Ежегодно человечество образует более 2 млрд тонн коммунальных отходов и по прогнозам ожидается, что к 2050 году эта величина вырастет до 3,4 млрд тонн. Сложившаяся ситуация делает управление отходами и правильно выбранные методы переработки отходов критически важными аспектами современного общества, гарантирующими ответственное обращение с отходами и минимальное воздействие на окружающую среду.
Существует несколько методов утилизации отходов, каждый из которых подходит для отходов разных видов.
Механические методы
используются зачастую для твердых отходов, например, для пластиковых отходов или отходов стекла, и включают в себя процессы сортировки по категориям, очистки от посторонних компонентов и измельчения до однородной массы. Причем, в зависимости от происхождения и состава отходов эти процессы могут происходить в разном порядке или многократно. Полученная масса может использоваться в качестве добавки при изготовлении дорожного покрытия и строительных материалов, или просто поставляться на рынок в качестве сырья.
Термическая переработка
используется для утилизации как бытовых отходов, так медицинских и промышленных, и основывается на воздействии высоких температур на отходы с целью уменьшения их массы и объема, обезвреживания, с одновременным производством тепловой или электрической энергии.
Классификация термической утилизации
- Сжигание – применяется для утилизации горючих отходов любого агрегатного состояния: твердых, жидких, газообразных и пастообразных. При сжигании отходы помещаются в специальную печь и при высокотемпературном (более +1200°С) воздействии органическая часть отходов сгорает, несгораемые компоненты образуют золу. Сжигание позволяет до 90% уменьшить объем мусора и сгенерировать тепло, которое можно преобразовать в электроэнергию, но при этом процесс сжигания сопровождается выбросами токсичных веществ. Сжигание отходов может быть безопасным только при условии наличия современных высокотехнологичных систем очистки дымовых газов.
- Пиролиз – представляет собой процесс разложения отходов при воздействии высоких температур и отсутствии кислорода. Данная технология предоставляет возможность переработки мусора без необходимости его предварительной сушки, сортировки, измельчения и любых других видов подготовки, при одновременном разрушении практически всех вредных веществ, входящих в состав отходов.
- Газификация – процесс высокотемпературной переработки отходов в присутствии окислителя, в результате которого отходы превращаются в горючий синтез-газ. Полученный генераторный газ используется для выработки теплоэнергии или электроэнергии или для дальнейшего химического синтеза.
Химическая переработка
техногенных отходов основывается на применении химических реагентов и физико-химических процессов и достаточно часто применяется для переработки твердых и жидких отходов металлургической и горнодобывающей промышленности. Кроме этого, химические техники переработки позволяют перерабатывать различные виды строительных и пластиковых отходов, создавая из полученного сырья новые предметы высокого качества.
Биологическая переработка
основывается на применении бактерий, микроорганизмов и ферментов и используется преимущественно для органических отходов. Одним из примеров биологической переработки является компостирование - расщепление отходов с помощью анаэробной микрофлоры, которое отлично подходит для переработки растительных отходов: травы, веток, соломы, и пищевых отходов: кожуры от овощей и фруктов. Компостирование позволяет получить органические удобрения, которые можно использовать в сельском хозяйстве, а также биогаз, который можно использовать для производства тепловой и электрической энергии.
В биологической переработке выделяют еще биохимические и биотехнологические методы. Биохимическая переработка представляет собой сложные химические реакции, подчиняющиеся законам биологической кинетики, которые протекают с большой скоростью. Биохимическая переработка расширяет границы биологической переработки, позволяя с помощью микроорганизмов разлагать не только органические отходы, но и отходы пластмасс, отходы деревообрабатывающей промышленности и другие виды отходов.
Биотехнологическая переработка подразумевает применение технологических процессов, базирующихся на применении микроорганизмов, биокатализаторов и различных биологических систем. Биотехнологии позволяют получать из древесных и других отходов этиловый спирт, являющийся ценным сырьем для химической промышленности, а из влагосодержащих органических отходов - биогаз, который при сгорании не образует дым.
Биологическая переработка считается одним из самых экологичных методов переработки, так как она обеспечивает безопасную утилизацию и обезвреживание отходов, а также дает возможность получить органическое удобрение, техногрунт или биогаз.
Инновации в переработке
Инновационные технологии расширяют традиционные возможности переработки и решают проблемы, связанные с трудно перерабатываемыми материалами, создавая новые возможности для их повторного использования. Разбивая сложные материалы, передовые технологии облегчают их повторное использование и минимизируют воздействие на окружающую среду. Так, инновационные разработки в области нанотехнологий работают на низком структурном уровне и разбивают отходы на отдельные молекулярные части для создания новых материалов, структур и устройств. Кроме того, нанотехнологии предлагают масштабируемые решения, поэтому сложные материалы могут быть обработаны независимо от их размера.
Среди инноваций можно выделить прорыв российских ученых в переработке пластика, который позволяет перерабатывать загрязненные и влажные отходы пластика, в том числе полиэтиленовые пакеты, одноразовую посуду и др., в синтетическое топливо. При данном способе пластик сильно нагревают в камере без воздуха, превращая его в жидкую смесь, которую затем пропускают через реактор, где она после взаимодействия с веществами-катализаторами разделяется на фракции. Новаторский способ позволяет за час переработать тонну отходов в синтетическое топливо, при этом все оборудование по переработке отличается компактностью с возможностью установки практически в любом месте.
Заметной инновацией в переработке отходов является использование искусственного интеллекта и робототехники. Алгоритмы искусственного интеллекта могут точно определять и разделять различные типы отходов, улучшая показатели переработки и снижая загрязнение. Робототехника повышает эффективность и безопасность, делая обращение с отходами более рационализированным и устойчивым. Внедрение этих инновационных методов приближает нас к экономике замкнутого цикла, минимизируя количество отходов и максимально используя вторичные ресурсы.
В целом, переработка отходов способствует снижению потребности в первичных материалах и снижению потребления энергии, что развивает циркулярную экономику и стимулирует устойчивое управление отходами.