كليدواژه :
گرمايش جهاني , پسماند , لندفيل , LandGem LCA
چكيده فارسي :
دفن پسماند در لندفيل‌ها افزون بر ايجاد آلودگي، سبب توليد گازهاي گلخانه‌اي نيز مي‌شود. يكي از بهترين روش‌ها جهت بررسي ميزان اثرهاي محيط‌زيستي لندفيل، محاسبه و مقايسه سنجه‌هاي ارزيابي چرخه حيات (LCA) جهت تعيين پايداري نسبي است. هدف از اين پژوهش، ارزيابي اثرهاي محيط‌زيستي و ملاحظات اقتصادي روش‌هاي مختلف مديريت بيوگاز لندفيل سراوان در شهر رشت از سال 1400 شمسي به بعد است تا پايدارترين روش مديريت گازهاي لندفيل سراوان تعيين شود.
مواد و روش‌ها:
جهت تخمين ميزان انتشار گازهاي لندفيل، دو سناريو در نظر گرفته شد كه در سناريوي اول، سال 1403 بهعنوان سال پايان بهره‌برداري از لندفيل در نظر گرفته شد و در سناريوي دوم، فرض شد كه لندفيل بهمدت 20 سال ديگر (تا سال 1423 شمسي) نيز بهره‌برداري شود. ميزان انتشار گازهاي لندفيل با استفاده از نرم افزار LandGem، تخمين زده شد و صحت نتايج آن با روش موازنه جرم بررسي شد. مطالعه LCA براي سه حالت مختلف كنترلي، حالت پايه بدون كنترل، استفاده از فلرينگ و توليد الكتريسته در نرم افزار openLCA انجام گرفت. انتقال پسماند جامد به لندفيل، انباشت زباله در لندفيل و مديريت گاز لندفيل بهعنوان فرايندهاي مؤثر در ارزيابي چرخه حيات در اين پژوهش در نطر گرفته شدند و از فرايند مديريت شيرابه با توجه به تأثير نداشتن در سنجه‌هاي محيط زيستي مورد مطالعه صرف‌نظر شد. از نتايج نرم افزار LandGem، ضرايب انتشار بين‌المللي و داده‌هاي موجود در پايگاه داده ELCD v2.3جهت تخمين ميزان انتشار گازها به جو در ارزيابي چرخه حيات استفاده شد.
نتايج و بحث:
نتايج محاسبات نشان داد كه در سناريوي اول و دوم مقدار كل بيوگاز توليدي در لندفيل به ترتيب بالغ بر 6600 و 10500 گيگاگرم است. هچنين مقدار خطاي نسبي نرم افزار LandGem نسبت به روش موازنه جرم در پيش‌بيني مقدار متان توليدي برابر با 3.3 % برآورد شد. گاز استحصال در سناريوي اول و دوم و از سال 1400 به بعد بهطور متوسط برابر با 1500 فوت مكعب در دقيقه است. جهت مديريت بيوگاز، دو روش فلرينگ و توليد برق توسط موتور احتراق داخلي به ترتيب با سرمايه اوليه 639 و 7120 هزار دلار پيشنهاد شد. هزينه سالانه آنها نيز به ترتيب برابر با 18 و 918 هزار دلار برآورد شد. بررسي چهار سنجه در مطالعه ارزيابي چرخه حيات نشان داد كه با بهكارگيري دو تكنولوژي فلرينگ و توليد برق توسط موتور احتراق داخلي، پتانسيل گرمايش جهاني كمابيش به اندازه 30% نسبت به حالت پايه لندفيل كاهش مي‌يابد. بهطوريكه ميزان انتشار گاز دياكسيدكربن معادل براي حالت پايه، استفاده از فلر و توليد الكتريسته به ترتيب برابر با 3245، 2311 و 2276 كيلوگرم دياكسيدكربن به ازاي يك مگاگرم زباله ورودي به لندفيل تخمين زده شد. همچنين پتانسيل توليد اكسنده‌هاي فتوشيميايي در حالت پايه (0.7 كيلوگرم اتيلن معادل به ازاي يك مگاگرم زباله) بسيار بيشتر از مقدار سنجه در دو حالت ديگر است. اما مقدار سنجه پتانسيل اسيدي شدن در حالت توليد الكتريسته نسبت به دو حالت پايه و استفاده از فلر بيشتر است. اين در حالي است كه پتانسيل تخليه لايه ازن در هر سه حالت مديريتي يكسان است.
نتيجه‌گيري:
با توجه به سنجه‌هاي LCA و ارزيابي اقتصادي، توليد الكتريسته توسط موتورهاي احتراق داخلي بهعنوان مناسب‌ترين روش جهت مديريت گاز بعد از سال 1400 پيشنهاد شد كه افزون بر كاهش 30 % در سنجه گرمايش جهاني، سالانه به ميزان 11000 مگاوات ساعت برق توليد مي‌كند. اين ميزان كمابيش معادل ميانگين مصرف سالانه برق توسط 5500 خانوار گيلاني و يا 4000 خانوار در شهرستان رشت است.
چكيده لاتين :
In addition to causing pollution, landfills also produce greenhouse gases. One of the best methods to assess landfills' environmental impact is to calculate and compare life cycle assessment (LCA) indicators to determine the relative stability of systems. The purpose of this study was to evaluate the environmental effects and economic implications of different methods of Saravan landfill biogas management in Rasht from 2024 forward to determine the most sustainable method for Saravan landfill gas management.
Material and methods:
Two scenarios were considered for biogas emission estimation from the landfill. In the first scenario, the landfill will be closed in 2024, and in the second scenario, the landfill will be in operation for another 20 years (until 2044). LandGem software has been applied to estimate the amount of biogas emitted from the landfill and the accuracy of results was assessed by the mass balance technique. The LCA study was conducted for three different control situations, including an uncontrolled base case, flare utilization, and electricity generation using internal combustion engines in openLCA software. Waste transportation, landfilling, and biogas management was considered in the system boundary in the life cycle assessment. The leachate treatment process was not investigated because of its negligible effect on the studied indicators. To estimate the emission rates of wastes to the atmosphere in the life cycle assessment software, the LandGem simulation results, international emission factors, and data in the ELCD v2.3 databases were used.
Results and discussion:
The results showed that in the first and second scenarios, the total amount of biogas generated in the landfill was over 6,600 and 10,500 Gigagrams, respectively. Also, the relative error of LandGem in predicting the generated methane was almost 3.3%. The extracted gas flow rate in the first and second scenarios from 2024 was about 1500 cubic feet per minute. Two flaring and electricity-generating using the internal combustion engine methods have been proposed for landfill gas management with capital costs of 639,000 and 7,120,000 U.S. dollars, respectively. Their annual costs were 18,000 and 918,000 U.S. dollars, respectively. Examining four environmental indicators in life cycle assessment showed that by applying flaring and electricity-generating using the internal combustion engine, global warming potential (GWP100) was reduced by about 30% compared to the uncontrolled base case. So that, the equivalent carbon dioxide emission was almost 3,245, 2,311 and 2,276 kilograms per Mega grams of input solid waste in the base case, the flaring case and the electricity generation case, respectively. Moreover, the photochemical oxidant formation potential in the base case (0.7-kilogram equivalent ethylene per Megagrams solid waste) was much more than that for the other two cases. Meanwhile, the ozone depletion potential was equal for all three management cases.
Conclusion:
Given the LCA indicators and economic implications, internal combustion engines have been suggested as the most suitable option for landfill gas management after 2024. It not only reduced about 30% of the global warming potential, but also produced 11,000 megawatt-hours of electricity per year. This is almost equal to the average annual electricity consumption of 5,500 households in Guilan Province or 4,000 households in Rasht County.
