HULLADÉKOK ENERGETIKAI ÉS BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSA 8.1 Energia póttüzelőanyagokból A jövő útja? Tárgyszavak: energiatermelés; póttüzelőanyag; hulladékégetés; szabályozás; hulladékgazdálkodás; energiagazdálkodás. Egyre több ipari ország tesz erőfeszítéseket annak érdekében, hogy minél racionálisabban használják az energiatermeléshez elengedhetetlen tüzelőanyagokat, mivel azok (főleg a fosszilisek) véges számban állnak csupán rendelkezésünkre. Ennek köszönhetően mindinkább előtérbe kerülnek az alternatív megoldások, ezen belül a póttüzelőanyagok. Az (alternatív) póttüzelőanyag jelentése többféleképen is megfogalmazható: hulladékgazdálkodási szempontból nem jelent mást, mint a fűtőértékkel rendelkező hulladékok eltávolítását, hasznosítását, azaz a törvényi előírások betartását. Energiagazdálkodási szempontból az alternatív tüzelőanyagok a hagyományos tüzelőanyagokhoz képest egy olcsóbb alternatívát jelentenek. A német újrahasznosítási és hulladéktörvény (Kreislaufwirtschaftsund Abfallgesetz) alapján a hulladékkezeléskor különbséget kell tenni a hulladék eltávolítása és annak hasznosítása között. A hasznosításhoz tartozik többek között a reciklálás, viszont a deponálás mellett a termikus kezelést (égetés) is az eltávolításhoz sorolják. A hulladékégetésből származó energia jelenleg csupán az össztermelés kevesebb mint 1%-át teszi ki (1. ábra). A hulladékégetésből nyert energiát szinte kizárólag gőz előállítására hasznosítják, amit később elektromossággá vagy hővé (távhő) alakítanak, esetlegesen külső felhasználónak adják tovább.
160 éves energiatermelés, TWh 140 120 100 80 60 40 20 0 151,2 146,1 144,6 36,1 22,5 8,8 3,8 13,7 atomenergia barnakőszén feketekőszén földgáz vízenergia fűtőolaj hulladékégetés egyéb 1. ábra Az energiatermelés eloszlása Németországban A póttüzelőanyagok rövid története Már a 70-es évek elején az érdeklődés középpontjába került a különféle hulladékok mechanikus feldolgozása és tüzelőanyaggá alakítása. Köszönhető ez annak a félelemnek, hogy a fosszilis tüzelőanyagok egyszer csak elfogynak, és annak, hogy ennek következtében az energiahordozók árai az égbe szöktek. A hulladék energiacélú hasznosítása tehát energiagazdálkodási megfontolásokon alapult, azaz a tüzelőanyagra vonatkozó követelményrendszer is energetikai paramétereken nyugodott. Ennek ellenére mégis megbukott az alternatív tüzelőanyagok felhasználásának gondolata, ami valószínűleg a következőkre vezethető vissza: A hulladék tüzelőanyaggá alakítása drágább volt a vártnál. Egy egyszerű berendezés képtelen volt megfelelő égési tulajdonságokkal rendelkező tüzelőanyagot előállítani. A minőséget nem lehetett konstans szinten tartani, az erősen ingadozott. A megtermelt tüzelőanyagok iránt a piac nem tanúsított kellő érdeklődést.
