Informační brožura

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