Rozwój technologii spalania odpadów komunalnych w Chinach jest odzwierciedleniem rozwoju tego kraju na przestrzeni ostatnich 25 lat. Chiny z populacją licząca blisko 1.4 mld dokonały zmiany postępowania z odpadami od składowania, często chaotycznego, rozproszonego, czy wręcz emisją do środowiska do niemal pełnego domknięcia cyklu, bądź przez recykling materiałowy, bądź energetyczny. Manifestacją tej transformacji jest największa i najnowocześniejsza na świecie sieci zakładów WtE (waste-to-energy), wspierana twardymi regulacjami emisyjnymi, taryfami za energię z odpadów oraz programami „zero-waste” i obowiązkowej segregacji. Chciałbym spojrzeć na ile ta transformacja różni się od podejścia europejskiego oraz jakie są jej dalsze perspektywy.
Historia i przyczyny rozwoju (od składowania do WtE)
Wraz z przyspieszeniem industrialnym w końcu XX w. oraz ze zwiększoną produkcją kierowaną początkowo wyłącznie na eksport, Chiny zderzyły się z problemem rosnącej ilości odpadów komunalnych. O ile w latach wcześniejszych dominowały głównie odpady organiczne, to rozwój, wzrost zamożności społeczeństwa zamieszkującego miasta doprowadził do wzrostu ilości odpadów z tworzyw sztucznych, papieru, tekstyliów. Skala wzrostu tych zjawisk była nieporównywalnie szybsza niż w Europie zachodniej – zarówno ze względu na efekt bazy, jak i wielkość ośrodków miejskich. Dlatego wdrażanie technologii WtE stało się jednym z kluczowych elementów wieloletniego planowania strategicznego państwa. Chińska ustawa z 2005 r. o odnawialnych źródłach energii uznaje energię z odpadów za kwalifikowaną do wsparcia. Później wprowadzono przepisy o preferencyjnych taryfach sieciowych dla energii elektrycznej dla spalarni. To stabilna i przewidywalna warstwa legislacyjna stworzyła warunki do dynamicznego rozwoju tej branży. Dalsze regulacje wspięły przyjęty model i zapewniały stabilny dopływ surowca, od 2017 r. obowiązek wprowadzania systemów segregacji w 46 kluczowych miastach, a od 2019 r. lokalne akty (np. Szanghaj) z realnymi sankcjami. Przełomowym momentem było wdrożenie polityki „Zakazu importu odpadów” w 2017 r., która zmusiła kraj do radykalnej reorganizacji i unowocześnienia własnego systemu gospodarowania odpadami komunalnymi. Kluczowym programem rządowym napędzającym rozwój sektora był plan „Zbudowania bezodpadowych miast”, intensywnie wspierany przez centralne i lokalne dotacje na infrastrukturę. Należy jednak zauważyć istotną różnicę między podejściem europejskim, a chińskim w rozumieniu „bezodpadowe miasto”. W Europie trend zmierza do ograniczania, zmniejszania ilości odpadów połączonego z rozbudowaną i rygorystyczną segregacją. W Chinach segregacja ma na celu głównie ograniczenie obecności mokrej frakcji organicznej w odpadach o potencjale energetycznym. Druga zasadnicza różnica to fakt, że tworzywa sztuczne, plastik stanowią cały czas dużą część frakcji odpadowej zmieszanej, co przyczynia się do wzrostu kaloryczności paliwa. Te mniej restrykcyjne podejście do plastiku może być również podyktowane faktem, że Chińska gospodarka jest największym producentem tworzyw sztucznych na świecie, a ograniczanie ich zużycia wiązało by się z negatywnymi skutkami ekonomicznymi. Obecnie duże miasta łączą trzy filary gospodarki odpadami komunalnymi: redukcja u źródła i segregacja, recykling/biometanizacja frakcji kuchennej, WtE dla pozostałości.
Głównym wyzwaniem dla wdrażania technologii WtE w Chinach była początkowa niska kaloryczność odpadów związana z ich wilgotnością. Wynikało to bezpośrednio z braku systemu segregacji odpadów na początku łańcucha, a więc przez społeczeństwo. Ze względu na odmienny model konsumpcji, w tym również, jeśli chodzi bezpośrednio o nawyki związane z modelem żywienia, wprowadzenie opakowań jednorazowych z tworzyw sztucznych spowodowało wzrost zmieszanych odpadów organicznych, w tym odpadów żywności. W UE średnia wartość opałowa odpadów komunalnych wynosi 9-11 MJ/kg, podczas gdy w Chinach często spada do 5-6 MJ/kg. Oddzielenie odpadków organicznych od pozostałych frakcji było kluczowe z punktu widzenia technologii spalania. Początkowo systemu segregacji były wdrażane w kilku dużych ośrodkach miejskich, by później przenosić doświadczenia na kolejne. W 2000 r. działało w Chinach ok. 15 instalacji spalania. Boom inwestycyjny rozpoczął się po 2010 r., kiedy wprowadzono zasadę „zero waste landfill” w największych aglomeracjach. W 2010 r. liczba ta wzrosła do 150, a w 2022 r. funkcjonowało już ponad 800 spalarni, o łącznej zdolności przerobowej przekraczającej 450 tys. ton odpadów dziennie. Obecnie ich liczba przekracza 1000. Największe obiekty to Shenzhen East Waste-to-Energy Plant – największa spalarnia na świecie, zdolna do przetwarzania 5,6 tys. ton odpadów dziennie. Została zaprojektowana w formie okrągłego kompleksu o średnicy 1,3 km, co symbolizuje gospodarkę o obiegu zamkniętym. Myślę że mocną inspiracją tego projektu była spalarnia w Kopenhadze. Laogang Renewable Energy Center (Szanghaj) – część jednego z największych kompleksów gospodarki odpadami na świecie, integrującego sortownię, MBT i spalarnie. Gao’antun i Liulitun (Pekin) – instalacje, które wyznaczały standardy w latach 2010-2020. Dzięki tym inwestycjom, w metropoliach takich jak Szanghaj, Pekin, Guangzhou, czy Shenzhen, ponad 70% odpadów komunalnych jest obecnie spalanych z odzyskiem energii. Należy mieć tu na uwadze, że łączna populacja tych czterech miast przekracza 80 mln ludzi, a więc jest zbliżona do populacji Niemiec. Gęstość zaludnienia, która była początkowo przyczyną gwałtownego wzrostu zanieczyszczenia stała się również przyczyną szybkiej implementacji technologii. Koncentracja strumieni odpadów sprzyja wyższej efektywności ekonomicznej projektów przetwarzania.
Technologia Ze względu na ciągle wysoką zawartość odpadów pochodzenia biologicznego większość nowych instalacji zawiera element MBT – Mechanical-Biological Treatment (mechaniczno-biologiczne przetwarzanie odpadów). W praktyce oznacza to: część mechaniczna – sortowanie odpadów zmieszanych w celu wydzielenia surowców wtórnych (metale, szkło, tworzywa sztuczne) oraz frakcji wysokokalorycznej (RDF – paliwo z odpadów) oraz część biologiczna – stabilizacja frakcji organicznej (np. poprzez kompostowanie lub fermentację beztlenową z produkcją biogazu). Celem MBT jest zmniejszenie ilości i „aktywności biologicznej” odpadów kierowanych do składowania lub spalania. W połączeniu ze spalarnią, tak jak w kompleksie Laogang w Szanghaju, MBT pozwala uzyskać bardziej jednorodne paliwo (RDF), a jednocześnie zagospodarować bioodpady w procesach biologicznych. Takie podejście manifestuję się w integracji procesów przetwarzania odpadów w parkach technologicznych – ekoparkach, w którym dochodzi do integracji wszystkich etapów technologii, a nie wyłącznie samego procesu spalania. Typowa linii WtE wybudowana po r. 2020 oparta jest o piece z rusztem ruchomym o łącznej wydajności 800-1 200 ton na dobę (od 2 do 6 piecy na zakład). Para ~400-450°C, turbina kondensacyjna (czasem CHP). W standardzie instalacje wyposażone są w oczyszczanie spalin: SNCR/SCR (dla NOₓ), półsucha płuczka + wtrysk węgla aktywnego (HCl/Hg/dioksyny), filtr workowy dla pyłów i monitoring ciągły. W procesie powstają żużel do odzysku kruszywa po separacji metali; popioły lotne kierowane do stabilizacja/solidyfikacja. W Europie spalarnie są częściej zintegrowane z systemami ciepłowniczymi (CHP), np. w Danii, czy Szwecji. W Chinach produkcja ciepła jest ograniczona do wybranych miast w północnej części kraju – głównie dominuje sprzedaż energii elektrycznej do sieci, jednak obecnie pracuje się nad wykorzystaniem ciepła technologicznego w innych procesach przemysłowych. Emisje z nowych chińskich instalacji są porównywalne z europejskimi, ale problemem pozostaje eksploatacja starszych spalarni z lat 2000-2010. Jednak proces modernizacji tej części sektora zostanie ukończony w ciągu 3-4 lat.
Analizując chiński rynek WtE należy zwrócić uwagę na firmę Everbright Environment. Miesiąc temu miałem okazję odwiedzić jedną ze spalarni tego koncernu zlokalizowania w Jinan i mającą zdolność przerobową ok. 1000 ton odpadów na dobę. Obecnie Everbright jest to największa na świecie korporacja inwestująca i zarządzająca aktywami w obszarze WtE. Aby zobaczyć dynamikę rozwoju na przykładzie tego koncernu zestawmy dane dotyczące r. 2021 oraz 2024. Do 2021 r. Everbright zainwestowała w 217 projektów, dysponując łączną inwestycją w wysokości ok. 86,792 mld RMB i podjęła się realizacji 1 projektu O&M. Projekty te mają mieć roczną zdolność przetwarzania odpadów z gospodarstw domowych na poziomie 49 019 500 ton, co ma generować roczną energię elektryczną w sieci na poziomie 16 482 GWh, roczną zdolność przetwarzania odpadów spożywczych i kuchennych na poziomie 2 131 600 ton, roczną zdolność przetwarzania osadów ściekowych na poziomie 321 200 ton oraz roczną zdolność przetwarzania odpadów medycznych na poziomie 10 950 ton. W 2024 r. liczby te kształtowały się następująco: zainwestowała i zrealizowała łącznie 286 projektów o łącznej wartości ok. 101,228 mld RMB, a także podjęła różne rodzaje działalności typu asset-light, takie jak projekty O&M oraz projekty inżynieryjne, projektowe, zaopatrzeniowe, budowlane i operacyjne (EPCO). Zdolności produkcyjne tych projektów obejmują m.in.: roczną zdolność przerobową 55 242 750 ton odpadów z gospodarstw domowych, roczną produkcję energii elektrycznej on-grid 19 123 GWh, roczną zdolność przerobową 3 169 295 ton odpadów spożywczych i kuchennych oraz roczną zdolność dostarczania pary 1 910 832 ton. Należy też zwrócić uwagę, że nakłady inwestycyjne w Chinach na porównywalne technologie są 2-3 krotnie niższe dla danej wydajności instalacji, niż w Europie. Rozwój technologii WtE był bodźcem rozwojowym dla lokalnych przedsiębiorstw w zakresie energetyki i budownictwa przemysłowego, co w połączeniu z ostrą konkurencją regulowało rynek, obniżając jednostkowy koszt inwestycji. Koszt budowy spalarni odpadów komunalnych Amager Bakke (znanej również jako CopenHill) w Kopenhadze dla wydajności 460 mlnEUR. Amager Bakke ma maksymalną zdolność spalania ok. 1 680 ton odpadów na dobę. Dla porównania koszt budowy największej na świecie spalarni odpadów, Shenzhen East Waste-to-Energy Plant to 769 ln EUR, jednak jej moc przerobowa to 5 600 ton odpadów na dobę!
Paradoksy rozwoju
Efekty realizacji sieci WtE szczególnie widać w megamiastach: Szanghaju, Shenzhen, Pekinie, czy Kantonie (Guangzhou). Równocześnie udane programy segregacji, wzrost recyklingu, zmiany w konsumpcji i spowolnienie wzrostu urbanizacyjnego doprowadziły w wielu regionach do sytuacji, w której istniejące instalacje pracują poniżej nominalnej mocy – pojawił się więc paradoks: nadmiar zdolności przerobowych i niedobór surowca. To zjawisko ma istotne konsekwencje ekonomiczne, operacyjne i polityczne oraz wymaga adaptacji planowania i modeli biznesowych. W doniesieniach z 2024-2025 po raz pierwszy stało się jasno widoczne, że liczba i moc instalacji WtE w Chinach rosną szybciej niż realne ilości odpadów resztkowych dostępnych do spalania w niektórych miastach i regionach. Raporty branżowe i artykuły wskazują na przypadki wykorzystania mocy sięgające jedynie 50-70% w okresach poza sezonem oraz na konieczność okresowych przestojów z powodu braku wystarczającego strumienia odpadów. To jeden z Chińskich paradoksów przemysłowych, gdzie skuteczność rozwoju technologii przewyższa lokalny popyt. W tym przypadku skuteczne wdrożenie segregacji i dywersji frakcji mokrych – obowiązkowe segregowanie w takich miastach jak Szanghaj znacząco zmniejszyło ilość odpadów resztkowych dostępnych do spalania (m.in. silna dywersja odpadów kuchennych do kompostowania/biometanizacji). To sukces środowiskowy, ale dla operatorów WtE – zmniejszenie ilości dostępnego paliwa. Na koniec należy dodać wpływ pandemii COVID-19 na zachowanie systemu spalania opadów, był on dwutorowy: drastycznie zwiększył ilość odpadów medycznych, ale również dzięki lockdownom poprawił czystość przestrzeni publicznych, drastycznemu zmniejszeniu uległa też ilość odpadów branży HORECA. Co ciekawe to efekty utrzymania czystości w przestrzeni publicznej utrzymały się w rzeczywistości popandemicznej. Na koniec należy zaznaczyć, że system spalarni, tak jak ujęto w tytule jest obecnie siecią infrastruktury krytycznej – energetycznej, ale również zapewniającym czystość i bezpieczeństwo utylizacji odpadów, w tym odpadów medycznych.
Źródło: Robert E. Przekop, Centrum Zaawansowanych Technologii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Artykuł pochodzi z wydania 4/2025 “Nowa Energia”
