Skládkový plyn – hrozba či úžitok?

Napriek snahám maximálne využívať všetky zložky komunálneho odpadu a zvyšok energeticky využiť, dá sa predpokladať, že ešte istú dobu bude prevládať ukladanie odpadov na skládky. V súčasnosti je v našich podmienkach skládkovanie komunálnych odpadov doteraz najdostupnejšou a najlacnejšou metódou ich zneškodňovania.

Jedným z problémov spojených s ukladaním odpadu na skládky je tvorba skládkového plynu  ?  LFG (z angl. landfill gas - pozn. red.). Z dôvodu bezpečnosti a ochrany ovzdušia je nutné väčšinu skládok odplyňovať a skládkový plyn energeticky využívať alebo zneškodňovať.

Práve komunálny odpad je známy výraznou produkciou skládkového plynu (LFG), ktorá závisí od viacerých faktorov na skládke – zloženia odpadu, jeho vlhkosti, stupňa zhutnenia, teploty v skládke a pod. Produkcia bioplynu sa obvykle odhaduje na cca. 5 až 20 rokov po uzavretí skládky v závislosti od objemu uloženého odpadu, jeho zloženia a ostatných parametrov. V prípade hornej izolácie skládky fóliovým tesnením môže dôjsť k pretlaku až porušeniu tohto tesnenia, pokiaľ nie je LFG správne zneškodňovaný.

Vznik a zloženie skládkového plynu

V skládke komunálnych odpadov dochádza k mikrobiologickému rozkladu organických zložiek odpadu, pričom vzniká tzv. skládkový plyn (LFG). Procesy rozkladu a vznik plynu sú okrem charakteru odpadu ovplyvňované najmä vlhkosťou, teplotou a stupňom zamedzenia prístupu vzduchu (najmä kyslíka) na uplatnenie anaeróbnej fázy rozkladu.

Množstvo a zloženie plynných emisií závisí od charakteru odpadu ukladaného na skládky a od podmienok jeho skládkovania. Medzi najvýznamnejšie plynné emisie skládok okrem oxidu uhličitého a metánu patria aj oxidy dusíka, oxid siričitý a halogenované uhľovodíky.

Metán je spolu s oxidom uhličitým hlavnou zložkou skládkového plynu vznikajúceho anaeróbnym rozkladom organickej hmoty odpadu. Podiel metánu (30  ?  70 % obj.) a oxidu uhličitého (15  ?60 % obj.), unikajúcich do ovzdušia, na skleníkovom efekte je všeobecne známy. Metán (CH₄) má v porovnaní s oxidom uhličitým 22-násobne väčší podiel na vzniku skleníkového efektu.

Oxid uhličitý možno oddeliť od metánu (CH₄) pri vysokotlakovom stlačení (až 20 MPa). Oxidy dusíka pochádzajú na skládke z dvoch hlavných zdrojov: z emisií kompaktorov a dopravných vozidiel; z emisií zo systému na spracovanie skládkového plynu.

Oxid siričitý pochádza na skládkach z rovnakých zdrojov ako oxidy dusíka. Halogenované uhľovodíky sa uvoľňujú zo skládkovaných odpadov predovšetkým zo zvyškov farieb, rozpúšťadiel a odmasťovadiel. Koncentrácia sírovodíka (H₂S) v skládkovom plyne je silne korózna, pričom obsah sírovodíka v porovnaní s jeho koncentráciou v plyne ČOV (čistička odpadových vôd) alebo v plyne z poľnohospodárskeho odpadu je v zanedbateľnom množstve.

Skládkový plyn predstavuje plynné emisie na skládkach odpadu, kde za anaeróbnych podmienok dochádza k biochemickému štiepeniu organických látok prítomných v uloženom odpade na jednoduchšie zložky a prvky. Patrí do „rodiny“ bioplynov (spolu s reaktorovým plynom, bahenným plynom, banským plynom a pod.), kde podstatnú zložku tvorí metán CH₄ a oxid uhličitý CO₂.

Tabuľka: Charakteristické zloženie LFG (%) podľa rôznych autorov

Zdroj: 1 - LFG Primer, ATSDR 2001 | 2- SWANA: A review..., 2000 | 3 - Eenergia 1996 | 4 - Guidance note LFG 1999 | 5 - Landfill Education Company, 2002

Celý proces je možné stručne charakterizovať piatimi fázami, ktoré vyžadujú osobitné fyzikálne a chemické podmienky na svoj priebeh. Graficky je tento proces znázornený schémou, ktorá je na obrázku.

Obrázok: Fázy produkcie skládkového plynu

Zdroj: Handbook for the Preparation of Landfill Gas to Energy Projects in Latin America and the Caribbean, The World Bank - ESMAP, Prepared by: Conestoga-Rovers & Associates, January 2004
Podľa: FARQUHAR AND ROVERS (1973 ), modifkované podľa BY REES (1980) a AUGENSTEIN & PACEY (1991).

Faktory ovplyvňujúce vznik a zloženie odpadu

Medzi základné faktory podstatne ovplyvňujúce vznik a tvorbu skládkového plynu patria:

• zloženie odpadu, t. j. množstvo a podiel biologicky rozložiteľných zložiek odpadu, rozlišujeme energeticky bohaté a chudobné zložky: napr. tuky produkujú 1,12  ?  1,51 m³/kg, bielkoviny len 0,56  ?  0,75 m³/kg bioplynu

• vek odpadu, t. j. stupeň a rýchlosť rozkladu, maximálna produkcia je v 3. – 7. roku od uloženia na skládku, odpady staršie ako 10 rokov už produkujú minimum bioplynu, rozlišujeme rýchlo (potraviny), stredne (zeleň) a pomaly rozložiteľné bioodpady (drevo, papier)

• vlhkosť odpadu je jedným z najpodstatnejších faktorov, ideálne biodegradačné podmienky nastávajú pri 40  ?  60 % vlhkosti, primárna vlhkosť TKO (do 20 %) nepostačuje na rozbeh biodegradačných procesov!

• obsah kyslíka zásadným spôsobom ovplyvňuje tvorbu bioplynu: kyslík je pre metanogénne baktérie prudký jed! Slabo zhutnené a plytké skládky (hrúbka odpadu do 3-4 m) sa nedostanú do III. až V. fázy, prebieha len aeróbny rozklad biohmoty, t. j. akési „kompostovanie“ (CO₂ + H₂O, bez vzniku CH₄!)

• teplota je taktiež dôležitý faktor, anaeróbny rozklad produkuje menej tepla ako aeróbny, pri nedostatku vonkajšieho tepla sa však môže zastaviť alebo znížiť proces rozkladu biohmoty (napr. v zime)

Investičné riziká skládkového plynu

V odbornej literatúre sa za minimálnu hrúbku odpadu, pri ktorej vzniknú v skládke s prevahou komunálneho odpadu anaeróbne podmienky, považuje hrúbka cca 3  ?  5 m a dokonalé zhutnenie, keď už vzdušný kyslík nemá prístup do hlbších častí odpadu.

Voda (priesaková kvapalina) slúži ako „nosič“, ktorý roznáša baktérie po celom telese odpadu. Svojou teplotou a rozpustnými látkami zároveň podporuje rast týchto baktérií. V opačnom prípade dochádza len k aeróbnemu rozkladu organických látok (tzv. „open dump“) za vzniku CO₂ a H₂O.

Kyslík je pre metanogénne baktérie prudkým jedom. V prípade, že odpad nemá ani potrebnú vlhkosť (min. 40  ?  50 %) a teplo, tak k anaeróbnym biodegradačným procesom so vznikom metánu vôbec nedôjde.

Podľa niektorých odborníkov (Straka F. 1998, 2000) aj tam, kde je odpad intenzívne zhutnený a vzniká v hlbších oblastiach anaeróbne prostredie, sa v blízkosti povrchovej vrstvy odpadu nachádza aktívna aeróbna zóna, v ktorej sa môže oxidovať až 80 % unikajúceho metánu. Z tohto pohľadu aktívne čerpanie LFG pre jeho nútené spaľovanie nemá pri menších skládkach potrebné ekologické opodstatnenie a vo svojich dôsledkoch môže aj zhoršovať vplyv na životné prostredie, pretože k „chudobnému? plynu sa pridáva ďalšie fosílne palivo. A to dokonca aj v prípade, že nie sú inštalované na skládke žiadne biofiltre a LFG migruje len plošne celým povrchom odpadu (Straka F. II. 2000).

Publikované údaje svedčia o tom, že 30 cm vrstva zeminy s kompostom zoxiduje 0,3 – 5,9 L.m^-2.hod^-1 unikajúceho metánu (Scharff, H. Afvalzorg Deponie).

Manuál US EPA (projekt LMOP) uvádza kritériá pre potenciálneho kandidáta na komerčné využitie skládkového plynu nasledovne:

• viac ako 1 000 000 ton komunálneho odpadu uloženého na skládke

• hrúbku telesa odpadu minimálne 9,14 m

• ročný úhrn zrážok minimálne 635 mm

Podobný manuál Svetovej banky pre projekty na využitie skládkového plynu na energetické využitie (Esmap, IV 2004) uvádza jednoduchú porovnávaciu metódu na úvodné zhodnotenie potenciálu skládky z hľadiska LFG charakteristiky.

Aby skládka prekonala aspoň najnižšiu hranicu na energetické využitie (pri ročných zrážkach menej ako 635 mm), potrebujeme minimálne kapacitu skládky 300 000 ton odpadu a jej úplne zaplnenie. V opačnom prípade podľa metodiky Svetovej banky nespĺňa ani najnižšie kritérium (1) na energetické využitie. Za optimálnu kapacitu je taktiež považovaný údaj nad 1,0 mil. ton odpadu uloženého na skládke.

Metódam výpočtu produkcie skládkového plynu sa bude venovať ďalší diel príspevku.

© PROPERTY & ENVIRONMENT s. r. o. Autorské práva sú vyhradené a vykonáva ich vydavateľ.