Топливо из отходов ( RDF ) — это топливо, производимое из различных видов отходов, таких как твердые бытовые отходы (ТБО), промышленные отходы или коммерческие отходы.
Всемирный совет предпринимателей по устойчивому развитию дает следующее определение:
«Отдельные отходы и побочные продукты с извлекаемой теплотворной способностью могут использоваться в качестве топлива в цементной печи , заменяя часть обычного ископаемого топлива , такого как уголь, если они соответствуют строгим спецификациям. Иногда их можно использовать только после предварительной обработки, чтобы обеспечить «специальное» топливо для процесса производства цемента».
RDF в основном состоит из горючих компонентов таких отходов, как неперерабатываемые пластмассы (не включая ПВХ ), бумага, картон, этикетки и другие гофрированные материалы. Эти фракции разделяются с помощью различных этапов обработки, таких как просеивание, воздушная классификация, баллистическая сепарация, разделение черных и цветных металлов, стекла, камней и других посторонних материалов и измельчение до однородного размера зерна, или также гранулируются для получения однородного материала, который может использоваться в качестве замены ископаемого топлива, например, на цементных заводах, известковых заводах, угольных электростанциях или в качестве восстановителя в сталеплавильных печах. Если документировано в соответствии с CEN/TC 343, его можно маркировать как твердое восстановленное топливо (SRF). [1]
Другие описывают свойства, такие как:
Не существует универсальной точной классификации или спецификации, которая используется для таких материалов. Даже законодательные органы еще не установили точных руководящих принципов относительно типа и состава альтернативных видов топлива. Первые подходы к классификации или спецификации можно найти в Германии (Bundesgütegemeinschaft für Sekundärbrennstoffe), а также на европейском уровне (European Recovered Fuel Organisation). Эти подходы, которые инициированы в первую очередь производителями альтернативных видов топлива, следуют правильному подходу: только посредством точно определенной стандартизации в составе таких материалов и производство, и использование могут быть единообразными во всем мире.
Первые подходы к классификации альтернативного топлива:
Твердые восстановленные виды топлива являются частью RDF, поскольку они производятся в соответствии со стандартом, таким как CEN/343 ANAS. [2] Теперь доступен всесторонний обзор по производству SRF/RDF, стандартам качества и термическому восстановлению, включая статистику по европейскому качеству SRF. [3]
В 1950-х годах шины впервые были использованы в качестве топлива из отходов в цементной промышленности. Затем, в середине 1980-х годов, последовало непрерывное использование различных альтернативных видов топлива из отходов с «Brennstoff aus Müll» (BRAM) – топливо из отходов – в вестфальской цементной промышленности в Германии.
В то время приоритетной была идея снижения затрат за счет замены ископаемого топлива, поскольку на отрасль оказывалось значительное конкурентное давление. С восьмидесятых годов Ассоциация немецких цементных заводов (Verein Deutscher Zementwerke eV (VDZ, Дюссельдорф)) документировала использование альтернативных видов топлива в федеральной немецкой цементной промышленности. В 1987 году менее 5% ископаемого топлива было заменено топливом из отходов, в 2015 году его использование возросло почти до 62%.
Топливо, полученное из отходов, используется на широком спектре специализированных предприятий по переработке отходов в энергию , которые используют переработанное топливо, полученное из отходов, с более низкой теплотворной способностью 8–14 МДж/кг и размером частиц до 500 мм для производства электроэнергии и тепловой энергии (тепла/пара) для систем централизованного теплоснабжения или промышленного использования.
Такие материалы, как стекло и металлы, удаляются во время обработки, поскольку они негорючие. Металл удаляется с помощью магнита , а стекло — с помощью механического просеивания . После этого воздушный нож используется для отделения легких материалов от тяжелых. Легкие материалы имеют более высокую теплотворную способность , и они создают конечный RDF. Тяжелые материалы обычно отправляются на свалку . Остаточный материал может быть продан в переработанном виде (в зависимости от обработки процесса) в виде простой смеси или его можно спрессовать в топливные гранулы , кирпичи или бревна и использовать для других целей либо отдельно, либо в процессе рекурсивной переработки. [4] RDF или SRF — это горючая субфракция твердых бытовых отходов и других подобных твердых отходов, производимая с использованием смеси механических и/или биологических методов обработки, таких как биосушка . [5] на заводах механико-биологической очистки (MBT). [3] В процессе производства RDF/SRF на заводах MBT происходят существенные потери горючего материала, [6] что порождает споры о том, является ли производство и использование RDF/SRF ресурсоэффективным или нет по сравнению с традиционным одноступенчатым сжиганием остаточных ТБО на мусоросжигательных заводах ( энергия из отходов ). [7]
В процессе изготовления гранул RDF из измельченного SRF часто требуется сушка. Обычно содержание влаги необходимо снизить до уровня ниже 20%, чтобы получить высококалорийные, высокоплотные гранулы RDF. Сушка RDF часто требует значительного количества энергии, поэтому предпочтительнее выбрать недорогой источник тепла.
