Hulladékból energiát technológiák vizsgálata életciklus-elemzéssel kapcsolt energiatermelés esetén Bodnár István

Átírás

1 Hulladékból energiát technológiák vizsgálata életciklus-elemzéssel kapcsolt energiatermelés esetén Bodnár István II. éves PhD hallgató,, Sályi István Gépészeti Tudományok Doktori Iskola VIII. Életciklus-elemzési (LCA) Szakmai Konferencia Budapest, december 5.

2 Hulladékból energiát technológiák csoportosítása Nemzetközi megnevezés: WtE- Waste to Energy Definíció szerint WtE technológia: minden olyan eljárás, amely lehetőséget ad a hulladékban rejlő energiamennyiség hasznos hő- és/vagy villamos energia formájában történő kinyerésére. Hagyományos technológiák - Fermentáció (biogáz termelés céljából) - Komposztálás zárt környezetben (reakció hő hasznosítása fűtési célra pl.: fóliasátor) Egyszerű (alap) -Égetés, -Pirolízis, - Gázosítás, -Plazma Termikus technológiák Kombinációs Egylépcsős Kétlépcsős - Plazma-gázosítás, Első lépcső - Pirolízis és égetés pirolízis, második egyetlen forgódobos lépcső égetés, vagy kemencében plazmatechnológia 2/15 oldal

3 Kombinációs technológiák Egylépcsős kombinációs technológiák: I. Pirolízist és égetést kombináló hulladékkezelő rendszerek (5 típus) II. Gázosító-égető rendszerek (5 típus) III. Pirolízist és gázosítást kombináló rendszerek (2 típus) IV. Plazmatechnológia és gázosítás kombinációja (6 típus) V. Plazmatechnológia és pirolízis kombinációja (6 típus) Kétlépcsős kombinációs technológiák: Első lépcső: Második lépcső: I. Pirolízis (5 típus) I. Pirolízis (5 típus) II. Gázosítás (2 típus) II. Gázosítás (2 típus) III. Hagyományos égetés (5 típus) III. Hagyományos égetés (5 típus) IV. Plazmatechnológia (6 típus) 24 db egylépcsős és 216 db kétlépcsős kombinációs technológia. Összesen: 240 db technológia. 3/15 oldal

4 A kapcsolt energiatermelés lényege Egyszerre, egyetlen technikai folyamatban állítunk elő hasznos hőt és villamos energiát. Hasznos hő fogalma (2007. évi LXXXVI. Törvény): a kapcsoltan termelt energia előállítása során valamely, gazdaságilag indokolt hő- vagy hűtési igény kielégítése érdekében megtermelt hő A kapcsolt energiatermelés előnyei: 1. Csökkenthető az egységnyi termelt energiára jutó CO 2 kibocsátás, azaz szén-dioxid megtakarítás érhető el. 2. Hatékonyabb energiaforrás felhasználás, azaz egységnyi tömegű energiahordozóból nagyobb (hasznos) energiamennyiséget lehet előállítani. 4/15 oldal

5 Alkalmazott technikai körfolyamatok Rankine- Clausisus- körfolyamat 5/15 oldal

6 Alkalmazott technikai körfolyamatok Diesel- folyamat 6/15 oldal

7 Vizsgált hulladékból energiák technológiák Eljárás HAGYOMÁNYOS ÉGETÉS Hőm. ( C) 1150 PIROLÍZIS 1200 GÁZOSÍTÁS 1200 PLAZMA- GÁZOSÍTÁS PLAZMA- TECHNOLÓGIA FÖLDGÁZ ÉS BIOGÁZ KO- GENERÁCIÓBAN Oxidációs faktor λ = 1,5 exoterm λ = 0 endoterm Segédáramok földgáz póttüzelés, levegő λ = 0,55 endoterm 1. Levegő 2. Vízgőz λ = 0,5 1. Levegő endoterm 2. Vízgőz λ = 0,5 1. Levegő endoterm 2. Vízgőz REFERENCIA λ = 0,99 Exoterm - levegő Főbb végtermékek füstgáz (<5% éghető), salak, pernye pirogáz, piroolaj, pirokoksz szintézisgáz, salak szintézisgáz, üvegsalak szintézisgáz, üvegsalak füstgáz (<3% CH 4 tartalom) Erőgép típusa ellennyomásos gőzturbina gázmotor, dízelmotor, gőzturbina gázmotor gázmotor gázmotor gázmotor

8 Az életciklus- elemzés paraméterei Rendszerhatár: A hulladék feladásától a keletkező haszontermékek energiatermelés céljából történő hasznosításáig. Funkcionális egység: 1 kwh villamos energia (kapcsoltan történő energiatermelés esetén) Üzemállapot és kihasználtság: Normál állandósult üzemviteli állapot. Évi 75,34 %-os teljesítmény-kihasználtság. Értékelési módszer: CML 2001, novemberi Vizsgált környezeti hatáskategóriák: GWP HTP ODP AP EP 8/15 oldal

9 Az életciklus-elemzés eredményei: GWP kg CO 2 - egyenérték / kwh e 2,0 Hagyományos égetés 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Pirolízis Gázosítás (levegővel) Gázosítás (vízgőzzel) Plazma-gázosítás (levegővel) Plazma-gázosítás (vízgőzzel) Plazmatechnológia (levegővel) Plazmatechnológia (vízgőzzel) Földgáz üzemű gázmotoros erőmű Biogáz üzemű gázmotoros erőmű Magyar átlag Mátrai Erőmű 9/15 oldal

10 Az életciklus-elemzés eredményei: HTP Lg kg DCB- egyenérték / kwh e Hagyományos égetés 1,0E+0 Pirolízis 1,0E-1 Gázosítás (levegővel) Gázosítás (vízgőzzel) 1,0E-2 1,0E-3 1,0E-4 1,0E-5 10/15 oldal Plazma-gázosítás (levegővel) Plazma-gázosítás (vízgőzzel) Plazmatechnológia (levegővel) Plazmatechnológia (vízgőzzel) Földgáz üzemű gázmotoros erőmű Biogáz üzemű gázmotoros erőmű

11 Az életciklus-elemzés eredményei: ODP Lg kg R11- egyenérték / kwh e Hagyományos égetés 1,0E-05 Pirolízis 1,0E-06 Gázosítás (levegővel) 1,0E-07 Gázosítás (vízgőzzel) 1,0E-08 1,0E-09 1,0E-10 1,0E-11 1,0E-12 11/15 oldal Plazma-gázosítás (levegővel) Plazma-gázosítás (vízgőzzel) Plazmatechnológia (levegővel) Plazmatechnológia (vízgőzzel) Földgáz üzemű gázmotoros erőmű Biogáz üzemű gázmotoros erőmű

12 Az életciklus-elemzés eredményei: AP Lg kg SO 2 - egyenérték / kwh e Hagyományos égetés 1,0E-01 Pirolízis Gázosítás (levegővel) 1,0E-02 Gázosítás (vízgőzzel) Plazma-gázosítás (levegővel) Plazma-gázosítás (vízgőzzel) 1,0E-03 Plazmatechnológia (levegővel) Plazmatechnológia (vízgőzzel) Földgáz üzemű gázmotoros erőmű 1,0E-04 12/15 oldal Biogáz üzemű gázmotoros erőmű

13 Az életciklus-elemzés eredményei: EP Lg kg Foszfát- egyenérték / kwh e Hagyományos égetés 1,0E-01 Pirolízis 1,0E-02 1,0E-03 Gázosítás (levegővel) Gázosítás (vízgőzzel) Plazma-gázosítás (levegővel) Plazma-gázosítás (vízgőzzel) Plazmatechnológia (levegővel) 1,0E-04 Plazmatechnológia (vízgőzzel) Földgáz üzemű gázmotoros erőmű 1,0E-05 13/15 oldal Biogáz üzemű gázmotoros erőmű

14 Konklúziók 1. A helyesen megválasztott segédgázzal akár 25%-kal is csökkenthető az egységnyi megtermelt energiára vonatkoztatott környezetterhelés mértéke. 2. A segédgáz típusát minden esetben a hulladék kémiai összetételéhez kell igazítani! (A vízgőzzel lehet a legnagyobb energia kihozatalt elérni.) 3. A pirolízisre és a gázosításra kapott értékek rendszerint egy nagyságrendbe esnek. A plazmatechnológia és a plazmagázosítás kedvezőbb értékeket mutatnak. 4. A plazma-gázosítás hordozza a plazmatechnológia és a gázosítás előnyeit, valamint kiküszöböli az alaptechnológiák hátrányait. 14/15 oldal

15 Köszönöm a figyelmet! Az előadásban ismertetett kutatómunka a TÁMOP A/ azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése konvergencia program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. Elérhetőségek: Cím: 3515 Miskolc- Egyetemváros,, Energetikai és Vegyipari Gépészeti Intézet, Vegyipari Gépészeti Intézeti Tanszék Telefon: mellék: 19-39, Telefon/Fax: vegybod@uni-miskolc.hu Web: VIII. Életciklus-elemzési (LCA) Szakmai Konferencia, Óbudai Egyetem Budapest, december 5. 15/15 oldal