Енергія з відходів – шлях до циркулярної економіки

17 лютого 2023

Попри повільні реформи у сфері обробки відходів, малі та середні підприємства самостійно перетворюють їх на корисні ресурси та демонструють нові технології для міст.

Те, як ми ставимося до повернення вуглецевих відходів у паливний цикл, чи розуміємо їх енергетичну цінність, суттєво впливає на нашу гарантію електричної і теплової енергії, скорочення витрат на експорт пального, а також на здатність дистрибуції енергогенерації.

Що має змінитися у стратегії управління відходами в Україні? Як через пластикові та гумові відходи забезпечити підприємство енергією? Яка вартість виготовлення “зеленого” водню з відходів агровиробництва?

Експерти галузі, які мають досвід у переробці відходів, розповіли, як на місцевому рівні з відходів можна отримувати різні види енергії, отримувати економічну вигоду та поліпшувати екологічну ситуацію.

Закон визначає європейську структуру управління відходами

Літком 2022 року, після довгих років очікування, парламент ухвалив закон України "Про управління відходами" №2320-IX, який набуде чинності 9 липня 2023 року.

Цей рамковий закон спрямований на виконання вимог Директиви 2008/98/ЄС, зазначає Олег Бондаренко, голова Комітету ВРУ з екологічної політики і природокористування.

Депутат відзначає, що ухвалення закону "Про управління відходами" є важливим кроком для розвитку законодавства в Україні, але він підкреслює, що цей процес зазнавав значного опору протягом кількох скликань Верховної Ради.

“Цей закон перебував у нашому комітеті близько трьох років. Якби нам не вдалося об'єднати зусилля з профільним міністерством, урядом і президентом, він, можливо, залишився б на наступне скликання. В минулих скликаннях цей закон також було подано до Верховної Ради, але було свідомо затримано деякими впливовими групами”, – пояснив голова Комітету з екологічної політики і природокористування.

Прийнятий закон "Про управління відходами", серед інших нововведень, вводить нову європейську ієрархію управління відходами. Пріоритетом і головним етапом є запобігання утворенню відходів.

Якщо запобігти неможливо, намагаються повторно використовувати, а якщо це не реально, то проводять рециклінг.

Рециклінг відходів дозволяє переробляти матеріали з відходів на продукцію, матеріали або речовини, включаючи переробку органічних матеріалів.

Процеси відновлення енергії або переробка матеріалів, що можуть бути використані як паливо, або матеріали для зворотного заповнення (заповнення не небезпечними відходами/інертними матеріалами підземних пустот, кар'єрів тощо) називаються іншими операціями з відновлення відходів.

Якщо всі зазначені процеси з відходами не можуть бути виконані, здійснюється видалення відходів – їх захоронення у спеціально обладнаних місцях та знищення на установках, які не відповідають екологічним нормам.

Наразі рішення, що пропонуються в сфері використання відходів для енергетичних потреб або переробки на матеріали для пального, експерти класифікують як "інші операції з відновлення".

Відходи: проблеми чи можливі прибутки

Національний план управління відходами до 2030 року був затверджений чотири роки тому. За даними спеціалістів, цей документ містить набір завдань для кожного типу відходів – від ухвалення необхідної правової бази до вжиття конкретних заходів зі збору, переробки та утилізації.

Однак нинішній стан у сфері переробки відходів в Україні потребує пришвидшення реформ. Експерти наводять здивуючі цифри – з 400 млн тонн відходів, що виникають щорічно в Україні, переробляється лише близько 6%.

Цей відсоток майже в сім разів нижчий від середнього показника переробки в Євросоюзі, який становить 40%. Крім того, у 2022 році розрив збільшився через величезні обсяги відходів, спричинених війною.

Проте дослідники глобальних ринків вважають сферу переробки економічно перспективною. Вони оцінюють світовий ринок управління відходами у 2021 році в 423 млрд доларів і прогнозують його зріст ще на 5% до 2026 року.

При цьому аналітики відзначають, що найвищі темпи зростання демонструє сегмент вторинної переробки.

“Українська енергетика” поспілкувалась з підприємствами, які вже отримують вигоду від переробки відходів виробництва, і у новій ієрархії управління відходами займають позицію відновлення відходів з виробництвом енергії.

Вони пропонують підходи, які дозволяють бізнесу та муніципальним службам постачати енергію споживачам, незалежно від централізованих джерел.

Унікальне рішення для отримання чистих енергоносіїв з відходів пластику та гуми

Компанія ТОВ "Грін пластик" була заснована у 2018 році фахівцями в галузі енергетики, теплотехніки та механіки, які володіють двадцятирічним досвідом роботи в сфері переробки відходів виробництва.

Унаслідок активних обстрілів Харкова з боку рф, підприємство переїхало до Чернівців та почало формувати виробничу базу і навчати нових працівників. Компанія отримала офіційний статус переробників відходів, додавши до своєї спеціалізації ще й обробку автомобільної гуми.

Про становлення підприємства після релокації “Українська енергетика” писала раніше.

Монтаж установки термічної деструкції після релокації бізнесу. Джерело: Green Plastic

Наразі основна діяльність компанії Green Plastic щодо переробки відходів гуми і пластику полягає в отриманні енергетичних продуктів, таких як дизельне паливо, електрична енергія, пічне паливо, вуглецеві брикети. Окрему увагу компанія приділяє переробці відходів з багатошарової пакувальної плівки, які, зазвичай, потрапляють на звалища.

Переробляючи гуму, підприємство одержує рідке паливо для роботи цеху з переробки пластику та електроенергію для забезпечення всієї діяльності. Таким чином, компанія здобуває практично повну енергонезалежність, підкреслюють у Green Plastic.

Щоб переробляти пластик та автомобільні шини, які є продуктами вторинної переробки нафти, фахівці компанії застосовують піроліз. У процесі термічної обробки без доступу кисню вуглецеві відходи розкладаються на простіші елементи. При цьому вивільняється корисна енергія.

Досвідчені фахівці Green Plastic модернізували відому технологію, що дозволила отримати чистий продукт: дизельне паливо, яке не містить парафінів і сірки. Процес низькотемпературного піролізу пластику, за словами директора компанії Олександра Полякова, реалізується досить енергоефективно та з відносно невеликими витратами.

“Технології низькотемпературного піролізу та системи каталітичного очищення дозволяють розкласти пластик і отримати висококалорійний газ, вуглець та пічне паливо. Подальша переробка пічного пального робить можливим виготовлення чистого пального – дизельного. З надлишків виробленого висококалорійного газу можна отримувати електричну енергію, в обсязі від 20 до 60 кВт-год, що, залежно від типу установки, становить приблизно 0,5-1,5 МВт щоденно”, – уточнив головний конструктор Green Plastic Іван Воронченко.

Каталітичне очищення продукту, отриманого в процесі піролізу пластику від парафінів, є етапом, який фахівці пропонують провести на початковій стадії циклу, коли пластик переходить в газоподібний стан. А конденсація пального за нашою технологією здійснюється вже після очищення, пояснив Олександр Поляков.

Сьогодні компанія не лише забезпечує себе енергією, а й виробляє й продає сертифіковані установки для термічної деструкції гуми і пластику на основі піролізу, які можуть бути адаптовані під вимоги замовника.

Основні зусилля команди спрямовані на виробництво установок лінійки з об'ємом завантажувальної піролізної камери 2,5 куб. м, 4 куб. м, 5 куб. м та 6 куб. м.

Установка з піролізною камерою об'ємом 5 куб. м працює у Фастові на Київщині. Джерело: Green Plastic

Установка термічної деструкції з відходів пластику та гуми виробляє три кінцеві продукти: піролізний газ, пічне або дизельне паливо та вуглецеві брикети.

