Исследователи из Института физики твердого тела РАН, Объединенного института высоких температур РАН, МФТИ и МГУ провели технико-экономическое сравнение четырех технологий переработки свалочного газа в электроэнергию и тепло. Они впервые сопоставили газопоршневые двигатели, газовые микротурбины и два типа топливных элементов — твердооксидные и расплав-карбонатные. Об этом Науке Mail сообщили в пресс-службе МФТИ.
Свалочный газ образуется при разложении органики на полигонах. Он состоит в основном из метана и углекислого газа, содержит сероводород и другие примеси. Метан в десятки раз сильнее углекислого газа влияет на парниковый эффект, но при этом его можно сжигать для получения энергии. В России, по оценкам авторов, только в Московском и Санкт-Петербургском регионах потенциал выработки электроэнергии из свалочного газа измеряется сотнями гигаватт-часов в год.
Газопоршневые двигатели сегодня — самый распространенный способ утилизации свалочного газа. У них низкая начальная стоимость и отработанная технология, но невысокий КПД и большие затраты на обслуживание. Кроме того, они образуют оксиды азота. Микротурбины экологичнее и требуют меньше обслуживания, но их КПД также невысок. Топливные элементы — электрохимические генераторы — работают без горения, дают более высокий КПД и практически не производят оксидов азота, но крайне требовательны к чистоте газа и пока дороги.
Цель нашей работы — показать, что промышленные и свалочные газы могут быть не только вечной проблемой, а, наоборот, источником прибыли. Мы решили сравнить распространенные технологии превращения метансодержащих газов в электричество по целому ряду показателей и выявить наиболее рентабельную
Ученые разработали оригинальную методику расчета, учитывающую капитальные затраты, стоимость очистки газа, срок службы оборудования и платежи за выбросы. Модель проверили на реальных данных с полигона «Тимохово» в Подмосковье, где работают пять газопоршневых двигателей мощностью 10 МВт. Расчеты подтвердили: газопоршневые двигатели пока экономически выигрывают — удельная стоимость электроэнергии в несколько раз ниже, чем у топливных элементов. Причина — высокая стоимость самих элементов и их короткий срок службы.
Однако если капитальные затраты на топливные элементы удастся снизить до $2 тысяч за киловатт, а срок службы увеличить хотя бы до десяти лет, их удельная стоимость энергии сократится с текущих $0,9–0,92 до $0,19–0,28 за киловатт-час, что уже сопоставимо с двигателями. При этом твердооксидные элементы дают самый высокий КПД, а расплав-карбонатные позволяют улавливать углекислый газ и продавать его как товарный продукт. Результаты опубликованы в журнале Fuel.
Ранее Наука Mail писала о том, что выбросы парниковых газов на свалках превысили официальные оценки.