Пути решения проблемы экономии минеральных ресурсов

 

Решение проблемы обеспечения минеральными ресурсами в целом теоретически проще, чем решение такой же проблемы энергоресурсов: если энергия подчиняется законам термодинамики и потому в процессе использования рассеивается, то на минерально-сырьевые ресурсы распространяется действие закона сохранения вещества. И потому даже самые дефицитные ресурсы не исчезают, а входят в состав конечной продукции и отходов. Поэтому всегда есть принципиальная возможность многократного их использования. Еще Д.И.Менделеев отмечал: «В химии нет отходов, а есть лишь неиспользованное сырье». Он же писал о том, что главная цель передовой технологии – получение полезного из бесполезного. При таком подходе отходы производства и потребления рассматриваются как вторичные материальные ресурсы, использование которых – важнейшее условие уменьшения промышленного загрязнения окружающей среды.

Ресурсосбережение является благодатной ареной поиска новых научно-технических решений. Футурологи считают, что можно сократить потребление первичных ресурсов, по крайней мере, в 10 раз. Австрия включила «фактор 10» (90% снижения расхода первичных ресурсов) в национальный экологический план, а правительства Дании и Германии совместно с Организацией экономического сотрудничества и развития также заявили о своем стремлении следовать по пути радикального сокращения расхода первичных ресурсов.

На сегодняшний день определились следующие основные направления ресурсосбережения.

Рециклинг. Многократное использование сырья с превращением вторичного сырья (отходов) в основной источник минеральных ресурсов в конце ХХ столетия получило широкое распространение. Возможны различные варианты реутилизации – от многократного использования молочных бутылок и наваривания новых протекторов на автопокрышки и до сложной переработки вторичных ресурсов (лома черных и цветных металлов, битого стекла, макулатуры и т.д.). Только за период 1985-1995 гг. вторичное использование стекла в мире выросло с 20 до 50%, а металлов – с 33 до 50%.

Широкое распространение получает выпуск продукции, свойства которой облегчают их повторное использование. В Германии было принято революционное постановление об отходах от упаковки, вошедшее в силу в начале 1993 г., которое делает производителей ответственными за судьбу всего упаковочного материала, который они производят. Это сразу привело к повышению уровня повторного использования материалов – с 12% в 1986 г. до 86% в 1997 г. Сбор пластика, например, увеличился почти в 19 раз (с 30000 т до 567000 т). Многие фирмы начали производство компьютерных коробок из простых материалов без использования клеев, красок или композитных материалов, что облегчает их реутилизацию. Подобные законы приняли многие страны, включая Австрию, Францию и Бельгию

Производители автомобилей и телевизоров все чаще создают свою продукцию с учетом их легкой разборки. На этой же основе компания «Xerox» ставит задачей ремонт с повторным использованием 84% копировальной техники.

В ряде стран развивается концепция «промышленного симбиоза», согласно которой неиспользованные ресурсы одних предприятий становятся сырьем для других. Такой симбиоз создали предприятия разных отраслей в Калунборге (Дания). Горячая вода электростанции Калунборга используется близлежащей рыбоводческой фермой, ил с этой фермы служит удобрением для фермерской земли, а сажа электростанции идет на производство цемента. Эта схема сохраняет фирмам миллионы крон, повышает использование ресурсов и резко сокращает количество отходов (примерно 1,3 млн. т твердых отходов и 135000 т выбросов в атмосферу углерода и серы). Сократить расход щебенки для производства строительных материалов можно при ее замене на шлак и золу от теплоэлектростанций (разумеется, при контроле за их возможной радиоактивностью).

Впрочем, к сожалению, прогресс рециклинга не снизил потребление первичных ресурсов, а лишь позволил интенсифицировать производство. В будущем планируется вовлекать в рециклинг до 80% металлов, 60-70% бумаги и пластиков. Использование вторичного сырья будет стимулироваться экономическими механизмами природопользования – увеличением стоимости первичных ресурсов.

Ресурсосберегающие технологии. В настоящее время огромное количество, например, металла теряется потому, что уходит в стружку. Многие машины (экскаваторы, станки, тракторы) весят слишком много. Совершенствование технологии переработки металлов и уменьшение веса готовых изделий позволит намного сократить расход рудного сырья.

