Лекция 11. Основные компоненты и принципы экологически чистого производства

«Экологически чистое производство» есть новый способ производства товаров и оказания услуг, целью которого является полное изменение настоящего экологически разрушительного производства и привычек потребления.

Конференция РИО-92 подтвердила определение экологически чистого производства (ЭЧП) и дала следующее его расширенное понятие:

1)применительно к производственным процессам ЭЧП означает сокращение материало- и энергозатрат, исключение из производственных процессов токсичных сырьевых материалов, уменьшение количества и снижение уровня токсичности выбросов и отходов до выхода их из производственного процесса;

2)применительно к продукции ЭЧП означает уменьшение негативного воздействии на окружающею среду в течение всего жизненного цикла изделия – от добычи сырья до момента, когда продукция становится отходом;

3)применительно к сфере услуг ЭЧП означает соблюдение экологических норм при разработке и предоставлении услуг.

ЭЧП – новый уровень технологий, базирующийся на следующих основных принципах:

1. Подавление выбросов и минимизация количества отходов;

2. ЭЧП обходится дешевле, чем борьба с выбросами. В 1992 г. США потратили на борьбу с выбросами более 100 млрд. долл. (страны ЕЭС – более 30 млрд. долл.), но проблема не решена;

3. ЭЧП может быть обеспечено различными путями: улучшенная административно-хозяйственная организация, замена сырья, изменение технологий;

4. Обязательный элемент ЭЧП – рециклинг (переработка собственных и «чужих» отходов).

Экологически чистое производство не означает производство товаров на фабрике без пыли и грязи. Это понятие отражает целостную систему принципов решения серьезных экологических проблем, возникающих в результате проектирования и потребления товаров. Экологически чистое производство предлагает способы изменения нашего сегодняшнего расточительного использования материалов и энергии. ЭЧП призывает использовать экологическое проектирование товаров, возобновляемую энергию и материалы. Это подразумевает, что товары и процессы не должны представлять опасности. Очень важно, что этот подход защищает биологическое и культурное разнообразие и в то же время опирается на предупредительный, профилактический и демократический подходы к производству и потреблению.

Чистое производство связано с концепциями жизненного цикла товара. Оно:

-подвергает сомнению необходимость в самом товаре,

-использует упреждающий подход к выбору материала, системе и созданию товара,

-проектирует товар долговечный и пригодный для повторного использования,

-снижает использование возобновляемой энергии, воды и сырья,

-использует безопасные и нетоксичные подходы в процессе производства,

-повторно перерабатывает экологически безопасные материалы,

-снижает потребление на материалоемком производстве, в то же время, сохраняя качество товара и уровень жизни,

-гарантирует работу в сфере устойчивой экономики,

-защищает биологическое и социальное разнообразие.

ЭЧП означает постоянное использование интегрированной, профилактической, экологической стратегии к процессам и товарам с целью снизить риск для человека и окружающей среды. В случае производственных процессов, экологически чистое производство включает сохранение энергии и сырья, исключение токсичного сырья и снижение объема и токсичности всех выбросов и отходов до того, как они покинут процесс. В случае товаров, стратегия концентрируется на снижении последствий влияния товара на протяжении всего цикла, от добычи сырья до окончательной утилизации товара.

Экологически чистое производство, в конечном счете, означает использование возобновляемой энергии и материалов, минимальное использование ресурсов, проектирование экологичных товаров, производство пищи устойчивыми способами и производство отходов, которые можно будет без проблем вернуть в процесс производства.

ЭЧП начинается с всестороннего взгляда на путь потока товаров в обществе. В особенности этот взгляд фокусируется на товарной цепи: откуда берется сырье, как и где оно обрабатывается, какие отходы образуются в процессе производства, какие товары получаются из этого сырья и что происходит с ними в течение срока их годности и при окончательной утилизации. Кроме этого, подвергается сомнению необходимость в самом товаре. Часто функция, которую выполняет товар, может быть обеспечена более экологически чистым и безопасным способом, требующим к тому же меньшего количества материалов и энергии.

ЭЧП не сводится к «предотвращению загрязнения», которое традиционно предлагает уменьшение токсичных материалов в самом начале процесса изготовления. Предотвращение загрязнения было, в свою очередь, шагом вперед по сравнению с контролем загрязнения «на конце трубы» (т. е. в конце технологического цикла) и некоторыми технологиями утилизации, например мусоросжигательными установками. Меры по контролю загрязнения на выходе не решали проблему накопления отходов; скорее, они только переносили опасность из одной экологической среды в другую. Так, в случае мусоросжигательных установок опасные отходы и мусор собираются в процессе производства и жизнедеятельности населения. Когда отходы сжигаются, происходит загрязнение воздуха и воды. Загрязнители концентрируются в золе, которую погребают на свалках, или в некоторых странах, например в Нидерландах, используют для дорожного строительства. Но это не окончательное решение: отходы могут просочиться со свалки, а поверхность дороги разрушиться. Подход, основанный на предотвращении загрязнения, сделал производственные процессы менее токсичными и более эффективными, но экологически чистое производство исповедует более целостную систему взглядов на сам процесс производства. Теперь экологически чистое производство пропагандируется на многих международных форумах, таких как OSPAR (Осло–Парижское) Соглашение по Северо-Восточной Атлантике (Convention for the Northeast Atlantic), Декларация Северного моря (North Sea Declaration) и Барселонское соглашение по средиземноморскому региону (Barcelona Convention for the Mediterranean Region).

Согласно различным определениям, разработанным за последние годы, концепцию чистого производства составляют четыре главных элемента:

-Принцип презумпции осторожности: «Когда существует вероятность, что деятельность человека может принести вред как природе, так и самому человеку, необходимо принять предупредительные меры, даже если в некоторых случаях причинно-следственные связи полностью не установлены учеными». Этот принцип требует, чтобы не жертвы или потенциальные жертвы доказывали, что та или иная деятельность может принести вред, а чтобы сторонники той или иной производственной деятельности доказывали, что нет другого, более безопасного способа.

-Программа экологически чистого производства UNEP: Экологически чистое производство означает непрерывное применение интегрированной профилактической экологической стратегии к технологическим процессам и товарам для снижения опасности для человека и окружающей среды.

· В отношении технологических процессов экологически чистое производство подразумевает экономию сырья и энергии, исключение токсичного сырья, а также снижение количества и токсичности всех выбросов и отходов, прежде чем они выйдут из товарного цикла.

· В отношении товаров стратегия уделяет особое внимание снижению отрицательных последствий на протяжении всего цикла товара, от извлечения сырья до конечной утилизации товара.

· Экологически чистое производство достигается путем применения приемов «ноу-хау», улучшения технологии и изменения отношения к природе.

-Экологическая эффективность: достигается путем обеспечения конкурентоспособных по цене товаров и обслуживания, которые удовлетворяют человеческие нужды и повышают качество жизни. Это достигается при прогрессивном сокращении экологических последствий и использования ресурсов в течение полного цикла товара, по крайней мере, до уровня, не превышающего возможности планеты Земля. Критерии экологической эффективности включают в себя: снижение расхода материалов и энергии на производство товаров и услуг (дематериализация); снижение распространения токсикантов; увеличение срока годности товаров и их надежности. Модель экологической эффективности уделяет некоторое внимание необходимости сокращения использования токсичных веществ, лучше контролировать их распространение.

-Коэффициент 4, Коэффициент 10: для того, чтобы добиться как экономического, так и экологического прогресса в устойчивом развитии, необходимо резко снизить затраты материалов на единицу услуги или товара. Для 50 % -ного сокращения глобальных потоков материалов будущие сооружения, товары и услуги должны быть дематериализованы с 10-кратным коэффициентом. Другими словами, чтобы гарантировать существование будущих поколений, мы должны снизить воздействие экономической активности на окружающую среду. Недавно некоторые европейские страны согласились провести такие сокращения. Нидерланды надеются достичь сокращения с Коэффициентом 4, уменьшив вдвое использование ресурсов и удвоив благосостояние. Австрия надеется достичь Коэффициента сокращения 10 в следующем десятилетии. Швеция рассчитывает сократить потребление энергии и материалов в 10 раз за следующие 25–50 лет. Германия идет к более скромной цели — сократить использование невоспроизводимого сырья в 2,5 раза, которая должна быть достигнута к 2020 г.

В настоящее время многие инженерные дисциплины стараются замкнуться в рамках своего производства и видят свою задачу только в разработке замкнутых, безотходных и других "экологически чистых" технологий, позволяющих уменьшить свое вредное воздействие на природную среду. Но задачу о рациональном взаимодействии производства с природой подобным путем полностью не решить, так как в этом случае один из компонентов системы - природа - исключается из рассмотрения. Изучение процесса общественного производства с окружающей средой требует применения, как инженерных методов, так и экологических, что привело к развитию нового научного направления на стыке технических, естественных и социальных наук, называемого инженерной экологией.

Природоохранное законодательство устанавливает юридические (правовые) нормы и правила, а также вводит ответственность за их нарушение в области охраны природной и окружающей человека среды; включает в себя правовую охрану природных (естественных) ресурсов, природных охраняемых территорий, природной окружающей среды городов (населенных мест), пригородных зон, зеленых зон, курортов, а также природоохранные международно-правовые аспекты.

Природоохранная политика в народном хозяйстве проводится, главным образом, через законы, общие нормативные документы (ОНД), строительные нормы и правила (СНиП) и др. документы, в которых инженерно-технические решения увязаны с экологическим нормативом. Экологический норматив предусматривает обязательные условия сохранения структуры и функций экосистемы, а также всех экологических компонентов, которые жизненно необходимы при хозяйственной деятельности человека. Экологический норматив определяет степень максимально допустимого вмешательства человека в экосистемы, при которой сохраняются экосистемы желательной структуры и динамических качеств. Иными словами, недопустимыми в хозяйственной деятельности человека являются такие воздействия на природную среду, которые приводят к опустыниванию. Глобальный экологический норматив определяет сохранение биосферы планеты, и в том числе климата Земли, в виде, пригодном для жизни человека, благоприятном для его хозяйствования.

В некоторых регионах России намечаются направления технической политики, нацеленные на более полное и комплексное использование природных ресурсов, сырья, материалов и топлива, расширение использования и комплексной переработки низкокачественных ресурсов и производственных отходов, внедрение без­отходной технологии, предотвращение загрязнения окружающей среды. Разработана Комплексная программа, включающая в себя ряд подпрограмм, таких, как "Недра", "Биосфера", "Химия твердого тела" и "Физика твердого тела". В рамках каждой подпрограммы уделяется внимание повышению эффективности производства, переработке всевозможных видов отходов. В настоящее время рост энергоемкости и материалоемкости современного производства значительно опережает рост численности населения. Потребление энергии растет в 3 раза, добыча минеральных ресурсов - в 2 раза быстрее, чем население. Горнодобывающая промышленность выдает в год более 40 т продукции в расчете на одного жителя Земли.

Предприятия черной металлургии пускают в отходы породу, содержащую свинец, кобальт, медь. При добыче угля ежегодно на поверхность поднимают около 1 млрд. м² пустой породы. Строят из нее бесполезные пирамиды - терриконы. При этом впустую растрачиваются тысячи гектаров плодородных земель. Загрязняется атмосфера, терриконы горят, ветер поднимает с их бесплодных склонов тучи пыли.

В то же время переработка техногенных отходов – единственная на длительную перспективу возможность решить проблему источников сырья. В связи с этим надо по-другому планировать техническую политику. Прежде всего, это означает, что отраслевой подход к выбору направлений может привести к неблагоприятным, а иногда и к катастрофическим результатам. Учитывая, что лишь 2% потребляемых природных ресурсов превращается в конечную продукцию, а остальное переходит в отходы, переработка отходов становится первоочередной задачей, основой решения проблемы ресурсосбережения. Используя отходы, снижая потребление природных ресурсов, ограничивая выбросы и снимая вредное влияние хранилищ отходов на окружающую среду. Можно решить большой круг экологических проблем.

В мировой практике в настоящее время складываются фундаментальные представления о наиболее эффективных направлениях ресурсо-экологической политики, основой которой в части сбережения материалов является обращение с техногенными и бытовыми отходами. Этот процесс охватывает весь объем операций, связанных с мониторингом, хранением, переработкой отходов и законодательным оформлением всех действий.

При самых совершенных технологиях предотвратить образование отходов невозможно. Утилизацию основной массы отходов можно провести по следующим направлениям:

1) уничтожение отходов с переводом их в безопасные продукты. При этом возможно и желательно получение и использование вторичной энергии. Этот вариант предпочтителен для большинства твердых бытовых отходов, осадков сточных вод, отходов с/х производства, микробиологии, сферы образования, здравоохранения, науки, сервиса;

2)консервация отходов в безопасном состоянии для их использования в ближайшем или отдаленном будущем;

3)текущее использование отходов в производственном цикле («внутренний» или «производственный» рециклинг);

4)использование отходов на предприятиях других отраслей промышленности (первый вариант «глобального» рециклинга);

5)использование отходов из хранилищ в собственной или других отраслях (второй вариант «глобального» рециклинга).

Эффект от перечисленных мероприятий – высвобождение территорий, ликвидация вредного влияния на окружающую среду, снижение потребления материальных ресурсов.

