Биогаз из свалок. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии

 Комментарии к статье

За последние десятилетия значительно выросло количество твердых бытовых отходов (ТБО). Ежегодно в биосферу поступает примерно 400 млн. т ТБО, причем это количество ежегодно возрастает на 3-6%, что превышает скорость увеличения населения планеты. Значительное количество ТБО составляют пищевые отходы, бумага, картон, дерево. Часть органических фракций ТБО колеблется от 56% в развитых странах и до 62% в развивающихся странах.

В мировой практике существуют три основных способа утилизации ТБО:

1. Прямое сжигание на мусоросжигающих заводах.
2. Технология компостирования.
3. Захоронение на свалках и полигонах ТБО (в отличие от свалок полигоны оснащены системами изоляции грунта и системами отвода фильтрата)

В некоторых развитых странах, особенно в тех, которые имеют большую плотность населения (Швейцария, Япония и др.), ТБО и даже осадки сточных вод преимущественно сжигают.

Сжигание ТБО требует использования сложных и дорогих технологий очистки продуктов сгорания от тяжелых металлов, вредных газов. Проблема очистки дымовых газов от диоксинов до сих пор не решена ни в одной стране.

Скорее всего, компостирование еще долго не будет использоваться, поскольку не решена проблема очистки компоста от солей тяжелых металлов, миграция которых в плодородную почву недопустима.

В настоящее время во многих странах мира захоронение ТБО на специальных полигонах считается самым экономичным способом их утилизации. Количество ТБО, которые вывозят на свалки или полигоны составляет в Нидерландах 45-55%, в США - 62-85%, в Канаде - 93-96%, в России - 97%.

Добыча и утилизация биогаза с полигонов ТБО в разных странах

В ТБО без доступа кислорода образуется биогаз. Под действием бактерий часть органических веществ разлагается с образованием метана (50-70%) и углекислого газа (30-50%), смесь которых и образует биогаз, кроме того в нем в небольших количествах присутствуют азот, кислород и водород. Биогаз горючий и имеет большую теплотворную способность более 18 МДж/м3.

Наиболее экономически оправданным является сбор и утилизация биогаза на больших полигонах ТБО и свалках, где размещается более 1 млн. т отходов, слой которых превышает 10 м. Желательно, чтобы большая часть отходов имела "возраст" не более 10 лет. Территория полигона должна быть рекультивирована: перекрыта слоем грунта не менее 30-40 см.

Средний выход биогаза с такого полигона составит не менее 5 м3 на 1 т ТБО на протяжении 20 лет. Большое значение имеет часть органических веществ (строительный мусор не генерирует биогаз).

Общий потенциал биогаза в ЕС доходит до 9 млрд. м3/год, в США - до 13 млрд. м3/год. При утилизации метана со всех полигонов ТБО в США его количество составит 5% общего потребления природного газа в стране. В 1992 г. в мире эксплуатировалась 481 система сбора биогаза (175 - в странах ЕС, 264 - в Америке, по 4 в Азии и Австралии и 2 - в Африке). Но следует заметить, что в коммерческих целях было использовано примерно 25-50% биогаза, остальное сгорало в факелах.

Биогаз - один из основных парниковых газов

По степени нанесения вреда окружающей среде метан считается вторым вредным газом после углекислого газа. Концентрация метана в атмосфере растет примерно на 0,6% ежегодно и за последние два столетия удвоилась (концентрация углекислого газа растет ежегодно на 0,4%). У метана более короткий срок "жизни" в атмосфере (11 лет), в то время как у углекислого газа -120 лет. Поэтому стабилизация или уменьшение выброса метана в атмосферу приведет к быстрому положительному изменению климата.

Глобальный выброс метана в атмосферу - важный фактор изменения климата. В США введен в действие закон, который обязал оборудовать все без исключения полигоны ТБО системами добычи и утилизации биогаза. Еще в 1987 г. было определено, что общий выброс метана на свалках Земли составляет 30-70 млн. т в год или 6-18% от его общего выброса в атмосферу. Экспертная группа Межправительственной комиссии по изменению климата включила метан свалок в список главных парниковых газов планеты.

Распространение биогаза в окружающей среде вызывает цепь отрицательных явлений. Его скопление может создавать взрыво- и пожароопасные условия в домах и сооружениях, которые стоят неподалеку от свалок ТБО. Скопление биогаза в замкнутом пространстве опасно и с токсикологической стороны. Зарегистрировано много случаев отравления при техническом обслуживании углубленных инженерных коммуникаций. Биогаз также пагубно влияет на растительный слой ("задыхается" корневая система). Все это свидетельствует о необ- ходимости борьбы с его выбросами в атмосферу. Основной метод, которым это можно осуществить - сбор и утилизация биогаза.

Технологии сбора/добычи биогаза на полигонах ТБО

Самая распространенная система сбора биогаза состоит из сети вертикальных скважин, соединенных между собой горизонтальными трубами. Посредине вертикальной скважины диаметром 0,6-1,2 м установлена пластиковая труба диаметром 12-25 см, перфорированная отверстиями диаметром 3-6 мм. Глубина скважины составляет как минимум 7 м и соответствует 50-90% толщины слоя ТБО. Объем скважины вокруг перфорированной пластиковой трубы заполнен гравием или галькой. Верхняя часть скважины (приблизительно 0,5 м от верхнего края) уплотняется бетоном или глиной с целью устранения выхода биогаза в атмосферу. Радиус действия скважины в среднем 30-35 м. Среднее количество скважин - 2,5 на 1 гектар полигона. Сооружение газодренажной системы может осуществляться как на всей территории полигона после окончания его эксплуатации, так и на отдельных участках по мере заполнения. На рисунке показана принципиальная схема добычи, сбора и утилизации биогаза.

Технологии утилизации/использования биогаза

Существуют два основных способа использования биогаза: использование его для получения тепла на месте добычи и выработка электроэнергии и продажа ее в сеть. Непосредственное использование биогаза в радиусе 3 км от полигона, - как правило, наиболее рентабельный способ его использования.

Газ можно использовать как топливо для котлов сети централизованного теплоснабжения, различных промышленных потребителей (производство цемента, стекла, сушка кирпича). Если потребители находятся дальше 3 км, то рентабельность падает.

Технико-экономическое обоснование и перспективы развития технологий добычи и использования биогаза в Украине

Только города Украины генерируют ТБО около 40 млн. м3/год. Более 90% этого количества собирается и вывозится на 655 свалок, расположенных в 10-20 км от городов. Более 500 свалок в Украине не имеют элементарных средств для защиты против загрязнения подземных вод и атмосферного воздуха. Около 140 свалок - полигоны ТБО, которые могут считаться пригодными для добычи и использования биогаза. Из 140 полигонов 90 - очень большие, на них размещается 30% всех ТБО Украины. Именно эти полигоны являются наиболее рентабельными для добычи газа. Внедрение системы сбора и утилизации биогаза на этих 90 полигонах приведет к снижению выбросов углекислого газа на 3,26 млн. т в год.

При достаточно низких тарифах на электроэнергию на внутреннем рынке Украины наиболее рентабельно использовать биогаз для нужд промышленных предприятий, расположенных возле свалок. Если нет такой возможности, то рационально вырабатывать электроэнергию в сеть. В этом случае могут быть использованы электростанции на базе двигателей внутреннего сгорания украинского производства мощностью 1 и 1,6 МВт (ГП завод имени Малышева, г. Харьков) или мощностью 0,40,8 МВт (АОО Первомайскдизельмаш, г. Первомайск).

В таблице приведено технико-экономическое обоснование проекта добычи и использования биогаза для производства электроэнергии на Луганском полигоне ТБО, где находится 1,6 млн. т ТБО. Рассмотрены два варианта оборудования для мини-электростанции мощностью 2 МВт, работающей на биогазе, с двигателями производства Первомайскдизельмаш и с двигателями американского производства Caterpillar. В расчетах использованы такие параметры, как ежегодный выход биогаза 5 м3/т отходов и срок эксплуатации установки - 20 лет.

