CC BY
57
УДК 702:55
И.А.КАРЛОВИЧ, д-р геогр. наук, профессор, [email protected] И.Е.КАРЛОВИЧ, д-р геогр. наук, доцент, [email protected] А.И.КАРЛОВИЧ, ассистент, [email protected] Владимирский государственный гуманитарный университет
IA.KARLOVIC, Dr. in geog.,professor, [email protected] I^KARLOVIC, Dr. in geog., associate professor, [email protected] A.I.KARLOVIC, assistant, [email protected] Vladimir State Pedagogical University
ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ПРОДУКТОВ И ИЗДЕЛИЙ ОТ ЭКСПЛУАТАЦИИ ДО ВОЗВРАТА В ПРИРОДУ
Основу метода составляет оценка жизненного цикла продуктов и изделий на основании их потребительских качеств. Ресурсные циклы выступают в качестве технологической цепочки возврата вещества и энергии в природу. Предлагается выделять два потока возврата вещества в природу: литогенный и техногенный материалы. При этом потоки потребления и потоки отходов в системе круговорота техногенных веществ в течение года уравновешиваются.
Ключевые слова: жизненный цикл, здания и сооружения, техногенные грунты, добыча, минеральное сырье, структура отходов.
THE LIFE CYCLE OF PRODUCTS AND GOODS FROM THE OPERATION TO RETURN TO NATURE
The method is based assessment of the life cycle of products and products based on their consumer qualities. Fatigue cycles act as a processing chain return of matter and energy in nature. It is proposed to provide two streams of matter back into the wild: lithogenic and man-made materials. When the flows of consumption and waste streams in the man-made substances in circulation for the year balanced.
Key words: life cycle, buildings and structures, anthropogenic subsoil, mining, mineral commodities, structure of the waste.
Анализ жизненного цикла продукта и изделия позволил проследить цепочку через технологический цикл. Каждый продукт или изделие по ГОСТу характеризуется сроками потребления и эксплуатации [2]. Так, из всего добываемого ископаемого топлива (10 Гт/год) 20 % расходуется в качестве технологического топлива, 20 % приходится на потери в процессе добычи и обогащения и лишь 60 % потребляется непосредственно для получения тепла и энергии (6-6,5 Гт/год). Эта величина отражает только 1/3 часть необходимого продукта (15,7 Гт/год) для получения годовой энергии, которая восполняется за счет ранее накоплен-
ных ресурсов и других источников тепловой и электрической энергии. Участь энергии получается при рициклинге органических ресурсов, а также в процессе переработки нефтепродуктов (18,2 Гт/год). В целом потери тепла, энергии от использования ископаемого топлива и в процессе транспортировки тепла и энергии составляют около 6,5 Гт/год. В окружающую среду поступают отходы в виде CO, CO2, золы, шлаков, летучей золы, SO, NOx, радиоактивных остатков и др. [1].
Жизненный цикл продуктов и изделий определяется их потребительскими качествами. Рассмотрим это на примере автомоби-
ля. Роль автомобиля в возврате сжигаемого топлива в природу, а также металла утилизированного автомобиля растет и будет расти. Если до 2000 г. на первом месте по количеству выбрасываемых загрязнений находилась энергетика, то, начиная с 2000 г., в лидерах стали автомобили. Автомобильный парк мира составляет 394 млн авто (2002 г.) по расчетам В.А.Рогачева и В.Н.Денисова. Лидерами выступают США (207 млн автомобилей) и Япония (77 млн). Россия располагает парком автомобилей в 23 млн. По прогнозу Ю.В.Тро-фименко, в 2020 г. в России будет 55,3 млн автомобилей. Становится очевидным, что жизненный цикл автомобиля приобретает важное значение в возврате продукта (углеводороды) в природу путем их сжигания и металла через рециклинг и в качестве переплавки.
Здания и сооружения. В них сконцентрировано значительное количество литоген-ного материала и металлических конструкций, до 40 % всего добываемого металла ^е, Мп, А1). Возврат материала в природу предлагается оценивать по формированию искусственных грунтов от разрушения зданий и сооружений за счет природных катостроф старения и преднамеренного разрушения, а также металла, направляемого на полигоны для захоронения. Например, две трети ущерба от землетрясений приходится на разрушенные жилые дома и промышленные сооружения. По общим подсчетам в окружающую среду (ОС) поступило свыше 6,4 Гт/год литогенного материала и 1,4 Гт/год металла [2].
В результате войн почти полностью разрушаются строения, переносится большое количество литогенного материала (возврат в природу). Так, только в период 1941-1942 гг. объем вынутого и перемещенного грунта составил свыше 250 млн м3. М.И.Хазанов пишет: «Надо полагать, что инженерная подготовка европейских театров военного действия в первую и вторую войны потребовала выемки и перемещения нескольких миллиардов кубометров грунта».
Сопоставление сроков функционирования зданий и сооружений, обусловленных проявлением природных катастроф, военных действий и инженерных работ позволяет нам выбрать продолжительность жизненного цикла зданий в среднем около 30 лет. Причем этот срок разный для кирпичных и железобе-
тонных конструкций и определяется СУСНа-ми по гражданскому строительству применительно для разных климатических условий. Всего здания и сооружения, созданные людьми в глобальном плане составляют 200-250 Гт [1]. На орудия труда и механизмы приходится от 15 до 20 Гт металла, использование материалов в мировой экономки до 9 Гт/год. Возврат в основные фонды (до 80 %), потребление людьми - 1,5 Гт/год. Схема потоков веществ по циклу в природе от изъятия их обществом из природы и возврат в природу приведена на рисунке [1].
Из схемы следует, что во всех звеньях природного цикла веществ и энергии происходят значительные потери сырья, воды, твердых частиц, металлов и энергии в подциклах от добычи, обогащения, передела до изготовления изделий, эксплуатации, утилизации до возврата их в производство и природу, т.е. прямое пополнение техносферы. Учитывая, что главная часть добытого сырья в первые годы (4-5 лет) поступит в ОС в виде ТВ, то оставшаяся часть пополнит техносферу по прошествию срока эксплуатации основных средств (через 5-70 лет). Следовательно можно сформулировать одну из определяющих закономерностей функционирования техносферы: добытое минеральное сырье через продукты и изделия в процессе эксплуатации и использования после разрушения и утилизации пополняет вторичные ресурсы и обеспечивает возврат вещества в природу.
Возврат сырья в производство через твердые бытовые отходы (ТБО). В среднем в мире ежегодно накапливается до 1 Гт ТБО. Более всего их накопление происходит в развитых странах (США - 300 млн т/год, Россия - 45,6 млн т/год). Складируется на полигонах от 22 до 100 %, сжигается от 0 до 80 %, компостируется от 0 до 15 %, утилизируется промышленностью до 11 % [2].
Состав ТБО (средний по миру): жесть до 25 %, алюминий до 3 %, картон, бумага 8 %, полимеры 40 %, текстиль 24 % [2]. В США из 1 т ТБО получено 63,5 кг черных металлов и 9 кг цветных металлов. Отсюда выход черных и цветных металлов из ТБО можно рассматривать как процесс возврата сырья в производство. Аналогичным образом можно рассматривать возврат в производство отходов, содержащих пластмассы.
Ископаемое toIMHbo в том числе урановые рулы
Г
Отходы добычи и обогащения (2 Гт/год)
Опюлы и потери энергии СО. СО:, зола , щмки, летучал зола, 50, Ш„
радиоактивные остатки и др.
Подучсин с тепла (2 Гт/год) Получение - энергии (Ц,7 Гт/год!
Транспортировка тепла и энергии < 13,5 Гт/год >
Продукты ¡■.Iii ■ -
ботки
<]$,2Гт/тад)
Потребление (1 Гт/год J
L
Экергапогок <9.5 Г г/год)
Опи>ды,вЛ)вра]идемые з производство
ПСрВИЧНЫХ матер налов н
продуктов, получимьг* ил геологической срелы: руды, химическое сырье н другие неметаллические полезные ископаемые <26,5 ГтГгод)
Изделия и приборы из металла (1 Гт/год}
Конечное личное потребление (I .irrt гол)
Выбросы зсшсстп л атмосферу сточи ыс воаы (промышленные) тепловые отходы утилизация металла (0,3 Гт/год)
Метвллончдеиия и
,
продукция нефтетсхнн ческой
,
здания н соорушенн! (4 Гт/год)
Метал.т в составе ТБО (3,9 Гт/год)
Географическая оболочка техносфера (110 Гт/год I
Отаоды добычи и обогащения (80 Гт/год >
Сырье
«чврашасчос в производство (Ii,4 Гт/год)
Шлаки, сточные ПОДЫ, выбросы 3 атмосферу ментолом, разрушив ШВНЯ
Знания, ЯВЯСОВИНОПйШ энергия (75,7 Гт/пад)
Энергии
(6,5 Гт/год)
Утилизация
отходов П.А Г т/год |
Отколы, содержалдие
со, СО,, Зола, аэрмоли nemo
Схема потоков веществ [1]. Цикл техногенных грунтов (или сырье, возвращаемое в производство)
В год в мире накапливается свыше 20 млн т пластмасс (2000 г.), часть которых до 40 % (Япония, Германия) используется в качестве рециклинга для получения вторичных полимеров, от 15 до 40 % сжигается для производства энергии - возврат в производство, оставшаяся часть пластмассовых отходов за-хороняется на полигонах.
Накопление громадных объемов промышленных отходов в основных горнорудных районах обусловлено экстенсивным характером освоения минеральных ресурсов [2]. От-
ходы всех видов промышленного производства и коммунального хозяйства отрицательно воздействует на ОС, а техногенные грунты рассматриваются в качестве источников добычи металла (возврат в производство). Таких минеральных отходов (техногенные грунты) накоплено свыше 100 млрд т. Сырье (металлы, пластмассы и др.), возвращаемое в производство (разработка техногенных месторождений), составляет по миру около 16,4 Гт/год. Ежегодное пополнение техногенных грунтов в мире осуществляется за счет отходов добычи
и обогащения (90 Гт/год). Расчеты циклов отходов [1, 2] дали следующие виды и количества, Гт/год: газы (в атмосферу) 50,8-52,5, твердые частицы (в атмосферу) 0,72-1,0, твердые отходы 15-18, углеводороды 0,2-0,3, органические 13-14,5, фекальные 24,3, всего 104,1-110,6. Следовательно общее количество всех видов отходов (104-110 Гт/год) соизмеримо и даже превышает количество ТВ (минеральных), накопленных в грунтах.
В структуре отходов производства помимо перечисленных выше выделяются следующие составляющие: шлаки (180 млн т/год), сточные воды (5,6 тыс.км3), выбросы в атмосферу (от 250-720 млн т до 2,5 Гт), металлолом (334 млн т/год), разрушившиеся здания (14 Гт) и неиспользованная энергия, в сумме составляющие 75,7 Гт/год. Отходы углеобогащения 108 млн м3, золошлаков 38 млн м3. Уровень рициклинга металлолома достиг в 2000 г. в мире в среднем 42-45 %, а в США и Японии превысил 50 % от общего объема производимой из железа продукции. Следовательно, увеличивается доля оборотного лома (30 %). Доля амортизационного лома будет постоянно увеличиваться и к 2020 г. составит по миру 35-36 %. Жизненный цикл изделия оценивается амортизационным сроком металлолома. Для тяжелой индустрии - 28 лет, а для легкового автомобиля - 3-5 лет. В среднем амортизационный лом по России составляет 30 млн т/год, что характеризует цикл возврата металла в производство по состоянию на 2000 г. В структуре мирового (среднегодовой с 1996 по 2002 гг.) баланса железа (1250 млн т) техногенные ресурсы (лом амортизационный) составлял 24,3 %, производственный рициклинг 10 %, выход товарной продукции 60 %, вскрышная порода (отвалы и закладка выработанного пространства) 16 %, техногенные грунты (хвосты и золошлаки) 14,05 %, металлургические шлаки 0,65 % и выбросы в виде пыли (при транспортировке сырья и при добычи) 2 %.
К примеру, на Гайском ГОКе (Урал) после внедрения технологии очистки от тяжелых металлов рудничных вод и промстоков с получением чистой меди, цинкового купороса, серебра, никеля и других металлов в год получают до 1000 т меди и 2000 т цинкового купороса.
Отходы обогащения используются в России на 15 %, на Украине - 17 %, а в США -26 %, металлошлаки соответственно на 35, 43,6 и 65 %, золошлаки ТЭЦ - на 8, 13 и 18 %. Как видно из сопоставлений, извлечение металлов из техногенных отходов только набирает силу. В развитых странах потребление Cu, Pb, Sn, Al на 30-50 % покрывается за счет вторичного сырья [2]. Из золошлаковых отходов ТЭЦ можно изготовить порядка 30 видов стройматериалов, в том числе ведущие изделия, заполнители, добавки, цемент, бетон, минеральную вату. Каждый вид отходов минерального сырья имеет широкую номенклатуру использования в народном хозяйстве [1].
Таким образом, подсчеты показывают, что баланс минерального вещества и энергии в глобальном плане отвечает структуре формирования техносферы в течение одного года
[1, 3].
ЛИТЕРАТУРА
1. Карлович И.А. Геология: Учеб. пособие. М., 2003. 704 с.
2. Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении: Учеб. пособие / И.Н.Лозановская, Д.С.Орлов, Л.К.Садовникова. М., 1998. 287 с.
3. Савин А.Г. Техносфера в локальном и глобальном измерении. М., 2002. 298 с.
REFERENCES
1. Karlovic I.A. Geology: Study Guide. Moscow, 2003. 704 p.
2. Lozanovskii I.N. Ecology and conservation of the biosphere in the chemical pollution: Study guide / I.N.Lozanovskii, D.S.Orlov, L.K.Sadovnikova. Moscow, 1998. 287 p.
3. Savin A.G. Technosphere in local and global dimension. Moscow, 2002. 298.p.
