Действующие на данный момент времени алгоритмы по утилизации твёрдых коммунальных отходов (ТКО) с получением энергии являются относительно низкоэффективными, что вызвано пониженным уровнем утилизации тепла дымовых газов в установках. Вместе с этим утилизация полимерной части твёрдых бытовых отходов для выработки тепловой энергии тесно связана с повышенным уровнем очистки уходящих газов из-за возможного содержания в них токсичных элементов, таких как диоксины, например, тетрахлородибензодиоксин (ТХДД), или NOx.
Данные задачи требуют решения при помощи газификации с применением численного и термодинамического моделирования процессов утилизации, при этом необходимо учитывать изменения в химическом составе исходного сырья в процессе газификации. Также процесс газификации обязательно должен учитывать использование в качестве топлива реальные по элементарному составу ТКО, то есть не чисто органическую часть отходов, но и примеси, которые так или иначе присутствуют в отходах даже после очистки разной степени. Правильное определение состава ТКО позволяет рассчитать требуемые условия для максимально эффективной газификации отходов. Например, предварительная идентификация и элементарная классификация отходов разделяет их на отходы потребления и отходы производства [1, 2], первые из которых пригодны к повторной переработке или к газификации.
Образование летучих токсичных элементов в результате сжигания органических материалов, имеющих в своём составе большую часть полимерных отходов, — неизбежная и очень крупная проблема, требующая решения.
Токсичные элементы в продуктах горения образуются в результате значительной вариативности элементного состава отходов неприродного происхождения. В среднем в РФ отходы можно разделить на следующие фракции: бумага — 38%, древесные отходы — 2%, ткань — 5%, кожаные и резиновые отходы — 1%, пластмассы и другие полимерные отходы — 7%, оставшуюся часть составляют отходы минерального происхождения [3]. Стоит отметить, что термическое разложение даже 1 кг полимеров способно выделить диоксины и канцерогены в объёме, достаточном для того, чтобы отравить воздух объёмом более 2000 м³. Данного количества отравляющих веществ в воздухе достаточно, чтобы привести к тяжёлому отравлению человека в течение всего 15 минут.
Продуктами горения полимерных материалов являются такие токсичные вещества, как формальдегид, хлористый водород, оксид углерода. Для достижения основной цели — экологической безопасности — при утилизации полимерной части твёрдых бытовых отходов (ТБО) необходимо решить множество задач научного обоснования способа переработки и её технологических особенностей.
Термодинамический анализ процесса газификации твёрдых бытовых отходов позволяет говорить о том, что сжигание ТБО — не единственная возможность утилизировать данные отходы в больших масштабах. Процесс газификации полимерной части отходов — это совокупность химических реакций, в ходе которых получается смесь газов, образованная из оксида углерода (CO), водорода, метана и диоксида углерода (CO2). Данная смесь имеет название генераторный газ, который является горючим и может быть использован как в энергетических, так и в отопительных установках.
Пиролиз ТБО — не единственная возможность утилизации отходов в больших масштабах
Существующие знания в области газификации ТБО позволяют ответить на вопрос, является ли газификация ТБО более выгодной, как с точки зрения энергоэффективности, так и с точки зрения экологии, по сравнению с прямым сжиганием данных отходов. Современные газогенераторы, работающие на ТБО в качестве топлива, которые преобразуются в генераторный газ, идущий на выработку электроэнергии, могут работать с использованием комбинированного парогазового цикла. Хотя данный цикл и является относительно эффективным, существуют проблемы по повышению КПД установок, работающих на нём [4].
Данные проблемы позволяют определить вектор дальнейших исследований в области развития газогенераторных установок, использующих твёрдые бытовые отходы в качестве топлива для газификации, их решение позволит улучшить конструкцию установок, работающих по комбинированному циклу.
Для развития технологии газификации органической части ТБО проводятся исследования с применением физико-химических воздействий, таких как управляемые температурные воздействия на топливо, вибрационные воздействия, механоактивация [5]. Исследуются теплотехнические показатели сырья, что позволяет определить границы применения различных сортов топлива. Разрабатываются новые технологии пеллетирования и брикетирования, где для спекания компонентов используются компоненты самого топлива: полиэтилен, различные пластики в составе твёрдых бытовых отходов [5].
Данные исследования и их результаты, которые сейчас подаются в виде новой семантической графовой модели представления неструктурированных данных Resource Description Framework (RDF), говорят о том, что, несмотря на низкий процент использования в Российской Федерации такого нетрадиционного источника энергии, как твёрдые бытовые отходы, технологии его использования постепенно развиваются и при должном внимании со стороны производителей топлива и потенциальных потребителей энергии, которую можно получить при использовании этого топлива, доля использования альтернативной энергии во многих регионах может увеличиться, что положительно скажется на экологической обстановке в этих регионах, а также снизит уровень потребления традиционных источников энергии [6].
