Ćwierć wieku energetycznego wykorzystywania odpadów

Transkrypt

1 25 lat ochrony środowiska w Polsce Aleksander Sobolewski, Ryszard Wasielewski Energetyczne wykorzystanie odpadów w Polsce ma jeszcze niewielkie tradycje pomimo niewątpliwych potencjalnych korzyści ekonomicznych i środowiskowych takich działań. Poza tym nasze doświadczenia w zakresie odzysku energii z odpadów komunalnych nie są najlepsze pierwszą i, jak dotąd, jedyną spalarnię uruchomiono dopiero w 2001 r. Analiza zmian, które następowały w okresie ostatnich 25 lat w tym zakresie, prowadzi do wniosku, że po transformacji polityczno-gospodarczej przełomu lat 90. XX w. można wyróżnić tutaj trzy zasadnicze okresy: W pierwszy okres obejmuje lata 90., które wiązały się z przemianami strukturalnymi polskiej gospodarki, działaniami prywatyzacyjnymi i napływem kapitału zagranicznego. Towarzyszyło temu przenoszenie doświadczeń technologicznych krajów zachodnioeuropejskich w zakresie energetycznego wykorzystania odpadów. W tym czasie zmiany systemowe i technologiczne następowały powoli, a rozwiązania systemowe z minionego okresu, choć nieskuteczne, wydawały się trudne do przezwyciężenia, W drugi okres wiąże się z wprowadzeniem poważnych zmian w krajowym ustawodawstwie dotyczącym odpadów w latach 1997 oraz 2001 (ustawy o odpadach) oraz z wydaniem szeregu aktów wykonawczych, które regulowały działania w zakresie termicznego przekształcania odpadów. Okres ten trwał do momentu wejścia Polski do Unii Europejskiej w roku 2004 i cechował się pierwszymi działaniami komercyjnymi na dużą skalę, Aleksander Sobolewski dr inż., dyrektor Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu Ryszard Wasielewski dr inż., Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

2 Mędrców szkiełko i oko 25 lat ochrony środowiska w Polsce 58 związanymi przede wszystkim z energetycznym wykorzystaniem odpadów w przemyśle cementowym oraz z pierwszymi próbami współspalania biomasy (w tym również odpadów biodegradowalnych) przez krajową energetykę. Towarzyszył temu stopniowy rozwój systemowego podejścia do problemu energetycznego zagospodarowania odpadów, W trzeci okres związany jest z dynamicznym rozwojem sektora gospodarki odpadami, co zbiegło się w czasie z uzyskaniem przez Polskę istotnego wsparcia finansowego w ramach środków pomocowych po wstąpieniu do Unii Europejskiej. Środki te, tak jak konieczność implementacji wytycznych dyrektyw unijnych, wyraźnie zmieniły krajowe podejście do kwestii wykorzystania energetycznych walorów odpadów. Duży impuls rozwojowy związany jest również z powstaniem systemu rozliczania emisji ditlenku węgla oraz kwalifikacji i rozliczania energii ze źródeł odnawialnych (w tym biomasy, do której zaliczono część odpadów). Zmiany w krajowej gospodarce w zakresie energetycznego wykorzystania odpadów Krajowe doświadczenia w zakresie odzysku energii z odpadów komunalnych są, najłagodniej mówiąc, nie najlepsze. Pierwsza polska spalarnia odpadów komunalnych w Warszawie pracuje dopiero od 2001 r., chociaż decyzję o jej budowie podjęto w 1989 r. Ponad 10 lat z przerwami trwały w stolicy prace nad uruchomieniem tej inwestycji, przerywane licznymi protestami i blokadami organizacji ekologicznych. Dopiero po wstąpieniu Polski do Unii Europejskiej przystąpiono do budowy kolejnych instalacji tego typu, dla których uzyskano możliwość wsparcia finansowego ze środków unijnych w ramach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko na lata Jednak i w tym przypadku proces przedinwestycyjny napotykał wiele problemów, głównie związanych z uzyskaniem akceptacji społecznej. W efekcie z planowanych wstępnie 12 instalacji tylko sześć weszło w fazę realizacyjną. Powstające spalarnie będą miały zdolność przerobową nieco ponad 1 mln Mg zmieszanych odpadów rocznie i tylko w części pozwolą na realizację wymaganych poziomów redukcji odpadów biodegradowalnych kierowanych do składowania. Aktualnie na terenie kraju działa kilkadziesiąt spalarni odpadów przemysłowych i szpitalnych, z których część powstała jeszcze w latach 90. dla rozwiązania problemu zagospodarowania specyficznych odpadów powstających w zakładach chemii przemysłowej oraz sektorze usług medycznych. Głównym celem tych instalacji, a także spalarni osadów komunalnych jest jednak unieszkodliwianie odpadów, a nie odzysk energii. Termiczne przekształcanie komunalnych osadów ściekowych uzyskało znaczący impuls rozwojowy po wybudowaniu ze środków unijnych wielu nowoczesnych oczyszczalni ścieków. Powstający coraz większy strumień osadów ściekowych oraz kurczące się możliwości ich rolniczego wykorzystania i składowania sprawiły, że podjęto szeroką dyskusję nad koniecznością rozwiązania tego problemu przy zastosowaniu metod termicznych. Obecnie w Polsce pracuje kilkanaście spalarni osadów ściekowych, wybudowanych po roku 2005, opartych głównie na technologii spalania w złożu fluidalnym. Ich możliwości przerobowe są jednak znacznie mniejsze od potrzeb. Poszukiwane są więc inne rozwiązania, zwrócono także uwagę na możliwość współspalania osadów ściekowych z paliwami kopalnymi w istniejących instalacjach energetyki i ciepłownictwa. W ostatnim dziesięcioleciu przeprowadzono w tym zakresie liczne testy przemysłowe,

3 Aleksander Sobolewski, Ryszard Wasielewski które jednak nie zakończyły się działaniami w fazie komercyjnej. Energetyczne wykorzystanie odpadów w Polsce na dużą skalę w praktyce związane jest wyłącznie ze współspalaniem paliw alternatywnych w przemyśle cementowym. Pierwsze próby technologiczne w tym zakresie miały miejsce pod koniec lat 80. ubiegłego wieku, jednak rozwój nastąpił dopiero po przejęciu sektora cementowego przez koncerny zachodnioeuropejskie, które wykorzystały swoje wcześniejsze doświadczenia. Jeszcze w 2000 r. paliwa alternatywne stanowiły 2% strumienia ciepła wprowadzanego do procesu produkcyjnego w cementowniach, natomiast już w 2001 r. ich udział przekroczył 45%, a niektóre z krajowych cementowni osiągają nawet 80-procentowy (rekordowy w Europie) udział odpadów w całości strumienia energii napędzającego proces technologiczny. Dynamiczny wzrost zapotrzebowania cementowni na kwalifikowane paliwo z odpadów w sytuacji, gdy podaż odpadowych opon była zbyt niska stał się siłą napędową dla wytwarzania paliw z różnych odpadów palnych. W odpowiedzi już pod koniec lat 90. rozpoczęły działalność pierwsze instalacje wytwarzania paliw alternatywnych na potrzeby cementowni. Obecnie w kraju działa ponad 100 takich instalacji, z których kilka posiada potencjał wytwórczy na poziomie ok. 100 tys. Mg/rok. Poziom krajowej produkcji kwalifikowanych paliw alternatywnych przekracza obecnie 1 mln Mg i zbliża się do kresu technologicznych możliwości ich odbioru przez przemysł cementowy. Szansę dalszego rozwoju dla produkcji paliw z odpadów upatruje się w sektorze energetyki i ciepłownictwa, który od lat wykazuje zainteresowanie odzyskiem energii z odpadów. Barierą dla rozwoju jest jednak obecny poziom techniczny instalacji kotłowych, w tym szczególnie układów oczyszczania spalin, co nie pozwala na bezinwestycyjne i bezpieczne środowiskowo wdrożenie technologii współspalania odpadów z paliwami kopalnymi. Niezbędne są tutaj prace modernizacyjne, wymagające sporych nakładów finansowych. Istnieją jednak przesłanki i deklaracje, że energetyka gotowa jest podjąć wyzwanie. Warunkiem koniecznym jest tutaj stworzenie jasnych i stabilnych reguł legislacyjnych i fiskalnych, gwarantujących opłacalność tego typu działań w dłuższej perspektywie czasowej. Uzyskane w ostatnich 10 latach doświadczenia w zakresie promowania energii elektrycznej wytwarzanej w procesie współspalania biomasy z paliwami kopalnymi mogą być bazą dobrych praktyk do zastosowania przy wykorzystaniu odpadów w energetyce. Jest to droga wymagająca nowych rozwiązań nie tylko technologicznych, ale także systemowych. Doświadczenia Instytutu Chemicznej Przeróbki Węgla Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla (IChPW) w Zabrzu został utworzony w 1955 r. i aktualnie zatrudnia ok. 220 pracowników, w tym wysokiej klasy specjalistów różnych dziedzin nauki i techniki. Od wielu lat w Instytucie prowadzone są priorytetowe dla gospodarki badania nad efektywnym wykorzystaniem paliw kopalnych, odnawialnych i alternatywnych. Obszar kompetencji Instytutu koncentruje się na ich termochemicznym przetwórstwie w procesach pirolizy, zgazowania i spalania. Wszystkie obszary badań technologicznych i procesowych powiązane są z zagadnieniami ochrony środowiska naturalnego, a w szczególności z ograniczeniem emisji gazów szkodliwych i cieplarnianych. 59

4 Mędrców szkiełko i oko 25 lat ochrony środowiska w Polsce 60 Szczególnie istotnym obszarem badawczym, któremu w ciągu ostatnich 25 lat działalności poświęcono wiele uwagi, są procesy związane z energetycznym i surowcowym wykorzystaniem odpadów. Również w IChPW obserwuje się stopniowe (w wymienionych na wstępie trzech przedziałach czasowych) powiększanie i rozszerzanie zakresu prac badawczych dotyczących tej tematyki. Poniżej przedstawiono skrótowo wybrane i najważniejsze prace badawcze. W pierwszym okresie lat 90. badania dotyczyły głównie możliwości energetycznego wykorzystania odpadów z przeróbki węgla kamiennego, np. mułów węglowych, a także zagospodarowania odpadów ze spalania węgla. W tym czasie opracowano m.in. technologię odzysku węgla z mułów węglowych metodą aglomeracji sferycznej (Resicoal) oraz technologię produkcji kruszyw lekkich na bazie popiołów lotnych z kotłów fluidalnych (Flashgran). Podejmowano również takie zagadnienia związane z termicznym przekształcaniem odpadów jak badania nad możliwością wytwarzania adsorbentów węglowych z odpadów ebonitowych (obudowy akumulatorów) czy badania nad karbonizacją odpadów gumowych. Prowadzono także badania dotyczące możliwości wytwarzania kompaktowanych paliw z udziałem osadów ściekowych. Instytut miał również swój udział w działaniach związanych z uruchomieniem pierwszej polskiej spalarni odpadów komunalnych w Warszawie poprzez badania nad możliwością zastosowania krajowego koksu aktywnego produkowanego w firmie GRYFSKAND w adsorberze przeciwprądowym WKV do końcowego głębokiego doczyszczania spalin. W latach w IChPW realizowano, wspólnie z warszawskim Instytutem Chemii Przemysłowej oraz Instytutem Gospodarki Odpadami w Katowicach, duży Projekt Badawczy Zamawiany: Surowcowa recyklizacja odpadowych tworzyw sztucznych przez koksowanie. W ramach tego projektu powstała innowacyjna technologia KARBOTERM, która umożliwiała zastosowanie niesortowanych rodzajowo odpadów polimerowych jako składników wsadu do produkcji koksu lub kompaktowanego paliwa dla energetyki. Badania