Выработка газа с одной мусорной свалки может обеспечить электричеством более 200 тыс. квартир и стать новым неисчерпаемым источником энергии. В чем подвох у свалочного газа и почему мусорные короли не торопятся добывать его с полигонов?

Бытовые отходы стали использоваться в качестве источника энергии относительно недавно. Первая экспериментальная мусорная свалка с применением специальных инженерных сооружений открылась в Калифорнии в 1937г. Исследования и применение свалочного газа в США активизировалось после принятия в 1965 г. закона об утилизации твердых отходов. Работы по утилизации свалочного газа ускорились во время нефтяного кризиса 1970-х гг. С 1980 г. правительство США начало предоставлять налоговые льготы производителям свалочного газа. Уже в 1985 г. в США работало более 30 установок, использовавших биогаз, вырабатываемый на полигонах отходов.

На данный момент США является мировым лидером по производству свалочного газа. Из 1812 полигонов, на 427 действуют проекты по выработке газа. Большее их количество сосредоточено на Среднем Западе и в Калифорнии. Количество проектов по выработке газа из американских свалок не коррелирует с числом всех свалок в стране. Район юга, лидер по количеству свалок, является отстающим среди газовых проектов. Лидирует район Среднего Запада, становой хребет тяжелой промышленности. Индустриальная развитость штатов приозерья позволила воплотить в жизнь сложные технические проекты по извлечению газа из свалок и его дальнейшего использования. Более 70% проектов в штатах запада приходятся на Калифорнию. Это не удивляет, ведь она занимает первое место по производству мусора - 36 млн. т в год.

Отходы на свалках в результате анаэробного (при отсутствием кислорода) разложения выделяют свалочный газ. Гниение мусора происходит под воздействием бактерий, принадлежащих к двум большим семействам: ацидогенов и метаногенов. Ацидогены производят первичное разложение мусора на летучие жирные кислоты, а именно из жира получается максимальный выход метана. Метаногены перерабатывают летучие жирные кислоты в метан CH₄ и диоксид углерода CO₂. В результате свалочный газ состоит из примерно 50% метана CH₄, 50% CO₂, включая небольшие примеси H₂S и других органических веществ.

Для того, чтобы получать газ из свалок, необходима специальная конструкция полигона, которая бы не только позволяла собирать газ для дальнейшего его использования, но отвечала бы экологическим нормам, не загрязняя почвы и грунтовые воды.

Дно вырытого котлована застилается геомембраной, а затем накрывается метровой толщей глины. Геомембрана представляет собой современный гидроизоляционный материал, который может также выполнять дренирующие функции. Такая защита создается для предотвращения проникновения продуктов выщелачивания в почву и грунтовые воды. Мусор вносится слоями, в конце каждого дня утрамбовывается машинами-катками и покрывается ежедневным покрытием - слоем глины толщиной 15-30 см. Это необходимо для уменьшения зловония и предотвращения рассеивание мусора под действием ветра и птиц. После заполнения котлована мусором его накрывают кровлей и защитным покрытием. Кровля состоит из уплотненной глины, более мощным слоем уложенная поверх мусора, чем ежедневное покрытие и геомембраны. Защитное покрытие представляет собой слой почвы и растительный покров.

Котлован оснащается инженерными сооружениями для отвода жидких и газообразных продуктов разложения мусора. В теле котлована закладываются скважины, трубы, устанавливается насосное оборудование. Метан, образующийся в результате разложения мусора, собирается со свалки и попадает в скруббер - газоочистительный аппарат, используемый для очистки газообразных сред от примесей в различных химико-технологических процессах. Способ очистки газа, поступающего со свалки, основан на промывке газа жидкостью, обычно водой. Данный метод позволяет удалить из газа частицы пыли и аэрозолей.

После очистки в скруббере, газ поступает на компрессор, после чего он уже может быть использован. Напрямую свалочный газ используют для получения тепла и пара, а также в качестве автомобильного топлива. Также полученный газ можно использовать в качестве топлива для производства электроэнергии. Для этого используются газотурбинные и газопоршневые установки.

При обширных возможностях использования свалочного газа и очевидных положительных сторонах его использования, этот газ также имеет ряд недостатков. Он содержит огромное количество токсичных и вредных веществ, крайне опасных для здоровья и жизни людей. Биогаз, полученный из свалок, оказывает гибельное воздействие на растительный покров вокруг полигона и на его поверхности. При отсутствии должного управления его образованием и сбором происходит разрушение тела полигона вследствие сброса давления газа внутри него. Наконец, свалочный газ является парниковым газом.

Вопросы образования свалочного газа на полигонах ТБО и минимизация его воздействия на окружающую среду являются весьма актуальными. Добыча и дальнейшее использование газа с полигонов являются наиболее приемлемыми, перспективными и обоснованными решениями с экологической и экономической точки зрения. Выработка свалочного газа требует целого комплекса дорогостоящих мероприятий по его добыче, очистке и транспортировке.

Объемы годовой газодобычи представлены в табл.1, из которой следует, что глобальная утилизация свалочного газа составляет примерно 1,2 млрд. м³ в год, что эквивалентно 429 тыс. т метана или 1% его глобальной эмиссии. Объем извлекаемого газа по сравнению с объемом его образования ничтожен. На данный момент пока рано говорить о свалочном газе, как о новом альтернативном топливе. Однако наличие колоссальных залежей мусора и совершенствование технологий добычи и очистки свалочного газа позволяет предположить, что его значение в будущем будет расти.

Автор: Любовь Мельникова, Географический факультет МГУ

1. Международное энергетическое агентство iea.org
2. worldenergyoutlook.org
3. Гонопольский А. М. К вопросу о рыночном использовании биогаза, образующегося на полигонах ТБО