​По данным Росприроднадзора, ежегодно в России образуется больше шести млрд тонн отходов. Бытового мусора в этой массе — меньше 1%. Но именно он породил кризис последних лет: существующие свалки и полигоны переполняются, причем не только в Московской области, а место для новых найти все сложнее. Как государство собирается бороться с переизбытком мусора и какие для этого в России существуют технологии его переработки — в материале Indicator.Ru.

Нацпроектом по полигонам

На мусороперерабатывающие заводы, по данным последнего опубликованного (cм. страницу 269) государственного доклада Минприроды о состоянии окружающей среды, в 2017 году отправилось около 10% всех твердых коммунальных отходов. Еще 2,2% отправились на обезвреживание, остальные были просто захоронены. Изменить соотношение должен национальный проект «Экология». Согласно его целям, уже в 2024 году на захоронение вместо 90% бытовых отходов должны отправиться 40%. Остальное пойдет на обработку, после которой 36% от общей массы должны утилизироваться через переработку и повторное использование.

На пути реализации законопроекта много экономических и организационных препятствий, начиная со сложностей внедрения раздельного сбора и вывоза мусора. Но и технологические проблемы в этом ряду не последние. Что должно происходить с разными категориями отходов? Нацпроект предусматривает создание 200 новых перерабатывающих объектов по всей стране. Какие именно это будут объекты, решат регионы в своих территориальных схемах обращения с отходами. Пока единственный вариант, озвученный еще в более раннем проекте «Чистая страна», — мусоросжигательные заводы.

Сейчас в России шесть мусоросжигательных заводов. Запланировано строительство еще четырех в Подмосковье и одного в Казани, два из них уже начали возводить. Планируется, что они будут лучше существующих. Новые заводы проектируют по технологии компании Hitachi Zosen Inova (HZI). Такие предприятия могут сжигать и несортированный мусор (включая опасные батарейки и градусники). Это особенно беспокоит и жителей районов, где заводы будут строиться, и экологов. Но пока предполагается, что на новые российские предприятия будут попадать только непригодные для переработки неопасные отходы. Как указано на сайте госкорпорации «Ростех», которая реализует проект, мусор будут сжигать при температуре 1260 °С, при этом завод будет производить электроэнергию. Разработчики обещают многоступенчатую систему очистки дымовых газов, при которой единственным опасным для окружающей среды и людей продуктом на выходе будет зола. По предварительным заявлениям, благодаря высокой температуре сжигания ее объем составит только 5% от объема сожженных отходов.

Еще горячее

Предлагают ли российские ученые и технологи какие-то альтернативы сжиганию? Проекты по утилизации бытового мусора занимают заметное место в федеральной целевой программе «Исследования и разработки». По нашим подсчетам, с 2014 года по программе получали или получают сейчас финансирование шесть проектов по технологиям переработки бытовых отходов, и еще 11 — сельскохозяйственных и других органических отходов (в том числе органической фракции бытового мусора). На первые из федерального бюджета выделено больше 340 млн рублей, на вторые — около 280 млн. Для сравнения, многочисленные проекты по утилизации отходов добычи полезных ископаемых и разных отраслей промышленности — от деревообработки до производства ракетного топлива — получили за это время порядка 800 млн рублей. Словом, нельзя сказать, чтобы тема бытового мусора была заброшена российскими учеными.

Распространенная категория технологий переработки мусора среди проектов отечественных научных центров, — термические технологии. Это пиролиз и плазменная газификация. По экономическому смыслу они похожи на мусоросжигание: завод потребляет отходы и производит энергию. Пиролиз — термическое разложение отходов без доступа воздуха — проводится при более низких температурах, чем сжигание, и имеет то преимущество, что не образуется дым. Полученные смеси горючих газов, как правило, направляют назад в реактор. Технологии пиролиза достаточно хорошо изучены, и в недавних исследовательских проектах можно обнаружить разве что мобильные установки для переработки небольших количеств мусора. Такую установку для растительных отходов разрабатывали в 2014 – 2016 годах в Тверском государственном университете (было запатентовано лабораторное устройство), а сейчас более универсальный вариант проектирует Донской государственный технический университет.

Плазменная газификация предполагает температуру выше, чем сжигание и пиролиз, — в несколько тысяч градусов Цельсия. Конкретные значения отличаются для разных видов сырья, но не бывают ниже 1800 °С. Переработать при таком экстремальном нагреве можно и бытовой мусор, и опасные отходы, хотя в последнем случае для разложения дополнительно применяют химическое воздействие. На выходе образуются синтез-газ (смесь монооксида углерода и водорода) и неперерабатываемый стекловидный шлак. Синтез-газ можно применить как топливо, использовать для производства электричества или искусственных углеводородов.

Разработками в направлении плазменной газификации твердых отходов в России известны Институт электрофизики и электроэнергетики РАН, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН и Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». Предыдущий директор Института электрофизики и электроэнергетики Филипп Рутберг, скончавшийся в 2015 году, получил в 2011 году за работу над технологиями низкотемпературной плазмы премию «Глобальная энергия». Уже в 2007 году у института были экспериментальные плазмохимические установки по уничтожению медицинских и жидких опасных отходов и полупромышленная установка по плазменной газификации твердых бытовых отходов. Сейчас на основе испытанной в институте технологии фирма из Малоярославца «Эко-страна» разработала проект мусороперерабатывающего завода в Калуге. Построить его предполагается на собственные средства. Большую часть производимого электричества завод будет потреблять сам, но может и питать, например, теплицу.

Первая созданная в Институте теплофизики СО РАН плазменная установка была предназначена, в первую очередь, для переработки древесины и сельскохозяйственных органических отходов. В 2016 году ученые из института сравнили свою установку и разработку Института электрофизики и электроэнергетики и нашли, что из одинакового сырья — древесины — на новосибирской установке можно получить синтез-газ с более высокой теплотой сгорания, то есть более ценный. Затем в ходе проекта, на который институт получал субсидию по ФЦП «Исследования и разработки» в 2015 – 2017 годах, была разработана и запатентована электропечь для переработки плазмой техногенных твердых отходов. У института есть индустриальные партнеры среди новосибирских заводов, и разрабатывается проект по размещению новой более мощной опытной плазменной установки на одном из них, а затем и на полигоне бытовых отходов в окрестностях города.

У Курчатовского института тоже долгая история разработок по плазменной газификации. Еще в 2007 году СМИ сообщали о запуске в Израиле демонстрационной установки плазменной переработки бытовых отходов, созданной при участии научного центра. Первая в России плазменная печь для переработки твердых радиоактивных отходов также была разработана при участии ученых Курчатовского института. Новый способ переработки мусора научный центр запатентовал в 2012 году. Он предполагает не просто плазменную, а плазменно-химическую обработку отходов с участием катализатора — смеси соединений металлов, также полученной из отходов. Похожий способ тот же коллектив авторов запатентовал для переработки отходов нефтепереработки. Есть вероятность, что эти технологии будут реализованы в северных регионах России. В апреле этого года Курчатовский институт и Минприроды заключили соглашение, по которому научный центр займется актуализацией справочников наилучших доступных технологий для промышленных предприятий. Также ученые могут привлекаться и к другим проектам, в том числе по развитию Арктики. Идеальным вариантом переработки отходов в энергию для северных регионов глава Минприроды Дмитрий Кобылкин назвал как раз плазменную газификацию.

Еще одна вариация термических методов переработки твердых бытовых отходов — изготовление из них топлива. Экологические организации протестуют против такого подхода не меньше, чем против сжигания мусора: считается, что цементные заводы, где потребляется основная масса такого топлива, не очищают дым от диоксинов и других опасных веществ. Тем не менее, в России разрабатываются и свои технологии для производства такого топлива, например, сепаратор для эффективного удаления стекла из смешанных отходов, запатентованный петербургской компанией «Механобр-техника». Есть и другие варианты производства топлива из отходов, но они касаются только их органической составляющей.

Сушить или сбраживать?

Для разложения органических веществ на более простые соединения применяют не только высокие температуры, но и воду. Технологию сверхкритического водного окисления, при которой температура пара поднимается до 374 °С, российские ученые предлагают использовать в основном для уничтожения опасных отходов химических предприятий. А для переработки пищевых отходов, бумаги и дерева в Объединенном институте высоких температур РАН тестируют гидротермальную карбонизацию при температуре 240 – 280 °С. Эта технология уже старше века, но по большей части она используется для однородной биомассы — древесины, сельскохозяйственных отходов. Ученые Объединенного института высоких температур же в экспериментах перерабатывали смешанный бытовой мусор: яблоки, мясо, бумагу и хлопковую ткань, опилки и пластик. В итоге они сделали вывод, что из смеси бытовых отходов вполне можно получать биоуголь с теплотой сгорания от 23 кДж/кг — это существенно ниже, чем у каменного и древесного угля, но больше, чем у древесины. Дальше лабораторного эксперимента пока дело не пошло. На ранних стадиях у института находятся и проекты по производству топлива из отходов животноводства: торрефикации (пиролиз при небольшом нагреве) куриного помета и аэробному сбраживанию навоза. В первом случае предполагается получить сухое топливо, во втором — биогаз с высоким содержанием метана и удобрение.

Из бытовых отходов тоже можно получить биогаз, и не только тот метан, что скапливается на мусорных полигонах. В федеральном исследовательском центре «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН реализуется проект, одним из результатов которого должно стать техническое задание на разработку экспериментальной установки для переработки органических отходов в биогаз и биоудобрения. Пока ученые прорабатывают технологии для ускорения процесса: в реакторе лабораторной установки используются повышенное давление и электропроводящие материалы. Другой вариант получения энергии из органических отходов — переработка биомассы с содержанием целлюлозы при помощи микробных электродов. При этом можно наработать небольшое количество электричества. Правда, новостей по этому проекту биологического факультета МГУ не было последние пять лет — похоже, он остался на стадии лабораторного прототипа.

Для любой из новых технологий будет плюсом предварительная сортировка сырья. Хотя и сжиганию, и плазменной переработке могут подвергаться смешанные отходы, безопаснее и выгоднее все же утилизировать однородный мусор. Немалая часть бытовых отходов состоит из вполне подходящих для промышленного использования пластика, стекла и бумаги, а органические отходы, помимо топлива, могут при должной обработке дать и удобрения.

Проекты технологий по сбору и сортировке отходов выглядят наиболее футуристически. Университет ИТМО, например, создает облачную систему управления сбором мусора. Проект на основе технологий Интернета вещей предполагает, в частности, создание контейнеров с датчиками уровня наполненности и загрязненности воздуха и доступ к этой информации для водителей мусоровозов и всех заинтересованных сторон. Институт теплофизики СО РАН, наряду с плазменными установками, разрабатывает роботизированную систему сортировки отходов. Предполагается обучить модель машинного обучения различать отходы разных типов по цвету и другим характеристикам, а сортировочную линию оборудовать оптической системой и роборукой. Реализовать разработку заодно с плазменной газификацией планируется уже в 2020 году на полигоне бытовых отходов недалеко от новосибирского Академгородка. Тем самым мусорный полигон, надеются ученые, станет полигоном для тестирования новых технологий.

Екатерина Мищенко, Екатерина Ерохина

Похожие новости

  • 23/05/2018

    Новосибирские ученые получили грант на разработку технологии сортировки мусора

    ​Грант на 60 млн рублей получили новосибирские ученые для разработки новой технологии сортировки мусора. Об этом во вторник на заседании Совета по научно-промышленной и инновационной политике Новосибирска рассказал академик, научный руководитель Института теплофизики СО РАН Сергей Алексеенко.
    733
  • 04/07/2019

    Сибирские ученые создают ветряк для нагревания воды

    ​Сибирские ученые создают ветрогенератор, который может работать при низкой скорости ветра и нагревать воду практически без потерь благодаря преобразованию механической энергии воздушного потока непосредственно в тепловую энергию.
    499
  • 10/07/2019

    В России пройдут испытания новой модели сверхзвукового самолёта

    В России в 2019 году пройдут испытания модели сверхзвукового делового самолета разработки "Туполева" со сниженным уровнем звукового удара. Его испытают в аэродинамической трубе, сообщил "Интерфаксу" источник в авиапроме.
    356
  • 31/08/2018

    Форум «Технопром-2018»: итоги

    ​Более 7,8 тыс. человек собрал международный форум технологического развития "Технопром", прошедший в Новосибирске 27-30 августа. Об этом сообщили 30 августа ТАСС в оргкомитете форума.
    1361
  • 04/12/2018

    В новосибирском Академгородке внедрили инновационную систему освещения улиц

    "Установка новой системы наружного освещения в Академгородке - хороший пример эффективного применения разработок новосибирских инновационных компаний для городского хозяйства", - считает мэр Анатолий Локоть, который оценил преимущества нового светового оборудования в ходе выездного совещания.
    1178
  • 20/05/2016

    О демонстрационной площадке и роли Академгородка в продвижении инноваций

    ​Тема демонстрационной площадки активно обсуждалась год назад в одном из департаментов мэрии Новосибирска. Суть предложений заключалась в следующем: показывать инновационные разработки институтов СО РАН, пригодные для коммерциализации и использования в городском хозяйстве.
    1634
  • 29/08/2018

    В Новосибирске собираются построить аэродинамическую трубу для изучения обледенения самолетов

    ​Аэродинамическую трубу для изучения процессов обледенения при взлете и посадке самолетов планируется построить в новосибирском Академгородке, сообщил агентству "Интерфакс-Сибирь" научный руководитель Института теоретической и прикладной механики им.
    992
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    1012
  • 11/12/2018

    Как ученым достучаться до власти?

    ​Академик РАН, научный руководитель Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН Сергей Алексеенко стал в этом году лауреатом международной премии «Глобальная энергия». Награда присуждается ему за подготовку теплофизических основ для создания современных энергетических и энергосберегающих технологий, которые позволяют проектировать экологически безопасные тепловые электростанции (за счет моделирования процессов горения газа, угля и жидкого топлива).
    1117
  • 10/04/2019

    Академик Сергей Алексеенко: Инновационное развитие требует объединения усилий науки, образования, бизнеса и власти

     В последние десять лет развитию вузов уделяется повышенное внимание, возможно, в связи с попыткой переноса науки в сферу образования. Реализуется целый ряд вузовских программ и проектов, в которых неотъемлемой частью являются научные исследования.
    359