Виробничі результати компанії оцінюються як досить ефективні. Наприклад, за підрахунками, з двох тонн пластикових відходів за 12 годин роботи установки можна отримати 1,3 тонни пічного пального, 0,3 тонни вуглецю та 0,4 тонни піролізного газу (500 куб. м), пояснив головний інженер Green Plastic Сергій Семененко.

Під час роботи установки виробляється піролізний газ. Половину з його об'єму використовують для підтримки процесу піролізу. Залишковий газ використовується для генерації електричної енергії. Частина отриманої електричної енергії забезпечує роботу всього обладнання установки в обсязі до 10 кВт-год, а решта йде на продаж в загальну енергетичну мережу або на інші потреби.

Протягом переробки відходів автомобільної гуми з двох тонн сировини компанія отримує 0,9 тонни пічного пального, 0,4 тонни вуглецю та 0,3 тонни піролізного газу (380 куб. м), а також 0,4 тонни металокорду, розповіли розробники обладнання.

При цьому половина піролізного газу також використовується для підтримання процесу піролізу. Залишковий газ направляється на отримання електричної енергії для роботи установки, а решта пропонується для продажу в загальну енергетичну мережу або забезпечує інші потреби.

За прогнозами фахівців, первісний термін окупності, якщо розглянути виробництво лише пічного пального, становить приблизно півтора року.

Установка термічної деструкції з відходів пластику та гуми виробляє три кінцеві продукти: піролізний газ, пічне або дизельне паливо та технічні вуглецеві брикети.

Проте спеціалісти компанії радять оцінювати всі можливості отримання енергії з локальних ресурсів, включаючи відходи местного виробництва.

Таким чином, генераторний газ можна виробляти з будь-якого горючого матеріалу. Це можуть бути тирса, курячий послід, лузга насіння, а також суміші твердих побутових відходів: ганчір'я, текстиль, пластик, деревина, гума та інше несортоване сміття, підкреслюють спеціалісти компанії.

“Тема твердих побутових відходів є досить енергетичною. Перший контракт, який ми підписали у Чернівцях, був з деревообробним комбінатом, – зазначив Олександр Поляков, керівник Green Plastic. – Основні відходи їхнього виробництва – деревинний пилок – вони спалюють у котлі для отримання тепла. Натомість ми їм продемонстрували, як з нього можна отримувати електричну енергію за допомогою газогенератора, що працює на цих відходах. Ми це проектуємо, виготовляємо обладнання та запускаємо в роботу з усіма необхідними дозволами.”

Щодо технології переробки відходів гуми або пластику в пічне паливо, спеціаліст зауважив, що попит на неї в Україні зараз досить високий. Це паливо придатне для використання в будь-яких рідинних пальниках котлів. Після здорожчання газу спеціалісти радять переводити котельні на рідке паливо, яке вигідно здійснювати саме з відходів.

Економіку такого виробництва в Green Plastic оцінюють як дуже вигідну для місцевих споживачів у порівнянні з використанням природного газу.

“Зараз пічне паливо, яке ми отримуємо, обходиться лише на рівні заробітної плати працівників. Інші складові вартості виходять у нуль. Ми реалізуємо це паливо по 30 грн за літр, оскільки пічного пального в Україні немає. Коли ж природний газ для компаній коштує від 45 грн за кубометр, а його теплотворна здатність на 20% нижча, ніж у пічного пального, то навіть якщо не встановлювати собі установку для виробництва такого пального, економія є вдвічі”, – розповіли фахівці компанії про свої економічні переваги.

Вуглецеві брикети також служать ефективним висококалорійним паливом для твердопаливних котлів, має вищу теплотворну здатність, ніж антрацит.

Завдяки установкам виникає додаткова можливість утилізації автомобільної гуми. Оскільки це ресурс, який постійно зростає, виробництво з неї пічного пального постає як ефективне рішення цієї проблеми.

“Ми вивозимо по фурі гуми з кожного шиномонтажу. Деякі безвідповідальні люди, аби уникнути витрат на утилізацію, все ще викидають шини на стихійні смітники, що шкодить навколишньому середовищу. Проте ми вже зайнялися прибиранням "драної" гуми. Направляємо її на переробку, аби більше не залишала залишків у полях та лісах,” – розповів директор підприємства.

Вуглецеві брикети – це ефективне висококалорійне паливо для твердопаливних котлів. Його теплотворна здатність вища за антрацит.

Поки що з витратами на транспортування компанія отримує цю гуму безкоштовно, видаючи документи, які підтверджують легальність вивезення та екологічність процесу переробки.

Вартість виготовлення пічного пального становить близько 10-12 грн за кілограм. Компанія Green Plastic отримала технічні умови та у відповідності до державних стандартів реалізують його як паливо для котелень. Це не пальне, отже продукт не підлягає акцизу.

“Наразі ми виготовили 20 тонн пального та передали його нашим друзям у Вижниці (Чернівецька область), щоб зменшити витрати на опалення великого готельного комплексу. Це були перші проби для налагодження обладнання,” – доповнив Олександр Поляков.

Щоб перевірити свої підрахунки, компанія провела порівняльні фінансові розрахунки на реальному підприємстві. Для цього один котел залишили на природному газі, тоді як другий, ідентичний, обладнали рідинними пальниками на виробленому пічному паливі.

Експеримент продемонстрував, що при виробництві кожного з котлів 10 тонн пара на годину, переобладнання з урахуванням вартості пального окупається протягом трьох місяців. А якщо встановити установку для виробництва пального безпосередньо на підприємстві, вартість ресурсу знижується до 8 грн за 1 кг, а котельня повністю забезпечується власною електричною енергією.

В Україні такі установки можна розташувати де завгодно: вони компактні, прості в експлуатації та обслуговуванні. А найголовніше, на що вказують в компанії, вони дозволяють отримувати енергію та при цьому переробляти відходи.

"Зелений" водень від біомаси

Темою управління відходами Сергій Мельник, директор ТОВ "Вільна енергія ІФ", займається вже 19 років.

Спеціаліст працював на сміттєзвалищах, де проводив сортування, вивчав цю тематику і переконався, що відходи – це не сміття, а сировина для отримання енергії.

Наразі він має патенти на моделі термохімічного реактора для отримання газоводневої суміші, газифікатора для “зеленого” водню та використання методів газифікації для переробки біомаси і комбінованих сировин – муніципальних відходів з біомасою.

Спочатку винахідник займався низькотемпературним піролізом відходів, але згодом зацікавився більш екологічно чистою технологією газифікації відходів.

Спеціаліст пояснює, що без доступу повітря у процесі термохімічної реакції з відходів можна виробити енергоносій у вигляді газової суміші, називаної синтез-газом.

Процес газогенерації відбувається в спеціальному реакторі. Отриманий газ можна використовувати для виробництва електричної та теплової енергії, частина якої піде на забезпечення роботи самої установки.

Сергій Мельник на виставці RWExpo. Джерело: Вільна енергія ІФ

Ще рік тому фахівець спілкувався з інвестором, який планував будівництво в Україні двох газифікаційних заводів. Наразі ці проєкти призупинені, та не закриті. Під час роботи над технічними аспектами проєктів винахідник зауважив перспективний напрям.

“Я з’ясував, що термохімічним методом з відходів агровиробництва та деревообробки можна отримувати “зелений” водень, – зазначив Сергій Мельник. – По цій технології я довів вихід водню до 50%, а решта – горючий газ СО. Це внутрішній процес, де можна отримати відновлювальний газ майже без витрат енергії.”

За розрахунками спеціаліста, з тонни біомаси його установка може виробити близько 400 кг “зеленого” водню. Якщо тонна біомаси коштує близько 3000 грн, витрати на виробництво одного кілограма відновлювального водню складають до 7 грн. Водночас установка додатково виробить приблизно 2 МВт-год електричної та 4 Гкал теплової енергії.

Винахідник пропонує цю технологію муніципалітетам, адже упевнений, що установка допомагає не лише в утилізації муніципальних відходів, а й у порозумінні задач енергетичної незалежності громад.

Одна установка, під час утилізації відходів виробництва власної громади, може генерувати три види енергії: електричну, синтез-газ і теплову. Тобто муніципалітети здатні забезпечити себе всіми видами енергії без зовнішніх джерел.

Завдяки цим технологіям муніципалітети, споживаючи електричну енергію, можуть стати її виробниками та, окрім забезпечення власних потреб, ще й отримувати додатковий дохід. Ба більше, біомаса є локальним і відновлювальним ресурсом, підкреслює директор ТОВ “Вільна енергія ІФ”.

Енергетичні рішення для виробництв та бізнесу від підприємства “Вільна енергія ІФ”. Джерело: ФБ Сергія Мельника

“Одна установка під час утилізації відходів виробництва власної громади може давати три види енергії: електричну, синтез-газ і теплову. Тобто муніципалітети можуть забезпечити себе всіма формами енергії без зовнішнього використання,” – розмірковує Сергій Мельник.

Підприємець розробив бізнес-план установки для отримання енергії з відходів для свого рідного міста Калуш (Івано-Франківська область), але місцева рада ще розглядає його пропозицію.

“Основна проблема в Україні полягає в недостатньому фінансуванні регіональних ініціатив. Щоб реалізувати власні проєкти, необхідно мати заставу. Я брав участь у різних семінарах, де наголошувалося на спалюванні відходів, але це застарілі технології. У нових, більш екологічних технологіях, зокрема газифікації, вимагається значне фінансування,” – пояснив він.

Спеціаліст звертався до підприємців та енергетичних компаній, проте зауважив, що український бізнес більше орієнтований на виробництво біометану.

У світі активно розвиваються технології отримання відновлювальних газів термохімічним методом. В Україні ж поки що невелика увага приділяється цим технологіям, оскільки це малокалорійні гази. Хоча використання синтез-газу є екологічнішим за спалювання метану, практично відсутні українські практики газифікації, констатував спеціаліст.

Він підкреслив, що “хвости”, які вивозять на смітники після сортування відходів, також можуть бути використані як енергетичний ресурс зі значними перевагами. Газифікація є приблизно втричі ефективнішою від спалювання.

Газогенераторна установка для переробки відходів. Джерело: Сергій Мельник

“Щоб увімкнути комплекс, який переробляє одну тонну відходів за годину, потрібно близько 20 кВт-год електроенергії. За цей час з тонни сировини при комбінованому режимі роботи установка може виробити до 2 МВт-год електричної та 3 Гкал теплової енергії.”

Тепер виробництво енергії з біомаси і муніципальних відходів за технологією термохімії реалізується в Могилеві-Подільському (Вінницька область). Ще один потенційний проект розглядають на півдні України.

І хоча діючих установок поки що немає, але зростання інтересу з боку громади підтверджує перспективність цієї технології.

Застаріла система поводження з відходами в Україні завдає серйозної шкоди природі. Ситуацію ускладнює те, що прийняття рамкового євроінтеграційного закону “Про управління відходами” затягувалося на роки.

Але нестача енергоресурсів і накопичення відходів, які можуть бути перероблені на енергетичні продукти, змушують підприємців розвивати нові технології, розробляти власне обладнання та устаткування.

Досвід підприємств з Чернівецької та Івано-Франківської областей, які вже отримують енергію з відходів виробництв та поширюють свої проєкти, свідчить про наявність попиту на такі установки.

Муніципалітети та малий бізнес зацікавлені у переробці відходів на енергію і чекають від держави на практичні стимули та програми підтримки, що згадуються в планах та стратегіях розвитку галузі.

Лариса Білозерова, спеціально для “Української енергетики”

Автор: Лариса БілозероваТеги:Євросоюзвідходирідке паливоінновації в енергетиціуправлінняЕнергоносіїрозподілена генераціяенергіяпальнеПоділитись