Törvényi keretfeltételek A póttüzelőanyagok gyártását, értékesítését és felhasználását a következő szabályozások érintik: A hulladékok elégetéséről és annak nemzeti megvalósításáról szóló EU-irányelv: Ez vonatkozik a klasszikus hulladékégetésre éppúgy, mint a nem veszélyes hulladékok égetésére más (hagyományos) tüzelőanyagokkal együtt. Megállapítja ezen felül az égetőművekre, cementgyárakra és más ipari egységekre vonatkozó emissziós határértékeket. Az újrahasznosítási és hulladéktörvény: Egy bizonyos hierarchia (megelőzés hasznosítás eltávolítás) betartása mellett a hulladékokat elsősorban anyagukban vagy energiájukat hasznosítva kell felhasználni, amennyiben mindez műszakilag és gazdaságilag lehetséges, illetve amennyiben a termék számára létezik vagy teremthető piac. Az energetikai hasznosítás magában foglalja a póttüzelőanyag-előállítást is hulladékokból. Települési hulladék műszaki útmutatás (Technische Anleitung Siedlungsabfall): Különös tekintettel szabályozza az égetés feltételeit és körülményeit, illetve a maximális emissziós értékeket. A póttüzelőanyag definiálása, tulajdonságai Maga a fogalom máig nincs pontosan definiálva. Gyakran használnak (használunk) olyan kifejezéseket, mint különleges, adalék- vagy szekunder tüzelőanyag, illetve gyakran illetik még márkanevekkel ezt a fogalmat. Mivel csak a hagyományos tüzelőanyagokhoz képest tudjuk (és van értelme) meghatározni a póttüzelőanyagokat, ezért annak a (hagyományos) kritériumait kell itt is használni: állandó, lehetőleg károsanyag-szegény összetétel reprezentatív, megismételhető mintavétel lehetősége, ami biztosítja az ellenőrzést a fizikai tulajdonságok mint a fűtőérték, gyulladási hőmérséklet, homogenitás, sűrűség és az égési viselkedés biztosítsák a folyamatos energetikai hasznosítást, a tárolás, szállítás és a hasznosítás különféle égetőművekben ne járjon jelentős plusz ráfordítással. A fenti kritériumok alapján a heterogén összetételű, kevert települési hulladék semmiképpen sem nevezhető póttüzelőanyagnak.
Póttüzelőanyag előállításához a leggyakrabban használt nyersanyagok a szelektált, magas fűtőértékű háztartási, illetve a háztartásihoz hasonló ipari hulladékok, ezen felül gyártási hulladékok (papír, karton, fa, textíliák, műanyagok) és egyéb ipari, gyártásspecifikus hulladékok. Ahogy a hagyományos tüzelőanyagnak, úgy a póttüzelőanyagnak is meg kell felelnie néhány égéstechnikai kritériumnak, azaz a következő tulajdonságokat kell megvizsgálni: mechanikus, kalorikus, kémiai és reakciós tulajdonságok. A mechanikus tulajdonságokhoz tartozik az éghető és éghetetlen összetevők sűrűsége, öntési tulajdonságok, őrölhetőség és a szemcseméret-eloszlás. A kalorikus tulajdonságokhoz a fűtőérték, a minimális levegőszükséglet, a legkisebb füstgázmennyiség, az adiabatikus (hőcsere nélküli) égési hőmérséklet, a fajlagos hőkapacitás, valamint a hővezető képesség tartoznak. Az engedélyező hatóságok a kémiai tulajdonságoknak, ezen belül a várható emissziós értékeknek tulajdonítanak nagy fontosságot. A hulladékok reakciós tulajdonságainak megítélése nehezebb, mint a hagyományos (primer) tüzelőanyagoknál. Mivel az összetételük felettébb heterogén és erősen ingadozó, az égési folyamatot csak nagyon leegyszerűsítve lehet modellezni. Az 1. táblázatban néhány póttüzelőanyag tulajdonságait hasonlítják össze a feketekőszén azonos paramétereivel. Póttüzelőanyagok előállítása Az előállítási folyamatot függetlenül az egyes üzemek felszereltségi szintjétől az alábbi alfolyamatokba lehet sorolni: Előkezelés: az alapanyag kondíciójának beállítása a feldolgozás következő lépcsőjének függvényében. Főfolyamat: a tüzelőanyag formázása, geometriai kialakítása annak függvényében, milyen energetikai és/vagy termikus folyamatban kívánják hasznosítani. Utókezelés: magas fűtőértékű tüzelőanyag előállítása, a tároláshoz és szállításhoz szükséges paraméterek kialakítása. Jelenleg a póttüzelőanyag előállításával, illetve előkészítésével foglakozó cégeket két csoportba lehet besorolni:
1. táblázat A póttüzelőanyagok paraméterei és összehasonlítási adatai Paraméter Mértékegység PTA 1* PTA 2* PTA 3* Feketekőszén Alsó fűtőérték kj/kg 11 600 26 400 16 900 29 000 Víztartalom %(m/m) 28,2 2,20 12,6 6,60 Klór mg/mj 0,72 552,27 313,61 68,97 Kén Ólom Króm mg/mj mg/mj mg/mj 0,48 26 89 151,52 2,01 1,78 201,18 12,07 8,05 344,83 2,34 0,91 Higany mg/mj 0,02 0,03 0,01 * póttüzelőanyag 1. Olyan feldolgozók, akik a háztartási és ilyen jellegű hulladékból válogatják ki a fűtőértékkel rendelkező frakciókat. Ezek általában egy mechanikus, biológiai hulladékfeldolgozó részeként működnek. 2. Olyan feldolgozók, akik bizonyos jól definiálható hulladékok keverésével, aprításával, szitázásával és esetlegesen tömörítésével állítanak elő póttüzelőanyagot. Nagyon fontos, hogy a növekvő póttüzelőanyag-felhasználás mellett (cementégető művekben, erőművekben, de az ipar különféle területein is) megfelelő minőségi követelmények létezzenek. Ez az oka, hogy létrejött a Bundesgütegemeinschaft Sekundärbrennstoffe e. V. (BGS) (szekunder tüzelőanyagokkal foglalkozó német szövetségi intézmény), amely feladatául tűzte ki a minőségi követelmények kidolgozását. Meghatározták a tüzelőanyagnak alkalmas hulladékok körét, illetve azok maximális károsanyag-tartalmát. A BGS ezen felül kidolgozott elképzeléseket a felügyelet, a mintavétel és analízis, valamint az értékelés feltételeire vonatkozóan is. Póttüzelőanyagok felhasználási területei Póttüzelőanyag felvásárlójaként elsősorban energiatermelő üzemek jönnek szóba, illetve olyan ipari létesítmények, amelyek energiaigénye a termelés során kimagaslóan nagy. Ilyenek a cementgyárak (klinkergyár-
tás), aszfaltgyártó üzemek (bitumenes keverékek gyártásánál), kohók (acél-előállítás), illetve a téglagyárak. Akár anyagukban, akár energetikailag hasznosítják a póttüzelőanyagokat, egyfajta egységesítésre van szükség mind a geometriát, mind a minőségi követelményeket tekintve. Főleg kohókban hasznosítják anyagukban a hulladékalapú tüzelőanyagokat, ahol például a nehézolaj helyettesítésére használják. Ilyenkor a redukciós folyamat során szintézisgáz keletkezik, ami redukálja a vasércet. Az energetikai hasznosításra főleg cementgyárakban és (szénalapú) erőművekben kerül sor. A cementgyárakban azonban oda kell figyelni arra, hogy az égetés során a pernye és egyéb nyomelemek megkötődnek a klinkerben. Bárhogy is hasznosítják a póttüzelőanyagokat, mindig két cél lebeg a felhasználók szeme előtt: költséghatékony működés és a véges fosszilis energiahordozók hatékony helyettesítése. Összeállította: Wünsch Ferenc Pruckner, E.: Energiegewinnung aus Ersatzbrennstoffen Problemlösung für die Zukunft? = Wasser, Luft und Boden, 2003. 11/12. sz. p. 51 54. Wilczek, M.; Keldenich, K.; Ising, M.: Herstellung und Einsatz von Ersatzbrennstoffen. = Wasser, Luft und Boden, 2003. 9. sz. p. 56 59. Olaf, K.: Entwicklung einer Methode zur Charakterisierung des Brennverhaltens von Sekundärbrennstoffen. = Chemie Ingenieur Technik, 75. k. 7. sz. 2003. p. 905 908.