Deponijski gas, energija iz otpada koja se koristi u proizvodnji struje i goriva

U zakonskoj regulativi većine zemalja, pa i naše, primenjuje se hijerarhija upravljanja otpadom koja predstavlja redosled prioriteta u praksi upravljanja otpadom. Hijerarhija nalaže da se razmatraju opcije pri tretiranju otpada sledećim redosledom: sprečavanje nastanka otpada (prevencija), smanjenje otpada na izvoru njegovog nastanka, ponovna upotreba, recikliranje, tretman otpada (fizički i biološki, ili neki vid destrukcije u cilju dobijanja energije) i na samom kraju odlaganje otpada (deponije). Cilj je maksimalno smanjiti količinu deponovanog otpada, pa se odlaganju pribegava samo ukoliko nije moguća nijedna druga opcija.

Kada se otpad odloži na deponiju, započinje dugotrajan proces razlaganja onog njegovog dela koji je biorazgradiv uz pomoć bakterija koje mogu biti aerobne (opstaju samo u prisustvu kiseonika) i anaerobne (nije im potreban kiseonik za opstanak, čak neke vrste izumiru u kiseoničnim uslovima). U početku je prisutna određena količina kiseonika koju troše aerobne bakterije za razgradnju otpada, pri čemu se kao produkt tog procesa izdvaja u najvećoj meri ugljen-dioksid. Posle određenog vremena nastupaju uslovi u kojima aerobne bakterije ne mogu opstati pa ih zamenjuju anaerobne koje metaboličkim procesima bez prisustva kiseonika razgrađuju otpad, pri čemu se izdvaja metan. Deponijski gas sadrži u proseku od 45% do 60% metana i od 40% do 60% ugljen-dioksida. Međusobni odnos ovih gasova zavisi od vremenskog trajanja aerobnih uslova. U znatno manjim količinama kao produkt dezintegracije otpada mogu nastati i sledeći gasovi: azot, kiseonik, amonijak, sulfidi, vodonik, ugljen-monoksid i nemetanska organska jedinjenja kao što su trihloretilen, benzen i vinil-hlorid. U retkim situacijama prisustvo nekih supstanci u otpadu može usloviti da njihovim isparavanjem ili reakcijom sa drugim supstancama nastane neki od navedenih gasova.

Ugljen-dioksid i metan su gasovi staklene bašte i predstavljaju produkt prirodnih procesa pa je njihovo prisustvo u određenoj koncentraciji poželjno i neophodno jer omogućava akumulaciju toplote u atmosferi. Problem nastaje kada, usled mnogih antropogenih aktivnosti uključujući deponovanje, dođe do značajnog porasta koncentracije ovih gasova pri čemu se akumulira preterana količina toplote što ima za posledicu porast temperature na globalnom nivou i topljenje lednika. Treba napomenuti i to da se u okolnostima povećane koncentracije ugljen-dioksida ovaj gas u većoj meri rastvara u okeanima čime se oni acidifikuju (zakišeljavaju) i time direktno ugrožava flora i fauna u njima. Pored toga, metan može biti toksičan u većim koncentracijama pa zbog svega navedenog deponije predstavljaju veliki ekološki problem.

Nastajanje ovih, nimalo bezazlenih, gasova ne može se sprečiti jer deponije neće nestati. Naprotiv, biće ih sve više i jedini način da se anulira štetan uticaj deponijskih gasova jeste da se oni skladište kako se ne bi emitovali u atmosferu, a zatim koriste kao izvor energije. Time su i priroda i čovek na dobitku!

Energija iz otpada dobija se sa onih deponija čiji su uslovi adaptirani tako da se proizvodnja deponijskog gasa intenzivira. Poznato je da visoka temperatura, vlaga, prisustvo kiseonika, što "mlađi" organski otpad i veća količina istog utiču povoljno na stvaranje ugljen-dioksida i metana, pa je poželjno obezbediti navedene uslove. Za svaku deponiju se prema sastavu, količini otpada i klimatskim uslovima na terenu proračunavaju optimalni uslovi tj. temperatura i potrebna količina vlage za maksimalnu aktivnost bakterija. Otpad se skladišti u zemljišnom udubljenju i prekriva debelim slojem materijala kako bi se smanjila mogućnost emitovanja gasova u atmosferu. Dimenzije udubljenja su takođe nešto što se mora pažljivo proračunati u zavisnoti od terena na kome se deponija nalazi i količine otpada koji će se tu odlagati.

Kroz sistem horizontalnih i vertikalnih cevi koje se nalaze unutar otpada, vakuumom se izvlače gasovi koji su produkt metaboličkih procesa bakterija što je prikazano na slici ispod. Nakon toga se pomoću sistema cevi iznad površine zemlje ovi gasovi sakupljaju u gasni kolektor.

Gasovi se zatim odvode na primarni tretman koji podrazumeva nekoliko uređaja u kojima se vrši prečišćavanje deponijskog gasa od zaostalih čestica zemljišta i vlage, i dalje transportovanje gasa pumpom. Sekundarni tretman se sastoji od niza postupaka koji dodatno uklanjaju vlagu (ukoliko je neophodno), hlade gas, komprimuju (sabijaju) ga i uklanjaju specifične gasove prisutne u manjoj koncentraciji kao što su azot, kiseonik, amonijak, vodonik, ugljen-monoksid, sulfidi i nemetanska organska jedinjenja. Koji će se postupci odvijati u ovom delu procesa zavisi od namene i sastava deponijskog gasa.

Pored proizvodnje električne energije, gas iz otpada se u domaćinstvu upotrebljava za pokretanje mašina i proizvodnju toplotne energije u kotlovima i pećima.

Dodatnim prečišćavanjem kojim se smanjuje udeo ugljen-dioksida, azota i vodonika, a udeo metana povećava i do 70%, dobija se biogas koji predstavlja isplativo gorivo velike energetske vrednosti. Utvrđeno je da 1 m3 biogasa sadrži istu količinu energije kao 0,65 m3 prirodnog gasa, pri čemu se sagorevanjem ovog goriva metan prevodi u ugljen-dioksid čime se direktno smanjuje negativan uticaj na efekat staklene bašte jer metan ima negativniji uticaj na pomenuti problem, pa je povećanje koncentracije ovog gasa manje poželjno.

Okvirnim proračunima došlo se do podataka da je za dobijanje 1 kWh struje i 1,24 kWh toplote potrebno oko 5-7 kg biološkog otpada koji uglavnom podrazumeva produkt varenja preživara, 5-15 kg smeća tj. mešovitog otpada, 8-12 kg različitog organskog otpada (pretežno ostataka hrane u čvrstom i tečnom obliku) ili 4-7 m3 komunalnih otpadnih voda.