Как заставить отходы работать?

Реферат по химии и биологии, 11 класс.

Автор: Ярослав Д, 11 класс, Редькинская школа.

Как человечество сегодня борется с мусором и что с нами будет, если мы проиграем сражение?

Проблема мусора существует с древности. Жителям средневекового города было невероятно трудно перебраться с одной тонущей в отбросах улицы на другую. Нам скоро может стать трудно перемещаться между городами. Бедствие уже приобрело глобальные масштабы. Отбросы убивают, угрожают поглотить целые города, изменяют городской пейзаж, но они же могут придать стойкость виноградникам, отапливать и освещать наше жилье, обеспечить выживание миллионов, даже создать "малые промыслы", откормить огромные стада свиней. Умение бороться с мусором становится первоочередной задачей для человечества.

Современные города должны научиться использовать отходы одного городского процесса в качестве ресурса для другого. Пока это делается редко, но притягательные проекты множатся. Более того, это решает многие проблемы, потому что количество отходов, например, у Москвы, просто невероятное.

Для того, чтобы разработать возможные способы использования отходов, нужны химия и биология.

Вместо того чтобы отправлять отходы на свалки, их можно сжигать для выработки электроэнергии, а из сточных вод можно извлекать золото и другие драгоценные металлы для использования на местных производствах.

Потребление энергии сегодня в городах невероятно расточительно. Больше половины потребляемой городом электроэнергии теряется в виде тепла из дымовых труб, выхлопных труб автомобилей, с тыльной стороны нагревательных приборов и кондиционеров, а также от бытовых электроприборов. Повышение КПД всей этой техники уменьшает количество энергии, которое нам приходится вырабатывать, распределять и очищать.

Машины раскапывают завалы в Шэньчжэне, образовавшиеся в результате обвала горы мусора, похоронившего десятки зданий.

Огромный поток отходов создает бытовой мусор. Несмотря на попытки компостировать, повторно использовать и сжигать часть этого мусора, основная часть оказывается на свалках. И сегодня это становится огромной проблемой, как показывают и скандалы в России летом 2017 году, по поводу ближайших свалок Подмосковья.

Сегодня применяется раздельный сбор, захоронение и сжигание отходов. Однако если мы хотим решить проблему, то нужно научиться полностью перерабатывать мусор.

Что такое мусор

Твердые бытовые отходы (ТБО, бытовой мусор) — предметы или товары, потерявшие потребительские свойства, наибольшая часть отходов потребления. ТБО делятся на отбросы (биологические ТО) и собственно бытовой мусор (небиологические ТО искусственного или естественного происхождения), а последний часто на бытовом уровне именуются просто мусором.

Изучением мусора, «мусорной археологией», способов его утилизации занимается наука гарбология. От английского слова garbage — мусор.

Свалки бытовых отходов служат источником пищи синантропным видам — переносчикам инфекции, прежде всего, крысам. Свалки не просто "некрасивы", они крайне опасны.

Твердые бытовые отходы представляют собой сложную гетерогенную смесь. Химический состав ТБО необходим для определения качества получаемого при переработке компоста или биогаза.

Современный мировой опыт

Маншият-Насир, также известен как Город Мусорщиков — христианский коптский квартал на окраине Каира (Египет), население которого занимается сбором мусора по всему городу с целью последующей его переработки и утилизации.

Современные системы превращения отходов в энергию, например в швейцарском Цюрихе, обеспечивают чистое сжигание мусора, а некоторые, в частности в Палм-Бич, штат Флорида, извлекают более 95% металлов из золы, образующейся в результате сжигания мусора. 

Некоторые сельские поселения, например Юнде в Германии, вырабатывают из навоза достаточное количество биогаза, чтобы отапливать или снабжать электроэнергией значительную долю своих жилых домов. 

На цементном заводе в Нью-Браунфелсе, штат Техас, в качестве топлива можно вместо каменного угля использовать неподдающиеся переработке пластики, что исключает выбросы углекислого газа и уменьшает воздействие угледобычи на природу.

Свалочный газ — это газ из органических отходов, выделяющийся из мусора — биогаз, образующийся в результате анаэробного разложения органических отходов.

Некоторую ценность может представлять даже мусор, вывезенный на свалки. 

