2007 m. balandžio mėnesį vykusio kasmetinio Atliekų tvarkymo forumo (Abfallforum) Kaselyje (Vokietija) pagrindinė tema buvo - biodegraduojamų atliekų ir antrinių žaliavų tvarkymas. Daugybės pranešimų metu buvo supažindinama su esama atliekų tvarkymo padėtimi Vokietijoje bei ES, pristatomos naujausios technologijos, o taip pat diskutuojama apie įvairius biodegraduojamų atliekų tvarkymo variantus bei jų efektyvumą ir ekonomiškumą. Nepaisant daugybės skirtingų nuomonių dėl atskirų biodegraduojamų atliekų tvarkymo technologijų ar išsakytos kritikos teisės aktams, reglamentuojantiems biomasės bei jos atliekų panaudojimą, konferencijoje buvo aiškiai juntamos kelios pagrindinės tendencijos, būtent:
- biodegraduojamų atliekų tvarkymas išgaunant energiją turi didėti;
- kompleksinės atliekų rūšiavimo sistemos, dėl tobulėjančios technikos turi paprastėti (pvz., Kaselio mieste iki 2011 metų konteinerinę atliekų tvarkymo sistemą turi sudaryti tik dviejų rūšių konteineriai: šlapioms/drėgnoms ir sausoms mišrioms atliekoms (beje, tokią sistemą iš dalies įgalino veikianti pakuočių depozito sistema)).
Nors ir ne visos konferencijoje nuskambėjusios temos šiuo metu yra aktualios Lietuvai, vis tik, Vokietijos pavyzdys galėtų puikiai pasitarnauti kuriant lietuvišką biodegraduojamų atliekų tvarkymo sistemą. Deja, būtent šioje srityje daugelyje Lietuvos rajonų šiuo metu vyrauja nežinia ir pasimetimas. Biodegraduojamų atliekų tvarkymas nėra vien tik būtinybė vykdant ES įsipareigojimus, bet, tuo pačiu, gali nešti akivaizdžią ekonominę bei aplinkosauginę naudą tiek kaip atsinaujinantis energijos šaltinis, tiek kaip antrinė žaliava.
Kokie gi pagrindiniai biodegraduojamų atliekų ar apskritai biomasės perdirbimo keliai? Kiekvienais metais panaudojant biomasę įvairiuose ūkio šakose lieka didžiuliai kiekiai medžiagos ir joje esančios energijos. Dalis šių biomasės atliekų kiekių sunaudojama savo kasdieninėms reikmėms. Pvz., Šveicarijoje kasmet perdirbama apie 60 mln. tonų biomasės, kurių energetinė vertė siekia virš 60.000 GWh. Didžiausia dalimi tai yra pašarų bei maistinių kultūrų auginimas bei importas. Mediena siekia mažiau nei 20%. Naudojant biomasę visuomet susidaro ir atliekos. Žemės ūkyje susidarančios atliekos arba tiesiog lieka gulėti laukuose, arba mėšlo formoje vežamos ir paskirstomos laukuose. Be to, Šveicarijoje per metus susidaro apie 3 mln. tonų atskirai surenkamų buitinių biodegraduojamų atliekų, kurios gali būti tikslingai perdirbtos.
Fizikiniais-cheminiais arba biologiniais metodais biomasė gali būti techniškai perdirbta į CO2 ir vandenį. Abiem atvejais perdirbimas gali vykti vienu arba dviem etapais: vieno etapo atveju (pvz., deginimas arba kompostavimas) medžiaga nuo pat pradžių kontaktuoja su deguonimi. Dviejų etapų perdirbimo atveju (pvz. pirolizė arba biodujų bei alkoholio gamyba) pirmasis žingsnis vyksta anaerobiškai. Kadangi tokiu būdu medžiaga negali oksiduotis, susidaro labai daug energijos turintys tarpiniai produktai, kurie antrame etape sudeginami išgaunant energiją.
Fizikinių-cheminių metodų atveju biogeninė medžiaga yra faktiškai pilnai suardoma. Tai reiškia, kad organiniai junginiai bei anorganinės maistinės medžiagos pavirsta šlaku. Šie metodai ypač tinka sausai biomasei, pvz., medienos atliekoms perdirbti. Išgarinus vandenį, visa organinėje medžiagoje esanti energija išlaisvinama, o likę pelenai ar šlakai pašalinami sąvartyne ir taip pašalinami iš natūralios medžiagų apykaitos. Šlapių atliekų atveju, kaip pvz., maisto atliekos, iš pradžių turi būti išgarinta daug vandens ir tik tada jos gali būti deginamos ar pirolizuojamos. Taigi, čia labiau prasmingi atrodo biologiniai metodai. Biologinio perdirbimo metu mikroorganizmai perdirba tas medžiagas, kurios biologiškai lengviau „suvirškinamos“. Susidaro biodujos, jei irimas vyksta anaerobinėmis sąlygomis, ir galutinis produktas kompostas. Komposte vis dar yra nemaži kiekiai sunkiai yrančių organinių junginių, svarbių humuso formavimuisi, o taip pat anorganinių maistinių ir mineralinių medžiagų, kurios kaip trąša skatina augalų augimą. Taigi, biologinių metodų atveju, biomasė toliau dalyvauja natūralioje medžiagų apykaitoje.
Pastaruoju metu dėl iškastinio kuro resursų mažėjimo išsivystė diskusija ar biodegraduojamas atliekas yra prasmingiau deginti ar naudoti biologinius metodus? Deginant maksimaliai išgaunama energija, tuo tarpu naudojant biologinius metodus, vertingos medžiagos grąžinamos į medžiagų apykaitą, o anaerobinio perdirbimo atveju, dar ir išgaunama energija biodujų formoje.
Norint atsakyti į šiuos klausimus, visų pirma reikėtų palyginti skirtingus biologinius perdirbimo būdus tarpusavyje. Mikrobiologinis irimas vyksta aerobinių arba anaerobinių mikroorganizmų dėka.
Aerobiniai organizmai, turintys savybę esant palankioms sąlygoms sparčiai daugintis (dalinimasis gali vykti kelių valandų bėgyje), perdirba daug energijos turinčią biomasę į energetiškai mažai aktyvius galutinius produktus. Tokio biologinio „deginimo“ metu, aerobiniai organizmai išskiria perteklinę šilumą į aplinką, dėl ko gerai aeruojamose komposto krūvose žymiai pakyla temperatūra. Gamtoje natūraliomis sąlygomis aerobinis irimas vyksta tik ten kur biomasė pasiskirsto plonais sluoksniais ir kur yra pastovus kontaktas su oru bei vandeniu.
Anaerobinės bakterijos, esant deguonies trūkumui, didelę dalį anglies sujungia su vandeniliu į metaną (CH4). Esant tokioms gyvybei nepalankioms sąlygoms, anaerobinės bakterijos savo poreikiams sunaudoja žymiai mažiau energijos nei aerobiniai organizmai, kas neigiamai atsiliepia jų augimui bei dauginimuisi (dalijimosi laikas - kelios dienos). Dėl šios priežasties, kaip šalutinis produktas išsiskiriančios biodujos turi daugiau nei 90 % pirminės medžiagos energijos.
Anaerobinis irimas gamtoje vyksta ten kur susidaro pakankamai dideli biomasės kiekiai ir kur deguonis negali patekti į gilesnius biomasės sankaupų sluoksnius. Tokiu būdu, kompostavimas, koks jis yra vykdomas žmogaus, yra nenatūralus procesas. Toks procesas, be techninės pagalbos bei papildomos energijos, gamtoje negalėtų optimaliai funkcionuoti. Pvz., paprasta komposto krūva sode didžiausia dalimi yra perdirbama anaerobiškai. Taip yra todėl, kad aerobinis procesas yra trijų, o anaerobinis – dviejų fazių procesai. Aerobinio proceso metu, bakterijoms be kietos fazės (atliekos) reikia vandens (t.y. skystos terpės, kurioje organizmai ir gyvena) bei deguonies (dujinė fazė), kuris gaunamas iš oro. Tuo tarpu anaerobinio irimo metu, organizmams reikalinga tik skysta ir kieta fazės, tuo tarpu biodujos yra šalutinis produktas ir tokiu būdu procesui nereikalingos.
Kadangi aerobiniam irimui reikalingos trys fazės, komposto krūvos irimas negali būti optimizuotas: įtakos turi daugybė dydžių kurie vienas kitam trukdo. Pavyzdys: jei nėra aeracijos, natūraliai prasideda anaerobiniai procesai, kurių metu išsiskiria metanas. Neoptimizuotas aerobinis/anaerobinis irimas vyksta labai lėtai bei turi neigiamos įtakos aplinkai (šiltnamio dujų išsiskyrimas). Jei aeracija vykdoma dirbtiniu būdu įdedant papildomos energijos, labai greitai pakyla temperatūra komposto krūvos viduje, dėl ko aerobinis procesas gali vykti tik ten kur neperkaršta, t.y. tik krūvos periferijoje. Jei kompostas dar labiau dirbtinai vėdinamas, temperatūra sumažėja, tačiau procesas nebevyksta dėl to, kad medžiaga išdžiuvo ir mikroorganizmams trūksta vandens. Iš kitos pusės, biologinio irimo greitį įtakoja dalelių dydis. Kuo mažesnės dalelės, tuo didesnis specifinis paviršius kuriame gali daugintis mikroorganizmai. Tačiau jei biogeninės atliekos smulkiai sumalamos, padidėja deguonies poreikis komposto krūvoje, tačiau tuo pačiu oras negali patekti į vidų, kadangi neliko porų bei tuštumų. Tokiu būdu, intensyvus aerobinis irimas nebegali vykti. Priešingu atveju, jei medžiaga paliekama nesmulkinta, dėl mažo specifinio paviršiaus, procesas vyksta per lėtai.
Jei, priešingai gamtos dėsniams, norima aerobiškai kompostuoti didelius kiekius biomasės, yra būtinos didelės techninės sąnaudos komposto vėdinimui, apvertimui ir drėkinimui. Tokiu būdu biomasėje išsaugota saulės energija prarandama išskyrusios šilumos pavidalu. Be to, reikia įdėti nemažai papildomos energijos: techniniams procesams (elektra), mašinoms (kuras) ir t.t. Priešingai kompostavimui, anaerobinio pūdymo atveju energija išsiskiria. Yra paskaičiuota, kad komposto gamybai pirminės energijos tiekiamos į vietą sunaudojama apie 700kWh / t kompost. daugiau, nei anaerobinio pūdymo atveju.
Kaip ir kompostavimo atveju, pūdymo metu be pagrindinio produkto biodujų gali susidaryti vertingas kompostas iš proceso atliekų. Šios atliekos, turinčios daugybę maistinių, mineralinių ir organinių junginių, gali būti sėkmingai panaudotos žemės ūkyje kaip trąšos. Kadangi kietų atliekų pūdymas atsirado žymiai vėliau nei kompostavimas, daugelyje Europos šalių stovi nemažai komposto įrenginių, kurių dauguma pastatyta aštuntame praeito amžiaus dešimtmetyje. Tačiau šiandien, didesni kompostavimo įrenginiai beveik nebestatomi, atsižvelgiant į atliktus ekonominius, ekologinius bei energetinius tyrimus. Tuo pačiu, esami įrenginiai daug kur modernizuojami, pastatant papildomus fermentacijos įrenginius.
Energetiškai lyginant anaerobinį pūdymą ir biomasės atliekų deginimą itin svarbus medžiagos drėgnumas. Europos šalių gyventojų buitinėse atliekose būna nuo 30 iki 60 % biodegraduojamų atliekų. Apie trečdalis šio kiekio būna skystos ar bent jau drėgnos būsenos, likusi dalis – įvairios kietos atliekos, įskaitant medieną, popierių ir kartoną. Lignino turinti mediena bei popieriaus atliekos anaerobiškai negali būti pūdomos, nes metano bakterijos lignino perdirbti negali. Kadangi ir medienos kompostavimas nėra efektyvus, tokių atliekų bei atsinaujinančių energetinių augalų deginimas yra ekologiškai prasmingiausias. Krūmai ir šakos šiuo požiūriu yra tinkamiausia žaliava biokurui.
Su šlapiomis bei drėgnomis atliekomis situacija kiek kitokia – medžiaga prieš ją sudeginant turi būti išdžiovinta. Tam reikalinga nemažai energijos. Biomasė, be papildomos energijos gali sudegti esant maždaug 3,8 MJ/kg kaloringumui. Esant didesniam vandens kiekiui, dėl susidarančių garų, liepsna yra smarkiai vėsinama ir užgęsta. Todėl biomasė, kurioje sausos medžiagos kiekis yra mažiau nei 20 %, nedega. Norint sudeginti tokią drėgną biomasę reikia papildomos energijos, kuri gaunama kartu deginant popierių, kartoną bei plastikus. Bet kokiu atveju, iš biomasės gali išsiskirti tuo daugiau laisvos energijos, kuo medžiaga yra sausesnė.
