Wykorzystanie odpadów komunalnych do produkcji biogazu

Wykorzystanie odpadów komunalnych do produkcji biogazu
Fot. Adobe Stock. Data dodania: 20 września 2022

Wytwarzane w coraz większych ilościach odpady komunalne stanowią problem zarówno natury środowiskowej, jak i ekonomicznej. Dotychczasowe metody postępowania z odpadami umożliwiają przetworzenie tylko niewielkiej ich części.

Dyrektywy Europejskie skoncentrowane są na zapobieganiu negatywnemu wpływowi powstawania odpadów, gospodarowaniu nimi oraz ochronie zasobów naturalnych. Dąży się do ograniczania wytwarzania odpadów oraz odzysku substancji w nich zawartych.

Ustawodawstwo

Zgodnie z dyrektywami europejskimi należy dążyć do: ograniczania produkowanych odpadów komunalnych oraz organizowania systemu ich zbierania i zagospodarowania (2008/98/WE), ograniczania biodegradowalnych kierowanych na składowiska (1999/31/WE) oraz zwiększania odzysku i recyklingu opakowaniowych (94/62/WE). Implementację dokumentów europejskich stanowią m.in. ustawy:

1. O utrzymaniu czystości i porządku w gminach [1], nakładająca obowiązek:
  • zmniejszenia ilości odpadów komunalnych ulegających biodegradacji kierowanych do składowania,
  • ustanowienia selektywnej zbiórki co najmniej frakcji: papieru, metali, tworzyw sztucznych, szkła i opakowań wielomateriałowych oraz odpadów biodegradowalnych (w tym opakowaniowych).
Istotnym zapisem jest selektywna zbiórka "u źródła", a tym samym zapewnienie warunków zmniejszenia ilości (w tym odpadów biodegradowalnych kierowanych na składowisko).

2. O odpadach [2], wprowadzająca m.in. hierarchię sposobów postępowania z odpadami oraz kładąca nacisk na zapobieganie powstawania odpadów, ograniczanie ich wytwarzania, zmniejszanie oddziaływania na środowisko oraz przygotowanie materiałów do ponownego użycia i wykorzystania. Ustawa definiuje:
  • odpady jako substancje lub przedmioty, których posiadacz pozbywa się, zamierza się pozbyć lub których pozbycia się jest obowiązany,
  • odpady komunalne j ako odpady powstaj ące w gospodarstwach domowych, z wyłączeniem pojazdów wycofanych z eksploatacji, a także odpady niezawierające odpadów niebezpiecznych pochodzące od innych wytwórców, które ze względu na charakter lub skład są podobne do odpadów powstających w gospodarstwach domowych,
  • odpady ulegające biodegradacji jako odpady, które ulegają rozkładowi tlenowemu lub beztlenowemu przy udziale mikroorganizmów,
  • bioodpady jako ulegające biodegradacji odpady z ogrodów i parków, spożywcze i kuchenne z gospodarstw domowych, gastronomii, zakładów zbiorowego żywienia, jednostek handlu detalicznego, a także porównywalne z zakładów produkujących lub wprowadzających do obrotu żywność.
W myśl ustawy [2] gospodarowanie odpadami oznacza: zbieranie, transport, odzysk oraz unieszkodliwianie, wraz z nadzorem oraz późniejszym sposobem postepowania z miejscami unieszkodliwiania. Według hierarchii określonej ustawą, wszystkie odpady, których powstania nie udało się uniknąć, należy poddać odzyskowi, czyli przygotować je do ponownego użycia lub poddać recyklingowi.

3. Prawo ochrony środowiska [3], określająca zasady ochrony środowiska oraz warunki korzystania z jego zasobów, z uwzględnieniem wymagań zrównoważonego rozwoju, w działalności związanej m.in. z gospodarowaniem odpadami,

4. Krajowy plan gospodarki odpadami [4], określający zakres działań niezbędnych dla zapewnienia zintegrowanej gospodarki odpadami w Polsce oraz politykę gospodarowania odpadami.

System gospodarowania

Ilość odpadów jest uzależniona od demografii, poziomu życia oraz świadomości ekologicznej. Skład morfologiczny zaś od miejsca powstawania (małe/ duże miasto, tereny wiejskie oraz obiekty infrastruktury) oraz od zamożności mieszkańców. W 2014 r. łączna ilość odpadów w krajach UE-28 przekroczyła 2 598 mln ton [5]. Spośród generujących największe ilości odpadów czołowe miejsca zajmują: Niemcy, Francja, Rumunia i Stany Zjednoczone. W ogólnej puli odpadów wytworzonych w krajach UE komunalne stanowiły ok. 248 mln ton [6]. W Polsce w 2015 r. wytworzono 142 mln ton odpadów, z czego komunalne stanowiły 11,4% [7]. Gospodarowanie odpadami komunalnymi polega na zbiórce: odpadów zmieszanych; selektywnej surowców wtórnych (szkło, papier i tektura, tworzywa sztuczne, metale, bioodpady, tekstylia); selektywnej odpadów niebezpiecznych oraz wielkogabarytowych; zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego.

Selektywne zbieranie odpadów komunalnych polega na wydzielaniu strumieni odpadów o takich samych właściwościach i charakterze (np. papier, szkło, odpady "zielone") i ma na celu ułatwienie ich przetworzenia lub unieszkodliwienia. Wśród frakcji zebranych selektywnie w 2015 r. frakcja biodegradowalna (m.in. owoców/warzyw czy pochodzenia zwierzęcego) stanowiła ok. 26% [7]. Zebrane selektywnie odpady, tj.: szkło, papier i tektura, metale oraz tworzywa sztuczne, poddawane są recyklingowi lub przygotowywane do ponownego użycia. Oddzielne są zbiórki odpadów ze zużytych pojazdów mechanicznych, sprzętu elektrycznego i elektronicznego. Taki sposób gospodarowania wpływa na zmniejszenie ilości trafiającej na składowiska oraz wskaźniki recyklingu i odzysku energii. Zebrane w formie zmieszanej (>75% [7]) kierowane są do instalacji odzysku i unieszkodliwiania. W Polsce najczęściej wykorzystywana jest metoda mechaniczno- biologicznego przetwarzania (MBP), w której odpady są np. rozdrabniane, przesiewane, sortowane, a następnie rozdzielane na frakcje dające się w całości lub w części wykorzystać materiałowo (surowce wtórne) lub energetycznie (paliwo stałe) oraz na frakcję ulegającą biodegradacji. Frakcja ta kierowana jest do przetwarzania biologicznego w warunkach tlenowych (stabilizacja/ kompostowanie) lub beztlenowych (stabilizacja/fermentacja metanowa) z udziałem mikroorganizmów. Przetwarzanie biologiczne wykorzystywane jest zarówno do wyodrębnionej mechanicznie ze strumienia zmieszanych frakcji biodegradowalnej (w MBP), jak i do selektywnie zebranych bioodpadów.

Wobec wymogu zmniejszania ilości odpadów kierowanych na składowiska, ilość tych utylizowanych termicznie wzrasta. W 2015 r. z ogólnej ilości odpadów komunalnych składowano 44%, pozostałą część kierowano do odzysku, z wykorzystaniem: recyklingu (26%), unieszkodliwienia termicznego w spalarniach (13%) lub biologicznego (16%) [6].

Wg projektu nowych wymogów UE w obszarze gospodarowania odpadami komunalnymi [9,10] proponowane jest zwiększanie ilości ponownego wykorzystania i recyklingu oraz zwiększanie poziomu recyklingu opakowaniowych.

Biogaz z odpadów

Bioodpady i organiczne frakcje odpadów komunalnych stanowią wartościowe źródła substratów do energetycznego przetwarzania. Od właściwie zorganizowanej zbiórki uzależniona jest jakość i jednorodność strumieni odpadów, wpływająca na ich przydatność do odzysku. Selektywne zbieranie pozwala na uzyskanie odpadów o wyższej jakości oraz o mniejszej zawartości innych frakcji, nieulegających biodegradacji w porównaniu z frakcją biodegradowalną wydzieloną mechanicznie ze strumienia odpadów. Doświadczenia państw europejskich o wysokiej świadomości społecznej wykazują, że możliwa jest segregacja wstępna, tzw. "u źródła", a wówczas pozyskane z gospodarstw domowych odpady stanowić mogą ważne źródło biomasy np. dla biogazowni.

Jest wiele metod konwersji biomasy odpadowej, różniących się sposobem przetwarzania. Wśród metod termicznych wyróżnia się: spalanie, zgazowanie, upłynnianie czy pirolizę; natomiast wśród biologicznych np.: fermentację alkoholową lub metanową. O wyborze konkretnej metody decyduje: rodzaj i ilość biomasy, forma energii, jaka ma być uzyskana, standardy środowiskowe oraz koszty inwestycyjne i eksploatacyjne realizacji przedsięwzięcia. Jedną z metod mogącą być wykorzystaną do szerokiego rodzaju odpadów (np. bioodpadów segregowanych u źródła, odpadów "zielonych", ulegającej biodegradacji frakcji wyodrębnionej ze strumienia zmieszanych odpadów komunalnych) jest fermentacja metanowa, w której wyniku powstaje biopaliwo gazowe - biogaz. Proces produkcji biogazu z biodegradowalnej frakcji odpadów komunalnych przebiega w sposób analogiczny, jak w przypadku fermentacji beztlenowej osadów ściekowych, ścieków lub odpadów pochodzących z rolnictwa. Jedynie budowa reaktorów i dobór urządzeń peryferyjnych powinny uwzględniać wymagania specyficznego substratu, jakim są np. zmieszane odpady komunalne.

W zależności od ilości i właściwości fizykochemicznych substratu projektowane są urządzenia procesowo-techniczne instalacji biogazu (ilość, pojemność i rodzaj zbiorników, rodzaj technologii). Typowa biogazownia składa się z urządzeń i obiektów do przechowywania, przygotowywania i dozowania substratu, fermentorów oraz zbiorników magazynowych i pozostałości. W każdej biogazowni, bez względu na rodzaj substratu wyróżnia się cztery główne, uzależnione od siebie etapy procesu technologicznego:
  • obróbka wstępna;
  • wytwarzanie biogazu;
  • zagospodarowanie odpadów;
  • przechowywanie, uszlachetnianie i wykorzystanie biogazu.
Z uwagi na różnorodność organicznych odpadów komunalnych (szczególnie zmieszanych), wskazane jest, aby instalacja była powiększona o moduły technologiczne wstępnego przetwarzania. Celem obróbki wstępnej jest usunięcie składników nieulegających biodegradacji oraz dostosowanie wsadu do wymagań technologicznych instalacji.

Uzyskany biogaz (metan i ditlenek węgla) może być wykorzystany do wytwarzania energii cieplnej lub elektrycznej lub do skojarzonej produkcji energii w systemach kogeneracyjnych [11, 12]. Zaś po oczyszczeniu do biometanu wtłoczony do sieci dystrybucyjnej gazu ziemnego lub stosowany jako paliwo silnikowe [13, 14, 15]. Stopień oczyszczenia biogazu uzależniony jest od przeznaczenia. Do produkcji ciepła, chłodu i energii elektrycznej konieczne jest usunięcie siarkowodoru oraz wilgoci, dla transportu lub do sieci gazu ziemnego wymagane jest usunięcia ditlenku węgla [16].

Bibliografia

> Ustawa z 1 lipca 2011r. o zmianie ustawy o utrzymaniu czystości i porządku w gminach oraz niektórych innych ustaw (Dz.U. 2011 r. nr 152, poz. 897)
> Ustawa z 14 grudnia 2012 r. o odpadach (Dz.U. 2016 r. nr 0, poz. 1987)
> Ustawa z 27 kwietnia 2001r. - Prawo ochrony środowiska (Dz.U. 2016 r. nr 0 poz. 672)
> Krajowy Plan Gospodarki Odpadami 2022, Załącznik do Uchwały nr 88 Rady Ministrów 1 lipca 2016 r. (poz. 784)
> Eurostat
> Rocznik Statystyczny Rzeczpospolitej Polskiej 2016. Główny Urząd Statystyczny, Warszawa 2016 r.
> Ochrona środowiska 2016. Raport Głównego Urzędu Statystycznego, Departamentu Badań Regionalnych i Środowiska, Warszawa 2016 r.
> Zintegrowany system gospodarki odpadami komunalnymi w m.st. Warszawie, prezentacja dostępna http://slideplayer.pl/slide/61565/
> Komunikat Komisji do Parlamentu Europejskiego, Rady, Europejskiego Komitetu Ekonomiczno-Społecznego i Komitetu Regionów "Ku gospodarce o obiegu zamkniętym: program "zero odpadów" dla Europy" COM (2014)
> Projekt Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady zmieniającej dyrektywy: w sprawie odpadów, w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych, w sprawie składowania odpadów, w sprawie pojazdów wycofanych z eksploatacji, w sprawie baterii i akumulatorów oraz zużytych baterii i akumulatorów, w sprawie zużytego sprzętu elektrycznego i elektronicznego COM (2014)
> Holm-Nielsen J.B., Seadi T.A., Oleskowicz-Popiel P.: The future of anaerobic digestion and biogas utilization. Bioresource Technology, 100 (2009), 5478-5484.
> Dong L., Liu H., Riffat S.: Development of small-scale and micro-scale biomass-fuelled CHP systems - a literature review. Applied Thermal Engineering Journal, 29 (2009), 2119-2126.
> Ray N.H.S., Mohanty M.K., Mohanty R.C.: Biogas as Alternate Fuel in Diesel Engines: A Literature Review. Journal of Mechanical and Civil Engineering, 9 (2013), 23-28.
> Wojciechowski A., Chłopek Z., Gis W., Krupiński M., Menes E., Merkisz J., Waśkiewicz J., Żółtowski A.: Alternative Powertrains City Busse. International Conference on Electric Vehicles. Warsaw University of Technology, 2010.
> Gis W., Kulczycki A.: Biogas as a locally produced energy source for local automotive transport and local energy networks. Combustion Engines, 1 (2012), 92-95.
> Prajapati H.N., Patel T.M., Rathod G.P.: Performance analysis of biogas premixed charge diesel dual fuelled engine. Journal of Mechanical and Civil Engineering, 11 (2014), 08-12
×

DALSZA CZĘŚĆ ARTYKUŁU JEST DOSTĘPNA DLA SUBSKRYBENTÓW STREFY PREMIUM PORTALU WNP.PL

lub poznaj nasze plany abonamentowe i wybierz odpowiedni dla siebie. Nie masz konta? Kliknij i załóż konto!

SŁOWA KLUCZOWE I ALERTY

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu

Podaj poprawny adres e-mail
W związku z bezpłatną subskrypcją zgadzam się na otrzymywanie na podany adres email informacji handlowych.
Informujemy, że dane przekazane w związku z zamówieniem newslettera będą przetwarzane zgodnie z Polityką Prywatności PTWP Online Sp. z o.o.

Usługa zostanie uruchomiania po kliknięciu w link aktywacyjny przesłany na podany adres email.

W każdej chwili możesz zrezygnować z otrzymywania newslettera i innych informacji.
Musisz zaznaczyć wymaganą zgodę

KOMENTARZE (0)

Do artykułu: Wykorzystanie odpadów komunalnych do produkcji biogazu

NEWSLETTER

Zamów newsletter z najciekawszymi i najlepszymi tekstami portalu.

Polityka prywatności portali Grupy PTWP

Logowanie

Dla subskrybentów naszych usług (Strefa Premium, newslettery) oraz uczestników konferencji ogranizowanych przez Grupę PTWP

Nie pamiętasz hasła?

Nie masz jeszcze konta? Kliknij i zarejestruj się teraz!