Энергия из мусора

В деле обращения с бытовыми отходами необходим комплексный подход
26.03.2018
Анна Марченко

Стремительное накопление отходов - одна из самых острых экологических проблем во всём мире, от решения которой во многом зависит будущее нашей планеты. В конце концов, мы превратим Землю в большую свалку или всё-таки сумеем справиться с «мусорным кризисом»?

Истоки и следствия

В природе всё подчинено принципу круговорота - отходы жизнедеятельности одних организмов становятся питательной средой для роста других, а все использованные ими вещества рано или поздно возвращаются во внешнюю среду, поддерживая бесконечную череду жизненных циклов. В производственной деятельности человека, увы, всё обстоит совершенно иначе.

Ещё в начале прошлого века академик В. И. Вернадский подсчитал, что из всего объёма сырья, получаемого человеком из недр и живой природы, лишь около 6% доходят до потребителя в виде готового товара, а остальное превращается в отходы на разных ступенях производственной цепочки. В среднем на 1 кг конечного продукта возникают 25 кг отходов, да и сам продукт в конечном итоге достаточно быстро становится бытовым отходом.

В России ежегодно образуется около 3 млрд т промышленных отходов и около 130 млн м3 твердых бытовых отходов (ТБО). По данным Минприроды, из этого количества повторной переработке подвергается не более 35% промышленных отходов и лишь 3-4% твёрдых бытовых отходов, остальное вывозится на свалки и полигоны для захоронения ТБО с отчуждением земель в пригородных зонах. Под официальные свалки и полигоны (их насчитывают около 11 тыс.) занято порядка 40 тыс. гектаров земель. Если же учесть все несанкционированные свалки, которых у нас великое множество, эту площадь нужно как минимум удвоить. Подавляющее большинство полигонов никак не подготовлены для своей роли и представляют собой источники постоянного загрязнения окружающей среды на многие километры вокруг.

«Производство» пластмассы на мусоросортировочном заводе

По Европе в среднем половина отходов подвергается вторичной переработке. Почему же у нас иначе? Зачастую это объясняют отсутствием культуры обращения с отходами у населения и огромной территорией страны, которая, казалось бы, способна поглотить сколь угодно мусора. Но уже видно, что возможности природы не безграничны и нам необходимо серьёзно задуматься о переработке и полезном использовании как уже накопленных отходов, так и постоянно возникающих, пока они не заняли всю свободную землю вокруг городов.

Сжигание мусора

Выходом из такой ситуации первоначально считали мусоросжигающие заводы (МСЗ), которые позволяют не только уменьшить объём мусора, но и получить дополнительную электрическую и тепловую энергию. Было подсчитано, что при сжигании одной тонны бытовых отходов можно получить 1000-1200 ккал тепловой энергии или 300-550 кВт●ч электроэнергии.

Первый мусоросжигающий завод был построен в конце XIX века в Великобритании, неподалёку от Лондона. А бум подобного строительства пришёлся на энергетический кризис 1970-х годов, и уже к началу 1990-х в мире действовало более 400 МСЗ. Они во многом повторяли котельные агрегаты ТЭС: отходы сжигали на решётках энергетических котлов, а полученное тепло использовали для производства пара и последующего получения электроэнергии. Казалось, что проблема утилизации бытовых отходов решена, но заводы того времени не имели надёжных систем очистки выбрасываемых в атмосферу газов.

Мусоросжигательный завод в Японии

Основная экологическая проблема при сжигании мусора - это образование большого количества загрязняющих веществ. Из наиболее опасных назовём диоксины - канцерогены, вызывающие множество опасных заболеваний. Кроме того, при горении мусора в атмосферу попадают ртуть и другие тяжёлые металлы, а также летучие органические соединения. Поэтому довольно простые по устройству и относительно дешёвые мусоросжигающие заводы первого поколения пришлось либо закрывать, либо реконструировать, улучшая систему очистки выбрасываемых в атмосферу газов.

Современные МСЗ строятся с учётом экологических требований. Порядка 40% затрат приходится на системы очистки выбрасываемых газов. Но проблема снижения вредных выбросов в атмосферу и утилизации опасной золы до сих пор полностью не решена. Кроме того, качественное сжигание несортированного мусора - довольно затратное мероприятие, и сегодня на смену простому сжиганию мусора идут переработка и повторное использование.

Сортировка отходов

Известный эксперт по проблемам отходов Пол Коннетт как-то сказал: «Мусор - это не вещество, а произведение искусства - искусства смешивать разные полезные вещи и предметы для их отправки на свалку».

Повторное использование материалов и биологическая переработка органических отходов позволяют не только уменьшить объёмы захораниваемых отходов, но и получить некоторый доход. Но для этого необходимо организовать качественные сбор и сортировку отходов, которые можно частично выполнять в домашних хозяйствах и/или централизованно на станциях сортировки мусора.

Раздельный сбор мусора в Финляндии

Материалы, пригодные к переработке с существенной экономической отдачей, - это бумага, картон, алюминиевая тара, стекло, пластмассовая упаковка и биологически разлагающиеся вещества.

Нужно отметить, что вторичное использование сырья и материалов даёт немалую выгоду для всего народного хозяйства. Оно эквивалентно расширению общей сырьевой базы: перерабатывая металлический лом, мы уменьшаем потребность в металлах, которые приходится с большими энергетическими затратами извлекать из руды; перерабатывая макулатуру - сохраняем леса; повторно используя пластмассы - экономим нефть и газ. Значение вторичного использования этих ресурсов год от года растёт, поскольку увеличиваются объёмы производства и потребления, а также цены сырьевых товаров. Кроме того, ещё быстрее растут капиталовложения, необходимые для расширения инфраструктуры по добыче сырья. Выгода от использования вторичных ресурсов также связана с тем, что сырьё можно ввести прямо в технологический процесс производства, минуя начальные обрабатывающие стадии. Это позволяет значительно уменьшить расходы производства и сократить общий цикл.

Проблема в правильной финансовой организации - чтобы предприятия-выгодополучатели поделились частью прибыли с предпринимателями, которые займутся качественной сортировкой мусора, утилизацией и доставкой материалов на повторную переработку. И здесь российское государство должно сказать своё веское слово, создав эффективно работающую нормативную базу.

Биотехнологии

Биологические методы позволяют перерабатывать органику - пищевые отходы, ил сточных вод, древесные отходы, отходы животноводства и растениеводства. В зависимости от условий жизнедеятельности микроорганизмов выделяют два основных метода биопереработки: компостирование и производство биогаза.

Биогазовая станция «Лучки» в Белгородской области

Компостирование происходит в аэробной среде при оптимальных условиях влажности и доступа кислорода с превращением бытовых отходов в компост - вещество, по свойствам схожее с гумусом почвы. Компост используют в качестве удобрения, возвращая питательные вещества из органических отходов в оборот экосистемы.

В основе биогазовых технологий лежат сложные природные процессы биологического разложения органических веществ в анаэробных (без доступа воздуха) условиях под воздействием особой группы анаэробных бактерий. Процесс анаэробного разложения содержит три главных фазы. В фазе гидролиза бактерии разделяют нерастворимые вещества (лигнин, углеводы, жиры) на более простые, например, сахариды. В фазе ферментации микроорганизмы размножаются и преобразуют растворяющиеся компоненты (жирные кислоты, аминокислоты) в промежуточные продукты, такие, как летучие кислоты, алкоголь, аммиак, водород и двуокись углерода. В фазе образования метана эти продукты превращаются в биогаз (метан и двуокись углерода), который можно использовать для производства тепла или электроэнергии.

Строительство биогазового реактора в Китае

Общий энергетический потенциал производства биогаза из отходов животноводства очень велик и позволяет полностью удовлетворить потребности сельского хозяйства в тепловой энергии. Биореактор объёмом 50 м3 даёт в сутки 100 м3 биогаза, из которых на долю «товарного газа» приходится около 70 м3 (остальное идёт на подогрев реактора). И главное - биогазовая технология переработки и обеззараживания органических отходов возвращает вложения не только газом, но и производимым экологически чистым удобрением. Ведущее место в мире по производству биогаза занимает Китай, вырабатывающий его в объёме 14 млрд м3 в год.

* * *

Проблема утилизации отходов для России сегодня крайне актуальна. Существующая система их накопления на свалках и полигонах давно устарела и требует коренного изменения с учётом лучшего мирового опыта. Конечно, помимо строительства мусороперерабатывающих заводов необходимо менять сознание людей: мало кто задумывается о своей ответственности за будущее планеты, выбрасывая пластиковую бутылку в кювет, а ведь именно из таких мелочей и складывается глобальная проблема накопления мусора и загрязнения окружающей среды.

Источник: Энерговектор

Читайте другие наши материалы