EKOLOGICKÁ TRANSFORMACE KOMUNÁLNÍHO A JINÉHO TYPU ODPADU PRO ÚČELY MATERIÁLOVÉHO A NÁSLEDNÉHO ENERGETICKÉHO VYUŽITÍ NA BÁZI PLAZMOVÉ TECHNOLOGIE

EKOLOGICKÁ TRANSFORMACE KOMUNÁLNÍHO A JINÉHO TYPU ODPADU PRO ÚČELY MATERIÁLOVÉHO A NÁSLEDNÉHO ENERGETICKÉHO VYUŽITÍ NA BÁZI PLAZMOVÉ TECHNOLOGIE SPOLEČNOSTI WESTINGHOUSE PLASMA CORPORATION

KANADA LÍDR V EKOLOGICKÝCH TECHNOLOGIÍCH KANADA

představuje ve světovém měřítku jednu z nejvyspělejších zemí v oblasti vývoje environmentálních technologií, výrobků a služeb. Mezi klíčová odvětví patří čištění odpadních vod, řízení kvality ovzduší, nakládání s odpady a rozvoj sektoru alternativních zdrojů energie. Odvětví environmentálních technologií zaměst− nává 53 tisíc lidí a dosahuje obratu 10,6 miliardy dolarů ročně. Důležitým faktorem Kanadského úspěchu je pro− pojení vědy a výzkumu s uváděním nových poznatků do průmyslové praxe. V zemi je ročně investována 1 miliarda dolarů do soukromého a veřejného vědecko−výzkumného sektoru. Prostřednictvím přímé účasti na vědeckém výzkumu jsou tak kanadské firmy aktivně zapojeny do využívání a rozvoje špičkových environmentál− ních technologií. To umožňuje firmám být konkurenceschopnými v zahraničí. Až 82 % z nich svoje produkty exportuje a exporty představují až 70% celkových příjmu odvětví.

Zvláštní pozornost je věnována unikátním inovativním technologiím. Mezi tyto techno− logie patří plazmové zplyňování odpadu. Progresívní plazmová technologie kanadské firmy AlterNRG / Westinghouse Plasma Corporation představuje technologii, která umožňuje efektivně využít energii ze směs− ného komunálního odpadu při minimálním zatížení životního prostředí. Společnosti AlterNRG / Westinghouse Plasma Corporation patří přední místo mezi kanadskými společ− nostmi, jež se touto problematikou zabývají. Velvyslanectví Kanady pro Českou repub− liku v Praze podporuje aktivity kanadských firem v České republice, dovozu kanad− ského zboží a služeb, ale zároveň podporuje oboustranné investice, pomáhá zakládat společné podniky a navazovat spolupráci v oblasti vědy a výzkumu. Českým firmám, které mají zájem o kanadské výrobky, techno−

logie a služby, nebo se rozhodnou inve− stovat v Kanadě, poskytujeme bezplatnou asistenci a zprostředkujeme kontakt s kanadskými dodavateli.

S požadavky se můžete obrátit na:

Velvyslanectví Kanady pro Českou republiku v Praze Ve Struhách 95/2, 160 00 Praha 6 E−mail: Tel.: Fax:

[email protected] +420 272 101 800 +420 272 101 890

www.canadainternational.gc.ca www.tradecommissioner.gc.ca

ÚVOD Plazmové zplyňování směsného komunálního odpadu je nejprogresivnější způsob využívání směsného komunálního odpadu, který představuje zbytkový odpad po vytřídění využitelných složek komunálního odpadu odděleným sběrem. Princip této inovativní technologie spočívá v rozkladu látek za vysokých teplot, kdy výstupem je syntetický plyn o vysoké energetické hodnotě a inertní materiál použitelný ve stavebnictví. Technologie plazmového zplyňování je efektivnější než jiné formy využívání směsného komunálního odpadu, přičemž dopad na životní prostředí je nesrovnatelně nižší.

Kapitola

OBSAH

[01] Představení společnosti AlterNRG a WPC, společnosti PGP Terminal [02] Komunální odpad a způsoby nakládání s ním v ČR a EU [03] Stav energetického využívání směsných komunálních odpadů v ČR a EU [04] Způsoby energetického využívání směsného komunálního odpadu [05] Princip plazmového zplyňování směsného komunálního odpadu [06] Výhody plazmového zplyňování v porovnání s tradičním procesem spalování odpadu [07] Vývoj technologie plazmového zplyňování ve světě [08] Plazmový reaktor od firmy Westinghouse Plasma Corporation [09] Jednotlivé části závodu plazmové technologie na zplyňování směsného komunálního odpadu [10] Závody na zplyňování komunálního odpadu od společnosti WPC provozované a budované ve světě [11] Vstupy a výstupy z technologie WPC [12] Emise do ovzduší [13] Vitrifikovaná struska [14] Materiálové využití vitrifikované strusky [15] Uhlíková stopa [16] Rozsah dodávky zařízení

Představení společností PGP Terminal, WPC a AlterNRG

01

Kdo je...

Společnost PGP Terminal, a.s. je od roku 2012 výhradním zástupcem společnosti Westinghouse Plasma Corporation a držitelem licenčních práv pro aplikaci této technologie pro oblast České republiky a Slovenska. Jejím cílem je vybudování zařízení na energetické nebo materiálové využití komunálního odpadu prostřednictvím využití technologie plazmo− vého zplyňování na území České republiky a Slovenska.

Společnost Westinghouse Plasma Corporation (WPC) je dceřinou společností AlterNRG. Společnost je světovým lídrem v oblasti technologie plazmového zplyňování různých typů odpadů. Cílem společnosti je poskytnout technologickou platformu vedoucí k přeměně odpadu na čistou energii, jakou představuje například elektrická energie, syntetický plyn nebo ethanol. Plazmové zplyňo− vání odpadu od společnosti WPC představuje osvědčené inovativní řešení šetrné k životnímu prostředí, které je komerčně využíváno od roku 2002.

Společnost AlterNRG je veřejně obchodovatelná spo− lečnost v oboru alternativní energie, která nabízí prostřednictvím plazmového zplyňování nové řešení pro získávání čisté energie. Její vizí je komerčně využívat nové technologie prostřednictvím realizace ekologicky udržitelných a ekonomicky životaschop− ných projektů využívajících alternativní energetické zdroje. Společnost nabízí a prodává technologii plaz− mového zplyňování vyvinutou Westinghouse Plasma Corporation.

Hlubínská 917/20 702 00 Ostrava − Moravská Ostrava Tel.: +420 597 488 188

Plasma Center P. O. Box 410 I−70 Exit 54, Waltz Mill Site Medison, PA 15663; USA Tel.:+724.722.7053

Ústředí firmy: Calgary (Canada) 215, 4000 − 4th Street SE Calgary, Alberta T2G 2W3 Tel.: +403.806.3875

E−mail: [email protected]

www.pgpt.cz

www.westinghouse−plasma.com

www.alternrg.com

Komunální odpad a způsoby nakládání s ním v ČR a EU

02

Evropská legislativa definuje komunální odpad jako veškerý odpad produkovaný domácnostmi, ale také jako odpad podobný komunálnímu produkovaný malými podniky a veřejnými institucemi, který je sbírán v rámci municipalit. Celkové množství komunálního odpadu produkovaného v jednotlivých evropských zemích se liší zejména v závislosti na spotřebě a ekonomickém bohatství jednotlivých zemí. Odráží však také organizaci nakládání s komunálním odpadem a jeho řízení. Obecně však lze rozlišit vyšší množství vznikajícího komunálního odpadu na obyvatele v rámci zemí západní Evropy oproti množství odpadu v rámci zemí východní Evropy. Obrázek 1: Produkce komunálních odpadů na obyvatele v roce 2011, mezinárodní srovnání [kg/obyv.] (Zdroj: Eurostat) Z hlediska nakládání s komunálním odpadem lze z dlouhodo− bého trendu v rámci zemí EU vysledovat, že dochází k postupnému zvyšování množství recyklovaného, energeticky využívaného a kompostovaného komunálního odpadu. Naproti tomu dochází k redukci komunálního odpadu odstraňovaného skládkováním. Skládkování komunálního odpadu je nadále nejvíce rozšířeno v hospodářsky nejméně rozvinutých zemích Evropy, naopak recyklace, kompostování a energetické využívání komunálního odpadu se prosazují v hospodářsky nejrozvinutějších evropských zemích. Česká republika přitom vykazuje zhruba dvojnásobné poměrné množství skládkova− ného odpadu na obyvatele v porovnání s průměrem 27 zemí Evropské unie. Vysoké množství skládkovaného komunálního odpadu v porovnání s vyspělými evropskými zeměmi předsta− vuje přetrvávající problém.

Obrázek 2: Způsoby nakládání s komu− nálním odpadem, EU27 [kg/obyv.] (Zdroj: Eurostat)

Obrázok 3: Způsoby nakládání s komunálním odpadem, Česká republika [kg/obyv.] (Zdroj: Eurostat)

Stav energetického využívání směsných komunálních odpadů v ČR a EU

03

Z hlediska komunálních odpadů představuje největší výzvu řešení problematiky směsného komunálního odpadu. Jedná se o zbytkový odpad, který zůstává po oddělení využitelných složek a nebezpečných složek z komunálních odpadů. Tento odpad zůstává v rámci komunálních odpadů stále dominantním druhem odpadu.

