HULLADÉKOK ENERGETIKAI ÉS BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSA
8.2
Másodlagos tüzelőanyagok előállításának lehetőségei Tárgyszavak: másodlagos tüzelőanyagok; nem hasznosítható hulladék; mechanikai–biológiai kezelés; stabilizálás; logisztika; költségek; piaci helyzet.
A másodlagos tüzelőanyagok felhasználása A másodlagos tüzelőanyagok alkalmazásához mindenek előtt ismerni kell a potenciális felhasználók igényeit. A háztartási hulladékból előállításra kerülő másodlagos tüzelőanyag fő felhasználási területei az alábbiak: – energiatermelés hulladékégető berendezésekben – cementégetők, amelyekben a megfelelően előkészített másodlagos tüzelőanyagot közvetlenül vagy elgázosítva elégetik, és a keletkező gázt használják fel a cement előállítása során – erőművekben energia előállítása céljából – a Schwarze Pumpe-i másodlagos nyersanyagot feldolgozó berendezésben a másodlagos tüzelőanyagot szén hozzáadásával elgázosítják. A keletkező gázból metanolt állítanak elő vagy erőművekben hasznosítják. A másodlagos tüzelőanyagok elméletileg felhasználhatók aszfaltkeverő berendezésben, a vas- és acéliparban, a tégla- és burkolóanyag-gyártásban, de ipari léptékben még nem alkalmazzák őket.
A másodlagos tüzelőanyagok jellemzése Napjainkig a kutató- és fejlesztőmunka elsősorban a másodlagos tüzelőanyagok háztartási hulladékból történő kinyerésére szolgáló berendezések és gépek kifejlesztésére irányult. A minőségbiztosítási szervezetek elsődlegesen
a városi hulladékok szennyező anyagaira határoztak meg határértékeket, de nem kevésbé voltak fontosak a folyamatokkal kapcsolatos követelmények. A kutatómunka az alábbi összefüggésen alapult: egy folyamat kimenete (output) függ a bemenettől (input), a reaktor(ok)tól és a reaktor(ok) üzemi körülményeitől. Ez a definíció érvényes a hulladékból másodlagos tüzelőanyagot előállító, illetve ezen tüzelőanyagot felhasználó folyamatokra is. A másodlagos tüzelőanyag előállításának inputja a háztartási hulladék, amely heterogén minőségű, ezért változó minőségű másodlagos tüzelőanyag állítható elő belőle, jelentős költséggel. A háztartási hulladék minősége és mennyisége az évszakok és a begyűjtés helyének függvényében változik. Kezelés nélkül a háztartási hulladék mint tüzelőanyag csak speciálisan tervezett hulladékégetőben égethető el. Ipari berendezésekben energianyerés céljából történő elégetése során a folyamat ellenőrzése érdekében a hulladék alábbi paraméterei kiemelt jelentőségűek: – fizikai paraméterek (fűtőérték, részecskealak, térfogattömeg, szállíthatóság/fúvathatóság, mechanikai stabilitás, hőstabilitás), – kémiai paraméterek (szén-, hamu-, víz- és szennyezőanyag-tartalom (elsősorban Cl, S, Cd, Hg, Tl), – biológiai és egészségügyi paraméterek (a háztartási hulladékok tartalmazhatnak baktériumokat, illetve komposztálási és fermentálási folyamatok termékét). A háztartási hulladék alkotórészeinek alakja az ásványi anyagok feldolgozása során alkalmazott módszerrel nem határozható meg pontosan. A háztartási hulladék több olyan alkotóelemet tartalmaz, amelyek alakja részecskeként nem írható le, így például – sík alkotórészeket (papír, kartonpapír, műanyag fólia), – üreges tárgyakat (palackok, konzervdobozok, műanyag dobozok), – szilárd alkotórészeket (fa, gumi, műanyaghulladék), – ömlesztett anyagokat (kerti hulladék) – feltekercselt anyagokat (pl. magnó-, videoszalagok). A hulladék térfogattömege és szállíthatósága függ az összetételétől és a hulladékgyűjtő tartályban, a begyűjtő gépkocsiban, a tárolás vagy a kezelés során bekövetkező átalakulásától. Esetenként a felhasználók igénylik, hogy a tüzelőanyag „fújható” legyen, pl. szénporral történő együttes elégetés során. A kezeletlen, illetve az elkülönített gyűjtés során nyert laza szerkezetű hulladék nem stabil, ami szükséges lenne például az elgázosítás során. Ez a mechanikai stabilitásra (tárolás és szállítás) és a hőstabilitásra egyaránt érvényes, mivel a szemcsézett hulladéknak az aknás reaktorban történő elgázosítás során stabilnak kell lennie, hogy a nyers gáz akadálytalanul áthaladhasson a töltet különböző hőmérsékletű zónáin, alulról felfelé. Az illó alkotórészek (Cl, Hg, Cd, Tl) tekintetében az ipari energiatermelő berendezéseknek meg kell felelniük az emissziós előírásoknak.
