Mogućnosti i efekti korišćenja otpadnih materijala kao energenata u cementnoj industriji

Autor: Prof. dr Aleksandar Jovović, Univerzitet u Beogradu, Mašinski fakultet

Otpad predstavlja prvenstveno komunalno-zdravstveni problem, pa tek onda resurs, pri čemu bi problem trebalo rešiti, a resurs iskoristiti. S druge strane, mnoge analize ukazuju da će ovaj vek biti vek gradova, a to znači i vek otpada.

Međutim, u Republici Srbiji odvojeno sakupljanje otpada separacijom na izvoru nije dovoljno dobro organizovano, a 19% otpada, odnosno 420.000 tona godišnje, i dalje se bez značajnijeg tretmana odlaže na 7 deponija izgrađenih u skladu sa EU propisima, dok se ostatak odlaže na nesanitarne deponije.

S druge strane, tematska strategija EU o prevenciji i reciklaži otpada ima za cilj korišćenje otpada kao resursa, pre svega za dobijanje sekundarnih sirovina i energije, što je i jedan od ključeva cirkularne ekonomije.

Pri tome, ni za jedan tok otpada nema unapred definisanog najboljeg načina tretmana. Najbolje tehnike (BAT) definisane su mnogim propisima i obavezujućim preporukama. Za neke opasne otpade dozvoljen je samo termički tretman, jer samo visoke temperature i drugi odgovarajući tehnički uslovi koji vladaju u tim postrojenjima, obezbeđuju uslove razgradnje opasnih komponenti.

Primena otpada kao energenta u cementoj industriji

Cementna industrija u celom svetu teži sve većoj upotrebi alternativnih goriva za potrebe proizvodnje, kako u cilju smanjivanja energetske zavisnosti od konvencionalnih fosilnih goriva, tako i u cilju smanjenja negativnih uticaja na životnu sredinu.

Primena otpadnih materija kao alternativnih goriva u cementnoj industriji počela je 70-tih godina, i od tada broj fabrika cementa u svetu, koje koriste alternativna goriva i sirovine, raste. Razvoj procesa za tretman otpada posebno se ubrzao u Nemačkoj, kao i mnogim drugim zemljama EU donošenjem Direktive o odlaganju otpada 1999. godine, kao i restriktivnih kriterijuma posle 2005. godine u pogledu odlaganja biodegradabilnog otpada.

Da bi se ispunili ciljevi prerade biodegradabilnog otpada, bio je neophodan ubrzan razvoj predtretmana i tretmana u cilju smanjenja udela organske komponente, u čemu je korišćenje otpada u cementnoj industriji postalo izuzetno efikasno. Time su nove obaveze u pogledu odlaganja komunalnog otpada, njihova primena i primena Kjoto protokola, uz liberalizaciju energetskog tržišta, čime je inteziviran ekonomski pritisak na proizvođače/potrošače energije, tri glavna faktora koji su lansirali izuzetno povećanje korišćenja goriva dobijenog iz otpada.

Danas skoro sve velike kompanije u proizvodnji cementa i građevinskih materijala koriste otpad kao gorivo, zamenjujući i više od 70% svojih potreba za toplotnom energijom (tabela 1 i slika 1).

U Nemačkoj, među značajnim korisnicima goriva iz otpada su fabrike kompanije Cemex, Portlandzementwerk i Heidelberg Sement, u Švajcarskoj postrojenja grupacije Holderbank, dok je u Belgiji fabrika Ciments d´Obourg ukinula troškove goriva, zamenjujući klasična goriva sa 80-90% otpadom.

Slična iskustva postoje i sa postrojenjima u Italiji (kompanija Ambiente koja je potpuno adaptirala fabriku cementa u Raveni za korišćenje otpada kao goriva, te firma Cementerie Merone), Norveškoj (fabrike Dalen, Brevik, Kjopsvik, Slemmenstad), Velikoj Britaniji (kompanija Blue Circle Westbury Works koristi gorivo iz komunalnog otpada od 1977. godine, a od 1985. godine koristi kao alternativno gorivo stare automobilske gume u fabrikama BC Hope Works odnosno BC Plymstock Works), SAD, gde su termički procesi dobili posebno na značaju nakon što je EPA (Environment Protection Agency) 1976. godine donela uredbu o zaštiti i obnovi resursa, iako je već 25 fabrika cementa koristilo milion tona komunalnog otpada godišnje kao alternativno gorivo.

