Spalovna odpadů - podnik, který využívá technologii likvidace průmyslového a pevného domovního / komunálního odpadu tepelným rozkladem ( spalováním ) v kotlích nebo pecích. Vedlejší funkcí spaloven odpadů je výroba tepla a elektřiny využitím spalného tepla [1] [2] .
Spalovny odpadu jsou rozšířeny v západní a severní Evropě , USA a Japonsku . V Rusku je 10 takových podniků, ale plánuje se výrazný nárůst jejich počtu [ 1] [3] [4] .
Problém likvidace odpadů začal narůstat během industrializace , kdy se v každodenním životě rozšířily materiály, které nepodléhají přirozenému rozkladu - například polymerní materiály a pryž . Spalování odpadů v průmyslovém měřítku vzniklo ve druhé polovině 19. století ve Velké Británii , kde byly v manufakturách vybudovány spalovny odpadu. První spalovna odpadu na světě se objevila v roce 1874 v Nottinghamu . Na stejném místě o něco později došlo k prvnímu pokusu o energetické využití spalování odpadu, kdy byla postavena parní elektrárna, pro kterou se jako palivo využívaly odpadky. Odpadky se však v té době spalovaly ve velkém, bez jakéhokoli třídění na homogenní frakce. Spolu s anglickými osadníky se ve Spojených státech objevil také nový průmysl: v New Yorku byla v roce 1880 postavena první americká spalovna odpadu . Ve stejných letech byly v řadě amerických měst vybudovány v bytových domech spalovny odpadu, které sloužily i k vytápění. Spaliny z netěsného potrubí se však dostaly do obytných prostor, takže se od používání takových instalací rychle upustilo. Navíc ve Spojených státech až do 60. let nebyly spalovny běžné a byly nahrazeny většinou autonomními zařízeními [1] [5] .
Paralelně byly ve Francii vybudovány spalovny odpadu . První byl postaven v roce 1893 nedaleko Paříže . A v roce 1896 byla v Saint-Ouen otevřena první spalovna na světě s drtícím strojem . V následujících deseti letech byly na předměstí Paříže postaveny další tři stejného závodu [5] .
V roce 1930 vyvinuli inženýři ze švýcarské společnosti Von Roll roštovou pec pro spalování vrstveného odpadu, což výrazně snížilo náklady na proces, protože nebylo nutné používat topný olej nebo uhlí jako palivo pro rovnoměrné rozložení teplota. Stejná společnost v roce 1933 postavila první tepelnou elektrárnu na světě v nizozemském Dordrechtu , poháněnou energií spáleného odpadu.
V 50. letech 20. století se metoda pyrolýzy odpadu začala rozšiřovat ve spalovnách odpadu [5] .
V roce 1972 byly v SSSR vybudovány první spalovny odpadů , ale nepoužívaly tehdy v Evropě a Severní Americe systém čištění plynů, což je činilo méně šetrnými k životnímu prostředí [5] .
Ve spalovnách odpadů se používá několik technologií spalování, které se liší především typem pecí. Nejběžnější technologií je vrstvené spalování. Využívají se také technologie pyrolýzy a zplyňování tuhého komunálního odpadu [2] [6] .
Při vrstveném spalování se používají spalovací komory s rošty (rošt může být buď pohyblivý, nebo pevný - častěji se používá pohyblivý). Na roštu se nachází vrstva suti, která je zásobována proudy horkého vzduchu. Spalování probíhá při teplotách 850-1500⁰C (mohou se lišit v závislosti na chemickém složení odpadu). Také v závislosti na typu roštu a složení odpadu může přívod vzduchu uvnitř komory jít různými směry: paralelně s proudem odpadu, proti němu nebo v určitých bodech komory (obvykle v jejím středu). Popel a struska jsou ze spalovací komory odváděny vodou chlazenou nádrží. Jedna komora s pohyblivým roštem dokáže zpracovat cca 35 tun odpadu za hodinu a odpracovat cca 8 tisíc hodin ročně [6] [7] [8] [9] .
Také spalovny využívají technologii fluidního lože . Při jeho použití je odpad předseparován na homogenní frakce a následně spálen v komorách přiváděním horkého vzduchu přes vrstvu písku , dolomitových štěpků nebo jiného sypkého absorbentu, který má vysokou tepelnou vodivost . Technologie fluidního lože může výrazně snížit emise toxických látek při spalování. Nevýhodou této technologie je však nevhodnost pro spalování směsné hmoty odpadu. Technologie fluidního lože pro spalování odpadu je v Japonsku rozšířená [2] [6] [7] .
