References

alternative

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)

1608-8298

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

10.15518/isjaee.2023.11.089-098

alternative-2319

Research Article

IV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА 12. Водородная экономика

IV. HYDROGEN ECONOMY. 12. Hydrogen Economy

Оценка возможности получения биоводорода при декарбонизации полигонов твердых коммунальных отходов

Assessment of the possibility of obtaining biohydrogen during decarbonization of municipal solid waste landfills

https://orcid.org/0000-0002-3746-6387

Молодцов

Д. В.

Molodtsov

D. V.

Дмитрий Владиславович Молодцов, старший преподаватель

Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства

195251; ул. Политехническая, д. 29, литера Б.; Санкт-Петербург, вн. тер. г. Муниципальный Округ Академическое

Образование: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» 2007; Область научных интересов: возобновляемая энергетика, рациональное природопользование, утилизация отходов, охрана окружающей среды, защита от наводнений; Публикации: более 60; h-index: 10; WoS Researcher ID: GVU-5765-2022.

Тел.: +7-911-759-90-58

Dmitry Vladislavovich Molodtsov, senior lecturer

Higher School of hydraulic and energy construction

195251; Polytechnicheskaya, 29, building B.; St. Petersburg

Education: St. Petersburg State Polytechnic University 2007; Research area: renewable energy, environmental management, waste disposal, environmental protection, flood protection; Publications: more than 60h-index: 10.WoS Researcher ID: GVU-5765-2022.

Tel.: +7-911-759-90-58

veehkim@rambler.ru

https://orcid.org/0000-0002-0934-6935

Михеев

П. Ю.

Mikheev

P. Yu.

Павел Юрьевич Михеев, кандидат технических наук, старший преподаватель

Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства

195251; ул. Политехническая, д. 29, литера Б.; Санкт-Петербург, вн. тер. г. Муниципальный Округ Академическое

Образование: Санкт-Петербургский политехнический университет 2006; Область научных интересов: энергетика и экология; Публикации: более 30; H-index: 5; Scopus ID: 57202760535

Тел.: +7-911-759-90-58

Pavel Yurevich Mikheev, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, senior lecturer

Higher School of hydraulic and energy construction

195251; Polytechnicheskaya, 29, building B.; St. Petersburg

Education: Peter the Great Saint-Petersburg Polytechnic University (Leningrad Polytechnic Institute) 2006; Research area: Power Engineering andEnvironmental Engineering; Publications: more than 30; H-index: 5; Reasearcher ID: K-1289-2013; Scopus ID: 57202760535

Tel.: +7-911-759-90-58

veehkim@rambler.ru

https://orcid.org/0000-0003-4817-7924

Масликов

В. И.

Maslikov

V. I.

Владимир Иванович Масликов, доктор технических наук, профессор

Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства

195251; ул. Политехническая, д. 29, литера Б.; Санкт-Петербург, вн. тер. г. Муниципальный Округ Академическое

Образование: Таджикский политехнический институт 1972; Область научных интересов: альтернативная энергетика, энергетическая утилизация твердых коммунальных отходов, экологическая безопасность; Публикации: более 150; h-index: 10; WoS Researcher ID: O-1118-2013

Тел.: +7-911-759-90-58

Vladimir Ivanovich Maslikov, Doctor of Technical Sciences, Full Professor

Higher School of hydraulic and energy construction

195251; Polytechnicheskaya, 29, building B.; St. Petersburg

Education: Tajik Polytechnic Institute 1972; Research area: alternative energy, energy recycling of municipal solid waste, environmental safety; Publications: more than 150; h-index: 10; WoS Researcher ID: O-1118-2013

Tel.: +7-911-759-90-58

veehkim@rambler.ru

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation

2023

09042024

0118998

2024

Международный издательский дом научной периодики "Спейс

https://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNotice

https://www.isjaee.com/jour/article/view/2319

В статье рассматривается актуальная задача энергетической утилизации твердых коммунальных отходов, большая часть которых в настоящее время захоранивается на полигонах. Приводится оценка выбросов парниковых газов с данных антропогенных объектов. Отмечается, что перспективным направлением утилизации свалочного биогаза является получение биоводорода. Авторами приводятся результаты лабораторных исследований по получению биометана из органосодержащих отходов с дальнейшей его конверсией в биоводород. На примере крупного полигона твердых коммунальных отходов показан возможный геоэкологический эффект за счет снижения эмиссии парниковых газов при энергетической утилизации биогаза.

