Идея Zero Waste захватывает умы все большего количества людей. Но почему специалисты в сфере обращения с отходами сравнивают её с мечтами о вечном двигателе? Авторитетное издание Waste Management and Research опубликовало большую редакционную статью, в которой три ведущих европейских ученых, долгое время занимающихся проблемой переработки отходов, объясняют, почему при всей идеальности концепции нулевого захоронения, оно недостижимо.

Утопия Zero Waste и роль переработки отходов в энергию

Нет никаких сомнений в том, что предотвращение образования твердых коммунальных отходов (ТКО) должно быть приоритетом любой государственной политики, промышленной стратегии и индивидуального поведения, так же как и сокращение потребления энергии. Однако у общественности может возникнуть заблуждение, что отходы могут внезапно исчезнуть — стоит только действительно захотеть, чтобы это произошло. Несмотря на эти недостижимые ожидания, концепция «нулевых отходов» (Zero Waste) в последние годы стала вирусной и вездесущей.

Поисковый запрос Google в марте 2020 года показывал около полумиллиона просмотров и бесчисленные инициативы правительственных и неправительственных организаций по всему миру. Нулевые отходы, по-видимому, являются единственно приемлемой целью для сегодняшних политиков, которые используют экологию как свою платформу. В результате страны и муниципалитеты во всем мире взяли на себя обязательство достичь цели нулевых отходов. Однако до сих пор никто не справился с этим. И, учитывая множество научных и практических препятствий, никогда не справится.

Во многих отношениях концепция нулевых отходов сродни идее вечного двигателя, которую пытались продать неосведомленным гражданам. Люди ей очарованы, ведь она предполагает вдохновение, чтобы потреблять с чистой совестью, не оставляя после себя отходов. Несколько сотен лет назад они были так же захвачены идеей производить энергию из ничего, используя вечный двигатель. В то время как возможность создать Perpetuum Mobile часто опровергается, потенциал для достижения Zero Waste все еще широко принимается гражданами и чиновниками.

На этом фоне в этой редакционной статье мы рассмотрим идею Zero Waste и невозможность ее реализации. Объясним, как организована современная система управления отходами. Станет ясно, что даже самые сложные и хорошо разработанные программы по сокращению, сбору, сортировке и переработке отходов не могут предотвратить образование остаточных отходов (по крайней мере, умеренного их количества).

Философия Zero Waste часто основывается на идеологических предрассудках в отношении окружающей среды и противопоставлении проверенных и экономически эффективных методов обращения с отходами — свалкам и заводам по переработке отходов в энергию. Во второй части статьи мы рассмотрим основные аргументы и тезисы (главным образом, необоснованные и ошибочные).

Эффективные системы управления отходами имеют в основе три основных технических элемента:

Переработка, в том числе компостирование;

Восстановление энергии;

Захоронение.

Все эти элементы неизбежны для эффективного и действенного функционирования всей системы управления ТКО, но их соотношение может изменяться в большом диапазоне. Сокращение отходов и рециркуляция материалов — главные цели, с их помощью как можно большее количество ресурсов сохранится в цикле. Только те остаточные фракции отходов, которые не могут быть переработаны, должны поступать на заводы «Энергия из отходов». Для инертных и минеральных отходов, а также опасных концентратов, образующихся в результате других процессов обработки отходов, необходимы специальные полигоны.

Переработка отходов

Согласно европейской иерархии отходов, переработка является предпочтительным вариантом использования отходов, которые не могут быть предотвращены или сразу же использованы повторно. Ключевым условием для высококачественной системы переработки является сортировка материалов, имеющих рыночную стоимость. Типичными фракциями, которые собираются отдельно в домашних хозяйствах (и, в некоторой степени, также на коммерческих площадках), являются стекло, металл, бумага и картон, пластик и органические отходы. Пункты переработки предлагают еще несколько отдельных систем сбора — например, для древесины, электронных и электрических приборов, батареек, опасных отходов, строительных материалов и т.д.

