Waste-to-energy , W2E je proces výroby elektrické a tepelné energie jako výsledek spalování odpadu . Jako palivo se používá tuhý komunální odpad , který byl předtříděn . Výstavba a provoz takových podniků je často považován za prvek integrovaného systému nakládání s odpady, který může snížit environmentální rizika a snížit škody na životním prostředí spojené s ukládáním nerecyklovatelného TKO na skládky. Moderní zařízení na energetické využití odpadu se velmi liší od spaloven, která využívala netříděný odpad a vyráběla extrémně omezenou elektřinu.
Před průmyslovou revolucí v 18.–19. století lidé v každodenním životě používali přírodní předměty, které bylo možné spálit nebo nechat shnít . Likvidace odpadu z domácností existovala v celé historii lidstva, často se dřevní odpad používal jako palivové dříví . Situace se začala měnit v období industrializace , kdy se výrobky ze syntetických materiálů, které nepodléhají přirozenému rozkladu, začaly v běžném životě v zemích Evropy a Severní Ameriky rozšiřovat, rostl objem jejich výroby a spotřeby a lidstvo začal produkovat stále více odpadků [1] [2] .
V roce 1874 byla v Nottinghamu postavena první spalovna odpadu na světě a poté zde byla postavena první parní elektrárna , kde se jako palivo používaly odpadky – tak se spalování průmyslového odpadu poprvé využívalo energie. V roce 1880 byla v New Yorku postavena první spalovna ve Spojených státech . Až do 60. let 20. století se však spalování ve Spojených státech provozovalo hlavně v instalacích mimo síť a specializované závody nebyly běžné. Koncem 19. století se navíc v amerických městech v bytových domech stavěly spalovny, které sloužily i k jejich vytápění [1] [2] .
V kontinentální Evropě byla Francie první zemí, která zavedla spalování průmyslového odpadu . První francouzská spalovna byla postavena poblíž Paříže v roce 1893 a v roce 1896 byla v Saint-Ouen uvedena do provozu první spalovna na světě s drtičem. V roce 1930 byla ve Švýcarsku vyvinuta roštová pec pro spalování vrstveného odpadu – jednalo se o zásadně novou technologii spalování odpadu, která umožnila upustit od používání topného oleje a uhlí jako paliva pro rovnoměrné rozložení teploty v peci, což výrazně snížení nákladů na spalování odpadu a také zvýšení jeho účinnosti. V roce 1933 byla v Dordrechtu v Nizozemsku otevřena první spalovací tepelná elektrárna na světě . V 70. letech 20. století se spalování odpadu dostalo nového kola rozvoje v důsledku celosvětové energetické krize , kdy výrazně vzrostly ceny ropy. Odpadky v té době začaly být stále více považovány za palivo pro výrobu tepla a elektřiny [2] .
Mezinárodní energetická agentura nazývá nakládání s energetickým odpadem s kontrolovaným vysokoteplotním spalováním a technologií kontroly znečištění nejlepší alternativou ke skládkám TKO. Je třeba poznamenat, že skládky pro likvidaci odpadu často nesplňují hygienické normy a stávají se místem nekontrolovaného spalování odpadu, což negativně ovlivňuje kvalitu ovzduší. Energetické využití je přitom především součástí systému odpadového hospodářství, nikoli energetickým řešením, i když může přispět k diverzifikaci dodávek energie [3] .
Jak agentura zdůrazňuje, energetická recyklace by měla být realizována pouze v rámci širší hierarchie odpadového hospodářství v oblastech prevence, přípravy k opětovnému použití, recyklace, využití a odstranění. To vyžaduje, aby obecní úřady prováděly komplexní plánování nakládání s odpady s cílem maximalizovat potenciál pro opětovné použití a recyklaci materiálů před energetickým využitím. Kromě toho je zapotřebí dostatečná infrastruktura pro sběr zdrojů a segregaci, aby bylo zajištěno, že spalovny obdrží palivo s vhodným obsahem energie a vlhkosti [3] .
Existují různé názory na to, zda lze odpad považovat za obnovitelný zdroj energie a jeho spalování za recyklaci. Významnou část domovního odpadu tvoří biomasa tvořená rostlinami využívajícími atmosférický CO₂. Pokud se znovu vypěstuje stejné množství rostlin, bude z atmosféry opět odstraněno stejné množství uhlíku. Z těchto důvodů jsou v řadě zemí spalované organické látky považovány za zdroj obnovitelné energie , na rozdíl od spalovaných petrochemických produktů. V Rusku federální zákon z 26. března 2003 č. 35-FZ „O elektroenergetice“ definuje, že obnovitelná energie zahrnuje „biomasu, včetně rostlin speciálně pěstovaných pro výrobu energie, včetně stromů, stejně jako odpad z výroby a spotřeby, s výjimkou odpadů vzniklých při využívání uhlovodíkových surovin a paliv, bioplynu, plynu vznikajícího při výrobě a spotřebě odpadů na skládkách těchto odpadů, plynu vznikajícího v uhelných dolech. Při odkazu na OZE se tedy nebere v úvahu třída nebezpečnosti odpadu a emisí skleníkových plynů [4] .
V polovině roku 2010 bylo na světě více než 2 200 závodů W2E [5] .
Podle odhadů Mezinárodní energetické agentury bylo v roce 2014 celosvětově vyrobeno z TKO více než 30 milionů tun ropného ekvivalentu primární energie , což bylo asi 0,2 % jeho produkce jako celku. Podíl TKO v globálním energetickém mixu však v posledních desetiletích neustále roste. V období 1994 až 2014 se tak výroba energie z TKO zvýšila 2,6krát [4] .
Zařízení W2E se vyznačují vyšším kapitálem (9krát vyšší než nové plynové tepelné elektrárny) a provozními náklady (20krát vyššími než nové tepelné elektrárny). K jejich financování a podpoře v různých zemích jsou využívány různé mechanismy a kombinace mezisektorových a meziteritoriálních dotací na likvidaci odpadů, a to i na úkor průmyslových a soukromých spotřebitelů vyrobené elektřiny. Způsobů, jak podpořit spalování odpadu pro energetické účely, může být celá řada. V některých zemích existují „zelené výkupní ceny“ pro elektřinu vyrobenou z biomasy (včetně komunálního organického odpadu); v některých je spalování TKO stimulováno (např. Čína zavedla pobídková opatření na úrovni provincií a měst). Jiné státy uplatňují diverzifikované sazby za skladování odpadu. Například Norsko podporuje spalování biologicky rozložitelného odpadu v tepelných elektrárnách nebo kotelnách kvůli různým tarifům za likvidaci odpadu: uložení 1 tuny biologicky rozložitelného odpadu na skládce je o 65 % dražší než ostatní druhy odpadu [6] .
V Evropské unii je energetická likvidace odpadu považována za součást opatření k dosažení cílů stanovených Evropskou komisí ve směrnici o skládkování odpadů: do roku 2025 by nemělo jít na skládku více než 25 % TKO a žádná skládka recyklovatelného odpadu (včetně plastů, papíru, kovů, skla a bioodpadu) [7] . Evropská konfederace závodů W2E (CEWEP) v roce 2015 v otevřeném dopise Evropské komisi uvedla, že energetická recyklace odpadu by mohla snížit závislost na dovozu zemního plynu z Ruska (v roce 2012 dovezlo 28 zemí EU 107 miliard m³ odpadu spálení v té době odpovídalo 19 % těchto dodávek) [8] . Prevalence spalování odpadů se mezi zeměmi značně liší, v řadě vyspělých zemí je velmi vysoká (zejména v severní a západní Evropě). Podle údajů CEWEP za rok 2017 je evropským lídrem ve spalování odpadu Finsko , které posílá 58 % odpadu k energetické recyklaci, následuje Dánsko , Švédsko a Norsko s 53 % a Švýcarsko s 47 %. V Německu , Rakousku , Francii a Itálii je toto číslo asi 20–40 %. Průměr za 28 zemí EU byl 28 % [9] .
V Rusku se asi 97 % TKO posílá na skládky. RT-Invest plánuje do konce roku 2023 uvést do provozu 5 nových elektráren s instalovaným výkonem 325 MW . V květnu 2020 konsorcium Rostec , Rosatom a VEB.RF v květnu 2020 oznámilo zahájení projektu výstavby dalších 25 závodů W2E s cílem vytvořit celkové využití 18 milionů tun nerecyklovatelných „ocasů“ (15–20 % z hmotnosti TKO) [10] [11] [12] .
Ve Spojených státech bylo v roce 2017 spáleno 12,7 % veškerého TKO k výrobě energie, 52,1 % TKO skončilo na skládkách. V roce 2018 vyrobilo 68 amerických elektráren asi 14 miliard kWh elektřiny spalováním 29,5 milionů tun hořlavého TKO. Asi 90 % zařízení bylo postaveno v letech 1980 až 1995 [13] [14] .
V asijských zemích na pozadí rychlé urbanizace a každoročního růstu populace a množství tuhého odpadu vlády prosazují různé programy energetické recyklace. Čínské státní cíle zahrnují zpracování poloviny TKO v závodech W2E v roce 2020. V roce 2018 Mezinárodní energetická agentura předpověděla, že do roku 2023 by instalovaná kapacita čínských podniků na likvidaci energetického odpadu mohla dosáhnout 13 GW a do roku 2025 budou závody schopny zpracovat 260 milionů tun TKO. Podpora pro podniky je poskytována prostřednictvím poskytování úvěrů za nízké sazby a zvýhodněné zdanění. Zavádění podniků W2E v Indii bylo pomalé, na konci roku 2017 byla instalována kapacita necelých 300 MW a největší závod v zemi (24 MW) byl uveden do provozu v Novém Dillí teprve v roce 2017. Jedním z významných faktorů bránících rozvoji průmyslu je nízká kvalita odpadů a jejich nízká výhřevnost. V Thajsku byl v rámci Plánu rozvoje alternativní energie stanoven dlouhodobý cíl – do roku 2036 zvýšit instalovanou kapacitu podniků na zpracování odpadu na 550 MW. Pákistán , Vietnam a Indonésie stimulují vytváření nových podniků prostřednictvím garantovaného tarifu za elektřinu [3] .
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; sekundární dodatečné spalování plynů. Zároveň zůstává nevyhnutelná přítomnost určitého procenta atmosférických emisí ze spaloven odpadů [15] [1] [16] .
Zařízení W2E způsobují menší znečištění ovzduší než tepelné elektrárny na uhlí , ale více než elektrárny na zemní plyn [17] .
Při tepelné likvidaci prakticky veškerý uhlík obsažený v odpadcích přechází do plynné formy a dostává se do atmosféry jako oxid uhličitý . Zároveň existují projekty na snížení emisí plynů a snížení celkové uhlíkové stopy . V roce 2019 byl v nizozemském Duivenu oxid uhličitý z místního závodu W2E dodáván do skleníkového průmyslu, což snížilo emise CO₂ o 15 % [18] .
V případě, že stejné množství odpadků skončí na skládce , dostane se do atmosféry nejen část oxidu uhličitého, ale v důsledku anaerobního rozkladu organické hmoty se uvolní cca 62 m³ metanu . Metan je jako skleníkový plyn 28krát účinnější a při tomto objemu má více než dvojnásobný skleníkový efekt než oxid uhličitý. U skládek je polovičním opatřením částečné zachycení skládkového plynu a jeho dodatečné spalování. Podle některých odhadů však ve Spojených státech v roce 1999 metan ze skládek přispěl ke skleníkovému efektu o 32 % více než oxid uhličitý uvolňovaný při spalování odpadků [17] [3] .