dotyczyły procesów konwersji termochemicznej odpadowych polimerów na drodze termolizy w bitumach i kopirolizy z węglem kamiennym. Technologia ta była wielokrotnie nagradzana na krajowych i międzynarodowych wystawach innowacji, uzyskując m.in. złoty medal podczas światowej wystawy wynalazków IE- NA 97 w Norymberdze. W latach prowadzone były liczne prace badawcze związane z energetycznym wykorzystaniem osadów ściekowych. W 2002 r. przeprowadzono pierwsze przemysłowe próby współspalania osadów ściekowych z miałem węglowym w EC Rzeszów. W 2005 r. opracowano procedurę technologiczną wytwarzania granulatów na bazie osadów ściekowych we współpracy z Instytutem Podstaw Inżynierii Środowiska PAN w Zabrzu. Badano również możliwości energetycznego wykorzystania osadów ściekowych z oczyszczalni ścieków Klimzowiec w Chorzowie. Podjęto też badania nad technologią zgazowania i pirolizy odpadów (odpady gumowe, opakowania wielowarstwowe, odpady drewna, kompost niespełniający wymagań, odpady z przemysłu spożywczego). W 2002 r. w IChPW powołano Centrum Doskonałości CONBIOT Termochemiczna konwersja paliw stałych procesy pirolizy i zgazowania oraz spalania biomasy i odpadów stałych, w ramach którego ułatwiono wymianę informacji i doświadczeń dotyczących te-

5 Aleksander Sobolewski, Ryszard Wasielewski go obszaru badawczego z wiodącymi ośrodkami badawczymi krajów UE. W związku z rozwojem w kraju instalacji do produkcji paliw alternatywnych w IChPW wykonywano coraz więcej kompleksowych badań właściwości fizykochemicznych paliw produkowanych z odpadów, m.in. dla takich podmiotów jak EKOTAR Tarnów, ALBA Chorzów, SITA-STAROL Chorzów, VIG Dąbrowa Górnicza, REMONDIS Dąbrowa Górnicza i Opole, POWIZ Wrocław i VATTENFALL. Instytut brał też udział w tym okresie w licznych międzynarodowych i krajowych dużych projektach badawczych w zakresie energetycznego wykorzystania odpadów, takich jak: W Thermal treatment of scrap tyres to produce re-usable carbon black akronim: SCRAPTREAT (projekt w ramach inicjatywy EUREKA), W Sewage Sludge Gasification for CHP Applications akronim: CHP, W Projekt Celowy Zamawiany: Gospodarcze wykorzystanie mułów powęglowych z KWK Mysłowice i KWK Wesoła, w tym Opracowanie technologii produkcji paliw z mułów węglowych, W Projekt Badawczy NOT: Modyfikacja prototypowej konstrukcji zgazowarki pirolitycznej typu EKOD dla wykorzystania paliw alternatywnych, ze szczególnym uwzględnieniem upraw energetycznych. W latach , w związku z powstaniem nowej prawnej możliwości kwalifikacji energii elektrycznej wytwarzanej z wykorzystaniem biomasy, prowadzono liczne badania przemysłowe dotyczące energetycznego wykorzystania biomasy i odpadów biodegradowalnych w procesach współspalania na instalacjach energetyki zawodowej. To w Instytucie (przy współpracy z Urzędem Regulacji Energetyki) opracowano podstawowe procedury badawcze i rozliczeniowe dla energetycznego wykorzystania biomasy. Procedury te do tej pory stanowią podstawę do rozliczania energii z OZE produkowanej na drodze spalania (oraz współspalania) biomasy. Działania Instytutu w tym zakresie, pomimo iż koncentrowały się głównie na biomasie pochodzenia rolnego i leśnego, zawsze uwzględniały perspektywę dla energetycznego odzysku energii z odpadów biomasowych, a ogólniej biodegradowalnych. W roku 2004, wychodząc naprzeciw oczekiwaniom i potrzebom sygnalizowanym przez energetykę krajową, w Instytucie powołano sieć laboratoriów nadzorowanych pod nazwą Labiomen. Obecnie, po 10 latach działalności, sieć ta skupia znakomitą większość laboratoriów energetyki zawodowej współspalającej biomasę (42 laboratoria członkowskie). Za pośrednictwem sieci Labiomen do laboratoriów przemysłowych wprowadzono procedury oceny właściwości biomasy, w tym m.in. metodykę oceny biodegradowalności, co stanowi podstawę dla przyszłego wdrożenia współspalania odpadów biomasowych dla produkcji energii zaliczanej do OZE. Instytut jest jednym z najważniejszych podmiotów przygotowujących dokumentacje uwierzytelniające i opinie do wniosków elektrowni o zmianę koncesji dla produkcji energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych. Równolegle Instytut prowadził testy przemysłowe współspalania odpadów z węglem kamiennym i brunatnym, m.in. osadów ściekowych w EC Wybrzeże, paliw alternatywnych w EC BORUTA w Zgierzu, odpadów makulatury i papieru w EC CERGIA Toruń oraz paliwa alternatywnego, osadów ściekowych i makulatury w Elektrowni Bełchatów. Wykonywał również prace studialne w zakresie możliwości współspalania mączki zwierzęco-kostnej w Elektrowni Opo- 61

6 Mędrców szkiełko i oko 25 lat ochrony środowiska w Polsce 62 le, odpadów komunalnych w Elektrowni Turów oraz paliwa alternatywnego w Elektrociepłowni Stalowa Wola. W ostatnim okresie, trwającym od roku 2005 do czasów obecnych, w Instytucie nastąpiło dalsze zwiększenie liczby prac i obszarów badawczych związanych z energetycznym wykorzystaniem odpadów. W akredytowanym laboratorium Instytutu wdrażane są nowe metody analityczne, które dają podstawy do dalszego rozwoju rynku paliw alternatywnych. Dla wielu producentów tych paliw wykonuje się m.in. oznaczenie zawartości frakcji biodegradowalnej w odpadach. Prowadzone są badania nad procesem zgazowania odpadów na instalacji badawczej z wykorzystaniem własnego prototypowego reaktora zgazowania w złożu stałym GazEla. Instytut bierze udział w kolejnych dużych projektach badawczych dotyczących energetycznego wykorzystania odpadów, takich jak: W Projekt Badawczy Zamawiany: Gospodarka i rozwój technicznego wykorzystania odpadów z tworzyw polimerowych w Polsce, w ramach którego opracowano technologię zagospodarowania zużytych jonitów przez ich koksowanie. Technologia ta uzyskała złoty medal na Międzynarodowej Wystawie Wynalazków i Innowacji w Warszawie w roku 2010 oraz złoty medal na Międzynarodowej Wystawie EXPOCHEM w Katowicach w roku 2011, W Projekt Badawczy Zamawiany: Nowoczesne Technologie Energetycznego Wykorzystania Biomasy i Odpadów Biodegradowalnych akronim: BIOB, W Strategiczny Program Badań Naukowych i Prac Rozwojowych Zaawansowane technologie pozyskiwania energii ustanowiony przez NCBiR, W projekt finansowany przez KIC InnoEnergy SE: Wykorzystanie technologii zgazowania SRF w układach CHP. Wsparcie IChPW w zakresie nowelizacji prawa W wyniku realizacji licznych prac badawczo-naukowych i wdrożeniowych kadra naukowa Instytutu osiągnęła wysoką i kompetentną pozycję w dziedzinie energetycznego i pozaenergetycznego wykorzystania odpadów, z uwzględnieniem współczesnych wymogów ochrony środowiska oraz efektywności ekonomicznej. Pozycja ta stała się podstawą dla usystematyzowanej współpracy z organami państwa w zakresie konsultacji i ekspertyz wspierających przygotowywane zmiany w prawie. Współpraca ta dotyczy głównie Ministerstwa Gospodarki, Ministerstwa Środowiska oraz Urzędu Regulacji Energetyki. Instytut zaangażował się we wprowadzenie w Polsce standardów klasyfikacyjnych i metodyki badawczej, opracowanej przez Europejski Komitet Normalizacyjny CEN, dotyczącej tzw. stałych paliw wtórnych (ang. Solid Recovered Fuels SRF). Współpraca