Всемирная свалка уменьшается. Уже в ближайшем будущем новые технологии помогут повторно использовать до 90% всего мусора

Количество мусора, продуцируемого человечеством, растет в геометрической прогрессии. Традиционные свалки и полигоны уже не могут «переварить» всех отходов. К тому же существование таких свалок негативно отражается на экологии. 

Поэтому сейчас развитые страны активно работают над поиском технологий, позволяющих перерабатывать мусор в топливо, стройматериалы, полимеры или удобрения. И совсем скоро в землю будет уходить только экологически чистая пыль. 

Отобрать главное

Переработка мусора во всех развитых странах начинается уже с дома, точнее, с домашней сортировки. В зависимости от дальнейшей переработки отходы можно делить на сухие (бытовые) и мокрые (пищевые) либо вообще отдельно сортировать бумагу разных видов, стекло и пластик разных цветов, аккумуляторы, пищу, металлы, электронику, ветошь, лекарства и медицинские отходы. Стимулируют потребителей к сортировке мусора кнутом и пряником: за неразобранный мусор попросту штрафуют. Однако после появления технологий промышленной сортировки, которая позволяет безболезненно отделять основные группы отходов друг от друга, многие страны — лидеры детальной сортировки начинают от нее отказываться.

Так, например, происходит в Германии. «Гегемония желтой бочки» (контейнер для непищевых отходов, с появления которого началась детализированная сортировка мусора) постепенно сходит на нет по причинам, напрямую связанным с технологиями раздельного сбора. Многие граждане просто устали держать у себя дома полдюжины мусорных пакетов и носить на утилизацию за тридевять земель аккумуляторы или старые компьютеры. Они стали массово выбрасывать ресурсосодержащий мусор в контейнер «прочее», чем изрядно подпортили жизнь сервисным компаниям. Те в свою очередь вынуждены были разработать технологию постепенного разогрева, которая дает возможность безболезненно разделять смешавшиеся непродовольственные фракции. Эта технология проходит сегодня апробацию и, скорее всего, облегчит жизнь не одному миллиону европейцев, которым, как в старые добрые времена, разрешат пользоваться «всего» двумя-тремя контейнерами.
Если домашний раздельный сбор мусора или сортировка не предусмотрены законодательно, то отбор ценных компонентов производится на специальных сортировочных станциях. Первыми из общего котла, как правило, извлекаются металлы. Несмотря на вариации применения, способ достать банки, гвозди, корпуса и прочие металлические предметы из общей массы мусора один — мощный магнит. Затем оставшиеся отходы либо сортируются вручную (разделяются на пластик, бумагу, стекло), либо проходят гидросепарацию — прогоняются через воду. Существуют специальные заводы для выделения из мусора фракций различных неметаллических веществ: пластмасс, стекла, костей, бумаги и других материалов с целью дальнейшей их раздельной переработки.
Преимуществом ручной сортировки является возможность не смешивать, например, органические отходы с неорганическими, а также бережно выбирать неповрежденными такие вредоносные элементы, как батарейки, аккумуляторы или люминесцентные лампы. Зато при гидросепарации не задействуется ручной труд, и можно сортировать в барабане с водой органику и неорганику, отправляя на вторичную переработку до 85% всех отходов (в обычных условиях перерабатывается не более половины всего собираемого мусора). Весь компост при этом оседает на дне, а легкие компоненты поднимаются на поверхность. Затем пищевые отходы высушиваются и отправляются на удобрения, а остальные сортируются по размеру и уходят на вторичную переработку.
Впрочем, у гидросепарации есть один большой недостаток, о котором не любят говорить разработчики: используемая вода за время постоянного оборачивания в цикле насыщается тяжелыми металлами. И уже после первого использования и очистки она непригодна ни для полива, ни для любых других нетехнических нужд. Естественно, вторичное «омывание» такой водой следующей партии мусора, а особенно выделение в процессе циркуляции компоста, который пойдет на удобрения, является достаточно сомнительной операцией с точки зрения экологической безопасности. Кроме того, гумус в процессе переработки, а затем и попадания в землю имеет свойства накапливать в себе нитраты, которые затем попадают в растения. Чтобы металлы и нитраты вышли из компоста, на него высаживают специальные растения, «вытягивающие» эти компоненты. Однако эффективность этого метода очистки гумуса до конца не изучена. Поэтому наиболее перспективной на сегодняшний день является разработка технологий по превращению компоста в газообразное или жидкое биотопливо для автомобилей. Также компост можно отправлять на мини-реакторы, в которых благодаря жизнедеятельности бактерий вырабатывается метан.

Куда девается главное
Тщательная сортировка мусора рентабельна лишь в том случае, если отходы не отправляются на свалку, а идут на дальнейшую переработку. Цивилизованный мир уже давно идет по пути закрытия мусорных полигонов, поскольку они вредят экологии, загрязняя водоемы и прилегающие территории, могут загораться из-за избытка метана и занимают огромные площади, которые рентабельнее использовать для сельскохозяйственных нужд. Альтернативой может быть свалка в несколько слоев, которая поэтапно засыпается землей. Теоретически в дальнейшем на ней можно проводить лесопосадки. Но такие полигоны можно создавать лишь при наличии свободных земель, на определенном расстоянии от жилых застроек, в условиях водонепроницаемых грунтов или низкого залегания подземных вод.
Хорошо скомпонованный мусорный полигон можно использовать для отвода газа метана, который затем используется для энергетических нужд. Бытовой мусор засыпают слоем уплотненного грунта толщиной 0,6–0,8 м. Наличие в толщах мусора на свалках пористости и органических компонентов создает предпосылки для активного развития микробиологических процессов. Наибольший объем занимает нижняя анаэробная зона, в которой такие процессы протекают при малом (ниже 2%) содержании кислорода. В этих условиях образуются самые разные газы и летучие органические вещества. Именно здесь происходит образование метановых выбросов.
Однако таких «правильных» площадок очень мало, особенно в странах бывшего соцлагеря, не говоря уже о государствах третьего мира. Основная масса — это свалки, на которых отвод газа существенно ограничен. Увеличивать их количество там, где уже используются прогрессивные технологии по переработке мусора, нецелесообразно. Поэтому на свалки, как правило, отправляются только не подлежащие переработке шлаки. В некоторых странах, например  Швеции, такие отходы герметично упаковывают и зарывают на полигонах до того времени, когда будет изобретена технология, позволяющая либо их уничтожить, либо переработать.
Некоторые страны рассматривают возможность расконсервации старых полигонов и свалок, чтобы извлечь из них ценные компоненты. Извлекая с этого «золотого дна» перерабатываемые элементы, можно сэкономить тысячи тонн условного топлива на добыче новых объемов полезных ископаемых. Например, бесчисленное количество автомобильных покрышек может превратиться в сотни литров биотоплива, а пластмассовые детали — в тысячи ящиков, ведер, корпусов мебели и бытовой техники. Конечно, хранящийся на старых полигонах компост, насквозь пропитанный ртутью из старых градусников и мелким стеклом разбитых лампочек, ни в коем случае нельзя пускать на удобрения. Зато его можно использовать в качестве печного топлива. Но при вскрытии старых свалок велик риск распространения вредных микроорганизмов, фильтрата и прочих опасных веществ, которые таят в себе тлеющие мусорные могильники.
То, что пока не подлежит переработке, можно просто сжечь, переработав в строительную крошку. Кроме того, в процессе сжигания происходит выделение тепла, которое можно пустить как на обогрев домов, так и на обеспечение горячим водоснабжением или генерацию электроэнергии. Сжигание 1000 кг твердых бытовых отходов позволяет получить тепловую энергию, эквивалентную сжиганию 250 кг мазута или 300–400 кВт•ч электроэнергии. Считается, что город с населением в 500 тыс. человек может дать
1 тыс. т отходов в день, и это количество в состоянии на 7% покрыть расходы на обеспечение топливом энергоблока мощностью 500 МВт. Но диоксины, которые выделяются при сжигании мусора, независимо от того, насколько сильные фильтры используются на трубах, — это большой минус технологии сжигания. Раньше считалось, что их можно уничтожить при доведении температуры горения до 1400–1700 градусов, но затем выяснилось, что даже более высокая температура сжигания не решает проблему выброса вредных веществ. Помимо диоксинов, мусоросжигательные заводы выбрасывают в атмосферу хлористый и фтористый водород, сернистый газ, а также твердые частицы металлов: свинца, цинка, железа, марганца, сурьмы, кобальта, меди, никеля, серебра, кадмия, хрома, олова, ртути и др.
На активное использование этого метода обращения с отходами решилась только Япония (там насчитывается почти 2 тыс. мусоросжигательных заводов): все выбросы уносятся ветром в океан. Для материковых стран этот подход неприемлем. Поэтому большинство государств Европы и Америки от мусоросжигания отказываются, а все производители соответствующего оборудования активно осваивают рынки развивающихся стран, таких как Украина, Беларусь и Россия. Как бы не пытались сторонники сжигания усовершенствовать технологию, заменяя воздух для розжига кислородом, добавляя природный газ, выводя все выбросы в герметичные системы теплоснабжения, это не решает проблему загрязнения атмосферы. А потому сжигание мусора уже давно считается тупиковой ветвью технологии обращения с отходами.

Технологии будущего
В цивилизованных странах власти и частные инвесторы уже давно пошли по пути рисайклинга (повторного использования) отходов. Речь идет прежде всего о вторичной переработке: после сортировки бумага вновь направляется на картонно-бумажные комбинаты, пластик — на предприятия по гранулированию, древесина — на комбинаты по производству пеллет и т. д. Почти половина всех городских отходов приходится на бумагу. На производство 1 кг бумаги затрачивается 48,6 кДж энергии, а при ее сжигании выделяется всего 17,2 кДж/кг. Следовательно, при сжигании макулатуры теряется 64% энергии, и потому бумажные отходы рациональнее использовать в качестве вторичного сырья, а не для производства энергии.
Многие строительные материалы могут повторно использоваться в качестве основы для производства цемента или готовых строительных блоков, шифера, черепицы, панелей, не говоря уже о материалах для строительства дорог. Из  стекла после вторичной переработки можно делать плафоны для фонарей уличного освещения, керамическую плитку, утеплитель для стен, абразивные материалы, стеклоблоки, электроизоляторы. При использовании стеклобоя в производстве стеклотары энергозатраты снижаются на 30–40%. То же  касается пластмасс: единственное ограничение в их дальнейшем использовании — они не годятся для тары под пищевые продукты. Вторичной переработке подвергают и такие ранее считавшиеся «неподъемными» для перерабатывающей промышленности материалы, как автомобильные покрышки. Из них можно либо сделать новые шины, либо пустить на печное топливо, по своим свойствам заменяющее мазут, либо переработать на биотопливо для автомобилей. В целом себестоимость металла, стекла, бумаги и прочих материалов, получаемых из вторичного сырья, составляет 20–30% от себестоимости их получения из первичного сырья, включая также затраты на их сбор, переработку и транспортировку.
Наиболее перспективным способом утилизации как органических, так и неорганических отходов человеческой деятельности на сегодняшний день считается пиролиз — разложение путем электронагревания без кислорода. Условно пиролиз делят на низкотемпературный (до 900 градусов) и высокотемпературный (плазменная газификация происходит при температуре свыше 900 градусов). Принцип действия в обоих случаях примерно одинаков. Измельченный мусор нагревается и превращается (при низких температурах) в экологически чистую пыль (неорганику) либо в нефть (органика), а при высоких — в смесь угарного газа и водорода — синтез-газа. Из одной тонны органических отходов в процессе низкотемпературного пиролиза добывается 160 л нефти с низким содержанием серы, 70 кг угля, по теплотворности не уступающего каменному углю, и небольшое количество газа. Впрочем, эти ресурсы нельзя использовать в качестве полноценных энергоносителей из-за низкой теплоты сгорания. Они пригодны лишь в качестве добавок к топливу, используемому на самих заводах. Пепел же отправляется на захоронение, и такие свалки подлежат вполне безопасной рекультивации. Именно путем низкотемпературного пиролиза удается разлагать шины до состояния материала, используемого в качестве сорбента для очистки воды.
Плазменной высокотемпературной обработке целесообразно подвергать твердые отходы, опасные шлаки, металлическую стружку, отходы керамики, лакокрасочных изделий, загрязненные почвы, радиоактивные отходы, отходы электронной промышленности. Полученный газ можно сжигать для получения пара, горячей воды, тепла и электроэнергии. От высокотемпературного пиролиза остаются шлаки, вполне пригодные для использования в качестве стройматериалов. При этом выбросы в атмосферу вредных веществ минимальны, а тяжелые металлы не образуются.
Главные разработки в сфере обращения с бытовыми отходами сегодня ведутся именно в части совершенствования плазменных технологий, позволяющих получать из бытового мусора топливо для автомобилей. Например, исследователи из Массачусетского технологического института разработали инновационную технологию, с помощью которой высокотемпературный пиролиз будет давать не только синтез-газ, но и биотопливо. Поначалу отходы разогреваются до 1200 градусов с небольшой добавкой кислорода. На этом этапе мусор превращается в углеподобный материал, который затем газифицируется с помощью пропускания через плазму дугового разряда. Остающийся в итоге неорганический материал, содержащий токсические компоненты, окисляется и помещается в безопасную стекломассу, которую после застывания можно использовать для строительства дорог. Далее синтез-газ с помощью специальных ферментов перерабатывается в этанол и метанол, которые используются в качестве альтернативы бензину и биодизельному топливу.
Также ученые изучают возможность совместной переработки различных элементов. Например, голландская компания Alcoa Netherland разработала технологию по переработке отходов, одновременно содержащих алюминий и пластмассу (например, крышки бутылок или банки из-под пива). Поначалу происходит пиролиз пластмассы, потом выделенные пары газифицируют, затем дожигается кокс, образованный из алюминия. Параллельно с элементами пластмассы при таком горении удаляется и вредное лакокрасочное покрытие металла.

Алексей НАБОЖНЯК