Города могут собирать метан, выделяющийся при разложении отходов, вместо того чтобы сжигать его или просто позволять ему уходить в атмосферу, где он захватывает гораздо больше тепла, чем эквивалентное количество углекислого газа. А сжигая собранный метан, можно получать электроэнергию. 

На свалках Ванкувера метан собирают и используют для отопления теплиц, где выращивают помидоры.

Для отопления теплиц, где выращиваются помидоры, Ванкувер сжигает метан, собираемый со свалок.

Свалочный газ

Потенциальное влияние метана на глобальное изменение климата в 23-25 раза больше влияния CO₂.

Гниение мусора происходит под воздействием бактерий, принадлежащих к двум большим семействам: ацидогенов и метаногенов. Ацидогены производят первичное разложение мусора на летучие карбоновые кислоты, метаногены перерабатывают летучие карбоновые кислоты в метан CH4 и диоксид углерода CO2. 

В результате свалочный газ состоит из примерно 50 % метана CH4, 50 % CO2, включая небольшие примеси H2S и органических веществ.

Свалочный газ собирают, предотвращая загрязнение атмосферы (метан обладает сильным парниковым эффектом), используют в качестве топлива для производства электроэнергии, тепла или пара, в качестве автомобильного топлива.

Калуннборгский симбиоз в Дании. Проблема решена

Калуннборгский симбиоз в Дании — выдающийся пример "мышления с замкнутым циклом". В этом индустриальном парке расположены семь компаний и муниципальные организации, занимающиеся энергоснабжением, водоснабжением, водоочисткой и переработкой твердых отходов. Все они связаны между собой таким образом, что отходы одних из них служат ресурсами для других. По трубам, проводам и коробам движутся в разных направлениях пар, газы, вода, электроэнергия и твердые отходы, обеспечивая повышение общей эффективности и уменьшая итоговый объем отходов, включая выбросы СО₂. В частности, тепло от нефтеперерабатывающего завода передается на электростанцию, где используется для очистки и стабилизации летучей золы, образующейся при сжигании каменного угля. А отходы пара из нефтеперерабатывающего завода идут компании, которая использует тепло этого пара для выработки почти половины всего производимого в мире инсулина с использованием бактерий и дрожжей. 

Весь парк функционирует как единый живой организм — и он продемонстрировал рост экономики без увеличения или даже с уменьшением выбросов в атмосферу.

Отходы медленно убивают нас, и, если эту проблему не решить, нас ждет катастрофа. Отсюда оправданы большие вложения в новую инфраструктуру. Можно вспомнить строительство  канализации в Лондоне в конце 19-го века: тогда тоже никто не хотел вкладываться в дорогостоящее предприятие, но это решило проблему сточных вод и избавило город от холеры. Сейчас все то же самое, но отходы и проблемы теперь новые.

Изучение проблемы

В США ведутся научные исследования и разработки новых технологий, применение которых позволит уменьшить время выхода свалки на инертную заключительную стадию развития до всего лишь 10 или даже 5 лет.

Поскольку проблема ярко стоит и в нашей стране, у нас такие исследования тоже необходимы, и они начинают проводиться.

Предполагается использовать данную технологию при переработке мусора на самой крупной мусорной свалке в Латинской Америке — Бордо Поньенте. Власти города Мехико предполагают выделить территорию для строительства котлована на юго-востоке города.

Список использованной литературы:

Эрика Файви: Мусорная революция. Свалка о двух концах. Изд. Пешком в историю, 2017 г.
Trash Revolution. Breaking the Waste Cycle

Катрин Сильги: История мусора. Изд. Текст, 2011 г.
HISTOIRE DES HOMES ET DE LEURS ORDURES DU MOYEN AGE A NOS JOURS

Другов, Родин: Анализ загрязненной почвы и опасных отходов. Практическое руководство. Изд. Бином. Лаборатория знаний, 2015 г.

Лидия Голдовская: Химия окружающей среды.  Изд. Мир, 2008 г.

Валентин Зайцев: Промышленная экология. Учебное пособие. Изд. Бином. Лаборатория знаний, 2017 г.

Журнал "В мире науки" (Scientific American) № 10, 2017.

Журнал "В мире науки" (Scientific American) № 11, 2017.

Википедия, свободная энциклопедия.