PRZYSZŁOŚCIOWE TECHNOLOGIE PLAZMOWE W GOSPODARCE ODPADAMI Dr inż. Bogdan Sedler Prof.dr hab. inż.jerzy Mizeraczyk Gdańsk, 21.05.2015
Tematy 1. Spalanie odpadów 2. Alternatywa: gazyfikacja plazmowa odpadów 3. Wybrane firmy oferujące urządzenia do plazmowej gazyfikacji plazmowej Westinghouse Plasma Corporation Europlasma Adaptive ARC 4. Podsumowanie 2
Spalanie odpadów w spalarni Spalanie (utlenianie) to podstawowy proces zachodzący w palenisku kotła. Jeżeli spalane są odpady miejskie (MSW - Municipal Solid Waste), to taki kocioł nazywa się incineratorem (Municipal Solid Waste Incinerator). Spalanie odpadów powoduje emisję do atmosfery: tlenków azotu, tlenków siarki, lotnych popiołów, CO, CO2, kwaśnych gazów, ołowiu, kadmu, rtęci oraz składników organicznych: miedzy innymi dioxyn i furanów. Bez wysokoefektywnych urządzeń kontroli i usuwania zanieczyszczeń emitowanych do atmosfery spalarnie odpadów powodują negatywne efekty dla środowiska oraz zdrowia publicznego. 3
Spalarnie odpadów USA 1960 r. - spalarnie odpadów (incineratory) przerabiały 30 % masy odpadów komunalnych. 1988 r. - masa odpadów przerabiana w spalarniach spadła do 13% z powodu poważnego zagrożenia dioksynami. Japonia 1990 r. potwierdzono, że incineratory są głównymi źródłami emisji dioksyn. Zlikwidowano małe i średniej wielkości spalarnie. Zastąpiły je spalarnie dużej mocy, wyposażone w drogie systemy kontroli i usuwania zanieczyszczeń emitowanych do powietrza oraz systemy topienia (witryfikacji) popiołów. Aktualnie w tego rodzaju spalarniach przetwarza się do 80% odpadów. 4
Koszty Spalania odpadów Rzeczywiste koszta budowy instalacji rusztowych są zbliżone do kosztów instalacji alternatywnych m.in. Gazyfikacji Plazmowej.Hiszpania, spalarnia odpadów komunalnych Gipuzkoa (region obsł. 510 000 mieszk.), wstrzymano budowę.decyzja: recykling 2016 = 60%, 2020=75% Koszty instalacji Poznań koszt instalacji budowy zwiększono do 800 mln zł (60% dotacji) wydajności 180 tyś ton koszt utylizacji 500 zł/tonę? Szczecin wstrzymano budowę przetarg 500 mln zł wydajność 150 tyś ton Issy Les Moulineaux w Paryżu koszt inst. Bud. 580 mln Euro wydajność 460 tyś ton koszt utylizacji około 1090 Euro/tonę Wiedeń koszt utylizacji około 1000 Euro/tonę 5
Koszty instalacji gazyfikacji odpadów Westinghause Plasma Corporation AIR Products Tees Valley Tees Valley I na etapie rozruchu technologicznego koszt instalacji 360 mln Euro wydajność 350 tyś ton Tees Valley II planowane oddanie do użytku w 2016 roku koszt instalacji 360 mln Euro wydajność 350 tyś ton 6
Gazyfikacja nie jest spalaniem Westinghouse Plasma Gasification Technology 7
8
9
Zeszklony, szkłopodobny, obojętny odpad 10
Gazyfikacja plazmowa zalety plazma (zjonizowany gaz, np. azot) jest źródłem czystej energii cieplnej wytworzonej przy użyciu energii elektrycznej plazma o temperaturze 1000 3000 ᵒC rozkłada odpady na pierwiastki (C, H, O, N, metale, niemetale) związki organiczne (C X H Y ) przekształcone są w wysokoenergetyczny syngas (H 2, CO) związki nieorganiczne są przetapiane i związane w szklisty niewypłukiwany żużel (witrifikacja) metale mogą zostać odzyskane do ponownego użycia beztlenowa atmosfera w gazyfikatorze zapobiega spalaniu i tworzeniu szkodliwych związków (NO X, SO X, dioksyn, furanów) 11
Wybrane firmy oferujące urządzenia do plazmowej gazyfikacji plazmowej Westinghouse Plasma Corporation Europlasma Adaptive ARC 12
WESTINGHOUSE PLASMA CORPORATION Based in Canada 30 years experience Vision To provide the leading technology platform for converting the world s waste into clean energy Primary Market is Energy from Waste WPC strength is being able to convert almost any waste stream (incl. municipal, commercial, industrial, petrochemical, and medical) into syngas Most of the customers are currently choosing to make power and heat 13
Westinghouse Plasma Corporation s Gasification of Municipal Wastes 14
MASS BALANCE: PROCESS FLOW INPUTS AND OUTPUTS 15
16
17
18
19
20
WESTINGHOUSE PLASMA GASIFICATION TECHNOLOGY HAS BEEN REVIEWED AND ENDORSED BY INDEPENDENT INDUSTRY EXPERTS AS A TECHNICALLY ROBUST AND ENVIRONMENTALLY SUPERIOR WASTE CONVERSION TECHNOLOGY 21
CONCLUSIONS Less Risk The WPC solution is commercially proven and operating at scale Westinghouse Plasma has commercialized the world leading platform for converting difficult waste streams into energy rich syngas Westinghouse Plasma is commercially proven at scale with multiple reference facilities throughout the world Plasma gasification has been identified in many countries as the waste conversion technology of choice. Transformation of waste into various Back-end products The Westinghouse Plasma Technology is able to process multiple waste streams, and create an energy rich syngas that is a key building block for many other products: Energy / Hydrogen / Ethanol / Fertilizers / Bio-Diesel Environmentally Sustainable Proven non-leaching aggregate appropriate as a construction material Air emissions and slag leachate tests were independently undertaken and were significantly below legislative laws Valuable energy products can be created from the syngas Economically Attractive Projects are economic in today's markets with returns in excess of 20% Westinghouse Plasma technology attracts preferential tipping fees and off take contracts in certain markets 22
Europlasma Group A leading Provider of Clean Technology and Clean Energy Solutions Based in France Since 1992 Europlasma Group is has 3 entities to preserve the environment: 1. Torch and Process 2. CHO Power 3. Inertam 23
The benefits of CHO-Power CHO-Power s electrical efficiency can reach 40%, compared with 18-20% for a combustion cycle and steam turbine, Minimal environmental impact with very limited emissions and ultimate residue, The fuel comes from local resources, i.e. waste collected in the vicinity as well as biomass from the region. Local, constant and reliable production, The method accepts a wide variety of fuels, ranging from non-hazardous ordinary industrial, commercial and domestic waste to automotive shredder residue to the purest and most prepared biomass. In accordance with the European Directive which promotes the prevention, reuse, recycling, recovery and safe disposal of waste, the CHO-Power solution is part of a sustainable waste management process. The units are compact and totally integrated. the compact facilities are better accepted by local communities. 24
The first CHO-Power unit, CHO-Morcenx (Landes, France) is under commissioning. This unit is a unique technology demonstrator, and the first step in the Group s ambition to become a major player in renewable energy from waste or biomass. It uses ordinary industrial waste from the region (37,000 tonnes/year) and wood chips (15,000 tonnes/year). All the electricity is sold on to EDF, the high-voltage network being nearby. Additional production of 18 MW of hot water from the heat generated by the process fuels a vegetable greenhouse and a wood fire drier. 25
The project is promoted by CHO Morcenx SAS. Construction has been entrusted to CHO-Power SAS and the operation to INERTAM SAS, both EUROPLASMA group companies The project fits in with European and French energy contexts promoting the use of continuous source renewable energy with low CO2 emissions. 26
Europlasma 27
An offer of the CHO-Power Electricity from local waste and biomass is a proposal which generates less transport, in response to a need for proximity. The reasonably sized units create local and environmentally friendly jobs. CHO-Power s principle of proximity provides a local solution to your day to day waste management concerns, providing an alternative to landfill. End-to-end deployment of projects for producing electricity from waste and biomass : CHO-Power offers its clients services and equipment and global support throughout the project. CHO-Power offers a waste/biomass electric power plant project development consultancy service. CHO-Power delivers turnkey units with performance guarantees. CHO-Power offers an operation and maintenance service for the facilities it has built. Project Development and Financing In some regions, such as Western Europe and North America, CHO-Power is developing BOO (Build Own Operate) projects. In this context, CHO-Power builds partnerships with developers of local projects. CHO-Power offers its expertise and development package, arranges project financing where 28 necessary, builds and operates the power plant.