The article considers the actual problem of energy utilization of solid municipal waste, most of which is currently buried in landfills. The estimation of greenhouse gas emissions from these anthropogenic objects is given. It is noted that a promising direction of landfill biogas utilization is bio-hydrogen production. The authors present the results of laboratory studies on the production of biomethane from organic-containing waste with its further conversion into biohydrogen. On the example of a large landfill of solid municipal waste the possible geo-ecological effect due to the reduction of greenhouse gas emissions in the energy utilization of biogas is shown.

полигоны твердых коммунальных отходовТКОбиогазбиоводороддекарбонизациязащита окружающей средыизменение климата

municipal solid waste landfillsMSWbiogasbiohydrogendecarbonizationenvironmental protectionclimate change

Это исследование было выполнено Санкт-Петербургским политехническим университетом Петра Великого при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках мегагранта «Технологические вызовы и социально-экономическая трансформация в условиях энергетических переходов» (Соглашение № 075-15- 2022-1136 от 01. 07. 2022)

This study was done St. Petersburg Polytechnic University Peter the Great with the support of the Ministry science and higher education of the Russian Federation within the framework of the megagrant “Technological challenges and socio-economic transformation in the conditions energy transitions" (Agreement No. 075-15- 2022-1136 from 07/01/2022)

References1

Kaza, S., Yao, L.C., Bhada-Tata, P. and Van Woerden, F. What a Waste 2.0: A Global Snapshot of Solid Waste Management to 2050. Urban Development. World Bank, Washington DC, 2018. doi: 10.1596/978-1-4648-1329-0.

Yaashikaa P.R. et al. A review on landfill system for municipal solid wastes: Insight into leachate, gas emissions, environmental and economic analysis. Chemosphere, 2022. Volume 309, Part 1, 136627. doi: 10.1016/j.chemosphere.2022.136627.

IPCC: Climate Change 2014: Mitigation of Climate Change. Contribution of Working Group III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2014, 1454 p.

Zhang, C., Xu, T., Feng, H., Chen, S. Greenhouse Gas Emissions from Landfills : A Review and Bibliometric Analysis. Sustainability 2019, 11, 2282. doi: 10.3390/su11082282.

Gómez-Sanabria, A., Kiesewetter, G., Klimont, Z. et al. Potential for future reductions of global GHG and air pollutants from circular waste management systems. Nat Commun 13, 106 (2022). doi: 10.1038/s41467-021-27624-7.

David Meng-Chuen Chen et al. The world's growing municipal solid waste: trends and impacts. Environ. Res. Lett., 2020, 15, 074021. doi: 10.1088/1748-9326/ab8659.

Outlook for biogas and biomethane: Prospects for organic growth, IEA, Paris, 2020. https://www.iea.org/reports/outlook-for-biogas-and-biomethane-prospects-for-organic-growth.

Ravindra Kumar, Anil Kumar, Amit Pal. Overview of hydrogen production from biogas reforming: Technological advancement. International Journal of Hydrogen Energy, 2022. Volume 47, Issue 82. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.08.059.

Swartbooi, A., Kapanji-Kakoma, K.K., Musyoka, N.M. From Biogas to Hydrogen: A Techno-Economic Study on the Production of Turquoise Hydrogen and Solid Carbons. Sustainability 2022, 14, 11050. doi: 10.3390/su141711050.

Cristina Antonini et al. Hydrogen production from natural gas and biomethane with carbon capture and storage – A techno-environmental analysis. Sustainable Energy Fuels, 2020, 4, 2967-2986. doi: 10.1039/D0SE00222D.

Pedro J. Megía et al. Hydrogen Production Technologies: From Fossil Fuels toward Renewable Sources. A Mini Review. Energy Fuels 2021, 35, 20, 16403–16415. doi: 10.1021/acs.energyfuels.1c02501.

Howarth, R.W., Jacobson, M.Z. How green is blue hydrogen? Energy Sci Eng., 2021, 9, 1676–1687. doi: 10.1002/ese3.956.

Lebrouhi B.E. et al. Global hydrogen development - A technological and geopolitical overview. International Journal of Hydrogen Energy, 2022. Volume 47, Issue 11, 7016-7048. doi: 10.1016/j.ijhydene.2021.12.076.

Working Paper | Hydrogen on the Horizon: National Hydrogen Strategies. World Energy Council, 2021. URL: https://www.worldenergy.org/publications/entry/working-paper-hydrogen-on-the-horizon-national-hydrogen-strategies.

Cheng, W., Lee, S. How Green Are the National Hydrogen Strategies? Sustainability, 2022, 14, 1930. doi: 10.3390/su14031930.

Распоряжение Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р Об Энергетической стратегии РФ на период до 2035 г.

Rasporyazhenie Pravitel'stva RF ot 9 iyunya 2020 g. № 1523-r Ob Ehnergeticheskoi strategii RF na period do 2035 g.

Fernando Vidal-Barrero et al. Hydrogen production from landfill biogas: Profitability analysis of a real case study. Fuel, 2022. Volume 324, Part A, 124438. doi: 10.1016/j.fuel.2022.124438.

Sharma, M., Pramanik, A., Bhowmick, G.D., Tripathi, A., Ghangrekar, M.M., Pandey, C., Kim, B.-S. Premier. Progress and Prospects in Renewable Hydrogen Generation : A Review. Fermentation 2023, 9, 537. doi: 10.3390/fermentation9060537.

Hydrogen from landfill gas. H2-international Blog. URL: https://h2-international.com/2022/05/07/hydrogen-from-landfill-gas/.

El Mashad, H. & Zhang, R. Biogas Energy from Organic Wastes. In Holden, N. M., Wolfe, M. L., Ogejo, J. A., & Cummins, E. J. (Ed.), Introduction to Biosystems Engineering, 2020. doi: 10.21061/IntroBiosystemsEngineering/Biogas.

Anelia Milbrandt, Brian Bush, and Marc Melaina. Biogas and Hydrogen Systems Market Assessment. National Renewable Energy Laboratory (NREL). Technical Report NREL/TP-6A20-63596, March 2016, 40 p. https://www.nrel.gov/docs/fy16osti/63596.pdf.

El-Shafie, M., Kambara, S. and Hayakawa, Y. Hydrogen Production Technologies Overview. Journal of Power and Energy Engineering, 2019, 7, 107-154. doi: 10.4236/jpee.2019.71007.

Методы получения водорода в промышленном масштабе. Сравнительный анализ / Шафиев Д.Р., Трапезников А.Н., Хохонов А.А., Агарков Д.А., Бредихин С.И., Чичиров А.А., Субчева Е.Н. // Успехи в химии и химической технологии. — 2020. — Т. 34. № 12 (235). —С. 53–57.

Metody polucheniya vodoroda v promyshlennom masshtabe. Sravnitel'nyi analiz / Shafiev D.R., Trapeznikov A.N., Khokhonov A.A., Agarkov D.A., Bredikhin S.I., Chichirov A.A., Subcheva E.N. // Uspekhi v khimii i khimicheskoi tekhnologii. — 2020. — T. 34. № 12 (235). —S. 53–57.

Современные подходы к получению водорода из углеводородного сырья / И.А. Макарян, И.В. Седов, А.В. Никитин, В.С. Арутюнов // Научный журнал Российского газового общества. — 2020. — № 1. — С. 50–68.

Sovremennye podkhody k polucheniyu vodoroda iz uglevodorodnogo syr'ya / I.A. Makaryan, I.V. Sedov, A.V. Nikitin, V.S. Arutyunov // Nauchnyi zhurnal Rossiiskogo gazovogo obshchestva. — 2020. — № 1. — S. 50–68.

Franchi, G., Capocelli, M., De Falco, M., Piemonte, V., Barba, D. Hydrogen Production via Steam Reforming: A Critical Analysis of MR and RMM Technologies. Membranes 2020, 10, 10. doi: 10.3390/membranes10010010.

Nuria Sánchez-Bastardo, Robert Schlögl, and Holger Ruland. Methane Pyrolysis for Zero-Emission Hydrogen Production: A Potential Bridge Technology from Fossil Fuels to a Renewable and Sustainable Hydrogen Economy. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2021, 60(32), 11855-11881. DOI: 10.1021/acs.iecr.1c01679.

Lúcia Bollini Braga et al. Hydrogen production by biogas steam reforming: A technical, economic and ecological analysis. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013. Volume 28, pp. 166-173. doi: 10.1016/j.rser.2013.07.060.

Чусов А.Н., Масликов В.И., Молодцов Д.В. Исследования состава биогаза на полигоне твердых бытовых отходов // Безопасность в техносфере. Т. 2. № 6 (45) — М.: Изд-во Форум, 2013. — С. 24–28.

Chusov A.N., Maslikov V.I., Molodtsov D.V. Issledovaniya sostava biogaza na poligone tverdykh bytovykh otkhodov. // Bezopasnost' v tekhnosfere. T. 2. № 6 (45) — M.: Izd-vo Forum, 2013. — S. 24–28.

Chusov, A.N., Maslikov, V.I., Molodtsov, D.V., Zhazhkov, V.V., Riabuokhin, O.A. Assessment of zonal distribution of methane on MSW landfills in northern regions for its usage in local power engineering. Magazine of Civil Engineering, 2015, 58 (6), pp. 44–55. doi: 10.5862/MCE.58.5.

Автоматизированный учебно-научный лабораторный комплекс "Биореактор" для исследования процессов биоразложения твердых бытовых отходов / М.П. Федоров, А.В. Черемисин, В.И. Масликов // Региональная экология № 3-4, 2001. — С. 51–54.

Avtomatizirovannyi uchebno-nauchnyi laboratornyi kompleks "Bioreaktor" dlya issledovaniya protsessov biorazlozheniya tverdykh bytovykh otkhodov / M.P. Fedorov, A.V. Cheremisin, V.I. Maslikov // Regional'naya ehkologiya № 3-4, 2001. — S. 51–54.

Лабораторные исследования разложения отходов в биореакторах для оценки биогазового потенциала и выбора мероприятий по рекультивации полигонов ТБО / А.Н. Чусов, В.И. Масликов, Е.Ю. Негуляева, Д.В. Молодцов А.В. Черемисин // Научно-технические ведомости СПбГПУ № 2-2(147)/2012 — СПб.: Изд-во Политехн, ун-та, 2012. — С. 229–235.

Laboratornye issledovaniya razlozheniya otkhodov v bioreaktorakh dlya otsenki biogazovogo potentsiala i vybora meropriyatii po rekul'tivatsii poligonov TBO / A.N. Chusov, V.I. Maslikov, E.Yu. Negulyaeva, D.V. Molodtsov, A.V. Cheremisin // Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPBGPU № 2-2(147)/2012 — SPb.: Izd-vo Politekhn, un-ta, 2012. — S. 229–235.

Экспериментальный комплекс для производства водорода из органосодержащих отходов для применения в топливных элементах / М.П.Федоров, В.И. Масликов, А.Н. Чусов, Д.В. Молодцов // Научно-технические ведомости СПбГПУ № 4(135)/2011 — СПб.: Изд-во Политехн, ун-та, 2011. — С. 35–41.

Ehksperimental'nyi kompleks dlya proizvodstva vodoroda iz organosoderzhashchikh otkhodov dlya primeneniya v toplivnykh ehlementakh / M.P.Fedorov, V.I. Maslikov, A.N. Chusov, D.V. Molodtsov // Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPBGPU № 4 (135)/2011 — SPb.: Izd-vo Politekhn, un-ta, 2011. — S. 35–41.

Zubkova M.Yu., Maslikov V.I., Molodtsov D.V. and Chusov A.N. Experimental research of hydrogenous fuel production from biogas for usage in fuel cells of autonomous power supply systems. Advanced Materials Research, 2014, 941-944, pp. 2107-2111. http://www.scientific.net/AMR.941-944.2107.

Технология использования в топливных элементах водородосодержащей смеси на основе биогазов для энергообеспечения автономных потребителей / А.Н. Чусов, М.Ю. Зубкова, В.В. Кораблев, В.И. Масликов, Д.В. Молодцов // Научно-технические ведомости СПбГПУ №4-1(183)/2013 — СПб.: Изд-во Политехн, ун-та, 2013. — С. 78–86.

Tekhnologiya ispol'zovaniya v toplivnykh ehlementakh vodorodosoderzhashchei smesi na osnove biogazov dlya ehnergoobespecheniya avtonomnykh potrebitelei / A.N. Chusov, M.Yu. Zubkova, V.V. Korablev, V.I. Maslikov, D.V. Molodtsov // Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPBGPU № 4-1(183)/2013 — SPb.: Izd-vo Politekhn, un-ta, 2013. — S. 78–86.

Fedorov, M., Maslikov, V., Korablev, V., Politaeva, N., Chusov, A., Molodtsov, D. Production of Biohydrogen from Organ-Containing Waste for Use in Fuel Cells. Energies 2022, 15, 8019. doi: 10.3390/en15218019.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.