ЕНЕРГІЯ ДОВКІЛЛЯ або енергія відходів – це енергія, отримана з органічних залишків життєдіяльності тварин, каналізаційних стоків та біологічних відходів харчової промисловості. Виробництво енергії відбувається шляхом виготовлення біогазу з твердих або рідких видів відходів. Для цього будують спеціальні біогазові станції, які можуть бути встановлені на каналізаційних очисних спорудах, на фермах та підприємствах переробки сільськогосподарської продукції або на полігонах твердих побутових відходів. Основною складовою біогазу є газ метан, який потенційно може замістити використання природного газу в Україні

Тож енергія відходів є альтернативою, яка з часом може задовольнити потреби великих міст в енергоресурсах.

У 2012-2013 роках Швеція ввозила з закордону близько 800 тис. тон сміття на рік, оскільки в країні не було достатньо відходів для виробництва теплової та електричної енергії. Загалом Швеція планує замінити 75% енергії на поновлювальні джерела до 2030 року. А до 2050 повністю відмовитись від використання традиційних палив.

Технічні рішення (технічні характеристики, обладнання, особливості встановлення та експлуатація, виробники, переваги та недоліки)

Україна має великий потенціал біомаси, доступної для виробництва енергії. Основними складовими цього потенціалу є відходи сільського господарства, відходи деревини, а в перспективі - енергетичні культури, вирощування яких почало активно розвиватися в останні роки.

Відходи – будь-які  речовини, матеріали і предмети, що утворилися у процесі виробництва чи споживання, а також товари (продукція), що повністю або частково втратили свої споживчі властивості і не мають подальшого використання за місцем їх утворення чи виявлення і від яких їх власник позбувається, має намір або повинен позбутися шляхом утилізації чи видалення. 

Побутові відходи – відходи що утворюються в процесі життя і діяльності людини в житлових та нежитлових будинках (тверді, великогабаритні, ремонтні, рідкі, крім відходів, пов'язаних з виробничою діяльністю підприємств) і не використовуються за місцем їх накопичення.  

Тверді відходи – залишки речовин, матеріалів, предметів, виробів, товарів, продукції, що не можуть у подальшому використовуватися за призначенням.

Звалища і полігони твердих побутових відходів (ТПВ) здійснюють суттєвий негативний вплив на довкілля. Внаслідок того, що останнім часом у складі ТПВ, крім звичайних компонентів – харчових залишків, паперу, пакувальних матеріалів, пластмас, скла тощо, зростає кількість відпрацьованих електроприладів, акумуляторів та елементів живлення, люмінесцентних ламп, які містять токсичні метали, в зоні впливу сміттєзвалищ відзначають більш сильне, порівняно з фоном, забруднення поверхневих водних джерел і ґрунту важкими металами. 

Закриття полігонів і сміттєзвалищ та їх використання для будівництва сучасних систем збору й утилізації біогазу матиме позитивний екологічний та соціальний ефект. Науковці розглядають полігони твердих побутових відходів як джерела відновлюваних газових родовищ. Завдяки тому, що звалища ТПВ містять значну кількість органічних відходів, у товщі звалища в умовах обмеженого доступу кисню, органічні речовини під дією природних метаноутворюючих бактерій піддаються процесу анаеробної ферментації з утворенням біогазу. 

Біогаз є багатокомпонентним газом, склад його може змінюватися залежно від морфологічного складу відходів, що потрапляють на звалища, та умов захоронення. Проте, основними компонентами біогазу є метан (40–60 %) і вуглекислий газ (30–45 %). 

До сучасних способів поводження з біогазом, отриманим зі звалищ ТПВ відносять: 

• спалювання з метою виробництва енергії;
• збагачення і використання в якості палива в газотурбінних установках для комбінованого вироблення теплової та електричної енергії; 
• факельне спалювання з метою усунення неприємних запахів і зниження пожежної небезпеки на полігонах ТПВ; 
• використання в якості палива для газових двигунів з отриманням електричної і теплової енергії;  
• використання біогазу в якості палива для автомобілів; 
• збагачення (підвищення вмісту метану до 94–95 %) і використання в газових мережах загального призначення в якості замінника природного газу. 

Використання звалищного газу може забезпечити значний економічний ефект. Досвід розвинених країн світу дає підставу погодитися з таким твердженням. Будівництво систем збору та утилізації біогазу на полігонах ТПВ увійшло в практику розвинених країн Європи і Північної Америки. Зокрема, у США з метою отримання тепла та електроенергії у господарських і житлових об'єктах використовуються понад 150 великих полігонів. Кількість біогазових установок у цій країні налічує близько 244 одиниць, які продукують 4,3 млрд м³/рік. У Німеччині діє близько 4 тисяч біогазових установок (половина працюючих у світі). Щороку 280 заводів виробляють біогаз у обсязі 3,7 млн. т. За прогнозами фахівців, до 2020 р. у Німеччині буде функціонувати 20 тисяч біогазових установок.

Дані: Житомирський національний агроекологічний університет. Використання енергетичного потенціалу твердих побутових відходів в Україні.

Використання енергетичного потенціалу полігонів твердих побутових відходів (ТПВ)

Можливі такі способи  використання ТПВ: 

1. Спалювання підготовлених горючих ТПВ у топках котлів і печей із виробленням теплової і електричної енергії. Перед спалюванням ТПВ потребує попередньої обробки – видалення металів, електроелементів, скла, пластику тощо, сушіння та подрібнення. Вторинну сировину, яку отримують в результаті сортування: вловлений метал, компост, шлак та золу можна використовувати у виробництві будівельних матеріалів. 

Підвищення ефективності процесу спалювання ТПВ можливе за рахунок спалювання суміші традиційних викопних видів палива і ТПВ. Враховуючи економічні та екологічні параметри, орієнтовна частка ТПВ для котлів на вугіллі складає 10…20%, для котлів на природному газі – 20…30%. ТПВ можливо спалювати без додавання традиційного палива при наступних параметрах: зольність <60%, вологість <50%, вміст горючих речовин >25%. 

Потенціал заміщення природного газу з розрахунку на місто з населенням 1 млн. чол. становить 90…100 тис. м³. Питомі інвестиції для реалізації цього способу становитимуть 300…400 євро/т ТПВ у рік. 

2. Газифікація (піроліз) – розклад ТПВ під час нагрівання без доступу повітря або його подача у невеликій кількості. У результаті утворюється горючий газ та суміш смол (шлак). Вторинна сировина, як результат сортування: вловлений метал, компост, скло і каміння, які можна використовувати у виробництві будівельних матеріалів. Питомі інвестиції для впровадження газифікації становитимуть  200…300 євро/т ТПВ у рік. 

Ефект впровадження: значно зменшується об’єм ТПВ, менші викиди шкідливих речовин в атмосферу порівняно з прямим спалюванням ТПВ, шлак, що утворюється в процесі піролізу, не має в собі активних речовини та може захоронюватися без додаткової обробки. 

3. Збирання звалищного газу. Основні характеристики полігонів для оцінки їх паливного потенціалу: час із моменту відкриття (років), середня кількість ТПВ, що надходить на полігон (т/рік), компонентний склад. Для оцінки якості звалищного газу і можливих обсягів його видобування, необхідно здійснити пробний відбір шляхом виконання, як мінімум, 10 свердловин (вартість однієї становить 8…12 тис. євро). Одна свердловина охоплює територію в радіусі 30…50 м. Кількість звалищного газу залежить від вмісту органічних фракцій, вологості, температури, щільності відходів тощо.

Питомі інвестиції для впровадження збирання біогазу на полігонах становлять 100…120 тис. євро/т ТПВ. Вихід біогазу − 100 м³/т ТПВ. Найбільш рентабельним є збирання біогазу на полігоні, де захоронено понад 5 млн. тонн відходів із висотою складування не менше 10 м. Переважно такі параметри мають полігони ТПВ міст із населенням більше 100 тис. чол. Оптимальний вік полігону для збирання біогазу − 5…10 років. При витраті біогазу не менше 500 м³/год, доцільним є встановлення когенераційної установки. Збір біогазу необхідно проводити протягом не менше 25 років після закриття полігону.  

Наявність споживача електричної/теплової енергії поблизу полігону значно підвищує економічний ефект від спалювання звалищного газу в когенераційних установках для вироблення електричної та теплової енергії. При цьому частка метану має становити не менше 40%, а мінімальна витрата при спалюванні − близько 500 м³/год. При подачі виробленої електроенергії в мережу, її вартість визначається відповідно до закону про встановлення "зеленого" тарифу. Оптимальним варіантом використання теплової енергії є забезпечення теплом та гарячої водою місцевих споживачів. Питома теплота згорання біогазу залежить від вмісту метану та знаходиться в межах 4300…5400 ккал/м³.

Енергетичний потенціал біогазу оцінюється в 400 ГВт∙год/рік електричної енергії. Використання наявного потенціалу дозволить зменшити викиди СО₂ на 240 тис. т/рік.