Российские вузы предлагают новые методы переработки вторсырья

Российские ученые разработали уникальные способы утилизации опасных отходов, которые в большом количестве скопились как на территории России, так и в других странах. Перед исследователями всего мира стоят задачи безопасного избавления от выведенных из потребления железнодорожных шпал, создания субстанций, растворяющих синтетические органические вещества, переработки отходов алюминиевых заводов, или так называемого красного шлама.

 

Отечественные разработки, предложенные учеными российских вузов, вполне способны принести доходы, избавив мир от отходов. Накопление отходов представляет сегодня одну из главных экологических проблем во всем мире. Из года в год растет число промышленных предприятий, соответственно, увеличивается количество отходов, что приводит к загрязнению окружающей среды.

 

Разложить полиэтилен ультрафиолетом

 

Ученые научно-образовательного центра «Нанотехнологии» Южно-Уральского государственного университета (вуза — участника программы повышения конкурентоспособности российского образования «5-100») разрабатывают фотокатализаторы для уничтожения органических отходов под воздействием ультрафиолета.

Самыми трудно окисляемыми в окружающей среде являются синтетические органические вещества (капрон, нейлон, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.). В природе нет микроорганизмов, которые бы их разлагали. Сегодня специалисты используют несколько способов удаления таких веществ, но ни один из них не является оптимальным. Например, сорбенты, поглощающие синтетику, сами нуждаются в утилизации.

«Фотокатализаторы, разработанные нашими учеными, способны под воздействием ультрафиолетового облучения разлагать синтетические соединения до безвредных веществ, присутствующих в окружающей среде, — углекислого газа, воды и азота», — сообщил декан химического факультета Института естественных и точных наук ЮУрГУ Вячеслав Авдин.

По этому научному направлению вуз уже сотрудничает с индустриальным партнером. В частности, предприятие заинтересовано очисткой фотокаталитическим методом сточных вод от фенола, который образуется при производстве металла.

 

Сжечь шпалы безопасно

 

Проблема утилизации железнодорожных деревянных шпал — острейшая для транспортной отрасли. Отслужившие срок шпалы подлежат захоронению на региональных полигонах промышленных отходов. Однако из-за переполненности этих полигонов подразделения железной дороги зачастую вынуждены накапливать и складировать шпалы в местах, не предусмотренных для их хранения. Основной метод утилизации шпал — сжигание. Однако в процессе него выделяется огромный объем токсичных летучих веществ, выбрасываемый в окружающую среду. Так, периферийная часть шпалы на 80% состоит из каменноугольного масла, а оно, в свою очередь, содержит 20,1% фенолов, 17,2% фенантренов, 16,9% пиренов, 22% ацетона и 12% бутанола. Эти соединения, попав в воздух, способны вызвать тяжелые отравления у людей.

Ученые факультета информационно-измерительных и биотехнических систем Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (ЛЭТИ) разрабатывают прорывные экологически безопасные и экономически выгодные технологии утилизации отходов, в том числе железнодорожных шпал и отслуживших автомобильных покрышек. По словам руководителя центра «Утилизация и обезвреживание отходов» ЛЭТИ Михаила Вострикова, в основе разрабатываемых технологий лежат методы высокотемпературного термического обезвреживания. Это целый комплекс методик, которые позволяют разлагать отходы, не выделяя продуктов горения.Уникальность разработок ЛЭТИ в том, что ученые сочетают при создании мусороперерабатывающих реакторов различные подходы. Это комплекс таких методик, как пиролиз, термолиз и пирогенизация. Всё это — способы уничтожения отходов при высоких температурах в безкислородной среде.На сегодняшний день на объектах России, СНГ, дальнего зарубежья и Антарктиды работают тысячи установок, разработанных в ЛЭТИ.

 

Переработать шлам в сырье

 

В результате работы большинства алюминиевых заводов образуются отходы, состоящие в основном из оксидов железа, алюминия, титана и других полезных металлов. Они называются красными шламами. Такие отходы могут быть очень опасны для окружающей среды. Эти загрязнения могут на десятки лет уничтожить растения в зоне своего распространения, а в случае попадания на кожу живого существа — разъедать ее щелочью.Научная группа, возглавляемая профессором УрФУ Олегом Шешуковым, является разработчиком технологии твердофазной переработки красных шламов с последующим получением рыночных продуктов для металлургической и строительной отраслей. По словам ученого, сегодня красными шламами занимаются во всем мире, однако предлагаются подходы лишь для решения какой-то частной задачи и извлечения того или иного субпродукта для дальнейшего использования. Комплексно проблема переработки красных шламов не решается.

Суть технологии сводится к использованию новых методов обработки субпродуктов в схеме переработки красных шламов (твердофазный синтез). Разработанная технология позволяет получать в качестве конечных продуктов оксиды редкоземельных элементов, а также железный и силикатный концентрат.

По словам ученых, оксиды редкоземельных элементов далее могут быть использованы как исходное сырье для извлечения самих редкоземельных элементов, железный концентрат — как сырье для плавки чугуна и стали, а силикатный концентрат применяется в производстве блоков для строительства зданий и сооружений.«Добиться отделения железного концентрата от силикатного позволяет особая конструкция печи, а также использование твердофазного синтеза при брикетировании субпродуктов на одной из стадий технологического цикла», — рассказал  Олег Шешуков.

Как полагают эксперты, такой комплексный подход может помочь решить проблему полной утилизации красных шламов. В связи с этим они вспоминают экологическую катастрофу 2010 года, в результате которой красные шламы были распространены водами Дуная на большой площади жилой территории. Так, вопрос переработки более 50 млн т красных шламов до сих пор является крайне актуальным для Венгрии, где весь этот объем отходов находится в законсервированном состоянии. Потенциальные партнеры из Университета Дунайвароша уже проявили интерес к апробации технологии УрФУ для венгерской промышленности.

 

Добыть топливо из отходов

 

Исследователи Томского политехнического университета предложили вырабатывать из отходов, образующихся после обогащения угля или нефтепереработки, органоводоугольные топливные композиции (ОВУТ). Использование такого топлива, по мнению ученых, способно решить проблему экологической нагрузки, которая ложится на окружающую среду от угольной теплоэнергетики.«Это вид жидкого композиционного топлива, примерно на 80% оно состоит из продуктов углепереработки. В качестве компонентов ОВУТ мы используем четыре группы веществ: твердые горючие компоненты из числа низкосортных углей и отходов углеобогащения, жидкие горючие компоненты, воду, а также пластификатор.

По отдельности каждый из четырех компонентов не пригоден в качестве топлива для «большой» энергетики. Но вместе они составляют топливо, аналогичное традиционному углю по энергетическим характеристикам», — пояснил заведующий кафедрой автоматизации теплоэнергетических процессов ТПУ Павел Стрижак.

По его подсчетам, при частичной замене угля эквивалентным по энерговыделению количеством ОВУТ экономия высококачественного твердого натурального топлива будет составлять около 1 млрд т ежегодно. Ученый полагает, что предлагаемые мероприятия позволят полностью решить проблему утилизации накопленных до 2018 года отработанных масел и на 10% уменьшить объем накопленных отходов углеобогащения.