نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه گیلان، گیلان، ایران

10.52547/envs.35875

چکیده

سابقه و هدف:
دفن پسماند در لندفیل‌ها علاوه بر ایجاد آلودگی‌، باعث تولید گازهای گلخانه‌ای نیز می‌شود. یکی از بهترین روش‌ها جهت بررسی میزان اثرات محیط‌زیستی لندفیل، محاسبه و مقایسه شاخص‌های ارزیابی چرخه حیات (LCA) جهت تعیین پایداری نسبی است. هدف از این پژوهش، ارزیابی اثرات محیط‌زیستی و ملاحظات اقتصادی روش‌های مختلف مدیریت بیوگاز لندفیل سراوان در شهر رشت از سال 1400 شمسی به بعد است تا پایدارترین روش مدیریت گازهای لندفیل سراوان تعیین شود.
مواد و روش‌ها:
جهت تخمین میزان انتشار گازهای لندفیل، دو سناریو در نظر گرفته شد که در سناریوی اول، سال ۱۴۰۳ به عنوان سال پایان بهره‌برداری از لندفیل در نظر گرفته شد و در سناریوی دوم، فرض شد که لندفیل به مدت ۲۰ سال دیگر (تا سال 1423 شمسی) نیز بهره‌برداری شود. میزان انتشار گازهای لندفیل با استفاده از نرم‌ افزار LandGem، تخمین زده شد و صحت نتایج آن با روش موازنه جرم بررسی شد. مطالعه LCA برای سه حالت مختلف کنترلی ، حالت پایه بدون کنترل، استفاده از فلرینگ و تولید الکتریسته در نرم افزار openLCA انجام گرفت. انتقال پسماند جامد به لندفیل، انباشت زباله در لندفیل و مدیریت گاز لندفیل به عنوان فرایندهای دخیل در ارزیابی چرخه حیات در این پژوهش در نطر گرفته شدند و فرایند مدیریت شیرابه با توجه به عدم تاثیر در شاخص‌های محیط زیستی مورد مطالعه صرف‌نظر شد. از نتایج نرم افزار LandGem ، ضرایب انتشار بین‌المللی و داده‌های موجود در پایگاه داده ELCD v2.3 جهت تخمین میزان انتشار  گازها به جو در ارزیابی چرخه حیات استفاده شد.  
نتایج و بحث:
نتایج محاسبات نشان داد که در سناریوی اول و دوم مقدار کل بیوگاز تولیدی در لندفیل به ترتیب بالغ بر 6600 و 10500 گیگاگرم است. هچنین مقدار خطای نسبی نرم ‌افزار LandGem  نسبت به روش موازنه جرم در پیش‌بینی مقدار متان تولیدی برابر با 3.3 % برآورد شد. گاز استحصال شده در سناریوی اول و دوم و از سال ۱۴۰۰ به بعد به طور متوسط برابر با 1500 فوت مکعب در دقیقه است. جهت مدیریت بیوگاز، دو روش فلرینگ و تولید برق توسط موتور احتراق داخلی به ترتیب با سرمایه اولیه ۶۳۹ و ۷۱۲۰ هزار دلار پیشنهاد شد. هزینه سالانه آنها نیز به ترتیب برابر با ۱۸ و ۹۱۸ هزار دلار برآورد شد. بررسی چهار شاخص در مطالعه ارزیابی چرخه حیات نشان داد که با به کارگیری دو تکنولوژی فلرینگ و تولید برق توسط موتور احتراق داخلی، پتانسیل گرمایش جهانی تقریبا به اندازه 30% نسبت به حالت پایه لندفیل کاهش می‌یابد. به طوری که میزان انتشار گاز دی‌اکسید‌ کربن معادل برای حالت پایه، استفاده از مشعل و تولید الکتریسته به ترتیب برابر با 3245، 2311 و 2276 کیلوگرم دی‌اکسید کربن به ازای یک مگاگرم زباله ورودی به لندفیل تخمین زده شد. همچنین پتانسیل تولید اکسنده‌های فتوشیمیایی در حالت پایه (7/0 کیلوگرم اتیلن معادل به ازای یک مگاگرم زباله) بسیار بیشتر از مقدار شاخص در دو حالت دیگر است. اما مقدار شاخص پتانسیل تشکیل اسید در حالت تولید الکتریسته نسبت به دو حالت پایه و استفاده از مشعل بیشتر است. این در حالی است که پتانسیل کاهش ضخامت لایه ازن در هر سه حالت مدیریتی یکسان است.
نتیجه‌گیری:
با توجه به شاخص‌های LCA و ارزیابی اقتصادی، تولید الکتریسته توسط موتورهای احتراق داخلی به عنوان مناسب‌ترین روش جهت مدیریت گاز بعد از سال 1400 پیشنهاد شد که علاوه بر کاهش 30 % در شاخص گرمایش جهانی، سالانه به میزان ۱۱۰۰۰ مگاوات ساعت برق تولید می‌کند. این میزان تقریبا معادل میانگین مصرف سالانه برق توسط ۵۵۰۰ خانوار گیلانی و یا 4000 خانوار در شهرستان رشت است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Energy utilization potential of Saravan landfill in Rasht with life cycle assessment approach

نویسندگان [English]

  • Ali Ahmadi Orkomi
  • Maryam Malekpour

Faculty of Natural resources, University of Guilan, Guilan, Iran

چکیده [English]

Introduction:
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 2021 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.
 
 
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • Global warming
  • landfill
  • LandGem
  • LCA
  • Solid waste