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:

Токсичность интернета преувеличена 07.01.2026

Социальные сети нередко воспринимаются как арена постоянной агрессии, оскорблений и распространения фейковой информации. Новое исследование Стэнфордского университета показывает, что реальность значительно отличается от популярного представления: интернет гораздо менее токсичен, чем многие пользователи считают. Ученые опросили более тысячи американцев, попросив их оценить долю пользователей соцсетей, которые ведут себя агрессивно или распространяют ненависть. Оказалось, что впечатления людей сильно преувеличивают масштабы проблемы. Например, респонденты считали, что почти половина пользователей Reddit хотя бы раз оставляла оскорбительные комментарии, тогда как фактические данные платформы показывают, что таких людей не более 3%. Аналогичная ситуация наблюдается с дезинформацией. Опрос показал, что большинство участников считали почти половину аудитории Facebook распространителями фейковых новостей, однако статистика говорит об обратном: фактическая доля таких пользователей состав ...>>

Процессоры Ryzen AI 400 07.01.2026

Современные вычисления все больше ориентируются на интеграцию искусственного интеллекта и высокую производительность в компактных устройствах, таких как ноутбуки и мини-ПК. Новая линейка процессоров AMD Ryzen AI 400 демонстрирует, как разработчики объединяют мощные центральные ядра, графику и нейросетевые ускорители в одном чипе, чтобы удовлетворять растущие потребности пользователей в играх, контенте и ИИ-приложениях. AMD представила процессоры серии Gorgon Point, которые включают до 12 ядер Zen 5 и до 24 потоков вычислений. Чипы поддерживают интегрированную графику RDNA 3.5, обеспечивают максимальную тактовую частоту до 5,2 ГГц и имеют энергопотребление от 15 Вт до 54 Вт. Особое внимание уделено NPU, способному обрабатывать до 60 триллионов операций в секунду (TOPS), что делает эти процессоры эффективными для задач с искусственным интеллектом. Конструкция Ryzen AI 400 сочетает ядра Zen 5 и Zen 5c, обеспечивая высокую гибкость и производительность. Несмотря на то, что архитектур ...>>

Женщины лучше распознают признаки болезни по лицу 06.01.2026

Способность распознавать, что кто-то нездоров, часто проявляется интуитивно: бледная кожа, опущенные веки, уставшее выражение лица могут сигнализировать о недомогании. Новое исследование международной группы ученых показало, что женщины в среднем точнее мужчин улавливают такие тонкие невербальные признаки болезни, что может иметь эволюционные и социальные объяснения. В отличие от предыдущих работ, где использовались отредактированные фотографии или имитация больных лиц, ученые решили проверить, насколько люди способны распознавать естественные признаки недомогания. Такой подход позволил оценить реальную чувствительность к изменениям в лицах, возникающим при болезни. В исследовании приняли участие 280 студентов, поровну мужчин и женщин. Участникам предложили оценить 24 фотографии, на которых изображены люди как в здоровом состоянии, так и во время болезни. Это дало возможность сравнить восприятие естественных признаков недомогания в реальных лицах. Для анализа состояния каждого ...>>

Случайная новость из Архива Опиоидное обезболивающее без побочных эффектов 07.03.2017 Опиоидные препараты действуют как мощное обезболивающее, но обладают рядом побочных эффектов и могут вызвать зависимость. Но теперь эта проблема решена: немецкие ученые создали препарат, эффективно справляющийся с болью и совершенно не оказывающий на пациента негативного воздействия. Препараты на основе опиатов обладают большим количеством недостатков. Они часто приносят пациенту как незначительный дискомфорт, вроде кишечной непроходимости, так и серьезную опасность для жизни, такую как респираторный дистресс-синдром. Но отказаться от опиатов современная медицина не может: они крайне эффективно справляются с болью. К сожалению, до сих пор ученым не удавалось сделать так, чтобы опиоидные препараты приносили одну лишь пользу. Но эта проблема в прошлом. Исследователи разработали новый тип опиоидов, которые избирательно воздействуют только на воспаленные ткани. Теоретически, такой препарат не только облегчит боль, но также не вызовет побочных эффектов и зависимости. Изобретение уже было опробовано на крысах, и результат был сугубо положительный, так что в ближайшем будущем новый препарат может стать настоящей панацеей от различных видов боли. Опиоиды воздействуют на специальные рецепторы, расположенные по всему телу человека. Молекулы вещества совместимы с ними как ключ с замком, и при их взаимодействии происходит выброс дофамина в кровь, который и подавляет болевые ощущения. Это отлично подходит для воспаленных областей, но для здоровых тканей польза весьма сомнительна. Когда опиоиды прикрепляются к рецепторам в головном мозге, то могут взаимодействовать с нервами, контролирующими частоту дыхания человека, замедляя его до опасно низкого уровня. В желудочно-кишечном тракте опиоиды также могут негативно воздействовать на нервную систему, вызывая кишечную непроходимость (проще говоря, запор). Помимо всего перечисленного, высвобождение домафина вызывает эйфорию и релаксацию, что в дальнейшем может с высокой вероятностью спровоцировать зависимость от препаратов. Но что, если создать такое обезболивающее, которое будет избирательно взаимодействовать с опиоидными рецепторами лишь в поврежденных тканях? Чтобы выяснить это, группа исследователей в первую очередь проанализировала то, что отличает воспаленные ткани от здоровых с точки зрения кислотности среды. Оказалось, что кислотность поврежденных областей намного выше, чем здоровых, а значит дело было за малым: лабораторным путем были получены опиоиды, связывающиеся с рецепторами только в условиях повышенной килостности. Кристоф Штайн, профессор кафедры анестезиологии и интенсивной терапии при Свободном университете Берлина и соавтор статьи уверяет, что подобные меры устраняют риск возникновения побочных эффектов и зависимости - опиоиды попросту не связываются с рецепторами ни в ЖКТ, ни в головном мозге. Результаты исследования его команды опубликованы на днях в журнале Science. Новый препарат называется NFEPP, и его испытания на крысах прошли с положительным результатом: грызуны переставали чувствовать боль без какого-либо респираторного или желудочного дискомфорта. Даже после того, как нескольких крыс длительное время держали на опиоидах, после резкой отмены дозы те никак не отреагировали на этот факт, хотя обычно опиоидная зависимость у крыс развивается примерно так же, как и у людей. Что касается эффективности, то новый препарат и старое, давно проверенное на практике средство "фентанил" оказались одинаково действенными. Следующим шагом, по словам Штайна, станет испытание препарата на людях. К сожалению, здесь в дело вступает бюрократическая волокита, так что ученым повезет, если все необходимые разрешения они получат в течение хотя бы нескольких ближайших месяцев. Если их работа увенчается успехом, то это может стать настоящей революцией в сфере обезболивающих препаратов.

Другие интересные новости:

▪ Электрический самолет Elysian Elysian E9X

▪ Новые OLED-дисплеи можно складывать более 100000 раз

▪ Электрическая стимуляция мозга повысит силу воли

▪ Мозг женщин стареет медленнее

▪ Магнитное поле улучшает мышцы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Искусство аудио. Подборка статей

▪ статья Сюжет для небольшого рассказ. Крылатое выражение

▪ статья Что измеряют по шкале Рихтера? Подробный ответ

▪ статья Захватный узел. Советы туристу

▪ статья Термометр-приставка к цифровому мультиметру. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Подавление помех на ЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026