Безвідходні технології як основний напрям НТП в раціональному природокористуванні
Практика управління природокористуванням в розвинутих зарубіжних країнах переконливо показала, що впровадження безвідходних технологій в два рази менше від вартості впровадження природоохоронного обладнання В стратегії впровадження безвідходних технологій можна виділити два великі напрями:
1. Впровадження безвідходних технологій, що означає (і має своїм наслідком): комплексне використання сировини і енергоносіїв, створення замкнених газо- і водооборотних систем, застосування принципово нових підходів до вилучення, збагачення, перероблення сировини і матеріалів – біотехнологій, геотехнологій тощо.
2.Реалізація засад ресурсозбереження в усьому ланцюзі суспільного виробництва на шляху його інтенсифікації і зниження ресурсомісткості (водо-, земле-, метало-, енерго- тощо). У рамках другого напряму заслуговує на окремий розгляд проблема відходів і питання використання вторинних ресурсів.
За визначенням Європейської економічної комісії ООН, «безвідходна технологія – це такий спосіб виробництва продукції (процес, підприємство, територіально-виробничий комплекс), за якого найраціональніше і комплексно використовується сировина та енергія в циклі «сировинні ресурси – виробництво – споживання – вторинні ресурси» в такий спосіб, що будь-який вплив на довкілля не порушує його нормального функціонування».
В основу концепції безвідходних технологій лягли три основні положення:
Перше – безвідходне виробництво є практично замкненою системою, організованою за аналогією з природними екосистемами.
Друге – обов’язкове раціональне використання всіх компонентів сировини.
Третє – безвідходне виробництво, неминуче впливаючи на довкілля, не порушує його нормального функціонування, не завдає йому збитків.
В Декларації про маловідходну і безвідходну технологію, прийнятій у 1979 році на нараді із проблем загальноєвропейського співробітництва у сфері охорони довкілля, маловідходна та безвідходна технологія визначається як практичне застосування знань, методів і засобів для того, щоб у рамках потреб людини забезпечити найбільш раціональне використання природних ресурсів і захистити довкілля.
Поняття безвідходних технологій дещо умовним, оскільки повної безвідходності досягти практично не можливо. Більш коректним буде говорити про маловідходні технології. При цьому мається на увазі можливість створення технологічних систем, вплив яких на природу не буде перевищувати її відновлювального потенціалу.
Безвідходне виробництво передбачає встановлення повного контролю над рухом матеріальних ресурсів на всіх його стадіях: видобутку сировини, виробничої переробки її, поживання , утилізації відходів виробництва і споживання. Безвідходні технології стають ефективними навіть у тих випадках, коли собівартість одержаної продукції вища, ніж без її застосування. Проте економічна ефективність впровадження таких технологій визначається як різниця між результатами на виробництві та відверненими економічними збитками від забруднення довкілля.
До основних напрямів упровадження безвідходних технологій відносять:
· комплексне використання сировини;
· створення замкнених газо- і водооборотних систем;
· розроблення принципово нових і вдосконалення діючих процесів і виробництв;
· переробку та використання вторинних ресурсів - відходів виробництва та споживання.
Комплексне використання сировини. Одним із напрямків науково-технологічного прогресу, що забезпечує охорону навколишнього середовища і раціональне використання природокористування, є комплексне використання природних ресурсів. Комплексне використання – це найбільш повне, економічно доцільне використання всіх корисних компонентів, що містяться в сировині, а також використання залишкових продуктів (в будівництві тощо). Майже всі види сировини мінерального і органічного походження містять ряд супутніх компонентів.
В природі практично не існує монокомпонентних її видів. Нафта, вугілля, залізні і марганцеві руди, титанові, ртутні, калійні, нікелеві, уранові руди, первинні каоліни у своєму складі у відносно підвищених концентраціях цінні компоненти, а саме:
· нафта містить у своєму складі деякі кольорові метали, перш за все ванадій і нікель;
· Вугільні родовища України по суті є комплексними вугільно-метановими. Але другий компонент до останнього часу розглядається як шкідлива домішка, що ускладнює видобування власне вугілля. В той же час сучасні технології (в рамках реалізації українсько-американського проекту) дозволяють вже на першому етапі отримувати в Донбасі 5 млрд.м3 газу, що майже на третину збільшить газовидобуток в Україні. Перші підприємства з вилучення метану у промислових масштабах засновано також у Львівсько-Волинському регіоні. Крім того, вугілля Донбасу характеризується високим вмістом германію, ртуті, молібдену, миш’яку, меншою мірою рідкісноземельних металів, літію, рубідію, цезію та деяких інших;
· залізні руди містять германій, скандій, ванадій, золото, срібло, а також вісмут, стронцій, нікель, титан, уран;
· ртутні руди – сурму, золото, срібло;
· марганцеві руди – ітрій, рубідій, стронцій, свинець, цинк;
· каоліни – рідкісноземельні елементи.
В Україні використання недосконалої технології видобування та переробки мінеральної сировини призводить до того, що у надрах залишається чимала частина розвіданих запасів. Щодо нафти – це до 65%, вугілля – до 23%, залізних руд – до 25% при підземному видобуванні та 8-10% при відкритому кар’єрному способі, кам’яної солі – до 50%. У зв’язку з цим Уряду рекомендовано розробити програму технічного переоснащення підприємств гірничо-видобувної галузі з метою вдосконалення технологій видобутку, більш повної та комплексної розробки родовищ та переробки
корисних копалин, мінімізації обсягів відходів з максимальним їх використанням у виробництві
Повнота вилучення цінних компонентів залежить від суспільної потреби в них та рівня розвитку техніки і технології, що дозволяють економічно виправданим шляхом їх отримувати.
У гірничодобувній та переробній промисловості повна і комплексна розробка родовищ та використання сировини передбачає підвищення коефіцієнту вилучення запасів корисних копалин із надр, використання розкривних і супутніх порід, продуктів збагачення, застосування більш глибинних методів переробки з метою більшого виходу готового продукту (концентрату) та вилучення всіх супутніх компонентів.
В лісовій і деревообробній промисловості комплексне використання сировини передбачає максимальний вихід продукції з кожного куб. м деревини, використання таких продуктів лісозаготівлі і деревообробки, як зменшення відходів на всіх стадіях технологічних процесів.
Комплексне використання сировини передбачає поряд з наявністю відповідної техніки і технології повну інформацію про кількість і якість природних ресурсів, матеріалів (первинних і вторинних), їх вартісну оцінку та вартість продукції, що може бути з ним отримана.
Одним із головних завдань НТП є зростання випуску продукції без відповідного збільшення залучених у господарський обіг усіх видів ресурсів. Перш за все, це стосується сировини, матеріалів, палива. В теперішній час вони складають більше половини витрат на виробництво сукупного продукту країни. Тому одним із вирішальних факторів інтенсифікації суспільного виробництва є ресурсозбереження. Ресурсозбереження включає комплекс заходів щодо заощадження і раціонального використання сировини, матеріалів, палива і енергії в промисловості, будівництві, агропромисловому комплексі і зниження на цій основі ресурсомісткості продукції.
Шляхи вирішення проблем ресурсозбереження різноманітні. Насамперед, це широке використання новітньої техніки і технології, сучасних організаційних форм, дійового економічного механізму.
До основних напрямів ресурсозбереження належать:
· нарощування прогресивних зрушень в структурі виробництва, випереджаючий ріст обробних галузей та наукомістких виробництв у порівнянні з паливно-сировинними галузями, підвищення питомої ваги менш матеріало-, метало-, та енергомістких виробництв;
· випереджаюче зростання виробництв ефективних видів матеріалів і устаткування в галузях економіки;
· застосування замінників металів: заміщення традиційних видів сировини, матеріалів, палива більш ефективними аналогами;
· підвищення рівня використання вторинних ресурсів, заощадження за цей рахунок первинної сировини і матеріалів;
· підвищення якості і надійності продукції, зниження конструктивної і питомої метало- і енергомісткості машин і устаткування;
· захист металів від корозії (розширене використання і застосування корозійностійких матеріалів, сплавів, композиційних матеріалів, кераміки, прогресивних технологій покриття металів і інгібіторів корозії та ін.);
· підвищення в оптимальних межах потужності машин і устаткування при одночасному зменшенні їх габаритів.
Провідне місце в реалізації політики ресурсозбереження і зниження ресурсомісткості продукції належить розробленню та освоєнню ресурсозберігаючих технологій. Ресурсозберігаючі технології створюються або на базі удосконалення існуючих шляхом заміни їх окремих елементів на більш прогресивні (ресурсозаощаджуючі), або переходу до принципово нових технологічних систем.
Приклади ресурсозберігаючих технологій:
· конверторне виробництво з безперервною розливкою сталі і регульованим прокатом;
· нові мало стадійні безвідходні технології нафтохімічної і хімічної промисловості.
Проблема підвищення ефективності виробництва тісно пов’язана з проблемою заощадження матеріальних ресурсів і зниження матеріаломісткості виробництва (продукції). Причому ефект економії ресурсів складається не тільки з вартості заощадженої сировини, матеріалів, енергоресурсів, а також із скорочення витрат на його транспортування, зберігання, оброблення, видобутку сировини тощо.
Матеріаломісткість продукції визначається як відношення всієї сукупності поточних матеріальних витрат до обсягу продукції за певний період часу. Вона може виражатися в натуральних, вартісних і натурально-вартісних показниках.
Матеріаломісткість поряд з іншими показниками виступає як засіб досягнення оптимальних характеристик технологічних процесів і продукції. Зниження матеріаломісткості (режим заощадження матеріальних витрат) забезпечується створенням прогресивної нормативної бази витрат матеріальних ресурсів на виробництво продукції та її удосконалення на основі впровадження науково-технологічного прогресу.
Основні напрями зниження матеріаломісткості продукції:
· покращення якості сировини і матеріалів;
· впровадження маловідходних технологічних процесів;
· розширення використання вторинних ресурсів;
· скорочення витрат ресурсів при виробництві продукції, транспортуванні і зберіганні;
· підвищення якості продукції.
Ресурсозбереження у сфері споживання металів у загальному характеризується показником металомісткості продукції. Зниження металомісткості продукції досягається шляхом:
- підвищенням якості асортиментної структури продукції;
- вдосконалення технологій формуванні і металообробки;
- покращення конструктивного виконання і підвищення експлуатаційних характеристик машин, устаткування, механізмів тощо;
- більш широкого застосування замінювачів металів і композиційних матеріалів;
- підвищення надійності і довговічності машин і механізмів тощо.
Замкнені водооборотні системи. Одним з напрямів безвідходного виробництва є створення водооборотних систем, в основі функціонуванні яких лежить багаторазове використання води, після чого чисті води повертаються у водойми. Методи очищення води повинні забезпечувати одночасне вилучення та утилізацію цінних компонентів. Що більша кратність використання води, то досконаліша система водопостачання. На окремих підприємствах Японії та США кратність використання водних ресурсів становить 22-27 разів.
Принципово нові технології.Принципово нові сучасні технології (ядерна, електронна, лазерна та ін.) виникли на базі фундаментальних наукових відкриттів і відрізняються використанням матеріалів і принципів їх оброблення, що не зустрічаються і природі.
Їх впровадження дозволяє за короткий проміжок часу досягнути і економії ресурсів і енергії на одиницю продукції, зменшити вплив підприємства на довкілля, підвищити продуктивність праці і якість продукції. Так, у гірничійпромисловості ресурсозберігаючий ефект дає впровадження малоопераційних технологічних систем (гідровидобуток
вугілля чи метод підземної виплавки сірки), а також впровадження технології комплексної переробки сировини.
При видобутку і залізної та марганцевої руди ефективним напрямом (з урахуванням подальших переділів) є підвищення глибини збагачення сирої руди та підвищення вмісту корисного компоненту (заліза чи марганцю) в товарній руді.
У металургійній промисловості найбільш перспективними є технології прямого відновлення заліза (минаючи доменний процес), засновані на використанні залізорудних металізованих обкатанців, природного газу ті твердого палива; розширення використання киснево-конверторної виплавки та електроплавки (з безперервним литтям заготовок); підвищення частки металобрухту в шихті; подальший розвиток спеціальних методів виплавки сталі з підвищеними експлуатаційними характеристиками.
У прокатному виробництві - це технологічні процеси, що об’єднують операції прокату і безперервної розливки, застосування термообробки, нанесення захисних покриттів та ін.
У машинобудуванні та металообробці – застосування технологій пластичної деформації, сучасних методів оброблення металів.
У промисловості будівельних матеріалів – удосконалення технологій виробництва цементу, скла, цегли, залізобетону на базі широкого використання таких альтернативних джерел сировини, як жужіль - відходи, які утворюються від спалювання вугілля на теплових електростанціях, шлами вуглезбагачення, шлаки і шлами металургійної промисловості
Досягнення НТП дозволили широко впровадити у виробничі процеси комп’ютерні системи управління, комплексну автоматизацію (включаючи системи нових видів матеріалів з заданими властивостями, нових технологій виробництва і оброблення (нові технології лиття, плазмові процеси, лазерні технології, тощо). Так, наприклад, на заводських бетонозмішувальних вузлах у Фінляндії, Франції та Німеччини діють комп’ютерні системи. Оператор, перебуваючи в спеціально обладнаному приміщенні, повністю ізольованому від бетонозмішувального відділення, має набір перфокарт, розрахованих на понад 50 різновидів бетонних суміші. Як тільки підходить черговий бетоновоз, водій по телефону повідомляє оператору дані про обсяг та якість суміші для фірми-замовника, після чого спрацьовує закладена оператором відповідна програма і автомобіль ставиться під завантаження. Після закінчення операції оператор спускає водієві рахунок, в якому комп’ютер надрукував структуру суміші, марку бетону, його кількість і вартість. Звичайно, вся операція займає не більше п’яти хвилин.
Використання нових технологічних рішень і удосконалення існуючих технологій сприяє оптимальному використанню ресурсів, підвищує їх віддачу, зменшує витрати ресурсів та утворення відходів, забезпечує більш раціональне їх використання в галузях економіки.
В цілому ряді проявів науково-технологічний прогрес демонструє високий рівень універсалізму у вирішенні суспільних проблем, забезпечуючи одночасно безвідходність, ресурсозбереження, комплексність і підвищення екологічності в цілому.
Спалювання вугілля тепловими електростанціями супроводжується викидами в атмосферу оксидів азоту, сірчаного газу, ряду важких металів, в тому числі й урану. Слід відзначити, що при цьому відбувається не тільки забруднення важкими металами довкілля, але і втратами значних обсягів важливих для промисловості ванадію, германію, нікелю, кадмію, кобальту, цинку тощо. Решта ж інших цінних компонентів залишається в шлаках і переходить у відвали відходів.
Для підвищення ефективності згорання вугілля і зменшення забруднення середовища останнім часом розроблено нові технології, наприклад котли з топками з киплячим поверхневим шаром і різні типи фільтрів. Але повне вилучення корисних копалин , а також мінімізація забруднення довкілля вимагають радикальної перебудови технології видобутку вугілля і його збагачення. Науково-технологічний прогрес відкриває шлях до цього – через попереднє перетворення вугілля в газ і вилучення під час газифікації шкідливих для навколишнього середовища (проте цінних для промисловості) компонентів.
Процес газифікації було освоєно промислово ще в першій половині минулого століття (він забезпечував потреби у синтез-бензині Німеччини і Південно-Африканської Республіки). Нині роботи з дослідження і практичного використання газифікації вугілля знову набули широкого використання у США, Великобританії та Німеччині та інших країнах. Існують виробництва, де металургійний процес супроводжується використанням газифікованого вугілля та ін.
Нові можливості відкривають технології газифікації вугілля у відновному середовища, що дозволяють здійснювати його повну переробку. Водночас із газифікацією в таких установах відбувається відновлення оксидів металів, металізація залізнорудних обкатанців. Тому зникає потреба в доменній печі. Для відновлення руди не потрібен і кокс – достатньо і високозольного вугілля. В умовах енергетичної кризи вигода використання в металургійному процесі високо зольного вугілля й ліквідація доменного і коксохімічного виробництва в чорній металургії є особливо очевидною. Будівельна промисловість на основі залишкових речовин може забезпечуватись будівельними матеріалами, які не містять цементу.
Енергозбереження– одним із пріоритетним напрямом НТП. З огляду на важливість проблеми заощадження енергії в глобальному масштабі, практично у всіх країнах проводяться різні заходи, покликані зменшити кількість споживаної енергії як у промислової, так і соціальної сферах. Витрати енергії на основні і допоміжні технологічні процеси виробництва продукції характеризує енергоємність. Вона чисельно дорівнює витратам енергії (палива, електро-, тепло енергії) на одиницю продукції.
Зниження енергоємність продукції включає комплекс заходів щодо раціонального використання і заощадження всіх видів енергії (палива, теплоенергії, електроенергії) на всіх стадіях технологічних переділів від видобутку, виробництва, транспортування і виробничого споживання.
Україна є енергодефіцитною державою, яка свої потреби в первинних енергоресурсах задовольняє за рахунок власного виробництва лише на 45%.
В її паливно-енергетичному балансі домінує природний газ, його частка становить перевищує 40%, а це значно перевищує відповідні показники таких країн, як США та Великобританія. Україна займає одне з перших місць у світі за обсягами імпорту природного газу з однієї країни. Все це разом взяте створює загрозу енергетичній та національній безпеці України.
Основний показник ефективності використання енергетичних ресурсів, а саме, енергоємність валового внутрішнього продукту в Україні значно вищий, ніж у промислово розвинених країнах. Це є наслідком значної технологічної відсталості, недосконалої галузевої структури економіки та впливу її «тіньового сектору». На відміну від країн Заходу, де енергозбереження є елементом економічної ефективності та екологічної доцільності, для України – це питання виживання. Не випадково Всесвітній банк виділив Україні в 2011 році 200 млн. доларів на енергозбереження.
До основних напрямів енергозбереження слід віднести:
- технологічна та структурна перебудова економіки і соціальної сфери країни; Технологічна перебудова економіки країни в цілому, її окремих галузей та підприємств передбачає виведення з роботи морально застарілого та фізично зношеного устаткування, припинення випуску енергетично неефективної продукції і впровадження новітніх технологій, обладнання, облікових приладів і систем;
- створення економічних, адміністративних і нормативно-правових механізмів, що забезпечують зростання енергоефективності та обсягів енергозбереження
- розроблення, освоєння і впровадження енергозберігаючих технологій у всіх сферах виробничої діяльності;
- зниження витрат енергоресурсів на всіх стадіях від видобутку до споживання;
- підвищення коефіцієнту корисної дії машин і механізмів;
- зниження витрат палива, енергії на одиницю потужності чи обсягу робіт;
- впровадження так званих міжгалузевих заходів, до яких належать : а) використання сучасних ефективних систем обліку та контролю за витратами енергоресурсів; б) використання вторинних енергетичних ресурсів; в) впровадження автоматизованих систем управління енергоспоживанням; г) використання економічних систем і приладів електроосвітлення; д) впровадження сучасних систем і засобів силової електроніки: ж) вдосконалення систем теплопостачання; з) вдосконалення структури парку електроприладів тощо.
Одним із важливих шляхів енергозбереження є обмеження споживання палива приватними автомобілями і мотоциклами, на які на сьогодні припадає понад 10% від усієї енергії, яку ми споживаємо. Вирішення проблеми можливе за рахунок до зменшення палива автомобілем: в перше десятиріччя легковий автомобіль в середньому споживав 5,8 л бензину / 100км або 5,25 л дизпалива/100 км, але це не може бути остаточною межею, і наукові пошуки економічного автомобіля тривають у багатьох країнах світу. Значні кошти вкладаються у розроблення електромобілів, у дослідження на нові види палива для двигунів автомобіля. На тертя між шинами і дорогою припадає до 20% споживання палива транспортним засобом. Використання шин з належними експлуатаційними характеристиками може знизити цей показник на 5%.