Ученые из Сколтеха представили новые результаты исследования, которые открывают перспективы для более экологичного производства строительных материалов, автомобильных деталей, самолетов, морских судов, спортивного оборудования и других изделий. Их работа показала, что стеклопластик можно перерабатывать без значительного ухудшения механических свойств, а в некоторых случаях даже с их улучшением.
Исследование было опубликовано в журнале Composites Communications. В нем рассматривается возможность многократной переработки термопластичных композитов, таких как стеклопластик и углепластик. Ученые изучили влияние переработки на механические свойства материалов, используя полипропиленовые стержни, армированные стекловолокном.
Результаты исследования показали, что при правильной технологии переработки и сохранении длины армирующего волокна, механические характеристики материала могут сохраняться или даже улучшаться. Это открывает новые возможности для повторного использования термопластичных композитов и постепенного замещения менее утилизируемых термореактивных материалов.
«Мало того, что механические характеристики в конечном итоге ухудшались не столь заметно, как мы ожидали; оказалось, что иногда переработка даже их улучшала, — прокомментировала результаты исследования его первый автор, выпускница магистратуры «Передовые производственные технологии» Сколтеха Валентина Кравцова. — Улучшение свойств отмечалось на первом цикле переработки, когда форма изделия менялась со стержня на плиту, а дальше характеристики незначительно портились при дальнейшей переработке плит в плиты».
Исследователи подчеркнули важность контроля химического состава и термических свойств материала на различных этапах переработки. Они также отметили, что правильный выбор технологии и качества сырья играют ключевую роль в сохранении качества переработанных изделий.
Эти результаты открывают новые перспективы для устойчивого развития промышленности и создания более экологичных материалов, способствуя снижению количества отходов и продлению срока службы изделий.
«Вероятно, сравнительно простым первым шагом могло бы стать применение горячей формовки прямо на производстве к только что изготовленным изделиям с браком: из них можно тут же получить детали другой формы с надлежащими характеристиками. Аналогичная стадия в нашем эксперименте — прессование стержней в плиты, — добавил соавтор научной статьи Кирилл Минченков, аспирант программы «Математика и механика» Сколтеха. — Следующий шаг — переработка товаров, отработавших свой срок службы, вместо их захоронения на свалке, куда сейчас попадают термореактивные полимерные композиты».
Поиск философского камня, который превращает любой металл в золото, не прекращается до сих пор. Ученые из Швейцарии разработали инновационный метод, с помощью которого им удалось извлечь золото из старой электроники с помощью... белковой сыворотки! Расскажем об успехе исследователей подробнее.
Сотрудники Федерального технологического института в Цюрихе придумали новый метод получения самого популярного в мире драгметалла - золота. Извлечь его из электронных отходов им удалось с помощью побочных продуктов молочной промышленности.
Исследователи создали специальную белковую фибрилловую губку из сыворотки - она образуется в процессе сыроварения. Эта губка помогает успешно собирать ионы золота из старых металлических частей, которые затем превращаются в металлическое золото.
В ходе испытаний ученые собрали 20 старых компьютерных материнских плат, из которых удалось получить 450 миллиграммов золота 22-каратного качества (около 91% чистого золота и 9% меди).
Во время эксперимента команда растворила старые запчасти в кислотной ванне, получив в растворе ионы желанного желтого металла.
По сравнению с другими имеющимися методами новая швейцарская технология более экономична и экологична: не требует больших затрат энергии и использования опасных химических веществ. Кроме того, метод помогает эффективно перерабатывать различные электронные отходы и побочные продукты промышленности.
В будущем команда из Цюриха планирует продолжить совершенствовать свой метод, чтобы использовать его на крупных предприятиях, в том числе для извлечения золота из промышленных и пищевых отходов.
Сегодня на заводе энергоутилизации под Воскресенском провели первый запуск котельной установки. Это нужно для того, чтобы проверить режим работы котлов и подготовить завод к выходу на проектную мощность.
Предприятие вблизи деревни Свистягино — один из четырех заводов, которые строит компания «РТ-Инвест» в Подмосковье и первый, вышедший на финальную стадию готовности. Завод сможет перерабатывать в энергию 700 тысяч тонн отходов в год, попадать на него будут только прошедшие предварительную сортировку и непригодные для переработки в новые товары «хвосты».
Сердце завода – котельное оборудование. В процессе сжигания отходов на колосниковой решетке котла температура достигает 1260 градусов, что позволяет исключить образование вредных веществ: диоксинов и фуранов.
Очистка дымовых газов начинается уже в топке котла при их нахождении там не менее 2 секунд при температуре 850 градусов. В зону горения вводится раствор мочевины, таким образом происходит подавление оксидов азота. Далее продукты горения очищаются, проходя через гашеную известь и активированный уголь.
Тепловая энергия от сжигания отходов нагревает воду в котле, преобразует ее в пар, который направляется на турбину. Энергия пара вращает ротор паровой турбины и генератор, который вырабатывает электричество.
При производстве котлов в России впервые была применена технология наплавки специального никелевого сплава на поверхности теплообмена котлов. Также специально для проекта разработана российская инновационная турбина для генерации электроэнергии. Благодаря системе замкнутого цикла потребления воды и работе трех видов очистных сооружений вся вода, поступающая на завод, будет очищаться и использоваться заново, без сброса в водоемы.
Над проектом работали партнеры «РТ-Инвест» – Госкорпорация Ростех, швейцарско-японский концерн Hitachi Zosen Inova, Госкорпорация Росатом и Уральский турбинный завод.
Сегодня на заводе провели первый запуск котлов. Это основа, заложенная для технологической и экологической безопасности всех систем завода. До первого розжига, кроме готовности котлов и системы газоснабжения, провели монтаж и наладку огромного количества различных систем завода.
Следующие этапы после розжига: сушка футеровки - необходимого элемента защиты внутренней поверхности котла, в котором происходит сжигание отходов, щелочение внутренних поверхностей котла, в результате чего образуется защитная пленка, препятствующая коррозии и паровое опробование котла для настройки его систем.
«Первый запуск и апробация основных узлов – важнейший этап подготовки всех систем работы завода энергоутилизации к промышленной эксплуатации. Сегодня мы с уверенностью можем говорить о выходе на завершающий этап и готовности завода к приему отходов в ближайшее время. Ввод в эксплуатацию четырех заводов в Подмосковье сократит захоронение отходов на 2,8 млн тонн в год. Это половина от всего объема отходов, которые не подлежат материальной утилизации. Здесь своё место занимает энергетическая переработка, именно на этом этапе извлекается ещё один полезный компонент – электроэнергия. Термическая переработка - единственный способ прекратить захоронение остаточных отходов на картах в составе существующих сортировочных комплексов. Это позволит раз и навсегда устранить неприятные запахи и прекратить выброс в атмосферу вредных веществ. Благодаря энергоутилизации в Московском регионе будут сохранены более 6000 гектаров плодородных сельскохозяйственных земель», — отметил генеральный директор компании «РТ-Инвест» Андрей Шипелов.
После ввода в эксплуатацию четырех подмосковных предприятий сократятся выбросы CO2 на 3,2 млн тонн в год за счет исключения захоронения на комплексах по переработке отходов, будут производиться более 2 000 000 МВт*ч «зеленой» энергии – этого достаточно для обеспечения электричеством свыше 1 млн жителей и повысится качество и условия жизни более 500 тысяч жителей Подмосковья за счет прекращения захоронения отходов на сортировочных комплексах.
Компания «РТ-Инвест» строит четыре завода энергоутилизации отходов в Московской области. Проект ведется в сотрудничестве с японско-швейцарской компанией Hitachi Zosen Inova. Первые заводы по энергоутилизации отходов начнут работать в Подмосковье уже в этом году. Рассказываем, как именно будет получаться энергия из отходов.
Сначала отходы из серых и синих баков привозят на комплексы по переработке, где автоматические сепараторы разделяют их на десятки фракций. Все чистое вторсырье: картон, бумагу, пластик, стекло отправляют на предприятия, где их превращают в материалы для новых товаров. Органику отправляют на компостирование. То, что нельзя переработать, отправляется на завод по термической утилизации отходов.
Отходы сжигаются на колосниковой решетке, которая обеспечивает равномерную утилизацию всех фракций. Дымовые газы проходят трехступенчатую очистку. В котлах уничтожаются все органические загрязняющие вещества. В реакторе газы последовательно освобождаются от тяжелых металлов и кислот, а в рукавных фильтрах — от пыли, золы и других микрочастиц. Качество очистки контролируют автоматические датчики на дымовой трубе. Все, что может сгореть — сгорает и дает тепло, необходимое для работы турбины электростанции.
Пока дым проходит через котел, он нагревает пар в замкнутой системе. Котел включает «топочную» часть, экономайзеры и пароперегреватели. В трех котлах находятся 8 блоков экономайзеров — огромных батарей, которые помогают сохранить тепло от сжигания отходов.
Панели топочной части, подверженные экстремальному нагреву и механическому износу от продуктов горения, покрываются особым сплавом никеля, хрома и молибдена. Для этого используется метод холодного напыления (Сold Metal Transfer). Надежность всех элементов котла проверяется в несколько этапов — с помощью воды, ультразвука и цветной дефектоскопии.
Вода в котлах нагревается, подается на испарительные экраны и превращается в пар, который в свою очередь вращает турбину парогенератора. Производимая турбиной энергия перенаправляется в трансформаторы, а затем в сеть. На выходе получается чистая электроэнергия. Каждый завод дает 2 184 000 МВт*часов в год. Четыре подмосковных завода могут обеспечить 600 тысяч квартир, это свыше 1 млн жителей.
Предприятия по термической переработке отходов — это пример «зеленой» энергетики, где отходы — возобновляемый источник энергии. Сейчас захоронение 1 тонны отходов на полигоне провоцирует выбросы в атмосферу 1140 кг CO2-эквивалента. Без работы заводов в атмосферу будут выброшены 3 млрд 192 млн кг CO2-эквивалента за год.
Австралийская компания Samsara Eco, специализирующаяся на экологических технологиях, в сотрудничестве с гигантом спортивной одежды Lululemon представила первый в мире продукт из нейлона 6,6, подвергнутого энзимной переработке. Их разработка представляет собой важную веху, приближающую индустрию моды к созданию круговой, устойчивой экосистемы.
Компания Samsara Eco, запущенная в 2020 году, специализируется на бесконечной переработке отходов, чтобы положить конец загрязнению пластиком. Они считают, что планета не сможет решить климатический кризис, не решив проблему пластика. Запатентованный компанией процесс расщепления пластика до его основных молекул не содержит углерода и может бесконечно восстанавливать совершенно новый пластик.
В настоящее время на индустрию моды приходится около 10% ежегодных глобальных выбросов углекислого газа, а к 2030 году этот показатель увеличится на 50%. Кроме того, эта отрасль в значительной степени опирается на текстиль из пластика, получаемого из нефти, что эквивалентно 342 миллионам баррелей нефти.
Настораживает тот факт, что индустрия ежегодно производит 2 миллиона тонн текстильных отходов, а около 10 % микропластика, обнаруженного в океане, происходит из этих отходов.
Однако лишь небольшая часть этих материалов подвергается переработке. По данным Агентства по охране окружающей среды США, лишь 15% текстиля, полученного из пластика, перерабатывается.
Нейлон - один из самых распространенных пластиков в текстильной промышленности, ежегодно его производится около 4 миллионов тонн.
Используя переработанный нейлон, полученный с помощью технологии рециклинга Samsara Eco, швейный гигант разработал из него новый топ, что стало первым в мире случаем использования переработанного нейлона подобным образом.
Из-за своих прочных свойств нейлон традиционно представляет собой проблему для переработки. Тем не менее, он обрел применение в различных отраслях промышленности, включая модную, автомобильную и электронную.
Но благодаря новаторской технологии Samsara Eco нейлон теперь может быть восстановлен и извлечен из отслуживших свой срок текстильных изделий. Это открывает возможности для создания полностью циркулярной экосистемы для швейной промышленности.
Команда ученых из Красноярского научного центра СО РАН и университетов Красноярска предложила новый экологичный способ переработки пластиковых отходов в углеводородное сырье, который может стать альтернативным источником углеводородов для нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Эксперты разработали метод газификации полимеров, при котором пластик разрушается до более коротких молекулярных цепей. В результате этого процесса получаются синтетический газ и незначительное количество золы. Результаты исследования опубликованы в журнале AIP Conference Proceedings.
Полученный синтетический газ можно использовать в качестве топлива или сырья для различных химических процессов, а золу можно применять в нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Этот метод переработки пластиковых отходов позволяет избежать их захоронения. Данная технология представляет собой эффективный способ утилизации пластиковых отходов и получения ценного углеводородного сырья.
«Изначально перед нами стояла задача синтеза углеродных нанотрубок – перспективного наноматериала из мусора. Нанотрубки мы, конечно, получили, но в виде побочного продукта получили и странный конденсат. Оказалось, что он сильно похож на нефтепродукт. При сжигании бурого угля методом обратного дутья на фронте горения при высокой температуре он вступает в реакцию с газифицирующим агентом — воздухом, что приводит к получению синтез-газа, который содержит, помимо обычных углекислого газа и воды, водород и метан. Если в такой газовой среде начать нагревать полимерные отходы из алифатических полимеров, например, полиэтилен, полипропилен, то при их пиролизе оборванные участки полимеров пассивируются компонентами синтез-газа, а не соединяются между собой, зацикливаясь и образуя опасные ароматические соединения. Получается, что при разогреве до 500 градусов Цельсия молекулы перерабатываемых пластиковых отходов «разламываются» на более короткие алифатические соединения – алканы», — рассказал Дмитрий Чирков, инженер отдела молекулярной электроники КНЦ СО РАН, сотрудник СибГУ им. М.В. Решетнева.
Большинство пластиковых изделий разлагается очень медленно, иногда требуется несколько сотен лет для полного распада. Пластик может разлагаться на микроскопические частицы. Он попадает воду и пищу, что потенциально влияет на здоровье людей и животных.
Более 60% мировых отходов попадает на полигоны. Однако Швеции удалось свести этот показатель к 1%! Эту скандинавскую страну по праву называют самой устойчивой в мире, поскольку она подает пример другим государствам в производстве возобновляемой энергии и сокращении опасных выбросов. В последние годы шведы смогли в буквальном смысле «очистить» свои свалки. Попробуем разобраться, благодаря чему система переработки отходов в стране успешно функционирует, обеспечивая при этом электроэнергией дома и здания.
Швеция: самая «зеленая» страна в мире
У этого скандинавского государства не только самый высокий уровень использования возобновляемой энергии в Евросоюзе (около 56% энергии поступает из возобновляемых источников), но и самый низкий в мире показатель выбросов СО2. Такого успеха шведам удалось достичь благодаря переходу на электротранспорт и масштабным инвестициям в смарт-технологии и городское сельское хозяйство.
Выбросы CO2 в Швеции, 1834-2020 гг. Источник: Our world in Data.
Но есть еще одна причина, по которой Швецию часто называют самой «зеленой» страной. За несколько десятилетий шведы произвели настоящую революцию в управлении отходами, радикально увеличив уровень переработки и инвестируя в технологии, позволяющие превращать отходы в энергию. Расскажем об этом подробнее.
Как Швеция справляется со своими отходами?
С 1990-х годов шведское правительство реализовало ряд эффективных мер, направленных на сокращение отходов, повышение осведомленности людей, а также резкое сокращение токсичных выбросов. С этой целью в стране ввели механизм Расширенной ответственности производителя (РОП), согласно которому производители несут ответственность за все расходы, связанные со сбором и утилизацией их продукции. Кроме того, были одобрены национальные законы, запрещающие захоронение горючих и органических отходов, а также более строгие стандарты в отношении опасных отходов.
Все эти меры позволили Швеции радикально сократить выбросы и общее число отходов на полигонах. По данным Шведской ассоциации по управлению отходами, только за 2020 год было переработано 87% пластиковых ПЭТ-бутылок и 87% алюминиевых банок, а также 61% всего упаковочного материала. Более 50% бытовых отходов было успешно преобразовано в электроэнергию на специализированных предприятиях.
Основным элементом успеха, который сделал Швецию одним из мировых лидеров в области устойчивого управления отходами, является осведомленность и приверженность ее народа. В большинстве домов отходы разделяют на следующие категории: электроника, шины, аккумуляторы, газеты, пищевые отходы и упаковка из пластика, бумаги и стекла.
На фото: стеклянные бутылки отправляют на переработку, ресторан в Стокгольме, Швеция. Источник: Ян В. Айотт/GETTY IMAGES
Чтобы побудить каждого человека внести свой посильный вклад в сортировку, пункты сбора отходов по всей стране размещены в 300 метрах от жилых домов. Иными словами, в большинстве шведских городов материалы для переработки сортируются буквально в двух шагах от самих жителей! Часть отсортированных ресурсов идет на переработку и утилизацию. Почти половина из них — смесь богатых энергией материалов, таких как бумага, пластик и биомасса — доставляется на заводы по переработке отходов в энергию («Waste-to-Energy»), где из них получают электричество.
Разделение мусора в Швеции
Аналогичным образом пищевые отходы в Швеции перерабатываются в экологически чистый биогаз, который используют для работы общественных автобусов и обогрева жилых домов.
Местные коммунальные отходы — не единственный источник, питающий заводы. Страна также импортирует около 800 000 тонн отходов из других европейских государств.
Таким образом, в Швеции отходы рассматриваются как полезный ресурс, поэтому вывоз их на полигоны — далеко не лучшее решение. А лучшее — повторное использование вещей и утилизация так называемых «хвостов» — не подлежащих переработке материалов.
Энергия из отходов: шведская стратегия
Фото: завод SYSAV по переработке отходов в энергию в Мальмё, Швеция
Швеция использует полигоны только для 1% своих отходов, 47% — идут на переработку. А оставшиеся 52% утилизируют на 34 заводах «Waste-to-Energy». Эти объекты обеспечивают теплом 1,2 миллиона шведских домохозяйств и электричеством — еще 800 000! Это действительно впечатляющий результат с учетом общей численности населения страны — 10 миллионов человек.
Удивительный факт: индустрия по превращению отходов в энергию сама работает на... отходах! Шведские мусоровозы используют биогаз или электричество от мусоросжигательных заводов, которые постепенно заменяют атомные электростанции по всей стране.
На фото: механический захват отходов. Источник: Каспер Хедберг
Заводы производят около 17 тераватт-часов энергии каждый год. Для работы обычной ТЭЦ нужно потратиться на уголь, а для энергоутилизирующих предприятий сырьем являются обыкновенные отходы — то есть ресурс, который практически ничего не стоит.
По данным экспертов, утилизация твердых коммунальных отходов обеспечивает до 20% тепла шведских домов. Иными словами, вместо того, чтобы отправлять ненужные материалы на полигоны, шведы совершили настоящую революцию в сфере переработки отходов. Во-первых, они избавились от зловонных свалок, представляющих угрозу для окружающей среды. Стране удалось добиться сокращения выбросов углекислого газа на 2,2 миллиона тонн в год! Во-вторых, не отправленные на полигоны отходы уходят на производство электроэнергии и помогают отапливать жилые дома и предприятия.
Предпосылки шведской революции в сфере энергоутилизации
Первая предпосылка для революции в сфере отходов — это суровый климат Швеции. Долгие годы страна полностью зависела от внешних поставок природного газа. Однако эксперты подсчитали, что каждый шведский дом ежедневно производит до полутора килограммов отходов. При этом 4 тонны коммунальных отходов компенсируют использование 1 тонны нефти. Такая логика привела шведов к единственно правильному решению: использовать отходы в качестве энергоресурса для отапливания жилищ.
Вторая предпосылка — экообразование. Здесь с раннего возраста детей обучают тому, как правильно сортировать отходы. Существует даже национальный день, в который ученики по всей стране собираются, чтобы навести порядок в округе. Учителя проходят специальную подготовку, привлекая школьников к практической деятельности по утилизации отходов в школах.
Наконец, еще одна предпосылка — доступная среда. В Швеции сделали переработку отходов максимально простой и удобной. Помимо пунктов приема, находящихся в радиусе 300 метров, есть и другие приятные стимулы. Так, жители получают купоны на скидку в качестве награды за использование близлежащих приемников по сортировке.
И, пожалуй, самый необычный стимул из всех — мусоропроводы на лестничнкой площадке, отправляющие отходы прямиком на предприятия по их переработке! Такая возможность появилась у жителей новых городских кварталов Стокгольма. Это означает, что отходы, производимые жильцами данного здания, через мусоропровод поступают прямиком на завод, где преобразуются в энергию для нужд собственников этого же дома!
Успех шведов вдохновил многие развитые страны перерабатывать отходы, а не выбрасывать их на свалки.
Энергоутилизация: опыт России
Фото: завод по переработке отходов в энергию в Свистягино, Подмосковье. Источник: РТ-Инвест
Проект «Энергия из отходов» успешно реализуется и в нашей стране. С 2019 года компания «РТ-Инвест» создает мультикомплексную инфраструктуру по грамотному обращению с отходами. Ключевыми звеньями в данной цепи являются пять строящихся — 4 в Подмосковье и 1 в Татарстане — предприятий по энергоутилизации, аналогов которым нет нигде в России. Туда будут поступать непригодные к вторичному использованию и переработке «хвосты».
Мощность каждого из четырех подмосковных заводов составит 700 тысяч тонн отходов в год, а казанского — 550 тысяч тонн.
Фото: К’Нуб / Getty Images
Таким образом, успешный опыт Швеции в сфере энергоутилизации служит примером для большинства стран, как устойчивые решения способны не только сокращать количество полигонов, а вместе с ними и предотвращать попадание опасных веществ в окружающую среду, но и преобразовывать ненужные отходы в чистую энергию.
За последние 2,5 года жители Подмосковья сдали в фандоматы 12 миллионов пластиковых бутылок и алюминиевых банок. Количество участников программы лояльности «РТ-Инвест» достигло 75 тысяч человек.
Фандоматы «РТ-Инвест» работают в Подмосковье с 2021 года, и на данный момент их количество составляет 567. Они расположены в 38 городских округах. За все это время жители области сдали в фандоматы 8,5 миллионов пластиковых бутылок и 3,5 миллиона алюминиевых банок. Эта тара уже отправилась на переработку, и из нее произвели различные товары, такие как посуда, мебель, одежда, строительные материалы и запчасти для автомобилей.
Балашиха — лидер среди городов по количеству сданной тары в фандоматы «РТ-Инвест». Жители этого городского округа сдали почти 1,2 миллиона пластиковых бутылок и алюминиевых банок. Также в топ городов-лидеров входят Подольск с результатом в 1 миллион тары и Красногорск с Люберцами, которые разделяют третье место с результатом в 900 тысяч. В десятку также попали Королев, Мытищи, Химки, Одинцово, Долгопрудный и Домодедово.
Помимо экологичности, у сдачи тары в фандоматы есть еще одно преимущество: программа лояльности и баллы, которые начисляются за каждую сданную в экопункт банку или бутылку. 5 баллов вы можете получить за пластик, 10 — за алюминий. Все накопленное можно тратить у партнеров программы на скидки в кафе, продуктовых и других магазинах.
За прошлый год жители получили 64 000 000 баллов! Больше всего (6 млн) потратили на покупку продуктов в сети «ВкусВилл». На втором месте оказалась «ДодоПицца» с результатом 350 000 баллов. Третья строчка принадлежит онлайн-кинотеатру KION — там потратили 75 000 баллов.
Благодаря активному участию пользователей и установке фандоматов в различных районах Подмосковья, удалось уменьшить количество пластиковых отходов и алюминиевых банок, а также создать новые продукты из переработанной тары.