В прошлом выбросы метана рассматривались в США как проблема. Выбросы с полигонов твердых отходов можно собирать, чтобы предотвратить распространение на расположенные рядом коммерческие или жилые объекты и снизить риски взрывов. Затем был период, когда собранные свалочные газы утилизировались путем сжигания, что было очень нерационально. Спрос на свалочный газ появился в результате нехватки природного газа и подъема цен на энергоносители.

Утилизация свалочного газа представляет собой процесс, в результате которого осуществляется сбор метана, выделяемого из твердых отходов, размещенных на полигоне твердых отходов. Свалочный газ представляет собой естественный побочный продукт разложения органических веществ на полигоне твердых отходов. Свалочный газ состоит из 50% метана, 50% СО2 и небольшого количества органических соединений, не относящихся к метану.

После размещения твердых отходов на полигоне твердых отходов они проходят этап аэробного (без участия кислорода) разложения с образованием небольшого количества метана. В течение одного года создаются анаэробные условия, при которых метанобразующие бактерии начинают разлагать отходы с образованием метана.

Вместо выпуска в атмосферу свалочный газ можно улавливать, выполнять его конверсию и использовать в качестве возобновляемого источника энергии. Использование свалочного газа способствует снижению уровня запахов и других опасностей, связанных с выбросами свалочного газа. Кроме того, это предотвращает выбросы метана в атмосферу, образование смога и глобальные изменения климата. Следует также отметить, что энергетические проекты на основе свалочного газа приносят доходы и создают рабочие места не только в своем регионе, но и за его пределами.

Чтобы использовать этот газ вначале его необходимо обработать, чтобы удалить неприятные запахи, воду и твердые частицы. Свалочный газ можно использовать в качестве низкоэнергетического топливного газа для газовых двигателей, газовых турбин или паровых котлов на газообразном топливе. Свалочный газ можно продавать для коммерческого генерирования энергии на самом полигоне или для использования в проектах комбинированного производства тепла и электроэнергии. Дополнительная обработка свалочного газа при помощи молекулярных фильтров выполняется для удаления СО2 и повышения теплосодержания. Такая дополнительная обработка делает газ пригодным для продажи компаниям по эксплуатации перекачивающих трубопроводов или предприятиям коммунального хозяйства.

Обычно для сжатия свалочного газа используются поршневые компрессоры. Роторные объемные компрессоры могут использоваться в областях применения с более низким давлением нагнетания, требуемым, в частности, для утилизации свалочного газа.

Экономические характеристики проектов по утилизации свалочного газа

Доход энергетических проектов на основе свалочного газа получается от продажи газа, полученного на установках по утилизации свалочного газа. Результатом использования свалочного газа является создание рабочих мест. Рабочие должности создаются в предприятиях по проектированию, строительству и эксплуатации систем утилизации отходов в качестве топлива, а также в компаниях по утилизации свалочного газа. Энергетические проекты с использованием свалочного газа привлекают инженеров, строительные фирмы, поставщиков оборудования и связаны с коммунальными предприятиями или конечными потребителями генерированной энергии. Большая часть расходов, связанных с такими проектами, приходится на местный персонал, выполняющий работы по бурению, прокладке трубопроводов, строительству и эксплуатации. Эти местные расходы представляют собой выгоды для местного населения в том, что касается повышения занятости и объема местных продаж. Местный бизнес снижает расходы при замене более дорогих ископаемых видов топлива на свалочный газ. Экономия некоторых компаний за время реализации их энергетических проектов с использованием свалочного газа может составлять миллионы долларов.

Базовая система сбора и обработки свалочного газа

В настоящее время сбор свалочного газа для коммерческого или промышленного использования осуществляется очень рентабельным способом на большом числе полигонов твердых отходов. Установленный срок службы большей части полигонов твердых отходов находится в диапазоне 15-20 лет. Утилизация свалочного газа и метана снижает уровень выбросов парниковых газов в атмосферу и обеспечивает доступ к дополнительному источнику энергии.  Процесс разложения на стандартном полигоне твердых отходов должен длиться от 5 до 10 лет, пока не будет достигнут уровень выделения газообразного метана, представляющий коммерческий интерес. Системы утилизации свалочного газа собирают свалочный газ в централизованный пункт сбора. Это выполняется путем бурения нескольких скважин и установки нагнетательных/факельных или вакуумных систем для сбора газа. На централизованном пункте сбора газ подвергается промывке, дегидратации, сжатию и обработке. Из централизованной системы сбора газ может подаваться на сжигание в факельные системы или выгодно использоваться в проектах по утилизации свалочного газа. 

Типы энергетических проектов с утилизацией свалочного газа

Существует большое число способов конверсии свалочного газа в энергию. Различные типы энергетических проектов с утилизацией свалочного газа можно подразделить на три большие категории. Это проекты по генерированию электроэнергии, проекты по непосредственному использованию среднекалорийного газа и проекты по обогащению свалочного газа 

Генерирование электроэнергии

Примерно три четверти действующих в США проектов связано с генерирование электроэнергии из свалочного газа. Для генерирования электроэнергии для местного использования или для продажи в энергосистему используются самые различные технологии. Некоторые из этих технологий связаны с поршневыми двигателями внутреннего сгорания, турбинами, микротурбинами и топливными элементами. Наиболее используемой технологией генерирования электроэнергии из свалочного газа является технология на основе поршневых двигателем. Поршневые двигатели отличаются относительно низкой стоимостью, высокой эффективностью и таким диапазоном размеров, который обеспечивает соответствие производительности по газу большого числа полигонов твердых отходов. Газовые турбины обычно используются в более крупных энергетических проектах с использованием свалочного газа. Микротурбины обычно используются при более низких объемах свалочного газа, а также в узкоспециализированных областях применения.

В проектах комбинированного производства тепла и электроэнергии свалочный газ используется для генерирования электроэнергии и тепловой энергии в виде пара или горячей воды. Несколько проектов по комбинированному производству тепла и электроэнергии были реализованы на промышленных предприятиях с использованием двигателей или турбин. Повышение эффективности за счет отбора тепловой энергии в дополнение к генерированию электроэнергии может значительно повышать привлекательность таких проектов.

Непосредственное использование среднекалорийного газа

Свалочный газ используется на замену другим видам топлива, например, природного газа, угля или мазута. Этот принцип реализуется примерно на одной четверти действующих в настоящее время проектов. Свалочный газ может использоваться непосредственно в котлах, сушильных машинах, обжиговых печах, теплицах и других типах теплового оборудования.

Обогащение свалочного газа

Обогащение свалочного газа до высококалорийного осуществляется путем специальной обработки. Такие процессы обеспечивают повышение содержания метана и снижение содержания CO2, азота и кислорода. Обогащенный свалочный газ сопоставим по теплотворной способности с природным газом, подаваемым по магистральным трубопроводам, сжатым и сжиженным природным газом. Варианты использования обогащенного свалочного газа включают закачку в трубопровод природного газа для использования в качестве топлива стационарного оборудования систем сжигания топлива или для создания моторного топлива.