Через ресурсо- та енергозбереження до сталого розвитку суспільства

Сьогодні говорити про ресурсо- та енергозбереження в Україні стало правилом гарного тону і це можна лише вітати. Водночас, щодо реальних кроків у цьому напрямі, то за 20 років незалежності зроблено надзвичайно мало. Ні один уряд не спромігся розробити та втілити в життя відповідну державну програму з наданням їй пріоритетного значення. На жаль, не є виключннням і діючий нині уряд, який розпочав свою роботу з амбітних заяв про необхідність реформування економіки. Однак, аналізуючи його реальні кроки, стає очевидним, що робиться чергова спроба реанімувати ІІІ економічний уклад (індустріальний розвиток), що наразі є безперспективним і не зможе забезпечити Україні задекларований вихід на рівень провідних держав світу. Знову замість диверсифікації джерел енергогенерування та енергопостачання, жорсткої економії енергоресурсів за рахунок інтенсивного впровадження інноваційних ресурсо- та енергозберігаючих технологій в усіх галузях господарського комплексу, робляться активні спроби отримувати імпортні вуглеводневі енергоносії за заниженими цінами. Між тим за низьких цін на енергоресурси впровадження заощаджуючих технологій при високій вартості останніх в короткостроковій перспективі за ринкових умов господарювання є економічно невигідним. Саме це, а також спротив основних гравців на енергетичному ринку України широкому впровадженню альтернативної енергетики, є основною причиною низької ефективності спроб знизити енергоємність економіки. Недалекоглядність такої політики є очевидною, оскільки енерговитрати є основним компонентом собівартості продукції, що впливає на її конкурентоздатність на світовому ринку.

Між тим, намагаючись включитися в економічне змагання країн з метою знайти своє місце в глобальному світі, ми забуваємо, що людство реально наблизилось до своєї критичної межі, за якою – деградація і колапс. Згадаємо широко відомі результати прогнозування розвитку людства, опубліковані Д. Медоузом та його колегами в монографіях “Межі зростання”, “Поза межами” та “Межі зростання - 30 років потому” [1-3]. Фактично ці наукові праці заклали основи сучасної концепції сталого (екологічно і соціально збалансованого) розвитку, яка базується на двох принципових тезах:

  • Якщо існуючі світові тенденції зростання чисельності населення, обсягів виробництва, виснаження ресурсів та забруднення довкілля залишаться незмінними, то вподовж наступних декількох десятиріч буде досягнута фізична межа зростання на планеті з подальшим стрімким і неконтрольованим зменшенням чисельності населення та економічним занепадом.
  • Наразі ще існує можливість змінити тенденції фізичного зростання і перейти до стану економічної, соціальної та екологічної стабільності, що буде “стало розвиватися” й надалі в майбутньому.

Тут “розвиток”, на відміну від “зростання” передбачає не кількісне збільшення обсягів випускук продукції, а її покрашення або зміну якості.

На підставі порівняння прогнозу з реальним станом речей на початку нового тисячоліття автори дійшли висновку, що ще у першій половині 21 століття існуючі соціально-економічні і політичні тенденції призведуть до руйнування основ індустріального суспільства, якщо не будуть здійснені принципові світоглядні ноосферні зміни у системі людство-довкілля. Глобальні проблеми зміни клімату, виснаження ресурсів нафти, деградація сільськогосподарських земель, дефіцит якісної прісної води та їх негативні наслідки проявляються вже сьогодні або проявляться вподовж найближчих років. Автори вважають, що ще не пізно перейти на шлях стійкого розвитку. Однак багато важливих можливостей за останні 39 років були втрачені внаслідок заперечення очевидних фактів.

