В России изучили потенциал мусора как источника энергии — пока что двигатели выгоднее
Свалочный газ можно превратить из экологической проблемы в источник электроэнергии и дохода. Однако исследование ученых из РАН, МФТИ и МГУ показало, что наиболее современные технологии пока проигрывают традиционным двигателям по экономике. Подробности работы «Инку» предоставили в пресс-службе МФТИ.
Исследование провели специалисты Института физики твердого тела имени Ю. А. Осипьяна РАН, Объединенного института высоких температур РАН, МФТИ и МГУ. Работа опубликована в журнале Fuel.
Выяснилось, что мусорные полигоны могут быть не только источником выбросов метана, но и небольшими электростанциями. Российские ученые сравнили четыре технологии переработки свалочного газа в электричество и тепло и выяснили, какая из них сегодня наиболее выгодна.
Свалочный газ образуется при разложении органических отходов. В его составе преобладают метан и углекислый газ, но также присутствуют сероводород и другие примеси. Метан можно использовать как топливо для производства электричества и тепла.
По оценкам авторов работы, только в наиболее урбанизированных регионах России — Москве, Московской области и Санкт-Петербурге — потенциал производства электроэнергии из свалочного газа измеряется сотнями гигаватт-часов в год.
Двигатели пока выигрывают у топливных элементов
Ученые сравнили четыре технологии производства энергии из свалочного газа: газопоршневые двигатели, газовые микротурбины, твердооксидные и расплав-карбонатные топливные элементы.
Наиболее распространенным вариантом сегодня остаются газопоршневые двигатели. Это сравнительно недорогая и хорошо освоенная технология, однако она требует регулярного обслуживания и сопровождается выбросами оксидов азота.
Топливные элементы выглядят технологически более перспективными. Они преобразуют химическую энергию топлива в электричество без процесса горения, обладают более высоким КПД и практически не производят оксидов азота. Однако для работы им необходим более тщательно очищенный газ. Даже небольшие примеси могут повредить оборудование, а сами топливные элементы пока остаются дорогими и требуют замены значительно раньше, чем традиционные двигатели.
В результате с точки зрения стоимости произведенной энергии газопоршневые двигатели оказались наиболее выгодным вариантом. По расчетам авторов, стоимость электроэнергии, произведенной с помощью топливных элементов, пока в несколько раз выше.
Проверка на подмосковном полигоне
Для оценки технологий исследователи использовали реальные данные о составе и объеме свалочного газа и смоделировали работу разных типов электростанций. При расчетах учитывались не только стоимость оборудования, но и расходы на очистку газа, обслуживание, замену компонентов и платежи за выбросы загрязняющих веществ.
Модель проверили на данных полигона «Тимохово» в Московской области. Там работают пять газопоршневых двигателей общей мощностью 10 мегаватт, перерабатывающие миллионы кубометров биогаза в год. Сопоставление расчетов с реальными показателями эксплуатации подтвердило, что разработанная методика позволяет достаточно точно оценивать экономику подобных проектов, утверждают авторы исследования.
Когда новые технологии смогут конкурировать со старыми
Топливные элементы пока проигрывают традиционным двигателям в первую очередь из-за стоимости.
Авторы рассчитали условия, при которых ситуация может измениться. Например, капитальные затраты на оборудование должны снизиться примерно до $2 тыс. за киловатт, а срок службы топливных элементов — увеличиться хотя бы до десяти лет.
В этом случае стоимость электроэнергии, произведенной с помощью твердооксидных топливных элементов, может снизиться с нынешних $0,9–0,92 до $0,19–0,28 за киловатт-час.
При этом у новых технологий есть дополнительные преимущества. Твердооксидные элементы показывают более высокую эффективность, а расплав-карбонатные потенциально позволяют извлекать из отходящих газов углекислый газ и получать дополнительный коммерческий продукт.
«Несмотря на все очевидные экологические преимущества топливных элементов, их применение для переработки свалочного газа до сих пор остается экономически нерентабельным. Основная причина кроется в коротком сроке службы и крайне высокой стоимости ключевых компонентов», — отметил заместитель директора по научной работе ИФТТ РАН Дмитрий Агарков.
Что это значит для бизнеса
Ученые предлагают не массово превращать полигоны в электростанции, а скорее заранее считать экономику таких проектов и выбирать технологию в зависимости от стоимости оборудования, состава газа и экологических требований.
Для бизнеса это пример того, как экологическая проблема может одновременно стать энергетическим ресурсом. Однако технология сама по себе еще не гарантирует прибыль: наиболее современные решения пока могут проигрывать более старым и менее эффективным по экологическим показателям.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.