Cementna industrija u celom svetu teži sve većoj upotrebi alternativnih goriva za potrebe proizvodnje, kako u cilju smanjivanja energetske zavisnosti od konvencionalnih fosilnih goriva, tako i u cilju smanjenja negativnih uticaja na životnu sredinu.

Ekološke prednosti upotrebe goriva dobijenih iz otpada u rotacionim pećima za proizvodnju cementnog klinkera su:

• visoke temperature u peći (1800-2000°C) koje garantuju potpuno sagorevanje otpada i razgradnju svih komponenti potencijalno štetnih po životnu sredinu;
• dugo zadržavanje materijala u peći pri temperaturama iznad 1100°C usled velike dužine rotacionih peći i njenog sporog rotiranja, kao uslov tehnološkog procesa proizvodnje cementa;
• ostatak iz procesa sagorevanja ne postoji, tj. sve nesagorele komponente goriva su ugrađene u klinker;
• alkalni uslovi u toku kalcinacije klinkera ograničavaju emisiju kiselih gasova usled alkalnih reakcija unutar peći;
• racionalna investicija – investicija u rotacionu peć da bi mogla da koristi otpad kao gorivo je minimalna u odnosu na izgradnju postrojenja za spaljivanje otpada;
• nema bitnih promena u emisijama u vazduh u odnosu na korišćenje fosilnih goriva.

Tehnološku osnovu procesa proizvodnje cementnog klinkera predstavlja rotaciona peć sa pratećom opremom. U odnosu na tehnološki proces i konstrukciju rotacione peći, na primarnom delu rotacione peći za proizvodnju klinkera tj. na gorioniku peći (gde je temperatura najviša) mogu se osim klasičnih goriva koristiti usitnjeni lignit, čvrsto gorivo dobijeno iz otpada (SRF), komadići drveta kao i korišćeno ulje, rastvarači i mazut. Sa druge strane peći, tj. na ulazu, mogu se dozirati otpadne gume (automobilske ili dr.), otpadni muljevi i dr. (slika 2).

Da bi proces sagorevnja i pečenja klinkera, tj. proizvodnja cementa, bila pouzdana i u skladu sa standardima kvaliteta, samo razvrstan i sortiran otpad sa poznatim sastavom je pogodan za proces ko–insineracije u cementarama. Iz tog razloga pod alternativnim gorivima podrazumevaju se (slika 3):

• Korišćene automobilske gume;
• Mesno i koštano brašno, životinjska mast;
• Plastične mase;
• Otpad od ambalaže;
• Drveni otpad, impregnirana piljevina;
• Papir i karton;
• Kanalizacioni mulj, mulj iz proizvodnje papira;
• Poljoprivredni i organski otpad;
• Uljani škriljac;
• Ostaci destilacije;
• Koks hemijskog porekla;
• Otpadna ulja, zauljena voda;
• Korišćeni rastvarači.

Sledeće vrste otpada se ne koriste za proces ko-insineracije:
• Radioaktivni otpad;
• Električni i elektronski otpad (EE – otpad);
• Baterije i akumulatori (u celosti);
• Reaktivan otpad, uključujući i onaj koji je eksplozivan, otpad koji u sebi sadrži cijanid i otpad koji je reaktivan u dodiru sa vodom;
• Otpad koji sadrži živu;
• Otpad nepoznatog ili neodređenog sastava.

Svaki elemenat nastajanja (dobijanja) goriva dobijenog iz otpada, njegovog daljeg tretmana, ispitivanja, određivanja karakteristika važnih za zdravstvenu ispravnost i zdravlje ljudi i određivanje karakteristika važnih za termički tretman propisan je tehničkim standardima usvojenim i od strane Instituta za standardizaciju Srbije.

Uticaj korišćenja otpada kao goriva na kvalitet vazduha

Iskustva cementara, u kojima se koristi čvrsto gorivo dobijeno iz otpada kao alternativno gorivo, pokazuju da nema povećanja emisije gasova i čvrstih čestica iznad GVE i opasnosti da će transport i/ili sagorevanje otpadnih materijala pogoršati kvalitet vazduha u u bližem i daljem okruženja postrojenja. Sa slike 4 se vidi da su emisije dioksina i furana iz više različitih tipova postrojenja koja kao gorivo koriste otpad ili su u pitanju postrojenja za termički tretman otpada za nekoliko redova veličine više nego kada su u pitanju cementne peći.

