Свет и тепло из мусора

Сжечь в печи

«Бабушкой» технологий переработки мусора в электроэнергию и тепло является прямое сжигание в печах специальных заводов. Первый мусоросжигательный завод с говорящим названием «Разрушитель» был построен в английском Ноттингеме аж в 1874 году. В США первый МСЗ открыли спустя девять лет, в 1883 году, в штате Нью-Йорк.

В мире переработка мусора на энергетические цели известна под аббревиатурой WtE – Waste to Energy.

Принцип работы энергетического мусоросжигательного агрегата очень прост: отходы сжигаются в печах, а полученное тепло направляется для производства пара и получения электроэнергии. Но первые заводы были крайне несовершенными, с невысоким КПД, и небезопасными для экологии: при сжигании образовывалось множество вредных продуктов сгорания. Современные установки оборудуются сложными системами очистки газов, что существенным образом увеличивает стоимость их сооружения.

Для примера: в 2013 году в Эстонии была запущена электростанция Иру, работающая на бытовых отходах. При общих инвестициях в 100 млн евро стоимость устройств очистки дымовых газов составила примерно треть этой суммы. По заявлениям владельца объекта, компании Eesti Energia, влияние мусоросжигающего энергоблока на окружающую среду ниже, чем у пары десятков частных домов с печным отоплением.

Тепловая мощность мусоросжигающего блока электростанции Иру составляет 50 МВт, электрическая – 17 МВт. Станция перерабатывает около половины всех смешанных бытовых отходов, появляющихся в Эстонии, – примерно 220 тысяч тонн в год. Схема работы проста: при помощи тепла, высвобождающегося в процессе горения, производится перегретый пар. Он направляется на паровую турбину, для того чтобы производить электричество при помощи турбогенератора. Тепло, которое остаётся после прохождения паровой турбины, через теплообменники отправляется в тепловую сеть.

Мусоросжигательный блок Иру производит примерно 136 млн кВт∙ч электроэнергии в год, что практически полностью покрывает потребности соседнего города Пайде. Произведённую из мусора тепловую энергию Eesti Energia передаёт посредством тепловой сети жителям Таллина и Маарду.

Этот пример показывает, что негативное отношение к мусоросжигательным заводам, например в Москве, во многом базируется на прошлом опыте и устаревших технологиях. Впрочем, столичные МСЗ не нацелены на переработку мусора в энергию – объём производства ими электроэнергии и тепла невелик, и его хватает разве что на снабжение самих предприятий.

Кроме того, современные мусоросжигательные заводы могут быть не только эффективны, но и красивы. Пример – запущенный в 2014 году в датском городе Роскилле завод с названием Energy Tower.

Его фасад состоит из тёмно-коричневых алюминиевых пластин с отверстиями. В тёмное время суток завод светится, постепенно меняя накал, так что здание похоже то на горстку угольков, то на пылающий костёр. Energy Tower перерабатывает отходы девяти датских муниципалитетов, а также нескольких свалок соседних стран. Его мощность позволяет снабжать электроэнергией около 65 тысяч домохозяйств.

Приручить плазму

Перспективной технологией считается плазменная газификация мусора. В «сердце» установки – плазмотроне – органические материалы не горят, так как не хватает кислорода, а превращаются в так называемый синтез-газ, состоящий главным образом из окиси углерода, водорода и азота. Этот газ может быть использован в самых различных процессах, в том числе и при производстве электроэнергии. Безусловным достоинством является то, что в ходе этого процесса не остаётся отходов, которые подлежат захоронению. Российским учёным эта технология знакома не понаслышке: проект переработки мусора в синтез-газ с использованием низкотемпературной плазмы, предложенный петербургским учёным Филиппом Рутбергом, получил премию «Глобальная энергия» в 2011 году.

К сожалению, в мире сегодня считанные единицы работающих по этой технологии установок, но несколько проектов находятся в стадии реализации. Главная проблема – для сооружения такого предприятия требуются серьёзные инвестиции.

Метан со свалки

Ресурсы уже имеющихся полигонов мусора используют для добычи природного газа. Говоря точнее, так называемого свалочного газа, образующегося в толще отходов при многолетнем гниении. В его состав, помимо метана (50−75%), входят углекислый газ, азот и некоторые другие вещества.

Технология такова: в толще мусора сооружаются газовые скважины, соединённые с газовой трубой. По ней газ поступает в хранилище, где очищается от примесей. Полученное топливо используется для производства электроэнергии и тепла в стандартных газотурбинных установках. По оценкам экспертов, по энергетическому потенциалу 1 кубометр такого биогаза соответствует примерно 0,5 кубометра чистого метана. Утилизация свалочного газа помимо выработки электричества позволяет минимизировать выбросы парниковых газов в атмосферу, поэтому эта технология широко распространена в Европе и США (по оценкам американского Агентства по охране окружающей среды, в стране около 600 проектов использования свалочного газа). Например, электричество для сборочного производства компании Volvo в Дублине (штат Вирджиния) вырабатывается как раз из свалочного газа, и компания гордится этим.

В Белоруссии успешно действует несколько установок, вырабатывающих электричество из свалочного газа, − в Витебске, Гомеле, Минске мощностью 1−2 МВт.

Мусора нет

Опыт некоторых стран показывает, что уже сейчас мусор можно перерабатывать практически на 100%. Именно такой показатель – свыше 99% – был зафиксирован в Швеции осенью 2014 года. Менее 1% мусора в Швеции заканчивает жизнь на свалке! Скандинавская страна даже вынуждена импортировать отходы из Великобритании, Италии, Норвегии и Ирландии, чтобы 32 завода, перерабатывающих мусор в энергию, не стояли «голодными». Для достижения таких показателей в Швеции потребовалось создать работающую систему комплексного управления ТБО, которая включает минимизацию их появления, максимальное вторичное использование, переработку (в первую очередь в энергию). И только после этого отходы отправляются на захоронение.

Россия пока далека от использования всех возможностей мусора. Время от времени в разных регионах делаются заявления о проектах по переработке ТБО в электроэнергию, но сколь-либо масштабной эта деятельность не становится. Дело в экономической неэффективности для частного бизнеса и отсутствии субсидий со стороны государства. Тем не менее успешный опыт других стран позволяет смотреть на проблему позитивно: как это делать – уже ясно.