Оцінка техніко-економічної доцільності генерації електроенергії, отриманої шляхом переробки відпрацьованих шин

Автор(и)

  • Сергій Валерійович Бойченко Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-2489-4980
  • Ігор Олегович Куберський 10 Хіммотологічний центр, Україна https://orcid.org/0000-0002-3800-8484
  • Ірина Олександрівна Шкільнюк Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-8808-3570
  • Олександр Валерійович Данілін Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0003-3207-1156
  • Анатолій Іванович Крючков Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна https://orcid.org/0000-0002-2234-0546
  • Віктор Петрович Розен Інститут загальної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-0440-4251
  • Артем Анатолійович Хотян Громадська організація "Науково-технічна спілка хіммотологів", Україна https://orcid.org/0000-0003-1676-0752
  • Наталія Іванівна Соколовська Інститут загальної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0002-2175-0658
  • Анна Валеріївна Яковлєва Громадська організація "Науково-технічна спілка хіммотологів", Україна https://orcid.org/0000-0002-7618-7129
  • Максим Вікторович Павловський Національний транспортний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-0933-7326

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313823

Ключові слова:

переробка шин, піроліз, термічна деградація, механічне подрібнення, відновлювані джерела енергії, хіммотологія

Анотація

Об’єктом дослідження є гібридна енергетична система, що інтегрує процеси переробки відпрацьованих шин з використанням альтернативних джерел енергії для створення стійкої та екологічно безпечної системи генерації електроенергії.

Проблема, яка розглядається у цьому дослідженні, полягає у пошуку ефективних методів переробки відпрацьованих шин задля генерації електроенергії, оскільки традиційні методи утилізації є енергозатратними і призводять до втрати цінних ресурсів.

Розглянуто три методи переробки шин: піролізу, термічної деградації та механічне подрібнення. Метод генерації електроенергії з використання піролізу продемонстрував високі екологічні показники завдяки значному зменшенню викидів парникових газів та високому коефіцієнту відновлюваної енергії (80 %). За результатами дослідження використання піролізних печей потужністю 5 МВт у поєднанні із сонячними панелями на 500 кВт забезпечує зниження залежності від викопних джерел, зменшуючи викиди CO2 до 50.0 кг/рік. Метод має високі капітальні витрати (NPC 4.2 млн $), проте вартість виробництва енергії (COE 0.18 $/кВт·год) робить цей метод конкурентоспроможним у довгостроковій перспективі. Термічна деградація забезпечує збалансований підхід з точки зору енергетичної ефективності (75 %) та екологічних показників. Хоча її викиди CO2 вищі, ніж у піролізі, метод дозволяє отримувати додаткові продукти, що можуть бути використані в інших галузях промисловості, підвищуючи економічну ефективність. Механічне подрібнення відзначається найнижчими усередненими витратами на енергію (0.12 $/кВт·год) та найменшими викидами CO2 (30.0 кг/рік), що робить його ідеальним для підприємств, орієнтованих на економічність.

Дослідження підтверджує можливість ефективної інтеграції відновлюваних джерел з методами переробки шин.

Практичне використання результатів дослідження можливе під час реалізації грантових проектів переробки відпрацьованих шин, та у роботі відповідних урядових структур для розробки політики утилізації відпрацьованих шин

Біографії авторів

Сергій Валерійович Бойченко, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Доктор технічних наук, професор

Кафедра автоматизації електротехнічних та мехатронних комплексів

Навчально-науковий інститут енергозбереження та енергоменеджменту

Ігор Олегович Куберський, 10 Хіммотологічний центр

Начальник відділу

Ірина Олександрівна Шкільнюк, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Кандидат технічних наук, завідувачка лабораторії

Науково-дослідна інтерактивна лабораторія діагностування експлуатаційних матеріалів в енергетиці та транспорті

Олександр Валерійович Данілін, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра автоматизації електротехнічних та мехатронних комплексів

Анатолій Іванович Крючков, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра геоінженерії

Віктор Петрович Розен, Інститут загальної енергетики НАН України

Доктор технічних наук, професор

Науково-організаційний відділ

Артем Анатолійович Хотян, Громадська організація "Науково-технічна спілка хіммотологів"

Асистент

Наталія Іванівна Соколовська, Інститут загальної енергетики НАН України

Доктор філософії в галузі знань публічного управління та адміністрування, завідувачка відділу

