Безвідходні технології як основний важіль охорони навколишнього природного середовища та економії ресурсів

У науково-технологічному аспекті питання підвищен­ня ефективності використання природних ресурсів зводиться до розробки та впровадження мало- і безвідходних ресурсо- і енер­гозберігаючих технологій, в рамках яких забезпечується най­більш повне, раціональне використання ресурсів і принципів без­відходності, є основою підвищення ефективності виробництва, що дозволяє комплексно вирішувати проблему ресурсозабезпе- чення економіки і охорони навколишнього природного середо­вища.

При вирішенні проблеми безвідходності виробництва слід ма­ти на увазі дві сторони єдиного процесу. Перше — це найбільш раціональний видобуток та повне використання ресурсів і як на­слідок зменшення утворення відходів. Друге — це розширення використання відходів, що утворюються. Ці шляхи не виключа­ють, а взаємно доповнюють один одного.

Поняття безвідходних технологій дещо умовне, оскільки пов­ної безвідходності досягти практично неможливо. Коректніше говорити про маловідходні технології. При цьому мається на ува­зі можливість створення технологічних систем, вплив яких на природу не перевищуватиме її відновлювального потенціалу.

В основу концепції безвідходних технологій лягли три основні положення, а саме:

• створення максимально замкнених систем, організованих за аналогією з природними екосистемами;

• раціональне використання всіх компонентів сировини;

• неминучі впливи на навколишнє середовище не повинні по­рушувати його функціонування.

Безвідходне виробництво передбачає встановлення повного контролю над рухом матеріальних ресурсів на всіх стадіях: видо­бутку сировини, її виробничої переробки, споживання, утилізації відходів виробництва і споживання. Безвідходні технології ста­ють ефективними навіть у тих випадках, коли собівартість одер­жаної продукції стає вищою. Проте необхідно, щоб перевитрати виробництва були меншими, ніж економія на зменшенні збитків від забруднення навколишнього середовища.

Впровадження безвідходних технологій є також шляхом знач­ного розширення ресурсних можливостей людства. Особливо красномовно це видно на прикладі мінерально-сировинної бази. Маються на увазі зокрема можливості підземної газифікації ву­гілля. Далі за потенціалом стоїть впровадження геотехнологічних засобів видобування корисних копалин — підземного вилугову­вання металів, солей; мікробіологічні технології вилучення корис­них компонентів з руд; освоєння гідромінеральних ресурсів, в тому числі морської води і розсолів для вилучення металів та солей.

Цікаво проілюструвати такі можливості стосовно України, де на етапі реконструкції народного господарства постало завдання використати власні ресурси за умов низьких витрат і мінімізації екологічного ризику. Тут відповідні проблеми є особливо актуа­льними, враховуючи, що видобуток вугілля, нафти, газу, залізних руд і ряду неметалевих видів корисних копалин ведеться з усе бі­льших глибин, супроводжується зменшенням потужності пластів, ускладненням гірничотехнічних умов видобутку тощо.

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.

Новітні технології видобутку нафти і газу спроможні оживити і надати друге життя багатьом старим, начебто вичерпаним родо­вищам. Стосовно діючих вони дозволяють підвищити вилучення нафти з продуктивних пластів зі звичних зараз 35—40 % до 60— 65 % і більше.

Освоєння геотермальних ресурсів — передусім Карпат, Криму та низки інших регіонів — є також потужним додатковим джере­лом енергоресурсів. Перші свердловини термальних вод уже жив­лять тепломережі деяких населених пунктів, обслуговують пар­никові господарства тощо.

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 найповніше, економічно найдоціль­ніше 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 супутні компоненти.

Як приклад візьмемо мінеральну сировину. 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 мають у відносно підвищених концентраціях цінні компоненти, а саме:

• нафта містить деякі кольорові метали, перш за все ванадій і нікель;

• 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.

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 коефіцієнта вилучення запасів корисних копалин із надр, використання розкривних і супутніх порід, продуктів зба­гачення, застосування більш глибинних методів переробки задля 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.

Комплексне використання сировини передбачає поряд із 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.

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.

У гірничовидобувній промисловості ресурсозберігаючий ефект дає впровадження малоопераційних технологічних систем (гідровидобування вугілля чи метод підземної виплавки сірки), а та­кож впровадження технології комплексної переробки сировини.

При видобуванні металевої сировини найефективнішими на­прямами (з урахуванням подальших переділів) є підвищення гли­бини збагачення сирої руди та підвищення вмісту цільового ком­понента в товарній руді.

У металургійній промисловості найперспективнішими є тех­нології прямого відновлення заліза (минаючи доменний процес), засновані на використанні залізорудних металізованих обкатан- ців, природного газу та 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 золошлаки теплоелектростанцій, шлами вуглезбагачення, шлаки і шлами металургійної промисловості.

Застосування біотехнологій. Біотехнологія — один із важли­вих напрямів науково-технічного прогресу, що швидко розвива­ється. Технологія базується на промисловому застосуванні при­родних і цілеспрямовано створених живих систем (перш за все мікроорганізмів).

