Біоенергетичні кластери: рецепт сталого розвитку міст

Урбаністична інфраструктура містить низку важливих компонентів, без надійного функціонування яких неможливі ані розвиток, ані, навіть, існування сучасного міста. 

Одним з таких ключових компонентів є система водовідведення та очищення стоків. Це потужний технічний та технологічний комплекс, який є вагомим центром витрат для цивілізованого міста. 

Проте цей центр витрат може перетворитися на центр доходів. Й інструмент такого перетворення — розвиток біоенергетичних кластерів. 

Станції очищення міських стічних вод здебільшого оснащені потужною системою аеротенків. Завдяки такій технології вода очищається в повному обсязі, проте утворюються і непереробні відходи – сирий осад та надлишковий активний мул, який після фільтрації направляється на мулові майданчики, що має низку вагомих недоліків. 

По-перше, його розміщення потребує значних площ. По-друге, волога, що міститься в осаді стічних вод, проходячи через ґрунт, забруднює його, а далі потрапляє в ґрунтові та поверхневі води. До того ж внаслідок розкладання надлишкового мулу забруднюється і повітряний басейн.

За сучасного розвитку технологій чи не найбільш перспективним методом перероблення осаду стічних вод є анаеробне зброджування з отриманням біогазу як локального джерела енергії. 

Можливість використання осаду стічних вод для виробництва біогазу має низку переваг та дозволяє вирішити чимало нагальних питань. 

Проблема накопичення мулових осадів має глобальний характер – їх площа на території України складає більше 1,5 тис. га (15 км2, що еквівалентно площі невеличкого міста або селища), а обсяг накопиченого осаду станом на сьогодні перевищує 150 млн т, до яких щороку додається ще 5 млн т нових осадів. 

Проєкт Плану відновлення України передбачає будівництво комплексів отримання біогазу з осаду стічних вод. Завдяки зневодненню мулу вдасться водночас зменшити його обсяги в 5 разів та підготувати до подальшої термоутилізації, вироблення біогазу та електроенергії. 

Отже, реалізація ініціативи дозволить розв'язувати проблеми екологічного характеру і сприятиме впровадженню енергоефективних рішень.

Варто додати, що у червні 2022 року набрав чинності Закон України "Про управління відходами", який має створити передумови для розв'язання проблеми з відходами (в тому числі питання переобтяжених мулових сховищ) та підкріпить наше прагнення набути членства в ЄС конкретними діями. 

Європейська спільнота вбачає у виробництві біометану та біогазу важливу складову формування майбутнього енергетичного міксу. Сукупне виробництво біогазу та біометану в ЄС у 2021 році склало 18,4 млрд м3, що становило 4,5% споживання газу в Європі, за даними Європейської біогазової асоціації.

Період з 2014 по 2021 роки супроводжувався стабільним зростанням кількості біогазових установок у Європі та ознаменувався переходом від використання енергетичних культур до сільськогосподарських відходів, твердих побутових органічних відходів та, зокрема, осаду стічних вод. 

Станом на 2017 рік у Європі вироблялося близько 8% загальної потреби в енергії саме зі стічних вод. Згідно з даними Європейської біогазової асоціації, у 2021 році цей показник зріс майже вдвічі порівняно з попередніми даними — 13% потреби в сировині було покрито саме завдяки виробництву біогазу (7%) та біометану (8%) з осаду стічних вод. Такі цифри свідчать про успішність та перспективність розвитку цього напрямку. 

Для прикладу — на практиці втілюють проєкт з виробництва біогазу та теплової енергії з осаду очисних споруд у Франції: компанія з управління відходами та водними ресурсами Suez Groupe SAS побудувала завод з виробництва біометану на станції очищення стічних вод. 

Наразі він постачає до комунальної газової мережі 2,3 млн м3 біометану на рік та забезпечує теплом 2500 будинків Марселя.

Вбачаючи перспективність розвитку цього напрямку, зауважу, що тенденція до виробництва біометану лише посилюватиметься — він є універсальним енергоносієм, придатним для низки секторів, включаючи транспорт, промисловість, енергетику, опалення. 

Це можливість замістити частково імпорт газу, а також сприяти розвитку місцевої економіки, створюючи додаткові робочі місця.

За даними НКРЕКП, станом на 01.10.2022 в Україні встановлено 64 установки, якими виробляється енергія з біогазу та які працюють за "зеленим" тарифом. Загальна електрична потужність установок – 130 МВт, що у понад 7 разів більше, ніж наприкінці 2015 року (18 МВт). 

Наразі 9 установок виробляють біогаз у результаті анаеробного очищення промислових стічних вод, а на одній біогаз отримують з осаду господарсько-побутових стічних вод.

Варто звернути увагу на досвід Львова, у місті планують реалізувати інноваційний проєкт у сфері водопостачання та водовідведення "Виробництво біогазу з осаду комунальних стічних вод". 

Під час реалізації хочуть застосувати мезофільний процес осадження з високотемпературним гідролізом — інноваційну технологію, здатну збільшити кількість біогазу на 20%, зменшити на 30% кількість мулу та вдвічі скоротити необхідність будівництва споруд під метантенки. 

Для цього завдяки фінансуванню ЄБРР, НЕФКО, E5P побудують біогазову ТЕЦ. Попередньо вартість реалізації проєкту складе 31,5 млн грн. Наразі це найбільший контракт в історії "Львівводоканалу". 

Ініціатори проєкту будують оптимістичні прогнози: економія енергоресурсів складатиме 35 000 МВт-год/рік, а скорочення викидів СО2 сягне 17 850 т/рік.

Але можливості розвитку виробництва біогазу та біометану на базі комплексів з очищення стічних вод виходять за межі лише використання виключно осаду як ресурсу для такої генерації. 

Забезпечивши збір та додавання інших типів органічних, часто — висококалорійних відходів, що створюються у містах, наприклад, закладами харчування, а також — збір органічних відходів аграрних підприємств, що логістично пов’язані з містом, можна вивести біометанове виробництво на рівень регіонального кластера, що здатен не тільки забезпечити власні технологічні потреби підприємства водовідведення, але і стати основою місцевої енергетики міста. 

Поточна кон'юнктура цін на природний газ та підтримка цілей декарбонізації країн європейської спільноти обумовлює привабливість розвитку проектів з виробництва відновлюваних газів, зокрема біометану. 

Отримання біогазу з осаду стічних вод дозволить модернізувати чинні технології та розв'язувати питання утилізації комунальних відходів. 

Враховуючи досі невикористаний потенціал використання цього ресурсу в енергетичних цілях, влада, науковці та бізнес можуть об’єднати свої зусилля, щоб створити передумови для дослідження та розвитку цього напрямку.

Спільна активізація зусиль — унікальна можливість створити енергоефективну ініціативу, що сприятиме розвитку урбаністичної інфраструктури: забезпечуватиме потреби теплопостачання, і водночас сприятиме покращенню екологічної ситуації та модернізації роботи ЖКГ.