В хорошо развитых системах управления отходами скорость сбора и получения новых материалов высока, а качество каждого потока, как правило, хорошее. Тем не менее, только рециркуляция стекла близка к тому, чтобы стать неограниченной. И то в случае, если загрязняющие вещества (обычно добавки, используемые для придания определенного цвета), могут быть удалены из материала. Все остальные материалы могут быть переработаны только до определенной степени или ограниченное количество раз из-за ряда физических и других ограничений, как описывается в Rigamonti et al. (2018).

Например, количество циклов для бумаги составляет в среднем 3,5 в Европе и только 2,4 в мире (ERPC, 2016). После этого материал утилизируется: короткие волокна, из которых уже не могут быть получены новые бумажные изделия, используются в качестве топлива для обеспечения производственного процесса. Обычно их сжигают непосредственно на бумажных фабриках часто вместе с другим топливом, полученным из отходов (refuse-derived fuel — RDF).

Пластик показывает самые низкие показатели переработки. Частично это связано с большим разнообразием пластмасс в торговле, ведь только некоторые из них пригодны для вторичной переработки. В зависимости от системы сбора вместе с полезными фракциями собирается большое количество не подлежащих вторичной переработке. Так, например, в Германии и Италии официальный показатель вторичного использования считается высоким, но на самом деле он менее 50% от собранного. Таким образом, несмотря на благие намерения граждан, значительная часть материалов после попадания в мусорные баки, превращается в неперерабатываемые отходы (так называемые «хвосты» — прим.ред.).

Более 50% сжигается в качестве вспомогательного топлива на угольных электростанциях, а также в качестве сортировочных остатков на заводах по утилизации отходов (Consultic, 2016). В Европе основная доля пластмасс используется для получения энергии (39,5%), а 30,8% все еще отправляется на свалку (Plastics Europe, 2016).

Эти факты ясно показывают, что 100% рециркуляция не стала возможной даже после десятилетий эволюции в отрасли управления отходами, направленной на максимизацию отвода отходов с заводов «Энергия из отходов» и полигонов. Неперерабатываемые и вредные фракции всегда собираются вместе с полезными и должны быть отделены для защиты человека и окружающей среды. Материалы, кроме стекла и металла, могут потерять свои первоначальные свойства и их приходится исключать из цикла. Для этих остатков должен быть доступен безопасный метод окончательной переработки или утилизации. Единственными вариантами являются термическая переработка отходов и захоронение.

Энергия из отходов

Необходимость куда-то девать не подлежащие вторичной переработке и вредные отходы была объяснена выше. Таким образом, заводы «Энергия из отходов» являются необходимым партнером по переработке, а не конкурентом, как полагают многие.

Технология необходима для утилизации остаточных отходов. Современные заводы по переработке отходов в энергию являются предпочтительным методом и единственным разумным вариантом в регионах с достаточно плотным населением, а также с ресурсами и техническими возможностями для строительства и эксплуатации таких установок.

Заводы способны уничтожать токсичные органические вещества и минерализовать все органические компоненты в отходах. Это можно рассматривать как «функцию почек», которые необходимы всем организмам для поддержания себя здоровыми и функционирующими (Bertram, 2013).

Если бы не было поглотителя этих вредных субстанций, наше общество отравило бы себя концентрацией токсичных компонентов во всех антропогенных массовых потоках и, как следствие, в воде, воздухе и почве. Эта фундаментальная «функция почек» может быть выполнена только заводами «Энергия из отходов». Варианты механической или биологической очистки отходов (mechanical and/or biological treatment (MBT)) не могут с этим справиться, не говоря уже о том, что они являются лишь промежуточной стадией обработки.

Современные заводы «Энергия из отходов» — это сжигание на специализированных установках с рекуперацией энергии, очень сложной очисткой дымовых газов и максимальным извлечением остатков процесса. Тем не менее, альтернативные термические процессы, такие как пиролиз, сжижение или плазменные технологии, часто считаются лучшим вариантом, поскольку они якобы предлагают более высокую эффективность и, в некоторых случаях, также возможность производства химикатов или топлива. Это, однако, не тот случай. Было четко доказано, что альтернативные процессы термической обработки отходов совершенно не подходят для обработки остаточных отходов (Quicker, 2015).

Их неоднородный характер не подходит для таких сложных технологий, какими бы разумными они ни были для промышленных операций. Даже если предположить, что технологические проблемы, связанные с такими неоднородными характеристиками, могут быть решены, все равно упадет качество и экономичность процесса (Consonni and Viganò, 2012). Только гомогенные фракции с постоянным составом и очень низким содержанием примесей могут быть подходящими исходными материалами для этих технологий.

Захоронение

Захоронение находится на самом низком уровне европейской иерархии отходов. Это означает, что захоронено должно быть только то, что не может быть переработано или использовано для рекуперации энергии, то есть инертные или минеральные фракции. Несмотря на то, что захоронение отходов является наименее благоприятным вариантом для переработки, оно является неотъемлемым элементом современной системы обращения ТКО. Нам нужно куда-то девать все минеральные фракции, которые больше нельзя использовать в цикле — загрязненные строительные материалы, загрязненные почвы, остатки очистки дымовых газов, асбест и т.д.

Предыдущие параграфы показывают, что создание общества с нулевыми отходами так же невозможно, как и создание вечного двигателя. Но многие люди, сообщества и политики не хотят принимать тот факт, что нулевые отходы — это недостижимая утопия, и ее невозможно реализовать в мире, который действует в соответствии с давними законами физики. Чтобы поддержать свою позицию и показать, что концепция Zero Waste не имеет альтернативы, ее апологеты иногда пытаются дискредитировать другие варианты, особенно технологию термической переработки. Некоторые из наиболее распространенных мифов об «Энергии из отходов» кратко перечислены и опровергнуты ниже.

Тезис: «Энергия из отходов» препятствует переработке

Активисты Zero Waste склонны утверждать, что «Энергия из отходов» является конкурентом по переработке и извлекает перерабатываемые материалы из цикла, чтобы удовлетворить потребности в топливе своих установок.

На самом деле, верно обратное. Технология «Энергия из отходов» поддерживает переработку в соответствии с двумя рамочными условиями. Первый момент заключается в том, что для утилизации требуется приёмник для неперерабатываемых остатков (как описано ранее).

Система рециркуляции может функционировать должным образом, только если существуют экологически безопасные варианты обработки этих фракций. Второй момент — экономический. Затраты на «Энергию из отходов» намного выше, чем на захоронение, и сопоставимы с уровнем переработки. В результате не существует экономического фактора, позволяющего отправить ценные материалы не на переработку, а на завод по термической переработке.

Если захоронение отходов является единственной альтернативой переработке, как это происходит во многих странах южной и юго-восточной Европы, то экономически выгоднее не перерабатывать, а вывозить отходы на свалки. Связь между захоронением, переработкой в энергию и утилизацией в странах Европейского Союза хорошо известна среди специалистов-практиков. В странах с высокоразвитой системой управления отходами, характеризующейся высокими показателями переработки, самая высокая доля заводов «Энергия из отходов» и самый низкий процент захоронения отходов.

На самом деле, стоит рассмотреть третий момент. Программы утилизации далеко не так широко распространены во всем мире, на них влияют рыночные колебания, а также специфическая политика, такая как «Национальный меч» Китая (в январе 2018 года Китай запретил ввоз большинства пластиков и других материалов, предназначенных для предприятий этой страны, которые перерабатывали почти половину утилизируемых отходов в мире — прим.ред.). Это является стрессовым фактором для системы, которая может работать должным образом, только если вся цепочка исправно функционирует. Возможность полагаться на опцию «Энергия из отходов» гарантирует, что вы справитесь с такими ситуациями, без необходимости захоранивать огромное количество отходов, с последующим риском неконтролируемых пожаров.

Тезис: Заводы «Энергия из отходов» выделяют CO2 и усиливают изменение климата

Технология «Энергия из отходов» является углеродно-нейтральной, когда речь идет о сжигании биогенных фракций, таких как бумага, древесина и пищевые отходы. При захоранивании на свалках разложение таких фракций приводит к выделению метана — более значительного парникового газа, чем CO2. Ведь в большинстве ситуаций полное отведение свалочного газа невозможно.

Очевидно, что при сжигании пластиковых отходов будет выделяться ископаемый CO2, но сэкономленные выбросы компенсируются, и это особенно актуально для высокоэффективных установок. Кроме того, переработка низкокачественных смешанных пластиков, даже если она возможна, вряд ли обеспечит благоприятный баланс парниковых газов. Наконец, системы улавливания и хранения углерода на заводах по термической переработке отходов, делает их углеродно-отрицательными!

Тезис: Механическая или биологическая очистка отходов (MBT) — лучшая альтернатива

Трудно, и даже невозможно, установить справедливое сравнение между MBT и «Энергией из отходов». Первый вариант — это просто процесс предварительной обработки, который генерирует на выходе материалы (до 80–90% от начальной массы), которые требуют последующей обработки, такой как рекуперация энергии, будь то на заводе по утилизации отходов или в процессе совместного сжигания. Совместное сжигание в цементных печах является интересным вариантом, но вряд ли оно может быть структурным, в частности, из-за зависимости от частного сектора, который может быть подвержен колебаниям рынка и различной динамике. Более того, в процессе MBT не уничтожаются токсичные органические и не концентрируются вредные неорганические вещества.

Тезис: Заводы «Энергия из отходов» загрязняют окружающую среду и угрожают здоровью человека

Существует общее мнение, что заводы по переработке отходов в энергию имеют самые низкие пределы выбросов среди всех промышленных объектов. Оборудование предприятий «Энергия из отходов» обеспечивает выбросы на порядок ниже предельно допустимых норм, иногда даже ниже порога обнаружения приборов. Подобные заводы являются лучшими контролируемыми установками сжигания, их выбросы в атмосферу постоянно мониторятся и публикуются публично. Влияние остаточных выбросов на качество воздуха пренебрежимо мало, если сравнивать, например, с выбросами от транспорта в окружающих районах (Lonati et al., 2019). Для сравнения — выделяемый на свалках газ и фильтрат гораздо сложнее улавливать и сдерживать.

Тезис: «Энергия из отходов» — чрезвычайно неэффективный способ производства энергии

В последние годы эффективность рекуперации энергии на заводах «Энергия из отходов» значительно повысилась. Крупные предприятия, которые производят только электроэнергию, могут добиться эффективности почти в 30%. Это впечатляющая производительность для процесса, когда в качестве топлива используются очень неоднородные отходы, имеющие, как правило, низкую теплотворную способность (ниже, например, угля). Их производительность определенно выше, чем у небольших установок, работающих на биомассе. Кроме того, на первый план выходит комбинированное производство тепла и электроэнергии, независимо от того, происходит ли оно в сетях централизованного теплоснабжения или на промышленных объектах. Его эффективность (суммарный электрический и тепловой КПД) достигает 80% и более.

Авторы полностью согласны с тем, что общество было бы идеальным, если бы каким-то образом мы могли управлять экономикой без потерь. Однако Zero Waste — явно недостижимая химера; таким образом, безответственно создавать программы для достижения технологически и экономически невыполнимой цели, особенно если это подрывает функционирование устоявшихся и функционирующих существующих систем управления отходами. Сторонники Zero Waste должны ставить перед собой задачу предложить более достижимые и, безусловно, реалистичные альтернативы.

Жизненно важная потребность в эффективных системах для борьбы с потоками остаточных отходов, продемонстрирована вспышкой Коронавируса, которая в момент написания этой редакционной статьи достигла пика. Например, огромное количество одноразовых, потенциально загрязненных предметов, используемых для тестирования и лечения пациентов с COVID-19, в настоящее время наводняет систему управления отходами во многих странах и будет делать это всякий раз в будущем, при возникновении подобных чрезвычайных ситуаций. В условиях, когда только сокращение и переработка отходов не может обеспечить защиту здоровья населения и окружающей среды, отрасль обращения с отходами должна быть структурно подготовлена для эффективного обращения с такими материалами путем сжигания и безопасного захоронения.

Питер Квикер, доктор технических наук, профессор Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена (RWTH Aachen University)

Стефано Консонни, профессор Миланского технического университета (Politecnico di Milano)

Марио Гроссо — доцент Миланского технического университета (Politecnico di Milano)