Битум, уголь, коллаген – вторая жизнь отходов

Фото: freepik.com © Freepik

Спецпроект: Рынок вторичного сырья

Банановую кожуру — в керамику

Новые способы переработки как промышленных, так и коммунальных и бытовых отходов. Разрабатывает научный коллектив Томского политеха (ТПУ). На выходе должны получаться полезные продукты, которые можно с теми или иными целями использовать снова.

Потребность в такой работе существует как внутри страны, так и во всем мире. Проблемы изменения климата и защиты окружающей среды продолжают оставаться насущными, поэтому запрос на инновации в этой сфере есть и у бизнеса, и у государства. За последние годы отрасль шагнула далеко вперед, и отечественные технологии во многом превосходят зарубежные.

«На самом деле это тема очень фундаментальная и несет глобальный характер. В зависимости от отрасли и класса опасности отходов существуют различные тенденции по развитию их переработки. Как пример: относительно недавнее достижение наших ученых — технологии повторного обогащения отходов ядерных реакторов. Этой технологией владеет только наша страна. Еще один наглядный пример — переработка шин автомобилей в различные продукты строительства и архитектуры. Таких примеров немало в различных отраслях. В лесной отрасли наиболее перспективное — это получение углеродсодержащих органических продуктов, таких как активированные угли, бифенилены, энергетические продукты», — рассказал директор Национального института экологии и климата, доктор технических наук Гарик Гаспарян.

Он добавил, что в мире сейчас существует всего три основных способа утилизации отходов: переработка, сжигание и захоронение. И наименее применяемый способ — переработка, а он как раз подразумевает использование отходов в качестве вторичного сырья и получения какой-либо продукции.

Профессор кафедры теплоэнергетики Института энергетики КузГТУ, доктор технических наук Александр Богомолов подчеркивает, что основная задача инноваций в этой сфере — не просто обеспечить быструю утилизацию промышленного или бытового мусора в больших объемах, но и преобразовать его во что-то необходимое.

Технологии в сфере переработки отходов главным образом направлены на то, чтобы на выходе получались полезные и высокомаржинальные продукты. То есть мы должны добиваться того, что востребовано — чаще всего в химической отрасли. Она имеет возможность по свои технологиям переработать то, что получается, допустим, после пиролиза и газификации. При этом все процессы должны проходить с наименьшим выбросом СО2, то есть с наименьшим углеродным следом», — отметил он.

Одной из интересных задач для томских ученых оказалась переработка пищевых отходов. Из цедры цитрусовых, скорлупы кокоса и грецких орехов, кожуры банана, березовых листьев и газонной травы научились получать углерод. Это возможно благодаря термической утилизации в бескислородной среде. Из углерода, в свою очередь, можно изготовить керамику.

По словам профессора, руководителя стратегического проекта «Энергия будущего» ТПУ Александра Пака, проект встраивается в глобальную повестку четвертого энергоперехода, затрагивает процессы переработки отходов и получения из них полезных материалов, востребованных в технологиях новой энергетики. Свойства новой керамики, к примеру, позволяют использовать ее для фильтрации воздуха.

«Керамика из растительного углерода может не только улавливать углекислый газ, но и осуществлять утилизацию углерода. Это один из возможных вариантов решения задачи по декарбонизации, которая сегодня поставлена правительством страны», — отметил он.

Доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ Кирилл Ларионов добавил, что углерод, полученный из растительного сырья, обладает уникальными свойствами за счет того, что у каждого растения своя структура.

«В нашем случае морфология полученного углерода повторяет морфологию растений, то есть имеет поры и другие особенности строения. Мы провели исследования и выявили, что из всех используемых нами растительных отходов углерод из цедры помело обладает отличными свойствами для получения тугоплавкой керамики», — пояснил ученый.

Старые покрышки — в «арктический» мазут

Ежегодно в России выбрасывают около миллиона тонн шин, а перерабатывают, по данным Российского экологического оператора, 40-50 процентов. Эта доля за последние годы ощутимо выросла, но пока каждая вторая покрышка все равно остается на полигонах.

Ученые Томского политеха смогли получить из них морозостойкий мазут. Для этого они впервые в стране испробовали метод паровой газификации. Полученное вещество не замерзает и не теряет своих свойств даже при минус 50 градусах, в то время как обычный мазут приходит в негодность в диапазоне от плюс 10 до минус 10 в зависимости от марки. К тому же в морозостойком аналоге примерно в два раза меньше серы, а это один их основных загрязнителей атмосферы. Такое топливо сегодня широко применяется в Арктике для котельных и судов.

Вместе с мазутом получают газ, который можно вернуть в технологический цикл, и технический углерод в виде мелкодисперсного порошка. Его используют, к примеру, при строительстве дорог.

«Во всем мире выбрасывают около миллиарда тонн автомобильных шин. Часть просто остается на свалках, где даже под действием обычного солнечного света покрышки выделяют токсичные вещества, часть сжигается со значительным объемом вредных выбросов, еще 30 процнтов перерабатываются в крошку. Мы к покрышкам относимся не как к мусору, а как к источнику полезных для промышленности продуктов. И мы целенаправленно искали методы, позволяющие перерабатывать покрышки с максимальной пользой — экономической и экологической», — рассказал Александр Пак, руководитель стратегического проекта «Энергия будущего» ТПУ.

Опасные нефтяные отходы — в жидкие углеводороды и битум

Томские ученые также научились лучше перерабатывать отходы лесной промышленности, например, древесную стружку и щепу. Здесь тоже применяется пиролиз, то есть термическая утилизация в бескислородной среде. В итоге получаются древесный полукокс, горючий газ и пиролизное масло (горючее вещество).

«Это масло содержит «балластовую воду», которая сильно снижает его энергетическую ценность. Воду необходимо удалять, но утилизировать ее простыми способами нельзя по экологическим соображениям. Однако в ней содержатся углеводороды, поэтому она может быть использована в качестве полезного сырья», —прокомментировал Кирилл Ларионов.

В ТПУ предложили использовать пирогенетическую воду в качестве жидкофазной компоненты водоугольного топлива. Это жидкое композиционное топливо, в состав которого могут входить разные горючие компоненты — например, низкосортные угли, отходы углеобогащения, жидкие горючие компоненты и твердые бытовые отходы.

В вузе смогли придумать и экологичный способ получения жидких углеводородов и битума из опасных для природы отходов нефтедобычи. В технологии используется водяной пар. Благодаря ему в результате парового пиролиза образуются жидкие углеводороды — аналог мазута с улучшенными свойствами. Еще два полезных вещества, кроме него, — полукокс и неконденсируемый газ.

«Мы провели экспериментальные исследования парового пиролиза нефтешламов на опытно-промышленной установке проточного типа для получения таких энергетически ценных продуктов, как жидкие углеводороды, полукокс, неконденсируемые газофазные соединения и битум. Процесс парового пиролиза проводился при температуре 650°С. Нашим целевым продуктом были жидкие углеводороды, и мы провели комплексные исследования их физико-химических характеристик, процессов распыления, капельного воспламенения и горения», — пояснил Кирилл Ларионов, доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова ТПУ.

Опилки и пластик — в активированный уголь

Получить технический активированный уголь из опилок, резиновой крошки, нефтяного шлама и пластика с помощью двухстадийной термической конверсии позволеят нговая технология, разработанная учеными Томского политеха. Это дешевле аналогичных методов и требует меньше энергозатрат.

На первом этапе исходное сырье непрерывно поступает в реакционную камеру пиролиза, и нагревается до температуры 700°С. Получаются жидкие углеводороды, горючие газы и углеродный остаток — полукокс. Последний непрерывно перегружается в другой реактор поменьше с температурой до 1000°С. В нем с помощью диоксида углерода или перегретого пара образуется активированный уголь.

«Технический активированный уголь можно использовать как сорбенты для систем очистных сооружений или сырья для изготовления различных материалов, например, карбидов. Сегодня производство такого угля достаточно дорогое из-за высокой энергоемкости и стоимости используемого сырья. В Россию этот продукт в основном импортируется из-за рубежа. Нам же удалось снизить стоимость конечного продукта и минимизировать энергетические затраты на его изготовление за счет того, что все компоненты для его получения мы делаем сами из отходов», — отметил доцент научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Томского политеха Константин Слюсарский.

Сейчас ученые готовят заявку на патент. На основе своей технологии они собрали полностью автоматизированную установку стадийной термической конверсии.

Отходы – в удобрения

Технологию мембранного компостирования, позволяющую перерабатывать сельскохозяйственные отходы, включая птичий помет, и органику из ТКО в удобрения внедрила подмосковная компания «ПроКомпост». Подход разработан с учетом российского климата и уже показал свою эффективность в условиях холодных регионов.

«Переработка отходов сельского хозяйства — важный элемент в переходе к экономике замкнутого цикла. Общая масса органических отходов, направленная на компостирование в 2024 году, превысила два миллиона тонн. Мембранная технология позволяет возвращать ценные органические вещества в почву, снижая нагрузку на полигоны и повышая плодородие земель», — пояснили в компании.

В отличие от традиционного компостирования, мембранное обеспечивает стабильную температуру и защиту от внешней среды даже зимой. Органика помещается в так называемые бурты, накрытые специальной пластиковой мембраной, которая сохраняет тепло, не пропускает влагу и предотвращает распространение запаха. В результате ускоряется разложение отходов, снижаются выбросы, а сам процесс становится управляемым и круглогодичным.

В 2024 году подмосковная компания совместно с Всероссийским научно-исследовательским институтом птицеводства (ВНИТИП) запустила эксперимент по компостированию птичьего помета, чтобы подтвердить эффективность метода. Первые научные результаты ожидаются в 2026 году.

Подобные технологии особенно актуальны для регионов с высокой концентрацией птицефабрик и бедными почвами, таких как Тверская, Вологодская и Ленинградская области. Мембранное компостирование позволяет решать две задачи одновременно: утилизировать агроотходы и восстанавливать почвы за счёт гумусной составляющей компоста.

Полимерная лоза из старых мусорных контейнеров

Производство лозы из переработанных пластиковых контейнеров организовала компания «Экотермогрупп» — резидент экопромышленного парка в Дзержинске. Мощность предприятия составляет 5000 тонн в год. Оно специализируется на глубокой переработке сложных полимерных отходов и создании новых материалов с заданными характеристиками. Российский экологический оператор (РЭО) оказывает методическую поддержку подобным проектам.

«На текущем этапе уже важно не просто собирать отходы, но и обеспечивать их эффективную переработку, — отметила гендиректор РЭО Ирина Тарасова. — Предприятие резидента экопромпарка в Дзержинске показывает, как даже труднообрабатываемый пластик может стать ценным ресурсом. Такой подход как раз формирует основу экономики замкнутого цикла. Проект демонстрирует потенциал углубленной переработки отходов и важность развития экопромышленных парков как центров экологичных производств».

При изготовлении полимерной лозы сырье подвергается дополнительной обработке с использованием модификатора, который производит другой резидент экопромышленного парка — компания “Окапол”.

Основная сложность переработки полимерных отходов заключается в том, что они состоят из различных видов пластика, которые плохо совместимы друг с другом. Решением является применение так называемых модификаторов. Эти компоненты позволяют соединять между собой несовместимые полимеры и восстанавливать свойства разрушенного пластика. Применение модификаторов также делает переработку более устойчивой и экономически эффективной — без перегревов, дефектов и избыточных затрат на подготовку сырья. Это особенно важно для переработки полимеров низкого качества, которые ранее зачастую шли на захоронение.

Побочные продукты оленеводства – в коллаген

Проект по созданию цеха глубокой переработки побочной продукции оленеводства готовится к запуску в Ненецком автономном округе. Здесь из костей, шкур и рогов северного оленя будут производить коллаген — ценное сырье для фармацевтики и промышленности. Сейчас в России нет массового выпуска коллагена из продукции оленеводства, однако научные исследования подтверждают его высокое качество. Капитальные затраты на первом этапе составит 400 млн рублей. В год цех сможет перерабатывать 1000 тонн сырья, выпускать 200 тонн готовой продукции.

«Запуск нового предприятия в Ненецком автономном округе соответствует целям федерального проекта «Экономика замкнутого цикла», который входит в состав нацпроекта «Экологическое благополучие». И согласно задачам нацпроекта, к 2030 в оборот должны вовлекаться 50 процентов отходов в сельском хозяйстве», — прокомментировала гендиректор РЭО Ирина Тарасова.

При этом ежегодно в России образуется более 300 млн тонн отходов сельского хозяйства и побочных продуктов животноводства.

Проект по производству коллагена из оленьего сырья был представлен на Совете по вопросам развития Дальнего Востока, Арктики и Антарктики при Совете Федерации.

Сейчас в России нет массового выпуска коллагена из продукции оленеводства, однако научные исследования подтверждают его высокое качество. Коллаген производят в основном из шкур и костей крупного рогатого скота, свиней и птицы. Развиваются и альтернативные технологии: из кожи пресноводной рыбы, медуз, куриных гребешков и лапок. Полученный продукт применяется в фармацевтике, пищевой промышленности и косметологии.

«Меры поддержки для подобных предприятий носят межотраслевой характер, часть идет от Минсельхоза, также есть и меры от Минэкономразвития по линии МСП, возможно использовать также средства фондов развития промышленности, федерального или региональных — зависит от специфики и масштабов проекта. Регионы показывают практику «сшивки» отраслевых мер в целях в том числе и для сокращения отходов, роста добавленной стоимости через глубокую переработку», — отметила директор Ассоциации содействия экономике замкнутого цикла «Ресурс» Валерия Гулимова.

Разработа технология для борьбы с пожарами на полигонах ТКО

Пожары на полигонах — одна из самых острых проблем в сфере обращения с отходами. Российские специалисты ищут различные варианты ее решения.

Так, отечественные специалисты разработали новый реагент ФЛАМС. Это активная минеральная добавка в виде мелкодисперсного порошка, который разводят в воде для приготовления огнетушащей суспензии. Как заявляют специалисты, взвесь получается достаточно вязкой, она удерживается на вертикальных поверхностях и внутри тела полигона ТКО.

По словам гендиректора РЭО Ирины Тарасовой, данную технологию подавления горения предложили тюменские ученые. Ее испытывали в апреле 2025 года на полигоне в Новороссийске. Теперь ее изучит Научно-технический совет РЭО, который как раз занимается анализом, отбором и внедрением лучших практических решений в отрасль. Эксперты НТС оценят, насколько разработка эффективна и безопасна для окружающей среды.

«Данную технологию мы сравниваем с другими, оцениваем ее технологическую эффективность и экономику проектов по ее внедрению, — сообщил ответственный секретарь НТС, советник гендиректора ППК РЭО по вопросам экологического мониторинга и научно-технического развития Сергей Егоршев. — Важным моментом является вопрос наличия нормативных ограничений при внедрении новых технологий. Если предлагаемые решения по мнению НТС заслуживают поддержки, мы будем инициировать соответствующие изменения».

Научно-технический совет РЭО работает с 2020 года и объединяет ведущих отраслевых экспертов, ученых и инженеров. Его цель — выявление передовых технологий, которые помогут сделать сферу обращения с отходами безопасной, устойчивой и соответствующей национальным целям в области экологии.

Добавлены дашборды для контроля за контейнерными площадками

Новые дашборды — удобные панели для мониторинга состояния контейнерных площадок и источников образования отходов добавлены в федеральную государственную информационную систему учета твердых коммунальных отходов (ФГИС УТКО). Они позволяют быстро оценивать данные по ключевым показателям — например, как оборудованы площадки, есть ли нарушения при вывозе ТКО, ведется ли раздельный сбор и многое другое. Новый функционал разработали специалисты Российского экологического оператора (РЭО).

«Теперь представителям региональных операторов, органов власти, муниципалитетов и других организаций, которые вносят данные в систему, будет проще контролировать актуальность и корректность информации. — сообщила гендиректор РЭО Ирина Тарасова. — Если возникнут ошибки, нарушения, их можно быстро выявить и исправить».

