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      減碳背景下生活垃圾的綜合利用

      放大字體 縮小字體 發布日期:2021-11-27 11:00:43   瀏覽次數:93
      核心提示:2021年11月27日關于減碳背景下生活垃圾的綜合利用的最新消息:生活垃圾資源化利用 廚余垃圾資源化利用 碳中和固廢網訊:“30碳達峰60碳中和”是基于推動構建人類命運共同體和實現可持續發展作出的重大戰略決策,是中國對世界莊嚴承諾的階段性控碳目標
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      生活垃圾資源化利用 廚余垃圾資源化利用 碳中和

      固廢網訊:“30碳達峰60碳中和”是基于推動構建人類命運共同體和實現可持續發展作出的重大戰略決策,是中國對世界莊嚴承諾的階段性控碳目標,必將影響到整個經濟社會的發展??靥嫉慕K極目標是減碳,一切經濟社會活動都要錨定這個減碳目標;在此背景下,生活垃圾資源化利用將迎來新機遇和新挑戰。

      1、減碳背景下生活垃圾資源化利用的新機遇

      減碳之要在于以整個大氣作為一個控制體,使輸入大氣的二氧化碳總量少于輸出大氣的二氧化碳總量,從而減小大氣中二氧化碳的含量。

      二氧化碳的輸入大氣的根本途徑是大氣控制體之外的煤炭、石油、天然氣等石化燃料及其衍生品的燃燒;二氧化碳的輸出大氣的最可靠的途徑是通過光合作用將大氣中的二氧化碳轉化成生物質,再就是碳捕集、利用和封存。減碳就要減少石化燃料及其衍生品(包括衍生品廢棄所產生的生活垃圾——下統稱為石化類生活垃圾)的燃燒利用以減少二氧化碳輸入大氣的總量和加強光合作用及碳捕集、利用、封存以增大二氧化碳輸出大氣的總量。

      減碳為生活垃圾資源化利用帶來新機遇。減碳將提升生物質類生活垃圾作為煤、油、氣的替代能源和生活垃圾作為生產生活的替代原料的地位,帶給生物質能量利用和物質利用2大新機遇。

      生物質類生活垃圾直接燃燒利用且燃燒生成的二氧化碳排進大氣,雖然沒有直接減碳效果,但因其向外輸出凈能量(回收的能量與自耗能量之差),起到石化燃料的替代作用,具有間接減碳效果;所以,減碳將激發生物類生活垃圾的能量利用。當然,生物質類生活垃圾的物質利用具有固碳效果,將凈減小大氣中二氧化碳的含量,即生物質類生活垃圾的物質利用具有直接減碳效果。

      石化類生活垃圾直接燃燒利用且燃燒生成的二氧化碳排進大氣,與石化燃料燃燒利用一樣,將增加大氣中二氧化碳的含量,即具有增碳作用。石化類生活垃圾的物質利用既不減碳也不增碳。減碳將鼓勵石化類生活垃圾物質利用而抑制石化類生活垃圾直接燃燒利用。

      根據《3060零碳生物質能發展潛力藍皮書(2021年9月)》,我國生活垃圾年產量2020年達到3.1億噸,能量利用(焚燒發電)1.43億噸(能量利用率46.1%)。能量利用能力已經具備,但可回收物的物質利用和廚余垃圾資源化利用能力嚴重不足(可回收物、廚余垃圾和其他垃圾的比例大致是30%:30%:40%);減碳背景下生活垃圾資源化利用的重點應放在可回收物的物質利用和廚余垃圾資源化利用2大領域。

      2、減碳背景下生活垃圾資源化利用路線

      各地可結合自身情況,采用層次分析法,具體分析適合自身發展的生活垃圾治理路線。下圖是生活垃圾治理路線的層次分析模型,判斷準則采用資源保護、環境保護、減碳效果、經濟集約和社會治理5個準則,垃圾處理方法分為垃圾源頭減量與排放控制、生物質類垃圾物質利用、石化類垃圾物質利用、生物質類垃圾能量利用、石化類垃圾能量利用和垃圾衛生填埋6種方法。

      層次分析時需要分析每種垃圾處理方法對每個準則的重要性(用1至9標度,1表示一般,9表示極度重要),即層次分析模型中每種處理方法與每個準則都存在或強或弱的關系,但圖中并未畫出處理方法與準則之間一一對應的連線,而只畫出一些重要的連線,目的是為了清晰表示某種處理方法對某個準則更重要。圖中的垃圾能量利用系指直接焚燒利用且煙氣中二氧化碳直接排進大氣,不包括轉化去碳后燃燒利用。圖中經濟集約準則指節約土地、節約資金、先進技術管理和生產收入,不包括財政補貼;社會治理則是社會化、良性互動和人民滿意的衡量準則。

      根據上述模型中每種處理方法的連線數量,不用數學分析,便可看出每種處理方法的重要性:“垃圾源頭減量與排放控制”和“生物質類生活垃圾物質利用”最重要,同時具有資源保護、環境保護、減碳、經濟集約和社會治理作用;其次是石化類生活垃圾物質利用,具有資源保護、環境保護、經濟集約和社會治理作用,但既不減碳也不增碳;再其次是生物質類生活垃圾能量利用,具有資源保護、間接減碳和社會治理作用,接下來是石化類生活垃圾能量利用,具有資源保護和社會治理作用,但具有增碳作用;最后是填埋,僅作為維持社會秩序的兜底和應急之用。

      由此可知,生活垃圾治理應走“強化源頭減量與排放控制、物質利用,重視能量利用并配備足夠庫容的垃圾填埋”的綜合治理路線。減碳背景下,生活垃圾資源化利用應走綜合利用路線,強化源頭減量與排放控制、生物質類生活垃圾物質利用的減碳效果,重視生物質類生活垃圾能量利用的間接減碳效果,開發石化類生活垃圾物質利用、能量利用的減碳方法、技術、工藝和設備。

      3、減碳背景下生活垃圾資源化利用的新挑戰

      如何提高生物質資源化利用的減碳效果,又如何拓寬生物質資源化利用途徑和提高生物質資源化利用的效率,是生物質資源化利用在減碳背景下遇到的新挑戰。

      3.1提高生活垃圾綜合利用水平

      生活垃圾綜合利用是由物質利用與能量利用串、并聯所形成的網絡。物質利用與能量利用的基本聯結方式有串聯和并聯2種(串聯方式存在先物質利用后能量利用與先能量利用后物質利用之分),生活垃圾綜合利用包括1個或多個物質利用與能量利用的基本聯結。根據生活垃圾及其處理過程中產生的二次垃圾的流向可畫出生活垃圾綜合利用的流程(或回路),下圖是生活垃圾綜合利用的示意流程(生活垃圾分為生物質類、石化類和其他類)。實際的綜合利用流程可能比這個示意流程復雜得多。

      減碳背景下生活垃圾綜合利用流程的優化是垃圾治理的一項新任務。生活垃圾綜合利用優化包括分類優化、利用設施及其布局優化、逆向物流網絡優化等,如何分類更利于減碳和垃圾妥善治理、如何安排物質利用、能量利用設施及其布局更便于組織逆向物流和垃圾妥善處理,如何組織逆向物流更便于物質、能量、信息等流通和垃圾妥善處理。從減碳角度分析,生物質類生活垃圾應物質利用與能量利用并舉,石化類生活垃圾應先物質利用和不能物質利用的部分才能量利用。

      3.2拓寬生物質資源化利用途徑

      是否可以開發出更多的生活垃圾物質利用和能量利用途徑,甚至具有直接減碳效果的生活垃圾能量利用途徑呢?相信答案是肯定的,但具有挑戰性。

      生活垃圾的物質利用和能量利用都有2種方式:生活垃圾直接利用和將生活垃圾轉化后間接利用。這里的生活垃圾直接利用希指所利用對象是生活垃圾本身,沒有物化性質的改變,如重復利用和再造利用;生活垃圾間接利用是先將生活垃圾(經動物、微生物、物理化學)轉化為所用對象(物質或能量)再對所用對象直接或改性利用,所利用的對象是從生活垃圾衍生出來的物質或能量,不具有生活垃圾的物化性質,不再是生活垃圾本身,如將生物質類生活垃圾先轉化為沼氣在利用沼氣、沼渣等。平常所講直接利用生活垃圾的內能供熱是指直接利用內能而不是直接利用生活垃圾本身,指不將熱能轉化為機械能或電能,實際上是一種生活垃圾的間接利用。

      據此,拓寬生活垃圾資源化利用途徑的方向大致有三:一是拓寬生活垃圾直接利用途徑,如將生物質制成種養殖原料、建筑材料、土地回用等;二是拓寬生活垃圾間接利用途徑,包括拓寬生活垃圾轉化方法、所用對象(物質或能量)種類及其利用途徑,如將廚余垃圾、農林種養殖垃圾先轉化成沼氣,再沼氣直接燃燒發電,或沼氣去碳(甲烷裂解制氫)后燃燒發電,或沼氣用作化工原料等;轉化方法、中間物及其利用途徑都是值得研究的項目;值得強調的是喂養動物不僅是生物質直接利用的一條重要途徑,也是生物質經動物轉化后再間接利用的一條重要途徑;三是拓寬生活垃圾資源化利用的二次廢棄物的利用途徑,如利用沼渣堆肥、種養殖,又如近期較受關注的煙氣資源化利用等。

      將生活垃圾直接燃燒的煙氣中的二氧化碳轉化成甲烷是有吸引力的(碳捕集、利用和封存值得期待)。目前有2種思路,一是二氧化碳與水常溫常壓下催化反應生成甲烷,二是二氧化碳加氫催化反應(Sabatier反應)生成甲烷。

      已有企業試圖將二氧化碳和水轉化成甲烷等資源。日本昭和殼牌石油公司的一種技術利用太陽光在常溫常壓下將二氧化碳和水轉化成甲烷等資源。據介紹,該公司利用燃料電池中使用的氣體擴散電極和新研發的催化劑,在常溫常壓條件下僅利用太陽光就可直接將水和二氧化碳轉化為甲烷和乙烯。該公司認為,這一技術是減少二氧化碳排放和新能源合成領域的重要進展。

      日本政府試圖利用Sabatier反應將二氧化碳催化加氫甲烷化。日本經濟產業省將與日本制鐵、三菱商事等19家企業磋商,研究如何加強二氧化碳甲烷化的技術研發。日本產業經濟省提出的分階段是,到2030年以合成甲烷置換1%以上的民用燃氣,到2050年一舉擴大至90%。日本燃氣協會的測算顯示,1%的置換量可以減排80萬噸二氧化碳,而90%的置換量則能夠減排8000萬噸二氧化碳,分別相當于日本總排放量的0.07%和7%。日本計劃能否成功取決于太陽能發電制氫成本能否控制住。

      拓寬生物質物質利用與能量利用途徑事關生物質資源化利用的發展前景,需要加大研究開發生物質綜合利用途徑、技術、工藝、設備和產品的力度。

      3.3提高生活垃圾資源化利用效率

      如何提高生活垃圾物質利用的直接減碳效果(固碳效果)和減小其間接增碳效果,又如何提高提高生物質類生活垃圾能量利用的間接減碳效果呢?這需要提高資源回收利用率和降低資源化利用系統的自耗能量,換言之,需要提高生活垃圾資源化利用系統的效率。

      不同的生活垃圾資源化利用途徑、技術、工藝和設備具有不同的效率。建設和改擴建生活垃圾資源化利用項目時要選用效率較高的途徑、技術、工藝和設備(選型)以提高資源回收利用率,并優化節能方案和完善信息化、智能化、智慧化管理方案以降低資源化利用系統的自耗能量,保障生活垃圾資源化利用系統達到較高的效率。生活垃圾資源化利用的選型、節能和管理的增效減碳空間較大。

      以生物質能量利用為例。生物質直接燃燒/蒸汽輪機發電系統只有22%左右的發電效率,但生物質轉化成沼氣/內燃式沼氣發電系統,因沼氣含水率較低和內燃式沼氣發電機組較蒸汽輪機發電機組具有更高的能量轉化效率,將具有28%以上的發電效率(假定生物質的固料轉化成沼氣的轉換率為60%);發電效率越高,單位二氧化碳產量的發電量便越大,因此,生物質能量回收發電系統的間接減碳效果就越大;擴大而言,生物質能量利用系統的能量回收利用效率越高,其間接減碳效果越大,可以引進“單位回收利用能量的二氧化碳產量”指標代替能量回收利用效率指標來衡量生物質能量利用系統的間接減碳效果的高低。除發電效率或能量回收利用率外,系統節能方案和管理水平將影響系統的自耗能量的高低,這也會影響系統的間接減碳效果;目前生物質直接焚燒發電系統的自耗電占比大多在10%至15%范圍內變化,這種高能耗與差異除選型因素外,就是節能與管理水平因素。

      4、總結與案例分析

      4.1總結

      1)減碳背景下,生活垃圾資源化利用,無論是能量利用還是物質利用,大有作為;

      2)生活垃圾治理應走“強化源頭減量與排放控制、物質利用,重視能量利用并配備足夠庫容的垃圾填埋”的綜合治理路線。減碳背景下,生活垃圾資源化利用應走綜合利用路線,強化源頭減量與排放控制、生物質類生活垃圾物質利用的減碳效果,重視生物質類生活垃圾能量利用的間接減碳效果,開發石化類生活垃圾物質利用、能量利用的減碳方法、技術、工藝和設備。

      3)宜區別對待生物質類生活垃圾與石化類生活垃圾的資源化利用及其減碳效果,提高生活垃圾綜合利用水平及其綜合減碳效果;

      4)要加大研究開發生活垃圾綜合利用途徑、技術、工藝、設備和產品的力度,拓寬生活垃圾物質利用與能量利用途徑;

      5)通過選型、節能和管理提高生活垃圾資源化利用系統的效率,重點提高資源回收利用率和降低資源化利用系統的自耗能量。

      4.2廚余垃圾資源化利用案例分析

      減碳背景下,廚余垃圾資源化利用要回答一下問題:

      1)是物質利用還是能量利用,又或是物質利用與能量利用并舉的綜合利用?

      2)物質利用是直接利用還是轉化后利用,直接利用是動物飼喂還是土地回用或其他,轉化后利用的轉化方法和有待利用的中間物是什么?能量利用是干化后直接焚燒還是轉成清潔燃料后再燃燒利用?綜合利用方式是什么?

      3)轉化工藝怎樣、轉化率多高及如何提高轉化率?轉化前預處理工藝怎樣?4)殘渣、廢水、臭氣三廢如何治理?

      原標題:減碳背景下生活垃圾的綜合利用

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      關鍵詞: 生物質 二氧化碳 沼氣



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