Большую перспективу для экономии металла имеет порошковая металлургия. Если при металлообработке литья и проката в стружку уходит 60-70% металла, то при изготовлении деталей из пресс-порошков потеря материалов не превышает 5-7%. Это позволяет не только экономить энергию, но и снижает загрязнение атмосферы и воды, что сопровождает обычные металлургические процессы. Все более широкое распространение в машиностроении получает точное литье, листовая и объемная холодная штамповка и т.д. При таких способах обработки металла удается обойтись без снятия стружки. Все это позволяет значительно повысить коэффициент использования металла, что является важнейшим критерием при оценке совершенства технологий.

Возможна экономия нефти при увеличении глубины нефтепереработки и повышении выхода светлых продуктов, в первую очередь – бензина. На большинстве наших заводов получается лишь 60% светлых нефтепродуктов (лишь отдельные установки дают до 80%), в ФРГ – 90%. Если перевести все заводы на современные технологии нефтепереработки, то из двух тонн нефти можно будет получать бензин в том же количестве, в котором его сегодня получают из трех.

Комплексное использование сырья. Эти технические решения позволяют обеспечить значительную экономию ресурсов. Например, апатитонефелиновая руда Кольского месторождения сдержит 13% апатита, 30-40% нефелина, известняк и другие минералы. Добытая руда разделяется на апатитовый и нефелиновый концентраты, после этого из апатита получают фосфорные удобрения, фосфорную кислоту, фториды, фосфогипс, а из нефелинового концентрата и известняка – глинозем, соду, поташ и портландцемент. Из медных руд можно получать еще не менее 20 полезных элементов (серу, цинк, золото, серебро, молибден и т.д.). Одни и те же ресурсы могут использоваться несколькими отраслями хозяйства. Попутный газ, теряемый при добыче нефти, может быть сырьем для химической промышленности.

Новые технологии, кроме того, позволяют заменять более дефицитные ресурсы менее дефицитными. К примеру, стекловолокно заменяет дефицитную медь, пластики – железо и алюминий.

Снижение расхода некоторых ресурсов возможно за счет их «замены информацией». Электроника последних десятилетий ХХ в. позволила создать телекоммуникационные сети с огромной несущей способностью, в каждой ячейке которых – монитор, телефон, модем, компьютер и т.д. Использование «Интернета» позволяет экономить энергию и материальные ресурсы. Экономится бумага, материалы и энергия, затрачиваемые на полиграфическое производство и доставку печатной продукции и т.д. Во многих случаях отпадает необходимость в дальних и длительных командировках, также связанных с затратами вещества и энергии.

Новые ресурсосберегающие технологии – основа «постиндустриальной цивилизации», в которой на первое место выходит производство услуг, а преобладающими факторами производства становятся знания. Ведущую роль приобретает труд, направленный на получение, обработку и хранение информации, что позволяет переориентировать производство на менее природоемкие технологии (Акимова и др., 2001).

Важнейшей тенденцией постиндустриальных технологий являются развитие электроники и микроминиатюризация. Простая кремниевая или германиевая микроплата площадью 1 мм² может заменять тысячи транзисторов и связующих элементов. Только за последние 30 лет плотность упаковки рабочих элементов в электронных устройствах увеличилась в миллионы раз. В результате во столько же раз уменьшились удельные затраты материалов и труда на один операционный элемент устройства или на запись одного бита информации.

Разумеется, потребление информации не может заменить потребление энергии и продуктов производства, тем не менее, она позволяет снизить энергоемкость и материалоемкость соответствующих изделий и кардинальным образом меняет всю индустриальную сферу.

У России возможности экономии ресурсов особенно велики, т.к. она унаследовала от СССР ресурсоемкие технологии. Проиллюстрировать это можно данными о количестве выбросов диоксида серы на единицу ВВП (табл. 37), они в 20 раз выше, чем в Японии, и в 3 раза выше, чем в Англии и в США. Сера является важнейшим сырьем для производства многих продуктов химической промышленности и машиностроения.

Таблица 37

Относительное количество выбросов диоксида серы

(кг/тыс. долл. ВВП)

 

Страна	Выбросы
Япония Германия Франция Норвегия Англия Канада США Россия	0,3 1,1 0,9 0,3 1,8 4,1 2,3 6,0

 

 

Продление срока службы ресурсоемкой продукции и повышение эффективности ее использования. Значительной экономии ресурсов можно достичь за счет продления срока службы различных продуктов производства, начиная с сельскохозяйственной техники и автомобилей и заканчивая одеждой и обувью. В контексте ресурсосбережения всегда выгоднее ремонт товара длительного пользования, чем замена его новым. Например, удвоение срока эксплуатации автомобиля в два раза сокращает использование ресурсов, необходимых для его производства. Многие компании пошли на увеличение долговечности продукции, которую они используют. Так, компания «Toyota» повторно использует морские грузовые контейнеры, первоначальный срок службы которых составлял 20 лет. Ремонт компьютеров и бытовой техники создает дополнительные рабочие места.

Экономия ресурсов достигается при более эффективном использовании товаров длительного пользования, например, при аренде автомобиля вместо приобретения его в личную собственность. Пункты по выдаче автомобилей напрокат имеются в США и во многих странах Европы.

По оценкам экологов, пользование услугами прачечных в сравнении с применением домашних стиральных машин может сократить использование материалов в расчете на одну стирку в 10-80 раз.

В ФРГ разрешается ежеквартально устраивать возле дома грандиозные свалки громоздких вещей. Прежде чем их заберет машина, они обычно «перераспределяются». Случается, что машине оказывается нечего вывозить: вещи забирают те, кто надеется их отремонтировать и использовать. Одежду, которую еще можно носить, собирают благотворительные организации (ее выставляют перед домом в специальных пакетах, которые накануне каждый домовладелец находит в почтовом ящике).

Перспективна также система «распродаж», которые возникли в США для удлинения срока службы вещей. Распродаются по низким ценам вещи, уже бывшие в употреблении, но еще пригодные для дальнейшего использования (разумеется, тех, дальнейшее использование которых экологически безопасно, к ним, например, не относятся загрязняющие атмосферу старые автомобили).

Реутилизация бытовых вещей не только продляет срок их службы, но и уменьшает количество бытового мусора.

К сожалению, в целом ориентация на удлинение срока службы предметов длительного использования пока не получила широкого распространения, т.к. она невыгодна производителям этих товаров. По этой причине в США повторно используются лишь 17% таких товаров. Это связано, кроме того, с широким развитием потребительства (см. 10.2), который делает приобретение новых вещей престижным.

 

Контрольные вопросы

1. Перечислите основные направления развития технологий для обеспечения экономии минеральных ресурсов.

2. Какие изменения в технологию промышленного производства вносит рециклинг сырья?

3. Приведите примеры эффективных ресурсосберегающих технологий.

4. Как помогает ресурсосбережению комплексное использование сырья?

5. Как можно увеличить длительность использования продуктов производства?

 

Экономия ресурсов воды

 

Одним из самых дефицитных ресурсов биосферы в ХХI веке будет пресная вода (Браун, Флейвин, 2000). Уже сегодня во многих районах мира ощущается ее дефицит, и проявляются последствия чрезмерной эксплуатации ресурсов надземных и подземных вод (см. 1.4.2-1.4.3).

Главный потребитель воды в мире – сельское хозяйство, т.к. значительная часть растениеводческой продукции получается на поливных землях (см. 5.3). Оно потребляет 70% всей используемой человеком воды. В России преобладают районы с достаточно высоким количеством осадков, в которых поливное земледелие нецелесообразно, и потому основной потребитель пресной воды – промышленность.

В промышленности потребителями воды являются практически все отрасли, особенно много ее расходуют тепловые и атомные электростанции. На производство 1 т хлопчатобумажной ткани требуется 250 м³ воды, синтетической ткани – 5000, синтетического каучука – 2000, никеля – 4000, чугуна – 200 м³.

В России преобладает однократное использование воды предприятиями, что усугубляет ее дефицит. В странах Европы и в США преобладают оборотные системы водопотребления. Там каждый кубометр пресной воды очищается после использования и потому, прежде чем вернуться в водоем, используется в среднем 9 раз. В ХХI столетии планируется увеличить оборотность воды до 17 раз.

Значительное количество воды расходуется на бытовые нужды, и имеются большие резервы ее экономии.

Уменьшение расхода воды в сельском хозяйстве возможно как за счет уменьшения площади поливных земель и перехода на сухое земледелие с возделыванием засухоустойчивых культур, подобных сорго, или культур с коротким вегетационным периодом, который укладывается в период дождей (ячмень), так и за счет внедрения рациональных способов полива. В Израиле, где применяется капельный метод полива, расход воды в 4 раза меньше, чем при традиционном поливе дождеванием или арыками.

