Procesamiento de residuos sólidos municipales para generar calor y electricidad. Procesamiento de residuos en energía y obtención de energía a partir de residuos ¿Hay algún beneficio, la experiencia de Rusia y otros países?

El biogás es la fuente de fertilidad de los huertos. Los nitritos y nitratos en el estiércol que envenenan sus cultivos producen el nitrógeno puro que necesitan las plantas. Al procesar estiércol en la planta, las semillas de malas hierbas mueren, y al fertilizar el jardín con metano fluido (estiércol procesado en la planta y desechos orgánicos), pasarás mucho menos tiempo desherbando.

Biogás - ingresos de los residuos. Los residuos de alimentos y el estiércol que se acumulan en la granja son materias primas gratuitas para la planta de biogás. Después de procesar la basura, se obtiene gas combustible, así como fertilizantes de alta calidad (ácidos húmicos), que son los componentes principales de la tierra negra.

El biogás es independencia. No dependerá de los proveedores de carbón y gas. Y ahorre dinero en este tipo de combustible.

El biogás es una fuente de energía renovable. El metano se puede utilizar para las necesidades de los campesinos y las granjas: para cocinar; para calentar agua; para calentar viviendas (con cantidades suficientes de materia prima - biorresiduos).

¿Cuánto gas se puede obtener de un kilogramo de estiércol? Basado en el hecho de que se consumen 26 litros de gas para hervir un litro de agua:

Con la ayuda de un kilogramo de estiércol de ganado, se pueden hervir de 7,5 a 15 litros de agua;

Con la ayuda de un kilogramo de estiércol de cerdo - 19 litros de agua;

Con la ayuda de un kilogramo de excrementos de aves: 11,5-23 litros de agua;

Con la ayuda de un kilogramo de paja de leguminosas se pueden hervir 11,5 litros de agua;

Con la ayuda de un kilogramo de tapas de papa - 17 litros de agua;

Con la ayuda de un kilogramo de tapas de tomate - 27 litros de agua.

La ventaja innegable del biogás está en la producción descentralizada de electricidad y calor.

El proceso de bioconversión, además de energía, nos permite resolver dos problemas más. En primer lugar, el estiércol fermentado, en comparación con el uso convencional, aumenta el rendimiento de los cultivos entre un 10 y un 20 %. Esto se explica por el hecho de que la mineralización y la fijación de nitrógeno ocurren durante el procesamiento anaeróbico. Con los métodos tradicionales de preparación de abonos orgánicos (por compostaje), las pérdidas de nitrógeno llegan hasta un 30-40%. El procesamiento anaeróbico del estiércol cuatro veces, en comparación con el estiércol no fermentado, aumenta el contenido de nitrógeno amónico (20-40 % del nitrógeno se convierte en forma de amonio). El contenido de fósforo asimilable se duplica y constituye el 50% del fósforo total.

Además, durante la fermentación, las semillas de malas hierbas, que siempre están contenidas en el estiércol, se eliminan por completo, se destruyen las asociaciones microbianas, los huevos de helmintos, se neutraliza un olor desagradable, es decir. se logra el efecto ambiental que es relevante hoy en día.

3. Uso energético del tratamiento de aguas residuales en conjunto con combustibles fósiles.

Durante más de 20 años, los países de Europa Occidental han participado activamente en la solución práctica del problema de la eliminación de desechos de las plantas de tratamiento de aguas residuales.

Una de las tecnologías comunes de eliminación de desechos es su uso en la agricultura como fertilizantes. Su participación en la cantidad total de WWS oscila entre el 10 % en Grecia y el 58 % en Francia, con una media del 36,5 %. A pesar de la popularización de este tipo de eliminación de residuos (por ejemplo, en el marco del reglamento de la UE 86/278/CE), está perdiendo atractivo, ya que los agricultores temen la acumulación de sustancias nocivas en los campos. Actualmente, en varios países está prohibido el uso de residuos en la agricultura, por ejemplo, en los Países Bajos desde 1995.

La incineración de tratamiento de aguas residuales ocupa el tercer lugar en términos de eliminación de residuos (10,8%). De acuerdo con el pronóstico en el futuro, su participación aumentará al 40%, a pesar del costo relativamente alto de este método. La incineración de lodos en calderas resolverá el problema ambiental asociado a su almacenamiento, obtendrá energía adicional durante su combustión y, en consecuencia, reducirá la necesidad de recursos e inversiones en combustibles y energía. Es recomendable utilizar residuos semilíquidos para generar energía en las centrales térmicas como aditivo a los combustibles fósiles, como el carbón.

Hay dos tecnologías occidentales más comunes para la incineración del tratamiento de aguas residuales:

Combustión separada (combustión en lecho fluidizado líquido (LFB) y hornos de varias etapas);

Co-combustión (en plantas de cogeneración de carbón existentes o plantas de cemento y asfalto) .

Entre los métodos de combustión separada, el uso de tecnología de capa líquida es popular; los hornos con LCS son los más exitosos. Dichas tecnologías permiten garantizar una combustión estable de combustibles con un alto contenido de componentes minerales, así como reducir el contenido de óxidos de azufre en los gases de combustión uniéndolos a la piedra caliza o metales alcalinotérreos contenidos en las cenizas del combustible durante la combustión.

Hemos estudiado siete opciones alternativas para la eliminación de lodos de depuradora, basadas tanto en nuevas tecnologías no tradicionales desarrolladas sobre la base de la experiencia rusa o europea y que no tienen un uso práctico, como en tecnologías completas llave en mano:

1. Incineración en un horno de ciclón basado en hornos de secado de tambor existentes pero no utilizados de instalaciones de tratamiento (tecnología rusa - Tekhenergokhimprom, Berdsk);

2. Incineración en un horno de ciclón basado en calderas de tambor existentes pero no utilizadas de instalaciones de tratamiento (tecnología rusa - Sibtekhenergo, Novosibirsk y Biyskenergomash, Barnaul);

3. Combustión separada en un nuevo tipo de horno de etapas múltiples (tecnología occidental - NESA, Bélgica);

4. Combustión separada en un nuevo tipo de horno de lecho fluidizado (tecnología occidental - "Segher" (Bélgica);

5. Combustión separada en un nuevo horno ciclónico (tecnología occidental - Steinmuller (Alemania);

6. Co-combustión en una planta CHP de carbón existente; almacenamiento de residuos secos en el almacenamiento.

La opción 7 asume que, después de secar hasta un contenido de humedad del 10 % y el tratamiento térmico, 130 000 toneladas de desechos del tratamiento de aguas residuales por año son biológicamente seguros y se almacenarán en áreas adyacentes a la planta de tratamiento. Para ello se tuvo en cuenta la creación de un sistema cerrado de tratamiento de agua en la planta potabilizadora con la posibilidad de ampliarlo con un aumento del volumen de residuos procesados, así como la necesidad de construir un sistema de abastecimiento de residuos. Los costos de esta opción son comparables a las opciones de incineración de desechos.

CONCLUSIÓN

Una de las principales tareas de los países desarrollados es el uso racional y económico de la energía. Esto es especialmente cierto en nuestro estado, donde existe una situación difícil con los recursos de combustible y energía. Debido a los altos precios y las reservas limitadas de petróleo, gas y carbón, surge el problema de encontrar recursos energéticos adicionales.

Una de las formas más efectivas de generar energía en el futuro puede ser el uso de residuos sólidos urbanos como combustible. Se prevé el aprovechamiento del calor obtenido de la combustión de los residuos sólidos urbanos para la generación de energía eléctrica.

Entre las fuentes de energía renovables basadas en residuos agrícolas, la biomasa es uno de los sustitutos prometedores y respetuosos con el medio ambiente de los combustibles minerales en la producción de energía. El biogás obtenido como resultado del procesamiento anaeróbico de estiércol y residuos en plantas de biogás se puede utilizar para calentar edificios ganaderos, edificios residenciales, invernaderos, obtener energía para cocinar, secar productos agrícolas con aire caliente, calentar agua y generar electricidad utilizando generadores de gas El potencial energético total del uso de los desechos del ganado a partir de la producción de biogás es muy grande y puede satisfacer la necesidad anual de energía térmica de la agricultura.

Es conveniente utilizar residuos semilíquidos del tratamiento de aguas para la producción de energía en centrales térmicas como aditivo a los combustibles fósiles, como el carbón.

BIBLIOGRAFÍA

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Recibir energía de los seres vivos evoca asociaciones primitivas para muchos: con un caballo que lleva una carga o un hámster que hace girar una pequeña dínamo a través de su rueda. Alguien más recordará la experiencia escolar con electrodos clavados en una naranja, formando una especie de "batería viviente" ... Sin embargo, el trabajo de nuestros "hermanos" mucho más pequeños: ¡las bacterias son mucho más efectivos en este sentido!

El “problema de la basura” a escala planetaria es mucho más significativo de lo que pueda parecer al profano, a pesar de que no es tan evidente como otros horrores ambientales de los que les gusta hablar en diversos tipos de “escándalos-sensaciones-investigaciones”. ”. ¡26 millones de toneladas por año son solo Moscú y solo desechos domésticos! E incluso si clasificamos diligentemente y luego procesamos todo, la cantidad de desechos orgánicos no disminuirá, ya que representan aproximadamente el 70% de toda la basura producida por la humanidad. Y cuanto más desarrollada es la economía del país, más residuos domésticos orgánicos. Esta masa aterradora no puede ser derrotada por ningún procesamiento. Pero además de los desechos domésticos, hay grandes volúmenes de desechos industriales: aguas residuales, desechos de la producción de alimentos. También tienen una cantidad importante de materia orgánica.

Una dirección prometedora en la lucha contra los desechos orgánicos que llenan el planeta es la microbiología. Lo que la gente no come, se lo comen los microbios. El principio en sí se conoce desde hace mucho tiempo. Sin embargo, a día de hoy el problema radica en su uso efectivo, y los científicos siguen trabajando en ello. ¡“Alimentar” a los microbios en un frasco con una hamburguesa a medio comer es fácil! Pero esto no es suficiente. Necesitamos una tecnología que permita a las bacterias procesar rápida y eficientemente miles y millones de toneladas de basura sin costo extra, sin costosas estructuras y catalizadores, que por su costo anulan la eficiencia final de este proceso. Por desgracia, la mayoría de las tecnologías que utilizan bacterias para procesar desechos hoy en día no son rentables, son improductivas o difíciles de escalar.

Por ejemplo, una de las tecnologías bien conocidas y bien establecidas para el procesamiento de desechos con la ayuda de bacterias es un método de producción de biogás familiar para muchos agricultores extranjeros. El estiércol del ganado se pudre gracias a los microbios que liberan metano, que se recoge en una enorme bolsa de burbujas. El sistema funciona y produce gas apto para calentar la misma finca a través de la electricidad generada por un generador de turbina de gas, o directamente por combustión. Pero tal complejo no se puede escalar puramente tecnológicamente. Adecuado para una granja o un pueblo, no para una gran ciudad. Además, en los residuos urbanos, a diferencia del estiércol, hay muchos componentes tóxicos. Estas sustancias tóxicas acaban en fase gaseosa al igual que el metano útil, y la “mezcla” final resulta estar muy contaminada.

Sin embargo, la ciencia no se detiene: una de las tecnologías más prometedoras que ahora interesan a los científicos de todo el mundo (incluidos, probablemente, los notorios británicos) es el uso de las llamadas "bacterias electrónicas", que son una de los mejores comedores de residuos, al mismo tiempo productor de este proceso, desagradable desde el punto de vista humano, es la electricidad. En la superficie de la membrana celular de dicha bacteria hay una proteína de citocromo, en la que se forma una carga eléctrica. En el proceso de metabolismo, una bacteria "descarga" un electrón en la superficie de su célula y genera el siguiente, y así sucesivamente una y otra vez. Los microorganismos con tales propiedades (por ejemplo, geobacter) se conocen desde hace mucho tiempo, pero sus capacidades eléctricas no se han utilizado en la práctica.

¿Qué hacen los microbiólogos? Andrey Shestakov, investigador del Departamento de Microbiología de la Facultad de Biología de la Universidad Estatal de Moscú y jefe del laboratorio de biotecnología microbiana, le dijo a Computerra sobre esto:

“Tomamos un electrodo de ánodo, cubrimos su superficie con células de microorganismos de electroformación, colocamos en lugar de hidrógeno en un medio nutritivo que necesitamos reciclar (basura, “solución de basura”; prescindiremos de los detalles por simplicidad), y durante el metabolismo de estas células, de cada una de ellas recibiremos electrones y protones.

Además, todo es igual que en una celda de combustible convencional: la celda cede un electrón y un protón, los protones se envían a través de la membrana de intercambio de protones a la cámara del cátodo al segundo electrodo de esta batería, agregando oxígeno del aire " en el escape “obtenemos agua, y sacamos electricidad a un circuito externo. Se llama "Microbial Fuel Cell", MFC, Microbial Fuel Cell".

No estaría de más recordar cómo se organiza y funciona una pila de combustible de hidrógeno-oxígeno clásica. Dos electrodos, un ánodo y un cátodo (por ejemplo, carbón y cubierto con un catalizador - platino), están en un recipiente determinado, dividido en dos partes por una membrana de intercambio de protones. Suministramos hidrógeno al ánodo desde una fuente externa, que se disocia en platino y dona electrones y protones. La membrana no permite el paso de electrones, pero es capaz de pasar protones que se mueven a otro electrodo: el cátodo. También suministramos oxígeno (o simplemente aire) desde una fuente externa al cátodo, y produce residuos de reacción: agua pura. La electricidad se extrae del cátodo y el ánodo y se utiliza para el fin previsto. Con diversas variaciones, este diseño también se usa en vehículos eléctricos, e incluso en dispositivos portátiles para cargar teléfonos inteligentes lejos de una toma de corriente (como, por ejemplo, los produce la empresa sueca Powertrekk).

En un recipiente pequeño en un medio nutritivo hay un ánodo con microbios. Está separado del cátodo por una membrana de intercambio de protones hecha de Nafion; bajo esta marca, este material es producido por BASF, no hace mucho conocido por todos por sus casetes de audio. Aquí está: ¡electricidad, en realidad creada por microbios vivos! En el prototipo de laboratorio, un solo LED se enciende a través de un convertidor de pulso, porque el LED requiere 2-3 voltios para encenderse, menos de lo que da el MFC. Aunque lleva bastante tiempo llegar al laboratorio de biotecnología microbiana de la Universidad Estatal de Moscú en un profundo sótano a través de polvorientos y salvajes pasillos, no es en absoluto un receptáculo para el equipo científico soviético antediluviano, como es el caso de la gran mayoría. de la ciencia rusa hoy en día, pero está bien equipado con modernos equipos importados.

Como cualquier celda galvánica o de combustible, el MFC produce un voltaje pequeño, alrededor de un voltio. La corriente depende directamente de sus dimensiones: cuanto más grande, más alta. Por lo tanto, a escala industrial, se suponen instalaciones de tamaño bastante grande conectadas en serie en baterías.

Según Shestakov, los desarrollos en esta área comenzaron hace aproximadamente medio siglo:

Los “generadores microbianos” comenzaron a estudiarse seriamente en la NASA en los años sesenta, no tanto como una tecnología para generar energía, sino como un principio efectivo para procesar productos de desecho en el espacio confinado de una nave espacial (incluso entonces, en la medida de lo posible, intentaron proteger el espacio de los escombros, ¡continuando descaradamente contaminando la Tierra ...!) Pero nació la tecnología y después de eso, de hecho, durante muchos años estuvo en coma, pocas personas la necesitaban en realidad. Sin embargo, hace 4 o 5 años, recibió un segundo impulso, ya que había una gran necesidad de él a la luz de los millones de toneladas de basura que llenan nuestro planeta, así como a la luz del desarrollo de varios relacionados. tecnologías, supuestamente haciendo posible que las celdas de combustible microbianas no sean laboratorios exóticos de "formato de escritorio", sino verdaderos sistemas industriales que permitan procesar volúmenes significativos de desechos orgánicos.

Hoy en día, los desarrollos rusos en el campo de MFC son el resultado de los esfuerzos conjuntos de la Facultad de Biología de la Universidad Estatal de Moscú y M-Power World, una empresa residente en Skolkovo, que recibió una subvención para dicha investigación y subcontrató desarrollos microbiológicos a especialistas especializados. es decir, a nosotros. Nuestro sistema ya está funcionando y produciendo corriente real: la tarea de la investigación actual es seleccionar la combinación más efectiva de bacterias y condiciones en las que el MTC podría ampliarse con éxito en condiciones industriales y comenzar a aplicarse en la industria del procesamiento y reciclaje de desechos. ”

Hasta ahora, no se habla de que las estaciones MFC estén a la par con las fuentes de energía tradicionales ya probadas. Ahora, los científicos, en primer lugar, tienen la tarea de procesar de manera eficiente los desechos biológicos y no obtener energía. Simplemente "dio la casualidad" de que son las bacterias de electroformación las más "glotonas" y, por lo tanto, efectivas. Y la electricidad que producen mientras funcionan es en realidad un subproducto. Debe ser quitado de las bacterias y "quemado", haciendo un trabajo útil para que el bioproceso proceda de la manera más intensa posible. Según los cálculos, resulta que bastará con que las plantas de tratamiento de residuos basadas en pilas de combustible microbianas prescindan de fuentes de energía externas.

Sin embargo, en el laboratorio de Shestakov, no solo se persigue la dirección de "basura", sino también otra: puramente energética. Un biogenerador de un tipo ligeramente diferente se llama "celda de combustible de biorreactor": se basa en otros principios que el MFC, pero la ideología general de obtener corriente de organismos vivos, por supuesto, permanece. Y ahora ya se dirige principalmente a la producción de energía, como tal.

Curiosamente, si muchos científicos de todo el mundo ahora están trabajando en celdas de combustible microbianas como un medio para destruir la basura, entonces las celdas de combustible solo existen en Rusia. Así que no se sorprenda si algún día los cables del enchufe de su casa no conducen a las turbinas hidroeléctricas habituales, sino a un biorreactor de basura.

El problema de la basura es familiar de primera mano para cualquier residente de una gran ciudad. La ciudad está tratando de deshacerse de los desechos innecesarios arrojándolos en áreas especiales. Los vertederos están creciendo en tamaño y ya están avanzando en microdistritos individuales. Al menos 40 millones de toneladas de residuos sólidos urbanos (RSU) se acumulan anualmente en Rusia. Al mismo tiempo, las plantas de incineración de residuos pueden utilizarse como fuente adicional de electricidad.

MSZ de primera generación

Gran Bretaña a finales del siglo XIX. Se construyó la primera planta incineradora de residuos (ZMS). Inicialmente, los incineradores se utilizaron para reducir el volumen de residuos almacenados en los vertederos y descontaminarlos. Más tarde, se encontró que el calor generado por MSZ se puede comparar con el valor calorífico del lignito con alto contenido de cenizas, y los RSU se pueden usar como combustible para centrales térmicas (TPP).

Las primeras unidades de incineración de residuos repetían en gran medida las unidades de caldera de las centrales térmicas: los RSU se quemaban en las parrillas de las calderas eléctricas y el calor obtenido de la incineración de residuos se utilizaba para producir vapor y, posteriormente, generar electricidad.

Cabe señalar que el auge en la construcción de incineradores cayó en el período de la crisis energética de la década de 1970. Se han construido cientos de incineradores en países desarrollados. Parecía que el problema de la eliminación de RSU estaba resuelto. Pero los incineradores de esa época no tenían medios confiables para limpiar los gases de escape emitidos a la atmósfera.

Muchos expertos comenzaron a notar que esta tecnología tiene grandes desventajas. Las dioxinas se forman durante la incineración; las instalaciones de incineración de desechos también son una de las principales fuentes de emisiones de mercurio y metales pesados.

Por lo tanto, hubo que cerrar o reconstruir incineradores de primera generación de diseño bastante simple y relativamente baratos, mejorando y, en consecuencia, aumentando el costo del sistema para limpiar los gases emitidos a la atmósfera.

MSZ de segunda generación

De la segunda mitad de los 90. En Europa, se inició la construcción del incinerador de segunda generación. El costo de estas empresas es aproximadamente el 40% del costo de las instalaciones modernas y eficientes de tratamiento de gas. Pero la esencia de los procesos de incineración de RSU aún no ha cambiado.

Los incineradores tradicionales incineran residuos no secos. La humedad natural de los RSU suele oscilar entre el 30-40%. Por lo tanto, una cantidad significativa del calor liberado durante la incineración de residuos se gasta en la evaporación de la humedad, y la temperatura en la zona de combustión normalmente no puede elevarse por encima de los 1.000 °C.

Las escorias formadas a partir del componente mineral de los RSU a tales temperaturas se obtienen en estado sólido en forma de una masa porosa y frágil con una superficie desarrollada, capaz de adsorber una gran cantidad de impurezas nocivas durante la incineración de residuos y relativamente fácil de liberar elementos nocivos cuando se almacena en rellenos sanitarios y vertederos. La corrección de la composición y propiedades de las escorias formadas es imposible.

Moscú planea instalar incineradores de segunda generación

En todos los distritos de Moscú, excepto en el Distrito Central, en los próximos años se construirán y reconstruirán plantas de procesamiento e incineración de desechos. Se espera que se construyan incineradores de segunda generación.

Esto se establece en el proyecto de decreto del gobierno de la ciudad, aprobado el 11 de marzo de 2008. Por 80 mil millones de rublos para 2012, se construirán seis nuevas plantas de incineración de desechos (MSZ), se reconstruirán siete complejos de procesamiento de desechos y una planta de tratamiento térmico. se iniciará la eliminación de desechos médicos peligrosos. Ya se han determinado los terrenos para las plantas.

Ahora los recursos de los vertederos regionales están prácticamente agotados. “En cinco años, si no construimos nuestras propias instalaciones de reciclaje, Moscú se ahogará en basura”, dice Adam Gonopolsky, miembro del principal consejo ambiental de la Duma estatal. En condiciones en las que los vertederos están cerrados y las empresas de procesamiento de desechos no pueden construirse por razones ambientales, la única salida, en su opinión, son los incineradores.

Mientras los moscovitas están en huelga contra la construcción de nuevas plantas de incineración de desechos, las autoridades de la ciudad están considerando la opción de construir plantas de incineración de desechos no solo en Moscú, sino también en la región de Moscú. Yuri Luzhkov habló sobre esto en una reunión con diputados de la Duma de la ciudad de Moscú en junio de 2009.

"¿Por qué no podemos llegar a un acuerdo con la región de Moscú sobre la ubicación de tales plantas y un aumento en el número de vertederos para el almacenamiento de desechos?", preguntó Yuri Luzhkov. También dijo que considera apropiado desarrollar un proyecto de ley de la ciudad, según el cual toda la basura debe ser clasificada antes de su eliminación. “Tal ley reducirá el volumen de desechos enviados a incineradores y vertederos de 5 millones de toneladas a 1,5-2 millones de toneladas por año”, dijo el alcalde.

La clasificación de residuos también puede ser útil para otras tecnologías alternativas de procesamiento de residuos. Pero este tema también debe ser resuelto por la ley.

Nuevas Oportunidades Energéticas para MSZ: Experiencia Europea

En Europa ya se ha solucionado. Los residuos clasificados son una parte integral del suministro de electricidad y calor a la población. En particular, en Dinamarca, los incineradores se integraron desde principios de la década de 1990. El 3% de la electricidad y el 18% del calor se proporcionan al sistema de suministro de electricidad y calor de las ciudades.

En los Países Bajos, solo alrededor del 3% de los residuos se llevan a vertederos, ya que el país tiene un impuesto especial sobre los residuos desde 1995, que se llevan a vertederos especiales. Son 85 euros por 1 tonelada de residuos y hace que los vertederos sean económicamente ineficientes. Por lo tanto, la mayor parte de los residuos se recicla y parte se convierte en electricidad y calor.

Para Alemania, se considera la construcción más eficaz por parte de empresas industriales de sus propias centrales térmicas utilizando residuos de su propia producción. Este enfoque es más típico para las industrias química, papelera y alimentaria.

Los europeos se han adherido durante mucho tiempo a la separación preliminar de los residuos. Cada patio tiene contenedores separados para diferentes tipos de residuos. Este proceso fue legislado en 2005.

En Alemania se generan anualmente hasta 8 millones de toneladas de residuos, que pueden utilizarse para generar electricidad y calor. Sin embargo, solo 3 millones de toneladas de esta cantidad encuentran uso, pero para 2010, un aumento en la capacidad de entrada de las centrales eléctricas que operan con desechos debería cambiar esta situación.

El comercio de emisiones obliga a los europeos a abordar la eliminación de residuos, especialmente mediante incineración, desde posiciones completamente diferentes. Ya estamos hablando del costo de reducir las emisiones de carbono.

En Alemania, para los incineradores, se aplican los siguientes estándares: el costo de evitar la emisión de 1 mg de dióxido de carbono cuando se utilizan desechos municipales para la producción de electricidad es de 40 a 45 euros, y para la producción de calor, de 20 a 30 euros. Mientras que los mismos costos para la producción de electricidad por paneles solares ascienden a 1 mil euros. La eficiencia de los incineradores, que pueden producir electricidad y calor, en comparación con otras fuentes de energía alternativas, es tangible.

La empresa energética alemana E.ON planea convertirse en la principal empresa de conversión de residuos en energía de Europa. El objetivo de la empresa es obtener una participación del 15 al 25 % en los respectivos mercados de Holanda, Luxemburgo, Polonia, Turquía y el Reino Unido. Además, E.ON considera que Polonia es la dirección principal, ya que en este país (como en Rusia) la basura se desecha principalmente en vertederos. Y la normativa comunitaria prevé la prohibición a medio plazo de este tipo de vertederos en los países de la comunidad.

Para 2015, la facturación de la empresa energética alemana en el campo del reciclaje energético de residuos debería superar los 1.000 millones de euros. Hoy, el rendimiento de esta una de las principales empresas energéticas alemanas es mucho más modesto y asciende a 260 millones de euros. Pero incluso a esta escala, E.ON ya se considera el principal eliminador de residuos de Alemania, por delante de empresas como Remondis y MVV Energie. Su participación hasta el momento es del 20% y opera nueve incineradores de residuos, que producen 840 GWh de electricidad y 660 GWh de calor. Incluso los competidores más grandes en Europa se encuentran en Francia.

Cabe señalar que en Alemania, la situación con la eliminación de desechos cambió radicalmente solo en 2005, cuando se aprobaron leyes que prohíben el vertido incontrolado de desechos. Solo después de eso, el negocio de la basura se volvió rentable. En la actualidad, Alemania necesita procesar aproximadamente 25 millones de toneladas de residuos al año, y solo están disponibles 70 plantas con una capacidad de 18,5 millones de toneladas.

soluciones rusas

Rusia también presenta soluciones interesantes para generar electricidad adicional a partir de residuos. La empresa industrial "Tecnología de metales" (Chelyabinsk), junto con CJSC NPO Gidropress (Podolsk) y NP CJSC AKONT (Chelyabinsk), desarrollaron un proyecto para una unidad de fusión continua económica y multipropósito "MAGMA" (APM " MAGMA") . Esta tecnología ya ha sido probada en condiciones industriales piloto, esquemas tecnológicos para su uso.

En comparación con los incineradores de RSU utilizados tradicionalmente, la unidad MAGMA y la tecnología de eliminación de residuos a alta temperatura y sin residuos tienen una serie de ventajas que permiten reducir los costos de capital para la construcción de un MLT para la eliminación de residuos sin clasificar. Éstos incluyen:

La posibilidad de reciclar los residuos municipales con humedad natural, secándolos antes de cargarlos, elevando así la temperatura de quema de los residuos municipales y aumentando la cantidad de electricidad producida por tonelada de residuos quemados a estándares mundiales;

Posibilidad de incineración de residuos municipales en atmósfera de oxígeno sobre la superficie de la escoria fundida sobrecalentada formada a partir del componente mineral de los residuos municipales, alcanzando una temperatura de fase gaseosa en el incinerador de 1800-1900°C, y una temperatura de escoria fundida de 1500- 1650°C y reduciendo la cantidad total de gases y óxidos de nitrógeno emitidos en ellos;

La posibilidad de obtener escoria ácida líquida a partir del componente mineral de los residuos municipales, drenándola periódicamente del horno. Esta escoria es fuerte y densa, no emite sustancias nocivas durante el almacenamiento y se puede utilizar para la producción de piedra triturada, fundición de escoria y otros materiales de construcción.

El polvo capturado en la limpieza de gas de la unidad se sopla de regreso a la cámara de fusión, a la escoria fundida mediante inyectores especiales, y la escoria lo asimila por completo.

Según otros indicadores, el WIP equipado con la unidad MAGMA no es inferior al WIP existente, mientras que la cantidad de sustancias nocivas emitidas con gases cumple con los estándares de la UE y es menor que cuando se queman residuos municipales en unidades de uso tradicional. Por lo tanto, el uso de APM "MAGMA" permite la tecnología de eliminación de desechos municipales sin clasificar, sin afectar negativamente al medio ambiente. La unidad también se puede utilizar con éxito para la recuperación de vertederos de basura existentes, la eliminación eficiente y segura de desechos médicos y la eliminación de neumáticos de automóviles usados.

Durante el tratamiento térmico de 1 tonelada de residuos municipales con un contenido de humedad natural de hasta el 40 %, se obtendrá la siguiente cantidad de productos comercializables: electricidad - 0,45-0,55 MW/h; hierro fundido - 7-30 kg; materiales o productos de construcción - 250-270 kg. Los costos de capital para la construcción de una planta de incineración con una capacidad de hasta 600 mil toneladas por año de residuos no clasificados en las condiciones de la ciudad de Chelyabinsk ascenderán a un estimado de 120 millones de euros. El período de recuperación de las inversiones es de 6 a 7,5 años.

El proyecto MAGMA para el procesamiento de desechos industriales sólidos en 2007 fue respaldado por la decisión del Comité de Ecología de la Duma Estatal de la Federación Rusa.

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Cómo será nuestro país, ciudad, planeta en unas décadas. ¿Se convertirá todo en un pedazo de tierra cultivada, o el vertedero en constante crecimiento llegará a nuestras casas y porches? En los países desarrollados, el reciclaje de residuos domésticos se utiliza desde hace más de 40 años, pero para Rusia todavía es una novedad.

No sabemos prácticamente nada sobre las tecnologías más modernas de tratamiento de residuos. Las preguntas son respondidas por Lopatukhin Andrey, consultor de ALECON, que se dedica a la implementación de sistemas de hidroseparación de residuos sólidos domiciliarios (RSU) en la CEI.

¿Qué es la tecnología de hidroseparación de RSU?

El proceso de hidroseparación se lleva a cabo de la siguiente manera: la basura sin clasificar se alimenta a una cinta transportadora en movimiento. La cinta se mueve bajo un imán muy fuerte, al que se adhieren los desechos metálicos, después de lo cual los desechos terminan en un tambor con orificios de varios diámetros, y los desechos se clasifican por tamaño. Las fracciones pequeñas y grandes se envían a lo largo de diferentes cintas, que se bajan a un tanque lleno de agua. Luego, los desechos más livianos suben a la superficie y, con la ayuda de un ventilador, las bolsas se clasifican en un contenedor y las botellas en otro. Luego, esta parte de la basura se prepara para la etapa secundaria de procesamiento, y de la basura que se ha hundido hasta el fondo, los residuos orgánicos, se produce biogás en un biorreactor.

La energía obtenida por la quema de biogás satisface las necesidades de la planta, se vende el 60-70% de la energía. El 80-85% de todos los residuos se recicla. La planta tiene un diseño modular a partir de 300 toneladas de basura por día, es posible aumentar la productividad hasta 2000 toneladas por día y más. De los residuos, ¡obtenemos ingresos! ¡El biogás y la electricidad verde se producen a partir de residuos orgánicos!

¿Cuál es el potencial energético anual de los RSU en Rusia, dónde se concentra? ¿El reciclaje de RSU puede resolver los problemas energéticos?

Sin tener en cuenta los numerosos vertederos espontáneos, sólo en el Distrito Federal Central el potencial de RSU acumulado se equipara a 250.000 toneladas anuales, siendo prioritarios los mayores vertederos para los actuales proyectos tecnológicos de extracción de metano. Se concentran en el Distrito Federal Central - 4 vertederos, en Tula - 1, en la región de Moscú - 3, en el Distrito Federal Sur - 1, en el Noroeste - 2, en el Distrito Federal de los Urales - 2, en el Volga - 6 vertederos, en el Lejano Oriente - 1 y en el Distrito Federal de Siberia - 3 vertederos.

¿Puede el reciclaje de RSU contribuir a solucionar problemas energéticos?

¡Indudablemente! Los cálculos mostraron que el metano en la cantidad de 858 millones de toneladas por año, el biogás - 1715 millones de toneladas se producen en los basureros de las calles.

¿Cuál es el valor de la parte orgánica en los residuos? ¿Qué sucede con la parte inorgánica en la tecnología de hidroseparación propuesta?

Los residuos contienen sustancias inorgánicas y orgánicas, que tienen diversos grados de descomposición. El contenido de materia orgánica en los residuos es del 35-60% en peso de la cantidad total de basura. Durante el procesamiento, los recursos inorgánicos reciben una segunda vida. Por ejemplo, los metales ferrosos y no ferrosos se funden, el vidrio se usa en la construcción y muchos artículos domésticos útiles están hechos de plástico.

¿Cuáles son las ventajas del método de hidroseparación de RSU sobre otros métodos de pirólisis de plasma y superposición de vertederos de RSU con generación de energía a partir de gas de vertedero? ¿Cuál es su nicho de mercado?

La principal ventaja de la tecnología de hidroseparación de RSU en comparación con otros métodos de pirólisis de plasma es una mayor eficiencia y una rápida amortización de la empresa, un ciclo tecnológico cerrado y respeto por el medio ambiente. Para equipar la planta se necesita un área de 2 hectáreas e inversiones relativamente pequeñas, que se amortizarán en cinco años.

De biogás recibir eléctrico energía, parte del cual se destina a sus propias necesidades, y parte - para la venta. La masa orgánica, que se convierte en compost tras su procesamiento en un biorreactor, es un excelente fertilizante ecológico para el cultivo de verduras y hortalizas en invernaderos.

Dado que el uso de la pirólisis de plasma requiere mucha electricidad, en términos de costos es igual al método de quema de RSU. Todas las plantas que operan según la tecnología de pirólisis no brindan la solución necesaria a los problemas de residuos sólidos por las siguientes razones:

Un gran porcentaje de residuos secundarios contaminan el medio ambiente;

Bajo rendimiento. En todo el mundo hay muy pocas plantas con una capacidad de más de 300 toneladas por día;

Bajo retorno de energía de los residuos;

El alto costo de construcción de fábricas y costos operativos en el procesamiento.

Para garantizar la limpieza ambiental del ciclo tecnológico, es necesario instalar costosos filtros de gas y trampas de humo.

La tecnología de producción de gas de vertedero con la superposición de vertederos de residuos sólidos se caracteriza por muchos indicadores de contaminación ambiental. El líquido tóxico "filtrado", acumulado en las entrañas, va a parar a las aguas subterráneas y embalses, envenenándolos. Además, el proceso de descomposición de los residuos se ralentiza en dichos vertederos debido a la falta de aire, y nadie sabe cuántas décadas más pasarán para que todo esto se descomponga por completo.

Además, esta tecnología requiere importantes áreas de terreno y costos operativos.

La tecnología de hidroseparación SDW en el mercado de propuestas para la eliminación de residuos ocupa un nicho digno como la tecnología más económica y respetuosa con el medio ambiente.

¿Qué producto ofrecen al mercado las empresas de reciclaje de RSU: calor, electricidad, gas? ¿Quién es el comprador de estos recursos?

Junto con los productos que se reciclan (vidrio, metal, plástico, cartón y papel), las empresas que procesan residuos sólidos satisfacen plenamente sus propias necesidades de energía eléctrica y suministran sus productos a los mercados de calor, electricidad y gas. El compost de alta calidad para las necesidades agrícolas se produce a partir de biorresiduos.

Es posible una variante de un complejo general para el procesamiento de desechos sólidos con el cultivo de verduras, hortalizas o flores en invernaderos.

¿Rusia tiene experiencia en la organización de empresas para el procesamiento de desechos sólidos que proporcionan recursos para la producción de energía? ¿Qué problemas enfrentaron?

El potencial de residuos sólidos en Rusia es de unos 60 millones de toneladas al año. Solo en la región de Moscú, alrededor de 6 millones de toneladas de RSU se entierran en vertederos anualmente. Tras la descomposición de la parte orgánica de los residuos, se produce biogás en los vertederos. Los componentes clave del biogás son los gases de efecto invernadero: dióxido de carbono (30-45%) y metano (40-70%).

Según los expertos, en el vertedero, cuya superficie es de unas 12 hectáreas, con un volumen de enterramiento de 2 millones de m 3 de RSU, es posible obtener aproximadamente 150-250 millones de m 3 de biogás al año y recibir aproximadamente 150-300 mil MW de energía eléctrica. Este vertedero se puede utilizar durante varios años sin cambiar de equipo y sin invertir recursos económicos adicionales. Desafortunadamente, no conocemos los proyectos implementados sobre esta tecnología en la Federación Rusa.

Una de las razones por las que todavía no existen tecnologías innovadoras para el procesamiento de residuos sólidos en Rusia es la no aplicación del Protocolo de Kioto. En Israel, por ejemplo, para la recogida de gases de efecto invernadero en un vertedero con un volumen de 2 millones de m 3, es posible atraer entre 5 y 10 millones de euros al año a través del mecanismo de Kioto. Casi no usamos los rellenos sanitarios y vertederos existentes, pero clasificamos la basura después de que se haya recolectado. Reciclamos los residuos orgánicos para obtener biogás y compost inmediatamente después de las papeleras. Así evitamos entierros innecesarios.

La mayoría de las fuentes de energía habituales son no renovables (petróleo, gas). Obtener energía de los desechos agrícolas nos permite resolver dos problemas a la vez: deshacerse de parte de la basura y aliviar la industria extractiva.

Los residuos para la producción de energía se pueden dividir en varios tipos.

1. : estiércol y escorrentía de estiércol de explotaciones ganaderas, gallinaza. La intensidad energética del estiércol está al mismo nivel que la turba (21,0 MJ/kg) y significativamente más alta que la del lignito y la madera (14,7 y 18,7 MJ/kg, respectivamente).
2. Residuos de cultivos:
   • Residuos de campo: paja, cereales, tallos de girasol y maíz, cogollos de hortalizas, etc.;
   • Residuos de procesamiento: cáscara, paja, etc.
3. Subproductos de la transformación industrial de productos agrícolas: bagazo obtenido en la industria azucarera, tortas de la producción de aceite, residuos de la industria alimentaria.

Existe la posibilidad de incinerar directamente dichos desechos y reciclarlos como fertilizantes o para necesidades secundarias en las empresas (por ejemplo, cama de paja en la cría de animales). Sin embargo, también se utilizan como materia prima para la creación de biocombustibles, que suelen dividirse en tres grupos:

1. Líquido: biodiésel (se utilizan residuos que contienen grasa en la producción) y bioetanol (se puede utilizar paja de trigo y arroz, bagazo de caña de azúcar).
2. Sólido: biomasa, pellets de combustible y briquetas de varios tipos de desechos (granos de maíz, paja, salvado, cáscaras de semillas de girasol, cáscaras de trigo sarraceno, estiércol de pollo, estiércol).
3. gaseoso. El biogás se puede producir a partir de estiércol, excrementos de pájaros y otros desechos agrícolas similares.

La recepción de energía de los residuos se reduce en gran medida a la generación de energía térmica. A su vez, se convierte en otros tipos de energía: mecánica y eléctrica.

Se queman briquetas de combustible y otra biomasa sólida, el poder calorífico de las briquetas oscila entre 19 y 20,5 MJ/kg. El biodiesel es un combustible para motores de combustión interna, el bioetanol es un combustible para motores y el biogás se usa para una variedad de propósitos: generar electricidad, calor, vapor y también como combustible para vehículos.

en Dinamarca en la década de 1970. hubo una crisis del petróleo, después de la cual, por primera vez, los agricultores comenzaron a utilizar la paja como combustible. Desde 1995, el estado ha estado compensando el 30% del costo del equipo a los propietarios de calderas de paja con una capacidad de hasta 200-400 kW, si su eficiencia y el nivel de liberación de sustancias nocivas cumplen con los requisitos. Más de 55 calderas de calefacción urbana, más de 10 000 calderas térmicas, así como varias centrales eléctricas y de cogeneración que utilizan otros tipos de residuos además de la paja, funcionan actualmente con paja en Dinamarca.

que requiere eso

Muchos empresarios involucrados en la industria del reciclaje de llantas o plásticos están interesados ​​en saber si se puede obtener biogás quemando desechos agrícolas, pero este tipo de combustible se obtiene con una tecnología diferente. Se produce por fermentación de hidrógeno o metano. La materia prima se bombea o carga en el reactor, donde se mezcla, y las bacterias del aparato procesan los productos y producen combustible. El biogás listo sube al tanque de gas, luego se limpia y se entrega al consumidor.