Себестоимость электроэнергии в обоих случаях ниже, чем оптовая стоимость электроэнергии в Украине (0,021 долл. за 1 кВтч).

Приведенные выше экономические расчеты не учитывают потенциальной возможности "продажи" выбросов углекислого газа, уменьшенных за счет выполнения этого проекта. Количество сниженных выбросов парниковых газов будет "покупаться" по цене от 4,5 до 9 EUR за 1 т. За счет этого экономические показатели биоэнергетических проектов могут существенно улучшиться.

Первым шагом для распространения технологий добычи и использования биогаза в Украине является выполнение хотя бы одного демонстрационного проекта, цель которого - показать технические возможности, экономическую и технологическую целесообразность использования таких технологий.

Выводы:

1. В настоящее время захоронение ТБО на свалках и полигонах остается основным способом их обезвреживания в большинстве стран мира.

2. Выделение метана на свалках оценивается в 6-18% от его общего выброса в атмосферу. Самым эффективным способом сокращения выброса метана является его сбор и использование.

3. Энергетический потенциал биогаза в большинстве стран составляет около 1% потребления энергоносителей.

4. В большинстве стран добыча и использование биогаза увеличивается.

5. Проекты добычи и использования биогаза довольно рентабельны, особенно при наличии поблизости свалки промышленного потребителя газа.

6. Внедрение технологий добычи и использования биогаза очень перспективны в Украине, как с экологической, так и с экономической точки зрения.

7. Имеет смысл финансировать за счет госбюджета или бюджета Министерства экологии хотя бы один демонстрационный проект по добыче и использованию биогаза в Украине.

Авторы: Г. Гелетуха, К. Копейкин, Институт технической теплофизики НАН Украины, НТЦ "Биомасса"

Смотрите другие статьи раздела Альтернативные источники энергии.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Робот Bean-Bot без моторов и программирования 07.09.2026

Робототехнику трудно представить без электродвигателей, аккумуляторов, датчиков и управляющего программного обеспечения. Однако исследователи Итальянского технологического института продемонстрировали, что для выполнения довольно сложных движений все эти компоненты иногда вовсе не обязательны. Созданный ими миниатюрный робот Bean-Bot способен самостоятельно прыгать, катиться, скользить, переворачиваться и преодолевать наклонные поверхности, используя энергию нагрева и особенности собственной конструкции. Идея разработки возникла благодаря необычному природному механизму. За основу специалисты взяли мексиканскую фасоль, которая способна неожиданно перемещаться из-за находящейся внутри семени личинки моли. В лаборатории биомиметической мягкой робототехники эту природную особенность переосмыслили с инженерной точки зрения. Получившийся Bean-Bot представляет собой легкую оболочку характерной формы, пружину из материала с памятью формы и несколько магнитов. Основным источником энергии ...>>

Ультраширокий монитор LG 40HT513D 07.09.2026

Компания LG Electronics презентовала свой новый профессиональный дисплей 40HT513D, сочетающий большую рабочую площадь с функциями, ориентированными специально на медицинские учреждения. Монитор оснащен 40-дюймовой изогнутой IPS Black-панелью с соотношением сторон 21:9 и разрешением 5120 x 2160 пикселей, что соответствует примерно 11 мегапикселям. Такая конфигурация позволяет разместить на одном экране несколько диагностических изображений без разделительных рамок, которые неизбежно возникают при использовании отдельных мониторов. Устройство предназначено для работы с рентгеновскими снимками, компьютерной и магнитно-резонансной томографией, а также другими медицинскими изображениями и получило разрешение Управления по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) в качестве медицинского устройства. По оценке LG, по площади рабочего пространства один 40HT513D способен заменить конфигурацию из трех 3-мегапиксельных медицинских мониторов. Для специалистов по лучевой диагностике это ...>>

