Waste-to-energy , W2E är en process för att generera elektrisk och termisk energi som ett resultat av avfallsförbränning . Kommunalt fast avfall som är försorterat används som bränsle . Byggandet och driften av sådana företag betraktas ofta som en del av ett integrerat avfallshanteringssystem som kan minska miljörisker och minska miljöskador i samband med bortskaffande av icke-återvinningsbart avfall i deponier. Moderna avfallsenergianläggningar skiljer sig mycket från förbränningsugnar , som använde osorterat avfall och genererade extremt begränsad el.
Före den industriella revolutionen på 1700-1800-talen använde människor naturliga föremål i vardagen som kunde brännas eller lämnas att ruttna . Hushållsavfallshantering har funnits genom mänsklighetens historia, ofta användes träavfall som ved . Situationen började förändras under industrialiseringsperioden , när produkter gjorda av syntetiska material som inte är föremål för naturlig nedbrytning började spridas i vardagen i länderna i Europa och Nordamerika , volymen av deras produktion och konsumtion växte, och mänskligheten började producera mer och mer sopor [1] [2] .
1874 byggdes världens första avfallsförbränningsanläggning i Nottingham , och sedan byggdes den första ånganläggningen där , där sopor användes som bränsle - det var så industriavfallsförbränning först fick energianvändning. År 1880 byggdes den första förbränningsugnen i USA i New York . Men fram till 1960-talet praktiserades förbränning i USA huvudsakligen i off-grid installationer, och specialiserade anläggningar var inte vanliga. Dessutom byggdes i slutet av 1800-talet förbränningsugnar i amerikanska städer i flerbostadshus, som också användes för deras uppvärmning [1] [2] .
På den europeiska kontinenten var Frankrike det första landet som införde förbränning av industriavfall . Den första franska förbränningsugnen byggdes nära Paris 1893, och 1896 togs världens första förbränningsugn med en dokumentförstörare i drift i Saint-Ouen . 1930 utvecklades en rosterugn för skiktad avfallsförbränning i Schweiz - detta var en i grunden ny avfallsförbränningsteknik som gjorde det möjligt att överge användningen av eldningsolja och kol som bränsle för att jämnt fördela temperaturen i ugnen, vilket avsevärt minskade kostnaderna för avfallsförbränning, samt ökade dess effektivitet. 1933 öppnade världens första värmekraftverk för förbränning i Dordrecht i Nederländerna . På 1970-talet fick avfallsförbränning en ny omgång av utveckling i spåren av den globala energikrisen , då oljepriserna steg avsevärt. Sopor började på den tiden alltmer betraktas som ett bränsle för produktion av värme och el [2] .
Internationella energibyrån kallar energiavfallshantering med kontrollerad högtemperaturförbränning och föroreningskontrollteknik för det bästa alternativet till deponier för MSW. Det noteras att ofta deponier för avfallshantering inte uppfyller sanitära standarder och blir en plats för okontrollerad avfallsbränning, vilket negativt påverkar luftkvaliteten. Samtidigt är energianvändningen i första hand en del av avfallshanteringssystemet och inte en energilösning, även om det kan bidra till diversifiering av energiförsörjningen [3] .
Som verket påpekar bör energiåtervinning endast genomföras inom den bredare hierarkin av avfallshantering inom områdena förebyggande, förberedelse för återanvändning, återvinning, återvinning och bortskaffande. Detta kräver att kommunala myndigheter genomför en omfattande avfallsplanering för att maximera potentialen för återanvändning och återvinning av material innan energiåtervinning. Dessutom behövs tillräcklig infrastruktur för källinsamling och segregering för att säkerställa att förbränningsanläggningar får bränsle med lämpligt energi- och fuktinnehåll [3] .
