Spalarnie odpadów komunalnych

Zrealizowany w ramach Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko w latach 2007-2015, przy znacznym udziale środków finansowych z UE, projekt budowy w Polsce kilku spalarni odpadów komunalnych, w kraju, w którym praktycznie tego rodzaju instalacji dotąd nie było, zakończył się mimo żmudnej i trudnej drogi sukcesem. Obejmował on etap koncepcji, wykonanie studiów wykonalności, pozyskanie akceptacji społecznej, uzyskanie wymaganych decyzji administracyjnych i w końcu etap przetargu i realizacji budowy, aby ostatecznie poprzez ruch próbny przejść do rutynowej eksploatacji. Podjęte wyzwanie niosło ze sobą wiele zagrożeń dla finalnego efektu. Po pierwsze, przede wszystkim opór społeczny podsycany przez wrogo nastawione do tego projektu liczne organizacje proekologiczne. Brak jakichkolwiek doświadczeń w zakresie projektowania i budowy tego rodzaju obiektów, brak krajowych rozwiązań technologicznych i wyszkolonej kadry. A z drugiej strony pełne przekonanie, że spalarnie odpadów albo inaczej i mniej drażniąco zwane instalacjami termicznego przekształcania odpadów będą niezbędnie potrzebne dla dużych polskich miast i skupionych wokół nich regionów, aby ostatecznie uporządkować gospodarkę odpadami, zwanymi popularnie śmieciami, i sprostać wymaganiom prawa wspólnotowego.

Fot. 1 Ekospalarnia w Krakowie (fot. archiwum KHK S.A. Kraków)

Obecnie pięć z zaprojektowanych i wybudowanych spalarni od ok. dwóch lat znajduje się w eksploatacji. Kolejna, budowana w ramach tego projektu, ukończona zostanie z końcem 2017 r. W perspektywie najbliższych lat następne spalarnie czekają na swoją kolej. Oddane do eksploatacji nowe spalarnie przełamały w ten sposób wiele istniejących dotychczas w kraju barier. Udowodniły, że Polska jako największy z nowych krajów członkowskich UE może i powinna swoją gospodarkę odpadami realizować także w oparciu o wykorzystanie odpowiednio usytuowanych w hierarchii postępowania z odpadami spalarni odpadów, których tradycje budowy i pracy przekraczają 100 lat. Po drugie, budowa i uruchomienie spalarni w dużych polskich miastach to najlepszy przykład na to, że tego rodzaju instalacje, pełniąc określoną funkcję w systemie gospodarki odpadami, mogą być zakładami nowoczesnymi i w pełni bezpiecznymi ekologicznie. Powątpiewający nie muszą już przekonywać się o skali zagrożenia na przykładzie licznych i blisko granic Polski położonych spalarni. Mogą wybrać się do Krakowa, Poznania, Konina, Białegostoku czy Bydgoszczy, aby tam na miejscu spojrzeć prawdzie w oczy. W ten sposób następuje przełamanie jednej z najbardziej trwałych barier, jakie poprzez różne akcje udało się przeciwnikom spalarni zakodować w świadomości mieszkańców, szczególnie tych, którzy tego typu obiekt będą mieli w pobliżu swojego podwórka. Warto tutaj wspomnieć o znanym syndromie „nimby” (akronim od: not in my backyard, czyli OK, ale nie na moim podwórku, nie pod moim oknem). Ponadto budowa i uruchomienie kilku o różnej wielkości spalarni to dowód, że mimo braku doświadczeń potrafiono zrealizować projekt i budowę tego rodzaju instalacji w formule wymagań prawa unijnego, a następnie prawidłowo i bez awarii je eksploatować. I w tym miejscu najistotniejsza z barier. Wszystkie obiekty budowane były przy znaczącym udziale lub wprost przez polskie firmy budowlane. Mowa jest tutaj o wnoszeniu konstrukcji budowlanej wraz z wszelkimi elementami towarzyszącymi przewidzianymi w projekcie spalarni. Nie były to łatwe zadania. Większość zaprojektowanych spalarni ulokowana została w miejscach, które położone były z dala od dostępu do podstawowych mediów, na terenach często zdegradowanych ekologicznie, o bardzo niskim poziomie wód gruntowych, czyli tam, gdzie przeciwnicy spalarni już praktycznie wyczerpali swoje argumenty przeciw ich budowie, a mimo to i tak nie byli zgodni. Wiązało się to z podejmowaniem budowy na terenach nieustabilizowanych, z nisko zalegającymi wodami gruntowymi, gdzie bezpośrednie posadowienie fundamentów nie było możliwe. Konieczne było palowanie i wzmacnianie terenu. Kilka obiektów (Kraków, Szczecin, Konin) miało wiele problemów do rozwiązania z tym związanych, ale zadaniu podołano. I w końcu kształt architektoniczny spalarni. Od prostych, tradycyjnych i estetycznych brył kubicznych, typowych dla obiektów przemysłowych, wskazać można także bardziej wysublimowane, będące efektem rozstrzygnięć konkursu architektonicznego. Związane jest to z powiedzeniem, że jeśli dany obiekt nie jest estetyczny, to nie może być doskonały, a także i z tą prawdą, najwcześniej w Wiedniu i przy udziale F. Hundertwassera udowodnioną, że poprzez akceptowalną architekturę spalarni wprost dojść można do pełnej akceptacji i zaufania dla jej „wnętrza”, jej roli i bezpieczeństwa ekologicznego.

