Не так давно мы писали об одном находчивом голландском дизайнере, который получал топливо для своего старенького Volvo 240 из пластиковых бутылок, которые он собирал на ближайшей свалке. Из одного килограмма пластика выходило пол-литра дизеля, достаточного для того, чтобы проехать семь километров. Причем, установка для получения топлива монтировалась прямо на крыше автомобиля. Это позволяло получать дополнительные объемы топлива прямо во время путешествия. С этой целью необходимый запас пластикового сырья в утрамбованном виде размещался в багажнике. А если учесть, сколько мусорных свалок попадается на каждом пути, то автомобиль с такой установкой был вполне пригоден для кругосветного путешествия.
Для чего мы вспомнили эту историю? Дело в том, что она дает нам наглядный пример энергетического использования пластиковых отходов. Напомним, что сейчас в западных странах (прежде всего – в США) ведется бурная дискуссия по поводу решения «пластиковой» проблемы. Сторонники климатической повестки настаивают на необходимости использования альтернативных, экологически приемлемых материалов для замены синтетическим пластмассам, получаемым из ископаемых углеводородов. Их оппоненты полагают, что такая замена окажется слишком дорогой для массового потребителя. Поэтому предлагают сохранить существующие производственные мощности по выпуску синтетического пластика, а борьбу с пластиковыми отходами осуществлять по примеру того, как поступают в таких случаях с растительной биомассой – путем тепловой утилизации или переработки в топливо.
Поскольку пластик производят из углеводородов, его вполне можно рассматривать как энергетическое сырье. Выше мы как раз привели пример превращения пластика в его исходное «углеводородное» состояние. Говоря по-научному, данный процесс называется «химической конверсией». Он позволяет «расщепить» пластик до молекул – вплоть до базового молекулярного уровня.
Здесь существует несколько методов. Самый простой – это пиролиз, когда пластик нагревается без доступа кислорода до 400 – 600 градусов Цельсия. Таким путем он превращается в синтетическую нефть. На ее основе можно получить жидкое топливо (дизель или бензин), либо использовать для повторного получения пластика.
Другой метод – газификация. От пиролиза он отличается тем, что нагрев осуществляется до более высоких температур (от 800 до 1400 градусов Цельсия) и с присутствием небольшого количества окислителя (воздуха, чистого кислорода или водяного пара). Кислорода здесь не хватает для поддержания горения, однако его достаточно для осуществления нужных химических реакций. Пластик, вступая в реакцию с окислителем, почти полностью превращается в горючий газ (так называемый синтез-газ, представляющий собой смесь водорода и угарного газа).
Наконец, существует метод деполимеризации, при котором полимер «разбирается» на исходные мономеры. Этот метод считается самым передовым, но в то же время – достаточно сложным и затратным. В нем, например, могут использоваться различные химические реагенты – спирты, кислоты и даже водород. К тому же деполимеризация требует тщательной сортировки исходного сырья (что не так важно в случае с пиролизом и газификацией).
Есть несколько видов деполимеризации, отличающихся по уровню сложности. На сегодняшний день самой продвинутой технологией на этот счет является гидрогенолиз. В отличие от обычных способов, здесь полимерные цепи расщепляются с помощью водорода под воздействием высоких температур и специальных катализаторов. Переработка пластиковых отходов осуществляется в реакторах, куда под давлением поступает водород. В качестве катализаторов выступают такие дорогие металлы, как палладий, платина и рутений. Что это дает? Как образно объясняют специалисты, гидрогенолиз не только разрезает цепочку из молекул, но и «запечатывает» концы каждого разреза атомами водорода. В итоге на выходе мы получаем чистые углеводороды и достаточно ценные химические вещества (например, компоненты для авиационного топлива). Чистота конечного продукта имеет принципиальное значение. Так, если при пиролизе мы получаем смесь довольно низкого качества с примесями сажи, то гидрогенолиз позволяет получить абсолютно чистые продукты, пригодные для повторного использования (в том числе для получения совершенно нового пластика).
В США, еще раз напомним, именно сейчас решается вопрос, какие подходы к решению проблемы пластиковых отходов будут считаться приемлемыми как с точки зрения экономики, так и с точки зрения экологии. Сторонники химической конверсии пластика пытаются уверить своих оппонентов из «зеленого» лагеря в том, что действенный способ найден. Те выдвигают свои возражения, обращая внимание на то, что химическая конверсия требует дополнительных энергетических затрат и в этом плане она является недостаточно «зеленой», поскольку оставляет-де положительный углеродный след.
Интересно, что в Америке примерно 16% пластиковых отходов банально сжигается, то есть используется в энергетических целях напрямую, без всякой химической переработки. Самый известный пример – мусоросжигательный завод I-95 Energy/Resource Recovery Facility, расположенный в округе Фэрфакс (штат Вирджиния). На этом предприятии, построенном еще в 1990 году, сжигают бытовые и коммерческие отходы – с последующей выработкой тепловой и электрической энергии. То есть пластиковые отходы выступают здесь как альтернатива углю. Ежегодно таким путем перерабатывается 1,12 миллионов тонн отходов. Средняя мощность такой тепловой электростанции составляет примерно 90 МВт. Этого достаточно для обеспечения электричеством примерно 60 – 80 тысяч домов.
Помимо выработки энергии, из остатков золы ежегодно извлекается до 37 тысяч тонн различных металлов (железа, стали, алюминия и меди). Этого количества хватило бы на производство 20 тысяч автомобилей! Таким же путем удается извлекать стекло. К моменту завершения технологического процесса остается только нетоксичная зола – примерно 5% от исходной массы отходов.
Полагаем, что данное предприятие является показательным примером технологичного управления отходами. Причем, в топке предприятия успешно сжигаются любые виды пластмасс, включая корпуса компьютеров, мониторов и клавиатуры. И что самое интересное – столь же успешно можно сжигать и подложки от использованных солнечных панелей.
Кстати, заметим, что аналогичные технологии по сжиганию отходов разрабатывались у нас в Новосибирске специалистами Института теплофизики СО РАН. На основе этих разработок промышленно производится (на заказ) соответствующее технологическое оборудование. Одно такое предприятия по сжиганию пищевых и опасных медицинских отходов работает в Коченевском районе Новосибирской области (о чем мы в свое время писали). Правда, выработанное тепло банально выбрасывается в атмосферу. Хотя здесь поддерживается приличная температура сгорания (1 200 градусов), которой вполне бы хватило для нагрева пара и для работы паровой турбины для выработки электричества. Но, как оказалось, даже простые предложения по отоплению близлежащих домов не находили никакого отклика в администрациях разного уровня.
Интересно, что в США власти отдельных штатов (особенно – Флориды) полностью поддерживают технологии термической утилизации отходов, содержащих пластик. Однако решения по строительству таких мусоросжигательных предприятий пресекаются эко-активистами, которые начинают организовывать массовые протесты. То есть, инициативы властей наталкиваются на сопротивление со стороны так называемого «гражданского общества», идущего на поводу у борцов за экологию.
В России же особенность ситуации в том, что власти не проявляют в этом направлении какой-либо инициативы вообще. А все попытки со стороны специалистов обосновать такой проект (как это уже было в Новосибирске) натыкаются на скепсис и на «убойный» аргумент относительно того, что в регионе еще полным-полно мест, куда можно сваливать мусор. Тем временем мусорные полигоны продолжают переполняться, в том числе и за счет пластика.
Андрей Колосов
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии