Andrzej Wojciechowski 1, Adam Doliński 2 Instytut Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie Dywersyfikacja źródeł energii w odzysku materiałowego/recyklingu odpadów organicznych Wstęp Procesy wydobycia i obróbki surowców mineralnych zawsze miały wielkie znaczenie dla gospodarki i rozwoju przemysłu, gdyż są początkiem każdego łańcucha przemysłowego w gospodarkach uprzemysłowionych, a kopalne źródła energii, czyli ropa naftowa, gaz i węgiel są nieodzowne dla ludzkiej wytwórczości, decydującej o rozwoju lub wręcz o egzystencji naszej cywilizacji. Znaczenie dostaw surowców mineralnych dla europejskiej, skonsolidowanej gospodarki jest oczywiste. Przemysł surowcowy wraz z produkcją dóbr materialnych i budownictwem wypracowuje rocznie około 40% europejskiego PKB [1]. Jednak ta gałąź gospodarki uzależniona jest od bezpiecznych, czyli nieprzerwanych dostaw surowców, szczególnie paliw, które w dużym stopniu są importowane. Wzrost cen surowców na międzynarodowych rynkach towarowych, ograniczenia eksportu i wzrost wartości podatków pobieranych przez kraje rozwijające się, a także intensyfikacja działań konkurentów na rynku globalnym, ukierunkowuje dążenia Unii Europejskiej do ustanowienia spójnej i kompleksowej polityki logistycznej w zakresie zaspokojenia potrzeb energetycznych oraz surowców mineralnych. Jednak przez ostatnie kilka dekad polityka Unii Europejskiej nie traktowała priorytetowo potrzeby zwiększenia pewności zaopatrzenia gospodarki w surowce energetyczne. Dopiero kolejne wzrosty cen surowców na rynkach międzynarodowych, konflikty zbrojne w krajach będących głównymi producentami paliw oraz praktyki politycznego szantażu surowcowego, skłoniły m.in. kraje europejskie do rozważenia konkretnych działań w tym obszarze. W obliczu nowych wyzwań 27 państw członkowskich UE, będących na różnych etapach rozwoju gospodarczego, zgodziło się na podjęcie wspólnej inicjatywy na rzecz pozyskiwania surowców, która została opublikowana przez Komisję Europejską w listopadzie 2008 roku. Inicjatywa ta ustanawia strategię, w tym listę konkretnych działań, które będą podejmowane przez państwa członkowskie w celu niezakłóconego rozwoju gospodarczego, ponieważ dostęp do surowców mineralnych jest kluczem do prawidłowego funkcjonowania gospodarki Unii Europejskiej. Działania o charakterze dalekosiężnym mają jeden cel ochronę status quo, gdyż przychód sektorów: budowlanego, chemicznego, motoryzacyjnego, lotniczego i maszynowego szacuje się na 1300 mld euro rocznie, zaś zatrudnienie w tych branżach wynosi około 30 milionów ludzi. Aby europejska gospodarka była konkurencyjna i innowacyjna, musi zadbać o nieprzerwane źródła dostaw surowców, a szczególnie paliw. Unia Europejska jest silnie uzależniona od importu i jest daleka od samowystarczalności, mimo iż intensywność stosowania surowców zmniejsza się nieustannie (podobnie jak we wszystkich dojrzałych gospodarkach). Niebagatelny wpływ na zmniejszenie zużycia surowców ze źródeł pierwotnych i na obniżenie energochłonności gospodarki ma rozwój technologii odzysku oraz rosnący poziom recyklingu. Recykling ogranicza również ilość odpadów, które trafiają na składowiska ziemne, a ponadto surowce wtórne są źródłem do wytwarzania paliw, wykorzystywanych z kolei do produkcji taniej energii elektrycznej i cieplnej. Ponadto zmniejszenie tym sposobem kosztów zanieczyszczenia i degradacji środowiska, występujących podczas wydobywania surowców mineralnych i składowania odpadów (zarówno poprodukcyjnych, jak poużytkowych) powoduje, że w ogólnym bilansie pozyskanie materiałów i energii metodami recyklingu jest tańsze, niż wykorzystanie do ich produkcji bogactw naturalnych (wydobycie surowców mineralnych). W szczególności energia i materiały zużyte na wyprodukowanie opakowań i wyrobów konsumenckich (np. 1 Dr hab. inż. Andrzej Wojciechowski, Instytut Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie 2 Mgr inż. Adam Doliński, Instytut Mechaniki Precyzyjnej w Warszawie Logistyka 6/2014 366
AGD, elektronika użytkowa) są bezpowrotnie utracone, jeśli produktów tych nie przetworzy się powtórnie. Wnioski z takiego rozumowania wyciągnęła już większość krajów europejskich, w których przetwarza się już co najmniej 50% odpadów tzw. opakowaniowych. W ścisłej czołówce znajdują się takie kraje, jak Dania i Szwecja, które przetwarzają tych odpadów co najmniej 90% po pokonaniu barier logistycznych optymalnej zbiórki odpadów i ich segregacji. W związku z wyczerpywaniem się zasobów naturalnych, jak również ze zwiększającym się zanieczyszczeniem środowiska oraz zwiększającą się ekologiczną świadomością społeczeństwa, naturalne staje się działanie powodujące spowolnienie tych negatywnych zjawisk m.in. poprzez wdrażanie stosownych aktów prawnych Unii Europejskiej, w wyniku ich implementowania w poszczególnych krajach, co w efekcie procentuje opracowywaniem najlepszych, optymalnych technologii przerobu odpadów BAT (Best Available Technology). Szczególnie istotnym wnioskiem z obecnych problemów związanych z bezpieczeństwem dostaw surowców energetycznych jest postulat ograniczenia zużycia paliw produkowanych ze źródeł kopalnych w transporcie. Ma to również swoje odzwierciedlenie w Rezolucji ustawodawczej Parlamentu Europejskiego z dnia 15 kwietnia 2014 r. w sprawie wniosku dotyczącego dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie rozmieszczania infrastruktury paliw alternatywnych. Od dawna niezmiernie ważne dla funkcjonowania naszego kraju, jak również całej Unii Europejskiej jest zapewnienie pewności dostaw paliw płynnych, które stało się obecnie szczególnie istotnym problemem w świetle ostatnio trwającego konfliktu na Ukrainie. Ropa naftowa importowana jest w 96%, natomiast gaz ziemny - w 80% z Rosji za pośrednictwem rurociągu "Przyjaźń". Jedyną realną alternatywą dla kierunku wschodniego są dostawy z użyciem transportu morskiego poprzez port w Gdańsku, lecz uwarunkowania technologiczne oraz ekonomiczne marginalizują to rozwiązanie. Brak ciągłości lub znaczące ograniczenie dostaw ropy naftowej i gazu ziemnego dla odbiorców wpłynie na zakłócenia w produkcji, w wyniku czego może gwałtownie się pogorszyć kondycja całej gospodarki. Jest to niestety groźba realna, biorąc pod uwagę możliwości magazynowania w naszym kraju surowców i produktów naftowych), które, choć obecnie stopniowo zwiększane, pozwalają na zgromadzenie zaledwie trzymiesięcznych zapasów paliw [2]. W Polsce wg Państwowego Instytutu Geologicznego wydobywa się 750-850 tys. Mg (ton) ropy naftowej przy potrzebach polskich rafinerii wynoszących ok. 25 mln Mg w skali roku (rys. 1). Zapotrzebowanie kraju na ropę naftową ciągle wzrasta, pomimo unijnej polityki preferowania rozwoju produkcji paliw alternatywnych, w szczególności biopaliw, których udział w rynku paliw ciekłych w transporcie Unii Europejskiej w 2011 r. wynosił 4,7%.Sprzedaż produktów naftowych, obejmujących benzyny silnikowe, olej napędowy, lekki olej opałowy i paliwo lotnicze, z roku na rok zwiększa się. W Polsce najwięcej sprzedaje się benzyn i oleju napędowego, przy czym obserwuje się utrzymującą się od kilku lat tendencję wzrostu udziału oleju napędowego w sprzedaży produktów naftowych ogółem. Ponadto obecnie w pewnym stopniu można uniezależnić się od dostaw poprzez dywersyfikację źródeł energii pochodzących z biogazowni, produkcji biopaliw oraz recyklingu odpadów, a w szczególności z opon samochodowych. 367 Logistyka 6/2014
Rys.1. Wielkości dostaw ropy naftowej i gazu do Polski [2] Wzrost zużycia energii Rosnące wskaźniki konsumpcji dotyczą również energii. W ciągu ostatnich lat zauważamy zmiany w dotychczasowych tendencjach rozwoju elektroenergetyki. Stopniowo przyjmuje się pogląd, że energia elektryczna staje się coraz bardziej niezbędnym warunkiem rozwoju społecznego. Rosnące uzależnienie ludzkiej działalności od nieprzerwanego zasilania energią elektryczną ponownie postawiło pytanie, czy energia elektryczna jest towarem podlegającym prawom rynku, czy też jej dostawa jest świadczeniem, warunkującym nowoczesne warunki życia, podobnie jak zaopatrzenie w czystą wodę i w związku z tym ma charakter służby publicznej, za którą odpowiada państwo. Szczególnego znaczenia nabiera logistyka i niezawodność dostaw do bardzo wielu odbiorców. Już przed II wojną światową wyróżniano tzw. odbiorców pierwszej kategorii, którym należało zapewnić niezawodne zasilanie ze względu na potencjalnie duże straty lub zagrożenie życia w razie przerwy w zasilaniu. Problem zaostrza się obecnie wskutek coraz szerszego stosowania różnego rodzaju automatyki i urządzeń sterowanych elektronicznie, wymagających zasilania energią elektryczną. Dotyczy to niemal wszystkich sfer życia mieszkańców: nowoczesnych osiedli i domów, dużych sklepów, banków, wodociągów, stacji paliw, kolei, nadzoru lotów, telekomunikacji, nowoczesnych zakładów hodowlanych z automatycznym podawaniem wody i pożywienia dla zwierząt itd. [3]. Należy się spodziewać, że do roku 2050 całkowite zużycie energii na świecie wzrośnie z obecnego poziomu 10 gigaton ekwiwalentu ropy rocznie do 22 gigaton. Obecnie energia pochodząca ze spalania paliw kopalnych stanowi 70% tej liczby (węgiel i ropa po 26%, gaz ziemny 18%), zaś energia z innych źródeł 30%. Na zasoby z innych źródeł (nie kopalnych) składają się w niemal równej części energia ze źródeł odnawialnych oraz energia jądrowa [4]. W 2050 r. gospodarka światowa będzie czterokrotnie większa niż obecnie, ale światowe zużycie energii wzrośnie tylko 2,2 raza. Znacząca poprawa w zakresie efektywnego wykorzystania energii wynika częściowo z niezależnych zmian technologicznych lub strukturalnych w gospodarce, częściowo z działań politycznych na rzecz oszczędzania energii, a częściowo ze znacznie wyższych cen energii. Logistyka 6/2014 368
W krajach rozwijających się, w których podstawowe potrzeby energetyczne są obecnie z trudnością zaspokajane, zapotrzebowanie na energię gwałtownie wzrasta. Niedługo po 2010 r. zużycie energii w tych krajach będzie większe niż w krajach uprzemysłowionych, a w 2050 r. wynosić będzie dwie trzecie całkowitego światowego zużycia [4]. Ochrona środowiska Kwestia wzrostu gospodarczego postrzegana w kategoriach ochrony środowiska przyrodniczego zyskuje na znaczeniu w globalnej debacie pomiędzy krajami wysokorozwiniętymi, a rozwijającymi się. Potęgi gospodarcze: USA, Japonia i Niemcy mają świadomość, że ich dorobek gospodarczy odcisnął piętno na środowisku naturalnym. Teraz obawiają się, że niekontrolowany rozwój gospodarczy w krajach Trzeciego Świata doprowadzi do dalszej degradacji i nieuchronnej katastrofy ekologicznej. Jeśli to możliwe, efektywny recykling produktów i wszelkiego rodzaju pozostałości poprodukcyjnych na różnych etapach cyklu życia produktu znacznie zmniejsza popyt na podstawowe surowce, a tym samym zmniejsza ryzyko niedoboru dostaw kluczowych materiałów, które są niezbędne w procesie produkcji. Jest to szczególnie istotnie dla europejskich gospodarek, uzależnionych od dostaw surowców. Ponadto, w wielu przypadkach recykling prowadzi do oszczędności zapotrzebowania na energię, a tym samym obniża potencjalny wpływ na globalne zmiany klimatyczne, wywołane emisją szkodliwych substancji oraz dwutlenku węgla do atmosfery. Należy również wspomnieć, iż stosowanie recyklingu, ma znaczący wpływ na racjonalny sposób projektowania wyrobów tak, aby nadawały się one do wtórnego przerobu z mniejszą energochłonnością. Bezpośrednio wiąże się z tym zmniejszenie kosztów produkcji wielu dóbr. Im większa zależność od importu, na przykład konkretnych metali i ich stopów, tym bardziej istotny staje się recykling i odzysk materiałowy (oszczędność energii), zwłaszcza jeśli możliwości pozyskania materiałów zastępczych są ograniczone i oczekiwane są oszczędności w procesie produkcyjnym, by wzmóc konkurencyjność ceny wyrobu. Ogólnie rzecz biorąc, istnieje znaczny potencjał redukcji emisji gazów cieplarnianych poprzez procesy recyklingu, ze względu na zmniejszone zużycie energii. Podstawowe procesy produkcyjne dla produktów pośrednich, takich jak produkcja aluminium wymagają dużych ilości energii do topienia surowca tj. boksytu. Odzyskiwanie i topienia aluminium wtórnego wymaga znacznie mniej energii. Niższe zużycie energii z kolei oznacza niższe emisje CO2. Ten argument dotyczy innych procesów recyklingu, m.in.: szkła, papieru, tworzyw sztucznych itp. Dla przykładu w tabeli 1 przedstawiono wielkość oszczędności energii wynikającej z recyklingu/odzysku wybranych metali i ich stopów [5]. Tabela 1. Wielkość oszczędności energii wynikającej z recyklingu/odzysku wybranych metali i ich stopów Lp. Metale i ich stopy Oszczędność energii [%] 1 Aluminium 95 2 Miedź 85 3 Stal/Żeliwo 74 4 Ołów 65 5 Cynk 60 Postęp w nauce sprawia, że z każdym rokiem wydłuża się okres cyklu życia materiałów, dzięki odzyskowi i ponownemu przetworzeniu. Bardziej wydajne metody przetwarzania umożliwiają zmniejszenie ilości odpadów poprodukcyjnych. Prawdopodobnie wydobycie będzie nadal główną podstawą dostaw w przyszłości z powodu strukturalnych wzrostów we wszystkich gospodarkach, a także z powodu wzrostu liczby ludności, a co z tym idzie popytu globalnego. W obliczu istniejącej sytuacji słuszne wydaje się, aby wzmocnić działania o charakterze gospodarczopolitycznym w celu zwiększenia znaczenia recyklingu i odzysku materiałowego, aby osiągnąć znaczącą dywersyfikację źródeł energii z obiegu wtórnego (z energonośnych odpadów poprodukcyjnych i poeksploatacyjnych). 369 Istniejące zasoby odpadów energonośnych (opony) Logistyka 6/2014
Problemy recyklingu elastomerów (gumy) zaczął narastać wraz z rozwojem motoryzacji, a więc wzrostem produkcji wyrobów wykonywanych z gumy (głównie opon), stosowanych w pojazdach, jak również wskutek coraz szerszego ich stosowania w innych działach gospodarki. Utylizacja odpadów wykonanych z elastomerów, a szczególnie opony, stanowią duże zagrożenie dla środowiska. Wykorzystanie tak wielkiej masy odpadów to duże wyzwanie dla wszystkich zaangażowanych w proces recyklingu opon w Unii Europejskiej. Podjęte działania legislacyjne w UE Dyrektywa 1999/31/EC (Landfill Directive) i w kraju Ustawa o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 - wprowadzają zakaz składowania na składowiskach od 1 lipca 2003 zużytych opon, a od 1 lipca 2006 - elementów opon. Te i inne argumenty były powodem do podjęcia działań mających na celu opracowanie technologii przetwarzania i utylizacji odpadów gumowych, w tym zużytego ogumienia, będących alternatywą dla składowania [5]. Szacuje się, iż każdego roku powstaje na świecie ok. 1 mld Mg zużytych opon samochodowych. W Polsce, podobnie jak w innych krajach Unii Europejskiej, ok. 80% zużytych wyrobów gumowych stanowią opony. Taka ilość odpadów stanowi poważne zagrożenie dla środowiska. Rozwiązaniem problemu może być proces recyklingu - odzysk materiałowy. Polski rynek produkcji opon szacowany jest na ok. 38 mln sztuk (rys.2). Poniżej przedstawiono polski przemysł oponiarski w liczbach (źródło DGP): liczba producentów opon 8 (Bridgestone, Continental, Dębica, Goodyear, Hankook, Michelin, Pirelli, Trelleborg, Apollo Vredestein, liczba fabryk 4, zatrudnienie bezpośrednie ok. 10 000 osób, dzienna produkcja opon ok. 100 000 sztuk, bezpośrednie inwestycje ponad 6,8 mld PLN (od 1990 roku), generuje rocznie ok. 7,7 mld PLN polskiego PKB (dane za 2012 rok). Rys. 2 Wielkość produkcji opon w Polsce. Źródło:DGP W Polsce jak podają różne źródła, produkuje się 160 000 180 000 Mg opon w ciągu roku i można założyć, że tyle również staje się odpadem, do tego dochodzi około 20 000 Mg innych odpadów gumowych demontowanych z samochodów wycofanych z eksploatacji i sprzętu AGD. Na tej podstawie można szacować, że w procesie rozkładu termicznego rocznie można będzie wyprodukować z ok. 200 000 Mg odpadów gumowych ok. 100 000 Mg oleju i ok. 20 000 Mg gazu, które mogą znaleźć zastosowanie jako paliwo do ogrzewania lub produkcji prądu elektrycznego (napędzanie agregatów prądotwórczych z zastosowanym silnikiem z zapłonem samoczynnym, jak również turbin gazowych). W samochodzie osobowym zastosowanie znajduje od 15 do 20 kg gumy i elastomerów termoplastycznych oraz od 25 do 40 kg opon. Procentowy udział komponentów i materiałów stosowanych w oponach samochodów osobowych i ciężarowych przedstawiono w tabeli 2 [5]. Logistyka 6/2014 370
Tabela 2 Procentowy udział komponentów i materiałów stosowanych w oponach samochodów osobowych i ciężarowych Materiały Opony samochodów Opony samochodów i komponenty osobowych ciężarowych Kauczuk 47 % 45 % Sadza 21,5 % 22 % Tlenek cynku 1 % 2 % Siarka 1 % 1 % Dodatki chemiczne 7,5 % 5 % Kord tekstylny 5,5 % - % Kord stalowy 16,5 % 25 % Od wielu lat obserwowane jest rosnące zainteresowanie przeróbką gumy w procesie rozkładu termicznego (termoliza/piroliza), w tym szczególnie zużytych opon. Dotychczas w polskiej gospodarce brakowało środków na rozwój oraz wdrożenie własnych krajowych kompleksowych rozwiązań technologicznych. Brak środków na rozwój technologii recyklingu szczególnie jest odczuwalny w obszarach nowych technologii (high-tech) obejmujących odpady niebezpieczne. W Europie konieczność rozwiązania problemu recyklingu wyeksploatowanych pojazdów znajduje odzwierciedlenie w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady Unii Europy 2000/53/EC z dnia 18 września 2000, która wymusza ponowne wykorzystanie surowców użytych do ich produkcji do minimum 95%, nie później niż do 1 stycznia 2015 roku. Odzysk materiałowy metodą rozkładu termicznego Polska technologia termicznego rozkładu (termoliza) elastomerów w instalacji WGW Green Energy Poland Sp. z o.o. jest prowadzona w poziomym reaktorze, z ruchomym złożem (0 0,5 obr/min). Polega on na pośrednim, przeponowym podgrzewaniu wsadu np. z odpadów elastomerowych (głównie opon samochodowych) do temperatury 320 400 C bez dostępu powietrza (tlenu). W wyniku procesu powstają opary olejowo-gazowe przemieszczające się w szczelnej instalacji (obieg zamknięty), podlegające separacji w zbiornikach sekcji skraplaczy, w efekcie otrzymuje się frakcję ciekłą i gazową. W reaktorze pozostaje frakcja stała, w której skład wchodzi karbonizat (pozostałe związki głównie węgla) oraz złom stalowy. Proces rozkładu termicznego substancji prowadzony poprzez poddawanie ich działaniu wysokiej temperatury, bez kontaktu z tlenem i innymi czynnikami utleniającymi [6]. Obecnie ocenia się, że najbardziej przyszłościowe technologie recyklingu materiałowego obejmują procesy termicznego rozkładu oraz optymalne zagospodarowanie pozyskanych produktów poprzez logistyczne wykorzystanie zmagazynowanych produktów energonośnych, tj. oleju i gazu poprocesowego do produkcji prądu elektrycznego i ciepła (Rys. 3). Rys. 3. Schemat destrukcji zużytych opon metodą beztlenowego termicznego rozkładu 371 Logistyka 6/2014
Opracowana przez WGW Green Energy Poland Sp. z o. o. instalacja rozkładu termicznego odpadów WGW-8 EU (rys. 4 9) do odzysku energii i surowców m.in. ze zużytych opon, wykorzystuje technologię termicznej destrukcji metodą beztlenową. Opony całe (małe gabaryty) lub rozdrobnione na kawałki są umieszczane w komorze reaktora, gdzie następnie ulegają podgrzaniu do temperatury w której następuje termiczny rozkład składników organicznych opony. Rys. 4. Widok ogólny instalacji WGW-8 EU do termicznego rozkładu gumy. Rys. 5. Widok palników pod reaktorem w komorze grzewczej. Rys. 6. Załadunek opon do reaktora. Rys. 7. Usuwanie z reaktora kordu stalowego jako pozostałości z opon. Rys. 8. Widok pozostałości stałej frakcji po po procesie karbonizat i leżący i leżący na dnie na dnie reak- reaktora kord kord stalowy, Rys. 9. Efekt rozkładu termicznego opon Uzyskane frakcje ciekłe (oleje) i stałe (karbonizat). W instalacji WGW-8 EU procesu rozkładu termicznego przetwarzane mogą być również: 1. elastomery - różnorodne odpady gumowe i zużyte produkty użytkowe, 2. plastomery - różnorodne odpady z tworzyw sztucznych oraz wykonane z nich 3. zużyte produkty użytkowe, z wyjątkiem PCV, Logistyka 6/2014 372
4. zużyty olej i inne odpady ropopochodne (szlam, łupki itp.), 5. Inne surowce organiczne. W tym nowoczesnym procesie rozkładu termicznego np. z opon samochodowych można uzyskać około 20 35% karbonizatu, 35 65% oleju poprocesowego oraz 10 20% frakcji gazowej i 10-25% kordu stalowego. Ponadto odzysk materiałowy (odzyskanie oleju i gazu) z wyeksploatowanych opon może stanowić element systemu dywersyfikacji źródeł energii. Najczęściej, a zarazem najbardziej pożądanym produktem rozkładu termicznego odpadów jest frakcja olejowa, która może być wykorzystana jako olej opałowy bez konieczności stosowania dodatkowej technologii uszlachetnienia. Pozyskany olej może również zostać poddany dalszej przeróbce uszlachetniania poprzez dodatkowe oczyszczanie z pozostałości sadzy i dodanie niezbędnych składników (np. inhibitora korozji, dodatków antypiennych i bakteriobójczych) i zastosowany na przykład do maszyn roboczych starszego typu jako paliwo silnikowe. Frakcja ta może być również źródłem cennych związków organicznych. Przekazany do rafinerii olej stanowi doskonały, niezwykle pożądany surowiec (półprodukt) do otrzymywania benzyn i olejów napędowych z bardzo małą ilością zbędnych pozostałości po procesie destylacji [6,7,8]. Uzyskane związki węgla, z uwagi na swoją strukturę, mogą być stosowane jako materiały filtracyjne lub wykorzystywane do produkcji tuszy albo pigmentów oraz jako substytut sadzy. Rozkład termiczny zużytych opon stanowi atrakcyjne uzupełnienie lub alternatywę dla aktualnych sposobów utylizacji zużytych opon samochodowych, tzn. składowania, spalania z odzyskiem energii lub innych procesów odzysku materiałowego albo produktowego. Ponadto w przypadku szerokiego wykorzystania instalacji typu WGW-8 EU do utylizacji organicznych (w tym niebezpiecznych) odpadów metodą rozkładu termicznego, jako metody przyjaznej dla środowiska, można osiągnąć niebagatelne efekty organizacyjne, logistyczne i techniczne. Jako główne z nich należy wymienić : - zastosowanie technologii spełniającej wymagania Dyrektywy 1999/31/EC, - stworzenie lokalnych ogniw systemu dywersyfikacji źródeł energii, - rozpowszechnienie nisko-kosztowej metody otrzymywania produktów energetycznych, - blisko 100% zagospodarowanie produktów z rozkładu termicznego odpadów organicznych nie ulegających biodegradacji. Wyniki badań pozyskanych produktów rozkładu termicznego opon samochodowych Badania pozyskanych produktów rozkładu termicznego opon samochodowych przeprowadzono w akredytowanych laboratoriach badawczych Instytutu Nafty i Gazu - PIB w Krakowie oraz ORLEN Laboratorium w Płocku. Wyniki badań wskazują, że pozyskany olej z opon samochodowych w niewielkim stopniu nie spełnia wymagania normy na paliwo silnikowe, co przedstawiono w tabeli nr 3. Parametr Tabela nr 3 Porównanie wybranych parametrów wymagań norm wg ORLEN i MG Wymagania wg LP5/2022/2013 ORLEN Rozporządzenia MG PN-EN ISO 3675 2004 Gęstość w temp. 15 o C [kg/m 3 ] 875,0 820-845 PN-ISO 6296 2011 0,098 Zawartość wody [% m/m)] max. 200 mg/kg PN-EN ISO 8754 2007 Zawartość siarki [% m/m)] 0,80 max. 10 mg/kg PN-EN ISO 3104 2004 Lepkość kinematyczna w temp. 50 o C [mm 2 /s] 1,494 1,5-4,5 PN-EN ISO 2592 2008 Temp. zapłonu [ o C] pon. 79 pow. 55 PN-EN ISO 2592 2008 Temp. płynięcia [ o C] pon. - 57 - PN-86/C-04062 Wartość opałowa [kj/kg] 40 444 - PN-86/C-04062 42 709 Ciepło spalania [kj/kg] - 373 Logistyka 6/2014
Wyniki badań zawartości składników w pozyskanych olejach z opon samochodowych przedstawiono w tabeli nr 4. Lp. 1. Tabela 4. Zawartości składników w pozyskanych olejach z opon samochodowych Oznaczana cecha Warunki badania Zawartość węglowodorów alifatycznych [%(m/m)] Zawartość węglowodorów aromatycznych Wynik pomiaru 5,0 60,0 Metoda badania wg [%(m/m)] Zawartość pierwiastków [mg/kg] glinu poniżej 6,0 boru poniżej 4,0 baru poniżej 0,50 wapnia 4,75 chromu poniżej 1,0 miedzi poniżej 2,0 żelaza 18 potasu poniżej 10 magnezu poniżej 1,0 manganu poniżej 1,0 ASTM D 5185-13 1N) molibdenu poniżej 1,0 sodu poniżej 7,0 niklu poniżej 5,0 fosforu poniżej 10 ołowiu poniżej 10 krzemu 9,5 cyny poniżej 10 tytanu poniżej 5,0 wanadu poniżej 1,0 cynku poniżej1,0 WWA - Zawartość wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych [mg/kg] - benzo(a)antracen 53,3 - chryzen 32,2 2. - benzo(e)pyren 35,4 techniką GC/MS 1N) - benzo(b,j,k)fluoranten 33,1 - benzo(a)pyren 34,1 - dibenzo(ah)antracen poniżej 0,1 193,1 Suma: Zawartość siarki PN-EN ISO 0,44 [%(m/m)] 8754:2007 1A) poniżej 10 techniką spektrometrii Zawartość chloru rentgenowskiej z [mg/kg] dyspersja fali 1N) * badanie wykonano technikami chromatograficznymi ( m.in. GC oraz HPLC) po wstępnym przygotowaniu próbki. * Logistyka 6/2014 374
Wyniki badań pozyskanego gazu poprocesowego (oznaczenie występujących w gazie związków chemicznych) z opon samochodowych przedstawiono w tabela nr 5. Tabela 5. Wyniki badań pozyskanego gazu poprocesowego Stężenie węglowodorów C1-C5, C6+ [%mol/mol] (metan, etan, eten, propan, propen, butany, buteny, butadien, pentany) metan - 16,4 etan - 5,1 eten - 2,6 propan - 5,2 propen - 2,9 butany - 4,1 buteny - 17,6 butadien, - 0,2 pentany - 1,2 Stężenie N2, CO2, H2S, He, H2, O2 [%mol/mol] Stężenie węglowodorów alifatycznych C6-C20 [%mol/mol] (heksany, heptany, oktany, nonany, węglowodory wyższe od nonanów) Stężenie benzenu, toluenu, ksylenów [%mol/mol] Zawartość WWA (wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne) [µg/m 3 ] Stężenie związków siarki merkaptany (tiole) [mg/ m 3 ] CO - 6,7 CO 2-16,7 C6-C20-2,4 benzen - 0,087 toluen - 0,032 ksyleny - 0,004 antracen - 0,78 fenantren - 0,74 acenaftylen - 0,65 naftalen - 6,96 metylowy - 54,1 etylowy - 11,0 propylowy - 2,3 butylowy - n.s. Zawartość HCl, HF [mg/m 3 ] HCl - 12,2 HF - n.s. Zawartość HCN HCN - n.s. Pozostałych związków nie stwierdzono (n.s.) Jak wynika z prezentowanych wyników badań produktów rozkładu termicznego opon samochodowych jakość pozyskanych surowców spełnia wymagania szeregu aplikacji w szczególności wymagań dla paliw ciekłych (parametry porównywalne do oleju napędowego/opałowego) i gazowych (parametry porównywalne do biogazu). Podsumowanie Mając świadomość wyzwań stojących przed zintegrowaną Europą w dobie kolejnych lat oraz dekad, Unia Europejska przedstawiła w 2008 r. Europejską Inicjatywę na Rzecz Surowców, w ramach której powstała zintegrowana strategia, mająca stanowić odpowiedź na nowe wyzwania, związane z dostępem do surowców innych niż energia i innych niż produkty rolne. Inicjatywa na rzecz surowców opiera się na trzech następujących filarach: zapewnieniu równych szans dostępu do surowców w państwach trzecich; wspieraniu stabilnych dostaw surowców ze źródeł europejskich oraz wspieraniu efektywnego gospodarowania zasobami i promowaniu recyklingu. Rozwiązaniem problemu w pewnym sensie może zostać logistyczny proces dostaw nośników energii dla potrzeb oddalonych od tradycyjnych linii przesyłowych odbiorców energii elektrycznej i cieplnej oraz gazu, jak również stanowić zabezpieczenie ważnych obiektów w razie wystąpienia poważnych braków surowców/paliw pierwotnych. 375 Logistyka 6/2014
Recykling metodą rozkładu termicznego umożliwia wyprodukowanie z ok. 200 000 Mg odpadów elastomerowych ok. 100 000 Mg oleju i ok. 20 000 Mg gazu rocznie. Pozyskane produkty mogą znaleźć zastosowanie jako paliwo do ogrzewania lub produkcji prądu elektrycznego (do napędu agregatów prądotwórczych, jak również turbin gazowych). Stanowi to 1/8 wielkości wydobycia ropy naftowej w Polsce, co jest godne zainteresowania. Dywersyfikacja źródeł energii, szczególnie drogą opracowania metod wytwarzania energii z odpadów, staje się na obecnym etapie rozwoju gospodarczego koniecznością w celu ochrony środowiska, jak również zapewnienia funkcjonowania społeczeństwa. Również wykorzystanie recyklingu materiałowego do wytwarzania paliw przeznaczonych do napędu pojazdów może stać się w najbliższym czasie możliwe do realizacji i wspierane przez politykę unijną, mimo iż dotychczas obowiązująca Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dn. 23 kwietnia 2009 r. W sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych nie wskazuje produktów recyklingu jako źródła paliw alternatywnych. W Stanowisku Parlamentu Europejskiego przyjętego w pierwszym czytaniu w dniu 15 kwietnia 2014 r. w celu przyjęcia dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/.../UE w sprawie rozmieszczania infrastruktury paliw alternatywnych czytamy: Bez uszczerbku dla definicji paliw alternatywnych zawartej w niniejszej dyrektywie należy zauważyć, że istnieją inne rodzaje paliw czystych, które mogą stanowić alternatywę dla paliw kopalnych. Przy wyborze nowych rodzajów paliw alternatywnych należy uwzględnić obiecujące wyniki badań i rozwoju. Normy i prawodawstwo należy formułować tak, by nie uprzywilejowywały one jakiegoś określonego rodzaju technologii, a tym samym nie ograniczały dalszego rozwoju alternatywnych paliw i nośników energii. Streszczenie Dynamika rozwoju gospodarczego przesądza o potrzebie rozwoju recyklingu odpadów oraz wycofanych z użytku wyeksploatowanych wyrobów codziennego użytku i odzysku cennych surowców. Recykling jest ściśle związany z redukcją emisji gazów cieplarnianych, bowiem podstawowe procesy przetwórstwa surowców wymagają dużych nakładów energetycznych, inaczej natomiast przedstawia się problem odzysku i ich wtórnego przerobu, gdzie zapotrzebowanie na energię jest znacznie niższe. Oznacza to niższą emisję CO2 oraz zmniejszenie degradacji środowiska spowodowaną wydobyciem surowców. Ponadto rozwiązany może zostać logistyczny problem dostaw nośników energii dla potrzeb oddalonych od tradycyjnych linii przesyłowych odbiorców energii elektrycznej i cieplnej oraz gazu. W niniejszym artykule przedstawiono koncepcję pozyskiwania z wtórnych źródeł odnawialnych (poprzez ciągły przyrost masy odpadów) paliw ciekłych i gazowych z procesu rozkładu termicznego odpadów organicznych, głównie z opon samochodowych. Poprzez zastosowanie odzysku materiałowego, który zyskuje na znaczeniu logistycznym i gospodarczym, może nastąpić w pewnej części zaspokojenie energetyczne poprzez dywersyfikację źródeł energii pochodzących z przerobu odpadów organicznych metodą rozkładu termicznego. DIVERSIFICATION OF ENERGY SOURCES IN THE MATERIAL RECOVERY / RECY- CLING OF ORGANIC WASTE Summary The dynamics of economic development determines the need for the development of waste recycling and end-of-use everyday products and recovery of valuable raw materials. Recycling is closely related to the reduction of greenhouse gas emissions, because the basic processes of raw materials processing require large energy inputs, but otherwise, the issue of recovery and recycling, where energy demand is much lower. This means lower CO2 emissions and reducing environmental degradation caused by the extraction of raw materials. In addition, can be solved logistical problem of energy supplies for the needs away from traditional transmission lines electricity and heat and gas This article presents the concept of derivation from secondary sources of energy (through the continuous increase of waste in mass) liquid and gaseous fuel from the process of thermal decomposition of organic Logistyka 6/2014 376
waste mainly from car tires. Through the use of recycled material, which is gaining in logistics and economic importance, may be in part to meet the energy in through the diversification of energy sources derived from the proce ssing of organic waste thermal decomposition method. Literatura [1] http://www.eurostat.eu [2] Gazeta Wyborcza 24.03.2014 r. [3] Światowe tendencje rozwoju elektroenergetyki, M. Jaczewski, za Energy Statistics of Non-OECD Countries, IEA 2000, t.ii.333-337. [4] ec.europa.eu/research/energy/pdf/weto-h2_key_pl.pdf [5] A. Wojciechowski; Recykling samochodów. Materiały i technologie odzysku. Wyd. ITS i IOd 2012 r., ISBN 978-83-60965-14-6 i 978-83-88770-90-6. [6] http://www.europarl.europa.eu/sides/getdoc.do?pubref [7] A. Wojciechowski, J. Dyduch, M. Wołosiak. Pozyskiwanie paliw alternatywnych z recyklingu termicznego elastomerów pochodzących z pojazdów wycofanych z eksploatacji. XI Konferencja Naukowo Techniczna Logistyka, systemy transportowe, bezpieczeństwo w transporcie LOGI- TRANS 2014. Szczyrk 8-11.04. 2014r. Wyd. Logistyka 3/2014. s. 6720-6728. [8] A. Wojciechowski, M. Wołosiak; WGW Polska technologia rozkładu termicznego odpadów gumowych Wyd. EXPRESS Przemysłowy ISSN2353-527X, czerwiec 2014, wyd. 2. s.58-64. [9] A. Wojciechowski; Urządzenie do rozkładu termicznego odpadów organicznych WGW-8EU. Narodowy Fundusz Ochrony Środowiska w Ministerstwie Środowiska. Wyd. w materiałach konferencyjnych z 68 Forum Energia-Efekt-Środowisko połączone z Forum Dobre praktyki w gospodarce odpadami. Temat forum: Zagospodarowanie wysokokalorycznych frakcji odpadów komunalnych/paliw alternatywnych w modernizowanych elektrociepłowniach/ ciepłowniach ;31.07.2014 r. 377 Logistyka 6/2014