Det finns olika synpunkter på huruvida sopor kan betraktas som en förnybar energikälla, och dess förbränning en återvinning. En betydande del av hushållsavfallet är biomassa som bildas av växter som använder atmosfärisk CO₂. Om samma mängd växter odlas igen, kommer en lika stor mängd kol återigen att avlägsnas från atmosfären. Av dessa skäl anses förbrännda organiska ämnen i ett antal länder som en källa till förnybar energi , till skillnad från förbrända petrokemikalier. I Ryssland definierar den federala lagen av den 26 mars 2003 nr 35-FZ "On the Electric Power Industry" att förnybar energi inkluderar "biomassa, inklusive växter speciellt odlade för energiproduktion, inklusive träd, såväl som produktions- och konsumtionsavfall, med undantag för avfall som erhålls vid användning av kolväteråvaror och bränslen, biogas, gas som släpps ut från produktions- och konsumtionsavfall i soptippen av sådant avfall, gas som genereras i kolgruvor. När man hänvisar till förnybara energikällor beaktas således inte faroklassen för avfall och utsläpp av växthusgaser [4] .
I mitten av 2010-talet fanns det mer än 2 200 W2E-anläggningar i världen [5] .
Enligt uppskattningar från International Energy Agency 2014 producerades mer än 30 miljoner ton oljeekvivalenter av primärenergi från MSW över hela världen , vilket var cirka 0,2 % av dess produktion som helhet. Däremot har andelen MSW i den globala energimixen ökat stadigt under de senaste decennierna. Under perioden 1994 till 2014 ökade således produktionen av energi från MSW med 2,6 gånger [4] .
W2E-anläggningar kännetecknas av högre kapital (9 gånger högre än nya gasvärmekraftverk) och driftskostnader (20 gånger högre än nya värmekraftverk). För att finansiera och stödja dem i olika länder används olika mekanismer och kombinationer av intersektoriella och interterritoriella subventioner för avfallshantering, såväl som på bekostnad av industriella och privata konsumenter av den genererade elen. Det kan finnas ganska många metoder för att stimulera avfallsförbränning för energiändamål. I vissa länder finns det "gröna inmatningstariffer" för el producerad från biomassa (inklusive kommunalt organiskt avfall); i vissa stimuleras förbränning av maskinavfall (till exempel har Kina infört stimulansåtgärder på provins- och stadsnivå). Andra stater tillämpar diversifierade tariffer för avfallslagring. Till exempel uppmuntrar Norge förbränning av biologiskt nedbrytbart avfall vid termiska kraftverk eller pannhus på grund av olika tariffer för avfallshantering: nedgrävning av 1 ton biologiskt nedbrytbart avfall på en deponi är 65 % dyrare än andra typer av avfall [6] .
I Europeiska unionen betraktas energiomhändertagandet av avfall som en del av åtgärderna för att uppnå de mål som EU-kommissionen ställt upp i direktivet om avfallsdeponering: senast 2025 ska högst 25 % av avfallsavfall gå till deponi och ingen deponi av återvinningsbart avfall (inklusive plast, papper, metaller, glas och bioavfall) [7] . European Confederation of W2E Plants (CEWEP) 2015, i ett öppet brev till Europeiska kommissionen, sade att energiåtervinning av avfall kan minska beroendet av naturgasimport från Ryssland (2012 importerade 28 EU-länder 107 miljarder m³ avfall förbränning vid den tiden motsvarade 19 % av dessa leveranser) [8] . Förekomsten av avfallsförbränning varierar avsevärt mellan länderna och är mycket hög i ett antal utvecklade länder (främst i norra och västra Europa). Enligt CEWEP-data för 2017 är Finland ledande i Europa inom avfallsförbränning och skickar 58 % av avfallet till energiåtervinning, följt av Danmark , Sverige och Norge med 53 %, och Schweiz med 47 %. I Tyskland , Österrike , Frankrike och Italien är denna siffra cirka 20-40%. Genomsnittet för de 28 EU-länderna var 28 % [9] .
I Ryssland skickas cirka 97 % av maskinavfall till deponier. RT-Invest planerar att driftsätta 5 nya anläggningar med en installerad kapacitet på 325 MW i slutet av 2023. I maj 2020 tillkännagav konsortiet av Rostec , Rosatom och VEB.RF i maj 2020 lanseringen av ett projekt för att bygga ytterligare 25 W2E-anläggningar för att skapa en total användning av 18 miljoner ton icke-återvinningsbara "svansar" (15-20 % från massan av MSW) [10] [11] [12] .
I USA 2017 brändes 12,7 % av allt MSW för att generera energi, 52,1 % av MSW hamnade på deponier. Under 2018 genererade 68 amerikanska anläggningar cirka 14 miljarder kWh el genom att bränna 29,5 miljoner ton brännbart MSW. Cirka 90 % av anläggningarna byggdes mellan 1980 och 1995 [13] [14] .
I asiatiska länder, mot bakgrund av snabb urbanisering och den årliga tillväxten av befolkningen och mängden fast avfall, främjar regeringar olika energiåtervinningsprogram. Kinas statliga mål innefattar bearbetning av hälften av MSW i W2E-anläggningar 2020. 2018 förutspådde Internationella energibyrån att 2023 skulle den installerade kapaciteten för kinesiska energiavfallsföretag kunna nå 13 GW, och 2025 kommer anläggningarna att kunna bearbeta 260 miljoner ton MSW. Stöd till företag ges genom lån till låga räntor och förmånlig beskattning. Utbyggnaden av W2E-företag i Indien har gått långsamt, med en kapacitet på knappt 300 MW installerad i slutet av 2017, och landets största anläggning (24 MW) togs i drift i New Delhi först 2017. En av de viktiga faktorerna som hindrar branschens utveckling är den låga kvaliteten på avfallet och dess låga värmevärde. I Thailand , som en del av utvecklingsplanen för alternativ energi, har ett långsiktigt mål satts upp - till 2036 att höja den installerade kapaciteten för avfallsbearbetningsföretag till 550 MW. Pakistan , Vietnam och Indonesien stimulerar skapandet av nya företag genom en garanterad tariff för el [3] .
Graden av påverkan av avfallsförbränningsanläggningar på miljön beror till stor del på efterlevnaden av reglerna för förbränning av maskinellt avfall, vilket inkluderar: sortering av avfall före förbränning, avlägsnande av icke brännbara och ruttnande komponenter från dem; upprätthålla den erforderliga temperaturen i ugnarna under förbränningsprocessen; Obligatorisk kontroll av aska för urlakning innan dess bortskaffande; sekundär efterförbränning av gaser. Samtidigt förblir närvaron av en viss procentandel av utsläppen till atmosfären från avfallsförbränningsanläggningar oundviklig [15] [1] [16] .
W2E-anläggningar orsakar mindre luftföroreningar än koleldade termiska kraftverk , men mer än naturgasbaserade [17] .
Med termisk omhändertagande går praktiskt taget allt kol som finns i sopor till gasform och kommer ut i atmosfären som koldioxid . Samtidigt finns det projekt för att minska gasutsläppen och minska det totala koldioxidavtrycket . 2019, i Duiven , Nederländerna , tillfördes koldioxid från den lokala W2E-anläggningen till växthusindustrin, vilket minskade CO₂-utsläppen med 15 % [18] .
I händelse av att samma mängd sopor hamnar på deponin kommer inte bara en del av koldioxiden att komma ut i atmosfären utan även cirka 62 m³ metan frigörs till följd av anaerob nedbrytning av organiskt material . Metan är 28 gånger mer potent som en växthusgas och har vid den volymen mer än dubbelt så stor växthuseffekt som koldioxid. När det gäller deponier är en halv åtgärd den partiella infångningen av deponigas och dess efterförbränning. Enligt vissa uppskattningar bidrog dock metan i USA 1999 med 32 % mer till växthuseffekten än koldioxid som frigjordes från sophämtningsförbränning [17] [3] .