Біогаз із звалищ

Глобальна емісія звалищного газу в атмосферу є важливим чинником зміни клімату Землі. В США набрав чинності закон, який зобов'язує обладнати всі без винятку полігони ТПВ країни системами видобутку та утилізації біогазу. Це було зроблено після того, як американські вчені довели, що звалища ТПВ є основним антропогенним джерелом метану в США.

Ще в 1987 році було визначено, що загальна емісія метану на звалищах всієї Землі становить 30-70 млн. т/р., або б-18% від його загально викиду в атмосферу. В середині 90-х років глобальна емісія звалищного метану була оцінена експертною групою Міжурядової комісії зі зміни клімату в 40 млн. т/р. Комісія включила звалищний метан до реєстру головних парникових газів планети.

Вільне поширення звалищного газу в довкіллі викликає низку негативних явищ як локального, так і глобального масштабів. Накопичення цього газу може створювати вибухо- та пожежонебезпечні умови у будівлях та спорудах, що містяться поблизу зони захоронення ТПВ. Накопичення звалищного газу в замкненому просторі небезпечне й з токсикологічної точки зору. Зареєстровано досить багато випадків отруєння при технічному обслуговуванні заглиблених інженерних комунікацій. Звалищний газ також згубно впливає на рослинний шар. Причиною пригнічення рослинного покриву, що регулярно спостерігається навколо звалищ, є накопичення біогазу в пористому шарі ґрунту. Саме це й викликає асфіксію (задихання) кореневої системи. Вільне поширення звалищного газу призводить також до забруднення атмосфери прилеглих територій токсичними та неприємними на запах сполуками.

Перелік негативних явищ, спричинених звалищний газом, свідчить про необхідність боротьби з його емісією в атмосферу. У більшості розвинених країн діють спеціальні закони, які зобов'язують власників полігонів запобігати стихійному поширенню звалищного газу. Основний метод, яким можна це здійснити, – збирання та утилізація звалищного газу.

Технології збирання / видобування біогазу на полігонах ТПВ

Найпоширеніша система збирання біогазу складається з мережі вертикальних свердловин, з'єднаних між собою горизонтальними трубами. Всередині вертикальної свердловини діаметром 0, 6-1, 2 м розміщено пластикову трубу діаметром 12-25 см, перфоровану отворами діаметром 3-6 мм. Глибина свердловини становить щонайменше 7 м і відповідає 50-90% товщини шару ТПВ. Об'єм свердловини навколо перфорованої пластикової труби заповненою гравієм або галькою. Верхня частина свердловини (приблизно 0, 5 м від верхнього краю) ущільнюється бетоном або глиною з метою запобігання притоку атмосферного повітря до свердловини та витоку біогазу в атмосферу. Радіус дії свердловини для збирання біогазу становить в середньому 30-35 м. Середня кількість свердловин – 2, 5 свердловини на 1 гектар полігону ТПВ. Залежно від місцевих умов вихід звалищного газу становить від 5-50 м3/год до 250 м3/год на одну свердловину. Спорудження газодренажної системи може здійснюватись як на всій території полігону після закінчення його експлуатації, так і на окремих його ділянках в міру заповнення.

Полігон просідає на 5-20% або навіть 30-35% його глибини, тому свердловини з'єднують з колектором за допомогою гнучкого з'єднання. Найбільш широко для збирання біогазу на полігонах ТПВ використовують поліетилен низького тиску (для наземного та підземного використання) та полівінілхлорид (для підземного використання).

 

 

Існує два основні способи використання отриманого звалищного газу: використання газу для виробництва теплоти на місці видобування або неподалік від нього та виробництво електроенергії і її продаж у мережу.

Безпосереднє використання газу а радіусі 3 км від полігону, як правило, є найбільш рентабельним способом його використання. Газ можна використати як паливо для котлів мережі централізованого теплопостачання, різноманітних промислових споживачів, що потребують технологічної теплоти та пари (виробництво цементу, скла, сушіння цегли тощо). Якщо споживачі містяться на відстані понад 3 км, рентабельність проекту забезпечити важко.

Система видобування та збирання звалищного газу на полігонах ТПВ, як правило, включає мережу вертикальних газо-дренажних свердловин, з'єднану горизонтальними газопроводами, в яких компресорна/газодувна установка створює розрідження, що необхідно для транспортування газу до місця використання. Установки утилізації монтуються на спеціально підготовленому майданчику за межами звалища.

 

 

Тільки міста України генерують близько 40 млн м3 на рік ТПВ (10 млн т/рік). Понад 90% цієї кількості збирається та вивозиться на 655 звалищ, розташованих за 10-20 км від міст. В середньому на одного мешканця України припадає 0, 8 – 1, 0 кг ТПВ на добу. Понад 500 звалищ в Україні не мають елементарних запобіжних заходів проти забруднення підземних водойм та атмосферного повітря. Близько 140 звалищ – це полігони ТПВ, що можуть вважатися придатними для видобутку та використання звалищного газу. Із 140 полігонів 90 дуже великі, на них розміщується до 30% усіх ТПВ України. Саме ці полігони є найбільш рентабельними для видобутку й використання звалищного газу. Вихід звалищного газу, придатного для збирання та використання, становить 100 м3/т ТПВ (або 5 м3/т ТПВ на рік впродовж 20 років), при вмісті метану 55% (теплотворна здатність – 19, 8 МДж/м3). Тоді, потенціал звалищного газу в Україні становить близько 400 млн м3/р., що еквівалентно близько 0, 3 млн. т у. п/р. Впровадження системи збирання та утилізації біогазу на цих 90 полігонах ТПВ приведе до зниження викидів вуглекислого газу до 3, 26 млн. т/р.

При достатньо низьких тарифах на електроенергію на внутрішньому ринку України найбільш рентабельним є використання звалищного газу для потреб промислових підприємств, розташованих безпосередньо поблизу звалища. Суттєвою передумовою є вимога рівномірного споживання газу протягом всього року. Якщо немає можливості використати біогаз у промисловості, раціональним буде виробництво та постачання електроенергії в мережу. В цьому випадку можуть бути використані електростанції на базі двигунів внутрішнього згорання українського виробництва ДП «Завод їм. Малишева», м. Харків потужністю 1 та 1, 6 МВт або АООТ «Первомайськдизельмаш», м. Первомайськ потужністю 0, 4-0, 8 МВт.

Доведено техніко-економічне обґрунтування проекту видобування та використання звалищного газу для виробництва електроенергії на Луганському полігоні ТПВ, де міститься 1, 6 млн. т ТПВ. Розглянуто два варіанти устаткування для мінї-електростанції потужністю 2 МВт, що працює на звалищному газі: із двигунами українського виробництва (ВАТ «Первомайськдизельмаш»; та з двигунами американського виробництва (Caterpillar). У розрахунках використано такі параметри: щорічний вихід звалищного газу – 5 м3/т відходів; термін експлуатації установки – 20 років. Собівартість електроенергії, виробленої міні-електростанцією з використанням звалищного газу, становить $0, 007 і $0, 016 за 1 кВт/год при використанні, відповідно, двигунів українського і іноземного виробництва, що в обох випадках нижче за оптову вартість електроенергії в Україні – $0, 021 за 1 кВт/год, за якою передбачається продаж електроенергії в мережу. Термін окупності проекту становить при цьому 2 та 4, 6 роки, відповідно.

Наведені вище економічні розрахунки не враховують потенційної можливості продажу викидів вуглекислого газу, зменшені внаслідок виконання проекту. Сьогодні з'являється реальна можливість продажу отриманого зниження викидів парникових газів, наприклад, у рамках програми Еru-PT, яку фінансує Міністерство економіки Нідерландів. Кількість знижених викидів С02 та інших парникових газів буде купуватися за ціною від 4, 5 до 9 ЕUR за 1 т за умови, що за період 2008-2012 р. це зниження становитиме не менше ніж 500 тис. т еквіваленту вуглекислого газу? Зважаючи на можливість продажу так званого гарячого повітря, економічні показники біоенергетичних проектів істотно покращаться. Наприклад, зниження емісії метану в атмосферу, досягнуте за рахунок реалізації описаного вище проекту з використання звалищного газу на Луганському полігоні ТПВ, становить на рік близько 70 тис. т еквіваленту вуглекислого газу та 350 тис. т еквіваленту вуглекислого газу за п'ять років (2008-2012 р.). При продажу гарячого повітря по 9 ЕUR за 1 т можна одержати 3150 тис. ЕUR, що в кілька разів вище за повні капітальні витрати на будівництво електростанції.

Першим кроком для поширення технологій видобування та використання звалищного газу в Україні є виконання хоча б одного демонстраційного проекту, мета якого – показати технічні можливості, економічну та екологічну доцільність використання таких технологій.

Висновки:

- нині захоронення ТПВ на звалищах та полігонах залишається основним способом їх знешкодження у більшості країн світу;

- виділення метану на звалищах оцінюється у 6-18% від його загальної емісії в атмосферу. Найефективнішим способом скорочення викидів метану з полігонів ТПВ в атмосферу є його збирання та використання;

- енергетичний потенціал звалищного газу у більшості країн становить близько 1% споживання первинних енергоносіїв;

- у більшості країн видобування та використання звалищного газу збільшується;

- проекти щодо видобування та використання звалищного газу є досить рентабельними, особливо за наявності поблизу звалища промислового споживача газу;

- впровадження технологій видобування та використання звалищного газу є дуже перспективним в Україні, як з екологічної, так і з економічної точки зору;

- доцільно фінансувати за рахунок держбюджету чи бюджету Міністерства екології хоча б один демонстраційний проект з видобування та використання звалищного газу в Україні.

 

 

1. Гелетуха Г. Г., Марценюк З. А. Обзор технологий добычи и использования биогаза на свалках и полигонах твердих бытовых отходов и перспективи их развития в Украине// «Экотехнологии и ресурсосбережение». 1999. – №4. – с. 6-14.