Научно-производственное предприятие
phone
  • (068) 734-59-44
UA MarketХарьковSyneko - научно-производственное предприятиеСтатьиОБ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ
Контакты
  • Syneko - научно-производственное предприятие
  • Александр Согоконь
  • +38 (068) 734-59-44
  • Написать нам
  • Московский проспект, 41, Харьков
  • График работы

ОБ АЛЬТЕРНАТИВНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ

Сегодня уже нет необходимости кому-либо объяснять и аргументировать важность проблемы утилизации отходов. Это уже ясно всем без слов. А горы мусора между тем все увеличиваются и увеличиваются. И увеличиваются затраты энергии и средств на устранение отрицательного влияния городских свалок на экологическую обстановку близлежащих населенных пунктов. Поэтому, чтобы «убить двух зайцев», в последнее время все чаще начинает обсуждаться идея использования альтернативных источников энергии для утилизации мусора.

Сосредоточенность или рассредоточенность? В Германии, имеющей не самые лучшие условия для использования солнечной энергии, решили на крышах всех домов установить солнечные панели, генерирующие электричество. И более того, устроили все так, что излишки электрической энергии даже от самого маленького частного домовладения подаются в существующую общую сеть генерирующих компаний. В Испании, обладающей колоссальным потенциалом солнечной энергии, поступили иначе. В полупустынном районе на площади в десятки квадратных километров построили мощную гелио электростанцию. Чтобы доставить энергию потребителям пришлось строить еще и линии электропередач в разные концы страны. В результате, германский проект процветает и развивается, а испанский не может выйти на точку окупаемости и компания постоянно вынуждена повышать тарифы на, казалось бы, даровую электроэнергию.

Причина простая. Аккуратные и педантичные немцы раз в 3-4 месяца моют окна своих домов и квартир. Ничего не стоит потратить лишних 3-5 минут на то, чтобы помыть и солнечную панель, если до этого ее не помыл дождь. А вот в Испании не получается так часто мыть панели на десятках квадратных километров. На рис.1 прекрасно видно, что случается с панелями в пустыне. Там и слой пыли, для демонстрации толщины которого нижние ряды вытерты, и автографы птиц.

Рис.1

Таким образом, в Германии у каждой солнечной панели есть свой хозяин, который за ней ухаживает и следит, чтобы случайный побег плюща не перекрывал солнечный поток, а хозяин испанских километровых полей имеет головную боль после каждого сезонного перелета птиц.

Стационарность или мобильность? В Финляндии был построен большой комплекс по утилизации отходов. Были применены самые современные и эффективные биотехнологии по получению биодизеля, биоэтанола, метана, а также пиролизные реакторы для получения синтез газа и водорода. Экологи ликовали, владельцы радовались прибылям, население дышало чистым воздухом. А через несколько лет все стало очень плохо – мусор кончился. Начали свозить со всей Финляндии, не хватает. Теперь возят из Швеции, Дании, Эстонии. А экологический вред от перевозки на такие расстояния перечеркивает все преимущества биотехнологий. И перевезти этот комплекс поближе к источнику отходов тоже нет никакой возможности. Слишком уж большой. Вот и балансируют между банкротством и минимальной рентабельностью.

Новая концепция: «Утилизация отходов на месте их возникновения». Формулировка этой концепции однозначно следует из приведенных выше примеров.

Рассмотрим более детально один из самых распространенных механизмов возникновения свалок мусора. У каждого субъекта предпринимательской деятельности есть свой уникальный спектр отходов. Как правило, он не очень широк 5-10 позиций. И не представляет большого труда на месте возникновения мусора производить раздельный сбор по каждой позиции. На предприятиях с высокой культурой производства так и делают. Но на стадии доставки отходов на свалку или мусороперерабатывающий комбинат все смешивается именно для того, чтобы на этом комбинате приступить к сортировке мусора. Глядя на это возникает риторический вопрос с печальным ответом: «Неужели мы потомки неутомимого Сизифа?»

Поэтому не нужно везти весь мусор на свалку, как все солнечные панели Испании в полупустыню, а сделать так, как в Германии, чтобы у каждой маленькой разновидности мусора был свой хозяин. И не нужно строить большой перерабатывающий комплекс, который невозможно сдвинуть с места, как в Финляндии, а иметь сотни мобильных перерабатывающих установок, которые оптимальным образом «заточены» на переработку определенного вида отходов, и сами движутся к источнику отходов. Причем энергию, необходимую для переработки отходов, эти миникомплексы должны черпать, либо из самих отходов, либо из альтернативных источников, например, от Солнца.

Впрочем, ростки новой концепции уже пробиваются: сборщики металлолома сами приезжают на фирмы, занимающиеся обработкой металлов, и забирают у них стружку и прочие отходы металла.

Использование солнечной энергии для утилизации отходов. Еще несколько лет назад такая идея выглядела не просто утопической, а абсурдной и невыполнимой. Да и сейчас многие могут сказать: «где Солнце, а где мусор!» В самом деле, как можно системы, показанные на Рис.2 и Рис.3 применить для переработки отходов? Как можно такие наукоемкие и дорогие системы отправить на работу на свалки?

Рис.2

Но даже при большом желании указанные системы невозможно применить к переработке отходов. Дело в том, что фокальная область (место максимальной концентрации солнечной энергии) перемещается в пространстве вместе с движением Солнца по небосклону. В результате положение приемника энергии меняется по отношению к горизонту, что затрудняет, а в большинстве случаев, делает невозможным использование систем, работающих с применением жидкостей. Например, для систем перегонки, для пиролизных реакторов необходимо стационарное расположение по отношению к горизонту, чтобы жидкости перетекали в нужном направлении только под действием силы тяжести.

Рис.3

Ситуация изменилась после появления новых систем концентраторов солнечной энергии, обеспечивающих неподвижность фокальной области в процессе движения Солнца по небосклону. Т.е., где бы не находилось Солнце, возле горизонта или вблизи зенита, фокальная область всегда находится в одном и том же месте. Поэтому в эту стационарную зону, в которой сосредоточена значительная тепловая энергия, можно поместить все, что угодно, вплоть до перерабатываемого мусора. На Рис.4 показан один из первых концентраторов подобного типа. Его диаметр 1,7 метра, тепловая мощность - 1,8 кВт, вес – 14 кг.

Рис.4

Отражающая поверхность концентратора представляет собой сегменты, между которыми имеются большие промежутки. Это существенно уменьшает парусность, облегчает и упрощает систему позиционирования и снижает материалоёмкость опорных конструкций. В результате общий вес конструкции в разы меньше, чем в варианте со сплошным зеркалом такой же апертуры. Поэтому появляется возможность установки концентраторов на подвижных платформах, например, на прицепе легкового автомобиля. Оптимальный размер солнечного концентратора усматривается в районе 2,5 – 3,2 метра в диаметре.

Продолжая аналогию конструкции сегментированного концентратора с голографическими структурами, можно создавать концентраторы самых разнообразных и даже причудливых форм. В принципе, форма концентратора – это компромисс между желанием дизайнера и техническими требованиями к конкретному устройству в целом.

Таким образом, созданы все технические предпосылки для реализации принципа утилизации отходов на месте их возникновения.

Что можно переработать с помощью солнечного концентратора? Как уже говорилось, в фокальной области концентратора может быть достигнута высокая температура. В мире существует две супер мощные солнечные печи, в которых достигается температура до 4000 градусов Цельсия. Для переработки мусора такая температура не нужна, вполне достаточно 1000-1200 градусов. Это для того, чтобы плавить медь, бронзу, серебро и золото. А для вторичной переработки пластика и 500 градусов – много. Полиэтилен вообще плавится при температуре 105 -140 градусов.

В экспериментах с концентратором 2,2 метра в диаметре (3 кВт тепловой мощности) была получена температура до 700 градусов Цельсия. Это позволяет плавить такие металлы как:

- олово 232 градуса

- свинец 327 градусов

- цинк 420 градусов

- алюминий 660 градусов Цельсия.

Увеличение мощности концентратора до 5-8кВт (а это вполне реально), позволит достичь температуры в 1000 - 1200 градусов, что даст возможность перерабатывать и более тугоплавкие металлы. Кроме того, при такой температуре возможен отжиг глиняных и фаянсовых изделий, получение керамики, керамзита, и, возможно, переработка стекла.

Конструктивные особенности сегментированных концентраторов таковы, что позволяют легко и с помощью очень простых технических средств регулировать и поддерживать на определенном уровне температуру в фокальной области. Это особенно важно при переработке пластиков, температура плавления которых изменяется в широких пределах (105-300 градусов). Поэтому можно получать качественные расплавы следующих полимеров:

- полиэтилен (пакеты для упаковки, оберточный материал, пленки, скатерти, одноразовые шприцы, стрейч-пленка и пр.)

- полипропилен (оберточный материал, как правило, в цветочном деле, емкости для автомобильных жидкостей, канистры и пр.)

- полистирол (разовая посуда, стаканчики в кофейных автоматах, посуда и упаковка в самолетах)

- полиэтилентерефталат (ПЭТ) (пластиковые бутылки всех размеров и «мастей»)

Из этих расплавов можно формовать новые изделия по всем известным и хорошо отработанным технологиям. В частности, легко реализуется технология изготовления изделий на основе песчано-полимерных композиций.

Возможность переработки других полимеров с помощью солнечного концентратора еще не исследована.

Если исходное сырье низкого качества, перемешанное с другими углеводородными отходами, например, пищевыми, то в этом случае его можно и нужно подвергнуть пиролизу: разложению без доступа воздуха под действием высокой температуры. При температуре 900-950 градусов практически все органические соединения распадаются на H2, N2, CH4 и CO. Эта смесь горючая и ее можно использовать по прямому классическому назначению. При более низких температурах образуются еще и жидкие бензино-подобные фракции, которые тоже прекрасно горят.

В результате пиролиза отходов деревообрабатывающего производства, кроме указанных выше газов и древесного угля, можно получать еще уксусную кислоту и метиловый спирт (именно поэтому его еще называют древесным спиртом).

Скорая энергетическая помощь. Мы живем в таком мире, где никто не застрахован ни от природных катаклизмов, ни от климатических сюрпризов, ни от террористических актов, ни от войн и революций. В условиях чрезвычайной ситуации мобильные гелиоустановки могут сыграть решающую роль до того момента, когда начнутся спасательные работы. Что нужно в первую очередь в зонах стихийного бедствия? Вода, приготовление пищи, электричество.

Вода. Здесь есть два варианта. Можно брать воду из любого источника (озера, реки, моря, болота, лужи) и перегонять ее, получая дистиллированную воду пригодную для питья и приготовления пищи. Но производительность этого процесса невысокая, 100-120 литров в день, а воды, как правило, нужно много. И второй вариант, воспользоваться бактерицидным свойством ультрафиолетового излучения, которого в спектре солнечного излучения достаточно много. Для этого необходимо кипятить воду в сосуде, прозрачном для ультрафиолетового излучения. Это может быть обычная кварцевая трубка. Производительность при этом увеличивается до 800-1000 литров в день. И воду нужно брать только пресную.

Приготовление пищи. Для приготовления пищи наилучшим образом подходят гелиоконцентраторы, предназначенные для переработки пластиков. Во-первых, они снабжены системой автоматического регулирования температуры, и во-вторых, имеют большой размер фокальной области, в которой можно спокойно разместить любую кухонную посуду.

Электричество. Существует несколько вариантов, но остановимся на одном: концентраторе-трансформере. На сегодняшний день появилась техническая возможность сделать так, чтобы гелиосистема, предназначенная для горячего водоснабжения, в ночное время или в облачные дни, превращалась в ветрогенератор. И более того, если в солнечный день дует ветер, а потребности в горячей воде нет, то система генерирует электричество. Это не сумма двух устройств, а именно трансформер: каждый элемент устройства выполняет две функции.

Следует заметить, что подобный мобильный комплекс может быть полезен для жизнеобеспечения рабочих в отдаленных или труднодоступных местах, например, для геологов или временных поселений. На одной подвижной платформе может быть установлено несколько гелиосистем, выполняющих разные функции, например, подготовку питьевой воды, горячее водоснабжение и отопление помещений, генерация электричества. Кроме того, можно предусмотреть возможность сменных блоков для некоторых гелиосистем. Например, подготовку питьевой воды можно совместить с насосной станцией, которая будет пополнять запас воды.

