Converting Municipal Solid Waste into Energy - Al-Minya Landfill as a Case study
Loading...
Date
2021-05-25
Authors
Nammoura, Ayoub
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
I. Abstract
The global demand on energy resources is largely increased in the last century, especially fossil fuel products which deliver the world of 85% of its primary energy. This results in significant environmental problems like global warming, ozone depletion, acid rain and so on.
The amount of global MSW is predicted to reach 148 billion tons by 2025, which need a significant interest and management. Otherwise, the consequences will be very bad. In the developing countries, usually they treat the MSW by traditional methods (like open burning or throw it in a random dumpsites), which result in a negative environmental and social effects. The search for more sustainable MSW management techniques has high interest by the researchers and engineers. One of these techniques is converting of the MSW into energy sources by incineration, gasification, pyrolysis, anaerobic digestion or other converting methods.
In Palestine Territory (represented by West Bank and Gaza strip), there is a real problem related to the energy and MSW sectors. As it its occupied by Israel, the generation of energy in Palestine is very limited (a generating plant in Gaza strip which cover less than 8% of Palestine demand) due to political and economic challenges, which result in a significant shortage of Palestinian demand, where West Bank demand had reached 1.2 MW in in 2019. The amount of MSW in 2019 in West Bank is 957,030 tons/year, 485,450 tons/year in Gaza, and 110,421 tons/year in refugee camps in West Bank and Gaza strip.
There are 4 sanitary landfills in West Bank: Zahrat Al Finjan Landfill in Jenin governorate which serve the northern part of West Bank, Al Minya Landfill in Bethlehem Governorate which serve the southern part of West Bank, Jericho Landfill, and Beit Anan Landfill (which serve N-E&N Jerusalem and 5 local government units (LGUs) in Ramallah-Bireh governorate). Another suggested landfill is Rammun Landfill which supposed to serve all communities in Ramallah-Bireh governorate when it built, and due to the challenges face the construction of Rammun Landfill, many random dumpsites is distributed in Ramallah and Nablus areas. In Gaza strip, there are 4 sanitary landfills: Johr Al-Diek, Al-Fukhary (Sofa new and old landfills) and Deir Al-Balah landfills.
This project studies the potential of energy generation from municipal solid waste that are received to Al Minya landfill -which receives near 1,050 tons/day in 2020- after MSW sorting (separation) process has been done. It is worth to mention that Al Minya landfill serves all the southern area of the West Bank and it is a relatively new landfill (2013). In particular, the project considers incineration and landfilling waste-to-energy technologies, and find out the total amount of available energy by adopting each technology.
The results show that the incineration plant capacity – which works for 30 years with 22% assumed conversion efficiency for electricity generation- to be 26.8 MW, depending on the daily available electric energy in the MSW in 2023 which is equals 642,427.5 kWh/day-.
The results also show that the available energy from the landfilling plant gas values varied through years 2023 to 2093 (1,293,796 kWh in 2024 to 96,065,480 kWh in 2054 and then decrease gradually) with power generation capacity (0.164 MW in 2024 and 12 MW in 2054), therefore, a multi generators will be used, each with 3 MW power capacity and 17 years life time, distributed over the plant life time, in order to obtain the highest possible generation efficiency.
الملخص
ازداد الطلب العالمي على موارد الطاقة بشكل كبير في القرن الماضي ، وخاصة منتجات الوقود الأحفوري التي توفر للعالم 85٪ من مصادر الطاقة الرئيسية. ونتج عن هذه الزيادة في الطلب على الطاقة مشاكل بيئية كبيرة مثل الاحتباس الحراري، نضوب طبقة الأوزون، الأمطار الحمضية، وغير ذلك من المشاكل البيئية.
من المتوقع أن تصل كمية الانتاج العالمي للنفايات الصلبة المحلية إلى 148 مليار طن بحلول عام 2025 ، والتي تحتاج إلى اهتمام وإدارة كبيرين. خلاف ذلك ، ستكون العواقب وخيمة للغاية. في البلدان النامية ، عادة ما يعالجون النفايات الصلبة المحلية بالطرق التقليدية (مثل الحرق في الهواء في أماكن مفتوحة أو رميها في مكبات عشوائية)، مما يؤدي إلى آثار بيئية واجتماعية سلبية. يحظى البحث عن تقنيات إدارة أكثر استدامة للنفايات الصلبة باهتمام كبير من قبل الباحثين والمهندسين. تتمثل إحدى هذه التقنيات في تحويل النفايات الصلبة البلدية إلى مصادر طاقة عن طريق الحرق المغلق (incineration) ، أو التغويز (gasification) ،أو الانحلال الحراري، أو الهضم اللاهوائي، أو غير ذلك من طرق التحويل الأخرى.
في الأراضي الفلسطينية (ممثلة بالضفة الغربية وقطاع غزة)، هناك مشكلة حقيقية تتعلق بقطاعي الطاقة والنفايات الصلبة. نظرًا لاحتلالها من قبل إسرائيل، فإن توليد الطاقة في فلسطين محدود جدًا (محطة توليد في قطاع غزة تغطي أقل من 8٪ من الاحتياج الفلسطيني للطاقة) بسبب التحديات السياسية والاقتصادية ، مما نتج عنه نقص كبير في الطلب الفلسطيني للطاقة (energy demand)، حيث بلغ الطلب للطاقة في الضفة الغربية 1.2 ميجاوات في عام 2019. بلغت كمية النفايات الصلبة البلدية في عام 2019 في الضفة الغربية 957،030 طنًا / سنويًا ، و 485،450 طنًا / سنويًا في غزة ، و 110،421 طنًا / سنويًا في مخيمات اللاجئين في الضفة الغربية وقطاع غزة.
يوجد 4 مكبات صحية في الضفة الغربية: مكب زهرة الفنجان في محافظة جنين الذي يخدم الجزء الشمالي من الضفة الغربية، مكب المنيا في محافظة بيت لحم الذي يخدم الجزء الجنوبي من الضفة الغربية، مكب أريحا، مكب بيت عنان (الذي يخدم شمال وشرق القدس و 5 مجالس محلية في محافظة رام الله – البيرة). مكب نفايات آخر مقترح هو مكب رمون الذي من المفترض أن يخدم جميع التجمعات السكانية في محافظة رام الله - البيرة عند بنائه. وبسبب التحديات التي تواجه إنشاء مكب رمون ، ينتشر العديد من المكبات العشوائية في منطقتي رام الله ونابلس. يوجد في قطاع غزة 4 مكبات صحية هي: جحر الديك ، الفخاري (مكب صوفا القديم والجديد) ومكب دير البلح.
يدرس هذا المشروع إمكانية توليد الطاقة من النفايات الصلبة البلدية التي تصل إلى مكب المنيا - الذي يستقبل ما يقرب من 1050 طن / يوم في عام 2020 - بعد الانتهاء من عملية فرز (فصل) النفايات الصلبة البلدية. الجدير بالذكر أن مكب المنيا يخدم جميع المناطق الجنوبية من الضفة الغربية وهو مكب جديد نسبيًا (تم تشغيله عام 2013). على وجه الخصوص ، يأخذ المشروع بعين الاعتبار تقنيات الحرق (incineration) وطمر النفايات (landfilling) لتحويل النفايات إلى طاقة ، ومعرفة الكمية الإجمالية للطاقة المتاحة من خلال دراسة كل تقنية.
أظهرت النتائج أن سعة محطة الحرق (incineration plant) -التي تعمل لمدة 30 عامًا بنسبة 22٪ من كفاءة التحويل المفترضة لتوليد الكهرباء- تبلغ 26.8 ميجاوات، اعتمادًا على الطاقة الكهربائية المتاحة يوميًا في MSW في عام 2023 والتي تساوي 642.427.5 كيلو واط ساعة / يوم.
أظهرت النتائج أيضًا أن الطاقة المتاحة من الغاز الناتج في محطة دفن النفايات (landfilling plant) تتغير خلال السنوات 2023 إلى 2093 (1،293،796 كيلوواط ساعة في عام 2024 وتستمر بالزدياد إلى أن تصل 96،065،480 كيلوواط ساعة في عام 2054 ثم تنخفض تدريجيًا بعد عام 2054) مع قدرة توليد الطاقة –السعة- (0.164 ميجاوات في عام 2024 و 12 ميجاوات في عام 2054). لذلك، سيتم استخدام مولدات متعددة، كل منها بقدرة 3 ميجاوات و 17 عامًا من العمر الافتراضي ، موزعة على عمر المحطة، من أجل الحصول على أعلى كفاءة توليد ممكنة.