belépés / regisztráció
2021. március 6. szombat
Aktuális lapszám

Hulladékgazdálkodás – energiagazdálkodás

A hulladékgazdálkodás fejlődése hazánkban az utóbbi években mérhető eredményeket ért el. Az EU-keretirány terve (2008/98 EK) és a hazai törvény, az Országos Hulladékgazdálkodási Terv (OHT-II.) ötlépcsős hulladékgazdálkodási hierarchiát állított fel, amelynek lényege, hogy fokozatosan csökkenteni kell a biológiailag lebomló szerves anyagot: 2004. július 1-ig 75%-ra, 2007. július 1-jéig 50%-ra, 2014. július 1-jéig 35%-ra. (Bázis év: 1999.)

 

A hulladékkezelési módszerek:

  • nyersanyag hasznosítás,
  • energetikai hasznosítás,
  • lerakás,
  • égetés.

A hulladékgazdálkodás legnagyobb emissziója a depóniagáz. Ennek egy részét gázkutakból kinyerik, de igen jelentős hányada eltávozik a depónia felületén keresztül. Ez utóbbi mennyiség nem mérhető, de jelentősen hozzájárul az üvegházhatáshoz, mert a metán (CH4) tartalma jelentős (40–55%). Ez Magyarországon csak becsült mennyiség lehet, az összesen becsült üvegházhatású gáz kb. 20%-a.

A rendezett depóniában keletkező gázok nem áramlanak a talaj felé, csak a felszín felé, illetve a gázkutakon át a felhasználó felé, vákuum előállító rendszer segítségével. Érdemes megvizsgálni, hogy mekkora a fajlagos metángáz termelés az egyes hulladékféleségek között (1. táblázat).

1. táblázat. A fajlagos biogáz termelés alakulása
Anyag Fajlagos metán termelés (dm3/kg)
Háztartási hulladék 96
Újságpapír 94
Egyéb papír 110
Fűrészpor 24
Kerti hulladék 60
216
Lombok 70
Konyhai hulladék 290

A jelentős különbség többek között abban áll, hogy a földgázban 97-98% metángáz-tartalom van, a depóniagázban csupán 44–55%, ami az éghetőség szükséges feltétele és a depóniagáz értékét meghatározza. A depóniagáz fűtőértéke: 14–17 MJ/m3.A települési szilárd hulladékban a gázképződés kb. 6 év után éri el a csúcs-mennyiséget, és a teljes gázképződési időtartam 15–20 év (2. táblázat).

2. táblázat. Biogázok jellemző összetétele és tüzeléstechnikai tulajdonságai
Összetétel Me Földgáz (orosz) Biogáz fermentorból Biogáz szeméttelepi
Metán (CH4) mol% 97,9 65 (50-80) 45 (30-80)
C2+ szénhidrogének mol% 1,2    
Hidrogén (H2) mol%   (0-2) 1,5 (0-2)
Szen-monoxid (CO) mol%      
Szén-dioxid (CO2) mol% 0,1 34,8 (15-50) 37,5 (05-40)
Nitrogén (N2) mol% 0,8 0,2 (0-5) 15 (0-50)
Oxigén (O2) mol%   (0-1) 1,0 (0-10)
Összesen:   100 100 100
Hidrogén-szulfid (H2S) mg/m3 - <600 <100
Ammónia (NH3) mg/m3 - 0-100 0-5
Összes klór (Cl) mg/m3 - 0-100 0-5
Összes fluor (F) mg/m3 - 0-100 0-800
Sziloxánok mg/m3 - 0-50 0-50
Kátrány g/m3 - - -
Tüzeléstechnikai jellemzők        
Égéshő MJ/m3 37,8 24,6 17,2
Fűtőérték MJ/m3 34 22,1 15,5
Wobbe-szám (felső) MJ/m3 50,3 26 17,4
Relatív sűrűség
Sűrűség
-
kg/m3
0,56
0,73
0,89
1,16
0,98
0,27

A depóniagáz tisztítása

Fontos a depóniagáz megtisztítása a benne lévő széndioxidtól és a kénhidrogén- és víztartalomtól.

A vízpára tekintetében a kutakból telített állapotú gáz érkezik.

A CO2 eltávolítására két módszer van jelenleg használatban:
a) Nyomásváltásos adszorpciós (PSA molekuláris szűrővel).
b) Vizes mosás.

Mindkét módszerrel legalább 96%-os metántartalmú gázt lehet előállítani. A savas gőzből levált víz kis sótartalmú (4,5 pH érték).

