MOŻLIWOŚCI UNIESZKODLIWIANIA ODPADÓW POEKSTRAKCYJNYCH Z ODZYSKIEM ENERGII. POSSIBILITIES OF POST-EXTRACTION WASTE UTILIZATION WITH ENERGY RECYCLING Tomasz Ciesielczuk, Urszula Karwaczyńska Samodzielna Katedra Ochrony Powierzchni Ziemi Uniwersytet Opolski Department of Land Protection, Opole University Konferencja organizowana jest w ramach projektu : Opolska Strefa Zeroemisyjna model synergii przedsiębiorstw (POKL.08.02.01-16-032/11) Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
OD ODPADU DO PALIWA Jedną z przyszłościowych technologii wykorzystania odpadów komunalnych jest ich przetwarzanie w paliwo. Technologie te opierają się głównie na rozdrabnianiu, segregacji mechanicznej, suszeniu, a następnie granulacji lub brykietowaniu. W rezultacie otrzymuje się paliwo o uśrednionych właściwościach, bezpieczne w użyciu pod względem higienicznym i nadające się do magazynowania oraz transportu. Do zalet takiego paliwa należą: wyrównany skład oraz wartość opałowa odpowiadająca gorszym gatunkom węgla.
ODPADY BIOPROBLEMATYCZNE ODPADY BIODEGRADOWALNE Kompostowanie Biogazowanie Termiczne przekształcanie Niska jakość kompostu Brak inwestycji Brak inwestycji Mieszkańcy Turawy przeciwko budowie biogazowni Nie chcą biogazowni w Magnuszowicach Tułowice. Mieszkańcy przeciw biogazowni
ODPADY POEKSTRAKCYJNE Roczne zużycie kawy w Polsce wzrasta i obecnie wynosi ponad 3 kg/m/a, co jest ilością kilkukrotnie mniejszą niż w krajach skandynawskich (Dudek 2005). Z uwagi na znikomą ilość odpadów poekstrakcyjnych poddawanych kompostowaniu lub fermentacji metanowej, daje to w przeliczeniu na suchą masę ponad 100 tys. Mg odpadów poekstrakcyjnych kawy trafiających na składowiska. Stanowi to około 0,1% masy wydobywanego rocznie węgla kamiennego, co przemawia za rozważeniem wykorzystania tych odpadów do produkcji energii odnawialnej, co wpisuje się w aktualną politykę energetyczną Polski i Europy dążącą do redukcji zużycia paliw kopalnych. Użycie OPK jako komponentu do produkcji brykietów pozwoliłoby zaoszczędzić około 89,9 tys. Mg węgla rocznie.
Unieszkodliwianie OPK Znaczna część odpadów ulegających biodegradacji jest składowana. Jednak pomimo tego, że kompostowanie i fermentacja metanowa stają się coraz powszechniej wykorzystywanymi technologiami, ilość odpadów poekstrakcyjnych kawy (OPK) trafiająca do tych procesów nadal jest znikoma. Odpady te mogą natomiast być przetworzone w sposób umożliwiający odzysk zawartej w nich energii poprzez poddanie ich pirolizie, lub posłużyć do produkcji węgla aktywnego albo innych rodzajów sorbentów służących do polepszania jakości powietrza i wody (Boonamnuayvitaya i wsp. 2005, Masek i wsp. 2008, Oliveira i wsp. 2008, Orozco i wsp. 2008). Po poddaniu OPK procesowi ekstrakcji, a następnie transestryfikacji otrzymanego eluentu można produkować wysokiej jakości biodiesel (Kondamudi i wsp. 2008).
Unieszkodliwianie OPK Jednym z ciekawszych rozwiązań jest zastosowanie warunków nadkrytycznych CO 2 do ekstrakcji kwasów tłuszczowych ze zużytej kawy, w celu produkcji paliw płynnych np. biodiesla (Couto i wsp. 2009). Odpady poekstrakcyjne kawy w stanie uwilgoconym nie nadają się do termicznego przekształcania, jednak po wymieszaniu z biomasą drzewną nie tylko podwyższają ciepło spalania tak otrzymanych brykietów, ale także pozwalają na ograniczenie ilości szybko zagniwającej i pleśniejącej masy.
PODSTAWY PRAWNE Definicja biomasy zawarta jest w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 22 kwietnia 2011 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (Dz. U. Nr 95 poz. 558). W świetle tego rozporządzenia biomasę stanowią produkty składające się z substancji roślinnych pochodzących z rolnictwa lub leśnictwa, które są spalane w celu odzyskania zawartej w nich energii oraz następujące odpady: a) roślinne z rolnictwa i leśnictwa, b) roślinne z przemysłu przetwórstwa spożywczego, jeżeli odzyskuje się wytwarzaną energię cieplną, c) włókniste roślinne z procesu produkcji pierwotnej masy celulozowej i z procesu produkcji papieru z masy, jeżeli odpady te są spalane w miejscu, w którym powstają, a wytwarzana energia cieplna jest odzyskiwana, d) korka
PODSTAWY PRAWNE W Rozporządzeniu Ministra Gospodarki z dnia 18 października 2012 r. w sprawie szczegółowego zakresu obowiązków uzyskania i przedstawienia do umorzenia świadectw pochodzenia, uiszczenia opłaty zastępczej, zakupu energii elektrycznej i ciepła wytworzonych w odnawialnych źródłach energii oraz obowiązku potwierdzania danych dotyczących ilości energii elektrycznej wytworzonej w odnawialnym źródle energii (Dz.U. 2012, poz. 1221), biomasa definiowana jest jako: stałe lub ciekłe substancje pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, które ulegają biodegradacji, które pochodzą z produktów, odpadów i pozostałości z produkcji rolnej oraz leśnej, oraz przemysłu przetwarzającego ich produkty, a także części pozostałych odpadów, które ulegają biodegradacji, oraz ziarna zbóż niespełniające wymagań jakościowych dla zbóż w zakupie interwencyjnym określonych w art. 7 rozporządzenia Komisji (WE) nr 1272/2009
PODSTAWY PRAWNE Zastosowanie odpadów poekstrakcyjnych kawy (OPK) jako paliwa alternatywnego jest zgodne z wytycznymi Europejskiego Komitetu Standaryzacji CEN (Alakangas i wsp. 2006).
Brykiety z drewna bukowego
Brykiety z drewna bukowego z 10% udziałem OPK
Brykiety z drewna bukowego z 25% udziałem OPK
Charakterystyka OPK Tab. 1. Ogólna charakterystyka odpadów poekstrakcyjnych otrzymywanych po procesie ciśnieniowej oraz atmosferycznej ekstrakcji kawy (w nawiasach SD) Lp. Parametr OPK 1 bar OPK 15 bar 1. Odczyn (ph) 6,08(0,02) 5,87(0,01) 2. Wilgotność przemijająca [%] 72,02(0,18) 59,98(0,36) 3. Wilgotność całkowita [%] 73,09(0,15) 61,94(0,31) 3. Zawartość substancji organicznej [% sm] 98,93(0,03) 98,40(0,03) 4. Zawartość popiołu [%] 1,07(0,03) 1,60(0,03) 5. 6. Gęstość nasypowa [g/dm 3 ] Substancje ekstrahujące się eterem naftowym [mg/kg sm] 313,1(3,6) 315,8(4,2) 8,45(0,32) 4,42(0,01)
Charakterystyka OPK Tab. 2.: Podstawowa charakterystyka brykietów wykonanych z czystego drewna bukowego oraz z udziałem 10 i 25% OPK (w nawiasach - SD) Parametr Drewno bukowe 10% 25% Substancje organiczne [%] 99,6(0,07) 99,4(0,11) 99,3(0,10) Popiół [%] 0,37 0,57 0,68 Gęstość właściwa [g/cm 3 ] Ciepło spalania [MJ/kg] Wartość opałowa [MJ/kg s.m.] 0,95(0,02) 0,83(0,02) 0,73(0,01) 19,14(0,18) 19,56 (0,07) 20,72 (0,11) 18,77(0,18) 19,12(0,07) 20,32(0,11)
Zasoby energii W związku z panującymi trendami dotyczącymi struktury rynku paliw, ilość biomasy produkowanej na cele energetyczne rośnie i w przeliczeniu na zmagazynowaną energię w 2008 roku wynosiła ona 198,4PJ (Domańska 2009). Przyjmując zakładaną średnioroczną konsumpcję kawy w Polsce i zakładając zerowy stopień termicznego przekształcania odpadów OPK okazuje się, że marnujemy około 2,3 PJ energii rocznie.
Wady stosowania OPK Zastosowanie OPK do wyrobu brykietów powoduje spadek wytrzymałości na ściskanie wraz ze wzrostem udziału OPK w biomasie drzewnej. Zjawisko to jest efektem mniejszego tarcia brykietów z OPK wynikającego z zawartości tłuszczu. Brykiety zawierające znaczną ilość OPK (>25%) mogą podczas przechowywania pokrywać się pleśnią (Botrytis cinerea), co może stanowić źródło alergenów.
OD ODPADU DO PALIWA
Wnioski Do zastosowania OPK jako dodatku do wytwarzanych brykietów nie są potrzebne dodatkowe inwestycje. Małe firmy zajmujące się wyrobem brykietu i dysponujące urządzeniami do jego wytwarzania mogą z powodzeniem stosować OPK jako dodatku do wiórów drewnianych. Przyczyniając się do zmniejszenia ilości odpadów biodegradowalnych kierowanych do składowania, jednocześnie powodują wzrost wartości opałowej produkowanego brykietu.
Wnioski Potencjalna ilość energii zawarta w OPK powstających w naszym kraju wynosi około 2,3PJ/rok co stanowi 1,16% energii zawartej w biomasie produkowanej w Polsce. Brykiety wyprodukowane z dodatkiem OPK mają wyższą wartość opałową w porównaniu do brykietów wykonanych z czystego drewna, porównywalną do węgla kamiennego niższej jakości, co czyni, że użytkowanie ich jest bardziej uzasadnione ekonomicznie.
Wnioski Wysoka cena brykietów (do 900zł/Mg) na rynku, skutecznie ogranicza wykorzystanie tego paliwa. Prawdopodobnie cena brykietów wykonanych z dodatkiem OPK byłaby ustalona na jeszcze wyższym poziomie.
Dziękuję za uwagę