انرژی از زباله

کارخانه زباله‌سوزی در وین.
انرژی از زباله روند تولید انرژی در قالب برق یا گرما از زباله است زباله به انرژی یک شکل از بازیابی انرژی است. بیشترفرایندهای تولید زباله به انرژی یا گرما به طور مستقیم از طریق احتراق یا تولید یک کالا قابل احتراق، مانند، متانول، اتانول یا سوخت مصنوعی می‌باشد.
تاریخچه
اولین بار زباله سوز یا مخرب در کشور انگلستان (ناتینگهام) در سال ۱۸۷۴ توسط شرکت‌های مان لاو (manlove)، Alliott به طراحی آلبرت فرایر Albert fryer ساخته شد.
اولین زباله سوز در ایالات متحده آمریکا در سال ۱۸۸۵ در جزیره فرمانداران (Governors Island) در نیویورک ساخته شد.
اولین زباله سوز در دانمارک در سال ۱۹۰۳ در فرید ریکز برگ frederiksberg ساخته شد.
اولین تسهیلات در جمهوری چک در سال ۱۹۰۵ در برنو brno ساخته شد.
سوزاندن (تبدیل به خاکستر کردن)
سوزاندن یا احتراق مواد آلی مانند زباله به بازیافت انرژی ,رایج‌ترین اجرای تبدیل زباله به انرژی است. کارخانه‌های جدید تبدیل زباله به انرژی در همه کشورهای سازمان همکاری اقتصادی و توسعه از طریق سوزاندن زباله (پسماند MSW، تجاری، صنعتی یا RDF) باید کلیه استانداردهای در رابطه با گازهایی از جمله اکسیدهای نیتروژن (NOx)، اکسیدهای گوگرد (SOx) فلزات سنگین و دیوکسین ایجاد می‌شوند، را به طور دقیق مورد آزمایش قرار دهند؛ بنابراین سوزاندن زباله به منظور ایجاد انرژی به طور کلی از روش‌های قدیمی متمایز می‌باشند زیرا در روش‌های قدیمی نه انرژی و نه مواد بازیافت می‌شد. زباله سوز مدرن که حجم زباله اصلی را به میزان ۹۵ تا ۹۶ درصد کاهش می‌دهد، بسته به ترکیب و درجه بازیافت موادی مانند فلزات از خاکستر برای بازیافت بهره می‌برند.
زباله سوز ممکن است ذرات ریز، فلزات سنگین، دیوکسین و گازهای اسیدی منتشر می‌کنند، حتی اگر این انتشار از زباله سوزهای مدرن ,به میزان بسیار کم باشد. موارد دیگری که باید در نظر گرفته شود مدیریت مناسب از باقی‌مانده‌های خاکسترهای سمی خطرناک که بایستی به هنگام نصب و راه‌اندازی و دفع زباله سوز، خاکسترهای زیرین (IBA) که دوباره بایستی به طرز درست مورد استفاده قرار گیرد. منتقدان بر این باورند که زباله سوزها منابع با ارزش را نابود می‌کنند و همین عوامل باعث می‌شود که انگیزه برای بازیافت را کاهش دهد اما سوالی که در اینجا مطرح می‌شود این است که در کشورهای اروپایی بیش از ۷۰٪ از زباله‌ها بازیافت می‌شود و افزون بر آن تا آنها مانع از سوزاندن یا دفن مابقی این ضایعات می‌باشند.
زباله سوزها بازده الکتریکی بین ۱۴ تا ۲۸ درصد را تولید می‌کنند. به منظور جلوگیری از, از دست دادن بقیه انرژی، می‌توان از آن به عنوان مثال برای حرارت مرکزی تولید همزمان به کار گرفت.
مجموع بازده زباله سوز تولید همزمان معمولا بالاتر از ۸۰٪ (براساس ارزش حرارتی پایین‌تر از زباله) و حتی ممکن است بیش از ۱۰۰٪ زمانی که با تراکم گاز دردکش مجهز شده است، می‌باشد.
روش استفاده از سوزاندن برای تبدیل ضایعات جامد شهری (MSW) به انرژی یک روش نسبتا قدیمی تولید زباله به انرزی است. سوزاندن به طور کلی مستلزم سوزاندن زباله (پسماندهای MSW، تجاری صنعتی و RDF) برای جوشاندن آب که برای ژنراتورهایی بخار که باعث ایجاد انرژی الکتریکی و حرارتی در خانه، کسب و کار، موسسات و صنایع استفاده می‌شود. یکی از مشکلات مرتبط با سوزاندن MSW به انرژی الکتریکی، پتاسنیل الاینده برای ورود به فضای با گازهای حاصل از دیگ بخار است. این الاینده‌ها میت واند اسیدی و طی سال ۱۹۸۰ به علت آسیب به محیط زیست با ترکیب با باران باعث ایجاد باران اسیدی گزارش شده است. از آن زمان، صنعت این مشکل با استفاده از ساییدن آهکی و رسوب الکترواستاتیک در دودکش حذف کرده است. با گذشت دود از طریق ساییدن آهکی، هر اسیدی (که ممکن است در دود باشد را جدا کرده و مانع از رسیدن اسید به جو و صدمه زدن به محیط زیست است. بسیاری از دستگاه‌های دیگر مانند فیلتر پارچه‌ای، رآکتورها کاتالیست‌ها را نابود یا گرفتن دیگر آلاینده‌های کنترل شده می‌باشند.
