Skleníkové plyny

Vplyv odpadu na globálne otepľovanie.

Globálne otepľovanie je označenie zložitého a nie celkom objasneného procesu, ktorého výsledkom je vzostup priemernej teploty oceánov a atmosféry v krátkom časovom úseku (niekoľkých desiatok až stoviek rokov) v mierke celej planéty. Na tomto zvýšení priemerných ročných teplôt výraznou mierou, najmä posledných 25-50 rokov, podieľa činnosť človeka, a to najmä emisie skleníkových plynov, ako napríklad oxid uhličitý (CO2). Rôzne klimatické modely predpovedajú, že teploty sa zvýšia v rozmedzí 1,4 °C do 5,8 °C medzi rokom 1890 a 2100. Priebehy globálnych teplôt a atmosférického CO2 sú na nasledujúcich obrázkoch.

Globálna stredná teplota od r. 1880 do r. 2014 podľa inštrumentálnych meraní. Čierna čiara je ročný priemer a červená čiara je päťročný kĺzavý priemer. Zjavný je vzostup globálnych teplôt.

Skleníkový efekt je zachytávanie časti dlhovlnného žiarenia (infračerveného a rádiofrekvenčného)  skleníkovými plynmi, najmä vodnou parou, v menšej miere ozónom O3, oxidom dusným N2O, metánom CH4, oxidom uhličitým CO2 a antropogénnymi freónmi. Pre lepšie posúdenie vplyvu jednotlivých plynov bol zavedený tzv. globálny skleníkotvorný koeficient vysvetlený nižšie. V tabuľke je pre jednotlivé plyny uvedený GWP ako aj jeho časový vývoj.

Plyn

CO2

CH4

N2O

GWP

1

21

310

Doba zdržania v atmosfére

120

12

150

Predindustriálna koncentrácia

260 ppm

715 ppb

275 ppb

Súčasná koncentrácia

390 ppm

1774 ppb

330 ppb

 

Na posúdenie vplyvu jednotlivých plynov na globálne otepľovanie bol zavedený tzv. Globálny Skleníkotvorný Potenciál GWP. Tento zohľadňuje množstvo energie, ktoré absorbuje príslušný plyn v infračervenej (tepelnej) oblasti v porovnaní s CO2 vztiahnuté na 1 kg plynu, resp. ako dlho sa tento plyn v atmosfére zdrží. Dôležitá je aj intenzita absorpčných pásov a ich početnosť, čo je možné vidieť na infračervených spektrách týchto plynov na obrázku.

Ako sa v molekule využije energia je vidieť z nasledujúceho obrázku pre CO2:

Z mikroskopického hľadiska znamená globálne otepľovanie fakt, že IČ aktívny plyn po absorpcii žiarenia sa ho následne zbavuje opakovanými zrážkami (pri atmosférickom tlaku je zrážková frekvencia 1010 zrážok za sekundu a stredná voľná dráha molekuly medzi dvomi zrážkami 1µm), čím zvyšuje strednú kinetickú energiu plynu, teda z definície teplotu.

 

Prečo splyňovanie s plazmou?

Odpad na skládkach emituje vyššie uvedené skleníkotvorné plyny po celú dobu svojho rozkladu, pokiaľ uvedené látky sú vôbec rozložiteľné. Biomasa je rozložiteľná pomerne rýchlo, sú však materiály kde tento rozklad môže trvať stovky rokov.

Podľa odhadov v literatúre produkuje skládka asi 560 kg CO2 na uloženú tonu odpadu ročne. V prípade CH4  (metán) produkuje 230 kg/tonu odpadu ročne. V oboch prípadoch sa uvažuje úplne rozloženie. Vzhľadom na to, že CH4 má GWP=21 je potrebné emisiu metánu prepočítať na ekvivalentné množstvo CO2 súčinom. Teda 230 kg*21 (CH4)= 4830 kg (ekvivalent CO2). V súčte teda skládka produkuje celkovo 5390 kg ekvivalentu CO2 na tonu odpadu, čo je takmer 5,4 krát viac ako hmotnosť odpadu samotného. Pritom skládka pri tejto obrovskej produkcii CO2 neprodukuje žiadnu energiu.

Okrem skleníkotvorných plynov, ktoré skládka emituje po celý čas svojej existencie sa vytvára odpadná voda a dochádza ku kontaminácii pôdy. Skládkovanie je síce najjednoduchší spôsob nakladania s odpadom, je však veľmi ďaleko od trvalo udržateľného stavu. Skládkovanie neposkytuje okrem uskladnenia odpadu žiadny pozitívny aspekt.

Spaľovanie, kde sa odpad používa ako palivo sa realizuje pri použití nadstechiometrického množstva vzduchu, pričom vzniká teplo a spaliny obsahujúce pomerné vysoké koncentrácie CO2 ako aj ďalšie toxické látky, ktoré vyžadujú pre vypustením do ovzdušia čistenie. Získané teplo sa používa na výrobu pary, ktorá následne umožňuje vyrobiť elektrickú energiu použitím parnej turbíny.

Úplne iná je situácia v prípade splyňovania odpadu, kde sa na odpad aplikuje nízka koncentrácia kyslíka, ktorá umožňuje vznik tzv. syntézneho plynu, teda zmesi CO a H2. Aplikáciou elektrickej oblúkovej plazmy je možné vznikajúce syntézne plyny zbaviť zložiek dechtu a degradovať toxické zložky. Zostatkové teplo produkované oblúkovým výbojom umožňuje zlepšiť výhrevnosť syntézneho plynu (parný reforming) na strane jednej a umožňuje roztaviť trosku, čím vzniká vitrifikát.

V prípade splyňovania je možné použiť teplo syntézneho plynu pred čistením na produkciu pary potrebnej v parnej turbíne na výrobu elektrickej energie. Následne syntézny plyn vyčistiť a spaľovať v plynovej spaľovacej turbíne, kde vznikajúce plyny sú podstatne čistejšie ako spaliny zo zemného plynu a obsahujú aj menej CO2. Získané spaliny sú horúce a teda umožňujú využiť ich teplo na výrobu pary a jej aplikáciu v parnej turbíne na výrobu elektrickej energie. Z uvedeného vidíme, že splyňovanie umožňuje okrem spaľovacej turbíny uplatniť dva krát parnú turbínu, teda poskytuje takmer trojnásobok elektrickej energie ako spaľovanie. Z pohľadu produkcie CO2 iba spaľovacia turbína produkuje CO2, obe parné turbíny poskytujú elektrickú energiu bez akéhokoľvek environmentálneho dopadu. Z tohto dôvodu použite vyššie popísaných systémov na báze splyňovania s plazmou vyprodukuje na 1MWh elektrickej energie iba 30% CO2 v porovnaní so spaľovacími systémami na odpad, teda dopad na globálne otepľovanie je významný.

Skúsme porovnať produkciu skleníkotvorných plynov pri použití splyňovania s plazmou a pri skládkovaní. Navrhované zariadenie podľa výpočtov spracuje 100,000 ton odpadu ročne. Pri tejto činnosti vyprodukuje 1,608 kg CO2 na spracovanú tonu odpadu, teda ročne vyprodukuje 160,800 ton CO2. Systém neprodukuje žiadne CH4 ani iný skleníkotvorný plyn, teda aj CO2 ekvivalentné je 160,800 ton ročne. Skládka z rovnakého množstva odpadu (100,000 ton) vyprodukuje 539,000 ton CO2 ekvivalentu ročne, čo je 3,39 krát viac ako splyňovacie zariadenie s plazmou. Pritom skládka neprodukuje žiaden úžitok, ale splyňovacie zariadenie s plazmou pri vyššie uvedenej produkcii CO2 ekvivalentu vyprodukuje pri emisii jednej tony CO2 súčasne 1,02 MWh elektrickej energie a 1,45 GJ použiteľného tepla.

Kontakt

SPV Dálovce, s.r.o. sídlo: Popradská ul.č. 71
821 06 Bratislava, SR
zapísaná v OR OS Bratislava 1,
odd.s.r.o., vl.č. 108468/B
+421 917 710 773
+421 908 169 129
spv.dalovce@gmail.com