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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Biogaz provenant des décharges. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Au cours des dernières décennies, la quantité de déchets solides municipaux (MSW) a considérablement augmenté. Environ 400 millions de tonnes de DSM pénètrent dans la biosphère chaque année, et cette quantité augmente de 3 à 6 % par an, ce qui dépasse le taux d'augmentation de la population mondiale. Une quantité importante de MSW est constituée de déchets alimentaires, de papier, de carton, de bois. Une partie des fractions organiques des DSM varie de 56 % dans les pays développés à 62 % dans les pays en développement. Dans la pratique mondiale, il existe trois façons principales d'éliminer les déchets solides :
Dans certains pays développés, notamment ceux à forte densité de population (Suisse, Japon, etc.), les DSM et même les boues d'épuration sont majoritairement brûlés. L'incinération des DSM nécessite l'utilisation de technologies complexes et coûteuses pour nettoyer les produits de combustion des métaux lourds et des gaz nocifs. Le problème de l'épuration des gaz de combustion des dioxines n'a encore été résolu dans aucun pays. Très probablement, le compostage ne sera pas utilisé pendant longtemps, car le problème du nettoyage du compost des sels de métaux lourds, dont la migration dans un sol fertile est inacceptable, n'a pas été résolu. Actuellement, dans de nombreux pays du monde, l'élimination des DMS dans des décharges spéciales est considérée comme le moyen le plus économique de les éliminer. La quantité de déchets solides acheminés vers des décharges ou des décharges est de 45 à 55 % aux Pays-Bas, de 62 à 85 % aux États-Unis, de 93 à 96 % au Canada et de 97 % en Russie. Extraction et utilisation du biogaz des décharges de déchets solides dans différents pays Le biogaz se forme dans les MSW sans accès à l'oxygène. Sous l'action des bactéries, une partie de la matière organique se décompose avec formation de méthane (50-70%) et de dioxyde de carbone (30-50%), dont un mélange forme du biogaz, en plus, il contient de petites quantités d'azote, d'oxygène et l'hydrogène. Le biogaz est combustible et a un haut pouvoir calorifique de plus de 18 MJ/m3. Le plus économiquement justifié est la collecte et l'utilisation du biogaz dans les grandes décharges et les décharges, où se trouvent plus d'un million de tonnes de déchets, dont la couche dépasse 1 m. Il est souhaitable que la plupart des déchets aient un «âge» de pas plus de 10 ans. Le territoire de la décharge doit être récupéré: recouvert d'une couche de terre d'au moins 10-30 cm. Le rendement moyen de biogaz d'une telle décharge sera d'au moins 5 m3 pour 1 tonne de DMS sur 20 ans. La proportion de matière organique est d'une grande importance (les déchets de construction ne génèrent pas de biogaz). Le potentiel total de biogaz dans l'UE atteint 9 milliards de m3/an, aux États-Unis - jusqu'à 13 milliards de m3/an. Avec l'utilisation du méthane de toutes les décharges MSW aux États-Unis, sa quantité représentera 5% de la consommation totale de gaz naturel dans le pays. En 1992, 481 systèmes de collecte de biogaz étaient en service dans le monde (175 dans les pays de l'UE, 264 en Amérique, 4 en Asie et en Australie, et 2 en Afrique). Mais il convient de noter qu'environ 25 à 50 % du biogaz était utilisé à des fins commerciales, le reste étant brûlé dans des torchères. Le biogaz est l'un des principaux gaz à effet de serre Selon le degré d'atteinte à l'environnement, le méthane est considéré comme le deuxième gaz nocif après le dioxyde de carbone. La concentration de méthane dans l'atmosphère augmente d'environ 0,6 % par an et a doublé au cours des deux derniers siècles (la concentration de dioxyde de carbone augmente de 0,4 % par an). Le méthane a une "vie" plus courte dans l'atmosphère (11 ans), tandis que le dioxyde de carbone a 120 ans. Par conséquent, la stabilisation ou la réduction des émissions de méthane dans l'atmosphère conduira à un changement climatique positif rapide. La libération globale de méthane dans l'atmosphère est un facteur important du changement climatique. Aux États-Unis, une loi a été promulguée qui oblige toutes les décharges de déchets solides, sans exception, à être équipées de systèmes d'extraction et d'utilisation du biogaz. En 1987, il a été déterminé que l'émission totale de méthane des décharges de la Terre était de 30 à 70 millions de tonnes par an, soit 6 à 18 % de ses émissions totales dans l'atmosphère. Le groupe d'experts de la Commission intergouvernementale sur le changement climatique a inclus le méthane de décharge dans la liste des principaux gaz à effet de serre dans le monde. La propagation du biogaz dans l'environnement provoque une chaîne de phénomènes négatifs. Son accumulation peut créer des conditions d'explosion et d'incendie dans les maisons et les structures situées à proximité de décharges de déchets solides. L'accumulation de biogaz dans un espace clos est également dangereuse du point de vue toxicologique. De nombreux cas d'empoisonnement ont été enregistrés lors de la maintenance des communications d'ingénierie profonde. Le biogaz a également un effet néfaste sur la strate végétale ("étouffement" du système racinaire). Tout cela indique la nécessité de lutter contre ses émissions dans l'atmosphère. La principale méthode par laquelle cela peut être fait est la collecte et l'utilisation du biogaz. Technologies pour la collecte / production de biogaz dans les décharges Le système de collecte de biogaz le plus courant consiste en un réseau de puits verticaux reliés par des tuyaux horizontaux. Au milieu d'un puits vertical d'un diamètre de 0,6 à 1,2 m, un tuyau en plastique d'un diamètre de 12 à 25 cm est installé, percé de trous d'un diamètre de 3 à 6 mm. La profondeur du puits est d'au moins 7 m et correspond à 50-90% de l'épaisseur de la couche MSW. Le volume du puits autour du tuyau en plastique perforé est rempli de gravier ou de cailloux. La partie supérieure du puits (à environ 0,5 m du bord supérieur) est compactée avec du béton ou de l'argile afin d'éliminer le rejet de biogaz dans l'atmosphère. La portée d'un puits est de 30 à 35 m en moyenne et le nombre moyen de puits est de 2,5 pour 1 hectare de décharge. La construction d'un système de drainage des gaz peut être réalisée à la fois dans toute la décharge après la fin de son exploitation et dans des zones séparées au fur et à mesure de son remplissage. La figure montre un diagramme schématique de la production, de la collecte et de l'utilisation du biogaz. Technologies d'utilisation/utilisation du biogaz Il existe deux manières principales d'utiliser le biogaz : l'utiliser pour générer de la chaleur sur le site de production, et générer de l'électricité et la vendre au réseau. L'utilisation directe du biogaz dans un rayon de 3 km autour de la décharge est généralement la manière la plus rentable de l'utiliser. Le gaz peut être utilisé comme combustible pour les chaudières du réseau de chauffage urbain, divers consommateurs industriels (fabrication de ciment, production de verre, séchage de briques). Si les consommateurs sont à plus de 3 km, la rentabilité chute. Etude de faisabilité et perspectives de développement de technologies de production et d'utilisation de biogaz en Ukraine Les villes d'Ukraine génèrent à elles seules environ 40 millions de m3/an de DSM. Plus de 90 % de cette quantité est collectée et évacuée vers 655 décharges situées à 10-20 km des villes. Plus de 500 décharges en Ukraine ne disposent pas des moyens de protection de base contre la pollution des eaux souterraines et de l'air. Environ 140 décharges sont des décharges de déchets solides solides qui peuvent être considérées comme adaptées à l'extraction et à l'utilisation du biogaz. Sur les 140 décharges, 90 sont très grandes, elles contiennent 30% de tous les déchets solides en Ukraine. Ce sont ces décharges qui sont les plus rentables pour la production de gaz. L'introduction d'un système de collecte et d'utilisation du biogaz dans ces 90 décharges entraînera une réduction des émissions de dioxyde de carbone de 3,26 millions de tonnes par an. Avec des tarifs d'électricité plutôt bas sur le marché intérieur ukrainien, il est plus rentable d'utiliser le biogaz pour les besoins des entreprises industrielles situées à proximité des décharges. Si cela n'est pas possible, il est alors rationnel de produire de l'électricité dans le réseau. Dans ce cas, des centrales électriques basées sur des moteurs à combustion interne de fabrication ukrainienne d'une capacité de 1 et 1,6 MW (usine GP du nom de Malyshev, Kharkov) ou de 0,40,8 MW (Pervomaiskdizelmash, Pervomaisk) peuvent être utilisées. Le tableau montre une étude de faisabilité pour le projet d'extraction et d'utilisation de biogaz pour la production d'électricité à la décharge de Lugansk, où se trouvent 1,6 million de tonnes de déchets solides. Deux variantes d'équipement pour une mini-centrale électrique au biogaz de 2 MW avec des moteurs fabriqués par Pervomaiskdieselmash et des moteurs Caterpillar de fabrication américaine sont envisagées. Les calculs ont utilisé des paramètres tels que le rendement annuel en biogaz de 5 m3/t de déchets et la durée de vie de l'usine - 20 ans.
Le coût de l'électricité dans les deux cas est inférieur au coût de gros de l'électricité en Ukraine (0,021 $ par 1 kWh). Les calculs économiques ci-dessus ne tiennent pas compte du potentiel de "vente" des émissions de carbone réduites par ce projet. La quantité d'émissions de gaz à effet de serre réduites sera "achetée" à un prix de 4,5 à 9 EUR par tonne 1. De ce fait, la performance économique des projets de bioénergie peut s'améliorer considérablement. La première étape pour la diffusion des technologies de production et d'utilisation du biogaz en Ukraine est la mise en œuvre d'au moins un projet de démonstration, dont le but est de montrer les capacités techniques, la faisabilité économique et technologique de l'utilisation de ces technologies. Conclusions: 1. Actuellement, l'élimination des déchets solides dans les décharges et les décharges reste la principale méthode de leur neutralisation dans la plupart des pays du monde. 2. L'émission de méthane dans les décharges est estimée à 6-18% de ses émissions totales dans l'atmosphère. Le moyen le plus efficace de réduire les émissions de méthane est de le capter et de l'utiliser. 3. Le potentiel énergétique du biogaz dans la plupart des pays est d'environ 1 % de la consommation d'énergie. 4. Dans la plupart des pays, la production et l'utilisation de biogaz augmentent. 5. Les projets d'extraction et d'utilisation du biogaz sont assez rentables, surtout s'il y a un consommateur de gaz industriel à proximité. 6. L'introduction de technologies d'extraction et d'utilisation du biogaz est très prometteuse en Ukraine, tant d'un point de vue environnemental qu'économique. 7. Il est logique de financer au moins un projet de démonstration pour la production et l'utilisation de biogaz en Ukraine sur le budget de l'État ou sur le budget du ministère de l'Écologie. Auteurs : G. Geletukha, K. Kopeikin, Institut de physique thermique technique de l'Académie nationale des sciences d'Ukraine, Centre scientifique et technique "Biomasse"
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