Однако, проблема доброкачественной пресной воды в ХХI в. будет стоять остро, для ее решения очень важно снизить уровень загрязнения природных вод (см. 1.4.2).

 

Контрольные вопросы

1. Какая отрасль хозяйства является основным потребителем воды в мире и в РФ?

2. Какие резервы экономии воды имеются в промышленности?

3. Расскажите о возможностях экономии воды в сельскохозяйственном производстве.

 

Ресурсы древесины

 

Древесина относится к возобновимым ресурсам, т.к. образуется в процессе фотосинтеза за счет неисчерпаемой энергии солнца. Тем не менее, при сохранении сложившейся тенденции сведения лесов (см. 1.5.2), широком использовании древесины как энергетического сырья (см. 4.3) и деградации почв после сведения лесов, что делает их непригодными для лесовосстановления, возобновимость древесных ресурсов становится относительной. Более того, со временем древесина может стать таким же исчерпаемым ресурсом, как углеродистые ископаемые энергоносители.

Рост потребления древесины. Несмотря на развитие производства пластиков, которые могут заменить древесину, использование древесины в мире для производства различных товаров увеличивается (табл. 38).

Таблица 38

Производство древесины и продукции из дерева в 1965-1995 гг. (по Абрамович и Маттун, 2000)

 

Вид изделия				Увеличение, %
Млн. м^3
Кругляк Дрова и уголь Промышленный кругляк Пиломатериалы Деревянные панели Мягкая древесина и ветки
Млн. тонн
Бумага и строительный картон

 

Из таблицы очевидно, что наибольший рост отмечается в производстве деревянных панелей и бумаги и строительного картона и наименьший – «натуральных» пиломатериалов, альтернативой которых и являются деревянные панели, которые изготовляются как из отходов производства, так и из мягкой древесины и веток, полученных с плантаций быстрорастущих культур. По-прежнему, достаточно интенсивно увеличивается использование дров для получения энергии (см. 4.3).

Распределение производства и потребления по странам. Около 50% промышленной древесины дают США, Канада и Россия. В 70-е гг. значительное количество промышленной древесины стали производить Китай и Бразилия. В 60-70-е гг. Филиппины стали одним из четырех ведущих экспортеров леса в мире, но заплатили за этой гибелью 90% своих лесов. Это привело к появлению еще 18 млн. нищих людей, жизнь которых была связана с лесом.

Несмотря на то, что значительная часть промышленной древесины производится в развивающихся странах, большая часть ее потребляется развитыми странами (табл. 39). Очевидно, что, в силу роста народонаселения за счет стран третьего мира, при сходном соотношении потребления «развитые/развивающиеся страны» (10:1) среднемировое подушное потребление древесины будет снижаться.

Таблица 39

Промышленное потребление кругляка

в развитых и развивающихся странах в 1970,1990 и 2010 (прогноз) гг.

(м³ на 1000 человек; по Абрамович и Маттун, 2000)

 

Страны
Развитые Развивающиеся Все

 

Рациональное использование ресурсов древесины. В мире просматриваются тенденции сбережения ресурсов древесины, которые в будущем будут усиливаться.

Широкое распространение получает сертификация древесной продукции, которая производится с наименьшими потерями для лесов, т.е. при их рациональном использовании, гарантирующем их сохранение. В мире возник целый ряд организацией, которые заняты сертификацией древесины. К концу 1998 г. было сертифицировано уже 11 млн. га лесов в 22 странах мира, что еще пока недостаточно и не охватывает основных площадей эксплуатационных лесов.

Уменьшается доля отходов при переработке древесины за счет их утилизации для производства ДСП. Повсеместно внедряются более экономичные технологии переработки древесины, что может обеспечить значительное уменьшение площади вырубаемых лесов. Так, в Бразилии в пиломатериалы превращается всего 1/3 вырубаемых лесов. В США, где древесину расходуют весьма экономно, с 1970 по 1993 гг. количество древесных отходов сократилось с 14 до 1,5%. В Японии используют до 99% надземной части дерева, включая пни и кору, из которой готовят субстрат для выращивания грибов. После того как грибы используют нужные им питательные элементы, порошок коры можно использовать как органическое удобрение. Та часть древесины, которую нельзя использовать для изготовления пиломатериалов, становится сырьем для производства спирта и различных прессованных изделий.

Разрабатываются экономичные варианты использования древесины при строительстве домов, что позволяет экономить ее на 10-20%. «Идут в дело» детали разбираемых зданий как строительный материал или топливо.

Производство бумаги. Большие резервы сбережения древесины – в производстве бумаги, потребление которой в мире постоянно возрастает: в 1950-1996 гг. производство бумаги увеличилось в 6 раз и достигло 281 млн. т в год (ожидается, что к 2010 г. оно достигнет 400 млн. т). В современной бумаге доля целлюлозы, производимой из древесины ценных пород, составляет менее 10%, 36% – вторично переработанная бумага, 50% – целлюлоза из древесины с плантаций быстро растущих деревьев и вторичных лесов. В ряде стран есть опыт производства бумаги из стеблей кукурузы и других остатков растениеводческой продукции, не имеющей кормовой ценности.

Мировое сообщество предпринимает энергичные меры для усиления «оборота» бумаги. Решением Европейского союза принят план в 2000 г. довести долю восстановленного упаковочного материала до 50-60%. В Японии этот норматив достиг 60% в 2000 г. В ФРГ применяется специальная технология печати с безвредной и легко смывающейся типографской краской и бумага для оперативной полиграфии, из которой легко вымываются клеящие вещества. Это позволяет вовлекать бумагу в рециклинг с наименьшими затратами и производить «экологическую бумагу» только из макулатуры. Производство «экологической бумаги» обеспечивает ресурсосбережение и энергосбережение: расход воды снижается в 25 раз, затраты энергии – в 2 раза, загрязнение сточных вод уменьшается в 30-40 раз. При этом полностью исключается вовлечение в производство первичного ресурса – древесины.

Однако все эти меры не смогут остановить роста истребления лесов, потому что, как и при решении проблемы обеспечения минеральными ресурсами, это возможно лишь при стабилизации роста народонаселения и преодолении потребительства. Сохранение лесов необходимо также для обеспечения их биосферной роли как стабилизаторов циклов углерода, воды и кислорода.

Лесные ресурсы России. Площадь лесов России составляет 1,7 млрд. га (22% площади лесов и 25% древесных запасов мира). Однако 40% наших лесов находятся в зоне вечной мерзлоты, и потому их продуктивность сравнительно низка, а запасы древесины не превышают 70-80 м³/га (для сравнения: леса из секвойи, дугласовой пихты и хемлока в Северной Америке имеют запас 1000-1200 м³/га). Тем не менее, лесных богатств в РФ достаточно, и главным бичом лесного хозяйства остается их нерациональное использование. Ежегодный прирост древесины составляет 830 млн. м³, но используется только треть расчетной лесосеки.

В России используют от 50 до 70% биомассы срубленных деревьев, остальная часть гниет на вырубках или сжигается. Самый богатый лесом район России – Сибирь, так как в европейской части лесные богатства в значительной степени подорваны сплошными рубками, и ценные хвойные породы на больших площадях сменились мелколиственными – осиной, ольхой, березой. В Сибири ежегодно вырубают 600 тыс. га леса, столько же гибнет от пожаров. В период с 1990-1994 по 1995-1999 гг. объем сгоревшей на корню древесины возрос в 3,3 раза (Кулагина, Думнов, 2000). Искусственное восстановление не превышает 200 тыс. га. При таком режиме эксплуатации и ресурсы лесов Сибири будут подорваны за 30 – 40 лет.

Россия находится на 47-м месте в мире по производству бумаги. Леса европейской части России истощены чрезмерными рубками, и карельские бумажные комбинаты работают на привозном сырье из Сибири и Сахалина. Для сравнения: Финляндия имеет всего 2% лесных запасов мира и производит 25% мировой бумаги. В этой стране работают 100 крупных предприятий по производству целлюлозы, бумаги, картона. Углубляя переработку древесины, Финляндия сокращает лесосеку и восстанавливает вырубаемые леса. Наша страна в основном торгует круглым лесом, стоимость которого 33 доллара за 1 м³. Кубометр целлюлозы, которую продает Финляндия, стоит 500 долларов. При этом финские целлюлозно-бумажные комбинаты экологически чистые и практически не загрязняют среду.

 

Контрольные вопросы

1. Производство каких видов продукции из древесины особенно резко увеличилось в последние десятилетия и почему?

2. Какие страны являются важнейшими поставщиками древесины на мировой рынок?

3. Что такое «сертификат древесной продукции»?

4. Каким путем увеличивается «оборот» бумаги?

5. Охарактеризуйте современное состояние лесной отрасли в РФ.