Virtuvių atliekų bei biodegraduojamų atliekų iš namų ūkių kaloringumas yra apie 17-20 MJ/kg sausos medžiagos. Pūdant, priklausomai nuo pirminės medžiagos ir proceso sąlygų, nuo 50 iki 80 % organinių junginių perdirbama į biodujas. Tuo tarpu deginant atliekas, jei jos iš pradžių išdžiovinamos, oksiduojama 100 % junginių. Taigi, priklausomai nuo atliekų sudėties ir drėgmės egzistuoja tam tikra vertė, prie kurios deginimas išskiria daugiau energijos nei pūdymas.
Skaičiavimai rodo, kad atliekų deginimo įmonėje iš biodegraduojamų atliekų gaunama tiek pat energijos kaip ir biodujų įrenginiuose tik tuo atveju, kai atliekose yra daugiau nei 25 - 30 % sausos medžiagos. Vokietijos biodegraduojamų atliekų konteineriuose, sausos medžiagos kiekis siekia apie 30-35 %. Iš šio kiekio atmetus medingas atliekas, kurios perdirbamos atskirai, sausos medžiagos kiekis būtų žymiai mažesnis nei 30 %. Todėl iš buitinių biodegraduojamų atliekų tik išskirtiniais atvejais gali būti gaunama tiek pat energijos kaip ir anaerobinio pūdymo atveju.
Taip pat svarbus ir energijos panaudojimo klausimas. Atliekų deginimo įrenginiai perdirba žymiai didesnius atliekų kiekius nei decentralizuoti biodujų įrenginiai. Deginant atliekas , susidaro labai dideli energijos kiekiai, kurie turi būti paskirstyti šiluminiuose tinkluose, kurie savo ruožtu reikalauja papildomos energijos jų statybai bei priežiūrai. Be to, šiluma negali būti akumuliuojama nuo vasaros iki žiemos. Todėl atliekų deginimo jėgainių efektyvumas dažniausiai yra gana žemas - elektros energijos nuo 3 iki 20 %, šiluminės energijos nuo 10 iki 77 %. Čia biodujų įrenginiai turi tą privalumą, kad pagamintos dujos, nepriklausomai nuo metų laiko, gali būti paduodamos į centrinį dujotekį. Taigi iš energetinės perspektyvos anaerobinis pūdymas turi aiškų privalumą.
![]()
Pav. 1. Bendra Ecoindicator 95+ taškų suma su 5 jautrumais: hm: sunkieji memetalai petnkantys į požeminį vandenį, +/- gas: su/be NH3, N2O ir H2S emisijomis į orą. No nutrients: be galimybės panaudoti kaip trąšą. Šaltinis: http://www.arbi.ch
1999 metais Šveicarijoje parengtoje studijoje buvo palygintas atviro kompostavimo (OC), visiškai uždaro kompostavimo (EC), biodujų įrenginių su papildomu aerobiniu brandinimu (DE), biodujų įrenginių su papildomu atviru (DO) ar uždaru (DP) kompostavimu, o taip pat atliekų deginimo jėgainės (IS) poveikis aplinkai. Aplinkosauginis balansas apėmė visas emisijas įrengiant reikalingą infrastruktūrą, o taip pat emisijas statant, griaunant bei eksploatuojant įrenginius. Palyginimui naudoti Šveicarijoje esančių biotechnologinių įrenginių duomenys, kurie buvo perskaičiuoti 10.000 tonų per metus perdirbimo pajėgumui. Atliekų deginimo jėgainės atveju buvo įvertinta 10.000 t biodegraduojamų atliekų su įprastu kiekiu mišrių buitinių atliekų deginimo įtaka 100.000 t pajėgumo atliekų deginimo jėgainėje. Studijos parodė, kad mažiausią poveikį aplinkai turi biodujų jėgainės su papildomu uždaru kompostavimu (žr. Pav. 1). Daugiau informacijos apie minėtą studiją bei jos rezultatus galite rasti adresu: http://www.arbi.ch/ecobalan.htm
Apibendrinant galima pasakyti, kad biodujų gamyba iš biodegraduojamų atliekų yra svarbi artimiausios ateities technologija, ypač atsižvelgiant į mažėjančius iškastinio kuro resursus. Nes kaip buvo paminėta Kaselio atliekų tvarkymo forume: jau žymiai greičiau nei daug kam norėtųsi, mes negalėsime sau leisti, kad vertinga biomasės energija būtų tuščiai prarandama kaip kompostavimo metu susidaranti šiluma arba, kita vertus, vertingos trąšos, atliekų deginimo šlakų pavidalu, būtų laidojamos sąvartynuose.
