Характер изменений в ХФУ на свалке в пенах

Характер изменений в ХФУ на свалке в пенах, извлеченных из
утилизированных холодильников. Применение результатов в
конкретных вариантах ликвидации отходов
Авторы: Ingenieurgruppe RUK
Проф. доктор инженерных наук Г. Реттенбергер и инженер
С. Урбан-Кисс (далее: „RUK‟)
по поручению
Ассоциации по контролю качества RAL по демонтажу
холодильного оборудования
[RAL-Gütegemeinschaft Rückproduktion von Kühlgeräten e.V.]
(далее: „RAL Quality Assurance Association‟)
Maрт 2012
Ingenieurgruppe RUK
Prof. Dr.-Ing. G. Rettenberger und Dipl.-Ing. S. Urban-Kiss GbR Begutachtung • Beratung • Projektplanung und Forschung für
Kreislaufwirtschaft • Deponietechnik und Altlastensanierung
Ein Unternehmen im Verbund der RUK
Stuttgart • Trier • Longuich • Luxemburg
Оглавление:
1 Предыстория
1
2 Результаты отчета от августа 2011
2
3 Разложение R-11 в недрах свалки – Конкретный случай из практики
5
4 Краткое описание основных результатов
6
4.1
Разработка методики CAR с точки зрения параметра R
6
4.2
Факторы, влияющие на параметр R, которые должны учитываться
в случае распространения методики CAR
7
Прочие замечания о методике CAR
7
4.3
Перечень таблиц:
Taблица 1: Величины параметра R, рассчитанные для различных
регионов и климатических зон и для вариантов
«максимальной величины R» и «минимальной величины R».
Список приложений:
Приложение: Расчет R для разнообразных свалок твердых отходов
6
1
1 Предыстория
В некоторых странах отходы переработки сданного в утиль холодильного
оборудования продолжают сваливать на полигонах для твердых отходов (ПДТО)1. Так
как в их состав входят изолирующие пены, содержащие пенообразующий агент R-11 из
ХФУ, то гарантировать качество переработки отходов холодильного оборудования
зачастую можно только посредством дохода, получаемого от торговли сертификатами
углеродных выбросов. Для этого сокращение углеродных выбросов в численном
выражении сравнивается с сокращением выбросов ХФУ в результате качественной
переработки при ожидаемом базовом уровне выбросов ХФУ, когда отходы
сбрасываются на ПДТО.
Согласно методике, опубликованной Резервом климатических действий (CAR) в 2010
2
году, базовая линия вычисляется сложением выбросов R11 от резки, утрамбовки
свалки, а также из материала, пока последний находится в недрах свалки. Эти выбросы
зависят от количества R11, испускаемого пеной за единицу времени, от анаэробной
микробной деградации R11 в недрах свалки до его высвобождения с поверхности
свалки. Согласно методике CAR, параметр R, который представляет собой процент
пенообразующего агента R11 в недрах свалки, но не подвергнутого анаэробной
деградации, которому присвоена величина 5%.
Экспертный отчет “Характер изменений в ХФУ в изоляционных материалах на свалке
после переработки утилизированных холодильников» был составлен RUK по
поручению Ассоциации по контролю качества RAL в августе 2011 года. Главной
целью отчета было подтверждение величины 5 %. В отчете от августа 2011 года сделан
вывод о том, что величина R=5%, указанная в методике CAR как процент
пенообразующего агента R11, выбрасываемого в недра свалки, который не подвергнут
анаэробной деградации, применима только к тем ПДТО, которые вырабатывают
небольшие количества биогаза (определенные типы моно-свалок, инертные свалки).
Если же вырабатываются значительные количества биогаза, то можно допустить, что
величины R намного превышают 5%.
Цель настоящего исследования – придать численное выражение выводам
качественного характера, сделанным в вышеуказанном экспертном отчете от августа
2011 года, путем вычислительного анализа конкретных образцовых проектов. В
настоящем исследовании будут рассмотрены следующие вопросы:
1. Подведение итогов экспертного отчета от августа 2011 года для обоснования
применения этих итогов к конкретным сценариям ликвидации отходов.
1 Термины
«полигон для ликвидации твердых отходов» и «свалка» используются в тексте как синонимы.
CAR – Резерв климатических действий (Climate Action Reserve), 2010: Протокол проекта «Озоноразрушающие
вещества США – уничтожение хранилищ озоноразрушающих веществ в США» версия 1.0, 3 февраля 2010 года и
Протокол проекта «Озоноразрушающие вещества США», версия 1.0, исправления и дополнения, 7 мая 2010 года.
2
2
2
Вычисление процента R11, не разложившегося анаэробно в недрах свалки, для
различных типов свалок, которого можно реально ожидать в будущих
проектах.
Краткое изложение основных результатов.
2
Результаты отчета от августа 2011 года
1
Согласно методике CAR, базовый уровень выбросов R11 (baseline emission или BE),
когда пена из холодильных отходов выбрасывается на свалку, вычисляется следующим
образом:
3
BE=BAxERxGWP[tCO2e]
где:
BA = количество R11 в пене до измельчения и резки.
ER = совокупная интенсивность выбросов R11 за 10 лет.
GWP = потенциал глобального потепления (ПГП) для R11.
ER есть сумма выбросов R11 во время измельчения пены (FRS), выбросы R11 во время
утрамбовки свалки (FRV) и выбросы R11 из пены на свалке в анаэробных условиях, но
4
не разложившейся (FRD) .
Выбросы R11 из пены на свалке вычисляются следующим образом:
FRD =(1 –FRS –FRV)xF xR
4
где :
FRS: процент R11, который высвобождается во время резки и измельчения
FRV: процент R11, который высвобождается во время утрамбовки
F: процент оставшегося R11, который высвобождается в анаэробных условиях
R: процент высвобожденного R11, который не разлагается в анаэробных условиях
свалки.
(Примечание: определения взяты из методики CAR и приспособлены к R11.)
Методика CAR присваивает следующие величины для R11:
FRS: 0,24 (= 24%)
FRV: 0,19 (= 19%)
3
4
Для простоты здесь приводится упрощенный вариант формулы. Правильная версия с использованием всех
индексов выглядит так: BEfoam = BAapp,R11 x ERR11,app x GWPR11
Методика CAR конкретно не оговаривает эти факторы. Использованные здесь
3
сокращения взяты из отчета RUK, август 2011.
F: 0,35 (= 35%)
R: 0,05 (= 5%)
Величины высвобожденного из пены R11 и, следовательно, величины параметров FRS
и F не входили в техническое задание отчета от августа 2011 года. Делается
предположение, что они правильные и используются здесь такими, как они есть.
Остальные параметры были оценены в отчете за август 2011 года. Результаты
приводятся ниже:
FRV: величина 19%, использованная в методике CAR, взята из Fredenslund et al.
5
2005 . Fredenslund et al. вычисляют эту величину как сумму выбросов во время
утрамбовки пены и во время последующей аэробной фазы. Fredenslund et al. сами
утверждают, что вычисления нуждаются в подтверждении с помощью замеров.
Необходимое подтверждение было получено в отчете RUK в августе 2011 года со
следующими результатами:
− требуется экспериментальное подтверждение для выбросов R11 во время
утрамбовки пены. Результат должен быть включен в методику CAR. Описаны
предложения о возможном осуществлении такого подтверждения;
− так как экспериментальное подтверждение выбросов R11 во время последующей
анаэробной фазы невозможно, то эти выбросы будут и впредь определяться
вычислениями. Предположения, сделанные Fredenslund et al. относительно
длительности аэробной фазы, не соответствуют действительности и должны быть
скорректированы с учетом реальных условий свалки.
Помимо этих выводов, сделанных в отчете за август 2011 года, следует отметить, что
объем выбросов R11 во время утрамбовки пены, очевидно, зависит от объема R11
высвободившегося во время резки и измельчения пены. Оба выброса – следствие
разрушения ячеистой структуры пены. Если пена доставляется на свалку только после
минимального измельчения (т.е. ячеистая структура пены неизменна), то количество
R11, высвобожденного во время трамбовки на свалке, очевидно, гораздо больше, чем
когда пена доставляется на свалку уже после значительного измельчения и ее ячеистая
структура совершенно разрушена.
5
Fredenslund et al., 2005: «Ликвидация холодильников и морозильников в США – текущая практика – 2. Определение
содержания пенообразовательных агентов в пене до и после измельчения и моделирование» в сборнике
«Консорциум по исследованию бытовых приборов» (Hrsg.): ЛИКВИДАЦИЯ ХОЛОДИЛЬНИКОВ и
МОРОЗИЛЬНИКОВ в США – ТЕКУЩАЯ ПРАКТИКА (EPA Grant # CXA831729-01-0), представлено Лоуренсом
Ветье, Консорциум по исследованию бытовых приборов, апрель 2005.
4
(Disposal of Refrigerators-Freezers in the U. S.: State of Practice – 2. Determination of the content of blowing agent in preand post-shredded foam and modelling, in: Appliance Research Consortium (Hrsg.): DISPOSAL OF REFRIGERATORSFREEZERS IN THE US: STATE OF THE PRACTICE (EPA Grant # CXA831729-01-0), Submitted by Lawrence R.
Wethje, P.E. of the Appliance Research Consortium, April 2005)
R:
6
Величина 5%, использованная в методике CAR и взятая из Scheutz et al. 2007 ,
основана на экспериментально полученной величине. При вычислении R константа
первого порядка для анаэробной деградации R11 в недрах свалки (k1) была принята в
десять раз меньше, чем показывают лабораторные эксперименты (т.e., соответственно,
период полураспада анаэробной деградации R11 был в десять раз дольше).
Допущения, сделанные Scheutz et al. 2007, были подвергнуты экспериментальной и
вычислительной проверке в отчете за август 2011 года, который подготовил RUK, и
выглядят следующим образом:
− подтверждено допущение, сделанное Scheutz et al. 2007, о том, что период
полураспада анаэробной деградации R11 был в десять раз дольше, чем показывают
лабораторные эксперименты.
− Величина 5% для параметра R ожидается только внутри свалки, вырабатывающей
очень малое количество биогаза. Пример такой свалки – моно-свалка для
7
измельченных отходов, исследованная Scheutz et al. 2010 . Величина 5% для
параметра R оправдана только для подобных условий.
− Следовательно, должна быть избрана величина допущения для R, чтобы отражать
тип конкретной свалки. Лишь в очень редких случаях тип моно-свалки, принятый в
методике CAR, дает результаты, соответствующие выбросам базовой линии.
− Следовательно, величина допущения для R должна отражать конкретный тип свалки
и может быть вычислена с использованием:
10
y
r
ε
R = ∑ ⋅ EXP ( −k1 ⋅
Y=1 rtot q D,y
a
)
гдe:
y=
от 1 дo 10 выражает сумму за десятилетие (тот же период использован в
методике CAR для определения параметра ER).
ry =
годовая интенсивность выбросов R11 из измельченной пены в год у,
выраженная в граммах на м3 свалки и годе.
rtot =
годовая интенсивность выбросов R11 из измельченной пены за весь
десятилетний период, выраженная в граммах на м3 свалки и годе.
6
Charlotte Scheutz, Anders M. Fredenslund, Hans Mosbæk, and Peter Kjeldsen, Yutaka Dote, 2007: Attenuation of
Fluorocarbons Released from Foam Insulation in Landfills, in: Environ. Sci. Technol., 2007, 41 (22), pp 7714–7722
American Chemical Society
7
Scheutz C, Fredenslund AM, Nedenskov J, Kjeldsen P, 2010: Release and fate of
5
fluorocarbons in a shredder residue landfill cell: 1. Laboratory experiments, in: Waste management (New York, N.Y.),
30(2010), 2153-2162 and: Scheutz C, Fredenslund AM, Nedenskov J, Kjeldsen P, 2010: Release and fate of fluorocarbons in
a shredder residue landfill cell: 2. Field investigations, in Waste management (New York, N.Y.), 30(2010), 2163-2169
k1 =
Константа первого порядка для деградации R11 в газовой фазе = ln2/t1/2 , где
t1/2 - период полураспада R11 в газовой фазе.
qD,y =
Удельный выброс биогаза в год у. Он равен удельной интенсивности
образования биогаза в кубометрах на кубометр свалки и годе.
εa =
Парциальный объем, занимаемый газом в недрах свалки (единица измерения:
кубометр газа на кубометр свалки).
qD,y вычисляется с помощью прогнозов биогаза для типа свалки, на которую будут
привезены холодильные отходы, если не производилось рециклирование
Вычисление деградации R11 в недрах свалки. Случаи из практики.
Вычисление R для различных полигонов твердых отходов описано в приложении.
Вычисление основано на модели прогнозирования биогаза, которая используется в
проектах CDM и JI для вычисления количества метана, который будет выброшен из
свалки при отсутствии проектной деятельности. Модель та же, что одобрена Рамочной
конвенцией ООН об изменении климата (UNFCCC).
Величины R, вычисленные по модели прогнозирования газа, приведены ниже в
таблице. Вычисления были выполнены для различных регионов в разных
климатических зонах и включенных в максимальный сценарий (наибольшая величина
R) и в минимальный сценарий (наименьшая величина R).
− минимальный сценарий – для моно-свалки с измельченными отходами, как
предполагается по методике CAR.
– максимальный сценарий - для полигона твердых отходов с муниципальными
отходами которые не прошли предварительной биологической обработки.
Два этих крайних случая задают ожидаемые пределы для величин R. Типы свалок с
величинами R выше максимальной или ниже минимальной, тем не менее, возможны в
исключительных случаях.
Все прогнозы для газа, вычисленные в приложениях, относятся к свалкам, не имеющим
систем улавливания газов.
