Ученые из Карагандинского технического университета им. Абылкаса Сагинова в Казахстане вместе с коллегами из Горнометаллургической академии в Кракове выяснили, что обычный мусорный полигон может стать источником энергии. Изучив состав отходов, климатические условия и объемы образования свалочного газа на полигоне в Карагандинской области, исследователи пришли к выводу, что выделяющийся при разложении мусора метан можно использовать вместо природного газа.
Полигоны отходов – третий по величине антропогенный источник метана. Его способность удерживать тепло в атмосфере примерно в 25 раз выше, чем у CO₂. При этом около 90% всех выбросов парниковых газов в секторе отходов приходится именно на свалки. Но есть у этого и обратная сторона: метан, который образуется при гниении органики, может быть полезным топливом. Один кубометр свалочного газа по энергетической ценности равен примерно половине кубометра природного газа. Один кубометр свалочного газа по энергетической ценности соответствует примерно половине кубометра природного газа. Его можно использовать для отопления, выработки электроэнергии и даже в качестве автомобильного топлива после дополнительной очистки.
Чтобы оценить этот потенциал, исследователи изучили полигон, работающий на месте отработанного карьера с 2015 года. Ежегодно на этот полигон поступает до 4000 тонн мусора, причем около 57% их массы приходится на органическую фракцию – пищевые отходы, бумагу, картон. Именно эти материалы, разлагаясь без доступа кислорода, становятся главным источником биогаза.
Серьезное влияние на процесс оказывает климат региона. Карагандинская область отличается резко континентальными условиями: летом температура может подниматься до +43 °C, а зимой опускаться до –48 °C. Из-за этого отходы зимой промерзают, а летом нередко пересыхают, поэтому образование метана происходит неравномерно и заметно меняется от сезона к сезону. В методике расчета, утвержденной казахстанским природоохранным ведомством, это учтено через коэффициент, дающий погрешность ±30%.
Используя данные о составе отходов, климате и объемах накопленного мусора за 2020–2024 годы, ученые спрогнозировали образование биогаза до 2030 года. По их оценке, около 53% свалочного газа приходится на метан, около 45% – на углекислый газ, а остальное составляют различные примеси, включая толуол, аммиак, сероводород, формальдегид и органические соединения.
Расчеты показали, что с 2021 по 2025 год валовый выброс метана вырос более чем в пять раз – с 7,2 до 38,4 тонны в год. К концу десятилетия этот показатель может достичь 81,7-92,6 тонны в год. Причем газ начинает выделяться не сразу после захоронения мусора, а примерно через два года, когда внутри отходов формируются устойчивые анаэробные условия.
Помимо метана исследователи зафиксировали пятикратный рост выбросов сероводорода – с 0,0036 до 0,0189 тонны в год. Это свидетельствует о высокой доле разлагающейся органики и одновременно указывает на риск возникновения неприятных запахов и самовозгорания отходов.
Для решения этих проблем ученые предложили систему дегазации и мониторинга, включающую специальные трубы для сбора газа и сеть датчиков для непрерывного контроля его концентрации. Также была смоделирована картина распространения метана вокруг полигона с учетом рельефа местности, температуры, влажности и направления ветра.
В целом исследователи подчеркивают: их методика готова к практическому применению при проектировании новых полигонов и рекультивации старых. Такой подход позволяет превратить мусорный полигон из источника выбросов в источник энергии. Причем не только в Казахстане, но и в других странах, где удаленные поселки и промышленные объекты испытывают сложности с доступом к природному газу.
