Zgodnie z hierarchią sposobów postępowania z odpadami, najwyżej oceniane są działania związane z zapobieganiem powstawaniu odpadów. W dalszej kolejności musimy dbać o przygotowanie odpadów do ponownego wykorzystania, przekazywać je do recyklingu i odzyskiwać z nich energię. Jedną z rekomendowanych metod jest termiczne przekształcanie odpadów, którego efektem – oprócz redukcji ich ilości w środowisku – jest wytworzenie energii elektrycznej i ciepła. Dlatego tak wiele krajów na świecie (w tym Polska) postawiło na budowę i eksploatację instalacji służących spalaniu odpadów.
Pomysły związane z termiczną utylizacją odpadów w specjalnie do tego celu zaprojektowanych urządzeniach pojawiły się w Europie w drugiej połowie XIX w. Przyczyn budowy tego typu instalacji było kilka. Wśród nich można wymienić m.in. możliwość produkcji energii dzięki wykorzystaniu pary wodnej wytwarzanej przez spalarnie, konieczność „sterylizacji bakteriologicznej” odpadów, w obawie przed możliwością szerzenia się chorób i zarazy czy rozwiązanie problemu zwiększającej się ilości odpadów jako efektu gwałtownej industrializacji i rozwoju miast.
Pionierem Anglia
Od uruchomienia pierwszej na świecie instalacji termicznego przetwarzania odpadów minęło już 145 lat. „Destructor” – bo pod taką nazwą funkcjonowała pionierska spalarnia – powstała w miejscowości Nottingham w Anglii. Jej konstruktorem był Albert Fryer z firmy Manlove, Alliott & Co Ltd, słynącej z produkcji… maszyn pralniczych. Nakładem blisko 11,5 tys. funtów powstała instalacja wyposażona w 16 osobnych komór spalania ze stałym rusztem o dobowej wydajności 4-6 Mg odpadów. Oczywiście, z obecnej perspektywy obiekt był bardzo prymitywny, jednak doskonale spełniał swoje funkcje. Nie dziwi zatem fakt, że już po roku, w 1875 r., wybudowano kolejną tego typu instalację, tym razem w Manchesterze. W następnych latach na wzór Destructora – choć wciąż unowocześniane – powstały spalarnie w Birmingham, Leeds, Heckmondwike, Warrington, Blackburn, Bradford, Bury, Bolton, Hull, Nottingham, Salford, Ealing i Londynie. Projekt Fryera był rozwijany przez Stafforda (1884), Jonesa (1885), Richmonda (1885), Whileya (1891), Horsfalla (1888-1891), Warnera (1888), Meldruma, Beamana i Deasa (1893, 1894), Heemana oraz Sterlinga, osiągając coraz większą wydajność z jednej komory: 10-12 Mg w ciągu doby. Jednocześnie obiekty te były wyposażane w większą liczbę komór spalania. W latach 90. XIX w. w Anglii było eksploatowanych 39 instalacji termicznego przekształcania odpadów.
Warto przy okazji dodać, że pionierskie projekty spalarniowe w ogóle nie zakładały wprowadzenia systemu odzysku ciepła. Jednak w późniejszych realizacjach spotkać można było np. instalacje produkujące parę do napędu generatorów elektrycznych. Co więcej, aż do lat 60. XX technologia budowy tego typu obiektów nie przewidywała zastosowania urządzeń ograniczających emisję zanieczyszczeń.
Aż do wybuchu pierwszej wojny światowej angielska technologia termicznego przekształcania odpadów komunalnych była wiodącą w Europie.
Po Anglii, potrzebę termicznej utylizacji odpadów dostrzegły Niemcy. Uruchomiona w 1895 r. spalarnia w Hamburgu była pokłosiem szalejącej na początku tego dziesięciolecia epidemii cholery. Konieczność likwidacji zakażonych ubrań, mebli itp. zmobilizowała władze Hamburga do podjęcia decyzji o budowie spalarni komorowej z rusztem stałym. Jej konstruktorem był Sterling. W kolejnych latach Niemcy inwestowały w następne tego typu obiekty, choćby w Kolonii (1906 r.) czy Frankfurcie (1909 r.). Do wybuchu pierwszej wojny światowej swoje instalacje termicznego przekształcania odpadów miały także Dania (Frederiksberg, 1903 r.), Szwecja (Sztokholm, 1906 r.) i Belgia (Bruksela, 1906 r.). W sumie do tego czasu w Europie wybudowano ponad 210 spalarni oraz ponad 180 w Stanach Zjednoczonych.
