Potencjał energetyczny odpadów z terenu Dolnego Śląska

– aktualny stan odzysku energii z odpadów,

perspektywy i proponowane technologie

Emilia den Boer

Ryszard Szpadt Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

Politechnika Wrocławska

Inicjatywa KIC InnoEnergy Politechnika Wrocławska, Wrocławskie Centrum Transferu Technologii

Wrocław, 14 grudnia 2011

Zakres

Aktualny stan gospodarki odpadami na terenie Dolnego Śląska

Źródła i potencjał energii z odpadów

Proponowane technologie

Zrównoważone Działania na Rzecz Energii Odnawialnej (REMOWE)

Komunalne – Rolnictwo - Przemysł

Realizowany przez

Urząd Marszałkowski Województwa Dolnośląskiego

we współpracy z Politechniką Wrocławską

Odpady z Dolnego Śląska jako źródło energii odnawialnej

Cel – określenie strategii rozwoju energii odnawialnej w regionie

Rodzaje odpadów i produktów ubocznych

Odpady komunalne

Komunalne osady ściekowe

Odpady przemysłowe

Biomasa roślinna z rolnictwa i leśnictwa

Odchody zwierzęce

Zbieranie i odbieranie odpadów komunalnych

Skład materiałowy odpadów komunalnych

Wysoki udział frakcji ulegającej biodegradacji i innych palnych odpadów

Stan obecny gospodarki odpadami komunalnymi – Dolny Śląsk

87,3%

7,8%

4,6%

8,0%

9,1%

0

200

400

600

800

1 000

1 200

wytworzone odpady komunalne

thous. Mg

wytworzone nieodebrane

selektywnie odebrane -recykling

biologicznieprzetworzone

wysortowano - recykling+ odzysk

składowane

zmieszane

Dominujący udział składowania

Wymagane zmiany w gospodarowaniu

odpadami komunalnymi

JAK WYŻEJ + BIOODPADY,

WIELOMETRIAŁOWE

USTAWA o utrzymaniu czystości

i porządku w gminach (2011r.)

DYREKTYWA RAMOWA

– 50% RECYKLINGU w 2020

PAPiER

TWORZYWA

SZKŁO

METALE

USTAWA O ODPADACH

– DOPUSZCZALNE POZIOMY

SKŁADOWANIA

ODP. BIODEGRADOWALNYCH

W ODNIESIENIU DO WYTWORZ. W 1995

75% w 2010

50% w 2013

35% w 2020

KRYTERIA ORAZ PROCEDURY

DOPUSZCZENIA DO SKŁADOWANIA,

Od 2013 r.:

OGÓLNY WĘGIEL ORG. (TOC): 5%

STRATA PRZY PRAŻENIU: 8%

CIEPŁO SPALANIA >6000 MJ/kg s.m.

Zmiana składu odpadów zmieszanych w 2020 r

0

200 000

400 000

600 000

800 000

1 000 000

1 200 000

Mg/a Mg/a

Odpady wytworzone Odpady pozostałe

Z terenów zielonych

Wielkogabarytowe

Inne

Niebezpieczne

Drewno

Tekstylia

Frakcja < 10 mm

Mineralne

Kuchenne i ogrodowe

Wielomateriałowe

Tw. sztuczne

Metale

Szkło

Papier

Biodegradowalne: 54% 55% Wartość opałowa: ok. 9 MJ/kg ok. 8 MJ/kg

ok. 33%

zapewnione autotermiczne spalanie

0

100

200

300

400

500

600

700

800

Istniejące częśćMECH

Istniejące częśćBIO

Obowiązekprzetworzenia BIO

2 zakłady produkcji paliw

6 sortowni

4 kompostownie

1 współfermentacja

7 zakł. mechaniczno-biologicznego przetwarzania

tys.

Mg

/ro

k

Istniejące instalacje przetwarzania zmieszanych odpadów komunalnych – brakująca przepustowość

Niewystarczająca przepustowość dla przetwarzania odpadów ulegających biodegradacji

410 tys.

ton/rok

Proponowany regionalny system (>150 tys.mieszk.) wariant 1 wariant 2

10 regionów gospodarki odpadami, tylko instalacje mechaniczno -biologiczne (MBP) max. 20 składowisk

6 regionów gospodarki odpadami, 2 spalarnie, MBP

Wariant I - Technologie MBP dla regionalnych zakładów

Do tej pory – tlenowa biologiczna stabilizacja (>50% składowania, negatywny bilans energetyczny)

Proponowane technologie:

Beztlenowa stabilizacjia – z wytworzeniem biogazu

Biologiczne suszenie – odzysk paliw z odpadów

Instalacje beztlenowe MBP zmieszanych odpadów

Rozdział frakcji i stabilizacja

Odpady komunalne

Frakcja paliwowa

Biologiczna stabilizacja

Stabilizat do składowania/rekultywacji

Surowce

Energia

Ciężka frakcja

Sortowanie mechaniczne

Odzysk energii:

wykorzystanie frakcji grubej odpadów jako paliwa alternatywnego

(zwiększenie udziału poprzez; suszenie)

stabilizacja biologiczna frakcji średniej

(proces beztlenowy – biogaz)

