Математическое моделирование процесса образования биогаза на полигонах твердых коммунальных отходов
- 4,5 Калужский филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет» (КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана) (г. Калуга, Россия)
Аннотация
Постановка проблемы. С ростом объемов твердых коммунальных отходов (ТКО) по всему миру наблюдается значительное увеличение выбросов парниковых газов (главным образом, метана и углекислого газа), выделяющихся на полигонах. Метан обладает глобальным потенциалом потепления, который более чем в 25 раз превышает таковой для CO2, что делает его одной из наиболее опасных составляющих, влияющих на климат. В условиях современных экологических и климатических вызовов крайне актуально разработать эффективные методы для снижения выбросов метана с полигонов ТКО и оптимизации процессов его переработки в биогаз. Биогазовые установки на полигонах предлагают возможность утилизации метана с одновременным получением ценного энергетического ресурса, который может заменить традиционные ископаемые источники энергии и внести вклад в энергетическую безопасность регионов.
Цель. Разработать математическую модель, которая будет учитывать временную динамику процесса синтеза биогаза на полигонах ТКО и позволит предсказывать объем и состав биогаза (метана, углекислого газа и др.) при различных условиях окружающей среды.
Результаты. Разработана математическая модель синтеза биогаза на полигонах ТКО с учетом временной динамики процесса. Проанализированы ключевые факторы, влияющие на производство биогаза, такие как температура окружающей среды, внутренняя температура полигона, влажность и скорость разложения органических отходов.
Практическая значимость. Модель позволяет предсказать объем и состав биогаза, в частности, концентрацию метана и углекислого газа, при различных внешних условиях. Использование разработанной модели снизит выбросы парниковых газов с полигонов, повысит эффективность переработки отходов и улучшит экологическую обстановку.
- Поступила
- 26.05.2025
- Одобрена
- 11.06.2025
- Принята
- 20.07.2025
Для цитирования
Рабанеев К.И., Никулина С.Н., Кулиева Г.А., Белова И.К., Фатеева Н.Ю. Математическое моделирование процесса образования биогаза на полигонах твердых коммунальных отходов // Наукоемкие технологии. 2025. Т. 26. № 4. С. 41−49. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j19998465-202504-05
Список источников
- Подобедова Л. Куратор мусорной реформы раскрыл число незаконных свалок в России. [Электронный ресурс] Complete LFG Energy Project Development Handbook (pdf). Режим доступа: rbc.ru (дата обращения 16.11.2024).
- Активная дегазация полигонов твердых бытовых отходов (ТБО) [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://conveco.ru/degazatsiya-poligonov tbo. (Дата обращения 12.11.2024).
- Аммар Али Абд, Джинсу Ким, Дхейа Дж. Джасим, Мохд Росли Отман. Производство зеленого метана путем улавливания диоксида углерода из биогаза полигонов с помощью адсорбции под давлением при посредничестве MOF ZIF-8 // Преобразование энергии и управление. 2024. № 321 (https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.119090).
- Антушевич А.А., Минакова П.С., Поддубный, А.М. Оценка энергетического потенциала полигона твердых коммунальных отходов // Вопросы безопасности. 2020. № 5.
- Вайсман Я.И. и др. Управление отходами. Полигонные технологии захоронения твердых бытовых отходов. Рекультивация и постэксплуатационное обслуживание полигона: Монография / Под ред. Я.И. Вайсмана. Пермь: Перм. нац. исслед. политехн. ун-т. 2012. 244 с.
- Годой В., Мартин-Лара М.А., Гарсия-Гарсия Г. Оценка воздействия на окружающую среду производства биометана из биогаза с полигонов и его использования в качестве автомобильного топлива // Возобновляемая энергия. 2024. № 237 (https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121685).
- Касимов А.М. и др. Биогаз полигонов ТБО – важный резерв альтернативных источников энергии // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2008. 2/3 (32). C. 26–28.
- Корнилова Н.В. Анализ опыта и перспектив энергетической утилизации твердых коммунальных отходов // Наукоемкие технологии и инновации (XXV Научные чтения). Белгород: Изд-во БГТУ. 2023. С. 894–898.
- Костарев С.Н. Математическая модель управления состоянием полигона твердых бытовых отходов: Автореф. дис., Пермь, 2003. 24 с.
- Межправительственная группа экспертов по изменению климата. МГЭИК. 2014: Доклад об изменении климата за 2014 год: Обобщающий доклад. Вклад Рабочих групп I, II и III в Пятый оценочный доклад.
- Отчет Гринпис: мусор в России. Что делать [hfс мусором в России? [Электронный источник]. Режим доступа: https:// greenpeace.ru/report-RUSSIA GARBAGE.pdf (дата обращения 17.11.2024)
- Проблема бактериологического газообразования на полигонах твердых бытовых отходов и использования метана как источника энергии. Калужский гос. ун-т им. К.Э. Циолковского, Калуга. 2010. 16 с.
- Торрес-Эррера С., Паломарес-Кортес Я., Гонсалес-Кортес Х.Х., Кубидез-Паез Д.Ф., Гамисанс X., Кантеро Д., Рамирес М. Биосероочистка свалочного биогаза с помощью биоскруббера пилотного масштаба: эксплуатационные ограничения и микробный анализ // Экологические исследования. 2024. № 246 (https://doi.org/10.1016/j.envres.2024.118164).
- Середа Т.Г. Обоснование технологических режимов функционирования искусственных экосистем хранения отходов: Автореф. дис., М., 2006. 11 с.
- Статистика росприроднадзора [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://rpn.gov.ru/open-service/analytic-data/statistic-reports/production-consumption-waste/. (Дата обращения 17.11.2024).