پتانسیل‌سنجی بهره‌برداری انرژی از لندفیل سراوان در شهر رشت با رویکرد ارزیابی چرخه حیات

سابقه و هدف:دفن پسماند در لندفیل‌ها افزون بر ایجاد آلودگی‌، سبب تولید گازهای گلخانه‌ای نیز می‌شود. یکی از بهترین روش‌ها جهت بررسی میزان اثرهای محیط‌زیستی لندفیل، محاسبه و مقایسه سنجه‌های ارزیابی چرخه حیات (lca) جهت تعیین پایداری نسبی است. هدف از این پژوهش، ارزیابی اثرهای 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 1403 به عنوان سال پایان بهره‌برداری از لندفیل در نظر گرفته شد و در سناریوی دوم، فرض شد که لندفیل به مدت 20 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 موثر در ارزیابی چرخه حیات در این پژوهش در نطر گرفته شدند و از فرایند مدیریت شیرابه با توجه به تاثیر نداشتن در سنجه‌های محیط زیستی مورد مطالعه صرف‌نظر شد. از نتایج نرم افزار landgem، ضرایب انتشار بین‌المللی و داده‌های موجود در پایگاه داده elcd v2.3جهت 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 در سناریوی اول و دوم و از سال 1400 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 639 و 7120 هزار دلار پیشنهاد شد. هزینه سالانه آن ها نیز به ترتیب برابر با 18 و 918 هزار دلار برآورد شد. بررسی چهار سنجه در مطالعه ارزیابی چرخه حیات نشان داد که با به کارگیری دو تکنولوژی فلرینگ و تولید برق توسط موتور احتراق داخلی، پتانسیل گرمایش جهانی کمابیش به اندازه 30% نسبت به حالت پایه لندفیل کاهش می‌یابد. به طوریکه میزان انتشار گاز دی‌اکسید‌کربن معادل برای حالت پایه، استفاده از فلر و تولید الکتریسته به ترتیب برابر با 3245، 2311 و 2276 کیلوگرم دی‌اکسیدکربن به ازای یک مگاگرم زباله ورودی به لندفیل تخمین زده شد. همچنین پتانسیل تولید اکسنده‌های فتوشیمیایی در حالت پایه (0.7 کیلوگرم اتیلن معادل به ازای یک مگاگرم زباله) بسیار بیشتر از مقدار سنجه در دو حالت دیگر است. اما مقدار سنجه پتانسیل اسیدی شدن در حالت تولید الکتریسته نسبت به دو حالت پایه و استفاده از فلر بیشتر است. این در حالی است که پتانسیل تخلیه لایه ازن در هر سه حالت مدیریتی یکسان است.نتیجه‌گیری:با توجه به سنجه‌های lca و ارزیابی اقتصادی، تولید الکتریسته توسط موتورهای احتراق داخلی به عنوان مناسب‌ترین روش جهت مدیریت گاز بعد از سال 1400 پیشنهاد شد که افزون بر کاهش 30 % در سنجه گرمایش جهانی، سالانه به میزان 11000 مگاوات ساعت برق تولید می‌کند. این میزان کمابیش معادل میانگین مصرف سالانه برق توسط 5500 خانوار گیلانی و یا 4000 خانوار در شهرستان رشت است.

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

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 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 electricitygenerating 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 electricitygenerating 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 (0.7kilogram 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 megawatthours 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.