Lata 20. XX w. to już poszukiwanie nowych rozwiązań dla spalania odpadów. Między innymi po raz pierwszy zastosowano ruszt mechaniczny (np. projekty niemieckich konstruktorów Steimüllera, Noella i Babcocka czy szwajcarskiego von Rolla lub duńskiego Volunda). Do tej pory tego typu rozwiązanie wykorzystywano w elektrowniach opalanych niskokalorycznym węglem brunatnym. Wprowadzenie tej technologii do termicznej utylizacji odpadów znacząco poprawiło efektywność spalania. Nowością było również wdrożenie rusztu chłodzonego wodą, który znalazł zastosowanie głównie przy bardziej kalorycznych odpadach.
Prawdziwy rozkwit termicznego unieszkodliwiania odpadów przypada na lata 60. XX w. W tym czasie instalacje te zostają wyposażane w pierwsze systemy redukujące wielkość emisji – przede wszystkim są to elektrofiltry, czasami cyklony. W kolejnej dekadzie w systemach oczyszczania spalin pojawiły się układy ograniczania emisji gazów kwaśnych (głównie dwutlenku siarki i chlorowodoru) na drodze absorpcji w roztworach alkalicznych.
U progu 1980 r. zaczęto sprzeciwiać się budowie spalarni, wskazując na problem emisji dioksyn. To znacząco przyhamowało rozwój tego typu obiektów. Prowadzone w Niemczech wieloletnie i kosztowne badania w tym zakresie pozwoliły poznać warunki syntezy dioksyn oraz opracować technologie spalania nie tylko redukujące ich powstawanie, ale również ograniczające wielkość ich emisji. Dopiero zatem pod koniec lat 90. w instalacjach termicznych pojawiły się układy adsorpcyjne oraz katalizatory stosowane również do ograniczania emisji tlenków azotu. W sukurs oczyszczaniu spalin szedł również postęp w przemyśle włókienniczym. Na rynku pojawiły się bowiem nowoczesne materiały filtracyjne, które z powodzeniem można było zastosować w tzw. suchych systemach oczyszczania spalin, połączonych z odpylaniem na filtrach tkaninowych.
Na przestrzeni lat sporo modyfikacji wprowadzono również w samej konstrukcji spalarni. Normą stało się m.in. stopniowane doprowadzanie powietrza (powietrze pierwotne doprowadzane pod ruszt i powietrze wtórne – dopalające), recyrkulacja spalin, coraz bardziej rozbudowany system oczyszczania spalin, kotły produkujące parę o coraz wyższych parametrach (wyższej temperaturze i ciśnieniu), a nawet sama konstrukcja rusztu. W efekcie mieliśmy do czynienia z coraz wyższą sprawnością energetyczną instalacji termicznego przekształcania odpadów.
Warto jednak podkreślić, że w większości państw unijnych do 2000 r. zlikwidowano małe, nieefektywne obiekty. Zamiast nich zaprojektowano i wybudowano duże, nowoczesne i – co najważniejsze – ekologiczne spalarnie. W ten sposób, co prawda, zmniejszyła się liczba tego typu instalacji, jednak znacząco wzrosła ich wydajność (średnia przepustowość spalarni w 1990 r. wynosiła 88 000 Mg/rok, zaś w 2000 r. było to już – 177 000 Mg/rok).
Źródła:
- Jagoda Gołek-Schild: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, nr 105/2018.
- Grzegorz Wielgosiński: Przegląd technologii termicznego przekształcania odpadów. „Nowa Energia” nr 1/2011.
- Katarzyna Terek, Piotr Strzyżyński: Kiedy odpady pójdą z dymem? „Przegląd Komunalny” 11/2011.