A pirolízis elve és folyamata, pirolízis technológiák. Különböző alapanyagok és hulladékok pirolízise

Átírás

1 SZIE Konzorcium Alapkutatás fejlesztés a Szent István Egyetem Pirolízis Technológiai Kutatóközpontjában TÁMOP A-11/1/KONV A pirolízis elve és folyamata, pirolízis technológiák. Különböző alapanyagok és hulladékok pirolízise 3. altéma: Kísérleti üzemi vizsgálatok, technológia fejlesztés május 25. Szent István Egyetem Cím: 2100 Gödöllő, Páter Károly u lakatos.vilmos@gk.szie.hu Telefon:

2 TARTALOM 1. A pirolízis technológia elve A pirolízis fogalma, alkalmazása ábra: Az ECO-WASTE SOLUTION pirolízis rendszer elvi technológiája A pirolízis rendszer felépítése Elgázosító módszerek Siemens-eljárás Lurgi-eljárás Noell-féle eljárás Thermoselect-eljárás Schwel-Brenn eljárás Babcock-eljárás Világszerte üzemelő pirolízis és elgázosító üzemek Az üzemek üzemeltetési jellemzői Pirolízis üzemek energiahatékonysága Egyéb környezeti hatások Különböző alapanyagok pirolízise Kommunális hulladékok pirolízise Műanyag hulladékok pirolízise Katalikus pirolízis Biomassza pirolízise Biomassza pirolízist befolyásoló változók Pirolízis reaktorok Gumihulladékok pirolízise Szennyvíziszap pirolízise Táblázatjegyzék 1-1. táblázat: Táblázat címe a Címsor 1 fejezetszámmalhiba! A könyvjelző nem létezik. Ábrajegyzék 1-1. ábra:... Hiba! A könyvjelző nem létezik ábra: Ábra címe a Címsor 1 fejezetszámmal... Hiba! A könyvjelző nem létezik ábra: Ábra címe a Címsor 1 fejezetszámmal... Hiba! A könyvjelző nem létezik. 2

3 1. A PIROLÍZIS TECHNOLÓGIA ELVE 1.1. A pirolízis fogalma, alkalmazása A hőbontás (pirolízis) a szerves anyagú hulladék megfelelően kialakított reaktorban, hő hatására, oxigénszegény vagy oxigénmentes közegben esetleg inert gáz (pl. nitrogén) bevezetés közben, szabályozott körülmények között bekövetkező kémiai lebontása. A hőbontás során a szerves hulladékból: pirolízis gáz, folyékony termék (olaj, kátrány, szerves savakat tartalmazó bomlási víz), szilárd végtermék (pirolízis koksz) keletkeznek. Ezek összetétele, aránya és mennyisége a kezelt hulladék összetételétől, a reaktor üzemi viszonyaitól és szerkezeti megoldásától függ. A végtermék elsősorban energiahordozóként (fűtőgáz, tüzelőolaj, koksz), ritkábban vegyipari másodnyersanyagként (pl. a gázterméket szintézisgázzá konvertálva metanol előállításához) és esetenként egyéb célokra (talajjavítás szilárd, szénben dús maradékkal; fakonzerválás vizes maradékkal; granulált salakolvadék építőipari adalékanyagként stb.) hasznosítható. A hőbontás során döntőek a kémiai átalakulás reakció-feltételei. Ide tartoznak elsősorban a hőmérséklet, a felfűtési idő és a reakcióidő, továbbá a szemcse-, ill. darabnagyság és az átkeveredés mértéke, hatékonysága. A végtermék összetételének és részarányának alapvető meghatározója a hőmérséklet. A hőátadástól függ a felfűtési sebesség, amely szintén hat a termékek összetételére. Az alkalmazott hőmérséklet-tartomány általában C, azonban egyes eljárások ennél nagyobb hőmérsékleten is üzemelnek. A reaktorok a fűtési mód szerint lehetnek: közvetett (reaktorfalon keresztül, ill. cirkulációs közeg segítségével) és közvetlen fűtési megoldásúak. A közvetlen fűtésű reaktorokban a pirolízis és a hőenergiát szolgáltató parciális égés közös térben megy végbe. A reaktorfalon keresztüli hőközlés egyrészt rossz hatásfokú, másrészt az ilyen reaktorok érzékenyek a tűzálló falazat minőségére, viszont egyszerű üzemeltetésűek és jól szabályozhatók. A cirkulációs közegű hőátadás jó hatásfokú, ellenben bonyolultabb az üzemeltetése. A legjobb hőátadási viszonyok a közvetlen fűtési módszerrel érhetők el, viszont ilyenkor megnő a gáztermékek szén-dioxid-, víz-és nitrogén-oxid- tartalma és körülményesebb a folyamatszabályozás is. A reaktorban feldolgozott anyag és a pirolízis gázok egymáshoz viszonyított áramlási iránya szerint megkülönböztetünk egyen-, ellen-és keresztáramú eljárásokat. Az áramlási irány lényeges a gáztisztítás bonyolultsága szempontjából. A hulladék hőbontására négyféle reaktortípus használatos: vertikális vagy aknás reaktorok, horizontális fix reaktorok, forgódobos reaktorok és fluidizációs reaktorok. A szilárd maradékok a vízfürdős leválasztást követően különbözőképpen dolgozhatók fel (szervetlen maradékok elkülönítése után aktívszén előállítása, közvetlen elégetése stb.). 3

4 A gáz-és gőzállapotú termékek leválasztására és tisztítására a legkülönfélébb gáztisztítási és gáz-gőz szétválasztási módszereket és kombinációikat (pl. ciklonokat, elektrofiltereket, gázmosókat, utóégető kamrákat, krakkoló reaktorokat) alkalmazzák. A hőbontás legnagyobb előnye az, hogy termékei értékesíthető alifás és aromás szénhidrogének, továbbá légszennyező hatása jelentősen kisebb, mint a hulladékégetésé. Hátránya ugyanakkor a fokozott anyag-előkészítési igény, valamint az, hogy főként a kisebb hőmérsékletű eljárásokban a gáztisztítás összetettebb és komplikáltabb, valamint az ennek során keletkező, többnyire erősen szennyezett mosóvizet is komplex módon tisztítani kell. Hátrányos továbbá, hogy az égetéshez képest nagyobb a lehetősége a nehezen bomló, nem tökéletes égéstermékek képződésének. A hőbontási eljárások fejlesztése folyamatban van. A költségek az égetéshez hasonlóak, esetenként az üzemeltetési költségek a végtermékek kedvező értékesítése következtében fedezhetők is. A gyakorlatban azok az eljárások terjedtek először, amelyeket viszonylag homogén ipari hulladékok (pl. műanyag-és gumihulladék, savgyanta stb.) kezelésére fejlesztettek ki. A települési és az egészségügyi veszélyes hulladék kezelésében az áttörést a reduktiv és oxidatív eljárás soros összekapcsolása, a pirolízis menetét (oxigénadagolást) befolyásoló folyamatirányítási rendszerek kifejlesztése és alkalmazása jelentette napjainkra. A szabályozott termikus oxidáción alapuló pirolízis technológia lényege, hogy az első kamrában oxigénmentes körülmények között. a szilárd hulladékot alkotó szénvegyületek gázfázisúvá alakulnak át, a második kamrában (az ún. utóégetőben) a gáz levegővel turbulens áramlással keveredik, ez által magasabb hőmérsékletet elérve, biztosítjuk a lehetséges veszélyes anyagok teljes ártalmatlanítását, a termikus folyamat különböző paramétereit betápláljuk egy számítógépes folyamatirányítóba, mely képes az ártalmatlanítás korrekcióját adott időközön belül megoldani. A fenti elvet a gyakorlatban megvalósító ECO-WASTE rendszer felépítése szemléleti. A jelenlegi adatok alapján 1 t háztartási hulladék pirolízise során kwh energia visszanyerésével lehet számolni. A pirolízis-technika előzőkben ismertetett előnye, a tökéletesebb lebontás és a füstgáztisztító hatékony működése következtében ma már a berendezések a legszigorúbb EPA, EU illetve hazai levegőtisztaság-védelmi előírásoknak is megfelelnek. Az eljárás végterméke a salak, hamu már nem tartalmaz toxikus kioldható anyagokat, igy külföldön ez az anyag minden megkötöttség nélkül lerakható (akár települési hulladékkal együtt.) Hazai alkalmazás esetén minősítő vizsgálatok szükségesek, de III. osztályú minősítés esetén pl. takaróföldként szintén elhelyezhető. Összességében az ECO-WASTE szabályozott termikus oxidáció (pirolízis) anyagmérlege kedvezőnek mondható, rendkívül lecsökkentve a továbbkezelendő anyagmennyiséget, a környezetvédelmi határértékek betartása és energiahasznosítás mellett. (1-1.ábra) 4

5 1-1. ábra: Az ECO-WASTE SOLUTION pirolízis rendszer elvi technológiája 1. hulladékadagoló; 2. biolízis kamra; 3. gázelvezető összekötő; 4. utóégető kamra; 5. submatikus szabályozó rendszer; 6. ipari vákuum rendszer; 7. füstgáztisztító; 8. energia visszanyerő; 9. kémény Az ismertetett elven működő pirolízis berendezések ma már elterjedten alkalmazottak külföldön kistérségi, helyi települési és egészségügyi hulladékkezelési feladatok megoldására. A technológia környezetvédelmi előnyei mellett a továbbiak is jelentkeznek: az egyes berendezések modul rendszerben összekapcsolhatók, tág kapacitástartomány elérése mellett, a technológia szakaszosságából jelentkező hátrány több kamra párhuzamos soros működésével kiküszöbölhető, a berendezések alkalmazása lehetővé teszi a komplex hulladékgazdálkodást, előzetes válogatás csatlakoztatásával 5

6 1.2. A pirolízis rendszer felépítése A ma már elterjedten alkalmazott rendszerek felépítése a 1-2. ábra szerint a következő: 1-2. ábra: A pirolízis rendszer felépítése A hulladék adagolása A hulladék adagolása kétféle műszaki megoldással lehetséges: - az első esetben a hulladékot egy kis markolóval egy tömörítő-etető garatba helyezzük, mely egy hidraulika segítségével a pirolíziskamrába tolja, - a második esetben a hulladékot egy emelő-serlegbe helyezzük, melyet hidraulikus úton a pirolíziskamra felső részén, tömörítés nélkül táplál be. Pirolíziskamra Az első kamrában megy végbe a hulladék pirolízise, mely eredményeképpen a hulladék gázfázisra és szilárd maradékra válik szét. Az előkamrát négyszögletes acélpanelok alkotják, az ajtót és a falakat kerámiabetétekkel szigeteljük, belül depressziós tűztérnyomást alkalmazunk. A hulladék meggyújtása és a segédtüzelés gázégőkkel történik, a kamra hőmérsékletét egy vezérlőszerkezet 0-től 1000 C-ig képes szabályozni. Gázvezető és összekötő egység Az egység funkcionális kapcsolatot nyújt az előkamra és az utóégető között. Utóégető rendszer (szekunder kamra) Ebben az összekevert füstgáz és levegő nagy turbulenciájú intenzív oxidálása történik meg a minimum 2 másodperc tartózkodási idő mellett, ahol egy hőmérsékletről és emissziós értékről szabályozott égő biztosítja a szükséges C -ot. Az oxidáció gáz- vagy olaj-segédtüzeléssel történik. 6

7 Automatikus Szabályozó Rendszer A rendszer feladata a technológiai paraméterek folyamatos vezérlésű optimalizálása részint a hőmérséklet, részint a füstgázösszetétel és egyéb tényezők szerint. Ipari Hamu Vákuum Rendszer Az egyes ciklusok végén a visszamaradó hamu eltávolítása egy magas nyomású, ipari vákuumtisztítóval történik. Füstgázkezelő rendszer A termikus oxidáló rendszerek esetében az a tapasztalat, hogy a dioxinok és furánok, SOx, NOx, keletkezése, a nehézfémek elpárolgása szignifikánsan alatta van a hagyományos égetőberendezések szintjeinek, ugyanakkor a nedves leválasztó (scrubber) biztosít jó hatásfokú leválasztást. Ez a füstgázkezelő rendszer a következőket tartalmazza: Vízszintes permetező kamra - a füstgázból a szennyező gázokat két, párhuzamosan kapcsolt szűrőközeggel elválasztott rekeszben folyamatosan cirkuláltatott és szabályozott ph-jú lúgos mosófolyadékkal abszorbeáltatjuk, - a füstgázban jelen lévő szilárd részecskék a nedvesített falú, speciális műanyag szálú szűrőközegen fennakadva leválnak, - a harmadik fokozat szűrőbetétje tovább javítja a leválasztást a gázáram szárításával, cseppmentesítésével. A mosófolyadék újrafelhasználása és újrafeltöltő berendezése A rendszerben folyamatosan cirkulál a mosófolyadék, melynek egy része a szennyvízkezelőbe kerül. Szennyvízkezelő A füstgázmosó szennyvizéből leválasztja a toxikus fémeket és egyéb szennyezőket, hogy a tisztított szennyvíz elérje az adott határértékeket. 4. Füstgázventillátor A tisztított gáz C hőmérsékleten távozik a füstgáztisztító kamrából a kéményen keresztül, a ventillátor segítségével. Energiaviszanyerő és átalakító rendszer A füstgáz hőenergia-tartalmát hőkicserélővel hasznosítjuk, a hőlépcső segítségével gőzt állítunk elő. A hőkicserélőben fejlesztett gőzzel meghajtunk egy kis turbinát, és a keletkező villamos energiát a hálózatba visszatápláljuk. A kondenzátum hőtartalmát másodlagos energetikai célra (pl. kertészeti kultúra) hasznosíthatjuk. A jelenlegi adatok alapján 1 t háztartási hulladék pirolízise során kwh energia visszanyerésével lehet számolni. 7

8 1.3. Elgázosító módszerek A hőbontási eljárások különleges típusát képviselik az elgázosítási módszerek, melyeknél a szerves anyagok hőbontása min C hőmérsékleten (max C hőmérséklethatárig), segédanyagok levegő, oxigén, vízgőz segítségével megy végbe, a lehető legnagyobb gázkihozatal érdekében. Az elgázosításhoz szükséges energiát a szerves anyagok parciális égetése biztosítja. A gáztermék döntően hidrogént és szénmonoxidot tartalmaz, fűtőértéke jelentősen az alacsonyhőmérsékletű pirolízisgáz fűtőértéke alatt marad (levegővel történő elgázosításkor átlagosan 5000 kj/m 3, oxigénnel történő elgázosításkor átlagosan kj/m 3 ). Az alkalmazott elgázosító reaktorok szilárd ágyas, fluid ágyas és áramlásos rendszerűek. A gáztisztításra a pirolízises módszereknél említett komplex tisztítási eljárások alkalmazottak. A gáztermék energetikai hasznosításra kerül, amennyiben szintézis gázfelhasználásra van mód, akkor az elgázosító segédanyagként oxigént kell alkalmazni és nyomás alatti üzemelés szükséges (pl. metanol előállításnál). Ez azonban csak a vegyipari vagy petrolkémiai üzemekben gazdaságos. Az elgázosítási eljárások intenzív fejlesztése az elmúlt évtized során felgyorsult, az alábbi előnyök miatt: kisebb, tisztítandó gázmennyiségek, a nagy molekulájú szénhidrogének, főként az ártalmas klórtartalmú vegyületek nagyhőmérsékletű lebontása a dioxinok és furánok redukáló atmoszférával gátolt képződésével, üvegszerű salak granulátum előállításával (nehézfémek megkötésével) a szilárd maradékok másodlagos környezetszennyező hatásának minimalizálása, egyúttal könnyebben hasznosítható végtermék kinyerése (hasonlóan a salak-olvasztásos égetéshez), a tiszta gáztermék előállítása, amely sokoldalúan (energianyerés, szintézisgáz) hasznosítható. Az eredményes fejlesztési eljárásokból itt csak az üzemi megvalósítás alatt álló négy legjellemzőbb technológia rövid ismertetésére szorítkozunk. (Siemens-eljárás, Lurgieljárás, Noell-eljárás, Thermoselect-eljárás). Az eljárások gyakorlatilag többfokozatú termikus hulladékkezelést valósítanak meg, így biztosítani tudják az egyes részfolyamatok jobb szabályozhatóságát és az előzetes és köztes válogatással az inert anyagok mennyiségének csökkentését. A Siemens és a Lurgi-eljárásoknál a gázfázis tökéletes kiégetése a berendezésben megy végbe, míg a másik kettő olyan gázt állít elő, amely a tulajdonképpeni hulladékkezelő berendezésen kívül is elégethető Siemens-eljárás A Siemens által kifejlesztett eljárás a pirolízis és az azt követő nagyhőmérsékletű égetés kombinációja. A mm-re aprított szilárd települési és ipari hulladékot közvetett fűtésű forgó dombkemencében C hőmérsékleten pirolizálják, majd az így előállított pirolízis gázokat további kezelés nélkül közvetlenül a nagyhőmérsékletű kb C-on dolgozó égetőkamrába vezetik. A szilárd pirolízis maradékot rostálják, a 8

9 fémeket leválasztják. A tapasztalat szerint az 5 mm-nél kisebb részek gyakorlatilag az egész izzítási kokszot tartalmazzák. Ezt megőrlik és szintén a nagyhőmérsékletű égetőkamrába vezetik. Itt égetik el a véggáz tisztításból származó szálló port és elhasznált adszorbenst is. A hő hasznosítást követően (gőz-, ill. áramtermelés) a füstgázt a hulladékégetőkhöz hasonló komplex rendszerben tisztítják. A salakolvadékot vízfürdős hűtést követően tárolják ki. Nagy előnye a hagyományos égetéssel szemben, hogy a gáz és a finomra őrölt pirolízis koksz elégetése az égetőkamrában alacsony (20 30%) légfelesleggel történik. (1-3. ábra) 1-3. ábra: A Siemens-eljárás sémája 9

10 Lurgi-eljárás A Lurgi-eljárás (WIKONEX) az előzőtől főként az elülső, termikus feltáró egységben különbözik, ahol cirkuláló fluid ágyas kemencét alkalmaznak. A pirolízishez szükséges energiát a gáz és a pirolízis koksz részleges elégetésével biztosítják, a fluidágy tehát önálló elgázosítóként működik. A keringtetett fluidizáló közeget olyan fűtőágy felett vezetik, amelyben a hő hasznosító kazánban előállított gőzt túlhevítik (hatásfoknövelés). A fűtőágyat az égetési levegővel fluidizálják és így az égetés véggáza nem okoz klórkorróziót. A gáz-és szilárd szén kiégetése, valamint a véggáz tisztítása az előző eljáráshoz hasonló.(1-4. ábra) 1-4. ábra A Lurgi-eljárás sémája 10

11 Noell-féle eljárás A Noell-féle konverziós eljárásban a szilárd hulladék termikus feltárása közvetetten fűtött forgódobos reaktorban, aprítás után, C-on történik. A pirolízis kokszot szárazon hűtik, a fémtartalmát leválasztják, majd őrlést követően az áramlásos rendszerű elgázosító reaktorba vezetik. A pirolízisgázokat gyorshűtéssel hűtik, a kondenzálható szénhidrogéneket leválasztják és szintén a reaktorba vezetik. A pirolízis összes maradékanyaga elgázosításra kerül. (1-5. ábra) 1-5. ábra: A Noell-eljárás sémája 11

12 Az áramlásos gázosítóban oxigén felhasználásával parciális oxidáció megy végbe, salakolvasztási hőmérsékleten, 2 35 bar túlnyomás mellett. A véggázt hűtik, tisztítják. A hűtővízzel előtisztított gáz alacsony hőmérsékletű gőzhasznosítás mellett hűl le és a gáztisztító berendezésben szabadul meg a kéntartalmától, a kinyert elemi kén értékesíthető. A szilárd olvadék vízfürdőben kerül lehűtésre és további hasznosításra. A gáztisztító szennyvize a nyersgáz szennyezéseinek nagy részét tartalmazza, ezért az oldott gázoktól és szilárd részektől elválasztják, elgőzölik. A további gázhűtésből származó vizes kondenzátumot a gázmosóban újra felhasználják. A gáztisztításból különböző célra hasznosítható tisztított gázt nyernek Thermoselect-eljárás A Thermoselect-eljárás technológiai lépései a hulladék tömörítése, pirolízis (gáztalanítás), elgázosítás és nagyhőmérsékletű égetés. Alapvetően szilárd települési és ipari hulladékok kezelésére dolgozták ki. A települési hulladék előkezelés (aprítás) nélkül feldolgozható a berendezésben. A hulladék heterogén összetétele miatt a kezelés első lépése a hulladék tömörítése. Ezt követi a levegő kizárása és állandó nyomás mellett, közvetetten fűtött pirolizáló csatornában a kigázosítás vagy pirolízis C hőmérsékleten, majd folyamatosan az elgázosítás tiszta oxigénnel 1200 C hőmérséklet feletti tartományban. A megolvadt szervetlen alkotórészek homogenizálva, stabil vegyületekben kötődnek meg, amelynek további hasznosítása kedvező (építési és kohászati alapanyag). A nagyhőmérsékletű elgázosítás során valamennyi szerves anyag elbomlik, a képződő szintézisgáz lényegében hidrogénből, szén-monoxidból és vízgőzből tevődik össze, kismennyiségű szilárd és gáznemű szennyező tartalommal. A gáz tisztítása a szokásos módon, több fokozatban történik. Az első lépés egy gyorshűtés (dioxin és furán vegyületek rekombinációjának megakadályozása), majd a kismennyiségű szilárd szennyezést leválasztják és a termikus folyamatba visszavezetik. A gázalakú szennyezőket mosással távolítják el, a kénhidrogén eltávolítás speciális folyamatban történik, elemi kén leválasztásával. Ezt követően a gázt hűtőben szárítják, majd aktívszenes szűrőben tisztítják. A gáztisztításból származó kondenzátumokat és szennyvizet szennyvízkezelő egység tisztítja. A folyamatban felhasznált vízből fordított ozmózissal és bepárlással kristályosított sókeveréket leválasztják. A gáztisztítás nem jár szennyvíz kibocsátással. A tisztított gáz korlátlanul hasznosítható saját felhasználásra (pirolizáló csatorna fűtése, elgázosító reaktorba) vagy külső gőz, elektromos energia előállítására. Az a tény, hogy nem a füstgázból származó latens hőt, hanem kémiailag kötött energiát használnak fel, lehetővé teszi a magas hatásfokú energiahasznosítást.(1-6. ábra) A röviden ismertetett legújabb elgázosítási eljárások az égetés és a hőbontás előnyeit kombinálva, a másodlagos környezetszennyező hatásokat minimalizálva, a korszerű hulladékégetőkhöz hasonló beruházási és üzemeltetési költségekkel a jövő alternatív eljárásainak tekinthetők a szilárd hulladékok termikus kezelésében a már kiforrott égetéses technológiával szemben. 12

13 1-6. ábra: A Thermoselect-eljárás sémája Schwel-Brenn eljárás A Schwel-Brenn módszer során az aprított hulladékot a köpenyoldalról indirekt módon fűtött forgó dobba vezetik, ahol megtörténik a kiszáradás és a kigázosodás. A pirolízis kb. 450 C-on megy végbe, miközben pirolízis gáz ún. svélgáz keletkezik. Ezt a gázt közvetlenül a nagyhőmérsékletű égetőkamrába vezetik. A keletkezett szilárd maradékot osztályozzák, a fémeket leválasztják belőle. A finom frakció, melynek mérete kisebb, mint 5 mm, az izzítási kokszot tartalmazza, így ezt a svélgázzal együtt a nagyhőmérsékletű tűztérbe vezetik. A tűztér aljáról vezetik el az olvadékot, majd granulálják. A kazánban előállított hő energetikai célra felhasználható. A tűzteret elhagyó füstgáz hagyományos füstgázkezelésre kerül. Egy tűztérhez több pirolízis dobot lehet használni. A dobok fűtése megoldható villamos fűtéssel vagy földgáz felhasználásával. (1-7. ábra) 13

14 1.7. ábra: Schwel-Brenn eljárás sémája Babcock-eljárás A pirolízises eljárások egy másik elterjedten alkalmazott módszere az ún. Babcockeljárás.(1-8. ábra) Ennél a technológiánál az aprított hulladékot a forgó dobba vezetik, ahol C-on történik a kiszáradás és a kigázosodás. A hulladékhoz meszet adnak, hogy a gáz savas részeit megkössék. A pirolízis dobot elhagyó maradék vízkádas salakkihordóból kerül deponálásra. A dobban keletkezett forró pirolízis gázt ciklonba vezetik, ahol a gázzal elragadott szilárd anyagokat leválasztják. A szilárd anyagok a salakkal együtt deponálóba jutnak. A ciklont elhagyó gázokat kb C-on elégetik. A forró füstgáz egy részét használják fel a dob fűtésére. A hőhasznosító gőzkazánban. Kb. 250 C-ra hűtik le a füstgázt, melyet azután a szokásos módon füstgáztisztításra vezetnek. A kazánban termelt gőzt villamos energia termelésre hasznosíthatják 14

15 1.8. ábra: Babcock-eljárás 1.4. Világszerte üzemelő pirolízis és elgázosító üzemek Az 1-1. táblázatban bemutatásra kerülnek a világszerte működő jelentősebb pirolízis és elgázosító üzemek, azok üzembe állításának évével és a technológia gyártójával. (Theodore, 2007, Fichtner, 2004) 1-1.táblázat: Pirolízis és elgázosító üzemek a világban (TPD: tonna per nap; TPY tonna per év) Helyszín Technológia Üzemkezdet Kapacitás SVZ, Németország Envirotherm TPY Ibaraki, Japan Nippon Steel TPD Aomori, Japán Ebara TPD Kawaguchi, Japán Ebara TPD Akita, Japán Nippon Steel TPD Oit, Japán Nippon Steel TPD Chiba, Japán Thermoselect/JFE TPD Ibaraki #2, Japán Nippon Steel TPD Ulashinai City, Japán Hitachi Metals x 300 TPD Kagawa, Japán Hitachi Zosen TPD Nagareyama, Japán Ebara TPD Narashino City, Japán Nippon Steel TPD Itoshima-Kumiai, Japán Nippon Steel TPD Kazusa, Japán Nippon Steel TPD Ube City, Japán Ebara TPD 15

16 Sakata, Japán Ebara TPD Kagawatobu-Kumiai, Japán Nippon Steel TPD Lizuka City, Japán Nippon Steel TPD Tajimi City, Japán Nippon Steel TPD Chuno Union, Japán Ebara TPd Genkai Envir. Union, Japán Nippon Steel TPD Iabarki #3, Japán Nippon Steel TPD Ishikawa, Japán Hitachi-Zosen TPD Kocki West Envir, Japán Nippon Steel TPD Nara, Japán Hitachi-Zosen TPD Tokoyama Union, Japán Nippon Steel TPD Mutsu, Japán Thermoselect/JFE TPD Minami-Shinshu, Japán Ebara TPD Iryu-Kumiai, Japán Nippon Steel TPD Maki-Machi-Kumiai, Japán Nippon Steel td Kamaishi, Japán Nippon Steel TPD Takizawa, Japán Nippon Steel TPD Seino Waste, Japán Nippon Steel TPD Kameyama, Japán Nippon Steel TPD Nagasaki, Japán Hitachi-Zosen TPD Aalen, Németország PKA TPY Gifu, Japán Hitachi-Zosen TPD Avonmouth, Nagy-Compact Power TPY Britannia Toyohashi City, Japán Mitsiu Babcock TPD Hamm, Németország Techtrade TPD Koga Seibu, Japán Mitsiu Babcock TPD Yame Seibu, Japán Mitsiu Babcock TPD Izumo, Japán Thidde/Hitachi TPY Nishi Iburi, Japán Mitsiu Babcock TPD Kokubu, Japán Takuma TPD Kyouhoki, Japán Mitsiu Babcock TPD Ebetsu City, Japán Mitsiu Babcock TPD Oshima, Japán Takuma 132 TPD Burgau, Németország Technip/Waste TPY Itoigawa, Japán Gen Thidde/Hitachi TPY Wollongong, Ausztrália Brightstar TPY 16

17 Swarze Pumpe, British Gas-Lurgi TPY Németország Ranheim, Norvégia Energos TPY Averoy, Norvégia Energos TPY Hurum, Norvégia Energos TPY Sarpsborg, Norvégia Energos TPY Forus, Norvégia Energos TPY Minden, Németország Energos TPY Castellon, Spanyoország Enerkem//Nover TPY Vermon, USA a FERCO TPY Lahti, Finnország Foster Wheeler TPY Bridgeend, NagyBritannia GEM X TPY Rudersdorf, Németország Lurgi 1996 x Furth, Németország Siemens 1995 x Kalsruhe, Németország Thermoselect TPY Greve-in-Chanti TPS Termiska TPY A táblázatból jól látszik, hogy a pirolízis és elgázosító üzemek jelentős része az ezredforduló táján kezdte el működését. Csupán néhány gyártónak van egyegy üzeme, amely egy-két évtizednél hosszabb működési időre tekint vissza. A fentiek alapján az új termikus technológiák túlnyomó része semmiképpen nem nevezhetőek kipróbált és kiforrott technológiáknak. Különösen igaz ez a pirolízisre, mivel az elgázosítás már valamivel kiforrottabb technológia. A hagyományos hulladékégetők száma világszerte több ezerre tehető, a különböző gázosító üzemek száma mintegy100 körül alakul, míg a pirolízis és plazma technológia alkalmazása ennél ritkább (a fentebb leírtak a kereskedelmi gyakorlatban használt üzemekre és kommunális szilárd hulladék illetve maradék hulladék kezelésére vonatkozik.) (Juniper, 2008) A másik figyelemre méltó tény, hogy az üzemek jelentős része igen kis kapacitású. Az üzemek döntő hányada tonna/év kapacitás alattiak. Ennek oka részben az, hogy az üzemek, nem kis része referenciaüzem, és több esetben egy-egy gyártó egy vagy csupán néhány üzemmel rendelkezik. Az egyetlen számos üzemmel rendelkező gyártó a Nippon Steel. Az új termikus technológiák esetében a rövid működési idők természetesen nem jelentenének hátrányt, amennyiben ezen rövid idő alatt kirajzolódnának a technológia előnyei és megbízhatósága. Sajnos az eddigi tapasztalatok alapján erről nem lehet beszámolni, sőt éppen ellenkezőleg a technológia kiforratlanságából adódó problémák és környezetterhelések regisztrálhatóak. Sajóbábonyban a tonna/év kapacitású gumi és műanyag hulladékot pirolizáló üzemet, mint tüzelőberendezést próbáltak meg engedélyezni. Mint az engedélyezési eljárás során kiderült az olasz referenciaüzem emissziós adatai alapján a tervezett üzem nem lett volna képes megfelelni a hulladékégetésről szóló rendelet kibocsátási határértékeinek. Kazincbarcikán a tervezett pirolizis üzem már a várossal történt egyeztetés során elbukott, többek között azért, mert a technológia kínai gyártója által megadott emissziós adatok erősen hiányosak voltak. A Gyöngyösre tervezett Thermoselect típusú üzem végül nem épült fel, többek között azért sem, mert fény derült a technológia rossz külföldi 17

18 tapasztalataira. A többi hazai pirolízis üzem kapcsán nem rendelkezünk adatokkal, de azok működnek, így elméletileg működésük megfelelő. Egy brit tanulmány, amely az új termikus technológiákat vizsgálta így fogalmaz a technológiák kapcsán: A pirolízis és elgázosítás előnyei az égetéssel szemben végül megalapozatlannak bizonyultak. Ezek a vélelmek a nem megfelelő összehasonlítás eredményei voltak, amelynek oka általában a megfelelő minőségű információk hiánya volt (Fichtner, 2004) A pirolízis jellemzője, hogy jól előkészített hulladékot igényel. A CIWMB jelentése szerint: A technológiai kockázat megmarad, ha heterogén és nagy variabilitású hulladék kerül pirolizálásra vagy elgázosításra. Éppen ezért a hulladék megfelelő előkészítése és elő-feldolgozása alapvető a technológia sikeres alkalmazása során (Theodore, 2007) A fentiek jól mutatják az új technológiákkal kapcsolatos fő problémákat; ezek a rövid működési tapasztalat, a kis kapacitás, és az előkészített hulladék igény. Mindezek miatt egyelőre a technológia nem versenyképes a hagyományos égetőkkel azok kiváltására nemigen alkalmasak. Sajnos a technológia kiforratlanságából adódó problémák jól megmutatkoznak az eddigi üzemelési tapasztalatokból Az üzemek üzemeltetési jellemzői Allied Technology Group A cég által birtokolt és üzemeltetett richlandi (USA) plazma-elgázosító üzem 2001-ben bezárásra kényszerült az emissziós problémák és anyagi gondok miatt. Az üzem sosem volt képes teljes kapacitáson működni. (Stang, 2008) Asian Pacific Environmental Technology A cég Honoluluban működő egészségügyi hulladékot ártalmatlanító plazmaíves üzeme, mindösszesen nyolc hónapot üzemet, amikor is 2005-ben bezárták a hőálló és elektróda problémák miatt. (Environmental Science, 2005) Brighstar Environmental SWERF 2001-ben Ausztráliában kezdte el működését a wollongongi-i referenciaüzem, azonban azóta is csak szakaszosan üzemelt és a tervezett 100 ezer tonnás kapacitásának csak a negyedét tudta elérni. Az ausztráliai üzem nem tudta teljesíteni az uniós szintű előírásokat, és bár a cég arra törekedett, hogy a füstgáz tisztítás hatásfokát növelje, ez nem sikerült. Az Energy Development Limited a Brighstar 88%-os tulajdonosa kijelentette, hogy az ausztráliai fiaskó után nem támogatja tovább a technológia fejlesztését. Mindezek ellenére Nagy-Britanniában az eljárást továbbra is reklámozták, ahogy Ausztráliában, Indiában és az Egyesület Államokban is ben a wollongongi üzemet bezárták, többek között azért mert határérték felett bocsátott ki kénsavat, arzént, nitrogén-oxidokat és számos technológiai problémán nem sikerült úrrá lenni. A technológia számos gyártónak modellként szolgált, így a kudarc jelentős csapás volt az új technológiára. Compact Power (Brit) Egyetlen kisméretű referenciaüzem működik Nagy-Britanniába, Avonmouthban, amely 8 ezer tonna klinikai hulladékot ártalmatlanít. Ebara A japán gyártó elgázosító üzemei elsősorban Malajziában kaptak jelentős 18

19 kritikát. Bár a cég zéró emisszióval hirdeti magát Japánban működő hagyományos égetője több ízben kapott büntetést a szennyvizek dioxinnal való szennyezettsége miatt. Energos (Norvég-Német) Öt működő üzem Norvégiában (Ranheim, Averoy, Hurum, Sarpsborg,Forus) és egy Németországban (Minden). Az egyes üzemek jellemzően ezer tonna kapacitásúak (a Sarpsborgi egyedül 70 ezer tonnás). Az Energos kiemelkedik a többi gyártó közül azzal, hogy viszonylag sok üzeme működik Bár a működéséről kevés információ van, a Minden-i üzem ellen, a hely civil szervezet a Bimi Bürgerinitiative Minden ( kampányol és három alaklommal leállították az üzemet a határérték feletti kibocsátások miatt. Az eljárás az elgázosítást ötvözi az égetéssel ben az Energos részben csődbe ment Enerkem /Novera (Kanada) A technológiát az Enerkem dolgozta ki, a piacra a Novera vitte Európában. A spanyolországi Castellonban 2002 óta működő referenciaüzeme 25 ezer tonna hulladékot ártalmatlanít. Ezen kívül van egy kis mintaüzeme a Kanadai Quebecben. FERCO A Ferconak egyetlen demonstrációs üzeme van az Egyesült Államokbeli Vermontban, amely 165 ezer tonna hulladékot ártalmatlanít. Foster Wheeler elgázosítási eljárás Két üzeme van, egyik a Finnországi Lahtiban, amely 116 ezer tonna hulladékot kezel, egyelőre próbaüzemmódban illetve a Finnországi Varkausban, ahol alumínium hulladékot ártalmatlanít. Emellett másutt így Svédországban, Belgiumban is vannak üzemei. A cég napjainkban a hulladék helyett a biomassza égetésre tér át. GEM Graveson Energy Management A Bridgeendi tesztüzem nem üzemel, a gázmotor kibocsátásai meghaladták a határértékeket és a próbaüzemre speciális engedély kellett kérnie. IET Energy/Entech Az Entech 5 referenciaüzemmel rendelkezik világszerte (Hong Kong, Malaysia, Lengyelország, stb.) azonban az üzemek legnagyobbika sem éri el a 25 ezer tonnás kapacitást. A cég plazma eljárású üzemeinél több problémát is észleltek. Interstate Waste Technologies/Plasco Energy Group A plazma elgázosítási eljárás kommunális szilárd hulladékkal nem tudott megfelelően működni. Lurgi A pozitív tapasztalatok és a már működő Rügersdorfi üzem ellenére a Lurgi kivonult a piacról, mert meglátása szerint a technológiai problémák miatt az eljárás még középtávon sem versenyképes. 19

20 Mitsui Babcock A Mitsui technológiája a Siemens R21-es sikertelen technológiájának a továbbfejlesztése. Hat üzemet építettek fel, mindet Japánban, de igyekeznek Európában is piacot szerezni. Neoteric Environmental Technologies A cég Kaliforniai Romolandbe épített üzeménél merültek fel súlyos aggályok, az üzem NOx, PM10 kibocsátásai meghaladták a hagyományos égetőkét. Siemens A Siemens Fürth-i üzeme képtelen volt normális üzemmenetben működni, ezért a cég felhagyott a technológiával, bár Japánban ezt az eljárást továbbfejlesztették (Mitsui- Babcock). Techtrade/Wastegen Burgau/Németország és Hamm-Uentrop/Németország-ban találhatóak referencia üzemek. Thermoselect Három üzeme működik, egy a németországi Kalsruhe-ban, a másik kettő Japánban (Mitsui, Chiba). A Thermoselect eljárást sokáig nagy várakozás kísérte, azonban nagy csalódást okozott Az olaszországi Verbaniában működött félüzemi berendezés. Az itt szerzett tapasztalatok alapján 1996-ban a németországi Kalsruhe-ban megindult egy t-év kapacitású három párhuzamos egységből álló üzem felépítése. Az égető végül 2002-ben kezdte el működését, de a várt eredményeket nem hozta. A nagyon sok üzemzavar mellett kiderült, hogy sem a beruházási, sem a működtetési költségek nem kedvezőbbek, mint a hagyományos égetőké. Végül 2004-ben bezárták az üzemet, amely 500 millió dollár veszteséget termelt. Az üzemzavarok sorában toxikus gáz és szennyvíz kikerülése a környezetbe és robbanás is előfordult. A Kalsruhe-i üzem bezárásában az is fontos szerepet játszott, hogy határérték felett bocsátott ki, többek között szálló port, nitrogén-oxidokat, hidrogénkloridot és elégetlen szerves szént. Az itáliai Fontodoce üzemben, amely az első ilyen üzem volt a Thermoselect menedzsmentjét elítélték környezetszennyezés miatt, amelyet a Thermoselect üzeme okozott (egy tavat szennyeztek klórral, cianidokkal, és nitrogén-vegyületekkel). Azóta Európában nem épült új égető a Thermoselect eljárással. TPS Termiska A svéd gyártónak ismereteink szerint egyetlen referenciaüzem működik Olaszországban (Greve in Chianti). Az üzem azonban nem teljes siker, technológia problémák ma is vannak. Az Angliába tervezett üzem meghiúsult, a szintézis gáz tisztításának nehézségei miatt Von Roll A gyártó egyelőre nem jelent meg a piacon, mert nyilatkozata szerint, amíg a technológia nem teljesen megbízható addig nem akar piacra lépni. 20

21 Thide Environment Két francia és és három japán üzem 6-7 ezer tonna kapacitásig. Ze-Gen Az Egyesült Államokbeli New Bedfordban üzembe helyezett elgázosító mintaüzem folyamatosan működési problémákkal küszködik. Az első üzemnapot követően nyolc hónapra leállították, majd azt követően fa-pellet elégetésére állt át. Azóta egy ízben újra leállásra kényszerült az üzem. (Ciplet, 2009) A fenti példák sora jól mutatja, hogy az új technológia számos gyártójánál komoly problémákkal szembesültek, amelyek egy részét nem sikerült megoldani, és több cég jelentős veszteség után csődbe is ment. A technológia kiforratlanságát jól mutatja, hogy olyan nagy gyártók, mint a Siemens, a Von Roll, vagy éppen az egyik legjelentősebb hulladékégető gyártója a Lurgi is felhagyott a technológia gyártásával, vagy éppen még nem lépett a piacra. Ezen tények alapján ilyen technológia telepítésénél még nagyobb óvatossággal kell eljárni, mint a hulladékégetők esetében és külön figyelmet kell fordítani a referenciaüzemek működési tapasztalataira, különösen azért mert a nem megfelelő működés, a nagyon jelentős tőkebefektetés elvesztése mellett komoly környezeti és egészségügyi károkat is jelenthet Pirolízis üzemek energiahatékonysága Hazánkban a számottevő méretű új termikus hulladékkezelő üzemek telepítése során a település és beruházók felé kommunikált legfontosabb érv a pirolízis üzemek energiatermelő képessége, és az értékesíthető villamos energia. Így például a pirolízis üzemben pirolaj, pirogáz illetve pirokoksz keletkezik, amely alkalmas lehet például dízel motorok meghajtására, amely segítségével villamos energia állítható elő. A fő kérdés az energiatermelés tekintetében a hatékonyság. Azaz, hogy az új termikus technológiák hatékonysága megelőzi az újrahasználat révén megspórolt energiát, illetve hatékonyabb-e, mint a hagyományos hulladékégetés? Az új termikus technológiák és a hulladék hasznosítása közötti összehasonlításra nem akarunk részletesen kitérni. A lényegi kérdés most számunkra az, hogy az égetés vagy a hulladék pirolízise/elgázosítása-e a jobb megoldás? Az Egyesült Királyságban készült az új termikus technológiák életképességét vizsgáló tanulmány szerint: Az elgázosítási és pirolitikus eljárásokat újravizsgálva az átalakítási hatékonyság általában alacsonyabb volt, mint amit egy modern hulladékégetőben el lehet érni (Fichtner, 2004). Egy 2008-ban publikált tanulmány még a fenti jelentésnél is kritikusabb: A legtöbb gázosító/pirolízis üzem esetében, az üzem működtetéséhez szükséges energia alig kevesebb, mint az általuk termelt energia (Dalai, 2008). Az új termikus technológiák alacsony hatékonysága a technológia sajátosságából fakad. Először is az elgázosítás, pirolízis, plazma eljárás előkezelt hulladékot igényel. A hulladék előkezelése (aprítása, szárítás, stb.) jelentős energiaigényű. Másodszor a hulladék égetése oxigént igényel, de jó esetben nem igényel pótlólagos energiabevitelt a folyamat fenntartására (kivételt jelenthet az alacsony fűtőértékű hulladék, az emissziók teljesítése miatt szükséges energiabevitel stb.). Ezzel szemben az oxigénmentes vagy szegény termikus technológiák nem energiatermelő, hanem energia-fogyasztó technológiák, azaz a folyamat fenntartásához pótlólagos energiabevitelt 21

22 igényelnek. Ez legtöbbször valamely fosszilis energiahordozó felhasználását jelenti. Természetesen az új termikus technológiák által termelt gáz/olaj vagy koksz energia előállítására alkalmasak. A kérdés hogy az itt előállított energia kompenzálja-e a folyamat működtetéséhez szükséges energiát? A nettó villamos hatásfokkal számolva (net electrical efficiency) a hulladékégetők hatékonyabban működnek. (A nettó energetikai hatásfok azt számolja ki mennyi az üzembe bevitt hulladék, ill. kiegészítő tüzelőanyag kalóriaértéke és ezt hasonlítja össze az üzemből kimenő villamos árammal). A hagyományos égetők legjobbja 27 %-os hatékonysággal működik, míg a pirolízis üzemek 13-24% körül teljesítenek.(1-2.táblázat) Elméletileg a pirolízis üzemeknél kombinált ciklusú gázturbinák alkalmazásával 27% fölé lehetne emelni a hatékonyságot, ugyanakkor mind a mai napig ilyen üzem nem épült és nem ismerjük a gyakorlati tapasztalatokat. A szintézisgáz hagyományos erőműben történő felhasználásával lehetséges még a hatékonyság javítása (Fichtner 2004, Dominic 2007) táblázat: A termikus eljárások energiamérlege Termikus eljárás Égetőmű Pirolízis-elgázosítás Nettó elektromos hatékonyság Energiatermelés gőz-ciklus gőzciklus gázmotor 19-27% 9-20% 13-24% kombi náltciklusú gáztur 23- bina 26% hagyományos erőműben történő együttégetés 27-35% A pirolízis során általában jelentős mennyiségű szilárd maradékanyag (koksz) marad hátra, amelynek igen jelentős a széntartalma és a bevitt hulladék energia tartalmának számottevő részét tartalmazza. Ez az anyag felhasználható energianyerésre, sőt amennyiben a technológia energiamérlegét javítani akarják akkor szinte kötelező a felhasználása. Ebben az esetben azonban azzal kell számolni, hogy a koksz elégetésével jelentős mennyiségű légszennyezőanyag jut a légkörbe. Ugyanez a probléma a piroolaj illetve a pirogáz elégetésénél is. A plazma technológia némileg eltér a pirolízistől energiamérlegét tekintve azonban szintén nem tűnik kedvező megoldásnak. A plazma rendkívül magas hőfokon üzemel, amely igen nagy mennyiségű energiát igényel. Noha a technológia gyártói szerint ez a technológia is pozitív energiamérleggel rendelkezik, jelenleg nincs olyan független adat, amely bizonyítaná, hogy a plazma-eljárás képes villamos energia értékesítésére. Gyakran elhangzik az az állítás is, hogy az új termikus technológiák megújuló energiát állítanak elő, mivel a hulladék megújuló és nem kimerülő források (lásd korábban). Ezek az állítások figyelmen kívül hagyják, hogy a hulladék jelentős része fogyó nyersanyagokból és fosszilis energiahordozókból áll össze és így semmiképpen nem nevezhetők sem megújulónak, sem kimeríthetetlennek. Nem célszerű tehát megsemmisítésük (elégetésük és lerakásuk sem) hanem fő feladatunk azok visszaforgatása a gazdaságba vagy természetbe tulajdonságuk 22

23 szerint. A fentiekből jól látható, hogy az új termikus technológiák jelenleg a hagyományos hulladékégetéssel szemben sem versenyképesek az energiahatékonyság terén. Lévén, hogy a hulladékok újrahasznosítása/újrahasználata és általában a zero waste koncepció energetikailag lényegesen kedvezőbb, mint az égetés, ezért kijelenthető, hogy az új termikus eljárások szintén nem versenyképesek a hulladék újrahasznosításával Egyéb környezeti hatások A fentieken bemutatottakon túl természetesen az új termikus technológiák a többi környezeti elemre is hatással vannak (táj, zaj, víz stb.) ugyanakkor ezek kevésbé jelentősek illetve túl kevés adat áll ahhoz rendelkezésre, hogy a hatások érdemben értékelhetőek legyenek. Az alábbiakban az eddig nem vizsgált környezeti hatásokra térünk ki nagyon röviden.(1-3. táblázat) A pirolízis üzemek tájra gyakorolt hatása összehasonlítva a hagyományos égetőkkel elsősorban méretfüggő. A pirolízisüzem modulos felépítése miatt kis és közepes kapacitás esetén általában kisebb helyigénnyel bír, mint a hagyományos égetők, de éppen e miatt a kapacitás növekedésével, egyre gyarapodik a helyigényé és nagy kapacitás mellett már nagyobb a területfoglalása, mint a hagyományos égetőké. Az épületek magassága számos tényező függvénye, általában azonban alacsonyabbak, mint a hagyományos égetők és ez elmondható a kéménymagasságról is (Ficthner 2004, Dominic 2007) 1-3.táblázat: Területfoglalás és épületmagasság 100 ezer tonna hulladékkezelést feltételezve. Technológia Területfoglalás Épületmagasság (hektár) (m) Hagyományos égető (Lurgi) 1,5 37 Pirolízis (Novera/Enerkem) Pirolízis (GEM) 1,5 11 Pirolízis (ComapactPower) 1,5 10 Pirolízis (BrightStar) 2 16 A különböző technológiák felszíni és felszín alatti vizekre gyakorolt hatása erősen eltérő. A legtöbb hatás azonos a hagyományos égetőkével (pl. nedves füstgáztisztítás, csapadékgyűjtés, stb.). A különböző technológiák víz inputoutputja erősen elérő. Így például a Brightstar, a Thermoselect a Waste Gen jelentős vízfelhasználó, míg pl. az Energos nem. Százezer tonna hulladékra vetítve a víz output tonna között változik technológiától függően. (Fichtner 2004). Érdemes néhány mondat erejéig az új termikus technológiák használata során keletkező szilárd maradékanyagokra is kitérni. A pirolízis üzem maradékanyaga az eredetileg bevitt hulladék tömegszázalékát érik el (Fichtner 2004). Két nagy csoportra oszthatóak, úgymint salakanyagok illetve 23

24 füstgáztisztítási maradékanyagok. Az előző adja a maradékanyagok meghatározó részét. A füstgáztisztítási maradékanyagok általában veszélyes hulladéknak minősülnek, de jellemző módon a hátramaradó salakanyagok veszélyessége is nagyobb, mint a hagyományos égetők esetében, mert az alacsony hőfok miatt kevesebb nehézfém megy át gázfázisba. Pirolízis üzemek esetén a hátramaradó salak, a nem éghető komponensek mellett, jelentős akár 40%-os széntartalommal is rendelkezhet, amit további energianyerésre lehet felhasználni. Ennek kapcsán azonban jelentős légköri emissziókkal is kell számolni. Az alábbiakban bemutatjuk néhány technológia során keletkező maradékanyagok mennyiségét(1-4. táblázat) 1-4. táblázat: Szilárd és gáztisztítási maradékanyag mennyisége technológiánként (tonna/ tonna) Lurgi Compact Power (előkezelés nélkül) Compact Power (előkeze -léssel) Brights Waste tar Gen Foster Thermosele Energos Wheeler ct Technológia égetés pirolízis pirolízis pirolízis pirolízis gázosítás pirolízis- elgázosítás gázosítás Salak/koksz Gáztisztítási maradékanyag Összesen A fentiek alapján az új termikus technológiák szilárd maradékanyagainak mennyisége lényegében megegyezik a hagyományos égetés során keletkező maradékanyagok mennyiségével. A többi környezeti elemre gyakorolt hatás kapcsán értékelhető mennyiségű adat nem áll rendelkezésre az új technológiákról, így ezekkel itt nem áll módunkban foglalkozni. 2. KÜLÖNBÖZŐ ALAPANYAGOK PIROLÍZISE 2.1. Kommunális hulladékok pirolízise A szilárd települési hulladékok ártalmatlanításának világszerte és így hazánkban is leggyakrabban alkalmazott módszere a talajon vagy talajban történő rendezett lerakás. A jelenleg is tapasztalható rendezetlen állapot felváltásában fokozatos előrelépést figyelhetünk meg úgy a regionális megoldások, mint a korszerű természetes és műszaki védelem alkalmazása mellett. A rendezett lerakás hazai alkalmazásának elterjedésében két tényező: az alacsony beruházási és üzemeltetési költségek, a jelenlegi támogatási rendszer jelent komoly meghatározó szerepet. A jelenlegi környezetvédelmi-településfejlesztési támogatási koncepció: 24

25 a regionalitás biztosítása mellett a rendezett lerakásnak, a nagyobb (500 ezer lakosú) települések hulladékégető-műveinek központi forrásokból történő támogatását részesíti előnyben. Ugyanakkor nem jelenik meg még lehetőségként sem egyéb, például energetikai hasznosítással egybekötött termikus ártalmatlanítás beruházásának környezetvédelmi és financiális segítése. Ezen a helyzeten rövid időtávon belül változtatni kellene, mert így az egyébként környezetvédelmi szempontból előnyös termikus eljárások nincsenek versenyhelyzetben. Meg kell jegyezni, hogy a sokat hangoztatott EU-irányelvek is támogatják a termikus eljárások (így a pirolízis) alkalmazását: a hulladék által elfoglalt területek csökkentése, illetve véges lehetősége, a hulladék energetikai hasznosításának előnye miatt. A pirolízis technológia a termikus ártalmatlanítási eljárások legdinamikusabban fejlődő területe, mely a kezdeti környezetvédelmi-technológiai problémákat komoly fejlesztési háttérrel megoldva, ma már teljes körű megoldást tud nyújtani a települési hulladékok kezelésében. A technológia elve régóta közismert és más területen alkalmazott hazánkban is (pl. szénégetők, kokszelőállítás stb.). A termikus eljárásokat két nagy csoportra osztjuk: oxidatív lebontás sztöchiometrikus vagy többszörös oxigén (levegő) adagolásával (égetés), reduktív lebontás a sztöchiometrikus aránynál kisebb oxigén biztosításával vagy annak teljes kizárása mellett (pirolízis). A technológia anyagáramát általánosságban a következő input-output jellemzi: A pirolízis technika előzőekben ismertetett előnye, a tökéletesebb lebontás és a füstgáztisztító hatékony működése következtében ma már a berendezések a legszigorúbb EPA, EU, illetve hazai levegőtisztaság-védelmi előírásoknak is megfelelnek. Az eljárás végterméke a salak, hamu már nem tartalmaz toxikus kioldható anyagokat, így külföldön ez az anyag minden megkötöttség nélkül lerakható (akár települési hulladékkal együtt). Hazai alkalmazás esetén minősítő vizsgálatok szükségesek, de III. osztályú minősítés esetén, pl. takaróföldként szintén elhelyezhető. Összességében a pirolízis technika anyagmérlege rendkívül kedvezőnek mondható: rendkívül lecsökkentve a továbbkezelendő anyagmennyiséget, a környezetvédelmi határértékek betartása és energiahasznosítás mellett Műanyag hulladékok pirolízise A kondenzációs polimerek (pl.: PET) és a poliuretánok esetében leggyakrabban alkalmazott kémiai újrahasznosítási eljárások a hidrolízis, metanolízis, ammonolízis. Az 25

26 addíciós polimerek (pl.: PE, PP, PS, PVC), valamint kevert műanyaghulladékok esetében a pirolízis, elgázosítás, hidrokrakkolás vagy katalitikus krakkolás a legkézenfekvőbb. A pirolízis inert (oxigénmentes) atmoszférában történő hőbontást jelent. Bár a magyar ipari terminológiában (főként a petrolkémiában) megkülönböztetnek termikus krakkeljárásokat ( C), középhőmérsékletű pirolízist ( C) és nagy hőmérsékletű pirolízist (1200 C felett), itt a pirolízis hőmérséklettartománytól függetlenül, az angol pyrolysis kifejezésnek megfelelően szerepel, azaz a 300 C feletti termolízis szinonímája. A pirolízis során a makromolekulák kémiai kötései hő hatására átrendeződnek, elszakadnak és gáz, cseppfolyós valamint szilárd termékek képződnek. A szintetikus polimerek pirolízise általában C tartományban történik. Bár a polimerek pirolízisével foglalkozó cikkek és tanulmányok többsége alapkutatás, léteznek már ipari eljárások és szabadalmak is. A termékek mennyisége széles tartományban változhat a pirolízis hőmérsékletétől, a felfűtési sebességtől, a pirolízis időtartamától, a reaktor típusától, a nyomástól, reaktív gázok vagy folyadékok alkalmazásától, a műanyag kémiai összetételétől és felépítésétől, valamint a benne lévő adalékoktól, és katalizátorok jelenlététől függően. (2-1. táblázat) 26

27 2-1. táblázat: Különböző műanyagok pirolízis termékei Alapanyag Pirolízis hőmérséklet, C Gáz tömeg% Olaj tömeg% Maradék tömeg% Polietilén PE ,8 42,4 1,8 C Polietilén PE 530 7,6 50,3 0,1 Polipropilén PP ,6 48,8 1,6 C Polisztirol PS 580 9,9 24,6 0,6 Keverék PE/PP/PS ,6 1,4 Egyéb termékek tömeg% 42 paraffin viasz 42 paraffin viasz 42 paraffin viasz 64,9 sztirol 64,9 sztirol Poliészter ,8 40 7,1 2,1 víz Poliuretán ,9 56,3 0,5 5 víz, 0,3 HCN ABS kopolimer 740 6,9 90,8 1,1 1,2 HCN Poliamid PA ,2 56,8 0,6 3,4 HCN Polikarbonát ,5 46,4 24,6 2,5 víz Polimetilmetakrilát 450 1,25 1,4 0,15 C 97,2 MMA Polivinilklorid PVC 740 6,8 28,1 8,8 56,3 HCl Politetrafluoroetilén ,8 5,2 0,3 76 TFE Pirolízis hőmérséklet és fűtési sebesség A pirolízis hőmérséklete és a felfűtés sebessége meghatározó paraméterek, mivel a nagy hőmérséklet (> 600 C) és gyors felfűtés elősegíti a kötések felhasadását és a kis molekulák képződésének kedvez. A kis hőmérsékletű pirolízis (< 400 C) a viszkózus termékek és a szilárd maradék nagyobb mennyiségű képződését eredményezi. A legtöbb műanyag esetében kb. 300 C körül indul meg hőbomlás. Az ipari pirolízis eljárások többsége C hőmérséklettartományban üzemel. Pirolízis-időtartam A pirolízis időtartamának beállítása a kívánt termékösszetétel és a pirolízis hőmérsékletének figyelembevételével történik. A hosszú tartózkodási idő kedvez az elsődleges bomlástermékek másodlagos termékeké történő átalakulásának, valamint a termikusan stabil vegyületek képződésének (H 2, CH 4, aromás vegyületek, szén, koksz, kátrány). Reaktortípus A reaktor típusa technológiai szempontból igen fontos, hiszen meghatározza a hőátadás és a keverés minőségét, a betáplálási mennyiséget, a gáz és folyadékfázis tartózkodási idejét, valamint az elsődleges bomlástermékek távozását. A műanyagok pirolízisénél használt gyakori reaktor típusok: csőreaktor, kevertetett tankreaktor, forgókemencés reaktor, fluid ágyas reaktor. 27