Waste-to-Energy , W2E on prosessi, jossa tuotetaan sähkö- ja lämpöenergiaa jätteenpolton tuloksena . Polttoaineena käytetään kiinteää yhdyskuntajätettä , joka on esilajiteltu . Tällaisten yritysten rakentamista ja toimintaa pidetään usein osana integroitua jätehuoltojärjestelmää, joka voi vähentää ympäristöriskejä ja vähentää ympäristövahinkoja, jotka liittyvät ei-kierrätettävän yhdyskuntajätteen hävittämiseen kaatopaikoille. Nykyaikaiset jätteenpolttolaitokset eroavat suuresti polttolaitoksista, joka käytti lajittelematonta jätettä ja tuotti erittäin vähän sähköä.
Ennen 1700-1800-luvun teollista vallankumousta ihmiset käyttivät jokapäiväisessä elämässä luonnonesineitä, jotka voitiin polttaa tai jättää mätänemään . Kotitalousjätteen hävittäminen on ollut olemassa läpi ihmiskunnan historian, usein puujätettä käytettiin polttopuuna . Tilanne alkoi muuttua teollistumisen aikana , kun synteettisistä materiaaleista valmistetut tuotteet, jotka eivät ole alttiita luonnolliselle hajoamiselle, alkoivat levitä jokapäiväiseen elämään Euroopan ja Pohjois-Amerikan maissa, niiden tuotannon ja kulutuksen määrä kasvoi ja ihmiskunta alkoi tuottaa yhä enemmän roskaa [1] [2] .
Vuonna 1874 Nottinghamiin rakennettiin maailman ensimmäinen jätteenpolttolaitos ja sinne rakennettiin sitten ensimmäinen höyrylaitos , jossa jätteitä käytettiin polttoaineena – näin teollisuuden jätteenpoltto löysi ensimmäisen kerran energiankäytön. Vuonna 1880 ensimmäinen jätteenpolttolaitos Yhdysvalloissa rakennettiin New Yorkiin . Kuitenkin 1960-luvulle asti polttoa harjoitettiin Yhdysvalloissa pääasiassa off-grid-laitoksissa, eivätkä erikoistuneet laitokset olleet yleisiä. Lisäksi Amerikan kaupungeissa rakennettiin 1800-luvun lopulla kerrostaloihin polttouunit, joita käytettiin myös niiden lämmittämiseen [1] [2] .
Ranska oli ensimmäinen maa, joka otti käyttöön teollisuusjätteenpolton Manner-Euroopassa . Ensimmäinen ranskalainen polttolaitos rakennettiin Pariisin lähelle vuonna 1893, ja vuonna 1896 Saint-Ouenissa otettiin käyttöön maailman ensimmäinen murskaimella varustettu polttolaitos . Vuonna 1930 Sveitsissä kehitettiin arinauuni kerrosjätteenpolttoa varten - tämä oli pohjimmiltaan uusi jätteenpolttotekniikka, joka mahdollisti polttoöljyn ja hiilen käytön polttoaineena jakamaan tasaisesti uunin lämpötilaa, mikä merkittävästi. alensi jätteenpolton kustannuksia ja lisäsi sen tehokkuutta. Vuonna 1933 maailman ensimmäinen polttolämpövoimalaitos avattiin Dordrechtiin Alankomaissa . 1970-luvulla jätteenpoltto sai uuden kehityskierroksen maailmanlaajuisen energiakriisin seurauksena , kun öljyn hinta nousi merkittävästi. Roskia alettiin tuolloin yhä enemmän pitää lämmön ja sähkön tuotannon polttoaineena [2] .
Kansainvälinen energiajärjestö kutsuu energiajätteen hallintaa hallitulla korkean lämpötilan poltto- ja saastumisenhallintatekniikalla parhaaksi vaihtoehdoksi yhdyskuntajätteen kaatopaikoille. On huomattava, että jätteiden hävittämiseen käytettävät kaatopaikat eivät usein täytä terveysstandardeja ja niistä tulee hallitsematon jätteenpolttopaikka, mikä vaikuttaa negatiivisesti ilmanlaatuun. Samalla energian hyödyntäminen on ensisijaisesti osa jätehuoltojärjestelmää, ei energiaratkaisu, vaikka se voi myötävaikuttaa energiahuollon monipuolistamiseen [3] .
Kuten virasto huomauttaa, energiakierrätystä tulisi toteuttaa vain laajemmassa jätehuollon hierarkiassa ehkäisyn, uudelleenkäyttöön valmistelun, kierrätyksen, hyödyntämisen ja hävittämisen aloilla. Tämä edellyttää kunnallisilta viranomaisilta kokonaisvaltaista jätehuoltosuunnittelua materiaalien uudelleenkäytön ja kierrätyksen maksimoimiseksi ennen energian talteenottoa. Lisäksi tarvitaan riittävä lähteiden keräys- ja erotteluinfrastruktuuri, jotta polttolaitokset saavat polttoainetta, jonka energia- ja kosteuspitoisuus on sopiva [3] .
On erilaisia näkemyksiä siitä, voidaanko roskaa pitää uusiutuvana energialähteenä ja sen polttoa kierrätyksenä. Merkittävä osa kotitalousjätteestä on ilmakehän CO₂:a käyttävien kasvien muodostamaa biomassaa. Jos sama määrä kasveja kasvatetaan uudelleen, niin sama määrä hiiltä poistuu jälleen ilmakehästä. Näistä syistä poltettua orgaanista ainetta pidetään useissa maissa uusiutuvan energian lähteenä , toisin kuin poltettuja petrokemian tuotteita. Venäjällä 26. maaliskuuta 2003 annetussa liittovaltion laissa nro 35-FZ "Sähkövoimateollisuudesta" määritellään, että uusiutuva energia sisältää "biomassan, mukaan lukien erityisesti energiantuotantoon kasvatetut kasvit, mukaan lukien puut, sekä tuotanto- ja kulutusjätteet, lukuun ottamatta hiilivetyraaka-aineiden ja polttoaineiden käytön yhteydessä saatuja jätteitä, biokaasua, tuotanto- ja kulutusjätteiden kaatopaikoilla syntyvää kaasua, hiilikaivoksissa syntyvää kaasua. Näin ollen uusiutuviin energialähteisiin viitattaessa jätteiden ja kasvihuonekaasupäästöjen vaaraluokkaa ei oteta huomioon [4] .
2010-luvun puolivälissä maailmassa oli yli 2 200 W2E-tehdasta [5] .
Kansainvälisen energiajärjestön vuonna 2014 arvioiden mukaan MSW:stä tuotettiin maailmanlaajuisesti yli 30 miljoonaa tonnia öljyekvivalenttia primäärienergiaa , mikä oli noin 0,2 % sen kokonaistuotannosta. Kiinteän yhdyskuntajätteen osuus maailmanlaajuisesta energiavalikoimasta on kuitenkin kasvanut tasaisesti viime vuosikymmeninä. Näin ollen vuosina 1994–2014 energian tuotanto yhdyskuntajätteestä kasvoi 2,6-kertaiseksi [4] .
W2E-laitoksille on ominaista korkeampi pääoma (9 kertaa korkeampi kuin uudet kaasulämpövoimalaitokset) ja käyttökustannukset (20 kertaa korkeammat kuin uudet lämpövoimalaitokset). Niiden rahoittamiseen ja tukemiseen eri maissa käytetään erilaisia mekanismeja ja yhdistelmiä sektorien ja alueiden välisistä jätehuoltotuista sekä tuotetun sähkön teollisten ja yksityisten kuluttajien kustannuksella. Jätteenpolton edistämiseen energiatarkoituksiin voi olla monia menetelmiä. Joissakin maissa on "vihreitä syöttötariffeja" biomassasta (mukaan lukien yhdyskuntajätteestä) tuotetulle sähkölle. joissakin yhdyskuntajätteen polttoa edistetään (esimerkiksi Kiina on ottanut käyttöön kannustetoimia maakuntien ja kaupunkien tasolla). Muut osavaltiot soveltavat jätteen varastointiin erilaisia tariffeja. Esimerkiksi Norja kannustaa biohajoavan jätteen polttoa lämpövoimalaitoksissa tai kattilalaitoksissa erilaisten jätteiden käsittelymaksujen vuoksi: 1 tonnin biohajoavan jätteen hautaaminen kaatopaikalle on 65 % kalliimpaa kuin muun tyyppinen jäte [6] .
Euroopan unionissa jätteiden energiahuollon katsotaan osana toimenpiteitä Euroopan komission kaatopaikkadirektiivissä asettamien tavoitteiden saavuttamiseksi: vuoteen 2025 mennessä enintään 25 % yhdyskuntajätteestä ei saa viedä kaatopaikalle eikä kaatopaikalle. kierrätettävästä jätteestä (mukaan lukien muovit, paperi, metallit, lasi ja biojäte) [7] . European Confederation of W2E Plants (CEWEP) totesi vuonna 2015 avoimessa kirjeessään Euroopan komissiolle, että jätteiden energiakierrätys voisi vähentää riippuvuutta Venäjän maakaasun tuonnista (vuonna 2012 28 EU-maata toi 107 miljardia m³, jätettä poltto tuolloin vastasi 19 prosenttia näistä toimituksista) [8] . Jätteenpolton yleisyys vaihtelee huomattavasti maiden välillä, ja se on erittäin korkea useissa kehittyneissä maissa (pääasiassa Pohjois- ja Länsi- Euroopassa). CEWEP:n vuoden 2017 tietojen mukaan Suomi on Euroopan johtava jätteenpoltto 58 % jätteestä energiakierrätykseen, seuraavina Tanska , Ruotsi ja Norja 53 %:lla ja Sveitsi 47 %:lla. Saksassa , Itävallassa , Ranskassa ja Italiassa tämä luku on noin 20-40 %. EU:n 28 maan keskiarvo oli 28 prosenttia [9] .
Venäjällä noin 97 % yhdyskuntajätteestä viedään kaatopaikoille . RT-Invest aikoo ottaa käyttöön 5 uutta laitosta , joiden asennettu kapasiteetti on 325 MW , vuoden 2023 loppuun mennessä. Toukokuussa 2020 Rostecin , Rosatomin ja VEB.RF :n konsortio ilmoitti toukokuussa 2020 käynnistävänsä hankkeen 25 toisen W2E-laitoksen rakentamiseksi, jotta saadaan aikaan yhteensä 18 miljoonan tonnin kierrätyskelvoton "häntä" (15-20 %) MSW:n massasta) [10] [11] [12] .
Yhdysvalloissa vuonna 2017 12,7 % yhdyskuntajätteestä poltettiin energian tuottamiseksi, ja 52,1 % yhdyskuntajätteestä päätyi kaatopaikoille. Vuonna 2018 68 Yhdysvaltain laitosta tuottivat noin 14 miljardia kWh sähköä polttamalla 29,5 miljoonaa tonnia palavaa yhdyskuntajätteitä. Noin 90 % tiloista rakennettiin vuosina 1980-1995 [13] [14] .
Aasian maissa nopean kaupungistumisen sekä väestön ja kiinteän jätteen määrän vuosittaisen kasvun taustalla hallitukset edistävät erilaisia energian kierrätysohjelmia . Kiinan valtion tavoitteina on käsitellä puolet yhdyskuntajätteestä W2E-laitoksissa vuonna 2020. Vuonna 2018 Kansainvälinen energiajärjestö ennusti, että vuoteen 2023 mennessä kiinalaisten energiajätehuoltoyritysten asennettu kapasiteetti voi nousta 13 GW:iin ja vuoteen 2025 mennessä laitokset pystyvät käsittelemään 260 miljoonaa tonnia yhdyskuntajätteitä. Yrityksiä tuetaan tarjoamalla edullisia lainoja ja veroetua. W2E-yritysten käyttöönotto Intiassa on ollut hidasta, sillä vuoden 2017 lopussa oli asennettuna vajaat 300 MW:n kapasiteetti, ja maan suurin laitos (24 MW) otettiin käyttöön New Delhissä vasta vuonna 2017. Yksi merkittävistä teollisuuden kehitystä jarruttavista tekijöistä on jätteen heikko laatu ja alhainen lämpöarvo. Thaimaassa osana Alternative Energy Development Plan -ohjelmaa on asetettu pitkän aikavälin tavoite - vuoteen 2036 mennessä nostaa jätteenkäsittelyyritysten asennettu kapasiteetti 550 MW:iin . Pakistan , Vietnam ja Indonesia edistävät uusien yritysten perustamista sähkön takuutariffin avulla [3] .
Jätteenpolttolaitosten ympäristövaikutusten aste riippuu suurelta osin yhdyskuntajätteen polttoa koskevien sääntöjen noudattamisesta, joihin kuuluvat: jätteiden lajittelu ennen polttamista, palamattomien ja hajoamisalttiiden komponenttien poistaminen niistä; vaaditun lämpötilan ylläpitäminen uuneissa palamisprosessin aikana; pakollinen huuhtoutumisen tarkastus ennen sen hävittämistä; kaasujen sekundaarinen jälkipoltto. Samaan aikaan tietty prosenttiosuus jätteenpolttolaitosten ilmapäästöistä on väistämätöntä [15] [1] [16] .
W2E-laitokset saastuttavat vähemmän ilmaa kuin hiilivoimalat , mutta enemmän kuin maakaasupohjaiset [ 17] .
Lämpökäsittelyssä käytännöllisesti katsoen kaikki jätteen sisältämä hiili menee kaasumaiseen muotoon ja pääsee ilmakehään hiilidioksidina . Samaan aikaan on hankkeita kaasupäästöjen vähentämiseksi ja kokonaishiilijalanjäljen pienentämiseksi . Vuonna 2019 Duivenissa Alankomaissa paikallisen W2E-tehtaan hiilidioksidia toimitettiin kasvihuoneteollisuudelle, mikä vähensi CO₂-päästöjä 15 % [18] .
Mikäli sama määrä jätettä päätyy kaatopaikalle , ei vain osa hiilidioksidista pääse ilmakehään, vaan myös noin 62 m³ metaania vapautuu orgaanisen aineen anaerobisen hajoamisen seurauksena . Metaani on 28 kertaa tehokkaampi kasvihuonekaasu , ja sillä on tällä tilavuudella yli kaksi kertaa hiilidioksidin kasvihuoneilmiö . Kaatopaikkojen tapauksessa puolimitta on kaatopaikkakaasun osittainen talteenotto ja sen jälkipoltto. Joidenkin arvioiden mukaan Yhdysvalloissa vuonna 1999 kaatopaikoilla oleva metaani vaikutti kuitenkin kasvihuoneilmiöön 32 % enemmän kuin jätteenpoltosta vapautuva hiilidioksidi [17] [3] .