и условий брожения на полигоне), свалочный газ обладает большой калорийностью и после очистки может заменить природный газ.

Американская межправительственная комиссия по изменению климата (IPCC) подсчитала, что сегодня на планете добывается 1,2 млрд кубических метров свалочного газа в год, из которых выделяют около 430 тысяч тонн метана. Это всего лишь один процент метана от того, что потенциально могли бы дать все существующие полигоны ТБО в мире.

Газовая электростанция, работающая на свалочном газе. Фото Inkenergy.com

Лидером по использованию метана, полученного из свалочного газа на сегодняшний день является США. Технология особенно популярна на Западном побережье и на Среднем западе: там действуют более 400 заводов по выработке свалочного газа. При этом всего в Соединенных Штатах функционирует 1812 мусорных полигонов. Однако необходимо отметить, что вырабатывающие газ полигоны расположены по территории страны неравномерно: хотя больше всего мусора производят южные штаты, большая часть газовых проектов располагается в промышленно-развитых Lake States (Огайо, Индиана, Иллинойс, Висконсин, и др.) и Калифорнии. Америка является родоначальником технологии сбора свалочного метана. Первая такая установка открылась на одной из свалок Калифорнии еще в середине 1930-х, а нефтяной кризис 1970-х годов подстегнул развитие технологии. С 1980-х годов американское правительство предоставляет налоговые льготы производителям биогаза.

На втором месте по объемам добычи свалочного газа — европейский лидер в области обращения с отходами – Германия. Постепенно наращивают объемы добычи альтернативного энергоносителя и другие страны Европы: Великобритания, Нидерланды, Франция и Дания.

Система по сбору свалочного газа. Фото Inkenergy.com

Если верить прогнозу IPCC, в течение этого столетия свалочный газ может стать одни из самых распространенных видов альтернативного топлива, особенно учитывая количество действующих и законсервированных полигонов ТБО. Кстати, наша страна может стать одним из лидеров по производству свалочного газа, ведь российские свалки ежегодно производят 1,5 миллиона тонн метана – почти 2 процента от общемирового объема.

Подготовлено с использованием материалов журнала “Наука и жизнь”

https://zen.yandex.ru


Следующее: Какой усилитель для тв сигнала выбрать?

Предыдущее: Как соединить два провода без пайки



Поделиться!