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.
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).
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.
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.
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
KOMENTARZE (0)
Do artykułu: Wykorzystanie odpadów komunalnych do produkcji biogazu