Величезний інтерес світової спільноти до висвітленої проблеми спонукав до стрімкої активізації спроб глобального моделювання та до порівняння результатів теоретичних прогнозів з реальними проблемами планетарного масштабу [4,5]. Наприкінці минулого тисячоліття були розроблені кількісні показники, що характеризують вихід стану системи “людство-довкілля” за допустимі межі. Матіс Вакернагель з колегами зуміли оцінити антропогенне навантаження на довкілля (екологічний слід) і порівняти його з підтримуючою здатністю (потенціальною ємністю) планети [6]. Вони розрахували розміри території, яка потрібна для того, щоб забезпечити людство усіма необхідними ресурсами і при цьому здатна нейтралізувати природним шляхом усі шкідливі викиди і відходи.

Рис. 1. Антропогенне навантаження на природне середовище і потенціальна ємність біосфери (на осі ординат відображена частка поверхні планети, необхідна для нейтралізації природним шляхом накопичених антропогенних забруднень) [6]

Ці розрахунки показали, що, починаючи з 80-х років минулого століття, антропогенне навантаження на довкілля перевищує можливості його самовідновлення до безпечного для людини рівня (рис. 1). Сьогодні, на жаль, незважаючи на розвиток технологій та зусилля громадськості, ми вже використовуємо ресурси в 1,5 рази швидше, ніж вони відтворюються [7]. Стан справ ускладнюється тим, що хоча людство вийшло за межі стійкості, усвідомлення небезпеки в усьому світі є абсолютно неадекватним реальному стану речей, неприпустимо слабким. Щоб зменшити тиск на довкілля і повернутися до допустимого рівня, необхідно терміново радикально змінювати особистісні та суспільні цінності, а щоб добитися реальних зрушень у цій області, особливо серед політичних лідерів та політичних інститутів в планетарному масштабі - необхідно дуже багато часу, якого вже сьогодні катастрофічно не вистачає.

Висвітлення проблеми та шляхів її вирішення було представлено у 1987 р. у звіті ООН про стан довкілля та розвиток під назвою “Наше спільне майбутнє”, оприлюдненому Комісією, яку очолювала Прем'єр-міністр Норвегії Гро Г.Брундтланд [8]. У звіті зазначалося, що встановлення нового справедливого світового порядку можливе завдяки переходу до збалансованого (сталого) розвитку, основними принципами якого є, по-перше, розвиток виробництва за умови зменшення витрат природних ресурсів завдяки повсюдному запровадженню енерго- та ресурсозбереження, енергоефективності, вторинної переробки й технологічних удосконалень; по-друге, - зниження темпів зростання населення Землі; по-третє, - більш справедливий перерозподіл ресурсів між багатими та бідними.

Залишимо другий та третій принципи для аналізу політикам, демографам та соціологам і зосередимось на першому - розвитку виробництва за умови зменшення витрат природних ресурсів. Безумовно, для досягнення мети тут неможливо обійтися без впровадження ресурсо- та енергозберігаючих технологій. Шляхи розвитку цього напряму описані Е. Вайцзеккером, У. Ловінсом та Л. Ловінсом у доповіді Римському клубу “Фактор чотири. Витрат – половина, віддача - подвійна” (1995 р.) [9]. Суть доповіді полягає у обгрунтуванні концепції “продуктивності ресурсів”, за якою автори переконливо доводять реальну можливість жити удвічі краще, водночас витрачаючи удвічі менше ресурсів, що є першим кроком до забезпечення переходу людства до сталого розвитку. Мета може бути досягнута застосованням технічних рішень, більшість яких сьогодні вже відомі, які дозволяють використовуати електроенергію, воду, паливо, матеріали, плодородні землі тощо значно ефективніше, часто без додаткових витрат і навіть з вигодою. Багато з них автори вже впровадили, демонструючи реальність і ефективність своїх пропозицій.

Ми ж зосередимо нашу увагу лише на одній складовій ефективного ресурсо- та енргозбереження, а саме: використанні ресурсного та енергетичного потенціалу органовмісних відходів (у першу чергу твердих побутових відходів –ТПВ). По відношенню до них сьогодні реально можна проводити політику “Zero Waste” (нуль відходів) [10]. Сучасні методи піролізу та газифікації надають можливість повної переробки органовмісних відходів без викидів (або з незначними викидами) шкідливих речовин у довкілля. При цьому генерується досить високоенергетичний синтез-газ, який можна спалювати з отриманням теплової чи електричної енергії або слугувати сировиною для синтезування спиртів чи високооктанового бензину. Враховуючи, що в Україні щороку утворюється близько 16 млн. т. ТПВ, за нашими підрахунками з них можна отримати 5 млн. л. бензину або 12 млн л метанолу. Це дозволить відмовитися від імпорту приблизно 8 млн т нафти на рік. При цьому крім суттєвого покриття енергоресурсного дефіциту досягається значний екологічний ефект за рахунок відсутності складування ТПВ на полігонах з усіма витікаючими звідси позитивними наслідками. Адже твердий залишок після піролізу та газифікації є водонерозчинний і його можна використовувати у дорожному будівництві чи у якості інертного наповнювача при виробництві бетону.

Зупинимось детальніше на практичному застосуванні згаданих вище термічних методів переробки ТПВ – піролізу та газифікації.

Як приклад, розглянемо блочну систему порційної термічної переробки (ПТП), що випускається під замовлення спільною американсько-російською компанією Metals & Materials (С-Петербург, Росія) (рис. 2) [11]. У систему можна завантажувати побутове сміття й промислові відходи розсипом, упаковані в мішках, тюках або пресовані в пакетах. Відходи піддаються термодеструкції в атмосфері з низьким вмістом кисню, продукуючи горючі гази й золу. Переробка відходів в такому термічному газифікаторі відбувається при відносно низьких температурах без перемішування. Стандартний цикл газифікації звичайно триває 24 години. Завдяки такій технології знижується утворення й, відповідно, вміст твердих зважених часток і NOx у газах, що відходять, а також домішок важких металів у шлаку й золі.

 


Рис. 2. Система порційної термічної переробки органічних відходів

Така технологія газифікації забезпечує майже 100% спалювання вуглецевих сполук, які містяться у відходах, таким чином, шлаки залишаються стерильними й практично не містять вуглецю. Другий ступінь даної технології - контрольоване термічне окиснювання. Гарячі гази з однієї або декількох камер газифікації подаються у вторинну камеру спалювання, де вони перемішуються із повітрям, яке надходить іззовні, що забезпечує протікання процесу в умовах турбуленції при високих температурах. Тепло, що утворюється в камері спалювання, можна використовувати для виробництва пари.

Цю пару можна використовувати як для технологічних процесів і побутових потреб, так і для виробництва електроенергії. Кількість виробленої пари й електроенергії залежить від типу відходів, що переробляють, і від інших факторів, але звичайно при переробці однієї тонни відходів можна отримати пару й електроенергію в обсягах, зазначених у табл. 1.

Після закінчення процесу газифікації завантаженої партії відходів, первинна камера ставиться на охолодження й очищення від золи й шлаків. Потім вона завантажується наступною порцією відходів, і цикл переробки повторюється.

Таблиця 1 – Деякі показники утилізації органічних відходів на установках ПТП [4]


Тип відходів

Характеристика відходів

м³ пари/т. відходів

кВт.год/т. відходів

міські

побутові

2,4

430

міські+промислові

50% промислові; 50% побутові

3,6

650

промислові

з великим вмістом упаковки

4,7

850

Установки ПТП характеризуються низьким рівнем викидів шкідливихкомпонентів в атмосферу навіть бездодатковогогазоочистногоустаткування. Стерильніінертні шлаки становитьприблизно від 3% до 7% пооб'єму або 10%-15% по вазівід вихідної кількості відходів (залежно від їх типу). Ці установки мають й деякіінші позитивні якості:

  • проста конструкція;
  • після завантаження не вимагають обслуговування з боку оператора, що дозволяє обходитися мінімальною кількістю персоналу;
  • не потрібно проводити попередню підготовку відходів;
  • невеликі витрати допоміжного палива;
  • принцип технологічних модулів забезпечує гнучкість при конструюванні та виборі потужності установки в відповідності з обсягом потоку відходів.


Рис. 3. Схема технологічного комплексу з застосуванням EGP

Найповніша деструкція продуктів, що містяться в ТПВ, відбувається в процесі високотемпературного піролізу та газифікації при температурі 1650°-1930°С в розплаві мінеральної суміші з добавками металів, або при температурі 900-950°С в розплаві солей у присутності каталізаторів (технологія EcoGas Process - EGP, розроблена в Україні [12]) (рис. 3). Зазначені способи забезпечують переробку ТПВ практично будь-якого складу, з настільки низьким утворенням діоксинів, фуранів і біфeнілів, що його можна ігнорувати.

В результаті отримують синтeз-газ - суміш водню, метану, чадного газу, діоксиду вуглецю, водяної пари, оксидів азоту і сірки та твердий залишок, що видаляється з реактора через спеціальну витіснювальну систему.

Синтeз-газ після очищення від домішок може бути використаний безпосередньо як паливо, як сировина у хімічній промисловості або для синтезу рідких вуглеводнів (етанол, метанол, бензин). З 1 кг ТПВ, вологістю 40%, можна синтезувати 0,27 кг високооктанового бензину, 0,59 кг метанолу або 0,43 кг етанолу.

EGP- процес має практично усі позитивні властивості, притаманні, описаним вище ПТП-системам:

  • можливість побудови агрегатів великої одиничної потужності;
  • універсальність методу, що дозволяє переробляти всі види органічних відходів;
  • невелика металоємність;
  • мала кількість стадій для підготовки сировини;
  • нечутливість до неорганічних компонентів;
  • можливість роботи з сировиною із високою вологістю.

Ця технологія є найбільш екологічно безпечною й ефективною, порівняно з іншими методами утилізації ТПВ, оскільки:

  • у ній використовуються одночасно два методи - каталітичний піроліз і газифікація. Це дозволяє вирішити багато проблем, які виникають при застосуванні кожного із цих методів окремо;
  • не використовує атмосферне повітря або кисень як окиснювач при газифікації сировини;
  • використовує замість кисню або повітря воду, причому вона може бути забруднена хімічними, токсичними й іншими продуктами; можливо також використання морської води;
  • технологія може бути використана для отримання водню;
  • в отримуваних газах не спостерігаються діоксини й бензапірен; відсутності цих високотоксичних продуктів сприяє наявність у розплаві лугів, які зв'язують іони хлору;
  • відсутність в отриманому газі галогенводнів, що обумовлено взаємодією останніх з наявними в розплаві лугами з утворенням галогенідів відповідних металів;
  • за рахунок відновлювальної атмосфери в реакторі окисли азоту й сірки утворюються в мінімальній кількості;
  • у випадку використання отриманого синтезу-газу для синтезу бензину, метанолу або етанолу, дана технологія дозволяє позбутися газоподібних викидів повністю або ці викиди є незначні, тобто на заводі по утилізації ТПВ за методом EGP димар взагалі не потрібний;
  • процес виключає викиди кислотних газів,таких як НСl або HF; кількість оксидів азоту, що викидається, є на порядок меншою ніж при спалюванні;
  • можливість вторинного використання металів, що містяться у тій чи іншій сировині при переробці неорганічного залишку, що знімає проблему забруднення ними ґрунту полігонів і прилеглих земель.

Порівнюючи техніко-економічні характеристики систем порційної термічної переробки та EcoGas Process, ми дійшли наступних висновків:

  • Система газифікації ТПВ – ПТП є високотехнологічною сучасною технологією утилізації відходів з продукуванням теплової чи/та електричної енергії. Водночас, бажано проводити доочищення вихідних газів, що потребує встановлення додаткового високовартісного устаткування. Окупність витрат на спорудження та експлуатацію становить понад 4 роки.
  • Система каталітичного піролізу та газифікації у розплаві солей – EGP є дорожчою у виготовленні, ніж ПТП. Водночас, вона є найекологічнішою. ЇЇ викиди настільки незначні, що ця установка конструкційно проектується без димаря. Система є найрентабельнішою, оскільки дозволяє продукувати високоліквідні газоподібні і рідкі вуглеводні. Окупність витрат на спорудження та експлуатацію становить від 1,5 років, залежно від кінцевої продукції.
  • Зважаючи на те, що EGP- технологія є вітчизняною і, до того ж, найперспективнішою розробкою, яка у контексті ресурсо- та енергозбереження сприятиме впровадженню в Україні засад сталого розвитку, вважаємо, що найближчим часом необхідно налагодити серійний випуск блочних реакторів цього типу, потужністю переробки 30-100 тонн ТПВ за добу, можливо залучивши для цього “зелені інвестиції”, кошти, отримані за рахунок продажі квот шкідливих викидів в атмосферу.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Meadows, Donella H.; Meadows, Dennis L.; Randers, Jorgen; Behrens, William W. The Limits to growth. A report for the Club of Rome's project on the predicament for mankind. Universe Books. New York, NY, USA. 1972. 205 p.
2. Donella H. Meadows, Dennis L. Meadows , and Jorgen Randers Beyond the Limits (Post Mills, VT: Chelsea Green Publishing Company, 1992)
3. Donella H. Meadows, Jorgen Randers, and Dennis L. Meadows: Limits to Growth: The 30-Year Update. Chelsea Green Publishing, 2004.
4. Meadows D.L. (2007) Evaluating Past Forecesats: Reflections on Critique of the Limits to Growth. In: Sustainability or Collapse? An Integrated History and Future of Peaple. on Earth / W. Steffen (ed.).- Cambridge MA: MIT Press.- p. 399-415.
5. Graham M. Turner A Comparison of the Limits to Grows with thirty Years of Reality / CSIRO Sustainable Ecosystems, (June 2008).- p. 49, GPO Box 284, Canbera ACT 2601 Australia. ISSN 1834-5638.
6. Mathis Wackernagel et. al., “Tracking the Ecological Overshoot on the Human Ecology” Prossedings of the Academy of Science 99, № 14 (2002): p. 9266-9271; [Електронний ресурс]: Режим доступу http://www.pnos.org/cgi/doi/10.1073/pnos.142033699/
7. Люди споживають на 50% більше ресурсів, ніж відтворює Земля. доповідь WWF “Жива планета” від 14.10.2010 р.- [Електронний ресурс]: Режим доступу http://io.ua/s98289.
8. World Commision on Environment and Development, Our Common Future Oxford: Oxford University Press, 1987.
9. Вайцзеккер Э., Ловинс Э., Ловинс Л. ФАКТОР ЧЕТЫРЕ. Затрат -половина, отдача -двойная. Новый доклад Римскому клубу. Перевод А. П. Заварницына и В. Д. Новикова под ред. академика Г. А. Месяца. М.: Academia, 2000. 400 с.
10. Мюррей Р. Цель - Zero Waste. (Перев. с англ. Горницкого В.О.). - М.: ОМННО “Совет Гринпис”, 2004.

– 232 с.
11. Системы HANFORT для порционной термической переработки отходов; [Електронний ресурс]: Режим доступу http://www.metmat.net/producers/3019.
12. Технология переработки твердых бытовых отходов “EcoGas Process”.- К.: “Экокоминвест”, 2008.- 17 с.

 

УДК 620.92; 662[65; 99; 613.12]
Дрозд І.П. Через ресурсо- та енергозбереження до сталого розвитку суспільства  [Електронний ресурс]  / [Дрозд І.П., Гулий А.В.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.2. – С.680–684. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet