Рециклинг

Термин «рециклинг» применяется по отношению к утилизации отходов в случае использования получаемых вторичных материалов, в том числе по их первоначальному назначению. Рециклинг является составной частью утилизации отходов, под которой понимается ликвидация или повторное полезное использование отходов, их составных частей или материалов.

В соответствии с системой стандартизации рециклинг - процесс возвращения отходов, сбросов и выбросов в процессы техногенеза. Возможны два варианта рециклинга (рециклизации) отходов:

- повторное использование отходов по тому же назначению, что исходный материал;

- возврат отходов после соответствующей обработки в производственный цикл.

Операцию рециклинга называют рекуперацией, если осуществляется возвращение части материалов или энергии для повторного использования в том же технологическом процессе. В некоторых случаях рекуперация затруднительна из-за несоответствия качества выделяемых продуктов применяемому в производстве сырью. Возникает необходимость в испотльзовании регенерации - восстановления рабочих свойств веществ.

В состав рекуперации входит рециркуляция. Возврат материалов и энергии в технологический процесс происходит только с определенной целью – изменением параметров данного процесса.

В целом, понятие рециклинга более обширное, и включает в себя также возможности повторного использования материалов в различных сферах деятельности человека. На рис.4.2 представлена структура вышерассмотренных понятий.

Рис.4.2. Структура утилизации

Существует несколько подходов к рециклингу: первичная, вторичная, третичная и четвертичная повторные переработки.

Первичный рециклинг — это переработка незагрязненных однотипных отходов. Он чаще всего проводится в заводских условиях и связан с отходами собственного производства (запуск новой линии, сбои производства, обрезы). Такие отходы в небольшом количестве смешиваются с исходным материалом, чтобы обеспечить надлежащее качество изделий, либо используются для изготовления второсортного материала.

Вторичный рециклинг включает в себя дополнительный этап механической переработки, которая состоит из разделения, сортировки и отмывания отходов для удаления загрязнений. Высокая степень загрязнений характерна для пленок, так как они имеют наибольшую удельную площадь поверхности. После очистки и измельчения отходы могут поддаваться сепарации по типам материалов или расплавляться в виде смеси различных веществ.

Вторичный рециклинг требует больших затрат по сравнению с первичным.

Третичный рециклинг заключается в повторной химической переработке веществ. Под действием тепла они превращаются в низкомолекулярные вещества, которые потом могут использоваться в качестве сырья для производства новых продуктов.

Третичный рециклинг требует высокого уровня инвестиций.

Четвертичный рециклинг заключается в процессах сжигания отходов. Преследуя немаловажные цели возврата энергии, этот вариант утилизации отходов является на сегодняшний день наиболее эффективным способом уменьшения их объема.

Оценка возможности рециклинга компонентов отходов.

Известны четыре основных класса рециклинга компонентов отходов - механический, инсинерация, термический и химический.

Механическое рециклирование. Этот способ включает разрезание и измельчение скрапа волоконно упрочненных пластиков (ВУП) с последующим использованием измельченного материала в новых продуктах. Предшествующие попытки механического рециклирования концентрировались на классах двух размеров. Первый класс размеров – это грубые «чипы» размером от 1,613 до 6,452 см2. Эти чипы применялись как наполнители и/или улучшители структуры новых пластиковых продуктов, напр. пенополиуретановых пластин. Второй класс размеров – это мелкоизмельченный продукт, менее 200 меш или 75 мкм, который может быть использован как наполнительный материал для снижения содержания смолы в детали. Некоторые изготовители ВУП уже используют минеральные наполнители типа карбоната кальция для этих целей.

Механический рециклинг является одним из наиболее простых и более технически проверенных способов, однако он имеет ряд недостатков. Они включают угрозы безопасности при механическом рециклинге и низкую цену конечных продуктов. Безопасность является серьезным соображением при измельчении скрапа ВУП и первичной проблемой является возгорание. Измельчение материала увеличивает площадь поверхности, находящейся в контакте с воздухом. Скрап ВУП может стать более воспламеняемым, если не взрывоопасным, при измельчении. Добавлением к этой проблеме является тот факт, что ВУП, полимеризуемый при нормальной температуре часто содержит избыток катализатора. Этот катализатор при выделении в процессе измельчения может реагировать со свежей полимерной поверхностью, выделяя тепло и потенциально приводя к возгоранию. Любая система, рассчитанная на измельчение(помол) скрапа ВУП, должна учитывать эти проблемы безопасности.

Второй проблемой механического рециклинга является низкая ценность конечных продуктов. Грубые чипы должны быть конкурентоспособны с новыми структурно-упрочняющими материалами, например, стекловолокном. Хотя рециклированные материалы могут быть более дешевыми, чем новые материалы, они будут несомненно иметь меньшую упрочняющую способность. Характеристики прочности рециклированных материалов будут иметь более высокое разнообразие, чем новый материал, снижая их значимость для изготовителя. Порошок ВУП с помолом менее 200 мкм будет конкурентоспособным с минеральными наполнителями. Основным недостатком рециклированного продукта в этой мелкоизмельченной категории будет несовпадение химических свойств измельченного материала. В частности, тонкоизмельченный ВУП может содержать различные количества катализаторов и/или промоторов. Это может вести к трудностям, если измельченный материал добавляется к смоле, чувствительной к этим химикатам (например, вызывает преждевременную полимеризацию смолы в смесителе). При добавлении минеральных наполнителей можно обеспечить огнестойкость и другие хорошо управляемые и понятные свойства, которые может быть трудно или даже невозможно получить с рециклированным наполнителем.

Инсинерация. Сжигание скрапа ВУП с извлечением энергии в литературе относится к способу рециклинга. Может ли инсинерация быть строго квалифицирована как способ «рециклинга» является спорным. Инсинерация дает извлечение энергии из скрапа, в то время как захоронение на свалке - нет. Волокно, содержащееся в материале, должно найти свой конец в захороняемых отходах, потенциально становящимися опасными отходами в зависимости от химического состава золы. Некоторые катализаторы и промоторы содержат металлы, такие как кобальт.

Энергия, которую можно извлечь при сжигании отходов, зависит от их состава: полиэтилен — 45000 кДж/кг, полистирол — 46000 кДж/кг, фенолформальдегид — 48000 кДж/кг, поливинилацетат — 35000 кДж/кг. Для сравнения, при сжигании килограмма угля выделяется примерно 25000 кДж.

Несмотря на строгие нормативы по выбросам в окружающую среду, прямое сжигание твердых бытовых отходов (ТБО) используется во многих странах: Швеция и Германия (50% всех ТБО), Дания (65%), Швейцария (80%), Япония (70%). В Японии работает около 2000 мусоросжигательных заводов.

Получение энергии из полимерных отходов может заменять другие источники энергии и решать проблемы захоронения отходов. Складирование твердых отходов после сжигания требует значительно меньшей площади и в перспективе вообще не потребуется, так как золошлаковые отходы возможно использовать в качестве наполнителя при производстве бетонных изделий.

Основным недостатком сжигания отходов является то, что при их окислении образуются вредные соединения. Поэтому большое внимание уделяется устройствам, которые предотвращают их попадание в окружающую среду. В результате конструкция мусоросжигательных печей является сложной и дорогостоящей. Соответственно, затраты на ее эксплуатацию и обслуживание существенно выше, чем затраты на обычную электростанцию: стоимость качественных фильтров и других эффективных систем очистки достаточно велика.

Термический рециклинг. Термический рециклинг скрапа ВУП, также известный как пиролиз, включает нагрев материала в инертной атмосфере для извлечения полимерного материала в виде масла. Инертная атмосфера не позволяет прохождение реакций горения, так что загрязнение воздуха в этом процессе ниже, чем при инсинерации.

Волокна также извлекаемы в процессе пиролиза, однако термические напряжения приводят к поверхностным дефектам, снижающим прочность рециклированных волокон. Извлеченное масло пиролиза может быть использовано как горючее или оно может быть подвергнуто разгонке для рециклинга органических соединений исходной смолы. Некоторые исследования показали, что процесс пиролиза может быть термически самоподдерживающимся с учетом того, что газообразные продукты пиролиза могут быть использованы для обеспечения нагрева, необходимого для извлечения масла пиролиза. Масло пиролиза оказалось имеющим сравнительно высокую калорийность, порядка 40% от значения для газолина, и порядка 60% по сравнению с нефтяным мазутом.

В настоящее время ведутся работы по возможности использования термокаталитического процесса разрушения полимерной матрицы с извлечением дорогостоящих волокон из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

Термокаталитическое разрушение полимерной матрицы ПКМ, включает нагрев материала в инертной среде для извлечения полимерного материала в процессе его разложения. Инертная атмосфера не позволяет прохождение реакций горения, так что загрязнение воздуха в этом процессе ниже, чем при инсинерации. Термическая деполимеризация полимерной основы в присутствии катализаторов происходит в диапазоне температур от 200 до 4000С. В результате термокаталитического процесса разрушения полимерной матрицы дорогостоящие компоненты сохраняются, так как обладают более высокими значениями температур плавления.

В процессе термокаталитического превращения полимерной матрицы происходит образование ценных газообразных углеводородов. Газообразные продукты возможно извлекать для дальнейшего использования или же безопасно уничтожать, например сжиганием, без значительных затрат на фильтрацию, так как продукты 3-4 класса опасности.

Химический рециклинг. В этом методе рециклинга применяются химикаты для растворения смолы и удаления из волокон. Волокна сохраняют в основном свою начальную прочность при использовании этого метода вследствие отсутствия термических напряжений как при пиролизе.

С помощью метанолиза, гидролиза, гликолиза при повышенных температурах возможно получение диметилфталата, терефталевой кислоты, этиленгликоля и других необходимых промышленности веществ, из которых получают пластификаторы, лаки, материалы для покрытий и др.

Однако этот метод, как правило, требует грануляции скрапа, которая уменьшает длину волокон, и применения ряда потенциально опасных растворителей. Аналогично пиролизу, предприятие химического рециклинга будет капиталоемким.

Рынок применения вторичных углеродных наполнителей и волокон включает, но не ограничивается перечнем:

-литье под давлением композитных изделий;

-электропроводные полимеры;

-промышленные краски;

-добавки в цемент;

-дорожные покрытия;

- составы упрочненных пластиков объемного формования.

Экономическая эффективность рециклинга

Официально утвержденная в 1977г. "Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений" при наличии ряда положений, которые не потеряли актуальности в настоящее время, содержит и такие, использование которых не учитывает особенности рециклинга отходов производства. Требуется применение особого подхода к расчету цен на всех этапах жизненного цикла изделия, учету риска при определении социально-экономической эффективности, оценки результатов государственной финансовой поддержки, унификации выходной информации и др.

Это связано с тем, что должны учитываться совместно экономическая эффективность использования ресурсов и показатели загрязнения окружающей среды. Должно быть введено разделение на рециклинг промышленных и бытовых отходов, имеющих высокое народнохозяйственное значение, как с экономических, так и с экологических позиций, а также отходы, рециклинг которых практически не имеет смысла.
Первый случай реализуется предприятиями на коммерческой основе, а второй должен реализовываться с помощью государственной поддержи (на федеральном или региональном уровнях).

Также необходимо учитывать, что достичь даже 90–95% фактической нормы рециклинга невозможно. С учетом применения современных технологий рециклингу подвергается 60-70% твердых отходов (30-40% с использованием рекуперации), а около 30% захоранивается на полигонах или сжигается. Необходимо применение комплексных показателей эффективности, учитывающих полное движение отходов при утилизации.

Комплексный подход предусматривает:

- обеспечение социальных стандартов, экологических норм (при несоблюдении этого условия проекты отклоняются);

- учет всех сопутствующих позитивных (и негативных) качественных, социальных, экологических, внешнеэкономических условий в сопряженных сферах производства и эксплуатации;

- учет неравноценности затрат и результатов в различные моменты времени и в связи с этим приведение их к единому моменту времени:

- оценку затрат и результатов проекта за весь срок его использования;

- учет риска и неопределенностей при расчете показателей эффективности;

- многовариантность методов расчета затрат и результатов на стадиях жизненного цикла;

- соизмерение цен на первичные и вторичные материалы.

Социально-экономическая эффективность проектов характеризуется системой комплексных и частных показателей. К комплексным показателям, единым для всех проектов, относятся:

1) годовой экономический эффект;

2) срок окупаемости;

3) индекс доходности (индекс прибыльности, рентабельность, эффективность капитальных вложений).

Определение годового экономического эффекта основывается на сопоставлении полезных конечных результатов функционирования технологии к затраченным ресурсам (приведенным затратам). Приведенные затраты представляют собой сумму затрат на утилизацию, в том числе на рециклинг (рекуперацию) и нормативной прибыли:

З = З_рец + П +Е К,

где: З - приведенные затраты, руб.;

З_рец – затраты на рециклинг (рекуперацию) единицы продукции (работы),руб.;

П – плата за негативное воздействие на окружающую среду по отношению к единице продукции (работы),руб.;

К - удельные капитальные вложения в производственные фонды, руб.;

Е - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

При неиспользовании рекуперации возрастает слагаемое платы за негативное воздействие. Размер платы по каждому веществу определяется по следующему алгоритму:

Пi = СнiМнi + Слi(Млi - Мнi) + 5Слi(Мфi - Млi),

где Пi – размер платы для i-того вещества;

Снi, Слi – дифференцированные ставки платы в пределах установленных норматива и лимита соответственно;

Мнi, Млi, Мфi – массы выброшенного вещества в пределах установленного норматива, лимита и фактическая соответственно.

Нормативы платы загрязняющих веществ за негативное воздействие на окружающую среду рассчитываются исходя из токсичных свойств каждого вещества через показатель его относительной опасности, обратно пропорциональный предельно допустимой концентрации вещества в воздушной или водной среде. При высоких значениях токсичности вещества слагаемое платы существенно. В этом случае снижение затрат возможно за счет уменьшения доли остаточных отходов.

Методы расчета ожидаемого притока средств зависит от конечной цели проекта. В ожидаемый приток средств включаются:

- выручка от реализации продукции на рынках;

- выручка от продажи интеллектуальной собственности;

- социально-экологическое финансирование (из федерального и местных бюджетов);

- косвенные финансовые результаты (потери или экономия природных ресурсов и имущества от возможных аварий и других чрезвычайных ситуаций).

В состав единовременных затрат на осуществление проекта включаются также разовые на:

- научно-исследовательские, экспериментальные, конструкторские, технологические, проектные работы;

- освоение производства;

- приобретение, транспортировку, монтаж, наладку и освоение нового и демонтаж заменяемого оборудования;

- создание производственных площадей, непосредственно связанных с осуществлением рециклинга;

- создание временных сооружений, офисов;

- набор и обучение персонала;

- пополнение оборотных средств, связанных с осуществлением рециклинга;

- развитие объектов производственного и непроизводственного назначения (перебазировка рабочих или их семей, все виды потерь, вызванные строительством).

Результаты от реализации технологий рециклинга не могут быть точно определены. Все расчеты должны производиться с учетом риска и неопределенности. Риски и неопределенность независимо от их конкретных форм представляют уменьшение реальных результатов по сравнению с ожидаемыми.

Для учета фактора неопределенности и риска используются следующие методы:

- корректировка параметров технологий и нормативов в процессе экономического обоснования: использование умеренных прогнозов, технико-экономических параметров, стоимости ресурсов, сроков выполнения работ;

- определение устойчивости достижения ожидаемых результатов;

- формализованное описание неопределенности, экспертная оценка, для проведения которой необходим полный перечень возможных рисков по стадиям жизненного цикла продукции.

В соответствии с Постановлением Правительства РФ №1470 от 22.11.1997г. приняты поправки (табл. 4.4).

Таблица 4.4

Величина поправок

Риск	Условия	Величина поправок, %
Низкий	Вложения в развитие производства на базе освоенной техники	3-5
Средний	Увеличение объема продаж существующей продукции	8-10
Высокий	Производство и продвижение на рынок новой продукции	13-15
Очень высокий	Вложения в исследования	18-20

Для оценки индекса доходности технологии рециклинга определяется объем утилизируемой продукции, при котором производство безубыточно. Безубыточным производством (БП) считается количество единиц продукции, которые необходимо утилизировать с рециклингом, чтобы полностью перекрыть годовые затраты.

где Зпост - постоянные расходы за год (затраты, которые условно остаются неизменными от объемов и масштабов производства), руб.;

Цт – денежный эквивалент эффективности рециклинга единицы продукции, руб.;

Зпер - переменные расходы на рециклинг единицы продукции (затраты на которые изменяются при изменении объемов утилизируемой продукции: расходы на покупку сырья, материалов, энергозатраты на технологические цели, транспортные расходы, основная заработная плата, налоги), руб.

Целесообразным признается проект, у которого точка безубыточности будет меньше значений минимальных объемов рециклинга. Проект считается устойчивым, если уровень безубыточности не превышает 0,6-0,7. Показатель, близкий к 1.1 свидетельствует о недостаточной устойчивости технологий рециклинга.

Рециклинг отходов с высокими значениями показателей экономической эффективности следует поручить для реализации предприятиями на коммерческой основе, с низкими значениями необходима государственная поддержка (на федеральном или региональном уровнях).

Государственная поддержка должна быть реализована в правовых актах, узаконивающих и стимулирующих поддержку развития рециклинга в России, а также в бюджетном субсидировании мероприятий с малыми значениями показателей экономической эффективности. Либо, как это принято законодательно во многих странах мира, - субсидировать за счёт сборов с производителей и импортёров продукции.

Основные стимулирующие технологии рециклинга мероприятия на основании зарубежного опыта:

- финансовая и техническая помощь предприятиям, занятым рециклингом, содействие продвижению на рынках продукции, сделанной с помощью рециклинга, приоритет при использовании материалов, подвергнутых рециклингу;

- займы с низким процентом для предприятий в сфере рециклинга, желающих расположиться в специальных зонах развития рынка (свободных экономических зонах);

- скидки по рециклингу для новых или расширяющихся предприятий, которые делают продукцию из отходов для компенсации издержек на оборудование и различия в издержках между промышленным сырьем, подвергнутым и не подвергнутым рециклингу;

- субсидии до 250 тысяч долларов для работ по рециклингу, проводимых миноритарными собственниками.

Дата добавления: 2015-05-07