A kondenz-leválasztók utáni csurgalékvíz – az ozmózisos szűrő után – mezőgazdasági öntözésre alkalmas tisztaságú víz. 2000 mg/l sótartalomból 200 mg/l sótartalmú vizet állítanak elő.

Depóniagázból Magyarországon kb. 4050 MW villamos-teljesítményt lehetne országosan előállítani.

Átlagosan 1 millió t szilárd hulladékra 750–800 kW áramtermelő kapacitás számolható, ami 350 mFt beruházást jelent. De a hő felhasználása általában nem megoldott.

Általános helyzet

A biogáz-előállítás hazánkban is elterjedt területe a települési hulladékok lerakóinál keletkező gáz (depóniagáz) termelése, a lerakott hulladékba telepített gázkivételi kutak segítségével. Magyarországon jelenleg mintegy 23 millió m3 (4,5–5 millió tonna) települési szilárd hulladék keletkezik évente. Ennek 62%-a lakossági eredetű, a többi az intézményeknél, szolgáltató egységeknél és vállalkozásoknál keletkező háztartási hulladékokkal együtt kezelhető hulladék. Ez a mennyiség a gazdaság fejlődésével párhuzamosan, évente 2-3%-kal nő.

A tapasztalatok azt mutatják, hogy a települési szilárd hulladéklerakóban, a depóniákban 6-7 hónap elteltével megindul a gázképződés folyamata, amely 6-7 év után éri el a maximumát, majd fokozatosan csökken, és 15–20 év múlva már nem gazdaságos.

A kommunális hulladékok 40–50%-a szerves anyag, amely anaerob módon biológiailag lebomlik gázfejlődés mellett. Megjegyezni kívánjuk, hogy a ma érvényes jogszabályok szerint a jövőben a települési hulladékok biológiailag lebomló szervesanyag-tartalma csökkentendő. A hulladéklerakók depóniagáz termelése jelentősen elmarad a biogáz fermentorokétól. Kedvező esetben egy tonna hulladékból 7–12 m3 gáz keletkezik. A gáz kinyerése történhet kompresszoros elszívásos módszerrel egy gyűjtő vezetékbe juttatva, majd víztelenítés és tisztítás után kerülhet felhasználásra. A depóniagázt a keletkezés helyén, vagy annak közelében hasznosítják.

Fűtőértéke általában 14–17 MJ/m3 között ingadozik. Amennyiben a depóniagáz metántartalma 50–65% között van, jól hasznosítható gázkazánokban és gázmotorokban. A 30%-nál kisebb metántartalmú gáz stabil tüzelésre már nem alkalmas, földgázzal keverve hasznosítható.

A hulladékártalmatlanítás egyik formája a lerakás. A lerakás után mintegy fél esztendővel indul be a depóniagáz képződése, addig tart az anaerob baktériumok számára megfelelő környezeti feltételek kialakulása. A prizmák nyári kiszáradása a levegő beáramlása miatt, a depóniagáz kitermelésének hosszabb szüneteltetése pedig a mező elsavanyodása miatt a gáztermelő-képesség csökkenésével jár.

A kitermelt gáz optimálisan 55–60% metánt és 40–45% szén-dioxidot tartalmaz. A metán/széndioxid arány a hulladék összetételétől, tömörítésének fokától és a lerakóhely szigetelésétől függ.

Gyakran a levegő által felhígulva kb. 1% oxigén és 15–30% nitrogént is tartalmazhat az említett két komponens rovására. A hulladék nedvességtartalma miatt mindig vízgőzzel telített. Ezt hasznosítás előtt kondenzálni kell és a kondenzátumot vissza kell juttatni a lerakóhelyre. A hulladék nyomelemeinek egy része is bekerül a kondenzátumba. A hulladékból nyert biogázban esetenként előfordulnak kén-hidrogén és szerves vegyületek, főként szénhidrogének.

Gázfelhasználás

A depóniagáz felhasználása hasonló a földgáz, vagy más biogázok felhasználásához, de minden esetben a gáz termelésének üteméhez kell, igazodnia. Az energetikai célú felhasználást a depóniagáz metántartalma határozza meg:

  • gázmotoroknál legalább 45% metántartalom,
  • gázfáklyás elégetésnél min. 25% metántartalom (de ez nem számít hasznosításnak),
  • kazánban történő elégetés során speciális gázégőfejre van szükség a földgázhoz képest.

Előremutató felhasználás egy közeli földgáz távvezetékbe, hálózatba történő betáplálás.

Ennek több lehetősége is megvalósítható, ha az illetékes, területi gázszolgáltatóval megegyeznek:

  • egyszerű betáplálás a hálózati nyomásszinthez igazodó nyomáson,
  • PB-gáz bekeverésével javított fűtőértékű depóniagáz-PB gáz keverék betáplálása a hálózatba, gáztisztítás után (2005. évi LXIII. törvény [GET. 3. § 44.]).

Korszerű kapcsolt hő- és villamos-energetikai felhasználás a mikro-gázturbinában történő elégetés, ahol a termelt villamos teljesítmény max. 100 kW.

A gázmotoros hasznosítás jól bevált a hazai kogenerációs gyakorlatban.

A gázmotorok egyes fajtái általában 38-40%-os villamos hatásfokkal és max. 87-88%-os összhatásfokkal működnek. Pl. az 5 kWh/Nm3 fűtőértékű depóniagázból 1,8 kW villamos teljesítményt és 2,4 kW hőteljesítményt lehet nyerni. Előnye a rendszernek, hogy a gép kipufogó gázhőmérséklete elérheti a 300 °C-ot is, tehát akár gőzfejlesztésre is felhasználható a hőenergia.

Kogenerációról természetesen csak akkor beszélhetünk, ha mind a villamos-áramot, mind a hőenergiát fel is használja az adott környezetben a felvevő rendszer.

Két változat lehetséges: vagy a tüzelőanyagot illesztik a motorhoz, vagy a motort a tüzelőanyaghoz. Ez utóbbi egyszerűbb eset. A gyakorlatban gyakran csak a villamos energiát helyezik el a belső villamos hálózatba, vagy eladják a belső villamos hálózatba, illetve eladják a külső hálózatba, és így a hő a környezetbe kerül, felhasználás nélkül.

A hőfelhasználás lehetőségei:

  • épületek hő- és HMV-igényeinek kielégítése,
  • nyári hűtési igények abszorpciós hűtővel történő ellátása.

A mikro-gázturbinában történő felhasználás előnyei a gázmotoros kogenerációhoz képest:

  • kis karbantartási igény,
  • a gázösszetétellel szembeni kisebb igényesség,
  • egyszerű szerkezet,
  • jó szabályozhatóság (a teljesítmény tág határok között változtatható),
  • hosszú élettartam.

Az igazán gazdaságos depóniagáz-felhasználás úgy valósítható meg mind a gázmotorokkal, mind a mikro-gázturbinákkal, ha a keletkezett hő is hasznosul, sőt legjobb, ha a hőigényekhez illesztve történik a teljesítmény kiválasztása.

A hőhasznosítás esetei közül termodinamikailag a kazánban történő gáz elégetése a legkorszerűtlenebb, legkisebb hatékonyságú megoldás. Ennél rosszabb hőtechnikai megoldás a gázfáklya üzemeltetése, amely csupán a metángáz-tartalom kibocsátását akadályozza meg. Ennek üzemére csak az egyéb hőenergetikai és gázfelhasználó karbantartás idején van szükség. Ekkor is fontos a pontos gáz-levegő arány beállítása az optimális égéshez, mert ez környezetterhelési szempontból fontos. Ügyelni kell a metán-levegő robbanásveszélyes mivoltára is: 5–15 térfogat % között robbanásveszély van.

A CNG (Compressed Natural Gas) előállításhoz hasonló depóniagáz sűrítési eljárás – a depóniagáz tisztítása után – járművek motor tüzelőanyagaként értékesíthető gázt állíthat elő. Előnye, hogy a diesel üzemmel szemben a motorok égéstermékének jobb a minősége, környezetvédelmileg „tisztább” a kipufogó anyag és a gázolajhoz képest alacsonyabb az árszintje. Ehhez a hasznosításhoz gázmotoros tehergépjármű-park létrehozása szükséges (például az FKF Zrt-nél).

A CNG-gázsűrítés villamosenergia-igénye kb. 0,6 kWh/m3, és a rendszer karbantartási igénye 5–10 Ft/m3. A gázsűrítéses felhasználás komoly hátránya, hogy a depóniagáz csupán 14–17 MJ/m3 fűtőértékű gáz.

***

1. ábra. Gázmotoros egység
2. ábra. Gázfáklya

DR. KONTRA JENő PH. D
egyetemi tanár
BME Épületenergetikai és Épületgépészeti Tanszék

A szerzõ egyéb cikkei:

  Létünk a műszaki világban
  Honnan lesz a villamosenergia?
  Jubileumi Építészeti Konferencia Erdélyben (ÉPKO)
  A jövő egyik útja: távhőellátás megújuló energiával
  A hely szelleme
  Depóniahő közvetlen hasznosítása II.

A szerzõ összes korábbi cikke >>

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam