Nakladanie s odpadmi v EÚ sa riadi hierarchiou odpadového hospodárstva, ktorá rozdeľuje jednotlivé spôsoby nakladania s odpadom podľa vplyvu na životné prostredie. Na najvyšších priečkach sa celkom logicky nachádza predchádzanie tvorbe odpadu a opätovné použitie odpadu. Materiálová recyklácia vrátane kompostovania biologicky rozložiteľných odpadov nasleduje tesne za nimi. Pre odpad, ktorý nemožno recyklovať, je najvhodnejším spôsobom energetické zhodnotenie. Až na úplne poslednej priečke hierarchie sa nachádza skládkovanie odpadu, ktoré znamená definitívnu stratu možnosti akéhokoľvek ďalšieho využitia odpadu. V rámci obehového hospodárstva musia byť tieto straty neustále nahradzované novými zdrojmi či už materiálovými, alebo energetickými.
V roku 2021 sme na Slovensku vyprodukovali viac ako 2,7 milióna ton komunálneho odpadu. Zatiaľ čo miera recyklácie sa pohybovala na úrovni 49 %, miera energetického zhodnocovania bola necelých 8 %. Ostatný odpad skončil na skládkach. Aj keď sa miera skládkovania za posledných desať rokov na Slovensku znížila zo 77 % na súčasných 41 %, v absolútnych číslach nedošlo k takmer žiadnej zmene a na skládkach každoročne skončí viac ako milión ton odpadu. Táto paradoxná situácia je spôsobená neustále rastúcou mierou produkcie odpadu, ktorá za posledné roky na Slovensku narástla o vyše 50 %. Podľa Štatistického úradu SR sme v roku 2021 vyhodili do smetných košov 497 kg komunálneho odpadu na osobu.
Práve odpady, ktoré dnes končia bez využitia na skládke, majú obrovský potenciál na spracovanie v zariadeniach na energetické využitie odpadov (ZEVO). Potenciál nerecyklovateľných odpadov sa prostredníctvom ZEVO vráti do obehového hospodárstva vo forme energií – elektrickej energie a tepla – a tiež vo forme zdrojov vhodných na materiálové zhodnotenie (škvara, soli, kovy…).
Energetický potenciál nerecyklovateľných odpadov
Z hľadiska cieľov obehového hospodárstva stanovených EÚ, ktoré nás do roku 2035 zaväzujú recyklovať minimálne 65 % odpadov a skládkovať maximálne 10 % odpadov, bude hrať energetické zhodnocovanie odpadov v odpadovom hospodárstve aj naďalej nezastupiteľnú úlohu. Potvrdzujú to kvalifikované prognózy, ktoré sa v otázke produkcie nerecyklovateľného odpadu v SR do roku 2035 pohybujú v rozsahu od 990-tis. ton až po 1,5 mil. ton odpadov ročne.
Teoretický energetický potenciál odpadov, ktoré dnes končia na skládke, t. j. 1,2 mil. ton odpadov, predstavuje cca 2 500 GWh tepelnej energie, čo je takmer 40 % spotreby tepla, ktoré bolo dodané všetkými teplárňami na Slovensku obyvateľom napojeným na systémy centrálneho zásobovania teplom (SCZT) v roku 2021. V súčasnosti pokrýva teplo získané z odpadov len 1 % z celkovej spotreby obyvateľstva napojených na SCZT. V blízkej budúcnosti po napojení ZEVO OLO, a. s., Bratislava do SCZT tento podiel mierne narastie, stála však bude neporovnateľne nižší ako v krajinách západnej Európy s rozvinutou infraštruktúrou odpadového hospodárstva. Práve tieto krajiny profitujú z dlhodobo a systematicky budovanej siete zariadení na energetické využitie odpadu.
V Európe sa nachádza viac ako 500 ZEVO, väčšina z nich je lokalizovaná v krajinách západnej a severnej Európy. Tieto zariadenia dnes zásobujú elektrickou energiou cca 18 miliónov obyvateľov a teplom približne 15 miliónov obyvateľov. Podiel energie z odpadov predstavuje asi 10 % z tepla dodávaného systémami CZT. Ako príklady môžeme uviesť švédske Malmö s 300-tisíc obyvateľmi, v ktorom je podiel tepla z odpadov až 60 %. V talianskom Bergame je na SCZT napojených 30 000 domácností a dominantným zdrojom tepla je práve ZEVO. Ďalšou ukážkou inteligentnej integrácie ZEVO do CZT je Dánsko, kde bol v Kodani na prelome 19. a 20. storočia uvedený do prevádzky prvý systém CZT, ktorý ako zdroj tepla využíval energiu z odpadov. Dnes má Dánsko najrozvinutejší systém CZT v Európe, v ktorom podiel tepla z odpadov tvorí takmer 25 %. Takýto vysoký podiel bol dosiahnutý aj vďaka tomu, že v Dánsku ako v prvej krajine v Európe bol zavedený zákaz skládkovania odpadov, ktoré možno spracovať termicky. Ďalším dôležitým momentom bola ropná kríza v 70. rokoch minulého storočia, ktorá bola motorom ešte intenzívnejšieho budovania systémov CZT. V samotnej Kodani tvorí podiel tepla z odpadov až 30 % z dodávaného tepla systémom CZT. A aby sme nechodili príliš ďaleko, vo Viedni so štyrmi ZEVO je podiel odpadov na dodávanom teple až 23 %. Ikonické ZEVO Spittelau je okrem výroby tepla integrované aj do systému s centrálnym zásobovaním chladom.
ZEVO a materiálové zhodnocovanie
Okrem dodávky energie do obehového hospodárstva ZEVO uzatvára kruh obehového hospodárstva aj udržiavaním materiálových zdrojov v obehu. V procese energetického zhodnocovania odpadov vznikajú dva tuhé vedľajšie produkty:
- škvara, resp. lôžový popol alebo troska je vynášaný priamo zo spaľovacej komory a vzniká v množstve cca 20 % zo vstupného množstva odpadov,
- popolček z čistenia spalín je zmes sodných, resp. vápenatých solí, zachytených ťažkých kovov a organických látok. Vzniká v technologickom kroku čistenia spalín v množstve cca 2 % zo vstupného množstva odpadov.
Zloženie škvary je uvedené v tab. 1. Z každej tony spracovaného odpadu vznikne približne 185 – 250 kg škvary. V prvom kroku spracovania sa z nej odstraňujú železné a neželezné kovy, ktoré sa následne recyklujú. Extrakcia železných kovov sa väčšinou realizuje priamo na mieste vzniku a spočíva v použití magnetického separátora. Ostatné kovy sa získavajú použitím kombinácie rôznych techník (mletie, sitovanie) a separačných technológií.
| zloženie škvary | obsah |
| železné kovy | 5 – 13 % |
| neželezné kovy (AI) | 2 – 5 % |
| sklo a keramika | 5 – 15 % |
| horčík Mg | 10,7 g/kg |
| draslík K | 8,1 g/kg |
| meď Cu | 5,6 g/kg |
| zinok Zn | 3,1 g/kg |
| bárium Ba | 1,5 g/kg |
| olovo Pb | 1,4 g/kg |
| striebro Ag | 0,02 g/kg |
| zlato Au | 0,002 g/kg |
Tab. 1 Zloženie škvary po energetickom zhodnotení komunálneho odpadu v ZEVO [1]
Po extrakcii kovov sa zostávajúca inertná frakcia škvary používa v stavebníctve. Pred jej využitím sa realizuje proces stabilizácie, tzv. starnutie škvary, ktoré prebieha na vzduchu a spočíva v prijímaní atmosférického CO2 prostredníctvom karbonatácie. Stabilizuje sa tak mineralogická štruktúra škvary, aby sa uľahčilo jej použitie v stavebníctve.
