Енергија из отпада – депонијски гас

Технолошки напредак чији смо сведоци изнедрио је потрошачко друштво у коме је свакодневно доступан велики избор производа по све приступачнијој цени. Иако се константно ради на побољшању квалитета производа, делује као да је уједно циљ смањивање животног века истих. Последица тога је да је количина отпада по човеку већа него икада пре.

Шта се дешава са свим тим отпадом?

У законској регулативи већине земаља, па и наше, примењује се хијерархија управљања отпадом која представља редослед приоритета у пракси управљања отпадом. Хијерархија налаже да се разматрају опције при третирању отпада следећим редоследом: спречавање настанка отпада (превенција), смањење отпада на извору његовог настанка, поновна употреба, рециклирање, третман отпада (физички и биолошки, или неки вид деструкције у циљу добијања енергије) и на самом крају одлагање отпада (депоније). Циљ је максимално смањити количину депонованог отпада, па се одлагању прибегава само уколико није могућа ниједна друга опција.

Зашто је депоновање непожељно?

Када се отпад одложи на депонију, започиње дуготрајан процес разлагања оног његовог дела који је биоразградив уз помоћ бактерија које могу бити аеробне (опстају само у присуству кисеоника) и анаеробне (није им потребан кисеоник за опстанак, чак неке врсте изумиру у кисеоничним условима). У почетку је присутна одређена количина кисеоника коју троше аеробне бактерије за разградњу отпада, при чему се као продукт тог процеса издваја у највећој мери угљен-диоксид. После одређеног времена наступају услови у којима аеробне бактерије не могу опстати па их замењују анаеробне које метаболичким процесима без присуства кисеоника разграђују отпад, при чему се издваја метан. Депонијски гас садржи у просеку од 45% до 60% метана и од 40% до 60% угљен-диоксида. Међусобни однос ових гасова зависи од временског трајања аеробних услова. У знатно мањим количинама као продукт дезинтеграције отпада могу настати и следећи гасови: азот, кисеоник, амонијак, сулфиди, водоник, угљен-моноксид и неметанска органска једињења као што су трихлоретилен, бензен и винил-хлорид. У ретким ситуацијама присуство неких супстанци у отпаду може условити да њиховим испаравањем или реакцијом са другим супстанцама настане неки од наведених гасова.

Угљен-диоксид и метан су гасови стаклене баште и представљају продукт природних процеса па је њихово присуство у одређеној концентрацији пожељно и неопходно јер омогућава акумулацију топлоте у атмосфери. Проблем настаје када, услед многих антропогених активности укључујући депоновање, дође до значајног пораста концентрације ових гасова при чему се акумулира претерана количина топлоте што има за последицу пораст температуре на глобалном нивоу и топљење ледника. Треба напоменути и то да се у околностима повећане концентрације угљен-диоксида овај гас у већој мери раствара у океанима чиме се они ацидификују (закишељавају) и тиме директно угрожава флора и фауна у њима. Поред тога, метан може бити токсичан у већим концентрацијама па због свега наведеног депоније представљају велики еколошки проблем.

Настајање ових, нимало безазлених, гасова не може се спречити јер депоније неће нестати. Напротив, биће их све више и једини начин да се анулира штетан утицај депонијских гасова јесте да се они складиште како се не би емитовали у атмосферу, а затим користе као извор енергије. Тиме су и природа и човек на добитку!

Енергија из отпада добија се са оних депонија чији су услови адаптирани тако да се производња депонијског гаса интензивира. Познато је да висока температура, влага, присуство кисеоника, што “млађи” органски отпад и већа количина истог утичу повољно на стварање угљен-диоксида и метана, па је пожељно обезбедити наведене услове. За сваку депонију се према саставу, количини отпада и климатским условима на терену прорачунавају оптимални услови тј. температура и потребна количина влаге за максималну активност бактерија. Отпад се складишти у земљишном удубљењу и прекрива дебелим слојем материјала како би се смањила могућност емитовања гасова у атмосферу. Димензије удубљења су такође нешто што се мора пажљиво прорачунати у зависноти од терена на коме се депонија налази и количине отпада који ће се ту одлагати.

Кроз систем хоризонталних и вертикалних цеви које се налазе унутар отпада, вакуумом се извлаче гасови који су продукт метаболичких процеса бактерија што је приказано на слици испод. Након тога се помоћу система цеви изнад површине земље ови гасови сакупљају у гасни колектор.

Гасови се затим одводе на примарни третман који подразумева неколико уређаја у којима се врши пречишћавање депонијског гаса од заосталих честица земљишта и влаге, и даље транспортовање гаса пумпом. Секундарни третман се састоји од низа поступака који додатно уклањају влагу (уколико је неопходно), хладе гас, компримују (сабијају) га и уклањају специфичне гасове присутне у мањој концентрацији као што су азот, кисеоник, амонијак, водоник, угљен-моноксид, сулфиди и неметанска органска једињења. Који ће се поступци одвијати у овом делу процеса зависи од намене и састава депонијског гаса.

Депонијски гас се најчешће користи за добијање електричне енергије. За велике количине отпада користе се турбине, док се за мање запремине гаса користе микротурбине, горивне ћелије или клипни мотори са унутрашњим сагоревањем. Депонијски гас се у сваком од наведених уређаја користи као гориво чијим сагоревањем се ослобађа топлота. Енергија топлоте се преноси на флуид који под притиском покреће лопатице унутар уређаја чиме се добија механичка енергија која се затим конвертује (претвара) у електричну енергију у генератору. Систем овог типа може бити директно повезан на електричну мрежу чиме се више потрошача снабдева енергијом или се може направити за потребе појединачног домаћинства.

Поред производње електричне енергије, гас из отпада се у домаћинству употребљава за покретање машина и производњу топлотне енергије у котловима и пећима.

Депонијски гас се може користити и у тригенеративном процесу који представља систем повезаних уређаја у којима се уз помоћ гаса као јединог горива истовремено добијају три облика енергије: електрична, топлотна и расхладна. Комбинације уређаја могу бити различите, једна од могућих опција је да се помоћу гасног мотора и генератора производи електрична енергија, а истовремено у размењивачу топлоте користе издувни гасови и вода која хлади загрејани гасни мотор за добијање топлотне енергије. Са ова два уређаја везује се и расхладни уређај.

Уколико се индустријски отпад складишти на депонију близу неког фабричког постројења, депонијски гас који настаје од отпада из саме фабрике може се искористити у процесима унутар самог постројења као гориво – трошкови ће бити мањи, а ваздух чистији.

Додатним пречишћавањем којим се смањује удео угљен-диоксида, азота и водоника, а удео метана повећава и до 70%, добија се биогас који представља исплативо гориво велике енергетске вредности. Утврђено је да 1 m³ биогаса садржи исту количину енергије као 0,65 m³ природног гаса, при чему се сагоревањем овог горива метан преводи у угљен-диоксид чиме се директно смањује негативан утицај на ефекат стаклене баште јер метан има негативнији утицај на поменути проблем, па је повећање концентрације овог гаса мање пожељно.

Оквирним прорачунима дошло се до података да је за добијање 1 kWh струје и 1,24 kWh топлоте потребно око 5-7 kg биолошког отпада који углавном подразумева продукт варења преживара, 5-15 kg смећа тј. мешовитог отпада, 8-12 kg различитог органског отпада (претежно остатака хране у чврстом и течном облику) или 4-7 m³ комуналних отпадних вода. 

Запитајмо се – колико смо енергије бацили само током овог месеца?

Извор: Бранимир Н. Гргур – „Алтернативни извори енергије”