Technologia suchej fermentacji

Nowe projekty

ZGO w Gaci – rozbudowa i modernizacja istniejącej sortowni, dodanie instalacji suchej fermentacji organicznej frakcji odpadów komunalnych

System Eko-Sudety Sanikom Lubawka – sortowanie oraz fermentacja metanowa organicznej frakcji odpadów komunalnych

Inne instalacje

przyszłościowo – instalacje do fermentacji selektywnie zbieranych bioodpadów

www.f-e.de

Technologie odzysku biogazu

Agregat – energia elektryczna i ciepło

Wykorzystanie ciepła do ogrzewania budynków

Suszenia odpadów, osadów (paliwa dla cementowni)

Uzdatnianie do biometanu + wtłaczanie do sieci

Uzdatnianie do biometanu + wykorzystanie jako paliwo

Suszenie ciepłem powstałym w reakcjach biochemicznych

>50% masy odpadów jako paliwo dla cementowni lub elektrociepłowniach

Biologiczne suszenie odpadów komunalnych

6

(1) enclosed box; (2) air flow through the waste body, heated by the exothermic aerobic biodegradation of readily decomposable organics; (3) leachate collection and circulation system; (4) forced aeration system with partial air recirculation, mixing ambient air and conditioned process air; (5) heat exchanger; (6) vapour condensator; (8) exhaust air treatmentthrough biofilter or regenerative thermal oxidation (RTO).

1 23

4

5

7

Wariant II Termiczne przetwarzanie odpadów (docelowy)

przynajmniej dwie instalacje termicznego przekształcania odpadów komunalnych (TPOK) obsługujące min. 500 tys. mieszkańców

Lokalizacja zapewniająca odzysk ciepła – system Szwedzki

przekształcenie instalacji MBP w instalacje do przetwarzania selektywnie zbieranych bioodpadów

Całkowity potencjał odzysku energii z odpadów komunalnych - 1 460 GWh/rok

www.mv.old.cda.nl

Zamykane składowiska – źródło gazu

Liczna eksploatowanych składowisk odpadów komunalnych - 42

z ujęciem biogazu & odzyskiem energii - 5

Docelowo 20 składowisk na Dolnym Śląsku

Odzysk biogazu z komór fermentacji komunalnych osadów ściekowych

Proponowane rozwiązanie: zamykanie otwartych komór

Potencjał odzysku energii

Ilość

GWh/rok ton s.m./rok Osady ściekowe

130 37 000

Oczyszczalnie ścieków komunalnych Liczba obiektów Całkowita ilość oczyszczalni komunalnych 203 - Produkcja biogazu (energia el.& ciepło) 7 - Produkcja biogazu (ciepło) 4 - Produkcja biogazu bez ujmowania 10

Rozmieszczenie źródeł osadów

1 114

1 002

1 312

107

646

1 177 1 344

3 070

594

1 175

1 493

246

321

1 589

8 970

732

935

926

924

417

384

2 227

604

2 708

612

546

1 264

1 067

317

ilość osadówściekowych (Mg…

Rozwój fermentacji z ujęciem biogazu, współfermentacji z odpadami komunalnymi i innymi odpadami

Zagospodarowanie osadów w 2009

30%

8%

33%

4%

25%

Rolniczewykorzystanie

Rekultywacja

Składowanie

Magazynowanie

Inne

Proponowane rozwiązanie: suszenie i odzysk energii w procesie współspalania

4 instalacje suszenia osadu (2 w eksploatacji, 2 w budowie) –

plany przekazania wysuszonych osadów do odzysku energii w cementowniach

Suszarnie osadów

Słoneczne, termiczne (wykorzystujące ciepło z układów kogeneracyjnych, odzysk ciepła ścieków) i hybrydowe

www.mv.old.cda.nl

Liberek i in. 2011

Odpady przemysłowe

2 główne grupy

Odpady biodegradowalne i palne do wytwarzania paliwa zastępczego lub bezpośredniego spalania z odzyskiem energii

Odpady biodegradowalne do przetwarzania tlenowego i beztlenowego

Odpady do produkcji paliw zastępczych

2 główne grupy odpadów Inne niż niebezpieczne

Niebezpieczne

Odzysk energii z odpadów – głównie w cementowniach (niebezpieczne i inne niż niebezpieczne) ew. w elektrowniach (odpady inne niż niebezpieczne) - proces R1

Cementownie – istotny element gospodarki odpadami w Polsce z uwagi na brak spalarni:

- ok. 36% energii cieplnej wytwarzanej z paliw zastępczych, - ok. 751 tys. ton paliw z odpadów spalonych w 2009 roku, głównie

RDF (19 12 10), opony, tworzywa sztuczne, drewno.

Całkowity potencjał: 1 GWh/rok

Produkcja paliwa z odpadów

(www.chemekosystem.pl)

Wymagania cementowni:

• wartość opałowa >20 MJ/kg,

• wilgotność <15%,

• zawartość chloru < 1%,

• zawartość siarki < 1,5%,

• zawartość metali ciężkich < 2.500 ppm

• zawartość popiołu < 15%

Odpady przemysłowe do fermentacji

Głównie z przemysłu spożywczego

Typowa wysoka zawartość materii organicznej, wysoka wilgotność, konsystencja ciekła lub pół-ciekła

Możliwa współfermentacja z innymi odpadami oraz

odchodami zwierzęcymi

2 biogazownie w przemyśle spożywczym (frytki i chipsy ziemniaczane), odzysk ciepła z biogazu na własne potrzeby

Całkowity potencjał energii: 68 GWh/rok

Konkurencja z produkcją pasz

Pierwsza biogazownia rolnicza na Dolnym Śląsku: Świdnica – kiszonka kukurydzy

Dwie kolejne w budowie (Żórawina i Gorzesław) oparte o odpady zwierzęce i biomasę (kukurydza),

Biogaz rolniczy: odpady i produkty uboczne

Odpady z hodowli zwierząt – odchody zwierzęce

Odpady, produkty uboczne i biomasa roślinna (z nieużytków)

Stosunkowo niska i rozproszona hodowla zwierząt, małe farmy

tylko ok. 100 farm >50 szt. bydła, całkowite liczba krów– ok. 106 tys.,

ok. 200 ferm drobiu > 10.000 sztuk (ok. 6 mln.),

trzoda chlewna – 308 tys.

Całkowity potencjał biogazu z fermentacji gnojowicy

ok. 117 mln m3/rok

Możliwy do wykorzystania potencjał energii

(ok. 20%) – 456 GWh/rok

Odpady z hodowli zwierząt

Potencjał odzysku energii z odpadów zwierzęcych

Proponowane rozwiązanie: rozwój mikrobiogazowni na bazie odpadów (moc 100 kW)

potrzeba opracowania tańszych technologii

Mikrobiogazownia rolnicza dla gosp. rolnego ok. 8 ha - Mikrobiogazownia Rolnicza KMR-7

Moc 12 – 20 kWel

Źródło: Stowarzyszenie Energii Odnawialnej

Biomasa pochodzenia rolniczego (roślinna), tys. GWh/rok

Możliwy do wykorzystania potencjał: 11 160 GWh/rok

GWh/rok

0

5

10

15

20

25

tys. GWh/rok tys. GWh/rok

Potencjalny odzysk energii Realny odzysk energii

Nieużytki

Ziemniaki

Buraki cukrowe

Kukurydza (zielonka)

Rzepak (ziarno i słoma)

Drewno

Siano

Słoma

Potencjał energetyczny odpadów Dolnego Śląska

0

500

1 000

1 500

2 000

2 500

Potencjał energetyczny odpadów

GWh/rok

Przemysłowe-palne

Osady ściekowe-biogaz

Przemysłowe-biogaz

Rolnicze (gnojowica)biogaz

Zmieszane komunalne

+ 11 160 GWh/rok biomasy odpadowej + nieużytki

Wykorzystanie potencjału odpowiada elektrowni o mocy 235 MW (8800 h/rok) ok. 4% energii pierwotnej

- ok. 60 MW energii el. i 180 MW ciepła

Obecny poziom odzysku energii w różnych regionach (kWh/mieszk.rok)

1.1% 6.0% 10.5%

74.3%

1.1% 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Nie wykorzystywany potencjał Obecnie wykorzystywany potencjał

Podsumowanie

Największe wyzwanie – gospodarka odpadami komunalnymi (poziomy redukcji składowania odpadów ulegających biodegradacji i recyklingu);

Proponowane rozwiązania: bezpośrednie spalanie, paliwa z odpadów, fermentacja metanowa frakcji ulegającej biodegradacji;

Konieczne jest też zwiększenie odzysku energii z biogazu ze składowisk;

Podsumowanie

Konieczne zwiększenie odzysku energii z komunalnych osadów ściekowych - rozwój fermentacji z ujęciem biogazu, współfermentację z odpadami komunalnymi i innymi odpadami, użycie suszonych osadów jako paliwa zastępczego

Stosunkowo niski potencjał odzysku energii z odpadów przemysł

Znaczący potencjał energii biogazu odchodów zwierzęcych i biomasy z rolnictwa

Platforma Innowacji – technologie odzysku energii z odpadów

http://apps.savonia.fi/Projects/Remowe/

Dziękuję za uwagę

dr inż. Emilia den Boer

Politechnika Wrocławska

Instytut Inżynierii Ochrony Środowiska

emilia.denboer@pwr.wroc.pl