ацетона); при бутиловом брожении из 1 т картофеля – 42 м3 водорода

(с 1 га – 1 500 м3).

Переработка 1 т стеблей сорго при ацетонобутиловом брожении дает до 30 м3 водорода, 114 кг бутанола и 40 кг ацетона, а при бутиловом брожении – 50 м3 водорода (с 1 га плантаций сахарного сорго при ацетонобутиловом брожении – 900 м3 водорода, 3,4 т бутанола и 1,2 т ацетона, при бутиловом брожении –1 500 м3 водорода).

Биогаз (смесь 55–75 % метана и 25–45 % СО2) получается путем метанового брожения биомассы (80–92 %-ной влажности). Его теплота сгорания составляет 21–29 МДж/кг (5000–7000 ккал/м3) и зависит от концентрации метана. Количество метана, в свою очередь, определяется биофизикохимическими особенностями сырья и в некоторых случаях применяемой технологией. Выход биогаза из 1 т абсолютно сухого вещества составляет, м3: 250–350 для отходов жизнедеятельности крупного рогатого скота, 400–для отходов птицеводства, 300–600 – для различных видов растений, до 600 для отходов (барды) спиртовых и ацетонобутиловых заводов.

Ведущей страной по количеству крестьянских биогазовых установок является Китай (более 10 млн установок). Здесь в год производится около 7 млрд м3 биогаза, что обеспечивает топливом около 60 млн крестьян.

Среди промышленно развитых стран наиболее широко биогаз используется в Дании, где доля биогаза составляет до 18 % общего энергобаланса страны.

С 1987 по 1995 г. в Европе построено более 150 крупных промышленных биоэнергетических станций на базе использования биогаза. В 2001 г. в мире было введено в эксплуатацию свыше 1 000 биогазовых установок и станций, из них: 45 % – в Европе, 15 % – в США и далее следуют Бразилия, Китай, Индия и другие страны.

Значительная часть производимого биогаза используется для получения электрической энергии (48–104 кВт∙ч на 1 т перерабатываемого сырья, как правило, органических отходов).

В провинции Онтарио (Канада) построен биогазовый завод по переработке 180 тыс т/год ТБО и производству 25 млн м3 /год биогаза, который конвертируется в 5,5 МВт тепловой и электрической энергии и 60 тыс т/год компоста.

7.4. Энергетическое использование твердых бытовых отходов

Большой интерес представляет использование в качестве источника энергии твердых бытовых отходов, образующихся в результате жизнедеятельности населения. Объем накопления ТБО в современном городе со-

187

ставляет от 250 до 700 кг/чел. в год. В развитых странах это значение ежегодно возрастает на 4–6 %, что превышает темпы прироста населения [2].

Существующие данные по ежегодному объему образования ТБО в мире оцениваются до 2–3 млрд т. Примерно треть из них в той или иной мере утилизируется, а остальное захоранивается или сжигается.

Сверхпроизводство мусора резко обострило проблему охраны окружающей среды от загрязнения бытовыми отходами и поставило ее в один ряд с наиболее важными проблемами современного общества.

Перспектива использования бытовых отходов в энергетических целях весьма привлекательна, так как одновременно позволяет решать проблему сохранения окружающей среды урбанизированных территорий.

Получение тепловой и электрической энергии из ТБО в основном осуществляется при их сжигании и захоронении на мусорных полигонах. По теплоте сгорания ТБО приближаются к низкокалорийным углям и могут рассматриваться как весьма распространенное, доступное, возобновляемое местное топливо, практически не требующее затрат на добычу. Из 1 т отходов может быть получено около 0,7 МВт ч электроэнергии и 2 МВт ч тепловой энергии.

Во многих странах эксплуатируются мусоросжигательные установки (инсенераторы), утилизирующие от нескольких десятков тысяч до миллиона тонн и более бытовых отходов в год.

Широкое распространение получили электростанции (США, Дания), на которых сжигаются ТБО, а также электростанции, работающие на биогазе свалок ТБО (Италия) [2].

Проблема обезвреживания и уничтожения твердых бытовых, больничных, промышленных и других видов отходов – одна из актуальных современных задач – решается во всем мире разными путями. Учитывая возможность наличия в этих отходах токсичных, бактериальных и других составляющих, повсеместно возрастают масштабы их радикального термического уничтожения.

Наиболее рациональным, в первую очередь для крупных населенных городов, является создание централизованной системы обезвреживания отходов, включающих технологические линии их термической переработки и обеспечивающих потребности территорий с большой численностью населения.

Установка производительностью 10 000 т в год спроектирована, изготовлена и поставлена в г. Челябинск. Ее основным назначением является переработка твердых бытовых отходов в смеси с низкотоксичными отходами других типов. Установка размещена на городском полигоне захоронения твердых отходов. Установка производительностью 25 000 т в год для переработки ТБО спроектирована, изготовлена и смонтирована в г. Москва.

Установка для обезвреживания и уничтожения ТБО производитель-

188

ностью 25 000 т в год наиболее подготовлена к серийному производству. Сводные экономические показатели оборудования для термической переработки отходов приведены в табл. 7.3.

Фирмой «ТЕРМОЭКОЛОГИЯ» (АО «ВНИИЭТО») разработана серия установок термической переработки отходов (табл.7.3), которые включают устройства, позволяющие осуществлять следующие основные стадии обработки отходов: сушку и частичный низкотемпературный пиролиз, горение отходов, обработку твердого остатка горения газовой фазы в барботируемой шлаковой ванне, химико-термическое обезвреживание дымовых газов, утилизацию избыточной теплоты газовой фазы, ее окончательную очистку [ 2] .

Таблица 7.3 Сводные экономические показатели оборудования

для термической переработки отходов

Однако сжигание ТБО связано с определенными трудностями из-за низких энергетических характеристик и образования опасных соединений, обладающих высокой токсичностью. Твердый остаток сжигания, расплавляясь в шлаковой ванне и подвергаясь корректировке путем введения минеральных добавок, образует нетоксичный продукт, который может быть использован в строительной промышленности.

Другим активно развивающимся направлением получения энергии из ТБО является использование биогаза, образующегося при разложении отходов, захороненных на мусорных полигонах и свалках. При разложении 1 т ТБО может образоваться 150–200 м3 биогаза, состоящего из метана (40– 60 %), углекислого газа (30–40 %) и др. Ежегодная эмиссия метана (активного парникового газа) в атмосферу со свалок мира оценивается в размере около 70 млн т (около 13 % его общего выброса). В течение многих лет эмиссия биогаза с полигона может составлять от нескольких сотен (на малых полигонах) до нескольких тысяч литров в секунду (на крупных полигонах). В зависимости от содержания метана при энергетическом исполь-

189

зовании биогаза может быть произведено примерно 4–6 кВт ч/м3 электроэнергии.

Полигоны можно считать аналогами небольших месторождений природного газа по запасам метана. Масштабы и стабильность образования, расположение на урбанизированных территориях и низкая стоимость добычи делают биогаз, получаемый на полигонах ТБО, одним из перспективных источников энергии для местных нужд. Свалочный биогаз довольно активно 1используется во многих странах для производства тепловой, электрической энергии, на транспорте, в коммунально-бытовом хозяйстве и т. д.

К производству биогаза относится также получение лендфиллгаза. В настоящее время во многих странах создаются специальные инженерно обустроенные хранилища для ТБО с целью извлечения из них биогаза, используемого для производства электрической и тепловой энергии.

В мировой практике лендфиллгаз применяется в энергооборудовании различных типов:

Количество, шт.

В местечке Мон-Сант-Гуиберт (Бельгия) работает электростанция из 13 модулей, использующая биогаз. Она перерабатывает 300 тыс т ТБО в год. Ее мощность составляет 9,5 МВт, мощность одного

модуля 700 кВт. Скорость поступления лендфиллгаза (50 % метана) 5500 м3/ч.

В США к 2002 г. эксплуатировалось 350 заводов по производству лендфиллгаза, в Европе – 750. Всего в мире их 1152 общей электрической мощностью 3929 МВт; они перерабатывают 4548 млн т отходов в год; общая скорость выделения биогаза – 1,6 млн м3 /ч.

190