AdaptiveArc Based in the USA Since 1995 AdaptiveArc - Instalacja testowa 29
(1 tydzień) 25 do ponad 2000 ton dziennie 30
,, 31
32
33
34
Uwagi Gazyfikacja plazmowa jest innowacyjną technologią utylizacji odpadów Wydaje się, że Westinghouse Plasma Corporation jest liderem we wprowadzaniu tej nowej technologii Gazyfikacja plazmowa odpadów powinna zainteresować mniejsze lokalne społeczności ale wsparcie rządowe jest konieczne Jest jeszcze czas, aby zastanowić, czy bierzemy udział w światowym rynku innowacyjności Potem będziemy kupować gotowe instalacje Prezentowane informacje zostały oparte na oficjalnych dokumentach WPC, Europlasma i AdaptiveARC oraz na materiałach przedstawionych przez dr. Alexandra Nawrockiego (przedstawiciela AdaptiveArc) na Seminarium w Instytucie Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku w dniu 21.10. 2013 35
Fundacja Naukowo Techniczna Gdańsk Gazyfikacja plazmowa Cz.II-przegląd rzyszłościowych technologii przetwarzania/utylizacji/niszczenia odpadów. 36
Gazyfikacja zapewnia wyższą efektywność energetyczną niż spalanie materiału węglowego gdyż: spalanie gazu syntezowego następuje w wyższej temperaturze niż spalanie materiału węglowego - powoduje to powstanie większej ilość energii. gaz syntezowy może być też przetworzony na paliwa płynne lub na wodór 38
Gazyfikacja plazmowa: proces przetwarzania wsadu materiałowego w gaz syntezowy i odpad stały/zużel przy użyciu technologii plazmowych. Istnieją dwie technologie gazyfikacji plazmowej: gazyfikacja łukowa czyli gazyfikacja w łuku elektrycznym gazyfikacja mikrofalowa czyli gazyfikacja w polu elektromagnetycznym promieniowania mikrofalowego [tak jak w kuchence mikrofalowej] 39
Gazyfikacja mikrofalowa jest technologią w początkowej fazie rozwoju Efektywność energetyczna gazyfikacji mikrofalowej jest znacznie wyższa niż gazyfikacji łukowej. Można przyjąć, że jest to technologia przyszłości. IMP opracował mikrofalowy reaktor plazmowy małej mocy. Mikrofalowe reaktory plazmowe dużej mocy opracowane zostały w Meksyku i są oferowane przez firmę amerykańską. Istnieje pilna potrzeba uruchomienia w Gdańsku prac nad takimi reaktorami. 40
Polityka rządu UK: Wielkiej Brytanii/ Zjednoczonego Królestwa w zakresie niszczenia/przetwarzania odpadów Rząd UK stoi na stanowisku, że niszczenie odpadów jest jednym z wielu rodzajów OZE: Odnawialnych Źródeł Energii. Polityka rządu UK w sprawie niszczenia odpadów prowadzona jest w ramach polityki wspierania rozwoju OZE. 41
Politykę rządu UK wobec OZE realizuje Ministerstwo Energii i Zmian Klimatu ang. DECC: Department of Energy & Climate Change. www.decc.gov.uk Podstawowym mechanizmem rządu UK dla wspierania energetyki odnawialnej są tzw. RO: Renewables Obligation - Obowiązek Odnawialności. Mechanizm ten jest opisany na stronie http://www.decc.gov.uk/en/content/cms/meeting_energy/r enewable_ener/renew_obs/renew_obs.aspx 42
Certyfikaty Obowiązku Odnawialności, w skrócie ROC: Renewable Obligation Certificates] wydaje biuro Ofgem: Office of the Gas and Electricity Markets = Biuro Rynków Gazu i Elektryczności. Certyfikaty ROC są przez Ofgem wydawane dla producentów energii ze źródeł odnawialnych za każdą wyprodukowaną przez nich MWh: megawatogodzinę energii elektrycznej. 43
ROC są podobne lub identyczne jak tzw. zielone certyfikaty wydawane w Polsce. Zielone certyfikaty służą zapewnieniu producentom energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii możliwości wykazania, że [w rozumieniu dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych (Dz.Urz.UE L z 2009 r. Nr 140, str. 16-62)] sprzedawana przez nich energia elektryczna jest wytwarzana z odnawialnych źródeł energii. 44
Z punktu widzenia niszczenia odpadów istotne są rodzaje źródeł pokazane niżej Generation type ROCs per MWh Landfill Gas/ Gaz wysypiskowy 0.25 Energy from waste with CHP/ Spalanie odpadów z generacją ciepła i elektryczności Standard gasification/ Gazyfikacja standardowa 1 Standard pyrolysis/ Pyroliza standardowa Advanced gasification/ Gazyfikacja zaawansowana Advanced pyrolysis/ Pyroliza zaawansowana 2 45
Wnioski: 1. Największy przydział ROC otrzymuje energia z gazyfikacji i pirolizy zaawansowanej (2,0) 2. Średni przydział ROC otrzymuje energia ze spalania odpadów oraz gazyfikacji i pirolizy standardowej. 3. Energia ze spalania gazu wysypiskowego otrzymuje b. niski przydział ROC (0,5). 46
Wnioski końcowe: Stanowisko rządu UK jest następujące: 1. najbardziej wspieranymi. gdyż najbardziej efektywnymi i przyszłościowymi, technologiami niszczenia odpadów są zawansowana gazyfikacja i piroliza. 2. najbardziej celowa jest budowa zakładów niszczenia odpadów metodą gazyfikacji i pirolizy zaawansowanej 47
Instalacja do plazmowej gazyfikacji odpadów budowana w Tees Valey w UK Stanowisko rządu UK stało się podstawą działań firmy Air Products and Chemicals, Inc. [APD], Allentown, PA, USA. W dniu 7 sierpnia firma Air Products wydała oświadczenie, że będzie budować i eksploatować w Wielkiej Brytanii największy na świecie zakład energetyki odnawialnej o nazwie Tees Valley: 48
Zakład energetyki odnawialnej Tees Valley będzie: 1. produkował energię z odpadów [ EfW: Energy-from-Waste ], 2. wykorzystywał technologię zaawansowanej gazyfikacji odpadów. 3. zlokalizowany w New Energy and Technology Business Park położonym blisko Billingham [powiat Teesside]. Będzie to pierwszy taki zakład w UK oraz największy zakład tego typu na świecie o mocy około 50MW. 49
Zakład będzie znajdował się w lokalizacji z dobrym dostępem do infrastruktury energetycznej oraz blisko urządzeń wysypiska. Zakład będzie rocznie przejmował z wysypiska 350 000 ton odpadów nie nadających się do odzysku w zgodzie z polityka UK w zakresie odzysku odpadów. W Tees Valley będzie zastosowana zaawansowana technologia gazyfikacji typu Westinghouse dostarczona przez firmę AlterNRG. Jest to wiodąca technologia typu EfW:Energy from Waste nowej generacji. 50
Technologia gazyfikacji typu Westinghouse: 1. Umożliwia wytwarzanie szerokiej gamy użytecznych produktów takich jak ciepło, wodór, chemikalia oraz paliwa. 2. W dalszej perspektywie możliwa będzie instalacja urządzeń wytwarzania wodoru dla zastosowań praktycznych, w szczególności jako paliwa w transporcie publicznym. Więcej informacji pod adresem: www.airproducts.co.uk/teesvalley 51
Instalacje do plazmowej gazyfikacji odpadów we Francji i Belgii [Flandrii]. Francja Plazmowa gazyfikacja odpadów jest przedmiotem działania grupy Europlasma. Grupa Europlasma działa w obszarze przemysłu czystych technologii oraz odnawialnej produkcji energii. Grupa powstała w roku 1992 w celu stosowania własnej technologii palników plazmowych. 52
Obecnie zawiera cztery jednostki biznesowe: 1. Europlasma dostawca plazmowych systemów grzewczych i ich zastosowań 2. Inertam - globally specjalista w niszczeniu i recyklingu azbestu i odpadów niebezpiecznych 3. Europe Environnement - europejski ekspert w przemysłowej wentylacji oraz systemów czyszczenia gazu 4.CHO Power producent elektryczności z odpadów i gazyfikacji biomasy. 53
W dniu 21 czerwca 2012r. firma Europlasma wydała oświadczenie, że zostały zakończone prace budowlane przy budowie przez firmę CHO-Power zakładu przetwarzania odpadów i biomasy w Morcenx, Francja. Zakład będzie przetwarzał odpady przemysłowe i biomasę w energię poprzez gazyfikację wspomaganą przez technologię plazmową. W oświadczeniu stwierdza się, że jest to największy na świecie Zakład tego typu. 54
Rozruchu i odbioru zakładu dokonano na przełomie lipca/sierpnia 2012r. Okres pełnego rozruchu zakładu do mocy 12MW przewidywane jest na jeden rok Pełny koszt zakładu wynosi ponad 4o mln euro. Rozważana jest budowa kolejnych podobnych zakładów przy udziale partnerów finansowych i lokalnych developerów. 55
W dniu 27 sierpnia 2012 firma CHO-Power [główny właściciel zakładu przetwarzania odpadów i biomasy w Morcenx ] wydała komunikat pt. 107 advanced gasification power plant to be built in the UK by 2030 Komunikat stwierdza, że zakończyła szczegółowe badania rynkowe, które wykazały, że do roku 2030 w Europie [ Germany, Austria, Belgium, Denmark, Spain, Finland, France, Greece, Italy, Ireland, Luxemburg, Netherlands, Portugal, UK, Sweden, Poland] konieczne będzie wybudowanie 650 nowych zakładów energetycznych z zaawansowaną gazyfikacją Wymagają tego cele UE w zakresie energetyki odnawialnej. 56
Zastosowanie efektywnych technologii gazyfikacji pozwoli na stały wzrost w najbliższych latach udziału energii elektrycznej produkowanej z odpadów i biomasy. Studium Source Eurostat EU Trends to 2030 Update 2009 Baseline scenario European Commission / CHO Power analysis pokazuje: w latach między 2015 a 2030 winna być zainstalowana moc oceniana na 19649 MWe; z tego 6501 MWe będzie produkowane przy użyciu zaawansowanych technologii gazyfikacji podobnych do technologii CHO Power. 57
Rozwój wielkości mocy na bazie zaawansowanych technologii gazyfikacji wg opracowania Source Eurostat EU Trends to 2030 Update 2009 Baseline scenario European Commission / CHO Power analysis 58
Koncepcja Zamkniętego Obiegu ma być zastosowana w projekcie dotyczącym wysypiska firmy Remo Milieubeheer NV [ podległej Groupie Machiels] w miejscowości Houthalen-Hechteren w Belgii. Na wysypisku znajduje się 16 milionów ton odpadów. Około 45% odpadów będzie odzyskanych jako materiał. Pozostałość będzie przetworzone przy pomocy technologii Gasplasma firmy Advanced Plasma Power, stanowiącej technologię typu Energia z Odpadów [ang. waste-to-energy]. Zakłada się budowę zakładu energetycznego zawierającego pięć jednostek Gasplasma o łącznej mocy od 75 do 100 MW. 59
Konsorcjum ELFM: Enhanced Landfill Mining ELFM jest to konsorcjum naukowców, akademików oraz firm, których celem jest przetworzenie starych wysypisk w czystą energię oraz użyteczne surowce. Jednym z pierwszych konkretnych projektów ELFM jest rewaloryzacja wysypiska Remo Milieubeheer w Houthalen-Helchteren zawierającego ponad 16 milionów ton odpadów. Przewiduje się, że projekt będzie trwał ok. 2o lat. W tym czasie wszystkie odpady będą przetworzone i wysypisko będzie przekształcone w park przyrodniczy. 60
Konsorcjum ELFM: Enhanced Landfill Mining Przez współpracę z konsorcjum ELFM z udziałem takich strategicznych partnerów jak KULeuven, VITO and UHasselt Flandria zamierza wprowadzić w życie koncepcję Zamkniętego Obiegu i stać się Centrum Kompetencji dla Zaawansowanej Likwidacji Wysypisk oraz Zaawansowanej Gospodarki Odpadami. Rozwiązania te będą oferowane w skali świata. Współpraca obejmuje innowacje techniczne uzupełnione o nowe modele biznesowe oraz nowe regulacje 61 prawne.
Budowana instalacja w Ottawie 150 000 t odpadów/rok, koszt utylizacji 83.25$/t, moc 15 MWe, pełny rozruch I- półrocze 2015 250 mln $ oszczędności przez 28 lat 62
Wnioski końcowe: 1. UK, Francja i Flandria angażują się w technologie zaawansowanej gazyfikacji. 2. Należy nawiązać współpracę z firmami i instytucjami działającymi w tej dziedzinie, przede wszystkim z konsorcjum ELFM: Enhanced Landfill Mining w celu zebrania maksymalnej wiedzy, 3. Przygotować opracowanie przedstawiające stan wiedzy i techniki w zakresie plazmowej gazyfikacji odpadów, 4. Uruchomić w Gdańsku projekt mający na celu opracowanie systemu zaawansowanej gazyfikacji dużej mocy. 63
64