Rys. 1 Ostatecznie zrealizowane w ramach POIIŚ 2007-2013 spalarnie w Polsce

Jak to się zaczęło i dlaczego spalarnie

Jak już wspomniano, cały cykl prac nad obecnie eksploatowanymi w kraju spalarniami odpadów komunalnych, obejmujący prace koncepcyjne, studia wykonalności, pozyskiwanie akceptacji społecznej i niezbędnych decyzji administracyjnych (decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach i pozwolenia na budowę), a następnie fazę przetargu, projektowania i budowy, nie byłby możliwy bez wpisania tych obiektów w ramy Programu Operacyjnego Infrastruktura i Środowisko 2007-2013 wraz z pozyskaniem istotnych funduszy unijnych na jego realizację.

W ten sposób w latach 2006-2007 pojawiła się realna szansa budowy w 12 dużych miastach Polski spalarni odpadów komunalnych, istotnie współfinansowanych z Funduszu Spójności.

Wobec terminowo wymaganych etapów realizacji projektów budowy spalarni nie wszystkie zaplanowane w 2007 r. projekty sprostały wymaganiom. Powstało w ten sposób miejsce dla innych projektów. Udało się sprostać wymaganiom i wykorzystać tę szansę regionowi położonemu wokół Konina. Ostatecznie realizację podjęto dla sześciu spalarni. Nazwy miast i regionów, w których podjęto ostateczną decyzję budowy spalarni oraz ich położenie geograficzne na mapie Polski, prezentuje rys. 1.

Jak wskazuje rys. 1, szansę budowy wspieranych z Funduszu Spójności spalarni wykorzystano w takich miastach i regionach, jak: Białystok, Bydgoszcz, Konin (z listy rezerwowej), Poznań oraz Szczecin. Nie powiodło się w Gdańsku, aglomeracji Katowic (planowano tam dwie duże spalarnie), Łodzi, Warszawie, a także w Olsztynie, Koszalinie czy Wrocławiu. Dla kilku z tych miast projekty budowy spalarni są nadal aktualne (plany po 2020 r). Oceniając tempo budowy spalarni w sześciu polskich miastach wynoszące, od wstępnych studiów do zakończenia budowy, ok. ośmiu lat, uznać należy, że jest ono bliskie standardom obserwowanym w innych krajach UE, gdzie spalarnie w ostatnich latach także powstawały (np. w Wielkiej Brytanii). Kraje, takie jak m.in. Niemcy, Szwecja, Holandia, Dania, Francja, Włochy, są tymi obiektami mocno już nasycone, a działają one tam od lat 60. XX w. W krajach, które należały do tzw. Wschodniej Europy, spalarni nie budowano. Obecnie najwięcej jest ich w Polsce. Szacuje się, że obecnie eksploatowanych jest ponad 480 spalarni w krajach UE oraz Norwegii i Szwajcarii, ponad 1200 w Japonii i ok. 2500 w Chinach, w których każdego roku powstaje ponad 300 spalarni.

Fot. 2 Spalarnia w Koninie (fot. archiwum MZGOK Konin)

Dlaczego spalarnie śmieci są niezbędne?

Pomimo coraz bardziej rozbudowanych systemów selektywnej zbiórki odpadów i ich recyklingu, które w hierarchii postępowania z odpadami mają zdecydowany priorytet, nadal pozostaje znacząca część odpadów o walorach energetycznych, która w wielu krajach UE nie może już trafić na składowisko. Taki zakaz obowiązuje np. w Danii od 1998 r.ener, w Niemczech od 2005, w Austrii od 2009, a w Polsce od początku 2016 r. Zawarta w odpadach energia jest zatem doskonałym substytutem wyczerpujących się paliw kopalnych i może bez zagrożenia dla środowiska zostać energetycznie wykorzystana w spalarniach odpadów. Z końcem 2015 r. pojawiła się, obecnie już dobrze ugruntowana, nowa idea gospodarki odpadami, zwana circular economy. Wnosi ona nowe zasady i przewiduje, że w 2030 r. udział recyklingu powinien w krajach UE wynosić 70%, ograniczając w ten sposób korzystanie ze spalarni odpadów.

Przeciętny mieszkaniec Polski w porównaniu z takimi krajami UE, jak Niemcy, Holandia, Szwecja czy Dania, wytwarza w skali roku ok. 300 kg odpadów komunalnych (śmieci), co stanowi ok. 50% tego, co w wymienionych krajach. Zapytać jednak należy, czy te dane, podawane za GUS, są wiarygodne? Ile krajowych odpadów nie trafia do statystyk, ale trafia do lasów, rowów, rzek, a przede wszystkim do domowych pieców? Szacuje się, że jest to znaczna część. Podkreślić należy, że spalając śmieci w domu, nadal niewielu mieszkańców ma świadomość, jak wielką szkodę nie tylko dla swojego zdrowia i samych siebie, ale też sąsiadów takie praktyki przynoszą. Pozorne oszczędności węgla przez spalanie różnego rodzaju tworzyw sztucznych, uwzględniwszy ponadto rodzaj pieca, jego niedoskonały i zanieczyszczony ciąg kominowy, prowadzą do powstawania wielu bardzo niebezpiecznych dla zdrowia toksycznych związków, jak benzo(a) piryn czy „słynnych” z protestów wobec spalarni dioksyn o oddziaływaniu mutagennym i kancerogennym, powstających w stężeniach tysiąckrotnie większych niż w kominach współczesnych spalarni. Dochodzą do tego pyły wraz ze znacznymi stężeniami różnych metali ciężkich. Spaliny zawierające te zanieczyszczania są przez okolicznych mieszkańców bezpośrednio wdychane.

Dominujące w Polsce (ok. 46% udziału pod względem masy zbieranych odpadów) składowanie odpadów jak najbardziej słusznie postrzegane jest obecnie za najbardziej prymitywną i zagrażającą środowisku metodę ich zagospodarowania. Planuje się, że ok. 2025 r. nastąpi całkowita likwidacja w krajach UE tej metody pozbywania się odpadów, a system gospodarki odpadami oparty zostanie wyłącznie na dwóch metodach: recyklingu i energetycznym ich wykorzystaniu. Taki też model systemów przetwarzania odpadów będzie systematycznie wzrastać, co wymuszają wspomniane wprowadzane obecnie zasady oparte na tzw. gospodarce o obiegu zamkniętym, ang. circular economy.

Fot. 3 Zakład Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych w Białymstoku (fot. archiwum PUHP Lech w Białymstoku)

Jak zatem widać, długo jeszcze nie zbraknie w tak kształtowanym systemie gospodarki odpadami miejsca dla spalarni, choć ich udział będzie wg zasad circular economy ściśle limitowany. Spalarnia nie stwarza żadnej konkurencji wobec składowiska. Jest jego zastąpieniem czy wyeliminowaniem poczynionym w sposób bardziej odpowiedzialny dla środowiska, a przy tym będącym jednocześnie źródłem energii kierowanej na potrzeby mieszkańców, wytwarzających te odpady. Składowanie odpadów nie ma obecnie żadnej przyszłości. Powinno jak najszybciej zniknąć z systemów gospodarki odpadami. I w takim kierunku – najpierw z istotnym ograniczeniem składowania odpadów nadających się do recyklingu oraz odpadów palnych, a w następnym etapie wszelkich ich rodzajów – projektowane jest prawo UE oparte na zasadach circular economy, czyli na dzisiaj ciągle odległych ideałach. Niewątpliwie ideałem byłoby stworzenie i wdrożenie idei promującej „społeczeństwo recyklingu”, które nie wytwarzałoby w ogóle odpadów. Tutaj pojawia się kolejna jeszcze bardziej odległa idea, zwana „zero waste”. Jej praktyczne wdrożenie i pokonanie dotychczasowej świadomości ekologicznej wielu społeczeństw, nawet w najbardziej uświadomionych i rozwiniętych krajach UE, długo pozostanie jeszcze w sferze nierealnych oczekiwań. Co zatem pozostaje w odniesieniu do gospodarki odpadami? Unikanie ich powstawania, co jest realne, a następnie jak najgłębszy, ekonomicznie i technologicznie uzasadniony recykling oraz odzysk energii z pozostałych w obiegu odpadów. I tutaj można dyskutować o nowoczesności technologii do odzysku i recyklingu odpadów, o jakości odzyskanych surowców wtórnych, w tym możliwej technologicznie ilości cykli ich obiegu od odpadu do produktu, jak o technologiach odzysku ich energii. Jeśli chodzi o spalarnie odpadów, to nadal będą dominować najnowszej generacji rozwiązania oparte na wysoce efektywnym spalaniu na ruchomym ruszcie wraz z wdrażaniem technologii fluidalnych. Spośród rozwiązań, opartych na innych procesach fizycznych niż spalanie, jedynie zgazowanie ma szansę wkroczyć na rynek w tym zakresie. Rozwiązania oparte na wykorzystaniu energii plazmy potrzebować będą jeszcze kilku lat prac rozwojowych, a następnie prób na instalacjach pilotowych w skali przemysłowej. Dodać należy, że wszystkie zaprojektowane i obecnie eksploatowane nowe polskie spalarnie odpadów oparte są na technicznie dojrzałej, od lat sukcesywnie usprawnianej technologii spalania na ruchomym ruszcie, co w sposób mocno infantylny, ale jednocześnie bardzo obrazowy i zrozumiały prezentuje rys. 2. Natomiast w tabeli podano najbardziej typowe cechy i parametry konstrukcyjne nowych polskich spalarni odpadów komunalnych.

Tab. Zestawienie podstawowych cech i parametrów nowych polskich spalarni odpadów komunalnych

W przypadku odzysku energii ze wstępnie przetworzonych palnych frakcji odpadów komunalnych, zwanych paliwami z odpadów, równie sprawdzone i technicznie dojrzałe są technologie spalania w złożu fluidalnym, dość powszechnie stosowane w Polsce w energetyce zawodowej.
Wszystkie obecnie wybudowane i eksploatowane od ok. dwóch lat spalarnie pracują w tzw. kogeneracji, czyli wytwarzają jednocześnie energię elektryczną i ciepło kierowane do miejskiej sieci ciepłowniczej. Jest to najbardziej efektywny sposób odzysku energii zawartej w odpadach.

W odniesieniu do Krakowa można podać, że wytworzona energia elektryczna będzie w stanie zaspokoić np. potrzeby napędu elektrycznego wszystkich krakowskich tramwajów czy oświetlenia miasta, a ciepło stanowić będzie ok. 10% potrzeb mieszkańców miasta w tym zakresie.

Fot. 4 Spalarnia Maishima, Osaka w Japonii (fot. autora)

Architektura spalarni odpadów

Jak wcześniej wspomniano, w wielu przypadkach inwestor danej spalarni zadbał nie tylko o jej nowoczesną i zgodną ze standardami stronę technologiczną, ale także o kształt zewnętrzny. Początek takiemu spojrzeniu na spalarnie odpadów dała wiedeńska spalarnia odpadów Spittelau, która ze zwykłej przemysłowej bryły powstałej w 1973 r. przeistoczyła się w podziwiany przez turystów obiekt architektury przemysłowej. Współczesna architektura niektórych europejskich, a także japońskich spalarni, w tym naszej krakowskiej, to fascynująca strona spojrzenia na problem istnienia spalarni, ich roli, technologii i rzeczywistego zagrożenia dla środowiska.

Prekursorem pozytywnego, estetycznego postrzegania spalarni odpadów był niewątpliwie uznany malarz, grafik, performer, wielki entuzjasta ochrony środowiska, mistrz F Hundertwasser. Przełomem było powierzenie mu w 1988 r. wykonania fasady wiedeńskiej spalarni Spittelau. Później upiększył fasadę spalarni w Japonii, w Osace. Od tego czasu powstało w Europie wiele bardzo interesujących architektonicznie spalarni odpadów. Estetyka łagodzi obyczaje. Coś, co nie jest estetyczne, nie może być funkcjonalne – mawiał A. Einstein. Wiedeń obok wielu zabytków dziedzictwa kulturowego od 1990 r. doskonale promuje się także poprzez swoją spalarnię Spittelau.

Paradoksem jest, że wiedeńczycy tylko wówczas protestowaliby wobec swojej spalarni, gdyby zechciano ją zamknąć lub zlikwidować.

Do tak nakreślonej idei dołączyła także krakowska Ekospalarnia, ze swoją niecodzienną architekturą. 5 listopada 2010 r. rozstrzygnięto konkurs na opracowanie jej koncepcji architektoniczno-urbanistycznej, która jest dziełem wrocławskiego zespołu Manufaktura nr 1 Bogusława Wowrzaczka.

Architektura Ekospalarni i jej najnowocześniejsza technologia przenikają się wzajemnie, tworząc obiekt już obecnie coraz bardziej rozpoznawalny w UE, stający się słusznym elementem promocji Krakowa. Autor tej publikacji doznawał osobiście wielu satysfakcji, gdy na końcowym etapie budowy Ekospalarni przyjeżdżał tam w towarzystwie zagranicznych specjalistów z zakresu budowy i eksploatacji spalarni, aby zaprezentować im ten obiekt. Wszyscy byli pod wielkim wrażeniem, zarówno w odniesieniu do zastosowanej technologii, jak i wyglądu zewnętrznego, choć już dziesiątki tego rodzaju spalarni widzieli w UE, w Japonii czy w USA.

Rys. 2 Infantylnie zobrazowany proces termicznego przekształcania odpadów w technologii spalania na ruszcie (szkic wg praw autorskich firmy Martin GmbH)

Podsumowanie

Niniejsza publikacja ma popularnonaukowy charakter i dotyczy ciągle w naszym kraju słabo rozpoznanego problemu systemowego, bezpiecznego dla środowiska spalania odpadów w odpowiednio do tego celu zbudowanych instalacjach. Wiąże się w ten sposób z wytwarzanymi przez nas wszystkich śmieciami i prawidłowym postępowaniem z nimi, czego ciągle systematycznie się uczymy.

Podsumowując przytoczone fakty i komentarze: nowoczesna, zbudowana zgodnie z wymaganymi standardami spalarnia odpadów nie jest panaceum na wszystkie problemy związane z ich zagospodarowaniem. Jest jedynie jednym, odpowiednio uszeregowanym w hierarchii postępowania z odpadami, ze sposobów postępowania z nimi. Wcale nie najważniejszym, jednak obok recyklingu niezbędnym, aby wypełnić zgodnie z najnowszymi trendami założenia związane z postępowaniem z odpadami głoszonymi przez circular economy.

A że przy tym wszystkim może stanowić fascynujący architektonicznie obiekt, jest to swojego rodzaju wartość dodana tego rodzaju instalacji.

dr hab. inż. Tadeusz Pająk, prof. nadzw. AGH Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie