Hulladékok termikus hasznosításának szerepe az új hulladék keretirányelv tükrében

1. Hulladékok termikus hasznosításának szerepe az új hulladék keretirányelv tükrében Dr. Hornyák Margit környezetvédelmi és hulladékgazdálkodási szakértő c. egyetemi docens Szakmai konferencia Dunaújváros, 2010. június 4.

2. Jelenleg hatályos jogszabályok EU Magyarország • 2006/12/EK irányelv 2000. évi XLIII. törvény 98/2001. (VI. 15.) Korm. rendelet 213/2001. (XI. 14.) Korm. rendelet • 2000/76/EK irányelv 3/2002. (II. 22.) KöM rendelet • 1999/31/EK irányelv 20/2006. (IV. 5.) KvVM rendelet • BAT referenciadokumentumok • a hulladékégetésről • a cement- és mésziparról Horizontális környezetvédelmi szabályozás (KHV, IPPC)

3. Főbb változások az EU szabályozásban Hulladékhierarchia: Jelenleg 3, a jövőben 5 prioritás! 2008/98/EK irányelv megelőzés újrahasználat feldolgozás energetikai hasznosítás ártalmatlanítás

4. Főbb változások az EU szabályozásban Ep – (Ef + Ei) Energiahatékonyság = 0,97 (Ew + Ef) Ep [GJ/év] = a hő- vagy villamos energia formájában termelt energia (villamos energia x 2,6-tal), értékesített hőenergia x 1,1-gyel) Ef [GJ/év] = a gőztermeléshez felhasznált, tüzelőanyag formájában bevitt energia Ew [GJ/év] = az elégetett hulladék energiatartalma a hulladék alsó fűtőértékével számolva Ei [GJ/év] = az Ew-n és Ef-en kívüli energia-bevitel 0,97 = a salak és a hősugárzás miatti energiaveszteséget figyelembe vevő faktor Hasznosítás: Energiahatékonyság ≥ 0,60 a működő és 2009. január 1. előtt engedélyezett létesítményeknél Energiahatékonyság ≥ 0,65 a 2008. december 31. után engedélyezett létesítményeknél Csak a települési hulladékégető műveknél!

5. Mi indokolhatja a termikus hasznosítást? • A megelőzést szolgáló intézkedések ellenére nő a képződő hulladék mennyisége • Műszaki, gazdasági, esetenként jogi (!) korlátok a feldolgozásban • A hulladékok, különösen a biológiailag lebomló hulladékok eltérítése a hulladéklerakóktól • az erőforrások elveszését jelenti és később • környezetvédelmi felelősségi problémát jelenthet • Életciklus-elemzések (a prioritási sorrendet is módosíthatják) • A kommunális hulladékégetők által termelt energia kiváltja a más erőművekben felhasznált erőforrásokat Hulladékból energia Energia gazdálkodás Hulladékgazdálkodás

6. A települési szilárd hulladék termikus hasznosítása • Hulladékégető művekben • Előkezelés nélkül • Előkezelést követően • Mechanikai-biológiai előkezelés • Mechanikai-fizikai előkezelés • Magas hőmérsékletű ipari technológiákban, előkezelést követően (együttégetés) • Cementgyárak • Erőművek • Gázosító művekben

7. Mechanikai-biológiai előkezelés (MBH) • Fő célja • a komposztálásra és az anaerob erjesztésre alkalmatlan biológiailag lebontható hulladékfrakció környezeti veszélyességének minimalizálása, illetve teljes megszüntetése a hulladéklerakóban képződő különböző gázok és a szivárgó, illetve csurgalék vizek mennyiségének csökkentése érdekében. • A másik, előbbivel szoros kapcsolatban álló célkitűzés, hogy a rendelkezésünkre álló mikroorganizmusokat úgy használjuk fel, a működésüket úgy befolyásoljuk, hogy a hulladékban meglévő toxikus tartalmat a legnagyobb mértékben minimalizáljuk (biológiai stabilizálás). • Az MBH következtében csökken a hulladék térfogata, tömege, víztartalma, biológiailag lebontható szervesanyag-tartalma, és ezáltal a gázképződési potenciálja. • Alkalmazása • a lerakást megelőzően a vegyesen begyűjtött maradék hulladék biológiai stabilizálására • az energetikai hasznosítás előkészítéseként, a termikus hasznosításra kerülő alkotóknak a termikus hasznosítás által megkövetelt minőségi paraméterekre történő beállítására.

8. Maradék TSZH Aprítás Rostálás 100-130 mm Mágneses és örvény-áramú szeparálás Mágneses és örvény-áramú szeparálás Homogenizálás és biostabilizálás Rostálás 20-30 mm Mágneses és örvény-áramú szeparálás Mágneses és örvény-áramú szeparálás Biostabilizált anyag lerakóba MBH-I. Teljes mértékű biológiai stabilizálás Másodlagos tüzelőanyag (RDF)

9. Maradék TSZH Rostálás 80-100/60-80 mm Aprítás Mágneses és örvényáramú szeparálás Mágneses és örvényáramú szeparálás Homogenizálás és biostabilizálás Rostálás 20-30 mm Mágneses és örvényáramú szeparálás Mágneses és örvényáramú szeparálás Másodlagos tüzelőanyag (RDF) Biostabilizált anyag lerakóba MBH-II. Részleges mértékű biológiai stabilizálás/magas fűtőértékű (16-18 MJ/kg) RDF előállítása

10. A Biodegma-Gore eljárás technológiai folyamatvázlata (Neumünster)

11. Mechanikai-fizikai előkezelés • A mechanikai-fizikai stabilizálás célja olyan szilárd tüzelőanyag előállítása, amelynek • elegendően alacsony (10%-nál kevesebb) a nedvesség tartalma, és • a kívánt mértékben mentes a nem éghető inert és fémes anyagoktól. Ezért a kinyert laza tüzelőanyag frakciót fizikai hő bevezetésével szárítják, és fém leválasztással, illetve optikai szeparálással és rostálási, légosztályozási műveletekkel tisztítják, végül pedig rendszerint pelletezik vagy brikettezik.

12. Mechanikai-fizikai előkezelés

13. Az MBH eljárások „termékei” • Biológiailag stabilizált, víztartalmában erőteljesen csökkentett és relatíve magas fűtőértékű másodlagos tüzelőanyag (RDF) - mennyisége a legegyszerűbb műszaki megoldásoknál átlag 25-30%-a, fűtőértéke 12-14MJ/kg - a bonyolultabb és jelenleg legnagyobb kinyerési hatásfokkal dolgozó műszaki megoldásoknál 50-55% nyerhető vissza másodlagos tüzelőanyagként, fűtőértéke 12-16 MJ/kg • A biológiai stabilizálás tömeg-vesztesége mintegy 20-25 m/m %, amely elsősorban a technológia során levegőbe távozó vízgőzből és szén-dioxidból adódik. • A stabilizált, lerakásra kerülő maradék részaránya eljárástól függően 15-45%.

14. Az MBH eredetű másodlagos tüzelőanyagok termikus hasznosítása Alkalmazási területek: • hulladékégető művek, • cementművek, • széntüzelésű erőművek, • gázosító művek.

15. Termikus hulladékhasznosítási módszerek jellemzői a BREF alapján

16. Energetikai hasznosítás hulladékégető műben • Az RDF a vegyesen gyűjtött maradék hulladékhoz képest lényegesen kedvezőbb anyagi jellemzőkkel rendelkezik • fűtőérték tartomány min. 12-14 MJ/kg és max. 16-18 MJ/kg, • nedvességtartalom 25-30 m/m % és a 15-20 m/m % tartományban, • hamutartalom átlagosan 20-25 m/m % között • 1 tonna RDF-ből átlagosan 450-500 kWh villamos energia termelhető (vegyes maradék hulladékból átlagosan 300-350 kWh)

17. Energetikai hasznosítás cementművekben A minőségi követelmények a hulladékégetés minőségi elvárásaival szemben jóval szigorúbbak • Átvételi feltételek (az adott klinkergyártási technológia függvényében) • a tüzelőanyag fűtőértéke, • nedvesség- és hamutartalma, • halogén- (döntően klór-) tartalma, • nehézfémtartalma, (BUWAL lista, RAL-GZ 724) • maximális szemcseméret, • egyenletes minőség. A hazai gyakorlatban, egy 16 MJ/kg fűtőértékű, hasznosításra a cementgyári igények szerint előkészített, MBH technológiából származó másodlagos tüzelőanyagért a cementipar méltányos -10 és -5 Ft/kg égetési díjat számol fel a leszállított anyagért.

18. Energetikai hasznosítás széntüzelésű erőművekben • Döntő paraméter az anyag fűtőértéke (16 MJ/kg körül), valamint halogén- és nehézfémtartalma • RDF felhasználható mennyisége a széntüzelésű erőmű hőenergia-bevitelének 5-10%-át nem haladhatja meg, elkerülendő a korróziós és füstgáztisztítási problémákat (német tapasztalat) • A tervezett hazai MBH technológiák kiegészítése szükséges előkészítési, osztályozási műveletekkel (pl. nem-vasfémek, valamint klórtartalmú műanyagok leválasztása, az inertanyag-tartalom redukálása, finom aprítási művelet beiktatása) • ezek a többletráfordításokat igényelnek

