heating

1) tzw. frakcja nadsitowa (odpad o kodzie 19 12 12), często zwana balastem – czyli frakcja o granulacji >80 mm (względnie >60 lub >100 mm) wydzielona mechanicznie (na sitach) z odpadów zmieszanych. W tej frakcji występują zarówno odpady palne (tworzywa sztuczne, papier, odpady wielomateriałowe, bioodpady), jak też frakcje mineralne (szkło, odpady inertne). Udział palnej frakcji nadsitowej stanowi ok. 35-40% całego strumienia odpadów komunalnych;

2) frakcja nadsitowa po dodatkowej obróbce np. biologicznym czy fizycznym suszeniu;

3) zmieszane odpady opakowaniowe (o kodzie 15 01 06), a raczej tzw. balast po sortowaniu zmieszanych odpadów opakowaniowych (odpad o kodzie 19 12 12). W tej frakcji występuje większy udział surowców, zwłaszcza tworzyw sztucznych i odpadów wielomateriałowych niż w balaście z sortowania odpadów zmieszanych.

Szacunkowe właściwości paliwowe tych frakcji przedstawiono w tab. 1. Ogólnie można stwierdzić, że frakcja nadsitowa odpadów zmieszanych, spośród wszystkich odpadów, charakteryzuje się najwyższą wilgotnością (ok. 32%) i najniższą wartością opałową (ok. 11 MJ/kg), przy wysokiej zawartości popiołu. Jednak są to wciąż parametry korzystniejsze niż dla węgla brunatnego. Właściwości frakcji nadsitowej można poprawić za pomocą biologicznego lub fizycznego suszenia lub separacją składników chłonących wilgoć (głównie papier). Poniżej przedstawiono charakterystykę – udziały i wilgotności podstawowych składników frakcji nadsitowej odpadów komunalnych. Skład odpadów określony w badaniach morfologicznych zmieszanych odpadów komunalnych z dużego miasta zmodyfikowano uwzględniając wymagania dotyczące recyklingu odpadów surowcowych (papieru, tworzyw sztucznych, szkła i metali na poziomie 50% łącznie, w roku 2020). W zmodyfikowanym składzie frakcji nadsitowej przedstawionym w tab. 2 dominują odpady kuchenne i ogrodowe (spodziewany poziom selektywnej zbiórki jest dość niski w przypadku miasta). Podobnie jak w danych literaturowych średnia wartość opałowa tej frakcji wynosi ok. 11 MJ/kg, czyli zbyt mało dla cementowni. Jednak jest to wartość wyższa niż wykazują węgle brunatne (tab. 1). Paliwo wysokiej jakości (dla cementowni) można otrzymać eliminując ze składu frakcji nadsitowych frakcje cięższe, o wysokiej wilgotności, np. papier, bioodpady kuchenne i ogrodowe, mokre tekstylia czy drewno. W ten sposób można uzyskać paliwo o znacznie wyższej wartości opałowej – ok. 20 MJ/kg, czyli takie które jest odpowiednie dla cementowni.

Poza podstawowymi parametrami paliwa jak: wartość opałowa, zawartość chloru, zawartość metali i zawartość popiołu, bardzo ważną rolę odgrywa zawartość biomasy w paliwie. Stosowanie paliw z odpadów w procesach współspalania czy spalania wielopaliwowego przyczynia się do zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych, głównie dwutlenku węgla CO2. W tym kontekście, mimo, że paliwo wysokiej jakości wykazuje lepsze parametry energetyczne (wartość opałową), to zaletą pierwszego jest wyższy udział frakcji biodegradowalnej. Frakcja biodegradowalna zawarta w paliwie (papier, bioodpady kuchenne i ogrodowe, drewno, część tekstyliów z włókien naturalnych, itd.) może być uznana za biomasę i na podstawie obowiązujących przepisów uprawnia do uznania części odzyskanej energii pochodzącej z tej frakcji jako OZE. A to, w konsekwencji, pozwala na uznanie części emisji przypadającej na tą frakcję jako tzw. „emisja zerowa”, czyli nie wymaga opłaty za wprowadzenie CO2 do atmosfery. Wyliczony na podstawie składu udział biomasy w pierwszym paliwie wynosi aż 77,4% masy. W przypadku paliwa wysokiej jakości udział masowy frakcji biodegradowalnych wynosi 25,5%. Różnica jest bardzo duża, ponieważ materiały takie jak bioodpady czy papier, są uznawane w całości za biomasę, a z drugiej strony ich wartość opałowa jest bardzo niska z uwagi na wysoką zawartość wilgoci. Jednak biorąc pod uwagę koszty emisji CO2 należy rozważyć udział paliw o podwyższonej zawartości biomasy. 

Podstawą kwalifikacji i rozliczania energii odzyskanej z odpadów jako pochodzącej z odnawialnych źródeł jest zawartość frakcji biodegradowalnej w odpadach, która może być uznawana za „biomasę”. Sposób klasyfikacji oraz rozliczania energii elektrycznej wytworzonej z udziałem odpadów zawierających frakcje biodegradowalne reguluje Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 8 czerwca 2016 r. w sprawie warunków technicznych kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów (Dz.U. 2016, poz. 847) [15]. Na mocy tego rozporządzenia, do odpadów, które można w całości lub części zostać uznane jako OZE zalicza się odpady z grup:

– 02: odpady z rolnictwa, sadownictwa, upraw hydroponicznych, rybołówstwa, leśnictwa, łowiectwa oraz przetwórstwa żywności (np. odpadowa masa roślinna, odpady z gospodarki leśnej),

– 03: odpady z przetwórstwa drewna oraz z produkcji płyt i mebli, masy celulozowej, papieru i tektury (np. odpady kory i drewna),

– 20: odpady komunalne łącznie z frakcjami gromadzonymi selektywnie (np. odpady z ogrodów i parków oraz targowisk).

Podstawowym zagadnieniem niezbędnym do bilansowania i certyfikacji tej energii jest wiarygodne określenie ilości frakcji biodegradowalnej zawartej w tych odpadach.

W przypadku spalania zmieszanych odpadów komunalnych, ustalono ryczałto wo udział energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych na poziomie 42% zawartej w nich energii chemicznej, przy spełnieniu warunków wymienionych w Rozporządzeniu Ministra Środowiska z dnia 8 czerwca 2016 r. w sprawie warunków technicznych kwalifikowania części energii odzyskanej z termicznego przekształcania odpadów (Dz.U. 2016 r. poz. 847) [16].

Natomiast zgodnie z § 5. 1. tego rozporządzenia, obliczenia udziału OZE dokonuje się na podstawie wyników badań poszczególnych rodzajów paliw dostarczonych do procesu termicznego przekształcania w instalacji termicznego przekształcania odpadów zgodnie z odpowiednią metodyką obliczania udziału energii chemicznej frakcji biodegradowalnych, określoną w pkt 1 załącznika nr 2 do rozporządzenia. Zgodnie z tym załącznikiem zawartość biomasy określa się metodą selektywnego rozpuszczania lub izotopu węgla 14C, zgodnie z Normą PN-EN 15440:2011 [17].

Metoda selektywnego rozpuszczania opiera się na reakcji rozkładu biomasy pod wpływem stężonego kwasu siarkowego (hydrolizie kwasowej) i jej utlenieniu nadtlenkiem wodoru do dwutlenku węgla i wody. Zastosowanie tych reagentów pozwala na przeprowadzenie podobnego rozkładu biomasy, jaki ma miejsce w procesie naturalnej biodegradacji przy udziale mikroorganizmów. Wadą tej metody jest czas trwania i dość duży nakład pracy.

Metoda izotopu węgla 14C opiera się na procedurach analitycznych umożliwiających określanie wieku obiektów zawierających węgiel organiczny. Podobną metodykę stosuje się w medycynie, wadą tej metody jest konieczność wyposażenia laboratorium w kosztowną aparaturę badawczą.

Na podstawie danych literaturowych i własnych badań paliw z odpadów komunalnych można stwierdzić, że w zależności od składu odpadów udział energii pochodzącej z biomasy waha się między 35%-50%. Niższe wartości dotyczą paliw obecnie wykorzystywanych w przemyśle cementowym. W przypadku tych paliw średnia zawartość biomasy oznaczona metodą izotopu węgla C14 wynosi 37,8% (Weisser i in. 2016) [13].

Pierwszą nowoczesną instalacją wielopaliwową, wykorzystującą jako jedno z paliw – RDF jest instalacja eksploatowana przez Fortum Zabrze S.A. Zastosowano tu kocioł z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym (CFB) wykorzystującym energię paliw w kogeneracji. Moc instalacji wynosi 225 MW wsadu w paliwie (moc cieplna: 145 MW, moc elektryczna: 75 MW). Zakładana roczna produkcja ciepła wynosi 730 GWh, prądu zaś 550 GWh [18]. Zgodnie z deklaracjami zarządzających instalacją intencją jest pozyskiwanie 50% energii z paliwa RDF.