Η ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΩΣ ΒΑΣΙΚΟΣ ΠΥΛΩΝΑΣ ΣΤΗ ΣΥΓΧΡΟΝΗ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ ΑΒΡΑΑΜ ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΙΔΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ-ΣΟΦΟΚΛΗΣ ΑΝΤΩΝΟΠΟΥΛΟΣ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΑΠΘ Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας & Περιβαλλοντικής Μηχανικής
Περιεχόμενα 2 τμήματα: 1. 2. Τεχνολογικές παράμετροι ενεργειακής αξιοποίησης ΑΣΑ Η ενεργειακή αξιοποίησης στη διαχείριση στερεών αποβλήτων
Εισαγωγή Τεχνολογίες θερμικής επεξεργασίας Στερεών Αποβλήτων: Καύση (δευτερευόντως) πυρόλυση και αεριοποίηση, Συν-αποτέφρωση (σε υφιστάμενες βιομηχανικές μονάδες) Αναερόβια χώνευση Νέες μέθοδοι ή τροποποιήσεις αυτών δοκιμάζονται και αναπτύσσονται συνεχώς.
Τεχνολογίες ενεργειακής αξιοποίησης Καύση: Χημική οξείδωση, δηλαδή ένωση των στοιχείων με το οξυγόνο. Κατά την καύση η καύσιμη ύλη είναι τα ίδια τα στερεά απόβλητα. Πυρόλυση: Θερμική διάσπαση των οργανικών ουσιών χωρίς (ή με ελάχιστη) παρουσία οξυγόνου. Αεριοποίηση: Θερμική διάσπαση των οργανικών ουσιών με μικρή παρουσία οξυγόνου. Κατά την Πυρόλυση και την Αεριοποίηση η καύσιμη ύλη δεν είναι τα ίδια τα στερεά απόβλητα, αλλά (α) το αέριο μίγμα που παράγεται κατά τη θερμική επεξεργασία τους και (β) το πισσώδες υπόλειμμα. Αναερόβια χώνευση: Βιολογική διάσπαση των ζυμώσιμων
Σύγκριση τεχνολογιών
Συν-αποτέφρωση Κλίβανος τσιμέντου: Καυσαέρια: 2200 1000 ºC Χρόνος παραμονής αερίων (>1000ºC): 5 sec Clinker: 1000 ºC Προβλήματα με Cl, F, Hg, Th & Cr, Zn Όρια εκπομπής: Σκόνη. Οξείδια του αζώτου. Πηγή: Αμπατζόγλου, 2004 (ημερίδα ΕΕΧ).
Ισοζύγιο μάζας και ενέργειας Στερεά Απόβλητα Καύσης: Περίπου 3-6% κ.β. αντιστοιχούν στα στερεά απόβλητα από τα συστήματα καθαρισμού των καυσαερίων (ΤΕΦΡΑ) Το υπόλοιπο αντιστοιχεί στα στερεά υπολείμματα της καύσης από τους θαλάμους καύσης και τους εναλλάκτες θερμότητας (ΣΚΩΡΙΑ). Υγρά Απόβλητα: 10% κ.ο. και 25-35% κ.β. των στερεών αποβλήτων. Τα υγρά απόβλητα, μετά από κατάλληλη επεξεργασία (εντός της μονάδας καύσης) διατίθενται σε εγκεκριμένους αποδέκτες Ενέργεια 500-600 kwh/t ΑΣΑ παραγόμενη ηλεκτρική ενέργεια, που ισοδυναμεί με 1 t λιγνίτη
Εκπομπές Ρύπων Διοξίνες: Μονάδα δυναμικότητας 1 εκ. τόνων ΑΣΑ παράγει μισό γραμμάριο Σύμφωνα με τη Eurostat οι εκπομπές είναι στο 1/5 των ορίων της ΕΕ Μονάδα αποτέφρωσης ΑΣΑ Brescia Italy
Φόρμουλα R1 Όρια R1: 0,6 για υφιστάμενες μονάδες > 0,65 για νέες μονάδες (από το 2009) > Δεν ισχύει για μονάδες ενεργειακής αξιοποίησης επικίνδυνων ρευμάτων ΑΣΑ
Αποτελέσματα ενεργειακής αξιοποίησης Ελάττωση όγκου κατά 90% Σημαντικές ποσότητες ηλεκτρικής και θερμικής ενέργειας Το 50% περίπου θεωρείται Ανανεώσιμη Ενέργεια λόγω της περιεκτικότητας σε ζυμώσιμα και χαρτί (σύμφωνα με εθνική νομοθεσία Ν. 3851/2010) τιμή πώλησης 87,85 /MWh
Ενέργεια - Περιβάλλον 1 t ΑΣΑ: αποφυγή περίπου 30 kg CH4 καθώς και πτητικών ουσιών που παράγονται στους ΧΥΤΑ (ανάκτηση σε ΧΥΤΑ μόνο το 70%) Προστασία γης: μονάδα δυναμικότητας 1 εκ. τόνων απαιτεί περίπου 100 στρέμματα με μέση διάρκεια ζωής 30 χρόνια. Η διάθεση σε ΧΥΤΑ 30 εκ. τόνων απαιτεί περίπου 300 στρέμματα
Αναερόβια χώνευση Θερμική αξιοποίηση βιοαερίου: αέριοι ρύποι από αξιοποίησή του. Σύσταση μεθανίου 61%. Αερόβια σταθεροποίηση των υπολειμμάτων κατά την αναερόβια επεξεργασία: Αέριες εκπομπές ανά kg αποικοδομημένου ποσοστού άνθρακα στα ΑΣΑ ~71%.