Происхождение изображений ИИ становится все труднее установить 06.09.2026

Генеративный искусственный интеллект способен создавать изображения, в которых угадываются особенности определенных художественных стилей, однако установить источник конкретного визуального элемента оказывается значительно сложнее. Исследование специалистов лаборатории MIT CSAIL показывает, что по мере увеличения обучающего набора данных надежно определить, какое именно изображение повлияло на результат работы модели, становится практически невозможно. Чтобы изучить эту проблему, исследователи создали около двух десятков собственных диффузионных моделей и обучили их на наборах, содержащих от нескольких сотен до сотен тысяч изображений. В экспериментах использовались фотографии лиц, а также произведения различных художников. Независимо от размера и состава наборов данных ученые наблюдали одну закономерность: чем больше изображений использовалось для обучения, тем труднее становилось определить вклад отдельной работы в последующий результат. Это явление авторы назвали "утратой атрибуц ...>>

Случайная новость из Архива Новый рекорд в области высокотемпературной сверхпроводимости 28.12.2018 Группа ученых-физиков из Германии установила новый рекорд в области высокотемпературной сверхпроводимости. Согласно опубликованному ими отчету, созданный ими материал начинает проводить электрический ток без сопротивления уже при температуре в 250 Кельвинов (-23 градуса Цельсия). Данная работа была проведена под руководством Михаила Еремеца (Mikhail Eremets), физика из Института химии Макса Планка, на счету которого находится предыдущий подобный рекорд в 203 Кольвина (-70 градусов Цельсия), установленный в 2014 году. Сверхпроводимость, явление, обнаруженное в 1911 году, заключается в том, что материалы, имеющие ненулевое электрическое сопротивление, теряют его при охлаждении ниже некоей критической температуры. По материалу, находящемуся в состоянии сверхпроводимости, электрический ток течет совершенно свободно, что исключает потери энергии на преодоление сопротивления материала. Далеко не все материалы становятся сверхпроводниками даже при самом глубоком охлаждении. В сверхпроводящих материалах имеет место быть так называемый эффект Мейснера - полное вытеснение магнитных полей из всего объема проводника. Основной целью, к которой сейчас стремятся ученые, является поиск материалов, которые становятся сверхпроводниками при температурах выше 0 градусов Цельсия. Если эта цель будет достигнута, это произведет революцию в областях энергетики, в электродвигателях, в беспроводной передаче энергии и данных. За последние годы в этом направлении было сделано очень многое. Время от времени различные группы ученых сообщают об достигнутых ими успехах, но, как правило, созданные материалы не проходят испытания на повторяемость и воспроизводимость их свойств. Группе Михаила Еремеца удалось установить новый рекорд за счет ранних экспериментов с сульфида водорода (сероводородом), газом, который придает тухлым яйцам их характерный запах. Во время экспериментов сероводород был сжат до давления в 150 ГПа, для сравнения, давление в центре ядра Земли находится в пределах от 330 до 360 ГПа. Так как молекулы сероводорода достаточно легки, они могут колебаться с более высокими частотами, чем молекулы более тяжелых соединений. Эти и объясняется более высокотемпературная сверхпроводимость этого газообразного материала. А высокое давление необходимо для повышения плотности сероводорода, и это препятствует увеличению амплитуды колебаний каждой отдельной молекулы газообразного материала. Эксперименты с сероводородом дали ученым знания, которые они применили в следующих эксперимента, а предметом более поздних экспериментов стал гидрид лантана, находящийся под давлением около 170 ГПа. В начале этого года при помощи гидрида лантана ученые получили явление сверхпроводимости при температуре в 215 Кельвинов, а спустя всего несколько месяцев им удалось повысить критическую температуру до нынешних 250 Кельвинов.

Другие интересные новости:

▪ Скоростной интернет между Землей и Луной

▪ Компактный оптический квантовый переключатель

▪ Морская возобновляемая энергия для миллионов семей

▪ Углеродные нанотрубки против загрязнения воды микропластиком

▪ Город будущего от Toyota

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Справочные материалы. Подборка статей

▪ статья Уж коли зло пресечь, забрать все книги бы да сжечь. Крылатое выражение

▪ статья Сколько может весить самая тяжелая клетка? Подробный ответ

▪ статья Хамемелюм благородный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Эмалевая замазка. Простые рецепты и советы

▪ статья Самый простой телефон. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026