Отходы — в топливо

Примерное время чтения: 8 мин.

В современном мире, где горы отходов растут устрашающими темпами, а потребность в энергии только увеличивается, родилось решение, направленное на получение электроэнергии из отходов Waste-to-Energy (WtE).

Стоит отметить, в контексте WtE, в первую очередь имеются в виду твердые коммунальные отходы (ТКО), то есть обычный бытовой и коммерческий мусор, который собирается в городах и не подлежит дальнейшей переработке или повторному использованию. Отдельно упоминаются пищевые отходы, используемые для производства биогаза.

Самый распространенный метод уничтожения отходов сегодня — это термическая переработка, чаще всего в виде контролируемого сжигания. На современных мусоросжигательных заводах отходы сжигаются при очень высоких температурах для максимальной эффективности, а выделяющееся тепло используется для производства пара, который вращает турбины, генерируя электричество, или же направляется в системы центрального отопления.

Более продвинутые термические процессы включают газификацию и пиролиз, которые превращают отходы в синтез-газ или жидкое топливо в условиях ограниченного кислорода, что позволяет более гибко использовать полученные энергоносители и потенциально снизить некоторые выбросы. Существуют также биологические методы, такие как анаэробное сбраживание, при котором органические отходы (пищевые, сельскохозяйственные) разлагаются микроорганизмами без доступа кислорода, производя биогаз, который затем можно использовать для выработки энергии.

Экологические плюсы WtE очевидны. Во-первых, это резкое сокращение объемов отходов, отправляемых на свалки, что критически важно в странах с ограниченными земельными ресурсами. По данным Всемирного банка, в мире ежегодно образуется около 2,24 млрд тонн твёрдых бытовых отходов, и их объём к 2050 году может удвоиться. WtE сокращает объём отходов до 90%, а его вес — до 75% (золу можно использовать в строительстве).

Во-вторых, это снижение выбросов метана, мощного парникового газа, который образуется при разложении органики на свалках. Перенаправляя отходы из свалок на WtE-заводы, можно предотвратить эти выбросы. В-третьих, это генерация энергии, которая может замещать энергию, произведенную из ископаемого топлива, тем самым снижая общий углеродный след.

Некоторые современные WtE-заводы даже способны извлекать из золы ценные металлы и другие материалы, что добавляет элемент циркулярной экономики. Например, в шведском Мальмё завод Sysav перерабатывает 650 тысяч тонн отходов в год, обеспечивая теплом 80% города и электроэнергией — 25% домохозяйств.

Но есть и минусы. Строительство WtE-заводов обходится дорого — сотни миллионов долларов, а эксплуатация требует строгого контроля выбросов. Токсичные вещества, образующиеся при сжигании, нужно тщательно фильтровать. Хотя современные заводы оснащены многоступенчатыми системами очистки дымовых газов, которые улавливают диоксины, фураны, тяжелые металлы и оксиды азота, полное отсутствие выбросов невозможно. Также остается и проблема выбросов углекислого газа, хотя часть его считается «биогенной» (от сжигания органики, которая недавно была частью углеродного цикла).

Другой вызов — управление золой, которая образуется после сжигания и может содержать опасные вещества, требуя специальной утилизации. Наконец, существует критика, что WtE может отвлекать от более приоритетных стратегий управления отходами, таких как сокращение, повторное использование и переработка, создавая стимул для поддержания потока отходов для «питания» заводов.

Критики также указывают, что WtE может затормозить развитие экономики замкнутого цикла, где приоритет отдаётся переработке и повторному использованию, а не сжиганию. В развивающихся странах, где системы сортировки слабы, эффективность WtE снижается из-за низкокалорийных отходов с высоким содержанием влаги.

Тем не менее, примеры успешных проектов показывают, что при правильном подходе WtE может быть эффективным инструментом. В Копенгагене (Дания) завод CopenHill (Amager Bakke) является ярким образцом современного WtE. Это не просто энергетическое сооружение, а архитектурный шедевр с горнолыжным склоном, скалодромом и парком на крыше. Он производит электричество для 30 тысяч домов и обеспечивает тепло для 72 тысяч домов, при этом его выбросы минимальны, а технологии очистки настолько эффективны, что дым из трубы почти не виден.

Еще один известный пример в Европе — завод в Шпиттелау, Вена (Австрия), спроектированный художником Фриденсрайхом Хундертвассером. Он не только производит энергию, но и является частью городского ландшафта, демонстрируя, как промышленный объект может быть виртуозно интегрирован в городскую среду.

В Амстердаме (Нидерланды) завод AEB Amsterdam является одним из крупнейших в Европе, он перерабатывает более миллиона тонн отходов в год и снабжает электричеством сотни тысяч домов, а также предоставляет тепло для центрального отопления. В Германии функционирует более 156 установок по сжиганию тепловых отходов, способных перерабатывать более 25 миллионов тонн отходов.

В Азии, где проблема управления отходами стоит особенно остро из-за высокой плотности населения и быстрого экономического роста, WtE также набирает обороты. В Сингапуре завод Tuas South сжигает 3 тысячи тонн отходов в день, производя 80 МВт электроэнергии — достаточно для 100 тысяч домов. Этот завод является одним из крупнейших в мире по однопоточной мощности, перерабатывая значительную часть отходов города-государства и обеспечивая его энергетическую безопасность.

В Японии, где земли для свалок катастрофически мало, около 70% отходов сжигается на WtE-заводах с минимальными выбросами благодаря строгим стандартам. Например, в Токио и Осаке заводы интегрированы в городскую инфраструктуру, часто имеют образовательные центры и даже парки.

Китай активно строит WtE заводы по всей стране, стремясь справиться с огромным объемом мусора и одновременно уменьшить зависимость от угля, хотя масштабы и скорость строительства иногда вызывают вопросы относительно качества экологического контроля.

В России строительством первых заводов по энергоутилизации отходов занимается «РТ-Инвест» — дочерняя компания Госкорпорации Ростех. Четыре завода будут работать в Подмосковье и один — в Татарстане.

Учёные постоянно работают над улучшением фильтров, чтобы свести выбросы к нулю, и разрабатывают методы захвата углерода. В Индии биогазовые установки превращают пищевые отходы в топливо для автобусов, а в США стартапы экспериментируют с пиролизом для производства экологичного авиатоплива.

Однако стоит отметить, что хоть «энергия отходов» представляет собой мощный инструмент в борьбе с экологическими вызовами, она не является панацеей и должна быть частью интегрированной системы управления отходами, где приоритет отдается сокращению, повторному использованию и переработке. И только когда эти опции исчерпаны, высокотехнологичные WtE-заводы предлагают интеллектуальный подход к тому, как превратить проблему отходов в ресурс, обеспечивая при этом энергетическую безопасность и снижая воздействие на климат.

На российских предприятиях будет использоваться технология сжигания отходов на колосниковой решетке. Эти заводы позволят ежегодно предотвращать захоронение на полигонах 2,8 млн тонн отходов. Перед сжиганием ТКО пройдут тщательную сортировку, в ходе которой все компоненты, пригодные для компостирования или переработки в качестве вторичных ресурсов, отправят на специализированные перерабатывающие заводы. Российские заводы по энергоутилизации отходов играют ключевую роль в формировании замкнутой системы обращения с отходами. Ввод этих заводов в эксплуатацию станет важным шагом на пути к отказу от захоронения отходов на полигонах и внедрению в России принципов Zero Waste.