Производство RDF может включать следующие этапы:
RDF может использоваться различными способами для производства электроэнергии или в качестве замены ископаемого топлива. Его можно использовать вместе с традиционными источниками топлива на угольных электростанциях. В Европе RDF может использоваться в цементной промышленности, где применяются строгие стандарты контроля загрязнения воздуха Директивы о сжигании отходов . Основным ограничивающим фактором для использования RDF / SRF в цементных печах является его общее содержание хлора (Cl), при этом среднее содержание Cl в среднем коммерчески производимом SRF составляет 0,76 м/м на сухом веществе (± 0,14% м/м, 95% достоверность). [8] RDF также можно подавать в модули плазменной газификации и пиролизные установки. Там, где RDF можно сжигать чисто или в соответствии с Киотским протоколом , RDF может стать источником финансирования, где неиспользованные углеродные кредиты продаются на открытом рынке через углеродную биржу. [ необходимо разъяснение ] Однако использование муниципальных контрактов на отходы [ необходимо разъяснение ] и банковская привлекательность [ жаргон ] этих решений все еще являются относительно новой концепцией, поэтому финансовое преимущество RDF может быть спорным. Европейский рынок производства RDF быстро вырос из-за Европейской директивы о свалках и введения налогов на свалки. Ожидается, что экспорт топлива из отходов (RDF) из Великобритании в Европу и за ее пределы достигнет 3,3 млн тонн в 2015 году, что представляет собой увеличение почти на 500 000 тонн по сравнению с предыдущим годом.
Доля биомассы RDF и SRF имеет денежную стоимость в соответствии с несколькими протоколами по парниковым газам , такими как Схема торговли выбросами Европейского союза и Программа сертификации возобновляемых источников энергии в Соединенном Королевстве. Биомасса считается углеродно-нейтральной, поскольку CO 2 , выделяемый при сжигании биомассы, перерабатывается на заводах. Сжигаемая доля биомассы RDF/SRF используется операторами стационарных установок сжигания для сокращения общих сообщаемых ими выбросов CO 2 .
Европейская рабочая группа CEN 343 разработала несколько методов для определения доли биомассы RDF/SRF. Первоначально были разработаны два метода (CEN/TS 15440) — метод ручной сортировки и метод селективного растворения; доступна сравнительная оценка этих двух методов. [9] Альтернативный, но более дорогой метод был разработан с использованием принципов радиоуглеродного датирования. Технический обзор (CEN/TR 15591:2007), описывающий метод углерода-14, был опубликован в 2007 году, а технический стандарт метода углеродного датирования (CEN/TS 15747:2008) был опубликован в 2008 году. [10] В Соединенных Штатах уже существует эквивалентный метод углерода-14 в рамках стандартного метода ASTM D6866.
Хотя датирование по углероду-14 может определить долю биомассы RDF/SRF, оно не может напрямую определить теплотворную способность биомассы. Определение теплотворной способности важно для программ зеленых сертификатов, таких как программа Renewable Obligation Certificate. Эти программы выдают сертификаты на основе энергии, произведенной из биомассы. Было опубликовано несколько исследовательских работ, включая ту, которая была заказана Ассоциацией возобновляемой энергии в Великобритании, которые демонстрируют, как результат по углероду-14 может быть использован для расчета теплотворной способности биомассы.
Существуют серьезные проблемы, связанные с обеспечением качества и, в частности, с точным определением свойств термического восстановления (сжигания) RDF / SRF из-за их изначально переменного (гетерогенного) состава. Недавние достижения позволяют использовать оптимальные схемы подвыборки [11], чтобы из образца SRF / SRF, скажем, 1 кг, получить г или мг для тестирования в аналитических устройствах, таких как бомбовая калориметрия или ТГА. С такими решениями может быть обеспечена репрезентативная подвыборка, но в меньшей степени для содержания хлора. [12] Новые данные свидетельствуют о том, что теория выборки (ToS) может переоценивать необходимые усилия по обработке для получения репрезентативной подвыборки.
В 2009 году в ответ на проблему управления отходами в Неаполе ( Кампания , Италия) был построен мусоросжигательный завод Acerra стоимостью более 350 миллионов евро. Мусоросжигательный завод сжигает 600 000 тонн отходов в год. [13] Энергии, вырабатываемой на объекте, достаточно для обеспечения 200 000 домохозяйств в год. [14]
Первым полномасштабным предприятием по переработке отходов в энергию в США был завод Arnold O. Chantland Resource Recovery Plant, построенный в 1975 году в Эймсе, штат Айова. Этот завод также производит RDF, которое отправляется на местную электростанцию в качестве дополнительного топлива. [15]
Город Манчестер , на северо-западе Англии, находится в процессе заключения контракта на использование RDF, который будет производиться предлагаемыми механическими биологическими очистными сооружениями в рамках огромного контракта PFI . Управление по утилизации отходов Большого Манчестера недавно объявило о значительном интересе рынка к первоначальным заявкам на использование RDF, которое, как ожидается, будет производиться в тоннажах до 900 000 тонн в год. [16] [17]
Весной 2008 года Bollnäs Ovanåkers Renhållnings AB (BORAB) в Швеции запустила свой новый завод по переработке отходов в энергию . Твердые бытовые отходы , а также промышленные отходы превращаются в топливо из отходов. 70 000–80 000 тонн RDF, которые производятся в год, используются для питания близлежащего завода BFB, который обеспечивает жителей Боллнеса электроэнергией и централизованным отоплением . [18] [19]
В конце марта 2017 года Израиль запустил собственный завод RDF в парке переработки отходов Hiriya; который ежедневно будет принимать около 1500 тонн бытовых отходов, что составит около полумиллиона тонн отходов в год, с предполагаемым производством 500 тонн RDF ежедневно. [20] Завод является частью «усердных усилий Израиля по улучшению и продвижению управления отходами в Израиле». [21]
В октябре 2018 года Министерство по изменению климата и окружающей среде ОАЭ подписало концессионное соглашение с Emirates RDF ( BESIX , Tech Group Eco Single Owner, Griffin Refineries) на разработку и эксплуатацию объекта RDF в эмирате Умм-эль-Кувейн . Объект будет принимать 1000 тонн бытовых отходов в день и преобразовывать отходы 550 000 жителей эмиратов Аджман и Умм-эль-Кувейн в RDF. RDF будет использоваться на цементных заводах для частичной замены традиционного использования газа или угля. [22]