2ο τμήμα: Η ενεργειακή αξιοποίηση στη διαχείριση στερεών αποβλήτων
Υφιστάμενη κατάσταση Από το 1995 η συνολικά παγκόσμια δυναμικότητα των μονάδων θερμικής επεξεργασίας αυξήθηκε κατά 16 εκατομμύρια τόνους. 406 μονάδες αποτέφρωσης υφίστανται στην ΕΕ το 2010 Περίπου 54 εκ. τόνοι αποβλήτων αποτεφρώθηκαν το 2010 στην ΕΕ Στη Γερμανία, Ιταλία και Γαλλία υφίσταται το 63% των μονάδων αποτέφρωσης της ΕΕ Στη Δανία, Σουηδία και Λουξεμβούργο αποτεφρώνοννται οι περισσότερες ποσότητες αποβλήτων στην ΕΕ, 365, 226 και 240 kg/κάτοικο αντίστοιχα Εγκαταστάσεις Θερμικής Επεξεργασίας υπάρχουν σε 35 χώρες στον κόσμο, από πολύ μεγάλες (Κίνα) έως πολύ μικρές (Βερμούδες).
Υφιστάμενη κατάσταση 244 μονάδες αναερόβιας χώνευσης με συνολική δυναμικότητα 8 εκ. τόνους οργανικών περίπου 25% της βιολογικής επεξεργασίας γίνεται μέσω της αναερόβιας χώνευσης Σε Ολλανδία και Βέλγιο αναμένεται ότι το 80% των μονάδων βιολογικής επεξεργασίας θα περιλαμβάνουν αναερόβια χώνευση μέχρι το 2015.
Ενεργειακή αξιοποίηση απορριμμάτων στην ΕΕ to 2010 (kg/capita) - Eurostat 2013
Παραγωγή αποβλήτων και ενεργειακή αξιοποίηση στην ΕΕ το 2010 (kg/capita) και μονάδες αποτέφρωσης - Eurostat 2013
Κατάσταση σε Ευρωπαϊκή Ένωση Το είδος της παραγόμενης ενέργειας διαφέρει από χώρα σε χώρα και εξαρτάται από την τοπική ζήτηση και τις διαθέσιμες τεχνολογίες. Συνολικά, περίπου το 70% χρησιμοποιείται για κεντρική θέρμανση και το υπόλοιπο 30% για παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Μείωση ΑΣΑ - ανακύκλωση [Vogel]
Μείωση ΑΣΑ ανακύκλωση και ενεργειακή αξιοποίηση [Vogel]
ΚΘΔ - Κατώτερη θερμογόνος Δύναμη (MJ/kg) ΚΘΔ (MJ/kg) και ανακύκλωση 14.00 7.00 BAA Χαρτί/Χαρτόνι Πλαστικό Βαθμός εκτροπής (%) 0.00 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
Συνδυασμός ανακύκλωσης ενεργειακής αξιοποίησης
Παράλληλα πολλαπλά οφέλη Συνδυασμένη ανάπτυξη μονάδων ενεργειακής αξιοποίησης ΑΣΑ με δίκτυα τηλεθέρμανσης τηλεψύξης (π.χ. Βαρκελώνη) Αύξηση των θέσεων εργασίας Μείωση στην εισαγωγή καυσίμων και κατά συνέπεια μείωση εκπομπών αερίων θερμοκηπίου Κάλυψη φορτίων θέρμανσης και ψύξης
Περιορισμοί ενεργειακής αξιοποίησης Κόστος κατασκευής: Σχετικά υψηλότερο σε σχέση με τις άλλες τεχνολογίες Διαχείρισης Στερεών Αποβλήτων σε επίπεδο μεμονωμένης μονάδας. Στις νέες εγκαταστάσεις, 30-50% του συνολικού κόστους επένδυσης αντιστοιχεί στην τεχνολογία για την προστασία του περιβάλλοντος. ΚΘΔ > 6MJ/kg Κόστος λειτουργίας: Γενικά, οι τεχνολογίες θερμικής επεξεργασίας χαρακτηρίζονται από κόστος λειτουργίας (συνήθως) μεγαλύτερο από τις άλλες τεχνολογίες σε επίπεδο μεμονωμένης μονάδας. Το κόστος διαφέρει πολύ από μονάδα σε μονάδα. Στις σύγχρονες μονάδες, έχει μειωθεί σημαντικά και εμφανίζει συνεχείς πτωτικές τάσεις λόγω υψηλής ωρίμανσης της τεχνολογίας. Το κόστος μειώνεται δραστικά, όσο αυξάνεται η δυναμικότητα της μονάδας (ισχυρή επίδραση οικονομιών κλίμακας) απαγορευτική σε πληθυσμιακά μικρές περιοχές
Αυξημένες περιβαλλοντικές προδιαγραφές ROSTFEUERUNG ELEKTROFILTER RAUCHGASREINIGUNG DENOXANLAGE Reingas ABHITZEKESSEL Abfall Metallschrott H2O Kesselasche ABWASSERREINIGUNG Schlacke Abwasser EF-Asche Wasser basisches Prozesswasser saures Prozesswasser Filterkuchen 1896 1970 1990
Κόστη επένδυσης και λειτουργίας 60 Αρχική Δαπάνη (106 ) 0.0035x 0.83 y= 250 R2 = 0.94 20000 x 600000 200 Επίπεδο τιμών 2004 150 100 50 0 Κόστος Λειτουργίας ( /τόνο) 300 y = 755.97x -0.29 R2 = 0.83 20000 x 600000 Επίπεδο τιμών 2004 50 40 30 20 10 0 0 150.000 300.000 450.000 600.000 Δυναμικότητα (τόνοι/έτος) 0 150.000 300.000 450.000 600.000 Δυναμικότητα (τόνοι/έτος) Πηγή: Τσιλέμου και Παναγιωτακόπουλος (HELECO 2005)
Τέλος πύλης στην ΕΕ Τέλος πύλης σε χώρες της ΕΕ με ενεργειακή αξιοποίηση
Εκπομπές PCDD/F ( διοξινών ) από Αποτεφρωτήρες ΑΣΑ στην Γερμανία
Εκπομπές PCDD/F ( διοξινών ) από Αποτεφρωτήρες ΑΣΑ στην Αυστρία [Stengler, E. ] 100% 80% 60% 0,40% 1,18% 0,009% PCDD+PCDF NOX 0,04% 0% 0,19% 20% 0,07% 40% SOX Cd Hg dust Total emissions Emissions of WtE
Συμπεράσματα (1/2) Τα τυχόν μειονεκτήματά τους εστιάζονται κυρίως οικονομικές παραμέτρους και όχι στις περιβαλλοντικές. στις Υπάρχει αυξητική τάση διεθνώς στην εφαρμογή τεχνολογιών ενεργειακής αξιοποίησης με αποτέφρωση. Προς το παρόν, για σύμμεικτα Αστικά Στερεά Απόβλητα, η αποτέφρωση φαίνεται πολύ αξιόπιστη μέθοδος, ενώ η πυρόλυση και η αεριοποίηση, εμφανίζουν ευαισθησία εφαρμογής. Η πυρόλυση και αεριοποίηση έχουν πολλά υποσχόμενα αποτελέσματα σε επιλεγμένα κλάσματα των Αστικών Στερεών Αποβλήτων. Δεν αποτελούν όμως ακόμη δόκιμη και ευρέως εφαρμοσμένη τεχνολογία.
Συμπεράσματα (2/2) Αποτέφρωση και ανακύκλωση είναι σύμμαχοι και όχι αντίπαλοι. Μία σύγχρονη τάση είναι όχι η αντιπαράθεση των εναλλακτικών μεθόδων, αλλά ο συνδυασμός τους. Σημαντική παράμετρο αποτελεί η όλη ανάστροφη εφοδιαστική αλυσίδα. Η εφαρμογή της καύσης αντενδείκνυται οικονομικά για μικρές οικιστικές ενότητες. Η συναποτέφρωση αποτελεί μία δοκιμασμένη πρακτική στην Ευρώπη, αρκεί να υπάρχουν διαμορφωμένες αγορές. Σε περιαστικές-επαρχιακές ζώνες συνίσταται η εφαρμογή αναερόβιας χώνευσης λόγω της υψηλής συγκέντρωσης οργανικών.
Διάφορες μορφές εστιών καύσης σε αποτεφρωτήρες (Vehlow, J.) Παλινδρομική εσχάρα Κυλιόμενη εσχάρα Ρευστοποιημένη κλίνη ανακυκλοφορίας
Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Δρ. Ιωάννης Σοφοκλής Αντωνόπουλος Μηχανολόγος Μηχανικός Αβραάμ Καραγιαννίδης, Αναπληρωτής Καθηγητής ΑΠΘ Εργαστήριο Μετάδοσης Θερμότητας και Περιβαλλοντικής Μηχανικής Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών, Πολυτεχνική Σχολή e-mail: is.antonop@gmail.com / akarag@auth.gr http://aix.meng.auth.gr