Nem hasznosítható hulladékok A hulladékkezelés és újrafelhasználás során – az alkalmazott folyamat függvényében – különböző mennyiségű és változó minőségű, tovább már nem hasznosítható maradék anyag keletkezik, amelynek meg kell felelnie a német hulladéktárolást szabályozó rendelet előírásainak. A mechanikai–biológiai kezelésből származó maradékok esetében ez komposztálással vagy komposztálás és fermentálás együttes alkalmazásával biztosítható. A mechanikai–fizikai stabilizálás és a száraz stabilizálás során csak kis mennyiségben vagy egyáltalán nem keletkezik lerakóhelyen elhelyezendő maradék anyag.
A másodlagos tüzelőanyag gyártás technológiái A mechanikai–biológiai kezelés során a hulladékot két frakcióra választják szét: – nagy fűtőértékű tüzelőanyag frakcióra, amelyet a felhasználó igényei szerint kondicionálnak és szükség esetén szemcséznek – kis fűtőértékű frakcióra, amelyet a német hulladéklerakást szabályozó rendelet előírásainak való megfelelés érdekében biológiailag kezelni kell. A biológiai kezelés történhet komposztálással vagy fermentálással, és a fermentálási maradék komposztálással történő kezelésével. E kezelési mód esetén a stabilizált hulladék lerakására vonatkozó előírásokat a hulladéktárolást szabályozó törvény, az emissziós határértékeket a 30. immisszióvédelmi törvény, a keletkező szennyvízre vonatkozó előírásokat a német szennyvíz rendelet 23. függeléke rögzíti. A mechanikai–biológiai kezelés legfontosabb előírásai az alábbiak: • szubsztrát a szubsztrát összes szerves szén (TOC) tartalma ≤ 18 %(m/m) légzési aktivitás ≤ 5 mg O2/g száraz anyag < 20 dm3/kg vagy a gázképződés sebessége ≤ 6 000 kJ/kg felső fűtőérték Ho vagy TOC konc. az eluátumban ≤ 250 mg/dm3 • távozó levegő illatanyagok a távozó levegőben összes por a távozó levegőben szerves anyagok a távozó levegőben metán nélkül
500 szagegység/m 10 mg/m3 (napi átlag) 20 mg/m3 (napi átlag) 55 g/t (havi átlag)
• szennyvíz kémiai oxigénigény összes nitrogén
< 200 mg/dm3 < 70 mg/dm3
A mechanikai fizikai stabilizálással történő másodlagos tüzelőanyag előállítás során a hulladékból csak a nem kívánatos alkotórészeket (fémek, inert anyagok, víz) távolítják el. A tüzelőanyag maradék nedvességtartalma a felhasználó igényétől függ. Szemcsézés esetén a víztartalom nem lehet nagyobb 10%-nál. A nagy fűtőértékű tüzelőanyag frakciót szárítják, és fémtartalmának eltávolítása után szemcsézik. A kis fűtőértékű frakciót mechanikusan kezelik. A mechanikai–fizikai stabilizálás előnyei: – a hulladék csaknem teljes széntartalma energiává alakítható; – a tovább már nem hasznosítható frakció csak inert anyagot tartalmaz, ami megfelel a német hulladéktárolásra vonatkozó előírásoknak; – a termikus szárítás során a másodlagos tüzelőanyag szemcsézéséhez szükséges 10%-os víztartalom biztosítható. A hátrányok: – a technológiát ipari léptékben még csak a Schwarze Pumpe-i másodlagos nyersanyagot feldolgozó üzemben alkalmazzák, amelyet háztartási, kereskedelmi és csomagolóanyag-hulladékok kezelésére terveztek, nem pedig maradék anyagok kezelésére; – az inert alkotórészeket el kell távolítani a német hulladékok tárolására vonatkozó rendelet előírásainak való megfelelés, illetve a szemcséket előállító malmok alkatrészeinek a homok, üvegtörmelék, fémek koptató hatásától, illetve a kemény és éghető anyagoktól (gumi, bőr, nagy műanyag dobozok, fa) való védelme érdekében. Ez azonban költséges eljárás; – az alkalmazott szárítóberendezést nem háztartási hulladék, hanem az építőiparban ásványi anyagok, illetve az élelmiszeriparban állateledel szárítására fejlesztették ki; – a szemcsézéshez szükséges 10%-os nedvességtartalom biztosítása érdekében nagy mennyiségű vizet kell eltávolítani. A hulladék víztartalma 35–55%, a begyűjtés helyének és a gyűjtés módjának (pl. elkülönített gyűjtés) függvényében; – az illó alkotórészek szintén eltávoznak a vízzel, ezért a szárítóban kondenzált vizet elvezetés előtt tisztítani kell. A száraz stabilizálási folyamat lépései az alábbiak: – biológiai stabilizálás (szárítás) – a nem kívánatos ásványi anyagok és fémek mechanikai eltávolítása – szemcse előállítása. A mechanikai–biológiai kezelés és a száraz stabilizálási eljárás jól ismert folyamatok. A mechanikai–fizikai stabilizálás újonnan kifejlesztett eljárás, amelynek folyamata az 1. ábrán látható.
hulladék
nem fémtartalmú eltávolítandó anyag felszíni tároló fémtartalmú eltávolítandó anyag
darabolás, szitálás, a fémek elválasztása
vashulladék
egyéb fémhulladék
feldarabolt, fémmentes hulladék
magas fűtőértékű frakció szárítása és tisztítása
kondenzátum egyéb fémhulladék
darabolt, szárított és tisztított magas fűtőértékű frakció
szemcsézés
szemcsék az energetikai célú hasznosításhoz
nehézfrakció az energetikai célú hasznosításhoz
1. ábra A mechanikai-fizikai stabilizálás folyamatábrája
Logisztika/költségek A végleges kezelési eljárásokkal (hulladékégetés, elgázosítás) ellentétben a másodlagos tüzelőanyag előállításának logisztikai költségei nagyok, különösen, ha a feldolgozó berendezések nem a hulladék keletkezésének és begyűjtésének a közelében találhatók, hanem részben vagy egészben a felhasználóknál. A költségek az alábbi elemekből tevődnek össze:
– a hulladék begyűjtése és elszállítása a feldolgozó berendezéshez, – a másodlagos tüzelőanyag előállítása, – a tovább már nem hasznosítható frakciók kezelése a német, hulladéktárolásra vonatkozó rendelet előírásainak való megfelelés érdekében, – szállítás, – fizetés a felhasználó számára, hogy alkalmazza a másodlagos tüzelőanyagot, – a tovább már nem hasznosítható frakció lerakási költségei, – rezsiköltségek. Bevétel a kitermelt fémhulladék eladásából keletkezhet. A háztartási hulladékból előállított másodlagos tüzelőanyag jelenleg még nem értékesíthető, sőt, a felhasználóknak fizetnek azért, hogy fogadják el és használják ezt a tüzelőanyagot. A fizetendő összeg függ a tüzelőanyag minőségétől. A jelenlegi árfolyamok: – 30 euró/t a kondicionált tüzelőanyag cementégető berendezésekben történő elégetésre – 45 euró/t a Schwarze Pumpe-i másodlagos nyersanyagot feldolgozó berendezésben történő felhasználásra – 80–130 euró/t a kis sűrűségű hulladék égetőberendezésben történő elégetésére energianyerés céljából. Az alacsony összegek oka az égetőberendezések esetében az, hogy 2005. május 31-ig olcsó a hulladéklerakás költsége. 2005. június 1-jétől, a német hulladéktárolást szabályozó rendelet hatályba lépésétől az égetőberendezéseknek növelniük kell kapacitásukat, ami a nagyobb átvételi árban is meg fog nyilvánulni. Függeni fog továbbá a hulladék fűtőértékétől, mert a fűtőérték növekedésével csökken a hulladékégető berendezés átmenő teljesítménye.
A másodlagos tüzelőanyagok értékesítésének lehetősége Az 1. táblázatban a jelenleg és a jövőben várhatóan keletkező másodlagos tüzelőanyag mennyiségek szerepelnek. Napjainkban évente mintegy 3,7 M t másodlagos tüzelőanyagot használnak fel energia előállítására. A másodlagos tüzelőanyagok éves termelése a jövőben várhatóan 18 M t lesz. Még ha ennek az értéknek csak a fele valósul is meg, jelentős versenyhelyzet fog kialakulni a piacon, és a gyártóknak alkalmazkodniuk kell ehhez a helyzethez. Verseny van a másodlagos és a hagyományos tüzelőanyagok között, de a különböző másodlagos tüzelőanyagok között is. A felhasználók a másodlagos tüzelőanyagot a felhasználás céljának megfelelően választják ki: az erőművekben például szennyvíziszapot alkalmaznak, mert az iszap előkezelés után felhasználható az erőművek portüzelési folyamataiban.
1. táblázat A másodlagos tüzelőanyag mennyiségek jelenlegi és a jövőben várható alakulása Németországban Másodlagos tüzelőanyag
Keletkezés (tonna/év) jelenleg jövőben
Megjegyzés
Szennyvíziszap
600 000
2 400 000
A 3 M t/év keletkező szennyvíziszap 20%-át elégetik, a maradékot lerakják vagy a mezőgazdaságban értékesítik. A lerakást 2005. 06. 1-jétől betiltják. A mezőgazdasági célú felhasználás egyes szövetségi államokban tilos, 2020-ig egész Németországban betiltják
Könnyűfrakció, a cikkben ismertetett három eljárással kezelve
500 000
2 000 000
5 M t/év kezelése mechanikai-biológiai eljárással, 25–50% magas fűtőértékű frakcióként
Ipari hulladékból nyert könnyűfrakció
175 000
Műanyaghulladékok
100 000
Jelentős részét lerakják. 2005. június 1jétől a mennyisége várhatóan jelentősen megnő 1 700 000
Energetikai célú hasznosítás
Műanyag csomagolóanyagok
Elkülönített gyűjtésből származó frakció, nyersanyagként vagy energetikai célokra hasznosítható
Osztályozott csomagolóanyagok
Túlnyomórészt lerakják, 2005. június 1-jétől energetikai célra hasznosítandó. Mennyisége várhatóan csökken az elkülönített gyűjtés miatt
Darabolt könnyűfrakció
320 000
350 000
Az autóroncsokat a jövőben hasznosítani kell
Fahulladék
1600000
3500000
A lerakás tilalma miatt várható az energetikai célú hasznosítás növekedése
Olaj
170 000
250 000
Elsősorban alapanyagként, kismértékben energetikai célú hasznosítása várható
230–300 000
300 000
Elsősorban alapanyagként kerül felhasználásra, az energetikai célú értékesítés növekedése nem várható
3 300 000
Hosszú távon egyre kevesebb állati lisztet állítanak elő
Gumi, gumiabroncs Állati liszt, zsír, vágóhídi hulladék
100 000
Oldószer
18 000
Szőnyeghulladék
18 000
Derítőföld
13 000
A jelentősen szennyezett és ezért nem hasznosítható műanyagok egyre nagyobb mennyiségben lesznek jelen a piacon, mert nem helyezhetők el lerakóhelyen. A darabolt könnyűfrakció a szennyezőanyag-tartalma miatt különleges hulladékokat elégető berendezésekben elégethető vagy másodlagos nyersanyagot feldolgozó berendezésben elgázosítható energianyerés céljából. Ipari berendezésekben másodlagos tüzelőanyagként történő felhasználás előtt a szennyeződéseket és az inertanyag-tartalmat el kell távolítani. Fahulladékot csak akkor használnak másodlagos tüzelőanyagként, ha szennyezett (pl. vasúti talpfák, telefonoszlopok, építőipari hulladék). A nem szennyezett faanyagot biomasszával fűtött erőművekben hasznosítják. Olajat és gumiabroncs-hulladékot másodlagos tüzelőanyagként ritkán alkalmaznak, mert ezek az anyagok újrahasznosíthatók. A darált állati belsőrészek, állati zsiradékok és a vágóhídi hulladék nagy mennyiségben áll rendelkezésre, mert ezek a hulladékok nem használhatók fel állati takarmányként. Elvileg alkalmasak másodlagos tüzelőanyag előállítására, de különösen Európában valószínűtlen, hogy a táblázatban szereplő maximális értékeket elérjék. (Regősné Knoska Judit) Thomé-Kozmiensky, K. J.: Processing concepts for substitute fuels. = Aufbereitungstechnik, 43. k. 4. sz. 2002. p. 11–20. Guang-Sheng Zhu; Reitz, R. D.: A model for high-pressure vaporization of complex liquid mixtures using continuous thermodynamics. = International Journal of Heat and Mass Transfer, 45. k. 3. sz. 2002. jan. p. 495–507.
