В даний час в містах проживає більше половини населення планети. Для більшості країн Європейського Союзу цей показник становить близько 70%, і, за оцінками, до 2030 р може досягти 80%. При цьому сучасне місто з його потужною соціально-економічної та інженерно-технічною інфраструктурою, як ведучий споживач всіх видів ресурсів для забезпечення своєї життєдіяльності і продуцент екологічних проблем, стає головним винуватцем деградації навколишнього середовища.
Міста дають 80% всіх викидів в атмосферу і 3/4 загального обсягу забруднень. Всі міста світу щорічно виробляють до 3 млрд. Т твердих відходів, (для порівняння – щорічно у світі виплавляється близько 1,5 млрд т сталі, виробляється приблизно 2 млрд т зерна). При цьому забруднююча вплив великих міст і агломерацій простежується на відстані 50-ти кілометрів від них. Відповідно, вони змінюють природне середовище, формуючи антропогенний ландшафт великих територій.
У цьому сенсі наше майбутнє залежить від того, чи зможемо ми перетворити міста так, щоб вони стали центрами сталого розвитку та природною частиною екосистеми, а не її антиподом. Цим визначається необхідність переходу на нові стандарти забезпечення розвитку міст, засновані на знаннях, інноваційних екологічно дружніх технологіях.
З середини минулого століття почалися пошуки заходів по боротьбі з антропогенним забрудненням середовища, і пошуку нових підходів до вирішення проблеми утилізації твердих побутових відходів (ТПВ).
Традиційний підхід до проблеми ТПВ орієнтується на зменшення небезпечного впливу на навколишнє середовище шляхом ізоляції звалищ від грунтових вод, очищення викидів сміттєспалювального заводу, перекриття полігонів для вилучення звалищних газів і т.д. Однак не всі з технологій, застосовуваних у рамках цього підходу – екологічно доброзичливі.
Нетрадиційний погляд на проблему, полягає в тому, що набагато простіше контролювати те, що потрапляє на звалище, ніж те, що потрапляє зі звалища в навколишнє середовище. Основа підходу полягає в тому, що побутові відходи повинні утилізуватися найбільш економічно та екологічно прийнятними способами. Фактично мова йде про управління відходами.
Система управління відходами вибудовується в розвинених країнах вже понад 40 років. У Росії цей процес, можна сказати, тільки починається. Актуальність проблеми та загрози, які вона може викликати, зумовлюють необхідність вироблення заходів її вирішення, пошуку та застосування перспективних підходів для побудови системи комплексного використання цього ресурсу.
Комплексне управління відходами (Integrated Waste Management) починається саме зі зміни погляду на те, чим є побутові відходи. При цьому відходи вже розглядаються фактично як складова частина ресурсної бази економіки. Особливо важливо, що в рамках комплексного управління відходами передбачається, що населений пункт, район або область вибирають підходи до вирішення проблеми використання ТПВ в залежності від своїх специфічних умов, фінансових та інших ресурсів.
Однак при визначенні цілей програми з утилізації твердих побутових відходів та плануванні стратегії доцільно мати уявлення про певну ієрархії комплексного управління відходами. Така ієрархія закладена в рамкову Директиву ЄС № 1993/13, відповідно до якої: по-перше, повинне запобігати утворення відходів; по-друге, вони, по можливості, повинні використовуватися вдруге; по-третє, якщо повторне використання неможливо, необхідний їх рециклінг; далі відходи повинні використовуватися для рекуперації енергії; і тільки по-п’яте, якщо всі зазначені дії неможливі, відходи відправляються на захоронення. Слід зазначити, що цей підхід дозволив ЄС досить швидко реструктурувати систему управління відходами.
Визнаний лідер поводження з ними – Швеція. У країні зараз 98,6% відходів надходять в переробку і на виробництво електроенергії. В даний час в Швеції функціонує 31 завод з переробки відходів в теплову та електроенергію і 57 підприємств по рециклінгу ТПВ. За рахунок комплексного управління відходами, надходження сміття на полігони за 15 років знизилася до 1,4%. Обсяг енергії, отриманої з відходів, виріс до 48,4%. Потрапили на полігони відходи – це, зола, отримана після перепалювання сміття, переробленого в тепло і електрику.
До речі психологічна складова в цьому питанні вельми важлива. Навіть у «благополучній» Європі цей процес йшов довго і не безболісно. У ЄС існує декілька схем роздільного збору сміття: від складних, до спрощених. Причому не всі і не всюди працюють ефективно. Як би там не було сортування сміття вкрай незручна для громадян. Грубо кажучи, якщо існує близько 50 видів відходів, в ідеальному випадку нам необхідно буде 50 контейнерів, в які городянам доведеться розкладати сміття. Тобто їм доведеться присвятити цьому не зовсім приємного заняття значну частину свого часу, причому вільного часу. Погодьтеся, не кожен готовий піти на такі жертви.
Звичайно, в нинішніх умовах краще хоч якось сортувати ТПВ, ніж скидати їх в одну купу. Але багато експертів в галузі екології та управління відходами все частіше віддають пріоритет новим технологіям, що дозволяють використовувати всю масу сміття. Імен не утилізувати, а використовувати цей ресурс, в тому числі і в енергетичних цілях.
При цьому процес реалізації цього напрямку йде в рамках сучасних тенденцій розвитку світової економіки, що зумовлюються переходом постіндустріальних держав в новий технологічний уклад. По суті саме рівень технологічного розвитку зумовлюватиме стан і конкурентоспроможність економіки окремих країн у майбутньому.
Це нова і перспективна технологія плазмової переробки ТПВ. Процес перетворення твердих побутових відходів (ТПВ) в енергію і корисні побічні продукти, може бути розбитий на чотири підсистеми: вантажно-розвантажувальні, теплової трансформації або плазмової газифікації, очищення газів і пари і виробництва електроенергії та продуктів переробки. Цей процес вигідно відрізняється від високотемпературного спалювання відходів, оскільки в плазматронов органічні матеріали не горять, тому не вистачає кисню, а перетворюються на газ, що складається головним чином з окису вуглецю, водню та азоту. Цей газ бере участь у реакції, і може бути використаний в самих різних процесах, в тому числі і при виробництві електороенергіі.
Висока температура перетворює неорганічне сировину (грунт, метали, скло, і т.д.) в осклованих шлак з якого відділяється металева фракція. Таким чином, відходи повністю перетворюються на газ, розплав металів і осклованих шлак. Останній (менше 1% від початкового об’єму сміття) є єдиним потенційним матеріалом, який вимагає поховання.
На жаль ці та інші технології в більшості своїй носять експериментальний характер. Комерціалізація подібних проектів йде з великими труднощами, причому не тільки в Росії. Практично всі системи переробки ТПВ в енергетичних цілях вимагають значних капітальних витрат та дотацій. Що стосується російських реалій, то слід відзначити і такий чинник, як ресурсна самозабезпеченість країни.
Разом з тим, на закінчення хотілося б відзначити, що в міру розвитку технологій, можливості використання сміття як альтернативного джерела енергії, в практичному плані цілком реальні, а в економічному – рано чи пізно стануть конкурентоспроможними. Головне, що ресурсна база – невичерпна – поява відходів обумовлено процесами урбанізації і майбутнім розвитком людства. Таким чином, можна сказати, що наявність і доступність цього ресурсу не залежить від географії, клімату, кон’юнктури світових енергетичних ринків або коливань курсу долара, на відміну від нафти і газу.
Розміщення відходів на сміттєвих свалках може створювати проблеми для навколишнього середовища, такі як забруднення води, неприємні запахи, вибухи і горіння, задушливе дію, пошкодження рослинності і викиди парникових газів.
Газ на сміттєвих свалках утворюється в аеробних і анаеробних умовах. Аеробні умови створюються відразу ж після розміщення відходів через захоплене атмосферне повітря. Початкова аеробне фаза є короткочасною, і утворюється газ, в основному, складається з двоокису вуглецю. У зв’язку з тим, що кількість кисню швидко скорочується, тривале розкладання триває в анаеробних умовах; при цьому утворюється газ із значною теплотою згоряння. Зазвичай він містить 55% метану і 45% двоокису вуглецю зі слідами кількох летючих органічних сполук (ЛОС). Велика частина CH4 і CO2 утворюється протягом 20 років після розміщення відходів на звалищі.
Звалища представляють собою значне джерело викидів антропогенного CH4; за оцінкою, кількість викидів антропогенного CH4 у всьому світі складає 8%. У Додатку I до Директиви 1999/31 / EC говориться: «Газ сміттєвих звалищ необхідно збирати на всіх звалищах, куди надходять біологічно розкладаються відходи. Він повинен очищатися і використовуватися. Якщо зібраний газ не можна використовувати для виробництва енергії, його необхідно спалювати ». Національні директиви або стандарти також можуть застосовуватися до газу зі звалищ в країнах Східного Партнерства і Центральної Азії.
Біогаз – це природний попутний продукт розкладання органічних відходів на сміттєзвалищах з засипанням або з систем каналізаційної або залишкової води. Він утворюється при розкладанні органічної частини відходів.
В основному, біогаз містить метан (CH4), який є надзвичайно пальним газом. Тому біогаз є цінним джерелом енергії, який може використовуватися для газових турбін або поршневих двигунів, в якості додаткового або основного палива для збільшення обсягу виробленої електричної енергії, як якісний трубопровідний газ або автомобільне паливо, або навіть в якості джерела тепла і двоокису вуглецю для теплиць і різних промислових процесів. Найчастіше біогаз отримують на звалищах або з систем стічної або залишкової води.
Крім того, метан також є парниковим газом, і його вплив на глобальне потепління в 21 разів перевищує вплив двоокису вуглецю (CO2). Тому, витяг біогазу також є цінним варіантом для зниження викидів парникових газів.