Где можно реализовать эту концепцию? В принципе, эту концепцию можно реализовать в любой стране. Но эффективность будет зависеть от потенциала солнечной энергии. Для того, чтобы гелиосистемы работали круглогодично необходимо иметь 313 солнечных дней (365дней -52выходных дня = 313 рабочих дней). На Рис.5 приведена карта Европы, на которой показано распределение потенциала солнечной энергии применительно к фотовольтаическим преобразователям. Если учесть, что на самой кромке южного берега Крыма (Севастополь) 300 солнечных дней в году, а на Кипре 340, то можно примерно оценить географию эффективной применимости предложенной концепции.

Рис.5

Сколько необходимо мобильных гелиосистем на 1000 человек? Это сложный вопрос. Все зависит от количества производимого ими мусора.По оценкам одних специалистов 1000 городских жителей производят от 1 до 1,5 тонн в сутки твердых бытовых отходов. По оценкам других в 2-3 раза больше. Поэтому поступим иначе, вычислим, сколько тех или иных отходов сможет переработать одна гелиосистема в течение рабочего дня.

Пусть тепловая мощность концентратора равна P=5кВт. У полиэтилена из всех перечисленных выше пластиков самая высокая удельная теплоемкость равная c= 2100 - 2900 Дж/кг*K, значит, его будет переработано меньше чем остальных. Температуру нагрева берем ΔT=200 градусов, чтобы с уверенностью расплавить все разновидности этого полимера. Время работы t=8 часов. Тогда по известной со школы формуле, находим количество расплавленного полиэтилена m=Pt/cΔT = 5000*8*60*60/2900*200 = 248 кг. Умножаем еще на 0,7 - коэффициент непредвиденных потерь, и получаем 170 кг полиэтилена в гранулах. Аналогично для пластиковых бутылок получаем 400 кг, и для одноразовой посуды – 270 кг.

Допустим, что пластиковые отходы составляют 30% от всех бытовых отходов, и наши концентраторы переработали именно суточную порцию, то масса всех отходов равна (170+400+270)/0,3 = 2,8 тонны. Таким образом, если 1000 жителей будут в течение суток производить 2,8 тонны твердых бытовых отходов, то по одному гелиоконцентратору на каждый вид пластика вполне достаточно. Но остается еще около тонны пищевых и не подлежащих вторичной переработке отходов. Четыре-пять пиролизных установок справятся с этой задачей. Макулатура, дерево и металл находят своего потребителя. Остается стекло и строительный мусор.

Итого, 8 - 10 мобильных гелиоустановок, оптимизированных под переработку определенного вида бытовых отходов, без привлечения дополнительных источников энергии решают проблему свалки мусора в населенном пункте численностью в 1000 жителей.

Последствия реализации концепции.

Экологические. Устранение предпосылок для возникновения свалок.

Социально-экономические. Экономия бюджетных средств, так как отпадает необходимость в перевозке мусора на свалку.

Снижение уровня безработицы, так как для обслуживания каждой гелиоустановки необходимо 2-3 человека. В результате создается 16-30 рабочих мест. Если принять уровень безработицы равным 10%, то на каждую 1000 работоспособного населения приходится 100 безработных. Появление 30 рабочих мест сразу снижает уровень безработицы до 7%.

Кроме того, дополнительные рабочие места могут возникнуть в сфере использования переработанных полимерных материалов.

Энергетические. Наличие дополнительных и независимых источников энергии тепла, газа, жидкого топлива и электричества повышает устойчивость существования населенного пункта. В результате осуществляется диверсификация энергоносителей.

Наличие мобильных гелиоустановок способствует быстрому и адекватному реагированию в случае чрезвычайных ситуаций.

Политические. Демонстрируя реальную заботу о гражданах, правящая партия если не обеспечивает, то, по крайней мере, существенно облегчает себе победу на следующих выборах.

Заключительные замечания. Выше шла речь о нише только мобильных гелиоустановок. Стационарные установки мощностью 4-30 кВт, предназначенные для горячего водоснабжения, отопления помещений зимой и кондиционирования воздуха летом, опреснения морской воды, получения пара и электричества, а также генерации водорода многократно усилят последствия реализации концепции «утилизация отходов на месте их возникновения».

18 января 2014
© 2013 - 2018 Syneko - научно-производственное предприятие | Пожаловаться на содержимое
Создать сайт бесплатно
Сайт создан на платформе UA MarketUA Market