مطابق با نیویورک تایمز، کارخانه‌های زباله سوز مدرن را که ایجاد مین اید به مراتب دیوکسین (DIOXIN) بسیار تمیزتر از دیوکسین است که در حال حاضر از شومینه خانه‌ها و کباب کردن بر روی منتقل‌ها که بر اثر سوختن ایجاد می‌شود منتشر می‌کنند. مطابق با وزارت محیط زیست المان به دلیل مقررات سختگیرانه، کارخانه‌های زباله سوز با واژه‌های از جمله گازهای گل‌خانه‌ای از دیوکسیدها، گرده‌ها و فلزات سنگین آشنایی کامل دارند.
فناوری زباله به انرژی به غیر از روش سوزاندن
تعدادی از دیگر فناوری‌های جدید و در حال ظهور است که قادر به تولید انرژی از زباله و سایر سوخت‌ها بدون احتراق مستقیم وجود دارد. بسیاری از این فناوری این پتانسیل را دارند که تولید برق بیشتراز همان مقدار سوخت توسط احتراق مستقیم ممکن نخواهد بود. این است که عمدتا به جدایی از اجزای خورنده (خاکستر) از سوخت تبدیل علت، در نتیجه، درجه حرارت احتراق بالاتر در دیگ‌های بخار و توربین‌های گاز و موتورهای احتراق داخلی و هم چنین سلول‌های سوختنی را ایجاد می‌نماید.
فناوری حرارتی
تبدیل کردن به گاز (گاز تولید قابل احتراق، هیدوژن، سوخت مصنوعی)
تجزیه حرارتی پلیمرها (تولید نفت خام مصنوعی، که می‌تواند بیشتر تصفیه شود)
تجزیه در اثر حرارت (تلوید قابل احتراق تار TAR/ Biooil و chars)
پلاسما تبدیل به گاز قوس یا فرایند تبدیل به گاز پلاسما (PGP) (تولید گازهای سنتزی غنی از جمله هیدروژن و مونوکسید کربن قابل استفاده برای سلول‌های سوختی یا تولید برق برای ایجاد قوس پلاسما، سیلیکات منجمد قابل استفاده و شمش فلز، نمک و گوگرد.
فناوری غیر حرارتی
تجزیه به طریق بی‌هوازی (از طریق بیوگاز غنی در متان)
تخمیر تولیدات (مانند آتانول، اسید لاستیک، هیدروژن)
بیولوژیکی مکانیک (MBT)،
MBT به اضافه بی‌هوازی هضم.
MBT به غیرا ز سوخت مشتق شده
توسعه‌های جهانی زباله به انرژی
در طی سال‌های ۲۰۰۷-۲۰۰۱، ظرفیت تولید زباله به انرژی حدود چهار میلیون تن در سال افزایش یافته است که این چین چندین کارخانه که براساس در ذوب مستقیم یا در احتراق بستر سایل از مواد زاید جامد را ایجاد کرده‌اند. در چین حدود ۵۰ کارخانه در تلوید زباله به انرژی وجود دارد. ژاپن بزرگریتن کاربرد در زمینه حرارتی MSW در جهان با ظرفیت ۴۰ میلیون تن است. تعدادی از این کارخانه‌ها استفاده فناوری استفاده از استوکر (stoker) و دیگران با استفاده از فناوری‌های پیشرفته نی سازی اکسیژن را به کار می‌برند. هم چنین بیش از یک صد کارخانه که باروش حرارتی و نیز با استفاده از فرایندهای نسبتا بهتری استفاده می‌نمایند مانند ذوب مستیم، روند تبدیل به مایع شدن (Ebara) روش ترمو که در آن با این روش به گاز تبدیل می‌شود (JFE) و هم چنین فرایند ذوب مستقیم نیز وجود دارد. در منطقه Patras (پاتراس) یونان، یک شرکت یونانی فقط آزمایش سیستم را به اتمام رساند که در این آزمایش انرژی بالقوه‌ای را که ایجاد می‌شد به وضوح بدست می‌آمد. با این ورش، آنها ۲۵ کیلووات برق و ۲۵ کیلووات گرما از طریق زباله مایع (اب غیرقابل مصرف) حاصل می‌شد در هند مرکز زیستی علم انرزی برای اولین بار وابستگی خود را نسبت به سوخت‌های فسیلی کاهش داد و در خانه‌ها از سوخت سبز استفاده نمودند. همان طور که از ژوئن سال ۲۰۱۴، کشور اندرونزی در مجموع ۵/۹۳ مگاوات ظرفیت تولید زباله به انرژی دست پیدا کردند و با یک خط لوله روزه در مراحل آماده‌سازی‌های مختلف با هم به مقدار ۳۷۳ مگاوات ظرفیت نایل گردیدند. شرکت تولید انرژی از سوخت‌های زیستی دنور، دو کارخانه سوخت زیستی جدید در منطقه وود – ریور (wood-river)، فرمونت (Fairmont)، نبراسکا (NE) مینوستا (MN) در ژوئیه ۲۰۰۸ ایجاد کردند این کارخانه‌ها با استفاده از روش تقطیر به سوخت اتانول برای استفاده از وسایل نقلیه موتوری و موتورهای دیگر ایجاد نمودند. این دو کارخانه، در حال اضافه گزارش‌های مبتنی بر ظرفیت تولید بیش از ۹۰ درصد براساس انرژی‌های زیست محیطی گزارش شده است.
کارخانه‌های دیگری که براساس انرژی‌های زیست محیطی در مناطق پلیز انتون کالیفرنیا و رنونواد (N70) در حال ساخت می‌باشند این کارخانه قرار است در اوایل سال ۲۰۱۰ تحت نام کارخانه تولید سوخت‌های زیستی سیرا شروع به کار نماید. پیش بینی شده است که این کارخانه حدود ۵/۱۰ میلیون گالن اتانول در هر سال از بازیافت ۹۰۰۰۰ تن زباله محیط زیستی تولید نماید. (اخبار سوخت‌های زیستی)
فناوری تولید انرژی از طریق بازیافت شامل تخمیر که منجر به تولید اتانول که با به کارگیری سلولزی زباله یا مواد آلی می‌توان به سوخت زیستی دست یافت. در فرایند تخمیر، قند موجود در زباله‌ها به دی اکسید کربن و الکل تبدیل می‌شود این همان روشی است که در صنعت الکل سازی (شراب سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تخمیر به طور معمول بدون حضور هوا وجود دارد. استر (Esterification) همچنین می‌توانید با استفاده از زباله به فناوری‌های انرژی انجام می‌شود، و در نتیجه این فرایند بیودیزل است.
اثر بخشی هزینه از طریق روش استر بر روی مواد خام بستگی دارد به همه عوامل از جمله فاصله حمل و نقل مقدار نفت موجود در مواد خاک و موارد دیگر. تبدیل کردن به گاز و تجزیه در اثر حرارت هم می‌توان به ۷۵ بازده تبدیل حرارتی ناخالص رسید (روش تبدیل سوخت به گاز)
انتشار دی اکسید کربن
در فناوری‌های حرارتی تبدیل زباله به انرژی تقریبا تمام محتوای کربن در زباله به عنوان دی اکسید کربن به جو وارد می‌شود هنگامی که از جمله احتراق نهایی از محصولات از تجزیه در اثر حرارت و تبدیل به گاز، به جز زمانی که تولید زیستی برای تبدیل زباله به کور می‌باشد) مواد زاید جامد شهری (MSW) نیز حاوی حدود کسر جرمی همان کربن است که در CO2 می‌باشد و به میزان ۲۷٪ از مجموع ۱ تن (۱/۱ تن) از مواد زاید شهری (MSW) تقریبا به میزان ۱ تن (۱/۱ تن) CO2 تولید می‌کند.
در صورتی که زباله دفن شود، ک تن از مواد زاید شهری (MSW) تقریبا ۶۲ متر مکعب (۲۲۰۰ متر فوت)، متان از طریق تجزیه بی‌هوازیا ز بخش موجود تخریب پذیر از زباله تولید کند. این مقدار متان دارای بیش از دو باربر بالقوه گرم شدن کره زمین از یک تن CO2، که توسط احتراق ایجاد شده باشد، می‌باشد. در برخی از کشورها مقدار زیادی از گاز دفن زباله‌ها جمع‌آوری شده، اما هنوز پتانسیل گرمایش جهانی گاز دفن زباله در مثال به اتمسفر ایالات متحده در سال ۱۹۹۹ حدود ۳۲ درصد بالاتر از مقدار CO2 که توسط احتراق ایجاد شده است.
علاوه بر این، تقریبا تمام زباله‌های زیست تخریب پذیر توده زیست است، که ایجاد شده است. این مواد اصل بیولوژیکی دارد. این مواد توسط کارخانه‌ها با استفاده از CO2 موجود در جو به ویژه در مرحفله آخر این کارخانه‌ها درباره CO2 موجود در جورا توسط روش احتراق گرفته و این عمل چندین مرتبه تکرار می‌شود.
چنین ملاحظاتی دلیل اصلی آن است که چندین کشور از این فناوری تبدیل بازیافت به انرژی و بازیافت، و تولید انرژی مجدد استفاده می‌نمایند. عمدتا پلاستیک و سایر محولات که از نف و گاز به دست آمده به طور کلی به عنوان مواد غیرقابل تجدید استفاده می‌شود.
تعیین کسر منشاء زیستی مواد بازیافتی
مواد زاید شهری تا حدود زیادی منشا زیستی (زیست محیطی) بسیاری از محصولات مانند کاغذ، مقوا، چوب، پارچه و مواد غذایی می‌باشد. به طور معمول نیمی از انرژی مواد زاید شهری از مواد بیوزیستی (موادی که منشا Bigenic دارد). در نتیجه این انرژی است که اغلب به عنوان انرژی تجدید پذیر با توجه به ورودی زباله به رسمیت شناخته شده است.
چند روش توس، اروپائیان cen343 گروه کاری را ایجاد نمودند برای تعیین بخش زیست سوخت زباله مانند دور بهبود سوخت جامد/ مشتقات سوخت. اولیه دو روش توسعه یافته (cen/ts15440) روش مرتب‌سازی دستی و روش انحلال انتخابی بودند. مقایسه سیستماتیک مفصل از این دو روش در سال ۲۰۱۰ منتشر شد. از آنجا که هر روش از محدودیت‌های برای درستی مشخص کسر منشا زیستی دارد، دو روش جایگزین این روش‌ها شده است.
روش اول با استفاده از اصول تعیین سن تا کربن پرتوزا انجام می‌شود. بررسی هیا فن (CEN/TR 15591:2007) ترسیم کربن روش ۱۴ درس ال ۲۰۰۷ انجام شد. استاندارد فنی با روش تعیین کربن در سال ۲۰۰۸ منتشر شد (CEN/TS:15747) در حال حاضر روش کربن ۱۴ تحت استاندارد ASTMD6866 وجود دارد.
روش دوم (به اصطلاح روش تعادل) به کارگیری اطلاعات موجود در ترکیب مواد و عامل شرایط تبدیل بازیافت به انرژی در کارخانه‌ها محاسبه و محتمل‌ترین نتیجه براساس یک مدل ریاضی –اماری می‌باشد.
در حال حاضر از روش تعادل در سه کارخانه اتریش و نصب هشت زباله سوز در کشور دانمارک استفاده نشده است. مقایسه هر دو روش در سه کوره زباله سوز در مقایس کامل در سوئیس نشان داد که هر دو روش در نتیجه مشابه بود. با روش کربن ۱۴ می‌تواند با دقت تعیین کسر توده زیستی زباله، و ارزش گرمایی توده زیست نیز تعیین می‌شود. تعیین ارزش گرمایی برای نامه‌های گواهی سبز مانند برنامه گواهی تعهد تجدید پذیر در انگلستان است.
این برنامه جایزه گواهی براساس انرژی تولید شده از توده زیست محیطی را دارد. مقالات متعدد پژوهشی، از جمله از یک انجمن انرژی‌های تجدید پذیر در انگلستان راه‌اندازی، منتشر شده است که نشان می‌دهد چگونه می‌توان از کربن ۱۴ برای تعیین محاسبه ارزشی حرارتی بهره گرفت. اقتدار بازارهای گاز و برق انگلستان (ofgem)، بیانیه‌ای در سال ۲۰۱۱ منتشر کرد که نشان می‌دهد پذیرش استفاده از کربن ۱۴ به عنوان یک راه برای تعیین محتوای انرژی توده زیس محیطی از مواد خاک زباله تحت مدیریت از منابع تجدید پذیر صورت می‌گیرد. نمونه‌های اندازه‌گیری شده حاصل از سوخت بدست آمد (FMS) و پرسش نامه‌های اطلاعاتی که آنها به کار گرفته‌اند و پیشنهادها را توصیف می‌کند.
نمونه‌هایی از زباله به انرژی
مطابق با ISIVA، ۴۳۱ کارخانه بازیافت انرژی در اروپا (۲۰۰۸) و ۸۹ کارخانه در ایالات متحده (۲۰۰۴) وجود دارد. در زیر نمونه‌های از این کارخانه‌های تولید انرژی از طریق مواد قابل بازیافت در زیر ارائه شده است.