Науково-організаційний відділ

Анна Валеріївна Яковлєва, Громадська організація "Науково-технічна спілка хіммотологів"

Кандидат технічних наук, старший дослідник

Максим Вікторович Павловський, Національний транспортний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічної експлуатації автомобілів та автосервісу

Посилання

  1. Bondarenko, I. V., Kutnyashenko, О. І., Rudyk, Y. І., Solyonyj, S. V. (2019). Modeling the efficiency of waste management. NEWS of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan, 2 (434), 120–130. https://doi.org/10.32014/2019.2518-170x.45
  2. Tokarchuk, D., Pryshliak, N., Yaremchuk, N., Berezyuk, S. (2023). Sorting, Logistics and Secondary Use of Solid Household Waste in Ukraine on the Way to European Integration. Ecological Engineering & Environmental Technology, 24 (1), 207–220. https://doi.org/10.12912/27197050/154995
  3. Boichenko, S. V., Ivanchenko, O. V., Leida, K., Frolov, V. F., Yakovlieva, A. V. (2019). Ekolohistyka, retsyklinh i utylizatsiya transportu. Kyiv: NAU, 266. Available at: https://er.nau.edu.ua/handle/NAU/43615
  4. Boichenko, S. V., Maksymenko, O. E., Yakovlieva, A. V., Khrutba, V. O., Ziuziun, V. I., Danilin, O. V. (2022). Osnovy enerhotekhnolohiy v ekolohistychnomu aspekti. Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho, 229. Available at: https://ela.kpi.ua/items/f20a1dd2-2f5b-4ef7-b0a3-1cd807c595fa
  5. Hrynyshyn, K. O., Skorokhoda, V. Y., Chervinskyy, T. I. (2021). Composition and properties of pyrocondensate of pyrolysis wear tires. Chemistry, Technology and Application of Substances, 4 (2), 28–32. https://doi.org/10.23939/ctas2021.02.028
  6. Hrynyshyn, K. О., Skorohoda, V. Y., Chervinskyy, Т. І. (2023). Polyethylene waste – raw material for the production of motor fuels components. Chemistry, Technology and Application of Substances, 6 (2), 55–60. https://doi.org/10.23939/ctas2023.02.055
  7. Toruan, L. N. L., Tallo, I., Saraswati, S. A. (2021). Sebaran Sampah Pantai di Pulau Timor, Nusa Tenggara Timur: Kajian pada Pantai Rekreasi. Jurnal Wilayah Dan Lingkungan, 9 (1), 92–108. https://doi.org/10.14710/jwl.9.1.92-108
  8. Bendiuh, V., Markina, L., Matsai, N., Kyrpychova, I., Boichenko, S., Priadko, S. et al. (2023). Integrated method for planning waste management based on the material flow analysis and life cycle assessment. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (121)), 6–18. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.273930
  9. Loriia, M., Tselishchev, O., Eliseyev, P., Porkuian, O., Hurin, O., Abramova, A., Boichenko, S. (2022). Principles and stages of creation of automatic control systems with a model of complex technological processes. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (6 (120)), 20–29. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.270519
  10. Bondarenko, I., Dudar, I., Yavorovska, O., Ziuz, O., Boichenko, S., Kuberskyi, I. et al. (2021). Devising the technology for localizing environmental pollution during fires at spontaneous landfills and testing it in the laboratory. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (10 (114)), 40–48. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.248252
  11. Yakovlieva, A., Boichenko, S., Kale, U., Nagy, A. (2021). Holistic approaches and advanced technologies in aviation product recycling. Aircraft Engineering and Aerospace Technology, 93 (8), 1302–1312. https://doi.org/10.1108/aeat-03-2021-0068
  12. Goevert, D. (2024). The value of different recycling technologies for waste rubber tires in the circular economy – A review. Frontiers in Sustainability, 4. https://doi.org/10.3389/frsus.2023.1282805
  13. Maryoto, N. dan A. (2010). The use of waste tire shred for ready mix fiber concrete of pavement. Dinamika Rekayasa, 6 (1).
  14. Khlibyshyn, Yu. Ya., Pochapska, I. Ya., Hrynyshyn, O. B., Nahurskyi, A. O. (2014). Doslidzhennia modyfikatsiyi dorozhnikh bitumiv humovoiu krykhtoiu. Visnyk Natsionalnoho universytetu «Lvivska politekhnika», 787, 144–148. Available at: https://ena.lpnu.ua:8443/server/api/core/bitstreams/27d95bd6-9622-4264-a773-9c80c342cd7e/content
  15. Goksal, F. P. (2022). An economic analysis of scrap tire pyrolysis, potential and new opportunities. Heliyon, 8 (11), e11669. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11669
  16. Sasov, O. (2015). Analysis of methods of worn car pneumatic tires recycling. Bulletin of TNTU, 77 (1), 161–167. Available at: https://visnyk.tntu.edu.ua/pdf/77/133.pdf
  17. Bryhadyr, I. V., Panova, I. V. (2020). Role of Legislation and State Policy in Minimizing the Impact of Threats to Environmental Safety in the Automobile Transport Sector. Bulletin of Kharkiv National University of Internal Affairs, 91 (4), 49–58. https://doi.org/10.32631/v.2020.4.04
  18. Abdullah, Z. T. (2024). Remanufactured waste tire by-product valorization: Quantitative–qualitative sustainability-based assessment. Results in Engineering, 22, 102229. https://doi.org/10.1016/j.rineng.2024.102229
  19. Czarna-Juszkiewicz, D., Kunecki, P., Cader, J., Wdowin, M. (2023). Review in Waste Tire Management – Potential Applications in Mitigating Environmental Pollution. Materials, 16 (17), 5771. https://doi.org/10.3390/ma16175771
  20. Kabakçi, G. C., Aslan, O., Bayraktar, E. (2022). A Review on Analysis of Reinforced Recycled Rubber Composites. Journal of Composites Science, 6 (8), 225. https://doi.org/10.3390/jcs6080225
  21. Fan, Y. V., Čuček, L., Krajnc, D., Klemeš, J. J., Lee, C. T. (2023). Life cycle assessment of plastic packaging recycling embedded with responsibility distribution as driver for environmental mitigation. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 31, 100946. https://doi.org/10.1016/j.scp.2022.100946
  22. Machin, E. B., Pedroso, D. T., de Carvalho, J. A. (2017). Technical assessment of discarded tires gasification as alternative technology for electricity generation. Waste Management, 68, 412–420. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2017.07.004
  23. Yeh, C.-K., Yeh, R.-H. (2023). Combustion of scrap waste tires of a cogeneration plant. Journal of Marine Science and Technology, 31 (1). https://doi.org/10.51400/2709-6998.2680
  24. Machin, E. B., Pedroso, D. T., de Carvalho, J. A. (2017). Energetic valorization of waste tires. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 68, 306–315. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.09.110
  25. Laboy-Nieves, E. (2014). Energy Recovery from Scrap Tires: A Sustainable Option for Small Islands like Puerto Rico. Sustainability, 6 (5), 3105–3121. https://doi.org/10.3390/su6053105
  26. Abdallah, R., Juaidi, A., Assad, M., Salameh, T., Manzano-Agugliaro, F. (2020). Energy Recovery from Waste Tires Using Pyrolysis: Palestine as Case of Study. Energies, 13 (7), 1817. https://doi.org/10.3390/en13071817
  27. Kandasamy, J., Gökalp, I. (2014). Pyrolysis, Combustion, and Steam Gasification of Various Types of Scrap Tires for Energy Recovery. Energy & Fuels, 29 (1), 346–354. https://doi.org/10.1021/ef502283s
  28. Mouneir, S. M., El-Shamy, A. M. (2024). A review on harnessing the energy potential of pyrolysis gas from scrap tires: Challenges and opportunities for sustainable energy recovery. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 177, 106302. https://doi.org/10.1016/j.jaap.2023.106302
Оцінка техніко-економічної доцільності генерації електроенергії, отриманої шляхом переробки відпрацьованих шин

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-10-31

Як цитувати

Бойченко, С. В., Куберський, І. О., Шкільнюк, І. О., Данілін, О. В., Крючков, А. І., Розен, В. П., Хотян, А. А., Соколовська, Н. І., Яковлєва, А. В., & Павловський, М. В. (2024). Оцінка техніко-економічної доцільності генерації електроенергії, отриманої шляхом переробки відпрацьованих шин. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(8 (131), 6–21. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.313823

Номер

Том 5 № 8 (131) (2024): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Sergii Boichenko, Ihor Kuberskyi, Iryna Shkinuk, Oleksandr Danilin, Anatoliy Kryuchkov, Viktor Rozen, Artem Khotian, Nataliia Sokolovska, Anna Yakovlieva, Maksym Pavlovskyi

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.