6
Taблица 1:
Величины параметра R, вычисленные для различных регионов и
климатических зон и для сценариев максимального и минимального R
Место
Максимум (Eвропа:
Центральная; без
предварительной биологической
обработки)
Eвропа: Северная
Aзия: южная-центральная
Aфрикa: южная
Aмерикa: центральная
Aзия: Западная и Ближний
Восток
Mинимум (моно-свалка для
измельченных отходов – как
допускает методика CAR)
Климатические зоны
Процент высвобожденного
пенообразующего агента ОРВ
(здесь - R11), не
деградировавшего в анаэробных
условиях свалки (R)
Умеренный влажный
83,6 %
Умеренный влажный
Влажный и влажный
тропический
Умеренный влажный
Сухой тропический
64,2 %
Влажный тропический
48,3 %
(без существенного
влияния)
5,0 %
4
Краткое изложение основных результатов
4.1
Разработка методики CAR с точки зрения параметра R
62,9 %
61,9 %
55,2 %
Методика CAR применима в нынешнем неизменном виде, только если проект
(качественная переработка холодильных отходов) приходит на замену выбрасыванию
на свалку, на которой отходы бытовых приборов ликвидируются на моно-свалке для
измельченных отходов или на полигоне для твердых отходов при сравнительно
малоактивной микробной деятельности. Однако свалки такого типа очень редко
представляют базовый уровень. Самый распространенный базовый сценарий – это
ликвидация муниципальных твердых отходов на типичной для данной страны свалке.
Согласно приведенным здесь вычислениям, параметр R в этом случае будет в 10-15 раз
выше, чем для моно-свалки с измельченными отходами.
Представленные здесь результаты вычислений для свалок, типичных для определенной
страны или региона, можно включить в методику CAR в виде выборочной таблицы. В
тех случаях, когда ни один из типов свалки, перечисленных в таблице, не применим,
параметр R нужно будет вычислять индивидуально.
Эти индивидуальные вычисления могут включать в себя любые условия,
использованные для вычислений примеров в выборочной таблице. Такие изменчивые
условия могут включать, но не ограничиваться:
- регионом, где находится свалка
- прочие факторы, имеющие значительное воздействие на состав отходов
климатические условия на местности, где находится
свалка
7
-
прочие факторы, имеющие значительное влияние на
микроорганизмы в недрах свалки
-
любые системы улавливания газа, применяемые на месте. (Если системы
улавливания газа используются параллельно с газовым двигателем или
факелом, то до 40% газа может быть уловлено и сожжено в контролируемых
условиях.)
Условия сжигания, обычно зависящие от применяемой технологии, предполагают,
что почти весь R11 окислится и соответственно перестанет быть парниковым газом.
Это количество R11 должно быть вычтено из R.)
Факторы, влияющие на параметр R, которые следует учитывать при
распространении методики CAR в будущем
Для вычисления величины R, следует суммировать выбросы R11 за десять отдельных
лет. Выбросы R11 за один отдельный год будут зависеть от двух следующих
4.2
8
факторов :
− количество R11, высвобожденное из пены в недра свалки в данный год .
− количество R11, высвобожденное из недр свалки в данный год.
Вычисление временной зависимости высвобождения R11 из пены было основано на
9
исследовании Kjeldsen et al. 2001 , которое было также использовано в методике
CAR для определения параметра F. Если основа, на которой был вычислен F в
методике CAR в будущем изменится, то это также повлияет на параметр R, поскольку
в результате изменится интенсивность высвобождения R11.
Вычисления также включают прочие допущения, которые возможно понадобиться
скорректировать с учетом местных условий. К ним относятся допущения о том, что газ
в недрах свалки занимает парциальный объем 26% и что плотность недр свалки
составляет 1 Mg/m³.
4.3
Прочие замечания по методике CAR
Для проверки параметра FRV (выбросы R11 во время утрамбовки свалки) должны
проводится обширные исследования и эти исследования вполне могут учитывать
зависимость от параметра FRS (выбросы R11 во время измельчения).
Так как оба параметра - FRV и FRS взаимозависимы, любое изменение в FRS приведет к
изменению FRV.
8 Константа
первого порядка для деградации R11 (k1) была изучена в отчете в августе 2011 года. Было доказано, что k1 не
оказывает значительного влияния на выбросы R11.
Peter Kjeldsen and Morten Hjorth Jensen, 2001: Release of CFC-11 from Disposal of Polyurethane Foam Waste, in: Environ.
Sci. Technol., 2001, 35 (14), page 3055–3063 (“Высвобождение ХФУ-11 при ликвидации отходов полиуретановой
пены”)
9
8
Штутгарт, март 2012
Проф. доктор инженерных
наук Г. Реттенбергер и
инженер
При помощи Р. Шнайдера
С. Урбан-Кисс