prowadzona w ramach Polskiego Komitetu Normalizacyjnego Komitet Techniczny nr 144, odpowiadający merytorycznie za paliwa z odpadów doprowadziła do skonsultowania, a następnie wdrożenia do krajowego systemu prawnego kilkunastu norm opisujących właściwości paliw wtórnych. Działania te stanowią podstawę dla wykreowania w Polsce rynku dla paliw wtórnych, a w perspektywie doprowadzenie do tzw. końca fazy odpadu dla SRF. W 2005 r. wykonano ekspertyzę dla ministra środowiska pt. Określenie wymagań dla paliw alternatywnych z odpadów, w której przedstawiono propozycję standardów jakościowych dla tych paliw. Kolejną taką ekspertyzę, pt. Kwalifikacja energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów jako energii z odnawialnego źródła, w której przedstawiono propozycje w zakresie procedur rozliczeniowych oraz zmian

7 Aleksander Sobolewski, Ryszard Wasielewski legislacyjnych dla poszerzenia możliwości kwalifikacji energii wytworzonej z frakcji biodegradowalnej odpadów jako pochodzącej z OZE, wykonano w 2011 r. W Instytucie opracowano także Przewodnik metodyczny dotyczący kwalifikacji i rozliczania energii elektrycznej wytworzonej z udziałem biomasy i paliw alternatywnych. Przewodnik ten (wydanie monograficzne) stanowi podstawę merytoryczną dla producentów energii elektrycznej w zakresie wykorzystania biomasy i odpadów biomasowych do wytwarzania energii z OZE. Postępy mimo barier Porównując rozwój energetycznego wykorzystania odpadów w krajach Unii Europejskiej i Polski na przestrzeni ostatniego 25-lecia, można stwierdzić, że pomimo dużych opóźnień i zaległości następuje w kraju zdecydowana zmiana w podejściu do tego zagadnienia. Niewątpliwie dużą rolę odgrywają tutaj mechanizmy systemowe, które istnieją od lat w przodujących gospodarczo krajach UE. Polska musi dostosować swoją gospodarkę, w tym również gospodarkę odpadami, do wymogów współczesności i robi w tym kierunku duże postępy. Nieco trudniej jest zmienić akceptowalność społeczną działań związanych z energetycznym wykorzystaniem odpadów, ze względu na niedostateczne tradycje gospodarcze w tym zakresie oraz brak zaufania społeczeństwa do podejmowanych decyzji administracyjnych. W przezwyciężaniu dostatecznego braku wiedzy i poszukiwaniu rozwiązań dla odpadów posiadających walory energetyczne dużą funkcję do spełnienia mają jednostki badawczo-rozwojowe. Mogą one pomóc w przełamywaniu istniejących stereotypów myślenia, że energetyczne wykorzystanie odpadów zawsze jest związane z zagrożeniem środowiskowym, pomijając niewątpliwe korzyści dla społeczeństwa i gospodarki. Aktualnie po 25 latach od transformacji politycznej w Polsce istnieją wszelkie przesłanki dla prowadzenia skutecznych działań w zakresie termicznego odzysku odpadów, a w szczególności dla rozwoju wytwarzania i powszechnego stosowania paliw wytwarzanych z odpadów. W obszarze zarówno technologii, jak i prawa nasze zapóźnienie w stosunku do rozwiniętych gospodarek UE jest z każdym rokiem mniejsze. Kierunek naszych działań w tym trudnym obszarze jest jednoznacznie zdeterminowany. Pozostaje cierpliwie kontynuować podjęte działania legislacyjne i opracować jednoznaczne warunki dla gospodarczego wykorzystywania paliw z odpadów w energetyce i ciepłownictwie. Równolegle niezmiernie ważnym zagadnieniem jest przygotowanie społeczeństwa do odzysku energii z odpadów jako działania wysoce proekologicznego i pozbawionego istotnego ryzyka środowiskowego. Podsumowując, należy jednoznacznie stwierdzić, że zmiany ostatnich 25 lat stanowią podstawę do optymizmu w tym zakresie. 63