Новый инструмент повысит прозрачность работы в сфере обращения с отходами и поможет лучше контролировать выполнение требований законодательства.

Информационные панели размещены в закрытой части ФГИС УТКО. Получить к ним доступ можно через авторизацию в системе ЕСИА.

Дашборд — это информационная панель, которая отображает ключевые показатели деятельности в удобном для восприятия виде, часто в формате графиков и диаграмм. Он предназначен для быстрого мониторинга и анализа данных, что помогает в принятии решений.

Как пустить золошлаковые отходы во вторичное использование

Вопрос обращения с золошлаковыми отходами (ЗШО) обсудили эксперты в ходе заседания Научно-технического совета Российского экологического оператора (НТС).

«Экономика замкнутого цикла должна работать не только в масштабах страны, но и на уровне конкретных территорий. Золошлаковые материалы — ценный ресурс, и его использование на месте образования позволяет сократить потребление природных материалов, развивать локальные рынки вторсырья одновременно снижая экологическую нагрузку в регионах», — отметил заместитель министра природных ресурсов и экологии РФ Денис Буцаев.

В России эксплуатируется 179 угольных тепловых станций, рассказал член НТС Андрей Степаненко. В результате их работы ежегодно образуется 25–30 млн тонн ЗШО IV–V класса опасности. На текущий момент накоплено более 1,5 млрд тонн. «Ожидается, что к 2030 году будет накоплено почти два миллиарда тонн. Золоотвалы в настоящий момент занимают территорию примерно в 22 000 гектар. Треть от всех накоплений сконцентрирована в Сибирском федеральном округе. В хозяйственный оборот вовлекается около 10 процентов от образующихся ЗШО. В мире процент использования ЗШО выше: в Китае — 80 процентов, в Европейском союзе и Япония до 96–98 процентов», — сказал он.

Руководитель направления НТС «Экономика замкнутого цикла» Сергей Сиваев затронул проблематику ЗШО.

«ЗШО создают значительные проблемы. Под них отчуждаются территории, зачастую расположенные в центре городов или примыкающие к ним. Возникает серьезная экологическая нагрузка на окружающую среду: пыление с поверхности, миграция как твердой, так и жидкой фазы по близлежащим территориям», — отметил он.

Эксперты отметили, что у ЗШО в исходном состоянии довольно ограниченная сфера применения — это использование в качестве низкокачественного балластного материала (техногенного грунта) для рекультивации земель, формирования рельефа, насыпей. При использовании в дорожном строительстве в связи с высоким содержанием шламовых продуктов углеродосодержащего недожога материал не обладает свойствами, обеспечивающими высокое качество выполняемых работ, и высокий ресурс дорожного полотна.

При этом ранее реализованные или прорабатываемые проекты по применению продуктов переработки ЗШО разнообразны. Это извлечение микросфер, использующихся для производства строительных и теплоизоляционных материалов, красок и защитных составов, получение германия, востребованного в электронике и медицине, а также металлов платиновой группы, производство товарного глинозема, получение инертных материалов, применяемых при ликвидации пожаров и техногенных аварий.

Исходя из этого член НТС Андрей Степаненко предложил подходить к отвалам ЗШО как к техногенному месторождению: с проведением разведки и технологических исследований и апробирования.

Члены НТС отметили, что процессы и оборудование, которые могут быть использованы при переработки ЗШО, относятся к традиционным процессам и оборудованию, используемым в горной промышленности и металлургии. Практически вся номенклатура оборудования разрабатывается и производится в России.

С учетом этих фактов отмечено, что в регионах с высоким накоплением ЗШО важно формировать практические меры по их повторному применению с обязательным включения мероприятий по использованию ЗШО во вторичном обороте в региональные программы по экономике замкнутого цикла (ЭЗЦ). Кроме того, прозвучало предложение по установлению для конкретных регионов обязательной доли применения ЗШО в проектах вторичного использования на местах.

Итоги обсуждения НТС станут основой рекомендаций для регионов при актуализации программ по переходу к ЭЗЦ и формировании проектных решений в инфраструктуре обращения с отходами.