Tasíme proti odpadu plazmové zplyňování?

V partnerském titulu TECHNICKÝ TÝDENÍK jsme před nedávnem otiskli dvojici reportáží z největší evropské energetické akce roku POWER GEN Europe 2016. Tento každoroční veletrh energetických inovací je spjatý s řadou odborných konferencí. Letos se uskutečnil v italském Milánu. Do hal kongresového centra MiCo přilákal tisíce energetických expertů z celé Evropy.

A právě evropská energetika nemá v poslední době na růžích ustláno. Technicky, investičně ani stavebně. Tok stěžejních inovací se aktuálně generuje povětšinou v USA a RF. Přesto se odborným kruhům podařilo v Miláně představit významnou a perspektivní pobídku: technologii plazmového spalování (lépe řečeno: zplyňování) odpadu. Do lombardské metropole s ní přiletěl Richard Fish z kanadské Westinghouse Plasma Corp., resp. ALterNRG. A podle ohlasů, které jeho prezentace vyvolala, upoutal. Široká škála zpracovaného odpadu V kostce: inkriminovaná technologie, jejíž vývoj si vyžádal cca 30 let výzkumných a testovacích prací a okolo
2 mld. USD, dospěla do stadia, kdy umožňuje maximálně efektivně a zároveň ekologicky zlikvidovat širokou škálu materiálů. Počínaje obligátním komunálním odpadem (jenž se u nás, ale i v řadě evropských států marnotratně kupí na skládkách) až po některé typy nemocničního a nebezpečného odpadu či kaly z čistíren odpadních vod. Děje se tak ve speciální komoře s řízeným přístupem (resp. blokací) kyslíku, vybavené plazmovými hořáky a při vysokých teplotách
(cca 1 000–1 600 °C). Dále již nerecyklovatelný odpad to umožní rozložit až na jednotlivé prvky a jednoduché sloučeniny. Při jejich reakci s kyslíkem a vodní párou se generuje syntézní plyn o vysoké energetické hodnotě, s nulovým obsahem dehtu. Chemicky se jedná o směs vodíku, oxidu uhelnatého a metanu. Do generátoru je nezbytné injektovat vápenec. Ten po roztavení zajistí nevyluhovatelnost vitrifikovaných tuhých zbytků.
Zatímco organické složky se převedou na syntézní plyn, anorganické (hlavně sklo, kovy a beton) opouštějí generátor v podobě netoxické sklovité strusky. I tento velmi tvrdý materiál však může nalézt další užitečné uplatnění, např. jako kamenivo ve stavebnictví, při budování nových silnic, železničních náspů apod. Bezproblémově si lze poradit také s popílkem (ze zachytávání pevných částic ve spalinách) nebo s filtračním koláčem (z úpravy odpadních vod z čištění spalin).
Syntézní plyn, který vzniká v plazmovém generátoru, si zachovává většinu původní chemické energie suroviny. Na rozdíl od klasického spalovacího procesu, kdy se všechna chemická energie uvolní ve formě tepla. Lze jej exploatovat k výrobě tepla (v kotli), elektrické energie (v kogenerační jednotce nebo plynové spalovací turbíně), event. jej na bázi Fischer-Tropschova procesu transformovat na syntetický benzín.

Přesvědčivá čísla

Tvůrci nové technologie se mohli pochlubit i prvními provozními bilancemi: při modelové kapacitě zpracovávané masy v objemu 1 000 t denně vzniká ze směsi odpadu cca 250 t dále použitelné strusky, 20 t tuhých látek a 20 t kalů z čištění syntézního plynu. Ten lze uskladnit a opětovně přivést do plazmového generátoru. Ze syntézního plynu vygenerovaného při zpracování 1 000 t odpadu lze získat elektrický výkon 50 MW. Nejenom v Miláně v této souvislosti zazněly dotazy, kolik vyrobené energie si revoluční zplyňovací technologie „ukousne“ sama pro sebe. V dané etapě vývoje: do 20 %. Čistý elektrický výkon po odečtu samospotřeby osciloval mezi 40–41 MW. Přednosti technologie plazmového spalování odpadů by měly nadchnout i zastánce tzv. čisté energie. Emise standardních znečišťujících látek (SO2, CO, NOx) a tuhých částic jsou minimální. Na takřka nulových hodnotách se pohybují koncentrace těžkých kovů (zejména rtuti, arzenu, olova a selenu). Platí to i pro dioxiny PCDD či furany PCDF. Tyto ukazatele mohou potvrdit provozovatelé jednotek v čínské Šanghaji (s kapacitou 30 t zdravotnického odpadu a popela ze spaloven) a Wuchanu (kde se zpracovává odpadní dřevo s využitím Fischer-Tropschova procesu na syntetický benzín) nebo v indickém Pune (cca 72 t nebezpečných odpadů denně). Obě země přitom patří (alespoň podle statistik loňské XXI. mezinárodní konference OSN o klimatu v Paříži) mezi největší znečišťovatele ovzduší na světě. Spolehlivost a efektivnost však prokazují i provozní výsledky v zatím nejdéle funkční jednotce (od roku 2002) v japonské Mihama-Mikatě. Ta zpracovává 20 t komunálního odpadu a 4 t čistírenských kalů denně.

SO2, CO, NOx Emise standardních znečišťujících látek (SO2, CO, NOx) a tuhých částic jsou minimální.

Spolehlivé referenční jednotky v Asii inspirovaly jejich první evropské následníky. Konkrétně: TV 1 a TV 2 v anglickém Middleborough s hrubým elektrickým výkonem 100 MW a ve finském Kemi. Tamější jednotka plazmového spalování bude generovat z odpadní biomasy 200 000 t biopaliv ročně (75 % bionafty a 25 % biobenzínu) s využitím Fischer- -Tropschova procesu. Finové ji chtějí zprovoznit nejpozději v roce 2019.

Proč inovovat energetické a termické využití odpadu?

Škála reakcí na citovanou novinku je v notně zelené Evropě rozsáhlá: od její nekritické adorace až po zarputilé odmítání. Podle kritiků si dosud vyvinuté a aplikované technologie spalování komunálních odpadů s nevábnými zbytky poradí dostatečně a za rozumných nákladů. Jak s neodmyslitelnou vodní parou a oxidem uhličitým, tak s problémovými CO, HCl, HBr, NOx, SO2, VOC, PCDD/F, PCB či sloučeninami těžkých kovů. Polemiky v okolí spaloven nejčastěji vyvolávají dioxiny (PCDD/F), tedy skupina toxických polychlorovaných organických heterocyklických sloučenin, odvozených od dibenzo(b,e)(1,4) dioxinu, jež obsahují šestičlenný 1,4-dioxinový cyklus. Odpůrci brojí i proti polychlorovaným derivátům dibenzofuranu. Mohou vznikat v důsledku nedokonalého spalování chlorovaných organických látek, příp. organických látek za přítomnosti chloridových iontů. Zelení aktivisté a medicínská veřejnost připisují dioxinům (a to i v nízkých dávkách) vazby na teratogenitu (vývojovou toxicitu) a karcinogenitu.
Reálná praxe však akademické uvažování překonala. A to přes neoddiskutovatelnou skutečnost, že moderní spalovny, které operují při teplotách cca 800–900 °C, vykazují výstupní hodnoty, jež jsou v nejednom případě pouhým zlomkem přísných norem. Navíc, jejich chod je pod bedlivým dohledem jak hygieniků, tak laické veřejnosti. Hodnoty emisí při plazmovém zplyňování komunálních odpadů předčí špičkové parametry současných spalovacích procesů. A v kombinaci s KVET přinášejí provozovatelům i velmi dobré provozní výsledky. Co se týká inkriminovaných dioxinů, zatímco v tradičních spalovnách nutno předem pamatovat na jejich eliminaci v rámci výstupních spalin, technologie plazmového zplyňování jejich tvorbě de facto předchází. Konkrétně: rozkladem všech potenciálně přítomných zbytků dioxinů a furanů v odpadu vlivem vysokých provozních teplot a omezeným přístupem kyslíku.

A co my?

Masa komunálního a nebezpečného odpadu, kterou produkujeme v ČR, postupně stoupá. Na tuzemských skládkách vloni skončilo cca 2,5 mil. t komunálního odpadu, to je 243 kg na obyvatele. Průměr EU byl přitom téměř poloviční (136 kg). Alarmující jsou údaje o zbytečném skládkování ještě recyklovatelných odpadů: dlouhodobě jich tam míří okolo 100 000 t, tedy přes 9,5 kg na obyvatele. Objektivně třeba uvést, že v posledních létech se daří posilovat objem recyklovatelných složek a využít je znovu ve výrobě. K plné spokojenosti však máme stále daleko.

Komunální odpad ČR – 234 kg na obyvatele; EU – 136 kg na obyvatele

Na to, abychom čestně dostáli stále přísnějším normám EU pro nakládání s odpady (zejména po roce 2024, odkdy český parlament zakázal ukládat směsný komunální odpad, recyklovatelné a využitelné odpady), musíme myslet již nyní. A náležitě se na budoucí (jak energetické, tak termické) využití odpadu připravit: technicky, organizačně, investičně, provozně. Nabízí se dvě základní cesty: buď již nevyužitelné zbytky spalovat (poslední spalovna nabíhá do provozu v Plzni-Chotíkově), anebo soustředit síly a prostředky na technicky a ekologicky progresivnější řešení – na plazmové zplyňování odpadu.
Pro druhou variantu však bude zapotřebí dosáhnout širokého konsensu: jak u veřejnosti, tak v politických i bankovních strukturách. Čas přitom neposečká. Rok 2024 se nezadržitelně blíží.

/UAI/

Článek vyšel v časopise Technik 11/2016.