Technologie pyrolýzy odpadu se využívá při zpracování nebezpečných odpadů. Do této skupiny patří některé druhy plastů , pryž (tato technologie se často používá pro recyklaci pneumatik automobilů ) a řada průmyslových odpadů. Pyrolýza tuhého komunálního odpadu spočívá v jeho rozkladu pod tlakem v bezkyslíkovém prostředí v rotační peci, do které je odpad přiváděn protiproudým způsobem k topným plynům. K pyrolýze dochází při teplotě 400–600⁰C a plyny uvolněné při spalování jsou posílány do přídavného spalování, kde dohoří již při přívodu kyslíku. Výsledkem tohoto procesu jsou kapaliny a plyny s vysokým měrným spalným teplem, které lze využít jako palivo, a také pevný zbytek vhodný pro použití jako surovina v řadě chemických průmyslových odvětví . Pyrolýza se k recyklaci odpadů používá od 50. let [2] [6] [7] [10] [11] [12] .
Kromě samotné pyrolýzy se při zpracování odpadů využívá i technologie zplyňování , tedy vysokoteplotní pyrolýza (asi 1000⁰C), v jejímž důsledku se z rozloženého odpadu získává syntézní plyn (směs vodíku a oxidu uhelnatého ), který je následně používané v energetickém a chemickém průmyslu [2] [6 ] [7] [10] .
Plazmovou technologií pro recyklaci TKO je jejich rozklad v elektrických obloukových pecích při teplotách do 4000⁰C, získaný díky energii elektrického oblouku v přítomnosti vodní páry jako plazmového plynu. Při použití této technologie je stupeň rozkladu odpadu nad 99 %, což z ní dělá jednu z nejúčinnějších. Pro svou vysokou cenu se však příliš nevyužívá a používá se především k likvidaci vysoce toxického odpadu (například zdravotnického) [7] .
Míra vlivu spaloven odpadů na životní prostředí do značné míry závisí na dodržování pravidel pro spalování TKO, která zahrnují: třídění odpadů před spalováním, odstraňování nehořlavých a hnilobných složek z nich; udržování požadované teploty v pecích během procesu spalování; povinná kontrola popela na vyluhování před jeho likvidací; při použití technologie pyrolýzy - povinné sekundární dohořívání plynů. Zároveň zůstává nevyhnutelná přítomnost určitého procenta atmosférických emisí ze spaloven odpadů [7] [1] [2] .
Spaliny obsahují oxid uhličitý , v menší míře oxidy dusíku a síry (hlavně (IV) a (VI) ), chlorovodík a fluorovodík , sloučeniny těžkých kovů ( kadmium , olovo , rtuť ). Zvláštní pozornost je věnována emisím toxických furanů , stejně jako dioxinů , vznikajících při spalování polymerních materiálů obsahujících chlór (např. polyvinylchlorid ). Z kvantitativního hlediska však spalovny produkují podstatně méně dioxinů než nekontrolované požáry skládek a soukromé požáry. Kromě dodržování pravidel pro třídění a spalování odpadů existuje řada dalších opatření ke snížení koncentrace emisí ze spaloven odpadů. Tou hlavní je adsorpce dioxinů (pomocí např. aktivního uhlí ) se záchytem pevných částic [7] [1] [2] .
Nedostatečně kvalitní předtřídění TKO může vést k tvorbě velkého množství popela a strusky (v množství řádově ~ 20-25 % sušiny odpadu). Další nevýhodou způsobu spalování pro likvidaci TKO je zničení řady cenných složek odpadu, které by mohly být využity v průmyslu jako druhotné suroviny [7] [1] [2] [13] .
Spalování odpadků jako způsob jejich likvidace má však řadu vážných výhod. Spalování odpadu spolehlivěji neutralizuje odpad a snižuje riziko kontaminace půdy a podzemních vod , na rozdíl od ukládání odpadu na skládky. Kromě toho se výrazně snižuje množství odpadu: objem - asi 10krát, hmotnost - 3krát. Další významnou výhodou je možnost využití v průmyslovém měřítku tepelné energie vznikající při procesu spalování odpadu [7] [1] [2] [13] .
Sekundární funkcí spaloven odpadů je využití tepelné energie výrobního procesu, včetně výroby elektřiny. Výhřevnost tuhého komunálního odpadu může dosáhnout 8400 kJ/kg, což odpovídá výkonu řady nekvalitních paliv (např. hnědé uhlí a rašelina ). Energetická hodnota tuhého komunálního odpadu může dosáhnout 600-700 kW elektřiny nebo 2-3 Gcal tepelné energie na 1 tunu odpadků. V důsledku toho je TKO často považováno za nekonvenční palivo. Nízká účinnost je kompenzována tím, že TKO je stále potřeba likvidovat. O využití TKO jako doplňkového zdroje energie se ve vyspělých zemích začalo vážně uvažovat v 70. letech 20. století v době celosvětové energetické krize , která vedla k intenzivnímu rozvoji technologií spalování odpadů a nárůstu počtu provozů. Podle odhadů provedených v USA a Německu může zapojení veškerého TKO do spalování odpadu pokrýt až 2-3 % energetických potřeb těchto zemí. Ve Švédsku v současnosti spalovny odpadu vyrábějí přibližně 16 % tepla země a 1,4 % elektřiny země. Rovněž spalovny odpadů tvoří významný podíl na výrobě tepelné energie v Německu, Francii a Švýcarsku [7] [1] [14] [15] .
Vzhledem k poměrně vysokým nákladům na výstavbu spaloven odpadů má jejich využití pro výrobu tepla a elektřiny smysl pouze v případě, že se zařízení nachází v blízkosti velkého města s počtem obyvatel alespoň 350 tisíc [7] .
Počet spaloven odpadu ve světě se v současnosti blíží 2000. Světovými lídry v tomto odvětví jsou Dánsko a Švýcarsko, kde je úroveň spalování tuhého komunálního odpadu asi 80 %. V Japonsku je to asi 70 %. Průměr pro Evropskou unii je 25 %, zatímco údaje pro různé země se liší od 1 % ( Bulharsko , Rumunsko ) do 80 % (Dánsko). Ve Švédsku, Finsku a Belgii - asi 50-60%; v Německu, Rakousku , Francii a Itálii - asi 20-40%; ve Velké Británii a USA - 10 %, v Rusku - 2,3 % [1] [16] .
V Evropě je více než 400 zařízení na tepelné zpracování TKO . Většina evropských spaloven odpadu se nachází ve Francii (asi 300). Přitom 80 z nich je využíváno i pro energetické účely, včetně 12 spaloven zapojených do energetického zásobování Paříže. Ve Švýcarsku fungovalo na začátku roku 2010 37 spaloven, přičemž část odpadků se do Švýcarska dováží ze zahraničí (především z Německa). Přibližně dvě třetiny švýcarských továren se podílejí na zásobování obytných budov energií. V Německu je 68 spaloven odpadu a asi 30 elektráren spalujících TKO s celkovou kapacitou asi 5 milionů tun. Ve Švédsku je 34 spaloven odpadu, které ročně zpracují asi 2,5 milionu tun odpadků. Popel zbylý po spálení se využívá v chemickém průmyslu (zejména k těžbě kovů) a také při stavbě silnic . Kromě toho švédské spalovny odpadu vyrábějí asi 16 % tepla a 1,4 % elektřiny v zemi. Ve Finsku je 9 spaloven odpadu s celkovou průchozí kapacitou asi 1,5 milionu tun odpadu ročně. Největší z nich je ve Vantaa , která má kapacitu 320 tisíc tun ročně a pokrývá polovinu potřeby města na teplo a asi třetinu na elektřinu [16] [14] [17] .
V některých evropských městech se při výstavbě spaloven odpadu používají nestandardní architektonická řešení. Typickým příkladem je spalovna Spittelau ve Vídni , postavená koncem 80. let 20. století podle návrhu vídeňského architekta Friedensreicha Hundertwassera . Tento závod se stal jednou z pamětihodností rakouské metropole. V roce 2017 byla v Kodani otevřena spalovna odpadu Amager Bakke , navržená společností BIG ; na její střeše se v roce 2019 otevřela sjezdovka [18] [19] .
V USA je 89 spaloven, které ročně spálí více než 30 milionů tun odpadu a vyrobí více než 17 TWh elektřiny [1] .
Až do roku 2000 nebyly v Číně žádné spalovny. Nicméně již na začátku roku 2010 bylo spáleno asi 25 milionů tun odpadků ročně. Japonsko je zase jedním ze světových lídrů ve spalování odpadu, kde se začalo rozvíjet v polovině 20. století. V současnosti se v Japonsku spaluje asi 70 % TKO. Japonsko je navíc v tomto odvětví ve srovnání s jinými zeměmi nejpoužívanější technologií fluidního lože [1] [6] [7] .
Rusko v průmyslu spalování odpadů, stejně jako likvidace odpadů obecně, za vyspělými zeměmi zaostává . Pro rok 2019 je zde 10 spaloven odpadu, z toho 3 společnosti EVN AG sídlí v Moskvě . Zároveň byl v druhé polovině 2010 v Rusku spuštěn projekt Energie z odpadu, který představuje výrazný nárůst počtu spaloven odpadů v zemi a jejich využití v energetice. V rámci pilotního projektu plánuje RT-Invest ve spolupráci s japonsko-švýcarskou společností Hitachi Zosen INOVA do roku 2022 postavit čtyři spalovny odpadu v Moskevské oblasti a jednu v Tatarstánu . Odhadovaná kapacita každého ze závodů v Moskevské oblasti je asi 700 tisíc tun odpadků ročně, počet zaměstnanců je asi 120 lidí v jednom závodě; odhadovaná kapacita závodu v Tatarstánu je asi 550 tisíc tun. Elektrárny u Moskvy budou muset zajistit elektřinu celkem 1,5 milionu lidí. Poté se plánuje výstavba podobných závodů v dalších regionech Ruska [1] [3] [4] [20] [21] [22] [23] [24] .