Аналіз екологічного потенціалу впровадження спільного спалення відходів у цементних печах

Автор(и)

  • Anton Kleshchov Державний вищий навчальний заклад «Київський електромеханічний коледж» пр. Повітрофлотський, 35, м. Київ, Україна, 03037, Україна https://orcid.org/0000-0002-9412-4156
  • Dirk Hengevoss Університет прикладних наук та мистецтв Північно-Західної Швейцарії Хофакерштрассе, 30, м. Муттенц, Швейцарія, 4132, Швейцарія https://orcid.org/0000-0002-3270-7882
  • Oleg Terentiev Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0003-2523-2804
  • Christoph Hugi Університет прикладних наук та мистецтв Північно-Західної Швейцарії Хофакерштрассе, м. 30, Муттенц, Швейцарія, 4132, Швейцарія https://orcid.org/0000-0002-3035-9327
  • Artem Safiants Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056 Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Желябова, 2а, м. Київ, Україна, 03057, Україна https://orcid.org/0000-0003-4276-6947
  • Andrii Vorfolomeiev Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056, Україна https://orcid.org/0000-0001-5789-5149

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176942

Ключові слова:

спільне спалення, ресурсозбереження, цементна промисловість, викиди парникових газів, ключові бар’єри

Анотація

Технологія спільного спалення відходів у цементних печах зарекомендувала себе надійним, ефективним та зручним методом утилізації відходів (побутових та промислових). Проте країни по всьому світу зіштовхуються з наступними ключовими бар'єрами на шляху до впровадження технології сумісної переробки відходів у цементних печах: нечітке законодавство, відсутність фінансової підтримки, сприйняття громадськістю, тощо. Ці бар'єри можуть бути частково усунуті за допомогою заходів, запропонованих у цьому дослідженні.

Крім того, сортування та переробка відходів часто не проводяться систематично. Національні та міжнародні цементні компанії працюють із сучасними печами, які можуть замінити частину викопного палива та сировини відповідними потоками підготовлених відходів, які підлягають спільному спаленню. Спільне спалення відходів, що не підлягають вторинній переробці, є надійним варіантом закриття існуючих прогалин для впровадження принципів циркуляційної економіки. Ця технологія широко використовується в різних країнах Європи, але з різним екологічним впливом на навколишнє середовище. Отже, важливим є дослідити екологічний потенціал цієї технології, який є змінним для різних умов морфології відходів.

Досліджено потенційні переваги впровадження технології спільного спалення твердих побутових відходів у цементних печах. Застосовано методику оцінки викидів парникових газів для біогенних викидів при визначенні переваг та екологічного потенціалу при впровадженні технології. На прикладі української цементної промисловості визначено можливість: зменшення споживання антрацитового вугілля у виробництві клінкеру до 262 тис. т/рік; запобігання утворенню до 284 тис. т викидів CO2екв/рік від заміщення вугілля. Для сектору поводження з відходами було визначено можливий потенціал від спільного спалення: утилізація побутових відходів до 1 213 тис. тТПВ/рік; запобігання утворенню парникових газів до 111 тис. тCO2екв/рік на звалищах. Ці висновки важливі для ряду країн, оскільки ключові бар'єри для здійснення спільного спалення відходів у цементних печах є спорідненими. Результати екологічного аналізу та запропоновані заходи щодо уникнення визначених ключових бар'єрів впровадження технології можуть бути використані для умов багатьох країн

Біографії авторів

Anton Kleshchov, Державний вищий навчальний заклад «Київський електромеханічний коледж» пр. Повітрофлотський, 35, м. Київ, Україна, 03037

Кандидат технічних наук, викладач

Dirk Hengevoss, Університет прикладних наук та мистецтв Північно-Західної Швейцарії Хофакерштрассе, 30, м. Муттенц, Швейцарія, 4132

Науковий співробітник з питань сталого управління ресурсами

Школа прикладних FHNW, Інститут екопідприємництва

Oleg Terentiev, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електромеханічного обладнання енергоємних виробництв

Інститут енергозбереження та енергоменеджменту

Christoph Hugi, Університет прикладних наук та мистецтв Північно-Західної Швейцарії Хофакерштрассе, м. 30, Муттенц, Швейцарія, 4132

Доктор технічних наук, професор

Школа прикладних наук FHNW, Інститут екопідприємництва

Artem Safiants, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056 Інститут технічної теплофізики НАН України вул. Желябова, 2а, м. Київ, Україна, 03057

