Affald-til-energi , W2E er en proces til at generere elektrisk og termisk energi som et resultat af affaldsforbrænding . Kommunalt fast affald , der er forhåndssorteret , bruges som brændsel . Opførelsen og driften af sådanne virksomheder betragtes ofte som et element i et integreret affaldshåndteringssystem, der kan reducere miljørisici og reducere miljøskader forbundet med bortskaffelse af ikke-genanvendeligt MSW på lossepladser. Moderne affald-til-energi- anlæg er meget forskellige fra forbrændingsanlæg , som brugte usorteret affald og producerede ekstremt begrænset elektricitet.
Før den industrielle revolution i det 18.-19. århundrede brugte folk naturlige genstande i hverdagen, som kunne brændes eller lades rådne . Bortskaffelse af husholdningsaffald har eksisteret gennem menneskehedens historie, ofte blev træaffald brugt som brænde . Situationen begyndte at ændre sig i industrialiseringsperioden , da produkter fremstillet af syntetiske materialer, der ikke er genstand for naturlig nedbrydning, begyndte at sprede sig i hverdagen i landene i Europa og Nordamerika , mængden af deres produktion og forbrug voksede, og menneskeheden begyndte at producere mere og mere affald [1] [2] .
I 1874 blev verdens første affaldsforbrændingsanlæg bygget i Nottingham , og derefter blev det første dampanlæg bygget der , hvor affald blev brugt som brændsel - sådan fandt industriel affaldsforbrænding først energiforbrug. I 1880 blev det første forbrændingsanlæg i USA bygget i New York . Men indtil 1960'erne blev forbrænding i USA hovedsageligt praktiseret i off-grid installationer, og specialiserede anlæg var ikke almindelige. Derudover blev der i slutningen af 1800-tallet bygget forbrændingsovne i amerikanske byer i etageejendomme, som også blev brugt til deres opvarmning [1] [2] .
På det europæiske kontinent var Frankrig det første land, der introducerede forbrænding af industriaffald . Det første franske forbrændingsanlæg blev bygget i nærheden af Paris i 1893, og i 1896 blev verdens første forbrændingsanlæg med en shredder sat i drift i Saint-Ouen . I 1930 udviklede man i Schweiz en risteovn til lagdelt affaldsforbrænding - dette var en fundamentalt ny affaldsforbrændingsteknologi, der gjorde det muligt at opgive brugen af fyringsolie og kul som brændsel for jævnt at fordele temperaturen i ovnen, hvilket væsentligt reducerede omkostningerne ved affaldsforbrænding, samt øgede dens effektivitet. I 1933 åbnede verdens første termiske forbrændingskraftværk i Dordrecht i Holland . I 1970'erne fik affaldsforbrænding en ny udviklingsrunde i kølvandet på den globale energikrise , hvor oliepriserne steg markant. Affald begyndte på det tidspunkt i stigende grad at blive betragtet som brændsel til produktion af varme og elektricitet [2] .
Det Internationale Energiagentur kalder energiaffaldshåndtering med kontrolleret højtemperaturforbrænding og forureningskontrolteknologi det bedste alternativ til MSW-deponeringsanlæg. Det bemærkes, at lossepladser til affaldsbortskaffelse ofte ikke opfylder sanitære standarder og bliver et sted for ukontrolleret afbrænding af affald, hvilket negativt påvirker luftkvaliteten. Samtidig er energiudnyttelsen primært en del af affaldshåndteringssystemet og ikke en energiløsning, selvom det kan bidrage til diversificering af energiforsyningen [3] .
Som styrelsen påpeger, bør energigenanvendelse kun implementeres inden for det bredere hierarki af affaldshåndtering inden for områderne forebyggelse, forberedelse til genbrug, genanvendelse, nyttiggørelse og bortskaffelse. Dette kræver, at de kommunale myndigheder gennemfører en omfattende affaldshåndteringsplanlægning for at maksimere potentialet for genbrug og genanvendelse af materialer forud for energiudnyttelse. Derudover er der behov for tilstrækkelig infrastruktur til indsamling og adskillelse af kilder til at sikre, at forbrændingsanlæg modtager brændsel med passende energi- og fugtindhold [3] .
Der er forskellige synspunkter på, om affald kan betragtes som en vedvarende energikilde, og dets forbrænding en genanvendelse. En væsentlig del af husholdningsaffaldet er biomasse dannet af planter, der bruger atmosfærisk CO₂. Hvis den samme mængde planter dyrkes igen, vil en tilsvarende mængde kulstof igen blive fjernet fra atmosfæren. Af disse grunde betragtes forbrændte organiske stoffer i en række lande som en kilde til vedvarende energi i modsætning til forbrændte petrokemikalier. I Rusland definerer den føderale lov af 26. marts 2003 nr. 35-FZ "On the Electric Power Industry", at vedvarende energi omfatter "biomasse, herunder planter specielt dyrket til energiproduktion, herunder træer, såvel som produktions- og forbrugsaffald, med undtagelse af affald opnået ved brug af kulbrinteråmaterialer og -brændstoffer, biogas, gas udledt af produktions- og forbrugsaffald på lossepladserne for sådant affald, gas genereret i kulminer. Når der henvises til VE, tages der således ikke højde for fareklassen for affald og drivhusgasemissioner [4] .
I midten af 2010'erne var der mere end 2.200 W2E-anlæg i verden [5] .
Ifølge estimater fra Det Internationale Energiagentur i 2014 blev der produceret mere end 30 millioner tons olieækvivalenter af primær energi fra MSW på verdensplan , hvilket var omkring 0,2% af dets produktion som helhed. Andelen af MSW i det globale energimix er dog steget støt i de seneste årtier. I perioden fra 1994 til 2014 er produktionen af energi fra MSW således steget 2,6 gange [4] .
W2E-anlæg er kendetegnet ved højere kapital (9 gange højere end nye termiske gaskraftværker) og driftsomkostninger (20 gange højere end nye termiske kraftværker). For at finansiere og støtte dem i forskellige lande anvendes forskellige mekanismer og kombinationer af tværsektorielle og interterritoriale subsidier til bortskaffelse af affald såvel som på bekostning af industrielle og private forbrugere af den producerede elektricitet. Der kan være rigtig mange metoder til at stimulere affaldsforbrænding til energiformål. I nogle lande er der "grønne feed-in tariffer" for elektricitet produceret af biomasse (herunder kommunalt organisk affald); i nogle stimuleres forbrænding af MSW ( Kina har f.eks. indført tilskyndelsesforanstaltninger på provins- og byniveau). Andre stater anvender diversificerede tariffer for affaldsopbevaring. For eksempel opfordrer Norge til afbrænding af biologisk nedbrydeligt affald på termiske kraftværker eller kedelhuse på grund af forskellige tariffer for affaldsbortskaffelse: Nedgravning af 1 ton biologisk nedbrydeligt affald på en losseplads er 65 % dyrere end andre typer affald [6] .
I Den Europæiske Union betragtes energibortskaffelse af affald som en del af foranstaltningerne for at nå de mål, som Europa-Kommissionen har fastsat i direktivet om affaldsdeponering: i 2025 må højst 25 % af det faste affald gå til losseplads og ingen losseplads af genanvendeligt affald (herunder plast, papir, metaller, glas og bioaffald) [7] . European Confederation of W2E Plants (CEWEP) sagde i 2015 i et åbent brev til Europa-Kommissionen, at energigenanvendelse af affald kunne reducere afhængigheden af naturgasimport fra Rusland (i 2012 importerede 28 EU-lande 107 mia. m³ affald forbrændingen på det tidspunkt svarede til 19 % af disse leverancer) [8] . Forekomsten af affaldsforbrænding varierer betydeligt mellem landene og er meget høj i en række udviklede lande (hovedsageligt i Nord- og Vesteuropa ). Ifølge CEWEP-data for 2017 er Finland førende i Europa inden for affaldsforbrænding og sender 58 % af affaldet til energigenanvendelse, efterfulgt af Danmark , Sverige og Norge med 53 %, og Schweiz med 47 %. I Tyskland , Østrig , Frankrig og Italien er dette tal omkring 20-40%. Gennemsnittet for de 28 EU-lande var 28 % [9] .
I Rusland sendes omkring 97 % af MSW til lossepladser. RT-Invest planlægger at idriftsætte 5 nye anlæg med en installeret kapacitet på 325 MW inden udgangen af 2023. I maj 2020 annoncerede konsortiet af Rostec , Rosatom og VEB.RF i maj 2020 lanceringen af et projekt for at bygge yderligere 25 W2E-anlæg for at skabe en samlet udnyttelse af 18 millioner tons ikke-genanvendelige "haler" (15-20 % fra massen af MSW) [10] [11] [12] .
I USA i 2017 blev 12,7 % af alt MSW brændt for at generere energi, 52,1 % af MSW endte på lossepladser. I 2018 genererede 68 amerikanske anlæg omkring 14 milliarder kWh elektricitet ved at brænde 29,5 millioner tons brændbart MSW. Omkring 90 % af faciliteterne blev bygget mellem 1980 og 1995 [13] [14] .
I asiatiske lande, på baggrund af den hurtige urbanisering og den årlige vækst i befolkningen og mængden af fast affald, fremmer regeringer forskellige energigenbrugsprogrammer. Kinas statslige mål involverer behandling af halvdelen af MSW i W2E-anlæg i 2020. I 2018 forudsagde Det Internationale Energiagentur, at i 2023 kunne den installerede kapacitet for kinesiske energiaffaldsbortskaffelsesvirksomheder nå op på 13 GW, og i 2025 vil anlæggene være i stand til at behandle 260 millioner tons MSW. Støtte til virksomheder ydes gennem ydelse af lån til lave satser og præferencebeskatning. Udbredelsen af W2E-virksomheder i Indien har været langsom med lige under 300 MW kapacitet installeret i slutningen af 2017, og landets største anlæg (24 MW) blev først sat i drift i New Delhi i 2017. En af de væsentlige faktorer, der hæmmer udviklingen af industrien, er den lave kvalitet af affald og dets lave brændværdi. I Thailand er der som en del af den alternative energiudviklingsplan blevet sat et langsigtet mål - inden 2036 at bringe den installerede kapacitet for affaldsbehandlingsvirksomheder op på 550 MW. Pakistan , Vietnam og Indonesien stimulerer oprettelsen af nye virksomheder gennem en garanteret tarif for elektricitet [3] .
Graden af affaldsforbrændingsanlægs indvirkning på miljøet afhænger i høj grad af overholdelse af reglerne for afbrænding af MSW, som omfatter: sortering af affald før afbrænding, fjernelse af ikke-brændbare og henfaldsudsatte komponenter fra dem; opretholdelse af den nødvendige temperatur i ovnene under forbrændingsprocessen; obligatorisk kontrol af aske for udvaskning før bortskaffelse; sekundær efterforbrænding af gasser. Samtidig er tilstedeværelsen af en vis procentdel af atmosfæriske emissioner fra affaldsforbrændingsanlæg fortsat uundgåelig [15] [1] [16] .
W2E-anlæg forårsager mindre luftforurening end kulfyrede termiske kraftværker , men mere end naturgasbaserede [17] .
Ved termisk bortskaffelse går stort set alt kulstof i affaldet i gasform og kommer ud i atmosfæren som kuldioxid . Samtidig er der projekter, der skal reducere gasemissioner og reducere det samlede CO2-fodaftryk . I 2019, i Duiven , Holland , blev kuldioxid fra det lokale W2E-anlæg leveret til drivhusindustrien, hvilket reducerede CO₂-emissionerne med 15 % [18] .
I tilfælde af at den samme mængde affald ender på lossepladsen , vil ikke kun en del af kuldioxiden komme ud i atmosfæren, men også omkring 62 m³ metan vil blive frigivet som følge af anaerob nedbrydning af organisk stof . Metan er 28 gange mere potent som en drivhusgas , og har ved det volumen mere end dobbelt så stor drivhuseffekt som kuldioxid. I tilfælde af lossepladser er en halv foranstaltning den delvise opsamling af lossepladsgas og dens efterbrænding. Men ifølge nogle skøn bidrog metan fra lossepladsen i USA i 1999 32 % mere til drivhuseffekten end kuldioxid frigivet fra affaldsforbrænding [17] [3] .