Wytwarzanie biogazu
Na składowiskach odpadów biogaz wytwarza się samoczynnie,stąd nazwa gaz wysypiskowy. Obecnie na wysypiskach instaluje się systemy odgazowujące. Nowoczesne składowiska posiadają specjalne komory fermentacyjne lub bioreaktory, w których fermentacja metanowa odpadów odbywa się w stałych temperaturach 33-37 C dla bakterii metanogennych mezofilnych, rzadziej 50-70 C dla bakterii termofilnych oraz przy pH 6,5-8,5 i odpowiedniej wilgotności. Ze składowiska o powierzchni około 15 ha można uzyskać 20 do 60 GWh energii w ciągu roku, jeżeli roczna masa składowanych odpadów to około 180 tyś. ton.
http://www.powiat.zgorzelec.pl/cms/?id=5357
http://www.agroenergetyka.apra.pl/index.php?content=823
Odgazowanie składowiska odpadów może odbywać się w sposób pasywny lub aktywny. Odgazowanie pasywne polega na wykonaniu odwiertów (tzw. studni) w składowisku, przez całą jego głębokość i zainstalowaniu pochodni spalających gaz wydobywający się pod własnym ciśnieniem, lub tylko kominów wentylacyjnych (rys. 1). W odgazowaniu aktywnym studnie poboru gazu połączone są ze sobą kolektorami poziomymi, a całość podłączona jest do odpowiednich urządzeń wytwarzających w układzie podciśnienie o stałej wartości. Metoda ta daje większą efektywność odgazowania i pozwala wykorzystać pozyskany gaz do celów energetycznych. W wyniku trwania procesów mikrobiologicznych z upływem czasu zmniejsza się ilość substancji organicznych w odpadach i tym samym następuje spadek ilości pozyskiwanego metanu oraz opłacalności jego pozyskiwaniu i wykorzystania energetycznego. Okres eksploatacji składowiska odpadów komunalnych w kierunku pozyskania biogazu ocenia się na około 20 lat. Istnieje możliwość odgazowania już istniejących składowisk, jak też instalacji systemów odgazowujących na nowo tworzonych składowiskach odpadów. Liczba składowisk wyposażonych w instalacje odgazowywania stale rośnie i w 2007 roku wyniosła 304 (tab. 1). Część instalacji wyposażona jest w urządzenia do produkcji energii cieplnej i/lub elektrycznej.
Źródło: Ochrona środowiska 2008, GUS Warszawa.
Ważnym elementem decydującym o podjęciu decyzji w sprawie utylizacji gazu i wyborze jej sposobu, jest określenie zasobów gazu oraz opracowanie prognozy jego produkcji. Prognozy te są opracowywane przy wykorzystaniu modeli matematycznych, a do obliczeń modelowych niezbędna jest baza danych o odpadach i wysypisku, takich jak: skład odpadów oraz sposób ich składowania, czas rozkładu, temperatura, pH, wilgotność i typ uszczelnienia wysypiska itp. W obliczeniach wykorzystuje się różne modele kinetyczne rozkładu substancji organicznych, a algorytmy, ze względu na trudności uzyskania odpowiednich informacji, zawierają zwykle znaczną ilość założeń upraszczających. Przygotowanie prognoz o wysokim stopniu wiarygodności przy braku systematycznie gromadzonych danych o składowanych odpadach i wysypisku, wymaga wykonania szeregu badań i pomiarów zmierzających do uzyskania możliwie pełnej charakterystyki danego składowiska. Z reguły prognozy te wymagają weryfikacji poprzez eksploatację próbną. W przypadku nowych składowisk można uzyskać znacznie większą trafność prognozy.
W celu opracowania koncepcji odgazowania wysypiska pod kątem energetycznego wykorzystania gazu wysypiskowego należy przeprowadzić szereg badań i analiz:
• zebrać dane o wysypisku, głównie o ilości i jakości składowanych odpadów;
• oszacować aktualną produktywność gazową wysypiska oraz sporządzić prognozę zmian ilości i jakości gazu w czasie;
• dokonać analizy rozwiązań technologicznych możliwych do wprowadzenia w danych warunkach;
• oszacować negatywny wpływ wysypiska na środowisko i efekty ekologiczne wdrożenia rozważanych wariantów technologicznych;
• dokonać oceny ekonomicznej wariantów;
• wybrać optymalny z punktu widzenia ekologii i ekonomii wariant zagospodarowania.
W praktyce stosowane są trzy najważniejsze kierunki utylizacji gazu składowiskowego:
• wytwarzanie w kotłach gazowych gorącej wody lub pary,
• wytwarzanie energii elektrycznej przez spalenie gazu w silnikach lub turbinach,
• oddanie gazu do sieci dystrybucji lub przesyłowej po doprowadzeniu gazu do odpowiedniej jakości.
Jednym z przykładów zagospodarowania energii zawartej w odpadach jest instalacja odgazowania składowiska „Barycz” w Krakowie. Biogaz jest przetwarzany przez bloki energetyczne (1 blok o mocy 375 kWh oraz 2 po 250 kWh) na energię elektryczna i cieplną, wykorzystywane do eksploatacji kompostowni, sortowni, budynków zaplecza technicznego, zaś nadwyżki energii elektrycznej oddawane są do sieci energetycznej.
Fermentacja w kontrolowanych warunkach
Sterowana fermentacja metanowa odpadów polega na przeprowadzaniu beztlenowego, biochemicznego rozkładu substancji organicznej w bioreaktorze w ściśle kontrolowannych warunkach, a jej produktami są biogaz oraz pozostałość stała o własnościach nawozowych. W Europie wybudowano kilkadziesiąt zakładów, w których przetwarzane są na drodze fermentacji odpady zawierające więcej niż 10 proc. biofrakcji z odpadów komunalnych.
Technologia fermentacji odpadów komunalnych nie odbiega od technologii stosowanych w przypadku osadów ściekowych, wysoko obciążonych ścieków czy też odpadów z produkcji zwierzęcej (biogazowni rolniczych). Jedynie budowa reaktorów i dobór urządzeń peryferyjnych powinny uwzględniać wymagania specyficznego substratu, jakim są zmieszane odpady. Realizowane są zarówno technologie mezofilowe, jak i termofilowe, głównie jednostopniowe. Najwięcej zakładów zostało wybudowanych w Niemczech, przy czym są to głównie instalacje o małej przepustowości, podczas gdy w Belgii, Holandii i Francji dominują jednostki znacznie większe. W Polsce pierwsze instalacje powstały w Zgorzelcu i w Puławach - o przepustowościach odpowiednio: 10 tys. i 22 tys. Mg odpadów komunalnych. Trzeci zakład unieszkodliwiania odpadów komunalnych metodą beztlenową budowano w Rzeszowie, jednak problemy finansowe spowodowały zahamowanie inwestycji.
Zakład w Puławach unieszkodliwia biodegradowalną frakcję wydzieloną z odpadów zmieszanych, wspólnie z osadem ściekowym. Technologia jest wysoce efektywna, jednak koszty inwestycji były znaczące, a wsparcie zewnętrzne - niezbędne (oprócz środków własnych budowa zakładu finansowana była przez Ekofundusz, NFOŚiGW, PFOŚiGW).
Kryteria wyboru technologii
Fermentacja, w przeciwieństwie do kompostowania była uważana do połowy lat dziewięćdziesiątych XX w. za technologię niedostatecznie rozpoznaną i kosztowną. Odpady przetwarzane były metodą tlenową, charakteryzującą się niższymi kosztami. Rozwój fermentacji oraz informacje uzyskiwane z eksploatacji różnych instalacji udowodniły, że beztlenowa utylizacja odpadów może stać się konkurencyjna w stosunku do kompostowania, szczególnie w przypadku odzysku energii. Stosowanie technologii beztlenowych jest szczególnie uzasadnione w przypadku dużych obiektów. Rozważając wybór metody utylizacji odpadów (kompostowanie lub fermentacja) należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:
- ilość, rodzaj i skład chemiczny odpadów,
- warunki lokalizacyjne,
- akceptacja społeczna,
- możliwość zbytu produktu finalnego (kompost, biogaz),
- uwarunkowania przyłączenia instalacji do sieci energetycznej,
- możliwość pozyskania dofinansowania ze środków zewnętrznych.
Wybór metody zagospodarowania biodegradowalnej frakcji odpadów zależy od szeregu kryteriów, a przede wszystkim od specyficznych uwarunkowań lokalnych, które należy wziąć pod uwagę przy planowaniu rozwiązania problemu odpadów organicznych.
Literatura:
1. Dudek J., 2002. Wykorzystanie biogazu ze składowisk odpadów komunalnych do celów energetycznych. GLOB Energy nr 2, s. 50-54.
2. Grzesik K., 2005. Wykorzystanie biogazu wysypiskowego. [w:] Zielone Prądy w Edukacji, Polskie Towarzystwo Inżynierii Ekologicznej, Kraków.
3. Oleszkiewicz J., 1999. Eksploatacja składowiska odpadów. Poradnik decydenta. Lem Projekt s.c., Kraków.
4. Przywarska R., 2001. Nowe technologie biologicznego unieszkodliwiania odpadów. Mat. Konf. „Kompostowanie odpadów - dobry interes czy uciążliwa konieczność?” Towarzystwo na rzecz Ziemi, Fundacja Wspierania Inicjatyw Ekologicznych, Osieczany k. Krakowa.