Používanie škvary podľa princípov obehového hospodárstva, t. j. udržanie zdrojov v kruhu a náhrada primárnych zdrojov, je v európskych krajinách rôzne. Kým v krajinách, ako je Dánsko, Holandsko, Veľká Británia, Taliansko či Francúzsko, je jej využitie 80 %, v Rakúsku alebo vo Švajčiarsku sa používa len na spätné zasypávanie banských diel.
Škvara sa najčastejšie používa pri výstavbe ciest ako podkladový materiál, ktorý nahrádza štrk a piesok. Pri tomto použití treba zabezpečiť, aby nedochádzalo ku kontaktu s vodou a aby sa minimalizovala možnosť vylúhovania znečisťujúcich látok. V Dánsku našla škvara využitie aj pri výrobe stavebných materiálov.
Rovnako popolček z čistenia spalín môže slúžiť ako zdroj niektorých kovov a solí na uzavretie kruhu v obehovom hospodárstve.
| zloženie popolčeka | obsah |
| CaO | 39,8 % |
| Cl | 14,7 % |
| K2O | 3,7 % |
| Na2O | 3,1 % |
| Al2O3 | 1,3 % |
| Vybrané kovy | |
| Zn | 12 131 mg/kg |
| Pb | 3 380 mg/kg |
| Cu | 1 289 mg/kg |
| Cd | 206 mg/kg |
| Cr | 55 mg/kg |
Tab. 2 Zloženie popolčeka z technológie čistenia spalín ZEVO [3]
Tesne pred spustením je komerčná prevádzka spoločnosti Ragn-Sells vo Švédsku s kapacitou 150-tisíc ton popolčeka ročne s označením Ash2Salt. V prvom kroku sa popolček vyperie s vodou. Vznikne vypratý popolček a výluh, ktorý obsahuje zmes solí (chlorid sodný, draselný a vápenatý) a ťažké kovy. V druhom kroku sa do výluhu pridajú sulfidy, ktoré spôsobia vyzrážanie ťažkých kovov. Po ich odseparovaní sa získava nasýtený soľný roztok. Rozpustené chloridy sa z výluhu extrahujú v ďalšom kroku technológie Ash2Salt, ktorá umožňuje získať jednotlivé typy chloridov technológiou jednostupňovej odparky. Pri zvýšenej teplote sa voda odparí a ostanú len soli v pevnej fáze. Odparená voda sa skondenzuje a znovu použije na pranie popolčeka. Výhodou tohto procesu je, že zariadenie dokáže z výluhu získať rôzne typy solí, ktoré sa môžu využiť napríklad pri výrobe hnojív. Voda v procese sa tiež opätovne používa.
Spomedzi kovov má v popolčeku najvýraznejšie zastúpenie zinok, ktorý možno extrahovať z popolčeka jeho vypieraním s kyselinou. Uvedený postup je dnes predmetom dvoch komerčných technológií FLUWA a HaloSep, ktoré pracujú s účinnosťou od 50 do 80 %.
Recyklácia fosforu
Originálna kombinácia energetického zhodnotenia komunálneho odpadu v ZEVO a monospaľovni čistiarenského kalu sa realizuje vo švajčiarskom Offenbachu. Čistiarensky kal predstavuje významný zdroj fosforu, ktorý je pre EÚ kritickou surovinou. Jeho priame použitie vo forme pôdneho hnojiva je však zakázané v dôsledku prítomnosti ťažkých kovov, zvyškov antibiotík a liečiv, mikroplastov a organických látok. Všetky tieto kontaminanty možno odstrániť termicky pri teplote okolo 1 000 °C. Pri tejto teplote sa aj prítomné kovy dostávajú do plynnej fázy a následne sa zachytia v stupni čistenia spalín. Ideálnym riešením je spracovaniu kalu v monospaľovni, nakoľko obsah fosforu vo vzniknutom popole je cca 15 až 20 %. Kal možno následne recyklovať a použiť v poľnohospodárstve ako hnojivo. Vysoká prevádzková teplota takéhoto spracovania čistiarenského kalu a potreba čistenia spalín sa však prejavuje na vysokých prevádzkových nákladoch. V rámci ZEVO Offenbach, ktoré energeticky zhodnocuje komunálny odpad v roštovom kotle, bola do technologického procesu integrovaná monospaľovňa čistiarenského kalu, ktorá využíva tepelnú energiu získanú zhodnocovaním komunálneho odpadu. Emisie z monospaľovne sú vyčistené v technológii čistenia spalín ZEVO.
Rotačná pec, ktorá pracuje v režime monospaľovne čistiarenského kalu, využíva tepelnú energiu spalín privádzaných zo ZEVO. Pri teplote okolo 1 000 °C dochádza k odstráneniu všetkých organických kontaminantov prítomných v kale a prchavé ťažké kovy sa dostávajú do plynnej fázy vo forme chloridov ťažkých kovov. Spaliny z rotačnej pece aj s obsahom ťažkých kovov sa následne vedú späť do spaľovacej komory ZEVO, kde prechádzajú spolu so spalinami zo spracovania komunálneho odpadu cez viacstupňový proces čistenia. Procesom možno účinne odstrániť z kalu ťažké kovy ako Cd, Cu, Pb, Zn, Mo a Sn. Nižšia účinnosť sa dosahuje pri kovoch ako Ni a Cr. Veľmi dôležitou skutočnosťou tohto procesu je vysoká dostupnosť fosforu v prípade jeho použitia ako hnojiva pre rastliny.
Budúcnosť technológie ZEVO v obehovom hospodárstve
Definovanie strategických vízií v takej komplexnej oblasti, akou je odpadové hospodárstvo, vyžaduje holistický prístup. Ten je do veľkej miery zohľadnený v princípoch obehového hospodárstva, ktoré rešpektujú celý životný cyklus výrobku od jeho dizajnu a výroby cez jeho používanie a opravu až do momentu, keď jeho ďalšie použitie nie je možné. Práve v tejto etape životného cyklu výrobku je nevyhnutné dôsledne aplikovať princípy obehového hospodárstva a vrátiť do obehu pôvodný materiál, surovinu alebo energiu, potrebné na zachovanie tohto citlivého mechanizmu v trvalo udržateľnom pohybe. Akékoľvek odchýlky majú v tomto holistickom prístupe negatívny environmentálny a ekonomický dosah.
Príkladom takejto odchýlky je skládkovanie odpadu. Naša odkázanosť na najnižšiu úroveň spomínanej hierarchie odpadového hospodárstva spôsobuje, že takmer 45 % vyprodukovaného komunálneho odpadu dnes opúšťa obehové hospodárstvo bez využitia jeho materiálového alebo energetického potenciálu. Na to, aby sme udržali hospodárstvo v pohybe, doň musíme dodávať nové zdroje. Vzhľadom na ich obmedzenosť je už dnes jasné, že tento spôsob uvažovania je dlhodobo ekonomicky i environmentálne neudržateľný.
Súčasné technológie ZEVO najvyššej technologickej úrovne (state-of-the-art) ponúkajú komplexné environmentálne a ekonomické riešenie pre nerecyklovateľný komunálny odpad. Správnou lokalizáciou ZEVO s celoročným využitím tepla možno dosiahnuť vysokú energetickú účinnosť, minimalizovať uhlíkovú stopu, separovať kovy z tuhých zvyškov a tým umožniť ich finálnu materiálovú recykláciu v stavebníctve.
Literatúra
[1] Bottom ash from WTE Plants, ISWA 2015.
[2] L. A. Sormunen: Recovered Municipal Solid Waste Incineration Bottom Ash: Aggregate-Like Products for Civil Engineering Structures. Tampereen teknillinen yliopisto – Tampere University of Technology Tampere 2017.
[3] Workshop Report: Waste-to-Energy fly ash valorisation. IEA Bioenergy 2020TAL
[4] https://www.easymining.se/
Ladislav Halász
regionálny riaditeľ ewia, a.s. a vice-prezident CEWEP
ladislav.halasz@ewia.sk