19. Termikus hasznosítás hőbontási eljárásokkal (gázosítás) • A végtermékek elsősorban energiahordozóként, ritkábban vegyipari másodnyersanyagként hasznosíthatók. • Döntőek a kémiai átalakulás feltételei, így elsősorban a hőmérséklet, a felfűtési idő és a reakcióidő, továbbá a szemcse-, illetve darabnagyság, továbbá az átkeveredés mértéke, hatékonysága. • Az alkalmazott lebontási hőmérséklettartomány szerint megkülönböztetünk: • alacsony hőmérsékletű hőbontást, ahol a hőbontás általában 450-550oC (legfeljebb 700oC) hőfoktartományban zajlik (klasszikus pirolízis, amely az RDF kezelésére nem vált be), és • magas hőmérsékletű hőbontást (gázosítást), ahol a hőbontás 850-1100oC, illetve e feletti (egészen 2000oC-ig) hőfoktartományban megy végbe (salakolvasztásos gázosítási eljárások).

20. A gázosítás jellemző reakciói 1. C+ O2 → CO2 - 393 kJ/mol (exoterm) 2. C + H2O → CO + H2 +131 kJ/mol (endoterm) 3. C + CO2 → 2 CO +172 kJ/mol (endoterm) 4. C + 2 H2 → CH4 - 74 kJ/mol (exoterm) 5. CO + H2O → CO2 + H2 - 41 kJ/mol (exoterm) 6. CO + 3 H2 → CH4 + H2O - 205 kJ/mol (exoterm) A reverzibilis reakciók és arányuk a reaktorban uralkodó hőmérséklet, nyomás és oxigén-koncentráció függvényében változnak.

21. Gázosítás • A gáztermék energiatartalmának hasznosítása: • égetés egy kapcsolt gáztüzelésű reaktorban (tűztérben) és kazánban gőz, illetve villamos energia előállítása érdekében; • a szintézisgáz előállításra koncentráló megoldásoknál a gáztisztítást követően a tisztított szintézis gáz kémiailag kötött energia tartalmának vegyipari hasznosítása. • A nagyhőmérsékletű reaktorok salakolvadéka – hasonlóan a salakolvasztásos égetés maradékához – építőipari hasznosításra alkalmas, mert üvegszerű, a nehézfém-vegyületeket vízben nem oldható szilikátos kötésben tartalmazó salak-granulátumként a környezetre gyakorolt hatás szempontjából inert. Egyéb esetben a salak kezelése megegyezik a hulladékégetéskor képződő salakéval.

22. A TPS Termiska gázosítás folyamatvázlata

23. A TPS Termiska gázosítás jellemzői • A TPS Termiska eljárást Svédországban fejlesztették ki és tesztelték egy 2 MW teljesítményű demonstrációs létesítményben (Nyköping). • A tapasztalatok alapján 1993-ban az olasz Ansaldo céggel közösen valósították meg az üzemi méretű technikát az olaszországi Gréve-in-Chianti településen. A 200 t/nap kapacitású létesítmény RDF tüzelőanyagot dolgoz fel – részben pellet formában, részben laza állapotban – két cirkuláló fluid rendszerű gázosító egységben, egységenként 15 MW tüzelőanyag kapacitással. • A gázosító reaktorok 850-900oC hőmérsékleten működnek. A gáztermék kátrány-mentesítését ellenáramú, dolomit (magnézium- és kalcium-karbonát keverék) por bevezetése mellett krakkoló reaktorban végzik, ahol a dolomit abszorpció révén megköti a savas komponensek egy részét. • A 8 MJ/Nm3 fűtőértékű szintézis-gázt hűtést követően nedves eljárással tisztítják, majd hőtartalmát kombinált ciklusú gázturbinában nyerik vissza. A füstgáz hőtartalmát hasznosító kazán és gőzturbina egység kiadott elektromos teljesítménye 6,7 MW. • A tisztított szintézis-gáz alternatív hasznosítási lehetősége a közeli cementműben biztosított.

24. A képződött és termikus hasznosításra került települési hulladék mennyisége [kg/fő/év] 2008-ban az EU 27 tagállamában Az adatok forrása: EUROSTAT

25. Villamos energia- és hőenergia-termelés az EU-ban (2006) 50 millió t/év TSZH elégetésével előállított és értékesített energia 27 millió MWh villamos energia (megfelel 27 millió lakos igényének = Hollandia, Dánia és Finnország lakossága) 63 millió MWh hőenergia (megfelel 13 millió lakos igényének = Ausztria, Írország és Észtország lakossága) Forrás: CEWEP, 2006.

26. Hasznos információk: http://eur-lex.europa.eu http://europa.eu/environment/waste http://register.consilium.europa.eu http://cewep.eu KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET!