Spalovny odpadu – odpad jako palivo

Datum: 27.10.2014  |  Autor: Ing. Marek Baláš, Ph.D., doc. Ing. Zdeněk Skála, CSc., Ing. Martin Lisý, Ph.D.  |  Recenzent: doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Problematika energetického využití odpadů a s ní spojená výstavba nových zařízení je velice aktuálním tématem. Článek se věnuje především trendům nakládání s odpady, posuzuje možnost energetického využití z různých hledisek. Nemalá část článku se také zabývá popisem odpadů jako paliva, tedy jeho složením a vlastnostmi. Článek je první z chystané minisérie zabývající se problematikou odpadů.

1 Úvod

Obr. 1 Mezinárodní srovnání struktury nakládání s odpady [%], 2011 [2]
Landfilled – skládkováno, Composted – kompostováno, Recycled – recyklováno, Incinerated – spalováno
Obr. 1 Mezinárodní srovnání struktury nakládání s odpady [%], 2011 [2]
Landfilled – skládkováno, Composted – kompostováno, Recycled – recyklováno, Incinerated – spalováno
Obr. 2 Vývoj produkce odpadu v ČR [3]
Obr. 2 Vývoj produkce odpadu v ČR [3]

Vlivem lidské činnosti, výroby a spotřeby vzniká mimo využitelných produktů také opad. Jsou to především odpady ze zemědělské, průmyslové i energetické výroby, sutě z demolic, odpady produkované poskytováním služeb, obalové materiál, které chrání a prodávají výrobky a především komunální odpad generovaný obyvatelstvem. Podle zákona o dopadech (Zákon č. 185/2001 Sb.) je odpad definován jako „každá movitá věc, které se osoba zbavuje nebo má úmysl nebo povinnost se jí zbavit“ [1]. Stejný zákona také definuje tzv. Katalog odpadů, který slouží k jasnému vydefinování konkrétních odpadů. Způsobů, jak s odpady nakládat je několik a záleží na každé osobě, který způsob si vybere. V chování nakládání s odpady se také promítá odpadová politika státu. Podíváme-li se na způsoby nakládání s odpady u nás i dalších států Evropy, zjistíme, že je chování velice různé, od Švýcarska, Holandska či Nizozemí, kde se neskládkuje téměř žádný odpad až po státy jihovýchodní Evropy (Rumunsko, Bulharsko), kde se téměř veškerý odpad skládkuje (viz Obr. 1).

Množství odpadu produkovaného na území ČR dlouhodobě mírně roste. Množstvím produkovaného komunálního odpadu se v posledních letech se pohybujeme nad 300 kg na obyvatele za rok. Mírný pokles zaznamenaly jen průmyslové odpady a odpady z demolic, což je bohužel vlivem probíhající hospodářské krize, nikoli našim počínáním v oblasti produkce odpadů. Ve srovnání s ostatními zeměmi EU patří produkce komunálních odpadů v ČR mezi nejnižší v EU27.

 

Česká republika vyprodukuje za rok přibližně 30 mil. tun odpadu, které lze rozdělit podle vzniku:

  • komunální odpad (21 %)
    • domovní – zbytky potravin, papír, plasty, obaly, textil, sklo, kovy, popel,
    • živnostenský – zbytky potravin, obaly, sklo, kovy, papír, objemný bytový odpad, nábytek,
  • průmyslový (19 %)
    • dřevo, textil, kůže, kovy, plast, oleje, nebezpečný odpad, pryže,
  • stavební odpady (41 %),
    • zemina, sutě, beton, plasty, sklo, kontaminovaná zemina.
  • odpady z čistíren odpadních vod a nakládání s odpady (11 %),
    • čistírenské kaly, produkty spalování odpadu, produkty čištění spalin
  • odpady z energetických procesů (5 %),
    • škvára, popílek, produkty čištění.
Obr. 3 Produkce komunálního odpadu a odpadu z podniků v roce 2012 v ČR [4]
Obr. 3 Produkce komunálního odpadu a odpadu z podniků v roce 2012 v ČR [4]
 

2 Způsoby nakládání s odpady

Jak již bylo napsáno výše, způsobů nakládání s odpady je několik. V roce 2008 přijala Evropská komise směrnici 2008/98/ES, která je hlavní dokumentem o nakládání s odpady v EU. Hlavní počin směrnice je vymezení pětistupňové hierarchie nakládání s odpady. Státy EU jsou povinny zajistit, aby odpady prošly nějakým stupněm využití (materiálové, energetické). Stupně hierarchie jsou následující:

  1. předcházení vzniku odpadů – tedy chovat se tak, aby odpady nevznikaly,
  2. úprava za účelem opětovného použití – vratné obaly, jejich čištění a úpravy,
  3. materiálové využití – při nemožnosti využití výrobků, důraz na využití materiálu – na tomto principu spočívá recyklace odpadů,
  4. jiné využití (např. energetické) – není-li možné využití materiálu, odpad je třeba využít jakkoli jinak – spalování odpadu je zde poprvé uvedeno jako využití, nikoli likvidace/odstranění.
  5. odstranění – umístění odpadu na trvalé úložiště – skládku.

Dalším záměrem směrnice je podpora recyklace, kdy stanovuje pro recyklování cíl recyklovat 50 % běžného komunálního odpadu, včetně plastů, skla, papíru a kovů a 70 % odpadu ze stavebnictví do roku 2020. Dále směrnice stanovuje, že členské státy budou vytvářet plány na předcházení vzniku odpadů (viz Plán odpadového hospodářství daný nařízením vlády č. 473/2009 Sb.).

Obr. 4 Způsoby nakládání s komunálním odpadem v ČR v roce 2012 [5]
Obr. 4 Způsoby nakládání s komunálním odpadem v ČR v roce 2012 [5]

Pro Českou republiku je závazek snížení množství ukládaného odpadu na skládku poměrně těžký úkol. Jak je patrné z Obr. 4., v současné době skládkujeme dvě třetiny odpadu a snížení toho množství je dlouhodobý úkol. Podle hierarchie nakládání s odpady je třeba dbát především na snížení množství odpadů a jejich opětovné využití a především recyklace, ve které jsou velké rezervy. Hlavním způsobem snížení množství skládkovaného odpadu se ale jeví jeho energetické využití, tedy využití ve spalovnách. V současné době máme na našem území 3 spalovny komunálního odpadu, více než dvacet zařízení, která využívají odpad k získávání tepla, a další zdroje jsou ve výstavbě. Ve srovnání se státy západní Evropy však máme ještě velké rezervy.

Základní proces nakládání odpadu ve spalovnách je patrný z Obr. 6.

Obr. 6 Základní schéma spalovny
Obr. 6 Základní schéma spalovny
 

3 Odpad jako palivo

Hlavní problematikou při návrhu a provozování spalovenských kotlů je jasná definice paliva. Odpad jako palivo je sice dosti výhřevný, ale jeho prvkové složení, obsah vody a celková struktura jsou velice kolísavé. Odpad obsahuje velký podíl popelovin (popel, stavební suť, zemina atp.) a nebezpečných látek, které je třeba ve spalinách redukovat.

Složení kolísá podle toho odkud je odpad svážen (lokality s bytovými domy, příměstské osídlení RD či menší obce) a podle roční doby. V lokalitách sídlištního typu je v odpadu velký podíl kompostovatelného odpadu s vysokou vlhkostí, menší podíl sutí a popelovin, vyšší podíl spalitelného odpadu, většinou se zde i odpad více třídí. V lokalitách příměstského typu (rodinné domky) se zvyšuje podíl nespalitelného odpadu (více suti, popele a zeminy) a ubývá hořlavých složek (papír, dřevo) a kompostovatelného odpadu. Odpad z menších obcí pak mívá jiný charakter. Je zde minimální obsah rozložitelného odpadu (lidé sami kompostují) a hořlavých složek (dřevo, papír, bohužel i plasty a textil), které lidé spálí sami, roste podíl jemných frakcí a nespalitelného odpadu (suť, popel). Často je tu větší podíl tříditelného odpadu. [6] Další výkyvy ve složení komunálního odpadu by se daly nazvat sezónními. V létě a na podzim se vlivem vyšší konzumace ovoce a zeleniny zvyšuje podíl biologicky rozložitelného komunálního odpadu (BRKO) a zvyšuje vlhkost odpadu, okolo Vánoc je pak vyšší obsah hořlavých složek (obaloviny, dřevo), v časech, které vedou k vyšší konzumaci (Vánoce, Velikonoce atp.) je pak odpadu více, v době letních prázdnin pak méně, protože tráví více času mimo domovy. Výkyvy ve složení odpadu mají vliv především na jeho výhřevnost. V tabulce a grafu níže (Tab. 1 a Obr. 5) jsou patrné průměrné zastoupení jednotlivých složek ve směsném komunálním odpadu a jejich výhřevnost.

Obr. 5 Přibližné složení směsného komunálního odpadu v ČR
Obr. 5 Přibližné složení směsného komunálního odpadu v ČR
Tab. 1 Výhřevnost složek komunálního odpadu
Druh odpaduVýhřevnost [MJ/kg]
Papír15,7
Plasty32,7
Polyetylen43,4
Polystyren38,0
PVC22,5
Textil18,3
Potraviny3,2
Smetky6,0
Štěpka, dřevo12,4
Sklo0,2
 

V Tab. 2 jsou uvedeny přibližné rozptyly prvkového složení komunálního odpadu a přehled základních vlastností je uveden v Tab. 3. Z těchto tabulek vyplývají velké nároky, které jsou kladeny na spalovenský kotel, způsob homogenizace paliva, jeho zavádění do kotle a regulaci provozu kotle. Jak je také patrné z Tab. 2, odpad mimo hořlavých složek obsahuje podíl složek nebezpečných. Jedná se především o síru, chlór, fluor, polychlorované bifenyly a další těžko rozložitelné organické látky a těžké kovy. Jsou to všechno látky, které (až na síru) v klasických palivech nejsou obsaženy nebo jen ve stopových množstvích. To klade vysoké nároky na proces čištění spalin a stabilizaci a neutralizaci dalších produktů, které ze spalovny odcházejí, a kde jsou tyto látky ve vyšších koncentracích než v původním odpadu.

Tab. 2 Příklad prvkového složení komunálního odpadu (v sušině) dle BREF 8
Prvekmnožství [%hm]Prvekmnožství [mg/kg]Prvekmnožství [mg/kg]
Uhlík18–40Olovo100–2000Kobalt3–10
Vodík1–5Zinek400–1400Kadmium1–15
Dusík0,2–1,5Měď200–700Rtuť1–15
Kyslík15–22Mangan250Arsen2–5
Síra0,1–0,5Nikl30–50Selen0,2–15
Fluor0,01–0,035Chrom40–200Thalium< 0,1
Chlor0,1–1Vanad4–11PCB0,2–0,4

Výše uvedený výčet odpadů ukazuje na jeho velikou pestrost co do složení a dalších vlastností, která vede ke komplikovanému dalšímu využití.

Tab. 3 Přehled základních vlastností komunálního odpadu [7, 8]
Vlastnost
výhřevnostkolísá mezi 7,5 MJ/kg až 10,5 MJ/kg,
vlhkost15–40 %
obsah popele20–35 %
granulometrievelikost částic je velice rozdílná, od nejjemnějšího prachu po velké kusy
prvkové složeníviz Tab. 2
sypná hmotnostvelice rozdílná 60–300 kg/m3, průměrně kolem 120 kg/m3
charakteristické teploty popelevelice různé, většinou nižší než 800 °C

4 Výhody a rizika spojená s energetickým využitím odpadů

4.1 Výhody využití termického zpracování odpadu

Spálením odpadu zmenšujeme prostor, který tento odpad zabírá. Odpad má velice nízkou sypnou hmotnost a to i při hutnění na skládkách. Po spálení odpadu ve spalovně se sníží objem odpadu na cca 10 % a současně se sníží i jeho hmotnost na 25 %.

Velký význam má spalování paliva z hlediska trvalé udržitelnosti. Energetickým využitím odpadu uspoříme u nás hojně využívaná fosilní paliva. Z jednoho kilogramu hnědého mosteckého uhlí vznikne přibližně 1,4 kWh elektrické energie nebo 13 GJ tepla. Z kilogramu spáleného komunálního odpadu vznikne 0,75 kWh elektřiny nebo 7 GJ tepelné energie. Spálením tuny odpadu ušetříme tedy přibližně 0,6 tuny hnědého uhlí. (Čísla jsou samozřejmě přibližná v závislosti na konkrétních výhřevnostech a účinnostech transformace na elektrickou a tepelnou energii). Toto pozitivum má jedno úskalí – je třeba, aby spalovna byla součástí sítě centrálního zásobování teplem, vlastněna stejným majitelem nebo měla smluvně zajištěný odběr tepla. Jinak mohou nastat situace podobné situaci v Brně v 90. letech, kdy obecní spalovna sice prodávala teplo do SCZT, ale nepravidelně a za nevýhodných podmínek. Je tedy třeba, aby od začátku bylo nastaveno pravidlo, že se teplo vyrábí z odpadu a na uhlí se jede pouze špičkově.

Další nespornou výhodou oproti skládkování je snížení emisí skládkových plynů, které unikají i ze zabezpečených skládek (podle kvality skládek takto může unikat 20–50 % generovaného plynu). Jedná se především o CO2 a metan (příp. další lehké uhlovodíky a další stopové prvky) vznikající rozkladem biologicky rozložitelného odpadu i dalších složek. Obě hlavní složky patří ke skleníkovým plynům, metan je navíc jedním ze silných narušitelů ozónové vrstvy.

Ve spalovnách odpadů dochází i k další separaci využitelných složek odpadů. Jedná se především o železné i neželezné kovy, které jsou separovány ze škváry po spálení a následně materiálně využity.

Převážnou část zbytků po spálení, tedy škváru zbavenou kovů, lze dále využít ke stavebním účelům, nejčastěji jako podkladové materiály při stavbě komunikací, rekultivaci krajiny či jako materiál pro budování ochranných vrstev skládek. Materiál je srovnatelný s běžnými těženými materiály, jen nemá filtrační vlastnosti. Materiál není kontaminován žádnými škodlivinami, protože těch byl zbaven při procesu spalování. Jedná se především a o křemičitany a hlinitany.

Vzhledem k prvkovému složení odpadu vzniká jeho spálením (opět ve srovnání s uhlím) nižší uhlíková stopa.

4.2 Negativa využití termického využití odpadu

Velkou slabinou spaloven je jejich cena. Jak je již uvedeno výše, je odpad jako palivo velice různorodý a na to musí být celá technologie připravena. Jde především o stabilní výkon a dodržování emisních limitů, které jsou pro spalovny obzvláště přísné. Všechna tato opatření jak pro regulaci, tak (a to zejména) pro čištění spalin, technologii velice prodražují, že se dostává za hranici rentabilnosti. K najíždění kotle a stabilizaci hoření je navíc třeba podpůrného paliva, aby byla zajištěna ekologie provozu. Jako palivo se používá drahý zemní plyn.

Další nevýhodou spalovenských provozů je samotná manipulace s odpady, tedy jejich svoz a skládkování na jednom místě před samotným spálením. Vzhledem k velkému podílu biologického (rozložitelného) odpadu není zejména v letních měsících v okolí spaloven úplně příjemné ovzduší, a to i přes to, že technologie je na toto připravena – bunkr pro skládkování paliva je uzavřený a v trvalém podtlaku, odváděný vzduch je zaváděn do spalovacího procesu. Přesto je tato problematika jednou z hlavních příčin pomalé výstavby nových spaloven na území ČR.

Jedním z negativních důsledků je zvýšený pohyb nákladních automobilů v okolí spalovny. Tomu je třeba přizpůsobit infrastrukturu a především spalovnu citlivě umístit do stávající nebo plánované zástavby. Tato problematika se dá vyřešit i integrací železničních cest do logistiky spalovny, jak je tomu např. u některých spaloven v Bavorsku. A např. u vídeňských spaloven to také není překážka provozu, protože dvě ze tří spaloven ve Vídni jsou umístěny v centru města.

Nespornou zátěží pro životní prostředí jsou plynné emise. Jsou sice přísně regulovány, ale i minimální množství těžkých kovů či dioxinů a furanů má na živočichy výrazné dopady – těžké kovy i PCDD a PCDF jsou toxické, karcinogenní a některé mají i mutagenní účinky. Zde se právě dostáváme k technologiím, které jsou energeticky a finančně nejnáročnější na celé spalovně. Právě čištění spalin od těchto nebezpečných látek celý provoz velice prodražuje. Výsledkem jsou ale spaliny, které jsou na obsahy nebezpečných látek i dalších sledovaných emisí daleko čistší než emise ze zdrojů spalujících uhlí.

Provozování spalovny odpadů s sebou nese ještě jedno velké riziko, a tím je snížení množství tříděného odpadu pro recyklaci. Je třeba si uvědomit, že separací je odpad ochuzován o složky s nejvyšší výhřevností (PET, igelit, papír) či hořlavé složky vůbec (bioodpad). Navíc, čím více má provozovatel odpadu, tím více tepla či elektřiny vyrobí (a tím více prodá), a to jej nikterak nemotivuje k provozování třídicí linky a další separaci odpadů. Z ekologického hlediska je tedy třeba, aby byly spalovny stavěny nikoli jako samostatné teplárny využívající odpad jako palivo, ale aby byly součástí integrovaného zařízení, které odpady především třídí pro jejich další využití a kde je spálení pouze jedna z alternativ, nikoli s nejvyšší prioritou.

5 Shrnutí

Spalování odpadu je v současné době aktuální téma, článek se snaží vnést základní vhled do problematiky spalování odpadů a to především charakterizací odpadu jako paliva a posouzení výhod a nevýhod zařízení pro spalování odpadů. Odpad lze jako palivo využít bez větších problémů, pokud se přihlédne k jeho specifickým vlastnostem (výhřevnost, vlhkost, složení a jejich výkyvy) a jejich změnám (v čase i podle svozů). Spalovny mají pozitivní i negativní dopady na využití odpadů a jeho možné jiné využití. Přímo ovlivňují životní prostředí ať už svými emisemi nebo tím, že díky nim není odpad skládkován, a nejsou spalována fosilní paliva. Konkrétní dopady je však nutno zpracovat pro každou situaci zvlášť a pečlivě posoudit přínosy i rizika s výstavbou či rozšířením zdroje související.

V dalších pokračováních tohoto článku proběhne podrobnější seznámení zejména s technologickými zařízeními pro spalování a s technologiemi pro snižování nežádoucích emisí.

Poděkování

Článek vznikl za podpory projektu Specifického výzkumu FSI VUT v Brně FSI-S-14-2403 a NETME Centre, regionálního výzkumného a vývojového centra vybudovaného z finančních prostředků Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace v rámci projektu NETME Centre, Reg. č.: CZ.1.05/2.1.00/01.0002 a podporovaného v navazující fázi udržitelnosti prostřednictvím projektu NETME CENTRE PLUS (LO1202) za finančního přispění Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy v rámci účelové podpory programu „Národní program udržitelnosti I.“

Použitá literatura

 
Komentář recenzenta
doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Článek v úvodní části prezentuje aktuální přehled problematiky produkce odpadů a složení odpadů v podmínkách ČR. Hlavním těžištěm článku je porovnání klasického skládkování s termickou likvidací odpadů. Konkrétně jsou uvedeny výhody a nevýhody obou technologií. Pozornost je následně upřena k úvodnímu seznámení s technologií spaloven odpadů.

Článek představuje pro čtenáře vstup do problematiky termické likvidace odpadů s uvedením aktuálních a plánovaných souvisejících předpisů. Kvalita zpracovaného příspěvku je na vysoké úrovni a odráží několikaletou aktivní činnost autorů v oblasti termické likvidace odpadů. Článek představuje kvalitní přehledový materiál k uvedené problematice, jehož velkým přínosem je vysoká aktuálnost uvedených informací.

English Synopsis
Waste incinerator plants - waste as fuel

The issue of energy utilization of waste and the connected construction of new facilities is a very actual phenomena. The article addresses primary the trends of waste treatment and contemplates the option of energy utilization of waste from different perspectives. In a not insignificant part of the article is described the waste as a fuel, which means its composition and properties. This article is first from a prepared miniseries about waste.

 

Hodnotit:  

Datum: 27.10.2014
Autor: Ing. Marek Baláš, Ph.D.   všechny články autoradoc. Ing. Zdeněk Skála, CSc.   všechny články autoraIng. Martin Lisý, Ph.D.   všechny články autoraRecenzent: doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.



Sdílet:  ikona Facebook  ikona Twitter  ikona Blogger  ikona Linkuj.cz  ikona Vybrali.sme.skTisk Poslat e-mailem Hledat v článcíchDiskuse (23 příspěvků, poslední 07.11.2014 06:57)


Projekty 2016

Související rubriky

Dokumenty

Reklama

Partneři oboru

logo KAMSTRUP logo BOSCH logo Yello Energy

E-mailový zpravodaj

WebArchiv - stránky archivovány národní knihovnou ČR

Nejnovější články

 
 
 

Aktuální články na ESTAV.czSenát chce převod pozemků okolo domů opět osvobodit od DPHPlánujete stavbu domu? Vyberte správné lešeníMáte plynový ohřívač vody? Nezapomínáte na jeho pravidelnou kontrolu?