Учёные Карагандинского технического университета имени Абылкаса Сагинова совместно с коллегами из AGH Университета науки и технологий в Кракове выяснили, что полигоны твёрдых бытовых отходов можно использовать как источник энергии. Исследователи изучили состав отходов, климатические условия и объёмы выделения свалочного газа на полигоне в Карагандинской области и пришли к выводу, что выделяющийся при разложении мусора метан может заменять природный газ.
Свалки занимают третье место среди антропогенных источников метана. Его способность удерживать тепло в атмосфере примерно в 25 раз выше, чем у углекислого газа. На долю полигонов приходится около 90% выбросов парниковых газов в секторе отходов. В то же время метан, образующийся при разложении органики, может быть полезным топливом. Один кубометр свалочного газа по энергетической ценности эквивалентен примерно половине кубометра природного газа. Его можно использовать для отопления, выработки электроэнергии и даже в качестве топлива для автомобилей после дополнительной очистки.
Для оценки этого потенциала учёные изучили полигон, который с 2015 года работает на месте заброшенного карьера. Ежегодно он принимает до 4 тыс. тонн отходов, около 57% из которых составляет органика – пищевые отходы, бумага и картон. Эти материалы разлагаются без доступа кислорода, становясь основным источником биогаза.
На процесс разложения сильно влияет климат региона. Карагандинская область отличается резко континентальным климатом: летом температура может подниматься до +43°C, а зимой опускаться до –48°C. Из-за этого отходы зимой промерзают, а летом часто пересыхают, что приводит к неравномерному выделению метана с сильными сезонными колебаниями. Используемая учёными методика расчёта, утверждённая казахстанским экологическим ведомством, учитывает это с помощью коэффициента, погрешность которого составляет ±30%.
Используя данные о составе отходов, климате и накопленных объёмах мусора за 2020–2024 годы, учёные рассчитали объёмы производства биогаза до 2030 года. Согласно их оценкам, около 53% свалочного газа составляет метан, примерно 45% – углекислый газ, а остальное приходится на различные примеси, включая толуол, аммиак, сероводород, формальдегид и органические соединения.
Расчёты показывают, что валовые выбросы метана выросли более чем в пять раз с 2021 по 2025 год – с 7,2 тонны до 38,4 тонны в год. К концу десятилетия этот показатель может достигнуть 81,7–92,6 тонны в год. При этом выбросы начинаются не сразу после размещения отходов, а примерно через два года, когда в толще мусора устанавливаются стабильные анаэробные условия.
Помимо метана, исследователи зафиксировали пятикратный рост выбросов сероводорода – с 0,0036 до 0,0189 тонны в год. Это указывает на высокую долю разлагающейся органики, а также на риск возникновения неприятных запахов и самовозгорания отходов.
Для решения этих проблем учёные предложили систему дегазации и мониторинга со специальными газосборными трубами и сетью датчиков для непрерывного контроля концентрации газа. Они также смоделировали распределение метана вокруг полигона с учётом рельефа, температуры, влажности и направления ветра.
Исследователи подчёркивают, что их методика в целом готова к практическому применению при проектировании новых полигонов и рекультивации старых. Такой подход позволяет превратить свалку из источника выбросов в источник энергии. Это может быть реализовано не только в Казахстане, но и в других странах, где удалённые населённые пункты и промышленные предприятия испытывают трудности с доступом к природному газу.
