Анализ доклада «Обоснование выбора оптимального способа

обезвреживания твердых бытовых отходов  жилого фонда

в городах России»

Доклад «Обоснование выбора оптимального способа обезвреживания твердых бытовых отходов  жилого фонда в городах России» (далее — доклад) был размещен на сайте Федеральной службе по надзору в сфере природопользования 16/07/2012 (ссылка для скачивания: http://rpn.gov.ru/node/6481).

Само название доклада предполагает выявление единой технологии, применимой ко всем видам отходов, своеобразной панацеи для решения проблемы отходов. Логика и построение доклада направлено на доказательство преимущества применения  ко всем компонентам твердых бытовых отходов (ТБО) единой технологии утилизации отходов — их сжигания.

Между тем, ТБО имеют сложный компонентный состав, и сжигание к ряду их компонентов просто неприменимо. Например, невозможно сжигать такие отходы как стекло и металлы. Для отходов же, которые могут быть подвергнуты как сжиганию, так и материальной переработке, логично применять методы, экономически наиболее приемлемые в текущих условиях при условии соблюдения экологической безопасности.

В прессе и сети Интернет уже был опубликован ряд комментариев к докладу[1]. Настоящий анализ призван дополнить эти комментарии.

1. В разделе 2 доклада, «Современное состояние проблемы отходов», указывается, что ежегодно в Российской Федерации образуется около 7 млрд. тонн промышленных и бытовых отходов, из которых муниципальные твердые бытовые отходы – ТБО – составляют около 8-10%.

Это соответствует  величине 500—700 млн тонн или 3,5—5 т на человека в год. В пересчете на объемные показатели, каждый человек должен выбрасывать 50-130 л мусора ежедневно. Очевидно, в тексте  допущена ошибка примерно на порядок[2].

2. В преамбуле к разделу 3, «Основные методы переработки отходов», приводятся ссылки на зарубежные требования в области обращения с отходами:

«Основой системы управления отходами в ЕС служит Концепция управления отходами и провозглашенные в ней принципы устойчивого развития, которые определяют основное направление управления отходами и создают основу иерархии методов обращения с отходами».

Однако в докладе не сообщается, в чем заключается законодательно утвержденная иерархия методов обращения с отходами в странах Европейского союза.  Согласно Директиве «Directive 2008/98/EC of the European Parliament and of the Council of 19 November 2008 «On waste and repealing certain Directives», ст. 4, устанавливается следующая иерархия методов обращения с отходами (в порядке снижения предпочтительности):

- предотвращение образования;

- повторное использование (готовых изделий, не допуская попадания в отходы);

- рециклинг или повторное использование в качестве материальных ресурсов;

- использование энергетических ресурсов отходов;

- захоронение.

В статье 11 той же Директивы  указывается, что страны-участники обязаны с целью эффективного рециклинга внедрить раздельный сбор, как минимум, следующих материалов: бумаги, металлов, пластмасс и стекла.

Таким образом, согласно официально утвержденной иерархии методов обращения с отходами в Евросоюзе, сжиганию должна подвергаться только та часть отходов, к которой не удалось применить стоящие выше по иерархической лестнице методы обращения: предотвращение, повторное использование или материальный рециклинг. Это требование игнорируется авторами по всему тексту доклада, методы предотвращения образования и рециклинга, как будет показано ниже, практически не рассматриваются, а метод сжигания отходов рассматривается, фактически, как единственный метод, позволяющий предотвратить их захоронение.

1. 3. Далее, в том же разделе доклада: «Предлагаемые к настоящему обсуждению  технологии переработки отходов  можно разделить (в том числе, с точки зрения экологических последствий)  на технологии их сбора и разделения, термической переработки  и механико-биологической переработки (захоронения)».

Здесь в текст доклада вносится терминология, противоречащая устоявшейся мировой и отечественной классификации, что создает в дальнейшем путаницу и неоднозначное восприятие по всему тексту. Так, методы использования материальных ресурсов в отходах вообще выводятся из методов их переработки и причисляются к методам сбора. Механико-биологическая переработка причислена к захоронению (в других частях доклада она отнесена к термическим методам, то есть, объединена с методами сжигания). Применение такой классификации, действительно, оставляет сжигание как единственный метод переработки отходов, предотвращающий их захоронение.

В европейской практике принято следующее разделение методов обращения с отходами.

1. Рециклинг (материальный рециклинг). Им обозначают выделение из отходов отдельных потоков вторичных материальных ресурсов и их дальнейшее использование в промышленности, наравне с первичными ресурсами. Фактически переработка отходов этим методом завершается, когда из отходов выделяется товарная партия вторичного сырья, приведенная к техническим условиям, удовлетворяющим заказчика, которая может быть реализована на свободном рынке по рыночной стоимости

2. Компостирование и анаэробное сбраживание, направленное на получение конечной продукции в виде органических удобрений и почв или удобрений и биогаза, используемого в качестве топлива (методы биотермической или механико-биологической переработки).

3. Термическая переработка, включающая прямое сжигание и иные методы, такие как пиролиз – газификация.

4. Захоронение – размещение отходов на поверхности или в недрах земли.

В ходе дальнейшего анализа мы будем придерживаться такой классификации.

В американской практике методы 1 и 2 объединяются, как методы материального рециклинга с подразделением внутри группы.

1. 4. В разделе «Сбор и разделение ТБО» признается, что «Вовлечение отходов производства и потребления в хозяйственный оборот в качестве вторичных источников сырья и энергоресурсов дает значительный экологический и экономический эффект, позволяет существенно уменьшить техногенную нагрузку на окружающую среду в условиях продолжающегося необратимого сокращения природных ресурсов».

Однако, «развитие систем селективного сбора, сортировки и переработки вторичного сырья, извлеченного из отходов, требует значительного времени и больших финансовых ресурсов. Хотя для каждого вида отходов существует специальная технология их утилизации и обезвреживания, спрос на многие вторичные продукты являются очень малым по двум причинам: 1) высокая стоимость переработки 2) низкий спрос и высокая стоимость конечного продукта».

На самом деле в России существует устойчивый спрос на вторичные ресурсы. Ориентировочные цены на вторичные ресурсы (с НДС) составляют:

Бумага  - от 2 до 5 тыс руб. за тонну (в зависимости от марки);

Картон – около 3 тыс. руб/т;

ПЭТ, ПНД – около 10 тыс. руб/т;

Стеклобой – 1 – 2,5 тыс руб/т в зависимости от качества сортировки;

Алюминий – около 30 руб/т.

Действительно, расходы, связанные с раздельным сбором и/или механической сортировкой отходов, а также приведению вторичного сырья к техническим условиям заказчика, часто превышают стоимость реализации самого вторичного сырья. Однако авторы доклада опускают здесь и ниже тот факт, что и сжигание отходов требует очень больших прямых финансовых затрат. Если даже не рассматривать экологическую составляющую вопроса, (а именно выбросы вредных веществ в процессе сжигания и последующее захоронение токсичных золы и шлака), следовало бы провести сравнительный экономический анализ методов выделения из отходов вторичных материальных ресурсов и методов их сжигания. В докладе этого не сделано.

5. Далее, в том же разделе сообщается: «Основной проблемой сложившихся способов переработки вторсырья является не отсутствие технологий переработки, а отделение вторсырья от остального мусора (и разделение различных компонент вторсырья), … самая дорогая и сложная из них – извлечение вторсырья из уже сформировавшегося общего потока отходов на специальных предприятиях.», а «опыт раздельного сбора бытовых отходов <у источника образования> (Санкт-Петербург, Москва, Смоленск и др.) оказался негативным …».

Если с первым утверждением можно согласиться, то последнее не соответствует действительности. На самом деле, в России не предпринималось адекватных попыток наладить селективный сбор отходов [1]. В частности, деятельность властей по внедрению селективного сбора отходов в Санкт-Петербурге, упоминаемого в докладе, свелась лишь к закупке контейнеров для селективного сбора и размещению информационных плакатов на отдельных контейнерных площадках, причем нередко плакаты устанавливались на одних контейнерных площадках, а контейнеры для селективного сбора – на других. Никаких иных мер по информационной работе с населением, контролю качества обслуживания площадок и даже фиксированию результатов эксперимента властями не предпринималось. Несмотря на это, до 10% населения, охваченного селективным сбором, правильно разделяло отходы. В дальнейшем, в связи с непрекращающемся беспорядком на контейнерных площадках и отсутствию разъяснительной работы, доверие населения к селективному сбору было в значительной степени утрачено. Однако на участках селективного сбора, сохранившихся до настоящего момента в приемлемом состоянии, качество разделения отходов остается хорошим.

1. 6. В том же разделе доклада говорится: «Селективный сбор и выделение вторичных ресурсов как технологии основываются на выборе  как приоритета их материальной ценности. При этом не используется энергетический ресурс  бытовых отходов. Развитие технологий сжигания ТБО, возможность использования  отходов для экономически выгодного производства  тепло- и электро-энергии делают такой подход в настоящее время, как будет показано далее, экономически и экологически неэффективным».

Как указано выше, даже если предположить экологическую безопасность сжигания отходов, сравнение методов материальной и энергетической утилизации надо проводить по критерию экономической эффективности и вести речь о сжигании только той части отходов, для которых она требует меньших затрат, чем использование в качестве материальных ресурсов. В докладе такой анализ не делается. Попытка проведения сравнительного анализа сделана в работе [2]. Согласно полученным результатам, применение комплексной технологии сортировки, компостирования и прессования отходов обходится приблизительно в 1,5 раза дешевле, чем прямое сжигание отходов даже без применения их раздельного сбора и в 6 раз дешевле при их предварительном раздельном сборе от населения по трем потокам: «сухие» вторичные ресурсы, влажные органические отходы, прочие отходы. При этом достигается тот же результат что и при сжигании отходов — снижение их объема в 10 раз.

Дополнительный, «скрытый» экологический эффект от использования отходов в качестве вторичных материальных ресурсов достигается в снижении потребности промышленности в первичных природных ресурсах, а также снижении объемов выбросов, сбросов и отходов производства, возникающих при их обработке. Так, например, производство бумаги из макулатуры позволяет полностью отказаться от первичного сырья (древесины), снизить энергопотребление на 50%, водопотребление на 58%, загрязнение воздуха на 74%, загрязнение воды на 35% [3].

7. В разделе 3.2. доклада,  «Термическая переработка», приводится расчет, призванный доказать что сжигание отходов приводит к большей экономии природных ресурсов и энергии, чем их материальная утилизация. Данный пример является своеобразным стержневым доказательством преимущества сжигания над материальным рециклингом, поэтому мы приводим его здесь полностью.

«1 тонна условного топлива эквивалентна 4 т ТБО и при сжигании дают до 30 000 Мдж электроэнергии, которая  дает возможность получить около 6 тонн первичного пластика из газа или нефти (при потреблении 5 000 МДж/ т).

При сортировке ТБО  количество выделенного вторичного пластика составляет не более 280 кг (7%), из которого можно выделить около 250 кг чистого вторичного продукта. Использовав как вторичное топливо отсортированные остатки ТБО, при сжигании можно получить на 30-35 % меньше энергии – 20 000 МДж, что позволяет дополнительно произвести до 4 т чистого пластика.

Таким образом, сжигание ТБО без сортировки на высокотехнологичных мусоросжигающих заводах дает возможность производства на 40% больше пластика, причем – без сжигания природного топлива!»

В приведенных расчетах есть ряд фактических ошибок:

Из примера следует, что КПД преобразования теплоты сгорания отходов (9-11 МДж /кг)  в полезную тепловую энергию (30000 МДж/4 т ТБО = 7500 МДж) составляет около 75%. Эта величина является реалистичной для котельных, однако здесь не учитывается, что значительная доля получаемой на мусоросжигательных заводах энергии (50% и более) используется на собственные нужды. Таким образом, КПД нетто для МСЗ значительно ниже.

Согласно докладу, энергопотребление на полимеризацию пластмасс составляет 5000 МДж/т. В то же время,  по данным ряда источников, эта величина составляет в среднем 9 – 11 МДж/т [4,5]. Таким образом, при сжигании 4 тонн отходов вырабатывается энергия достаточная для полимеризации не 6 тонн, а менее 3 тонн пластмасс.

Однако для дальнейшего анализа мы будем использовать данные, представленные в докладе.

Фактически, в примере утверждается, что полезная энергия от сгорания 280 кг пластиковых отходов достаточна для обеспечения реакции полимеризации 2 тонн первичного пластика. В то же время из него может быть получено 250 кг вторичного пластика. Принципиальным моментом здесь является то, что сгорание 280 кг пластиковых отходов позволяет не получить 2 тонны нового пластика, а только произвести реакцию полимеризации. Для того, чтобы произвести этот новый пластик, понадобится как минимум 2 тонны первичных углеводородов (без учета потерь).

Таким образом, с некоторыми приближениями:

- для получения 2 тонн первичного пластика с применением первичной энергии нам понадобится 2 тонны первичных углеводородов в качестве сырья и около 280 кг первичных углеводородов в качестве топлива;

- для получения 2 тонн первичного пластика с применением вторичной энергии от сжигания пластиковых отходов нам понадобится те же 2 тонны в качестве сырья и 0 – в качестве первичного топлива[3];

- для получения 2 тонн вторичного пластика нам понадобится 0 тонн первичного сырья и 0  - топлива, необходимого для полимеризации (реакция полимеризации в принципе исключается из технологического процесса).

Данное объяснение сильно упрощено, поскольку не учитывает ряд потерь а также затраты энергии на сопутствующие процессы обработки как первичных, так и вторичных пластмасс, однако демонстрирует несостоятельность примера, приведенного в докладе.

1. 8. В том же разделе доклада упоминается: «При сжигании отходов их объем сокращается примерно в десять раз. Из 1т мусора остается только  250 кг шлака и золы, 30 кг железного скрапа и  1 кг осадка на фильтре».

Следует иметь в виду, что сжигание отходов не уничтожает их полностью, как и любой другой процесс переработки, порождая вторичные отходы, в том числе опасные. В частности, упоминаемая «зола на фильтре» крайне токсична и требует специального обращения.

9. Несмотря на то, что в разделе 3.2 доклада методы биотермической переработки (компостирование, анаэробное сбраживание) отнесены к термическим методам,  в данном разделе они не рассматриваются. Между тем, биотермические методы позволяют при меньших затратах, чем в случае сжигания, и принципиальном отсутствии вновь образуемых токсичных продуктов переработки снизить массу органической части вдвое (объем – втрое) даже в отсутствие раздельного сбора. Одновременно достигается обезвреживание отходов [2]. В случае же применения раздельного сбора органических отходов эти методы позволяют получить качественные вторичные продукты – органические удобрения, почвогрунты а также биогаз, применяемый в качестве топлива.

1. 10. Из данных, приведенных в разделе 3.3, «Захоронение отходов», следует, что 80% только официальных полигонов отходов не имели лицензии, то есть действовали незаконно, а, кроме того, в России существует огромное количество неучтенных самовольных свалок. Очевидно, незаконное захоронение на необорудованных свалках происходит из-за недостатка средств у муниципальных образований (согласно законодательству ответственных за обращение с отходами). В то же время, как указывается в докладе на рис. 6, затраты на сжигание отходов многократно превосходят затраты на захоронение даже при полном соответствии полигонов санитарным требованиям. Каким образом в этих условиях может быть профинансировано строительство объектов термической переработки, остается непонятным.

В данных условиях представляется целесообразным строительство полигонов, отвечающих санитарным требованиям, и применение методов переработки части отходов, расходы на которые не превышают расходы на захоронение. Согласно [2], в случае качественной организации раздельного сбора отходов, затраты на переработку отходов сравнимы с затратами на захоронение.

1. 11. На рис. 6 раздела 4, «Сравнительный анализ технологий утилизации ТБО», представлены технико-экономические показатели четырех технологий переработки отходов: захоронения, сжигания, плазменной газификации и компостирования. При этом методы рециклинга или использования отходов в качестве вторичных материальных ресурсов просто не рассматриваются, хотя, как будет показано ниже, именно рециклинг и компостирование, направленные на получение товарной продукции из отходов более распространенны в экономически развитых странах, чем сжигание. Далее производится сравнение технологий сжигания между собой и на основании его результатов делается вывод о том, что сжигание является наилучшей существующей технологией.

12. в разделе 6. «Краткий анализ мирового и европейского опыта обращения с ТБО» сообщается о том, что «количество отходов, направляемых на термическую переработку, за три года увеличилось на 36%». Это заявление не соответствует действительности. Согласно данным Европейского бюро статистики Евростата), сжигание отходов в Евросоюзе возросло в 2010 г[4] по отношению к 2007 г на 8%, рециклинг — на 4%. Однако рециклингу и компостированию в 2010 г. были подвергнуты 38% а сжиганию —  только 22% ТБО.

Далее, там же сообщается: «В 2006 году в Германии было 66 мусоросжигательных отходов (очевидная опечатка, заводов), в  2009 году уже  70 заводов. В Австрии  29% отходов перерабатывают термическим способом». Однако в докладе не упоминается о том, что в Германии рециклинг и компостирование составили в 2010 г. 62%, сжигание 38%. В Австрии в 2009 году действительно  29% подвергается сжиганию. Однако 30% подвергалось материальному рециклингу и 40% — биотермическим методам (компостированию и анаэробному сбраживанию).

Следует также иметь в виду, что как это и указывается в докладе выше, при сжигании отходов образуется 25% вторичных отходов – золы и шлака. Эти отходы отражаются в европейской статистике как производственные. Таким образом, снижение массы отходов за счет сжигания по Евросоюзу составило только около 17%, в Германии — 29%, в Австрии — 22% [6].

13. В разделе 6 доклада сообщается: «В такой активно генерирующей отходы стране, как США, в 2007 г. 12,5 % ТБО было подвержено термической переработке с производством 48 ТВт∙ч полезной энергии. Оставшиеся 33,4 % ТБО повторно использовались или компостировались, а 54 % – вывозились на полигоны».

В докладе не упоминается, что уровень рециклинга в США возрос с 1960 по 2010 г с 6,4 до 26%,  биотермической переработки  — с 0 до 8,1% (при общем росте производства отходов), а уровень сжигания — с 0 до 11,7%. При этом доля сжигания достигла максимума в 1990 г (14,2%), и с тех пор падает (с 2000 г. – и по абсолютным показателям). А уровень материального рециклинга все эти годы устойчиво растет [7].

14.  Ниже в разделе 6 доклада сообщается, что в Директиве 75/442/ЕЕС с учетом поправок «…термические методы переработки отходов (сжигание) с выработкой тепловой и электрической энергий приравниваются к их утилизации, а не уничтожению отходов как это было ранее».

Директива 2008/98/EEC, заменившая данную директиву[5], разъясняет, что к «использованию в качестве топлива или для иных способов получения энергии» могут быть отнесены только мусоросжигательные заводы, энергоэффективность которых равна или выше  0,60 для установок, запущенных в эксплуатацию до 1 января 2009; 0,65 для установок, получивших разрешение на работу после 31 декабря 2008 года[6].  По оптимистичным данным доклада CEWEP (Confederation of European Waste-to-Energy Plants) на 2007 год, такому статусу на тот момент соответствовало только 40% европейских заводов, построенных с целью получения энергии из отходов[7].

15. В том же разделе доклада говорится: «Следует отметить, что мировая тенденция роста количества предприятий для термической переработки отходов и объема, сжигаемых на них отходов, остается неизменной для всех развитых стран, что подтверждается статистикой последнего десятилетия  для 16 стран еврозоны (объем сжигания ТБО в кг на человека в год) (табл. 4)».

Приводим эту таблицу полностью:

«Таблица 4. Количество муниципальных ТБО, направляемых на сжигание в различных европейских странах (кг/чел. год)

К сожалению, в докладе не приводятся статистические данные по количеству отходов, подвергнутых материальному рециклингу и биотермической переработке. Восполняя данный пробел, приводим данные Евростата:

Количество муниципальных ТБО, направляемых на использование в качестве вторичных материальных ресурсов (биотермическую переработку и рециклинг) в различных европейских странах (кг/чел. год)

Сравнение таблиц позволяет заявить, что методы материального рециклинга (включая биотермическую переработку) до настоящего момента остаются преимущественными во всех странах Европейского союза.

Вывод. Результаты сравнительного анализа методов обращения с отходами на практике подтверждают экономическую предпочтительность их материального рециклинга ТБО над использованием в качестве источников энергии. При этом, экологическая безопасность материального рециклинга, в отличие от сжигания, обеспечивается принципиальным отсутствием процессов, приводящих к образованию вторичных опасных отходов, выбросов и сбросов.

Литература

1. Бабанин И. В. Организация селективного сбора отходов. Методические рекомендации. // Твердые бытовые отходы.2009. № 9. С. 10-17.
2. Бабанин И.В. Мусорная революция // Твердые бытовые отходы.2009. № 3. С. 56–60.
3. Robert Cowles Letcher and Mary T. Sheil, “|Source Separation and Citizen Recycling,” in William D. Robinson, ed., The Solid Waste Hanbook (New York, new York: John Wiley Et Sons, 1986).
4. Energy Use and Energy Intensity of the U.S. Chemical Industry. Ernst Worrell, et all: - Energy Analysis Department Environmental Energy Technologies Division Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory University of California. Berkeley, California 94720. April 2000 http://www.energystar.gov/ia/business/industry/industrial_LBNL-44314.pdf
5. The impact of plastics on life cycle energy consumption and greenhouse gas emissions in Europe Summary Report. Harald Pilz et all. June, 2012/ http://www.plasticseurope.org/document/the-impact-of-plastics-on-life-cycle-energy-consumption-and-greenhouse-gas-emissions-in-europe.aspx?FolID=2\
6. http://epp.eurostat.ec.europa.eu/tgm/table.do?tab=table&init=1&plugin=1&language=en&pcode=tsdpc240
7. Municipal Solid Waste Generation, Recycling, and Disposal in the United States Tables and Figures for 2010. U.S. Environmental Protection Agency Office of Resource Conservation and Recovery. December, 2011. http://www.epa.gov/osw/nonhaz/municipal/pubs/2010_MSW_Tables_and_Figures_508.pdf

[1] http://www.cleandex.ru/blog/2012/07/24/perevod_othodov_v_energii__vot_put_dlya_rossii ;

http://www.the-village.ru/village/city/city/115371-musor

[2] Разброс значений при переводе массовых показателей в объемные произведен с учетом разброса значений плотности ТБО от 100 до 200 кг/куб.

[3] Первичное топливо здесь замещается вторичным (пластиковыми отходами). Следует отметить что такое замещение не оказывает положительного влияния на климат, поскольку пластиковые отходы это также  продукты переработки ископаемых углеводородов.

[4] 2010 - Последний год по которому представлена статистика.

[5] См. http://ec.europa.eu/environment/waste/legislation/a.htm

[6] Используя формулу: энергоэффективность = (Ep - (Ef + Ei))/(0,97 × (Ew + Ef)), где

-Ep — энергия, производимая в год  в виде тепла или электричества. Рассчитывается умножением единиц электроэнергии на 2,6 и единиц тепловой энергии, произведенной для целей коммерческого использования, на 1,1 (ГДж/год),

- Ef — ежегодный ввод в систему энергии топлива, идущей на производство пара (ГДж / год)

- Ew — ежегодное количество энергии, содержащейся в обрабатываемых отходах, рассчитывается по низшей теплотворной способности (net calorific value) отходов (ГДж / год)

- Ei — означает ежегодное количество энергии, привлекаемой извне, не включая сюда Ew и Ef (ГДж / год).

- 0,97 — коэффициент для учета потерь энергии из-за золы и излучения энергии. Эта формула должна применяться в соответствии со справочным документом по наилучшим доступным технологиям для сжигания отходов».

См. http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32008L0098:EN:NOT

[7] http://www.cewep.eu/studies/climate-protection/art230,360.html