Obrázek 4: Nakládání s komunálním odpadem v roce 2012 v jednotlivých státech EU (%) Zdroj: Eurostat

V rámci vyspělých Evropských zemí je směsný komunální odpad z velké části energeticky vyu− žíván. V celé EU funguje v současnosti cca 450 zařízení pro energetické využití komunál− ního odpadu. Z hlediska absolutních čísel bylo dle Eurostatu v roce 2013 nejvíce komunálního odpadu energeticky využíváno ve Francii (11,4 mil. tun), následovalo Německo (11,1 mil tun), Velká Británie (6,4 mil. tun), Itálie (6 mil. tun) a Nizozemsko (4,2 mil. tun). Naproti tomu Česká republika v porovnání s vyspělými ekono− mikami velikostně srovnatelných zemí vykazuje poměrně nižší množství energeticky využívaného komunálního odpadu. Z hlediska poměru energeticky využívaného

komunálního odpadu k celko− vému množství komunálního odpadu je nejvíce odpadu ener− geticky využíváno v Dánsku (52%) a Švédsku (cca 52%). Obdobná situace je rovněž v Norsku (57%) nebo Švýcarsku (50%), které nejsou součástí Evropské unie. Rozvojem sektoru energetického využívání komu− nálních odpadů všechny tyto státy významně zredukovaly množství komunálního odpadu ukládaného na skládky (pod 5% komunálního odpadu) a zároveň si zajistily významné energetické zdroje pro své ekonomiky. Naproti tomu v ČR bylo dle údajů Eurostatu v roce 2013 energe− ticky využíváno 20% a skládkováno 56% vznikajících komunálních odpadů.

Způsoby energetického využívání směsného komunálního odpadu

04

Z hlediska energetického využívání směsného komu− nálního odpadu se v současnosti ve světě uplatňuje komerčně několik způsobů jeho využívání.

Mezi hlavní patří:

o Plazmové zplyňování směsného komunálního odpadu o Spalovny směsného komunálního odpadu o Výroba a spalování alternativního paliva PLAZMOVÉ ZPLYŇOVÁNÍ SMĚSNÉHO KOMUNÁLNÍHO ODPADU

SPALOVNY SMĚSNÉHO KOMUNÁLNÍHO ODPADU

VÝROBA A SPALOVÁNÍ ALTERNATIVNÍHO PALIVA

Plazmové zplyňování odpadu představuje nejmodernější způsob získávání energie z komunálního odpadu. Princip plazmového zplyňování spočívá v rozkladu látek za vyso− kých teplot, kde výstupem je energeticky hodnotný syntetický plyn a inertní vitrifikát využitelný ve staveb− nictví. Syntetický plyn je možno dále zpracovat na jiné formy energie jako elektrická energie, etanol a podobně. Proces plazmového zplyňování lze uplatnit u řady odpadů, včetně toxických. Tato technologie je efektivnější než jiné formy využívání směsného komunálního odpadu, přičemž dopad na životní prostředí je nesrovnatelně nižší.

Přímé roštové spalování představuje v současnosti ve světovém měřítku nejroz− šířenější způsob energetického využívání směsného komunálního odpadu. Nevýhodou tohoto způsobu energetického využívání odpadu je zejména tvorba spalin s obsahem nebezpečných látek jako např. dioxinů, které je nutno před vypuštěním do ovzduší složitě čistit. Zbytek po spalo− vání představují popel a popílek, které je nutno ukládat na skládky.

Výroba a spalování alternativního paliva ze směsného komunálního odpadu představuje proces jeho mecha− nicko − biologické úpravy s následným spálením jeho energetické frakce. Alternativní palivo představuje cca 40% z původního množství odpadu, vedle toho při procesu výroby paliva vzniká kompostovatelná frakce, kovy a nevyužitelný zbytek (cca15%), který je ukládán na skládku. Alternativní palivo je spalováno v cementár− nách, elektrárnách nebo teplárnách, je však nutno dbát na eliminaci obsahu PVC v palivu z důvodu obsahu chloru a rizika tvorby dioxinů.

Princip plazmového zplyňování směsného komunálního odpadu

05

Co je plazma? Plazma je vysoce ionizovaný plyn obsahující atomy, které ztratily jeden nebo více elektronů. Atomy jsou tedy elektricky nabité a aktivní. Jelikož se plazma chová jinak než běžné kapalné, pevné nebo plynné skupenství hmoty, hovoří se někdy o čtvrtém skupenství hmoty. Příkladem vzniku plazmy v přírodě je výboj blesku, při kterém může teplota přesáhnout 7000 °C.

Plazmové zplyňování odpadu

Obrázek 5: Schéma plazmového zplyňování odpadu

Plazmový zplyňovací reaktor představuje nádobu obsahující podstechiometrické množství kyslíku, ve které je při teplotách okolo 3000 °C až 5000°C (v okolí plazmových hořáků) odpad přeměněn na tzv. syntetický plyn. Nedochází zde ke spalování (oxidaci) materiálu, ale naopak k jeho destrukci na prvky a jednoduché sloučeniny jako jsou vodík, oxid uhelnatý a voda. Tento syntetický plyn je vysoce energetický a může být po pře− čištění dále přetvářen na jiné formy energie, které představují např. elektrická energie, bio− palivo a podobně.

Výhody plazmového zplyňování v porovnání s tradičním procesem spalování odpadu

06

Plazmové zplyňování odpadu se proti klasickému spalování odpadu liší v jedné klíčové věci − teplotě. Klasické spalovny komunálního odpadu pracují při teplotách mezi 800 °C až 900 °C, zatímco teploty při plazmovém zplyňo− vání odpadu dosahují v okolí elektrického výboje 3000°C až 5000 °C. Vysoká teplota v reaktoru a následné rychlé zchlazení vzniklého syntetického plynu minimalizují vznik dioxinů. Celkově plazmové zplyňování představuje následující výhody:

o Různorodá vsázka: k Zpracování heterogenní vsázky při její minimální přípravě. k Zpracování odpadu s vysokým obsahem inertní složky a vlhkosti. o Téměř 100% konverze uhlíku. o Sklovitá struska představuje inertní vitrifikát, který je materiálově využíván ve stavebnictví. o Syntetický plyn může být vyroben podle požadavků na jeho další zpracování (turbína, kotle, výroba etanolu, atd.). o Spalování syntetického plynu po jeho vyčištění má obdobné dopady na životní prostředí jako spalování zemního plynu. o Podporuje tzv. zásadu 3R pro nakládání s odpady − omezit (reduce), využít (reuse), recyklovat (recycle).

Hlavní výhody z hlediska vlivů na životní pro− středí u technologie plazmového zplyňování v porovnání s klasickými spalovnami odpadů lze spatřovat v minimalizaci emisí vnášených do ovzduší a v absenci vzniku značného množství popela a popílku s obsahem nebez−

pečných látek. Při procesu plazmového zply− ňování vzniká syntetický plyn a inertní sklovitá struska, kterou je možno využít ve stavebnictví. Odpad vzniká v technologii pouze při čištění syntetického plynu od jeho nebezpečných složek.

E 1 tuna domovního odpadu

Z celkového množství směsného komunálního odpadu spáleného v klasické spalovně, musí být uloženo na skládku 20÷30 % vstupního materiálu. Aplikací technologie plazmového zplyňování lze toto množství snížit na pouhá 2÷4%.

1 − 1,3 MWh energie

Obrázek 6: Konverze odpadu na čistou energii při současném snížení skleníkových plynů a potřeby skládkování

Vývoj technologie plazmového zplyňování ve světě

07

Plazmová technologie je ve světě využívána více než 30 let v řadě průmyslových odvětví, včetně chemického a metalurgického průmyslu. Historicky první použití této technologie v rámci nakládání s odpady bylo uplatněno při bezpečném rozkladu nebezpečných odpadů, stejně jako při přetavení popela ze spaloven na bezpečnou, nevyluhovatelnou strusku. Využití této technologie v rámci energetického využívání komunálního odpadu je poměrně novou moderní záležitostí. Obrázek 7: Vývoj technologie plazmového zplyňování ve světě

1987

2002

2013

PLAZMOVÁ KUPOLOVÁ PEC General Motors; Defiance, Ohio, USA

PRVNÍ SVĚTOVÝ PLAZMOVÝ ZPLYŇOVACÍ REAKTOR V KOMERČNÍM PROVOZU Mihama Mikata, Japonsko

ZÁVOD NA KONVERZI BIOMASY NA ENERGII A KAPALNÉ PALIVO Wuhan, Hubei, Čína

1995

2009

VITRIFIKACE POPELA ZE SPALOVÁNÍ ODPADU Kinuura, Japonsko

NEJVĚTŠÍ ZÁVOD NA SVĚTĚ NA LIKVIDACI NEBEZPEČNÉHO ODPADU POMOCÍ PLAZMOVÉ TECHNOLOGIE Pune, Indie

2016 ZPROVOZNĚNÍ ZÁVODU NA PLAZMOVÉ ZPLYŇOVÁNÍ KOMUNÁLNÍHO ODPADU Bijie, Čína

2009

1999

PLAZMOVÉ ZAŘÍZENÍ DRUHÉ GENERACE PRO VÝROBU ETANOLU Coskata Lighthouse, USA

PLAZMOVÉ ZPLYŇOVÁNÍ KOMUNÁLNÍHO ODPADU Hitachi Metals; Yoshi, Japonsko

1989

2003

2014

2016

PLAZMOVÁ TECHNOLOGIE SE ZAČÍNÁ PROSAZOVAT Zařízení využívající plazmovou technologii (například od firmy Alcan), více než 500.000 provozních hodin

NEJVĚTŠÍ PLAZMOVÝ REAKTOR NA SVĚTĚ NA ZPLYŇOVÁNÍ KOMUNÁLNÍHO ODPADU Utashinai, Japonsko

DEMONSTRAČNÍ ZÁVOD INTEGROVANÝ SE STÁVAJÍCÍ SPALOVNOU ODPADU Shanghai, Čína

ZPROVOZNĚNÍ NEJVĚTŠÍHO ZÁVODU S PLAZMOVOU TECHNOLOGIÍ NA SVĚTĚ S KAPACITOU 2000 TUN KOMUNÁLNÍHO ODPADU ZA DEN Teesside TV2, Velká Británie

Plazmový reaktor od firmy Westinghouse Plasma Corporation ZÁKLADNÍ TECHNOLOGICKÉ ÚDAJE:

Jedinečná konstrukce plazmového reaktoru Westinghouse Plasma Corporation je výsledkem třicetiletého vývoje.

o Konstrukce patentovaného plazmového

Vsázka, kterou tvoří podrcený komunální odpad nebo jiný materiál, se do reaktoru vkládá ve vrchní části. Ve spodní části reaktoru jsou umístěny plazmové hořáky vyvinuté Westinghouse Plasma Corporation, ve kterých je vytvářen elektrický oblouk podobný blesku a v přítomnosti řízeně vháněného vzduchu

zplyňovacího reaktoru firmy Westinghouse Plasma Corporation je založená na prin− cipu konstrukce vysoké pece:

k Osvědčená konstrukce pro těžké provozní podmínky. k Ocelová nádoba se žáruvzdornou vyzdívkou.

08

dochází k tvorbě plazmy. V prostředí plazmy pak dochází v reaktoru ke zplyňování vsázky. Produkty jsou syntetický energeticky bohatý plyn odebíraný ve vrchní části reaktoru a inertní materiál pro stavebnictví (vitrifikát) odpichovaný ve spodní části reaktoru.

o Spodní část reaktoru je chlazená vodou:

k Reaktor je schopen generovat vysokou provozní teplotu a redukovat rychlost výstupního plynu. k Dlouhé doby setrvání uvnitř reaktoru zajišťují štěpení dehtujících látek a minima− lizaci množství prachových částic unášených syntetickým plynem. k Reaktor neprodukuje popel, ale vitrifiko− vanou (sklovitou) nevyluhovatelnou strusku. o Různá velikost reaktoru − od 100 do 1000 tun odpadu / den. Obrázek 8: Plazmový reaktor Westinghouse Plasma Corporation

Jednotlivé části závodu plazmové technologie na zplyňování směsného komunálního odpadu

09

Syntetický plyn vzniklý při procesu plazmového zplyňování směsného komunálního odpadu lze přetvořit na různé formy energie. Nejefektivnější cesta je však jeho využití pro výrobu elektrické energie. V takovémto případě se celý palivoenergetický komplex na bázi energetického využití směsného komunál− ního odpadu technologií Westinghouse Plasma Corporation skládá z následujících hlavních technologických uzlů:

ZPLYŇOVACÍ REAKTOR

ê

ČIŠTĚNÍ PLYNU

ê ELEKTROBLOK

Celá dodávka technologie zahrnuje nejen samotné plazmové zplyňování směsného komunálního odpadu, ale rovněž čištění a využívání produkovaného syntetického plynu pro výrobu elektrické energie.

Zplyňovací reaktor spolu s přidruženou techno− logií (zařízení na drcení komunálního odpadu, vsázecí zařízení, plazmové hořáky, zařízení na granulaci strusky, prvotní chlazení syntetic− kého plynu) představují srdce celého systému. Pro využívání syntetického plynu na výrobu elektrické energie je potřeba technologii doplnit o zařízení pro čištění plynu a elektroblok. Vzniká tak komplexní závod na energetické využívání směsného komunálního odpadu.

Obrázek 9: Blokové schéma palivoenergetic− kého komplexu pro využívání směsného komunálního odpadu plazmovým zplyňováním

Závody na zplyňování komunálního odpadu od společnosti WPC provozované a budované ve světě Plazmová technologie společnosti Westinghouse Plama Corporation je vyvíjena více než 30 let. Na počátku vývoje stála spolu− práce s NASA při užití plazmové technologie ve vesmírném programu Apollo při testování vysokých teplot. V současnosti technologie na plazmové zplyňování odpadu od společ− nosti Westinghouse Plasma Corporation představuje nejpokročilejší technologii v oblasti plazmového zplyňování odpadu ve světě. Společnost jako jediná na světě dodala zařízení pro závody, které jsou komerčně provozovány. Žádná jiná firma doposud v oblasti plazmového zplyňování odpadu takovéto reference nemá. Od roku 2010 dochází dále k prudkému nárůstu celo− světové poptávky po této moderní technologii a společnost WPC zaznamenává nebývalý obchodní úspěch v prodeji těchto technologic− kých celků.

JAPONSKO Mihama−Mikata Vsázka:

komunální odpad a vysušený kal z odpadních vod Kapacita reaktoru: 24 tun za den Hlavní výstup závodu: syntetický plyn

INDIE Pune Vsázka: nebezpečný odpad Kapacita reaktoru: 72 tun za den Hlavní výstup závodu: elektrická energie

ČÍNA Shanghai Vsázka: tuhý komunální odpad a popel ze spalovny odpadů Kapacita reaktoru: 30 tun za den Hlavní výstup závodu: vitrifikovaná struska

Wuhan, Hubei V současné době fungují kromě demon− stračního zařízení v USA komerční závody vybavené plazmovou technologií firmy Westinghouse Plasma Corporation v Japonsku, Indii, Číně a Velké Británii. Ve výstavbě jsou další zplyňovací zaří− zení ve Velké Británii, Číně a Thajsku.

10

Vsázka: biomasa Kapacita reaktoru: max. 150 tun za den Hlavní výstup závodu: kapalné palivo

VELKÁ BRITÁNIE Tees Valley TV1 Vsázka: Kapacita reaktoru:

komunální odpad 1000 tun za den (plazmový reaktor s největší kapacitou na světě) Hlavní výstup závodu: elektrická energie

Vstupy a výstupy z technologie Westinghouse Plasma Corporation

11

Plazmová technologie si umí poradit jak s kapalnou vsázkou, tak pevným materiálem nebo odpadem či jejich směsí. V současné době však představuje v celosvětovém měřítku významný problém nakládání se směsným komunálním odpadem. Hlavní vstupní surovinu pro nově budované komerční závody využívající technologii plazmového zplyňování odpadu představuje proto směsný komunální odpad s energetickou hodnotou cca 10 až 12 MJ/t. Vstupní vsázku dále tvoří koks (1t na 25t komunálního odpadu) a vápenec. Vedle toho je pro provoz techno− logie nezbytná elektrická energie pro plazmové hořáky, stlačený vzduch nebo kyslík pro vytváření plazmy a chladící voda pro chlazení syntetického plynu. Obrázek 10: Vstupy a výstupy pro závod na plazmové zplyňování směsného komunálního odpadu o kapacitě 1000 tun za den

Hlavní výstupy technologického procesu plazmového zplyňování komunálního odpadu představují:

− INERTNÍ VITRIFIKÁT − SYNTETICKÝ PLYN − TEPLO − ODPAD Z ČIŠTĚNÍ PLYNU Energeticky bohatý syntetický plyn (7−12 MJ/Nm3) představuje hlavní výstup z procesu plazmového zply− ňování. Tento plyn může být po vyčištění konvertován na různé varianty energie. Nejčastěji na elektrickou energii v plynových turbínách s následným využitím tepla pro vytápění. Čištění syntetického plynu je pro− váděno na parametry podobné zemnímu plynu, proto i emise vznikající při jeho spalování jsou velice nízké. Vedle syntetického plynu vzniká při procesu plazmo− vého zplyňování odpadu sklovitá struska, která představuje inertní nevyluhovatelný dále využitelný materiál. Odpad z čištění syntetického plynu je vracen zpět do procesu zplyňování. Na skládku je nutno ukládat pouze zanedbatelnou část odpadu z druhého stupně čištění syntetického plynu (2−4% celkového vstupního množství odpadu).

Emise do ovzduší Při energetickém využívání odpadu bývá nejvíce diskutována otázka vlivů zařízení na kvalitu ovzduší. Obecně v rámci spaloven komunálních odpadů jsou hlavními složkami spalování odpadů vodní pára a oxid uhličitý, vedle těchto běžných složek spalování vznikají rovněž v závislosti na složení spalovaných odpadů a provozních podmínkách CO, HCl, HBr, NOx, SO2, VOC, PCDD/F, PCB a sloučeniny těžkých kovů. V rámci spaloven komunálního odpadu budí největší obavy z hlediska vlivů na životní pro− středí a zdraví obyvatel v okolí spaloven dioxiny (PCDD/F). Dioxiny je obecný název

Emise do ovzduší Tuhé znečišťující látky (TZL) Dioxiny a furany (PCDD/F) Oxid siričitý (SO2) Oxidy dusíku (NOx) Chlorovodík (HCl) Oxid uhelnatý (CO) Rtuť (Hg)

pro skupinu toxických polychlorovaných orga− nických heterocyklických sloučenin, odvozených od dibenzo(b,e)(1,4)dioxinu, obsa− hujícího šestičlenný 1,4−dioxanový cyklus. Většinou se mezi ně řadí i polychlorované deri− váty dibenzofuranu. Vznikají nedokonalým spalováním chlorovaných organických látek, popřípadě při spalování jakýchkoli organických látek v přítomnosti chloridových iontů. Dioxinům je i v nízkých dávkách připisována teratogenita (vývojová toxicita) a karcinogenita.

Nízké emise do ovzduší z technologie plazmo− vého zplyňování komunálních odpadů jsou jednou z hlavních výhod v porovnání se spalo− váním (oxidací) odpadů ve spalovnách. Emise u technologie plazmového zplyňování ve spojení s kombinovanou výrobou elektřiny a tepla jsou řádově nižší než u běžných spaloven. To platí i v případě dioxinů. Zatímco v případě běžných spaloven komunálních odpadů jsou dioxiny čištěny z výstupních spalin, proces plazmového zplyňování ve své podstatě předchází jejich tvorbě. Vysoká provozní teplota ve spojení s nízkou úrovní kyslíku rozkládají veškeré dioxiny a furany, které mohou být přítomny v odpadu, a eliminují jejich potenciální tvorbu.

Limity pro novou spalovnu dle Vyhlášky č.415/2012 Sb. − půlhodinový průměr

Emise dosažitelné aplikací nejlepší dostupné techniky (BAT) − půlhodinový průměr

Plazmový reaktor + kombinovaný cyklus

30 mg/m3 0,1 ng TEQ/m3 200 mg/m3 400 mg/m3 60 mg/m3 100 mg/m3 0,05 mg/m3

1−20 mg/m3 0,01−0,1 ng TEQ/m3 1−150 mg/m3 30−350 mg/m3 1−50 mg/m3 5−100 mg/m3 0,001−0,003 mg/m3

4 mg/m3 méně jak 0,001 ng TEQ/m3 3 mg/m3 72 mg/m3 9 mg/m3 23 mg/m3 0,001 mg/m3

12

Vitrifikovaná struska

13

Odpady z procesu spalování (oxidace) odpadu tvoří škvára jako zbytek ze spále− ného odpadu, popílek ze zachytávání pevných částic ve spalinách a filtrační koláč z úpravy odpadních vod z čištění spalin. V někte− rých případech je možno výše uvedené odpady ze spalování komunál− ního odpadu dále zpracovat na využitelné produkty, většinou však nelze vyloučit jejich nebez− pečné vlastnosti a jako odpad ze spalování odpadu jsou skládkovány na skládkách příslušné kategorie.

Při procesu plazmového zplyňování odpadu nevznikají klasické zbytky ze spalování. Produkty procesu plazmového zplyňování odpadu jsou syngas a sklovitá struska, která představuje inertní nevyluho− vatelný materiál. Tato skutečnost byla potvrzena řadou testů, které byly provedeny nezávislými laboratořemi v Japonsku u strusky vznikající v japonských závodech. Výsledky ukazují, že složky strusky jsou pod detekč− ními hranicemi analytických metod a struska je tudíž považována za nevyluhovatelnou. Výluh strusky splňuje v analyzovaných ukazatelích dokonce normy pro kvalitu pitné vody.

Obrázek 11: Závod Mihama−Mikata na zpracování směsného komunálního odpadu technologií plazmového zplyňování o kapacitě 24 tun za den

VÝSLEDKY TESTU VYLUHOVATELNOSTI PODLE JAPONSKÉ NORMY JLT−46 A HOLANDSKÉ NORMY NEN−7341 PRO STRUSKU ZE ZÁVODU MIHAMA−MIKATA Těžké kovy

Antimon Arzén Kadmium Chrom (VI) Chrom Meď Olovo Rtuť Selen

jednotka

Výsledky testu strusky Výsledky testu strusky dle JLT−46

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l

<0,001 <0,001 <0,001 <0,005 <0,005 <0,01 <0,001 <0,0001 <0,001

dle NEN−7341

<0,001 <0,001 <0,001 <0,005 0,01 <0,01 <0,001 <0,0001 <0,001

Limit pro půdu

Limit pro pitnou vodu

Limit pro pitnou vodu

Limit pro pitnou vodu

dle Japonské legislativy JLT−46

dle Evropské legislativy

dle legislativy USA

dle České legislativy

0,005 0,01 0,005 − 0,05 2 0,01 0,001 0,01

0,006 0,01 0,005 − 0,1 1,3 0,015 0,002 0,05

0,005 0,01 0,005 − 0,05 1 0,01 0,001 0,01

− 0,01 0,01 0,05 − − 0,01 0,005 0,01

Poznámka: Test JLT−46 byl proveden v laboratořích společností Shimadzu Techno Research, Inc., Kyoto, Japonsko, a to na vzorcích ze závodu Mihama−Mikata.

Materiálové využití vitrifikované strusky Výsledkem plazmového zplyňování komunálního odpadu jsou vedle vznikajícího tepla dva hlavní komerčně využi− telné produkty: syntetický plyn a vitrifikovaná struska. Při samotném procesu nevzniká žádný odpad, kromě malého množství odpadu z druhého stupně čištění syntetického plynu. Toto množství odpadu činí cca 2−4 % z množství odpadu vstupujícího do procesu plazmového zplyňování.

Syntetický plyn představuje energeticky bohatý produkt, který může být pře− tvářen na různé formy energie (např. elektrická energie, kapalné palivo). Plně využitelným produktem je rovněž Inertní vitrifikovaná struska. Vitrifikovaná struska je v rámci zařízení pro plazmové zplyňování odpadu chlazena a granulo− vána. Zvlášť jsou separovány a dále využívány kovy, které tvoří cca 3−5% ze vstupního množství odpadu do procesu plazmového zplyňování. Zbylá část strusky, která tvoří přibližně 25% až 30% z množství odpadu vstupujícího do procesu plazmového zplyňování, představuje surovinu pro stavební průmysl.

14

Struska je ve stavebnictví úspěšně využívána jako:

o Surovina pro výrobu betonu a umělého kamene. o Surovina pro výrobu minerální vaty. o Surovina pro výrobu blokové pěnové izolace.

Obrázek 12: Vitrifikovaná struska ze závodu Mihama−Mikata a minerální vata vyrobená z této strusky

Uhlíková stopa

15

Co je uhlíková stopa? Uhlíková stopa je měřítkem dopadu lidské činnosti na klimatické změny. Představuje množství oxidu uhličitého a ostatních skleníkových plynů uvolněné do atmosféry během životního cyklu výrobku a služby. Umožňuje tedy porovnat dopad různých činností na globální klimatické změny. Scientific Certification Systems ("SCS") je nezávislá kon− zultační společnost, která v roce 2010 vypracovala studii srovnávající emise skleníkových plynů z různých techno− logií na zpracování směsného komunálního odpadu. Porovnány byly emise z technologie plazmového zplyňo− vání s kombinovanou výrobou elektřiny a tepla, emise ze spaloven komunálních odpadů a emise ze skládky odpadu s energetickým využíváním skládkového plynu.

Obrázek 13: Výsledky studie SCS porovnávající emise skleníkových plynů z hlediska životního cyklu Pozn. Akumulované 20−ti leté zatížení atmosféry skleníkovými plyny pro čtyři varianty výroby energie − Výsledky byly porovnávány na základě 1 000 000 MWh

Vedle zařízení na zpracování komunálních odpadů byla jako referenční zařízení hodnocena rovněž technologie spalování zemního plynu při kombinované výrobě elektrické energie a tepla. Studie dospěla k závěru, že emise skleníkových plynů ze závodu na plazmové zplyňování komunálního odpadu jsou nejnižší ze všech hodnocených zařízení a prakticky odpovídají stavu z teplárny na zemní plyn s kombinovanou výrobou elektrické energie a tepla.

Scientific Certification Systems ve své studii uvádí: "Výsledky této analýzy ukazují, že plazmové zplyňování s kombino− vaným cyklem výroby elektrické energie a tepla ("PGCC") posky− tuje nejnižší emise skleníkových plynů z hodnocených systémů pro odstraňování odpadů. Snížení emisí, snížení množství pev− ných odpadů, které je nutno skládkovat, a sní− žení emisí skleníkových plynů − plazmové zply− ňování má lepší parametry z hlediska životního prostředí ve všech oblastech."

Rozsah dodávky zařízení Zařízení pro energetické využívání odpadu metodou plazmového zplyňování založeného na technologii Westinghouse Plasma Corporation se obvykle dodává formou komplexního projektu, který obsahuje dílčí technologické celky:

o Energetické využití syntetického plynu a materiálové využití vitrifikátu (variantně dle potřeb v lokalitě stavby)

o Příjem odpadů k Vstupní příjmový zásobník. k Mechanická úprava odpadů. k Doprava odpadů do zplyňovacího reaktoru.

o Zplyňování k Dávkování odpadů a pomocných surovin. k Plazmové hořáky. k První stupeň chlazení syntetického plynu. k Chlazení a granulace vitrifikátu.

o Čištění syntetického plynu k Chlazení plynu (venturi scrubber). k Filtrace tuhých částic. k Odstranění plynných příměsí.

o Obslužné provozy k Nakládání s pomocnými surovinami. k Čistění odpadních vod. k Administrativní a sociální zázemí.

k Paroplynový cyklus (plynová turbína, spalinový výměník, parní turbína). k Kombinovaná výroba elektřiny a tepla (parní kotel, protitlaká parní turbína, prodej tepla). k Výroba biopaliva. k Zařízení pro úpravu vitrifikované strusky. Obrázek 14: Zařízení pro kombinovaný cyklus s plynovou turbínou

16

Poznámky a odkazy

Plazmové zplyňování odpadu: www.pgpt.cz www.alternrg.com www.westinghouse−plasma.com

Energie z odpadu: www.wtert.ca www.energyfromwaste.ca

Vydavatel:

Za podpory:

PGP Terminal, a.s. Hlubínská 917/20 702 00 Ostrava−Moravská Ostrava Tel.: +420 597 488 188 E−mail: [email protected]

Velvyslanectví Kanady pro Českou republiku v Praze Ve Struhách 95/2, 160 00 Praha 6 e−mail: [email protected] Tel.: +420 272 101 800, Fax: +420 272 101 890 www.canadainternational.gc.ca www.tradecommissioner.gc.ca

www.pgpt.cz