Металлургия – одна из отраслей, наиболее полно использующих «производственный рециклинг». Это и использование «возврата» в агломерационном производстве, и использование продуктов пылеочистки доменных, сталеплавильных и электросталеплавильных печей, физического и химического тепла отходящих газов и др.

Сегодня производственный рециклинг можно трактовать как оперативное использование вторичных ресурсов предприятия в одном из его подразделений. Этому способствует соответствие качества вторичного сырья качеству исходных материалов, что снимает ряд сложных проблем глобального рециклинга. Однако практика показала, что более 70% всех образующихся техногенных отходов не могут быть переработаны предприятиями – «изготовителями отходов». Это целиком относится к «отложенным» отходам. Таких отходов только на территории России накоплено более 90 млрд. т. Перерабатывать подобные материалы предстоит другим отраслям. Таким образом, назрела концепция глобального рециклинга материалов.

Рисунок 16 - Схемы производственного и глобального рециклинга

Получение минералов из отходов чрезвычайно выгодно. Например, щебень, получаемый из отходов, в 2—2,5 раза дешевле того же щебня, добываемого специализированно. Известно, что многими вскрышными породами можно заменить нерудные строительные материалы в дорожном строительстве, выгодно использовать их при производстве цемента, стекла, керамики, полезно направлять в сельское хозяйство, в частности, для известкования почв.

Промышленность строительных материалов является практически единственной в достаточно широких масштабах использующей отходы всевозможных производств. Всего строительная индустрия спасает от списания в отходы около половины образующихся доменных шлаков. Еще в 80-х годах было принято решение об обязательном вводе в строй новых доменных печей только в комплексе с установками для переработки и подготовки шлаков к последующему использованию. Близ металлургических комбинатов построено более 20 цементных заводов, вырабатывающих на базе металлургических шлаков отличный шлако-портландцемент. Металлургические шлаки - отличное сырье для производства целого ряда материалов: цемента, щебня для строительства дорог, шлаковой пемзы, минеральной ваты и знаменитого своими свойствами шлакоситалла, идущего на изготовление особо прочных и химически стойких труб, панелей, электроизоляторов и электровакуумных приборов.

Развитие современного производства, и, прежде всего, промышленности, базируется в значительной степени на использовании ископаемого сырья. Среди отдельных видов ископаемых ресурсов на одно из первых мест по народнохозяйственному значению следует поставить источники топлива и электроэнергии.

По мере технического прогресса все больший удельный вес приобретают первичные источники электроэнергии, получаемые с гидро- и геотермальных электростанций. Растет и получение электроэнергии с атомных электростанций. Потенциальные мощности всех этих источников велики, но пока экономически эффективной является только небольшая их часть.

Повышение цен на нефть повлияло на потребление нефтепродуктов, структуру автомобильного парка (наметился переход к менее мощным и более экономным машинам). В результате удельный вес нефтепродуктов в потреблении топлива стал сокращаться, и наметилось повышение удельного веса угля, а также рост доли атомной и гидроэнергии. В последние годы появились сомнения в целесообразности дальнейшего развития атомной энергетики.

Одной из характерных черт современного этапа научно-технического прогресса является возрастающий спрос на все виды энергии. Важным топливно-энергетическим ресурсом является природный газ. Затраты на его добычу и транспортировку ниже, чем для твердых видов топлива. Являясь прекрасным топливом (калорийность его на 10% выше мазута, в 1,5 раза выше угля и в 2,5 раза выше искусственного газа), он отличается также высокой отдачей тепла в разных установках. Газ используется в печах, требующих точного регулирования температуры; он мало дает отходов и дыма, загрязняющих воздух. Широкое применение природного газа в металлургии, при производстве цемента и в других отраслях промышленности позволило поднять на более высокий технический уровень работу промышленных предприятий и увеличить объем продукции, получаемой с единицы площади технологических установок.

За последние три десятилетия существенно изменилась структура потребления угля в связи с вытеснением его нефтепродуктами и газом. Сократилось потребление угля в железнодорожном, морском и речном транспорте, а также в бытовом секторе. Более 56% потребления угля приходится на тепловые электростанции. Крупные потребители угля - коксохимические предприятия. Доля их в общем потреблении за последние годы почти не изменилась, хотя производство чугуна заметно увеличилось. Это обусловлено внедрением новых способов выплавки чугуна и стали, строительством крупных доменных печей, вызвавших снижение удельного потребления кокса. На снижение удельного расхода кокса влияет не только использование топливных реагентов (природного газа), но и обогащение доменного дутья кислородом, улучшение качества исходного сырья путем повышения содержания железа в руде и т. п. Одним из главных путей расширения использования угля является использование его как сырья для производства синтетического жидкого и газообразного топлива для химической промышленности.

Из высококачественных видов топлива на первом месте находится нефть, на долю которой приходится 63%. В настоящее время в связи с ростом в стране энергопотребления, выработанностью легкодоступных месторождений нефти, ограниченностью ее запасов в земной коре, угрозой ее исчерпания, а также более эффективным использованием нефти как сырья в химической промышленности возникла проблема ускорения развития других отраслей топливно-энергетического комплекса как в целом по стране, так и по отдельным регионам.

Экономия топливно-энергетических ресурсов в настоящее время становится одним из важнейших направлений перевода экономики на путь интенсивного развития и рационального природопользования. Значительные возможности экономии минеральных топливно-энергетических ресурсов имеются при использовании энергетических ресурсов. Так, на стадии обогащения и преобразования энергоресурсов теряется до 3% энергии. В настоящее время 4/5 всего количества электроэнергии в стране производится тепловыми электростанциями, которые работают главным образом на угле. На ТЭС при выработке электроэнергии полезно используется лишь 30-40% тепловой энергии, остальная часть рассеивается в окружающей среде с дымовыми газами, подогретой водой.

Немаловажное значение в экономии минеральных топливно-энергетических ресурсов играет снижение удельного расхода топлива на производство электроэнергии.

Таким образом, основными направлениями экономии энергоресурсов являются: совершенствование технологических процессов, совершенствование оборудования, снижение прямых потерь топливно-энергетических ресурсов, структурные изменения в технологии производства, структурные изменения в производимой продукции, улучшение качества топлива и энергии, организационно-технические мероприятия. Проведение этих мероприятий вызывается не только необходимостью экономии энергетических ресурсов, но и важностью учета вопросов охраны окружающей среды при решении энергетических проблем.

Большое значение имеет замена ископаемого топлива другими источниками (солнечной энергией, энергией волн, прилива, земли, ветров). Эти источники энергетических ресурсов являются экологически чистыми. Заменяя ими ископаемое топливо, мы снижаем вредное воздействие на природу и экономим органические энергоресурсы.

Из анализа ретроспективы развития природоохранной деятельности и ресурсосберегающей технологии производства продукции потребления следует, что многомиллиардные затраты на эти цели не принесли желаемых результатов.

Последним по времени вкладом в борьбу с нарастающей глобальной экологической катастрофой явился так называемый Киотский протокол. Это документ, имеющий цель уменьшение загрязнения окружающей среды, был подписан в 1997 году на состоявшемся в Киото под эгидой ООН международном саммите. Участники саммита взяли на себя обязательство сократить в среднем на 5,2 процента выбросы углекислого и других вредных газов в атмосферу Земли к 2012 году, исходя из объемов 1990 года. Протокол вступил в силу 16 февраля 2005 года.

Минэкономразвития РФ внесло на рассмотрение правительства России план действий по реализации Россией Киотского протокола. План предусматривает в первую очередь сокращение выбросов парниковых газов в реальном секторе. Так, к 2010 году на 8 процентов должна повыситься эффективность использования топлива в электроэнергетике. В газовом секторе планируется к 2010 году сократить потери газа на 47 миллиардов кубометров.

Муниципальные сети теплоснабжения должны удвоить темпы замены ветхих коммуникаций. Кроме того, предполагается увеличить темпы воспроизводства леса - естественного поглотителя парниковых газов - в пределах от 15 процентов до 25 процентов к нынешнему уровню.

Россия ратифицировала протокол в сентябре 2004 года. С этого момента она оказалась в числе стран, входящих в так называемый "список номер 1" протокола. Туда вошли государства, взявшие на себя обязательства в период с 2008 по 2012 годы не допускать выбросов парниковых газов в атмосферу выше уровня, зафиксированного в 1990 году. Не вошли в этот список такие индустриальные страны, как Китай, Индия, а также Соединенные Штаты Америки, отказавшиеся ратифицировать этот документ.

Россия вполне вписывается в параметры "списка номер 1" благодаря произошедшему серьезному сокращению эмиссии углеводородных газов в период экономического спада 90-х годов прошлого века.

Однако этого недостаточно - для выполнения обязательств российскому правительству предстоит реализовать программы повышения энергоэффективности отечественной экономики, создать систему мониторинга выбросов, увеличить количество действующих альтернативных источников энергии, не использующих углеводородное сырье (то есть нефть и газ), а также запустить систему распределения так называемых "квот на выброс" между промышленными предприятиями и открытии для них доступа на мировой рынок.