Кандидат технічних наук

Кафедра атомних електричних станцій та інженерної теплофізики

Відділ теплофізичних проблем систем теплопостачання

Andrii Vorfolomeiev, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056

Кандидат технічних наук, старший викладач

Кафедра електромеханічного обладнання енергоємних виробництв

Інститут енергозбереження та енергоменеджменту

Посилання

  1. Wastes generation by type of economic activity in 2005-2016. Available at: https://ukrstat.org/en/operativ/operativ2016/ns/ns_e/utv_za_ek_d_e2016.html
  2. Ukrainian National Waste Management Strategy Until 2030 Approved. Available at: http://dlf.ua/en/ukrainian-national-waste-management-strategy-until-2030-approved
  3. Waste generation by economic activities and households. Available at: https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=File:Waste_generation_by_economic_activities_and_households,_2014-1.png
  4. Demus, V., Zhechkov, R. (2014). Background Paper on Financing Waste Management in Ukraine. Regional environmental center, 8–15.
  5. Doslidzhennia okremykh pytan utylizatsiyi vidkhodiv na terytoriyi mista Kyieva. URL: http://publicaudit.com.ua/reports-on-audit/doslidgennya-okremyh-pytan-ytilizacii-vidhodiv-na-terytorii-mista-kieva
  6. Benhelal, E., Zahedi, G., Shamsaei, E., Bahadori, A. (2013). Global strategies and potentials to curb CO2 emissions in cement industry. Journal of Cleaner Production, 51, 142–161. doi: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.10.049
  7. Tchapda, A., Pisupati, S. (2014). A Review of Thermal Co-Conversion of Coal and Biomass/Waste. Energies, 7 (3), 1098–1148. doi: https://doi.org/10.3390/en7031098
  8. Xu, J., Ping, L., Cao, H., Liu, W., Gu, Y., Lin, X., Huang, J. (2019). Application Status of Co-Processing Municipal Sewage Sludge in Cement Kilns in China. Sustainability, 11 (12), 3315. doi: https://doi.org/10.3390/su11123315
  9. Karthikeyan, L., Suresh, V., Krishnan, V., Tudor, T., Varshini, V. (2018). The Management of Hazardous Solid Waste in India: An Overview. Environments, 5 (9), 103. doi: https://doi.org/10.3390/environments5090103
  10. Laboy-Nieves, E. (2014). Energy Recovery from Scrap Tires: A Sustainable Option for Small Islands like Puerto Rico. Sustainability, 6 (5), 3105–3121. doi: https://doi.org/10.3390/su6053105
  11. Mihai, F.-C. (2019). Construction and Demolition Waste in Romania: The Route from Illegal Dumping to Building Materials. Sustainability, 11 (11), 3179. doi: https://doi.org/10.3390/su11113179
  12. Galvez-Martos, J.-L., Schoenberger, H. (2014). An analysis of the use of life cycle assessment for waste co-incineration in cement kilns. Resources, Conservation and Recycling, 86, 118–131. doi: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2014.02.009
  13. Sikalidis, A., Emmanouil, C. (2019). Description and Economic Evaluation of a “Zero-Waste Mortar-Producing Process” for Municipal Solid Waste Management in Greece. Journal of Open Innovation: Technology, Market, and Complexity, 5 (3), 46. doi: https://doi.org/10.3390/joitmc5030046
  14. De Beer, J., Cihlar, J., Hensing, I. (2017). Status and prospects of co-processing of waste in EU cement plants. ECOFYS. Available at: https://cembureau.eu/media/1695/x12950-ecofys-co-processing-waste-cement-kilns-case-studies-2017-05.pdf
  15. Hasanbeigi, A., Price, L., Lu, H., Williams, C. (2012). International best practices for pre-processing and co-processing municipal solid waste and sewage sludge in the cement industry. In European council for an energy efficient economy. Industrial Summer Study proceedings. ECEEE. Available at: https://www.eceee.org/library/conference_proceedings/eceee_Industrial_Summer_Study/2012/2-sustainable-production-design-and-supply-chain-initiatives/international-best-practices-for-pre-processing-and-co-processing-municipal-solid-waste-and-sewage-sludge-in-the-cement-industry/
  16. Romero-Hernández, O., Romero, S. (2018). Maximizing the value of waste: From waste management to the circular economy. Thunderbird International Business Review, 60 (5), 757–764. doi: https://doi.org/10.1002/tie.21968
  17. Hasanbeigi, A., Lu, H., Williams, C., Price, L. (2012). International Best Practices for Pre-Processing and Co-Processing Municipal Solid Waste and Sewage Sludge in the Cement Industry. Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory. doi: https://doi.org/10.2172/1213537
  18. MSW co-processing in China. Available at: https://www.cemnet.com/Articles/story/153118/msw-co-processing-in-china.html
  19. UkrCement. Association of Cement Producers of Ukraine. Available at: http://ukrcement.com.ua/en/
  20. Ukraine Cement Production. Available at: https://tradingeconomics.com/ukraine/cement-production
  21. Waste incineration. Available at: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=LEGISSUM%3Al28072
  22. Weerasak, T., Sanongraj, S. (2015). Potential of Producing Refuse Derived Fuel (RDF) from Municipal Solid Waste at Rajamangala University of Technology Isan Surin Campus. Applied Environmental Research, 37 (2), 85–91.
  23. Schwarzböck, T., Aschenbrenner, P., Spacek, S., Szidat, S., Rechberger, H., Fellner, J. (2018). An alternative method to determine the share of fossil carbon in solid refuse-derived fuels – Validation and comparison with three standardized methods. Fuel, 220, 916–930. doi: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.12.076
  24. Combustion of Fuels - Carbon Dioxide Emission. Available at: https://www.engineeringtoolbox.com/co2-emission-fuels-d_1085.html
  25. Sarc, R., Pomberger, R., Lorber, K. (2017). Innovative Technical Solutions for Reduction of Waste Fuel Specific Emissions in Cement Plant. Neuruppin, 475–497.
  26. Types (Ranks) of Coal. Available at: https://www.stovesonline.co.uk/coal-types.html
  27. Greenhouse Gas Emissions Estimation Methodologies for Biogenic Emissions from Selected Source Categories: Solid Waste Disposal Wastewater Treatment Ethanol Fermentation. Available at: https://www3.epa.gov/ttnchie1/efpac/ghg/GHG_Biogenic_Report_draft_Dec1410.pdf
  28. Municipal Solid Waste in Ukraine: Development Potential. Scenarios for developing the municipal solid waste management sector. Available at: https://www.ifc.org/wps/wcm/connect/24f11a48-d7a0-4970-9bd1-37ff9244f60e/21.+Municipal+Solid+Waste+in+Ukraine+DEVELOPMENT+POTENTIAL+Scenarios+for+developing+the+municipal+solid+waste+management+sector+.pdf?MOD=AJPERES&CVID=lNpD-tO
  29. Jeon, E.-J., Bae, S.-J., Lee, D.-H., Seo, D.-C., Chun, S.-K., Lee, N. H., Kim, J. Y. (2007). Methane Generation Potential and Biodegradability of MSW Components. Proceedings Sardinia 2007, Eleventh International Waste Management and Landfill Symposium S. Margherita di Pula. Cagliari. Available at: http://www.web-resol.org/textos/195.pdf
  30. Gendebien, A., Leavens, A., Blackmore, K., Godley, A., Lewin, K., Whiting, K. J. et. al. (2003). Refuse Derived Fuel, Current Practice and Perspectives. CISA, Environmental Sanitary Engineering Centre, Report CO 5087-4. In: European Commission – Directorate General Environment. Swindon, 33–38.
  31. Násner, A. M. L., Lora, E. E. S., Palacio, J. C. E., Rocha, M. H., Restrepo, J. C., Venturini, O. J., Ratner, A. (2017). Refuse Derived Fuel (RDF) production and gasification in a pilot plant integrated with an Otto cycle ICE through Aspen plus™ modelling: Thermodynamic and economic viability. Waste Management, 69, 187–201. doi: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.08.006
  32. Colucci, M., Epstein, P., Bartley, B. (1993). A Comparison of Metal and Organic Concentrations in Cement and Clinker Made with Fossil Fuels to Cement and Clinker Made with Waste Derived Fuels. MI: NSF International, 5–18.
  33. Germaneau, B., Bollotte, B., Defossé, C. (1993). Leaching of Heavy Metals by Mortar Bars in Contact with Drinking and Deionized Water. In Portland Cement Association Symposium – Concrete in the global environment, 1–4.
  34. Kanare, H., West, P. (1993). Leachability of Selected Chemical Elements from Concrete. In Portland Cement Association Symposium – Concrete in the global environment, 6–8).
  35. Thielen, G., Spanka, G., Rechenberg, W. (1993). Leaching characteristics of cement bound materials containing organic substances and inorganic trace element. In Portland Cement Association Symposium – Concrete in the global environment.
  36. Cembureau (2005). Trace Elements Leaching from Concrete and the Use of Alternative Resources.
  37. A study of the characteristic leaching behaviour of hardened concrete for use in the natural environment (1999). European Committee for Standardization.
  38. Guidelines for Co-Processing Fuels and Raw Materials in Cement Manufacturing (2014). Cement Sustainability Initiative (CSI). Available at: https://docs.wbcsd.org/2015/10/CSI_Co-Processing_Fuels_and_Raw_Materials.pdf
  39. ISCC 205 Greenhouse Gas Emissions. Available at: https://www.iscc-system.org/wp-content/uploads/2017/02/ISCC_205_GHG_Emissions_3.0.pdf
  40. ISCC 203-01 Guidance for the Certification of Co-Processing. Available at: https://www.iscc-system.org/wp-content/uploads/2017/02/ISCC-Guidance-Document-203-01_Co-processing-requirements.pdf

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-08-28

Як цитувати

Kleshchov, A., Hengevoss, D., Terentiev, O., Hugi, C., Safiants, A., & Vorfolomeiev, A. (2019). Аналіз екологічного потенціалу впровадження спільного спалення відходів у цементних печах. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (100), 13–21. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.176942

Номер

Том 4 № 10 (100) (2019): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Anton Kleshchov, Dirk Hengevoss, Oleg Terentiev, Christoph Hugi, Artem Safiants, Andrii Vorfolomeiev

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.