El bioetanol a partir de residuos se obtiene por fermentación de paja u otros residuos que contengan celulosa. Esta tecnología no es muy popular en el mundo, pero en la URSS estaba bastante desarrollada, en Rusia también se usa. En primer lugar, la materia prima se hidroliza para obtener una mezcla de pentosas y hexosas, y luego esta masa se somete a fermentación alcohólica.

Para la producción de biodiésel a partir de residuos agrícolas que contengan grasas, se necesitará una planta de procesamiento, bombas, líneas de conexión (mangueras, tuberías) y contenedores para el combustible gastado. El biodiesel en la planta se interesterifica a partir de triglicéridos en reacción con alcoholes monohídricos, y luego se somete a varios tipos de purificación (a partir de metanol y productos de saponificación) y deshidrogenación (el agua puede provocar oxidación).

Se pueden comprar filtros opcionales para obtener un producto de mayor calidad o un generador que permita que el sistema funcione con el combustible producido. Para equipar un pequeño taller de procesamiento, necesita al menos 15 metros cuadrados de área. Los precios de las instalaciones dependen de la productividad y la potencia, desde varias decenas de miles de rublos hasta varios millones.

El combustible sólido en briquetas requerirá un equipo diferente. En primer lugar, una prensa que dará forma a la masa de basura. Dependiendo del tipo de materia prima, también puede necesitar una secadora, un molinillo y sustancias que aumenten la viscosidad de las materias primas, una especie de pegamento.

Con grandes volúmenes de producción, tiene sentido instalar una cinta transportadora (transportador). El precio promedio del equipo para un pequeño taller es de 1,5 a 2 millones de rublos, más el costo de la energía, el personal y las instalaciones. Si la materia prima va al fabricante gratis, o si pagan extra por su exportación, la producción se amortizará en unos seis meses.

Para la producción de gránulos, los residuos agrícolas se trituran y comprimen en una prensa granuladora: la lignina contenida en la materia prima los pega en pequeños gránulos bajo la influencia de altas temperaturas.

¡Importante! El desarrollo de la esfera de la utilización intensiva de energía en la agricultura requiere gastos y compensaciones gubernamentales bastante grandes, patrocinio de proyectos científicos, en una palabra, apoyo financiero. Por lo tanto, muchos estados crean programas para apoyar y desarrollar esta área.

El programa Horizonte 2020 de los países de la UE, por ejemplo, se basa en una serie de prioridades, una de las cuales, "Retos sociales" (presupuesto: 31.700 millones de euros), incluye el apoyo a proyectos en el sector agrícola y la bioeconomía, y por lo tanto reciclaje intensivo en energía.

¿Hay algún beneficio, la experiencia de Rusia y otros países?

La cuestión de los beneficios del uso de energía a partir de residuos no es inequívoca. Muchos tipos de desechos agrícolas se utilizan como recursos para resolver otros problemas dentro de la industria (fertilizantes, ropa de cama, etc.), en otras palabras, la energía durante la eliminación puede no compensar, por ejemplo, las pérdidas de cultivos, esto requiere cálculos competentes. Además, el tema de la factibilidad ambiental del reciclaje aún no está cerrado.

No obstante, la obtención de energía a partir de residuos agrícolas puede ser una dirección bastante prometedora.

Los biocombustibles sólidos tienen una gran demanda: estados como los Países Bajos, Gran Bretaña, Bélgica, Suecia y Dinamarca incluyen constantemente programas de apoyo financiero para los consumidores de pellets. Se están introduciendo nuevos estándares de calidad para este tipo de productos de otros países, lo que indica planes para aumentar las importaciones.

Rusia, entre otros estados, también puede convertirse en proveedor de estos países, los países escandinavos son el mercado de ventas más conveniente. Pero para que esto sea posible, el mercado interno del país debe cambiar. Anualmente, se producen en Rusia 440 millones de toneladas de residuos de biomasa lignocelulósica, una gran parte de las empresas son agrícolas. Estos desechos generalmente no se reciclan.

La producción de biogás es una empresa relativamente costosa, el precio mínimo de una unidad es de 800 mil euros, aunque recientemente ha habido tendencias hacia una producción más barata. En la Europa moderna, la compensación estatal por el uso de tales instalaciones alcanza el 90%.

Sin embargo, tales costes se justifican en gran medida por la autonomía energética resultante de las empresas. Además, un empresario que usa biogás para generar electricidad en Europa lo vende a una tarifa superior, lo cual es muy rentable. Esto contribuye a un aumento en el número de empresas que utilizan biogás.

Las plantas de biogás domésticas son populares en muchos países europeos. Tal producción puede ser beneficiosa para las granjas, donde las materias primas para el procesamiento están disponibles y no hay necesidad de comprarlas en algún lugar.

En nuestro país, que se unió bastante tarde al desarrollo de la utilización intensiva de energía, el combustible de biogás no es muy común, incluso debido a la falta de apoyo del estado federal. Sin embargo, hay iniciativas regionales, por ejemplo, un proyecto en la región de Belgorod, y conducen a buenos resultados.

El reciclaje intensivo en energía en la agricultura es necesario, puede ayudar a resolver los problemas del mundo, tanto económicos como ambientales. Sin embargo, para lograr resultados positivos en esta área, los empresarios y el estado deben calcular correctamente los riesgos.