Iskustva domaćih cementara su takođe veoma pozitivna. Čak i u slučaju sagorevanja znatno lošijih otpadnih materijala u poređenju sa SRF izmerene emisije su ispod GVE (Izvor: Jovović, A., Radić, D., Stanojević, M., Obradović, M., Todorović, D., Radovanović-Jovin, H., Georgijev, Z., Vujić, B., Šandin, Z., Đurić, T., Popin, D. (2011): Elementi životne sredine, Vazduh. Pp. 40-93, u Puzović, S. i Radovanović-Jovin, H. (eds.) Životna sredina u Autonomnoj pokrajini Vojvodini: Stanje-izazovi-perspektive. Pokrajinski sekretarijat za urbanizam, graditeljstvo i zaštitu životne sredine, Novi Sad)

Takođe, veoma često se koriste i procesi modelovanja zagađenja vazduha, kako bi se predvidele ekstremni emisioni i meteorološki uslovi, i uticaj takvih uslova na životnu sredinu. Kao primer, na slici 5 su prikazani rezultati modeliranja rasprostiranja ugljen-monoksida iz dimnjaka mlina sirovine i rotacione peći, pri korišćenju SRF u fabrici cementa. S obzirom na maksimalne dozvoljene vrednosti za kvalitet vazduha, vidi se da bi potencijalni uticaj postrojenja, uzimajući u obzir pojedine zagađujuće komponente, bio zanemarljiv.

Umesto zaključka

Usled nemogućnosti da se u RS izgradi postrojenje za tretman opasnog otpada, ili insineraciju i opasnog i neopasnog, otpad se i dalje izvozi u zemlje gde su postrojenja locirana čak i središtima gradova, kao deo sistema daljinskog grejanja, a te zemlje i ti gradovi predstavljaju pojam kvaliteta života, brige za životnu sredinu i sl.

Tematska strategija EU o prevenciji i reciklaži otpada ima za cilj korišćenje otpada kao resursa, pre svega za dobijanje sekundarnih sirovina i energije, što je i jedan od ključeva cirkularne ekonomije

Međutim, ako postoji politička volja na svim nivoima da se problem reši, onda će rešenja i biti. Nisu se ni zemlje po svetu koje su sada uzori uvek ponašali ovako uredno, niti se stanovništvo i privreda Republike Srbije, u pogledu odnosa prema životnoj sredini, do pre tridesetak godina značajno razlikovalo od tih stanovnika i te privrede, čak prednjačeći u mnogim segmentima.

Izrazi, „ne u mom dvorištu“, „ne u vreme mog mandata“ i sl. su nastali u kolevki sistema upravljanja otpadom, u Velikoj Britaniji. Ali vremenom, tamo se izgrađivalo poverenje stanovništva, shvativši šta donosi odgovornost. Dok je Srbija nazadovala, ove zemlje su napredovale sve brže i brže i zato danas putovanje po zemljama EU izgleda čudno. Isti ljudi kao i ovde, a nema kesa po ulicama i drveću, kostiju koje razvlače psi i mačke po ulicama, gaza, zavoja po parkovima oko kliničkih centara. Pitanje koje se svakome onda nametne je što to i ovde ne može, shvatajući, bar na tren, da bi onda i ovde bilo bolje. Istorijski projekat za ovu zemlju bi bio obilazak EU sistema za upravljanje otpadom svih stanovnika Srbije, koji bi pokazao da se sa otpadom može pravilno upravljati.

Iskustvo stečeno radom veoma složenih hemijsko-tehnoloških sistema koji su postojali u tokom sedamdesetih, osamdesetih godina, uz obnavljanje nekih školskih programa, i veću i ozbiljniju kontrolu rada tih postrojenja, skoro zasigurno mogu obezbediti pouzdan rad. Uostalom, zabrana izvoza opasnog otpada koja će uskoro stupiti na snagu u EU, nateraće nas da sami rešavamo problem. S druge strane, svi ovi problemi predstavljaju i mogućnost za dobru zaradu ulaganjem u izgradnju i upravljanje ovakim postrojenjem. Kao jedna od mogućnosti nameće se i korišćenje nekog pogodnog postojećeg, npr. energetskog postrojenja, čiji bi se jedan deo prostora iskoristio za tu namenu. Do tada, a i tada, cementna i druga građevinska industrija ostaju primer odgovornog ponašanja kada je upravljanje otpadom tema.