Бытовые отходы, образующиеся в значительных количествах и, как правило, не находящие применения, могут рассматриваться в качестве возобновляемого вторичного энергетического ресурса. В настоящее время интенсивно развиваются два основных направления энергетической утилизации ТБО – сжигание и захоронение с получением биогаза.
Сжигание отходов требует дорогостоящих систем очисткиатмосферных выбросов, поэтому более широко распространено во всем мире полигонное захоронение. Основное достоинство данной технологии – простота, сравнительно малые капитальные и эксплуатационные затраты, и относительная безопасность. При разложении бытовых отходов выделяется биогаз, содержащий до 60% метана, что позволяет использовать его в качестве топлива. В среднем при разложении одной тонны ТБО может образовываться 100-200 м3 биогаза. В зависимости от содержания метана теплота сгорания свалочного биогаза составляет от 18-24 МДж/м3 (примерно половину теплотворной способности природного газа).
Ежегодная эмиссия метана со свалок земного шара сопоставима с мощностью таких общеизвестных источников, как болота, угольные шахты и т.д. Сегодня остро стоит проблема стабилизации концентрации в атмосфере этого газа, одного из основных планетарных источников парникового эффекта. Поэтому утилизация биогаза бытовых отходов приобретает важнейшее значение для снижения антропогенной эмиссии метана. Кроме того, метан является причиной самовозгорания свалочных отложений, так как при его взаимодействии с воздухом создаются горючие и взрывоопасные смеси, что приводит к сильному загрязнению атмосферы токсичными веществами.
Так как процесс разложения отходов продолжается многие десятки лет, полигон можно рассматривать как стабильный источник биогаза. Эмиссия биогаза с полигона в зависимости от объема свалочных масс может составлять от нескольких десятков л/с (малые полигоны) до нескольких м3/с (крупные полигоны). Масштабы и стабильность образования, расположение на урбанизированных территориях и низкая стоимость добычи делают биогаз, получаемый на полигонах ТБО, одним из перспективных источников энергии для местных нужд. Утилизация биогаза на полигонах твердых бытовых отходов требует их инженерного обустройства (создания изолирующего экрана, газовых скважин, газосборной системы и др.). При этом решается основная задача охраны окружающей среды в урбанизированных территориях – обеспечение чистоты атмосферного воздуха и предотвращение загрязнения грунтовых вод.
Для энергетики развитых стран использование биогаза не имеет решающего значения, но пренебрегать этим источником не следует как по экологическим, так и по экономическим соображениям, что подтверждается опытом ряда государств. В ЕС принята Директива, в которой установлено требование сбора и утилизации свалочного газа со всех полигонов, где были захоронены биологически разлагающиеся отходы, для минимизации вредных воздействий на окружающую среду и здоровье человека. Образующийся на свалках биогаз с начала 80-х годов интенсивно добывается во многих странах, общее количество добываемого биогаза составляет примерно 1,2 млрд м3/год, что эквивалентно 429 тыс. т метана, или 1% его глобальной эмиссии.
В Германии на 409 крупных свалках городского мусора имеются сборные пункты биогаза, образующегося при разложении органических компонентов мусора. В среднем на немецких свалках из 1 т мусора вырабатывается около 100 м3 биогаза. При общем объеме выделения биогаза со свалок в размере 4 млрд м3/год (что эквивалентно 2 млрд м3 природного газа), его полезное потребление составляет около 400 млн м3/год. Биогаз после очистки используют для получения электрической и тепловой энергии, расходуемой для промышленных целей, и в системах отопления. Количество биогаза, генерируемого на свалках, колеблется от 10 до 1200 м3/ч. Мощность установок для производства электроэнергии из биогаза составляет от десятка кВт до нескольких тыс. кВт, что позволяет обеспечивать энергией от нескольких домов до небольшого поселка. Нередко биогаз используется в качестве топлива в энергетических установках с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Себестоимость полученной энергии на установках с ДВС примерно в 2-2,5 раза ниже тарифов на электроэнергию для населения.
В США в настоящее время объем добычи биогаза составляет 500 млн м3/год. Значительная часть биогаза поступает на электростанции, работающие на газообразном топливе. Суммарная электрическая мощность установок, работающих на биогазе, составляет около 200 МВт. Кроме того, все чаще осуществляется подача биогаза в коммунальные сети газоснабжения.
В Великобритании добывается около 200 млн м3/год биогаза. Суммарная мощность БиоЭС этой страны составляет около 80 МВт.
Во Франции добывается около 40 млн м3/год биогаза. На одной из свалок вблизи Парижа была построена БиоТЭС, использующая биогаз, эмиссия которого составляет 1500 м3/сут.
В Украине в городах ежегодно образуется около 10 млн т бытовых отходов. Более 90% ТБО вывозится на 655 полигонов и свалок, из которых 140 являются пригодными для добычи и использования свалочного газа. Потенциал свалочного газа составляет около 400 млн м3/год.
Утилизация биогаза весьма перспективна для Беларуси, так как около 97% из ежегодно образующихся отходов захоранивается на полигонах и организованных свалках. Ежегодная эмиссия метана со свалок республики оценивается в размере порядка 100-200 млн м3.