Виробництва, засновані на біологічних процесах, виникли уже на ранніх етапах історії людства (наприклад, хлібопечення, вино­робство, сироваріння та ін.). З розвитком науки виникли нові галузі біотехнологїї, тісно пов’язані з мікробіологічною промисловістю.

Продукти біотехнології знайшли широке застосування в ме­дицині, сільському господарстві. Після другої світової війни ме­тодами біотехнології стали отримувати кормовий білок, для ви­робництва якого використовують окремі фракції вуглеводнів нафти, відходи целюлозно-паперової промисловості, солому та ін. Поряд з кормовим білком значне місце в мікробіологічному виробництві займають такі продукти, як вітаміни, амінокислоти, добрива, біологічні засоби захисту рослин.

Перспективним напрямом у розвитку сучасної біотехнології є інженерна ензимологія, важливим досягненням якої є створення іммобілізованих (зв’язаних з полімерним носієм) ферментів і фер­ментних комплексів. Ці речовини застосовуються для здійснення складних хімічних процесів, у тому числі для перероблення сіль­ськогосподарських, харчових і побутових відходів.

Широке застосування біопрепарати знаходять в різних галузях промисловості (для отримання харчового білку), в легкій промис­ловості (шкіряне виробництво), в металургії (процеси флотації, точне лиття, презиційний прокат), в нафтогазовій промисловості (процеси буріння, селективна очистка олив) та ін.

Біоенергетика — один із напрямів біотехнологій і перспектив­ний напрям вирішення енергетичних і сировинних проблем, які постали перед людством в кінці XX століття. Вона ставить своїм завданням отримання відновлюваних (на відміну від невідновлю­ваних — вугілля, нафта, газ, уран та ін.) джерел енергії і сирови­ни. В цьому розумінні передбачається широке використання ме­тодів хімічної і біологічної трансформації біомаси в паливо і продукти органічного синтезу, а також застосування біологічних генераторів струму.

Найефективніші з відомих методів — використання фототроф- них мікроорганізмів, що конвертують сонячне випромінювання в енергію хімічних зв’язків, біотоліз води з отриманням водню, метанове бродіння органічних речовин в метан та ін. Як сиро­вина для метанового бродіння використовуються органічні від­ходи тваринництва, птахівництва, промислові і комунальні стіч­ні води та ін.

Розроблення і освоєння принципово нових технологій і вдосконалення існуючих. Сучасний етап розвитку науково- технологічного прогресу характеризується все активнішим впли­вом фундаментальних досліджень на технологію виробництва. Це веде до корінного якісного перетворення продуктивних сил, зміни матеріально-технічної бази суспільного виробництва, його змісту і форми. 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 в природі. Трансформація наукових знань в технології стає одним із вирішальних факторів суспільного розвитку.

Прикладом цьому є: електронізація на базі ПЕОМ, комплексна автоматизація (включаючи системи нових видів матеріалів із за­даними властивостями, а також понадчистих унікальних сплавів, нових технологій виробництва і оброблення) нові технології лит­тя, плазмові процеси, лазерні технології, освоєння біотехнологій тощо.

Використання нових технологічних рішень і удосконалення існуючих технологій сприяють оптимальному використанню ре­сурсів, підвищують їх віддачу, зменшують витрати ресурсів та утворення відходів, забезпечують раціональніше їх використання в галузях економіки.

В цілій низці проявів науково-технологічний прогрес демонст­рує високий рівень універсалізму у вирішенні суспільних проб­лем, забезпечуючи одночасно безвідходність, ресурсозбережен­ня, комплексність і підвищення екологічності в цілому.

Розглянемо феномен такого роду на прикладі вугілля, спалю­вання якого стає тепер одним із найбільших джерел забруднення природного середовища внаслідок викидів в атмосферу оксидів азоту, сірчаного газу, важких металів, у тому числі й урану. Щодо металів, то це є одночасно «вилітанням в трубу» 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 і повне використання енергопотенціалу, 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 розмаху. У США, Великобританії та Німеччині частка вугілля, яке газифікується, сягає уже перших десятків відсотків. Існують фабрики, де металургійний процес супроводжується використанням газифікованого вугілля та ін.

Нові можливості відкривають технології газифікації вугілля у відновному середовищі, що дозволяють здійснювати його повну переробку. Водночас із газифікацією в таких установках відбува­ється відновлення оксидів металів, металізація залізнорудних об- катанців. Тому зникає потреба в доменній печі. Для відновлення руди не потрібен і кокс — достатньо й високозольного вугілля. В умовах енергетичної кризи вигода використання в металургій­ному процесі високозольного вугілля й ліквідація доменного і коксохімічного виробництва в чорній металургії є особливо оче­видною. Будівельна промисловість на основі залишкових речовин забезпечуватиметься безцементними будівельними матеріалами.

11.3.