Slöseri med energi- Waste-to-energy

Spittelau förbränningsanläggning är en av flera anläggningar som tillhandahåller fjärrvärme i Wien .

Waste-to-energy (WtE) eller energy-from-waste (EfW) är processen för att generera energi i form av el och/eller värme från den primära behandlingen av avfall , eller bearbetning av avfall till en bränslekälla. WtE är en form av energiåtervinning . De flesta WtE -processer genererar el och/eller värme direkt genom förbränning, eller producerar en brännbar bränslevara, såsom metan , metanol , etanol eller syntetiska bränslen .

Historia

Den första förbränningsugnen eller "Destructor" byggdes i Nottingham Storbritannien 1874 av Manlove, Alliott & Co. Ltd. till design av Alfred Fryer.

Den första amerikanska förbränningsugnen byggdes 1885 på Governors Island i New York, New York .

Den första avfallsförbränningsugnen i Danmark byggdes 1903 på Frederiksberg .

Den första anläggningen i Tjeckien byggdes 1905 i Brno .

Förgasnings- och pyrolysprocesser har varit kända och används i århundraden och för kol redan på 1700 -talet .... Utvecklingsteknik för bearbetning [kvarvarande fast blandat avfall] har bara blivit ett uppmärksamhetsfokus under de senaste åren, stimulerat av sökandet efter mer effektiv energiåtervinning. (2004)

Metoder

Förbränning

Förbränning, förbränning av organiskt material som avfall med energiåtervinning, är den vanligaste WtE -implementeringen. Alla nya WtE -anläggningar i OECD -länder som förbränner avfall (kvarvarande MSW , kommersiell, industriell eller RDF ) måste uppfylla strikta utsläppsnormer, inklusive de för kväveoxider (NO x ), svaveldioxid (SO 2 ), tungmetaller och dioxiner . Därför skiljer sig moderna förbränningsanläggningar väsentligt från gamla typer, varav några varken återvunnet energi eller material. Moderna förbränningsugnar minskar det ursprungliga avfallets volym med 95-96 procent, beroende på sammansättning och återvinningsgrad av material som metaller från askan för återvinning.

Förbränningsugnar kan avge fina partiklar , tungmetaller, spårdioxin och sur gas , även om dessa utsläpp är relativt låga från moderna förbränningsugnar. Andra problem inkluderar korrekt hantering av rester: giftig flygaska , som måste hanteras i anläggningen för bortskaffande av farligt avfall samt förbränningsugnets bottenaska (IBA), som måste återanvändas på rätt sätt.

Kritiker hävdar att förbränningsugnar förstör värdefulla resurser och de kan minska incitamenten för återvinning. Frågan är emellertid öppen, eftersom europeiska länder som återvinner mest (upp till 70%) också bränner för att undvika deponering .

Förbränningsugnar har en elektrisk verkningsgrad på 14-28%. För att undvika att förlora resten av energin kan den användas till t.ex. fjärrvärme ( kraftvärme ). Den totala effektiviteten för kraftvärmeförbränningsugnar är vanligtvis högre än 80% (baserat på avfallets lägre värmevärde ).

Metoden för förbränning för att omvandla kommunalt fast avfall (MSW) är en relativt gammal metod för WtE -generation. Förbränning innebär i allmänhet brinnande avfall (kvarvarande MSW, kommersiellt, industriellt och RDF) för att koka vatten som driver ånggeneratorer som genererar elektrisk energi och värme för att användas i hem, företag, institutioner och industrier. Ett problem som är associerat är föroreningarnas potential att komma in i atmosfären med rökgaserna från pannan. Dessa föroreningar kan vara sura och på 1980 -talet rapporterades de orsaka miljöförstöring genom att förvandla regn till surt regn . Moderna förbränningsugnar innehåller omsorgsfullt konstruerade primära och sekundära brännkammare och kontrollerade brännare som är utformade för att bränna helt med lägsta möjliga utsläpp, vilket i vissa fall eliminerar behovet av kalkskrubber och elektrostatiska utfällare på rökstackar.

Genom att passera röken genom de grundläggande kalkskrubberna neutraliseras alla syror som kan finnas i röken vilket hindrar syran från att nå atmosfären och skada miljön. Många andra enheter, såsom tygfilter, reaktorer och katalysatorer förstör eller fångar upp andra reglerade föroreningar. Enligt New York Times är moderna förbränningsanläggningar så rena att "många gånger mer dioxin frigörs nu från eldstäder och grillar på bakgården än från förbränning." Enligt det tyska miljödepartementet, "på grund av stränga föreskrifter, är avfallsförbränningsanläggningar inte längre signifikant när det gäller utsläpp av dioxiner, damm och tungmetaller ".

Jämfört med annat avfall till energiteknik verkar förbränning vara den mest attraktiva på grund av dess högre kraftproduktionseffektivitet, lägre investeringskostnader och lägre utsläppshastigheter. Dessutom ger förbränning den högsta mängden elektricitet med den högsta kapaciteten för att minska avfallshögen på deponier genom direkt förbränning.

Bränsle från plast

Det syftar till att lösa stora miljöfrågor, nämligen föroreningar orsakade av ackumulering av plastavfall och behovet av en alternativ bränslekälla. Processen som används för att omvandla plast till bränsle är pyrolys . Det är den termiska sönderdelningen av material vid mycket höga temperaturer i en inert atmosfär. Det innebär förändring av kemisk sammansättning och används främst för behandling av organiska material. Vid storskalig produktion slipas plastavfall och skickas för smältmatning och sedan sker pyrolysprocessen, katalysatorer hjälper till i processen och molekylär omläggning av polymerer sker, ångorna kondenseras med olja eller bränsle och ackumuleras i sedimentering tankar och filtrerade, bränsle erhålls efter homogenisering och kan användas för bilar och maskiner. Det brukar kallas termofuel eller energi från plast.

Övrig

Det finns ett antal andra nya och framväxande tekniker som kan producera energi från avfall och andra bränslen utan direkt förbränning. Många av dessa tekniker har potential att producera mer elektrisk kraft från samma mängd bränsle än vad som skulle vara möjligt vid direkt förbränning. Detta beror främst på att korrosiva komponenter (aska) separeras från det omvandlade bränslet, vilket möjliggör högre förbränningstemperaturer i t.ex. pannor , gasturbiner , förbränningsmotorer , bränsleceller . Vissa kan effektivt omvandla energin till flytande eller gasformiga bränslen:

Pyrolysanläggning

Termisk behandlingsteknik :

Deponering av gas

Icke-termisk teknik:

Global utveckling

Under perioden 2001–2007 ökade avfall-till-energikapaciteten med cirka fyra miljoner ton per år. Japan och Kina byggde var och en flera anläggningar baserade på direkt smältning eller på förbränning av fast avfall med fluidiserad bädd . I Kina finns cirka 434 avfall-till-energi-anläggningar i början av 2016. Japan är den största användaren inom termisk behandling av kommunalt fast avfall i världen, med 40 miljoner ton. Några av de nyaste anläggningarna använder stoker -teknik och andra använder den avancerade syreberikningstekniken. Flera reningsverk finns över hela världen med relativt nya processer som direkt smältning, Ebara -fluidiseringsprocessen och processen Thermoselect JFE förgasning och smältning. I juni 2014 hade Indonesien totalt 93,5 MW installerad kapacitet för avfall till energi, med en pipeline av projekt i olika beredningsfaser som tillsammans uppgår till ytterligare 373 MW kapacitet.

Biofuel Energy Corporation i Denver, CO, öppnade två nya biobränsleverk i Wood River, Nebraska och Fairmont, Minnesota , i juli 2008. Dessa anläggningar använder destillation för att tillverka etanol för användning i motorfordon och andra motorer. Båda anläggningarna rapporteras för närvarande arbeta med över 90% kapacitet. Fulcrum BioEnergy Incorporated ligger i Pleasanton, Kalifornien , och bygger en WtE -fabrik nära Reno, NV . Anläggningen är planerad att öppna under 2019 under namnet Sierra BioFuels -anläggningen. BioEnergy incorpored förutspår att anläggningen kommer att producera cirka 10,5 miljoner gallon per år etanol från nästan 200 000 ton MSW per år.

Avfall till energiteknik inkluderar jäsning , som kan ta biomassa och skapa etanol , med hjälp av avfall av cellulosa eller organiskt material. I jäsningsprocessen omvandlas sockret i avfallet till koldioxid och alkohol, i samma allmänna process som används för att göra vin. Normalt sker jäsning utan luft. Förestring kan också göras med hjälp av avfall till energiteknik, och resultatet av denna process är biodiesel. Kostnadseffektiviteten för förestring beror på vilket råmaterial som används och alla andra relevanta faktorer såsom transportavstånd, mängd olja som finns i råvaran och andra. Förgasning och pyrolys kan nu uppnå brutto termisk omvandlingseffektivitet (bränsle till gas) upp till 75%, men en fullständig förbränning är överlägsen när det gäller bränsleomvandlingseffektivitet. Vissa pyrolysprocesser behöver en yttre värmekälla som kan förses med förgasningsprocessen, vilket gör den kombinerade processen självbärande.

Koldioxidutsläpp

I termisk WtE -teknik avges nästan allt kolinnehåll i avfallet som koldioxid ( CO
2
) till atmosfären (vid inkludering av slutlig förbränning av produkterna från pyrolys och förgasning, utom vid framställning av biokol för gödningsmedel). Kommunalt fast avfall (MSW) innehåller ungefär samma massfraktion kol som CO
2
själv (27%), så behandling av 1 ton (1,1 kort ton) MSW producerar cirka 1 ton (1,1 kort ton) CO
2
.

Om avfallet deponeras skulle 1 ton (1,1 ton) MSW producera cirka 62 kubikmeter metan via den anaeroba sönderdelningen av den biologiskt nedbrytbara delen av avfallet. Denna mängd metan har mer än dubbelt så stor potential för global uppvärmning än 1 ton (1,1 ton) CO
2
, som skulle ha producerats genom förbränning. I vissa länder samlas stora mängder deponigas in. Det finns dock fortfarande potential för global uppvärmning av deponeringsgasen som släpps ut till atmosfären. Exempelvis var utsläppen av deponeringsgas i USA 1999 cirka 32% högre än mängden CO
2
som skulle ha avges genom förbränning.

Dessutom är nästan allt biologiskt nedbrytbart avfall biomassa . Det vill säga, det har biologiskt ursprung. Detta material har bildats av växter som använder atmosfärisk CO
2
vanligtvis under den senaste växtsäsongen. Om dessa växter växer tillbaka CO
2
som avges från deras förbränning kommer att tas ut från atmosfären en gång till.

Sådana överväganden är huvudorsaken till att flera länder administrerar WtE av biomassadelen i avfallet som förnybar energi . Resten-främst plast och andra produkter från olja och gas-behandlas i allmänhet som icke-förnybara energikällor .

Bestämning av biomassafraktionen

MSW är i stor utsträckning av biologiskt ursprung (biogeniskt), t.ex. papper, kartong, trä, trasa, matrester. Vanligtvis är hälften av energiinnehållet i MSW från biogent material. Följaktligen erkänns denna energi ofta som förnybar energi enligt avfallet.

Flera metoder har utvecklats av den europeiska CEN 343 -arbetsgruppen för att bestämma biomassafraktionen av spillbränslen, till exempel Refuse Derived Fuel /Solid Recovered Fuel. De två första utvecklade metoderna (CEN/TS 15440) var den manuella sorteringsmetoden och den selektiva upplösningsmetoden . En detaljerad systematisk jämförelse av dessa två metoder publicerades 2010. Eftersom varje metod led av begränsningar i att korrekt karakterisera biomassafraktionen har två alternativa metoder utvecklats.

Den första metoden använder principerna för radiokolldatering . En teknisk översyn (CEN/TR 15591: 2007) som beskriver metoden för kol 14 publicerades 2007. En teknisk standard för koldateringsmetoden (CEN/TS 15747: 2008) publiceras 2008. I USA finns det redan en ekvivalent kol 14 -metod enligt standardmetoden ASTM D6866.

Den andra metoden (så kallad balansmetod ) använder befintliga data om materialkomposition och driftsförhållanden för WtE-anläggningen och beräknar det mest troliga resultatet baserat på en matematisk-statistisk modell. För närvarande är balansmetoden installerad på tre österrikiska och åtta danska förbränningsugnar.

En jämförelse mellan båda metoderna som gjordes vid tre fullskaliga förbränningsugnar i Schweiz visade att båda metoderna uppnådde samma resultat.

Kol 14 -datering kan med precision bestämma avfallet av biomassa och även bestämma värdet av biomassa. Att bestämma värmevärdet är viktigt för gröna certifikatprogram, till exempel programmet för förnybart obligationscertifikat i Storbritannien. Dessa program tilldelar certifikat baserat på energin som produceras från biomassa. Flera forskningsartiklar, inklusive den som beställts av Renewable Energy Association i Storbritannien, har publicerats som visar hur kol 14 -resultatet kan användas för att beräkna värdet av biomassa. Den brittiska myndigheten för gas- och elmarknader, Ofgem , släppte ett uttalande 2011 om att acceptera användningen av kol 14 som ett sätt att bestämma biomassainnehållet i avfallsmaterial under deras administration av förnybarhetsskyldigheten. Frågeformuläret för bränslemätning och provtagning (FMS) beskriver den information de letar efter när de behandlar sådana förslag.

Anmärkningsvärda exempel

Enligt International Solid Waste Association (ISWA) finns 431 WtE -anläggningar i Europa (2005) och 89 i USA (2004). Shooshtarian och hans högskolor har granskat avfall till energiverksamhet i Australien.

Följande är några exempel på WtE -växter.

Avfallsförbränning WtE -anläggningar

Anläggningar som producerar flytande bränsle

En enda anläggning är för närvarande under uppbyggnad:

Plasma förgasning avfall-till-energi-anläggningar

Det amerikanska flygvapnet testade en gång en transportabel plasmaavfall till energisystem (TPWES) -anläggning (PyroGenesis -teknik) vid Hurlburt Field, Florida. Anläggningen, som kostade 7,4 miljoner dollar att bygga, stängdes och såldes på en statlig likvidationsauktion i maj 2013, mindre än tre år efter idrifttagningen. Öppningsbudet var $ 25. Det vinnande budet förseglades.

Förutom stora anläggningar finns även hushållsavfall-till-energi-förbränningsugnar. Till exempel har Refuge de Sarenne en hushållsavfallsanläggning. Den tillverkas genom att kombinera en vedeldad förgasningspanna med en Stirling-motor .

Australien

Renergi kommer att skala upp sitt system för att omvandla organiska avfall till flytande bränslen med hjälp av en värmebehandlingsprocess i Collie, Western Australia. Systemet kommer att bearbeta 1,5 ton organiskt material per timme. Årligen kommer anläggningen att leda bort 4000 ton kommunalt avfall från deponi och hämta ytterligare 8000 ton organiskt avfall från jord- och skogsbruk. Renergis patenterade ”malningspyrolys” -process syftar till att omvandla organiska material till biokol, biogaser och bioolja genom att tillföra värme i en miljö med begränsat syre.

Ett annat projekt i Rockingham Industrial Zone, cirka 45 kilometer söder om Perth, kommer att se en 29 MW anläggning byggd med kapacitet att driva 40 000 bostäder från ett årligt råmaterial på 300 000 ton kommunalt, industriellt och kommersiellt skräp. Förutom att leverera el till det sydvästra sammankopplade systemet har 25 MW av anläggningens produktion redan förbundits enligt ett energiköpsavtal.

Se även

Referenser

Vidare läsning

  • Field, Christopher B. "Utsläppsvägar, klimatförändringar och effekter." PNAS 101.34 (2004): 12422–12427.
  • Sudarsan, KG och Mary P. Anupama. "Biobränslens relevans." Current Science 90.6 (2006): 748. 18 oktober 2009 < http://www.iisc.ernet.in/currsci/mar252006/748a.pdf >.
  • Tilman, David. "Miljömässiga, ekonomiska och energiska kostnader." PNAS 103.30 (2006): 11206–11210.
  • "Nyheter om biobränslen". Kemitekniska framsteg. . FindArticles.com. 18 oktober 2009. < [2] >

externa länkar