ЦИКЛЫ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ - периодические колебания, проходящие через схожие фазы взаимодействия природы и общества.. Они отражают воздействие, с одной стороны, природных циклов, с другой - циклов в развитии общества и характеризуют нарушение и восстановление равновесия между обществом и окружающей средой.
IV группа. Содержание вредных компонентов. Наличие вредных компонентов в минеральном сырье является резко отрицательным показателем его потребительского качества . Понятие "вредность" при этом может определяться тремя обстоятельствами. Во-первых, наличие таких компонентов может сильно снижать качество получаемого из них полезного продукта (например, наличие фосфора в стали). Во-вторых, оно может проявляться в виде вредных выбросов в окружающую среду (сжигание высокосернистых углей). Наконец, в-третьих, оно может затруднять добычу или переработку минерального сырья (разработка угольных пластов, опасных по содержанию метана). Отмеченные последствия в ряде случаев могут оказываться весьма серьезными. Известны, например, крайне отрицательные экологические последствия широкомасштабного использования высокосернистого угля ("сернистые дожди" и их влияние на биосферу). Наиболее радикальным путем избавления от вредных примесей является улавливание и преобразование их в побочный полезный продукт посредством малоотходных технологий "замкнутого цикла". Хорошим примером здесь может служить предварительная дегазация угольных пластов, существенно облегчающая процессы добычи угля и дающая, помимо того, дополнительные объемы газового топлива потребителям. Столь же заманчивыми выглядят попытки извлечения серы из отходящих газов угольных электростанций. Удовлетворительное решение этих проблем, в основном, предстоит еще найти.
Несколько иной оттенок имеет понятие качества в технической практике. Здесь принято считать более качественной продукцию, отдельные свойства которой превосходят ранее достигнутые в отечественной или зарубежной промышленности. Показателем качества при этом становится мера совершенства конструкции, чистота обработки материала, мощность машины, производительность станка или какой-либо другой чисто технический параметр. Особенность такого понимания качества - его безотносительность к экономическим результатам потребления продукции. Конечно, такой голый техницизм в демонстративной форме в настоящее время почти изжит. К инженерам пришло осознание, что существенны не только сами по себе технические свойства продукта, но, главным образом, то, насколько они удовлетворяют определенную потребность . Поэтому техническое совершенство продукции признается потребителем лишь в той мере, в какой оно повышает степень его удовлетворения при заданном бюджетном ограничении . "Технически качество может быть очень высоким, а экономически - нет". [З.С.14]. Например, промышленный робот с 10-ю степенями свободы рабочих органов может заменить несколько рабочих сборщиков и сварщиков, но ввиду большой стоимости управляющей системы его применение пока экономически нецелесообразно. Слово "пока" здесь оттеняет важное соображение о том, что экономически целесообразный предел совершенствования технических параметров изделия это всегда вопрос меры, выявляемой оптимизационным расчетом для конкретного этапа жизненного цикла данного изделия. Со временем оптимальное значение любого качественного параметра сдвигается на более высокий уровень в технологически освоенной области. Но такой сдвиг не произволен, а обусловлен взаимодействием комплекса технических, экономических, социальных, демографических, экологических факторов . Стратегия управления качеством во многом опирается на экономически обоснованный факторный прогноз оптимальных величин качественных параметров продукции. Таким образом, будучи принципиально непрерывным и бесконечным, процесс повышения качества представляет известную из диалектики узловую линию мер, т.е. последовательных оптимальных для своего времени ступеней восхождения к совершенству. Это имеет огромное значение.
В тоже время изъятие из кругооборота природы ресурсов, подошедших к стадии полного формирования - задача ответственного природопользования и содействия поддержанию активности естественных циклов. Рациональное использование масштабных древесных и других ресурсов леса с точки зрения потребительских интересов человека позволяет сохранить перспективные возможности жизнеобеспечения страны, компенсировать экономические и социальные издержки хозяйственной деятельности , а также экологическое равновесие.
Сокращение площади застройки позволило снизить объемы работ нулевого цикла за счет уменьшения числа свай на 1000 (свыше 2 тыс. т железобетона) и объемов земляных работ . Это, в свою очередь, способствует рациональному использованию природных ресурсов , поскольку железобетон и сталь обладают наибольшей экологической вредностью прежде всего из-за высокой энергоемкости их изготовления. Например, на выплавку 1 т стали расходуется 6-8 т сырой нефти. Выпуск стали сопровождается большими отходами и загрязнением окружающей среды на всех фазах и стадиях производственного цикла - от добычи и обогащения руды до получения стали и ее проката, при этом изымаются значительные территории для горных разработок, размещения отвалов породы и отходов обогащения . Не намного лучше в этом смысле обстоит дело и с производством цемента. Кроме этого, необходимо принять во внимание прямую экономию топливно-энергетических ресурсов за счет сокращения объемов перевозок свай (железной дорогой , автотранспортом) и механизированных работ по их забивке.
Общество производства и потребления должно находиться в сложном равновесии и быть встроено в природные циклы (например, посредством вторичной промышленной переработки). Известно, что кратковременные преимущества, например приносимые производством прибыли или благосостояние потребителей, могут привести к глобальному ухудшению условий жизни. Новые информационные технологии , построенные на базе теории сложных систем, должны помочь в выборе подходящей стратегии использования энергии, климата, достижения благосостояния с учетом циклов и состояний в экономико-экологической системе.
Организации-партнеры, участвующие в этом проекте, охватывают весь диапазон требуемых дисциплин, дополняя друг друга . Опыт крупного европейского производителя стекла сочетается здесь с университетскими знаниями и прикладными исследованиями группы, в течение длительного времени занимающейся разработками в области горения. Партнеры планируют тесно сотрудничать с крупным европейским поставщиком топлива, а также использовать опыт распространения технологий используемых производителями горелок и датчиков. В целом проект будет способствовать ускорению модернизации различных отраслей промышленности с непрерывным циклом производства , когда крупная промышленность -пользователь будет способствовать развитию малых и средних предприятий, демонстрируя новые, экологически дружественные продукты и используя опыт и знания исследователей.
К такому феномену привели одновременно разразившиеся кризисы а) очередной кризис перепроизводства б) наступление (через примерно 50 лет после 1929-1933 г.) понижательной волны большого цикла в) резкое обострение экологического кризиса. Последняя причина состояла в том, что развивающиеся страны решительно выступили против поставок Западу крайне дешевого сырья и энергоносителей, национализировали свои природные ресурсы и подняли цены на мировом рынке в 1973-1974 гг. в 10-20 раз. Это привело предпринимателей Запада в шоковое состояние и вызвало скачок в инфляции издержек. Из такого шока западная экономика выходила примерно 10 лет посредством внедрения экономичных высоких технологий.
Если для традиционной технологии характерно загрязнение окружающей среды , то высокие технологии, как правило, являются экологически чистыми. В них применяются закрытые системы водопотребления, замкнутые циклы производства , широко используются вторичное сырье и производственные отходы. Это обеспечивает рост экономической и социальной эффективности хозяйственной деятельности.
Для снижения уровня и постепенного устранения экологической опасности всем странам необходимо выделять на охрану окружающей среды сотни миллиардов долларов в год. Ученые и практики советуют сокращать отходы и потери не только с помощью дополнительных очистных систем и сооружений или восстановительных работ, а прежде всего путем внедрения безотходных технологий , вторичного использования для нужд производства лома, стеклотары, макулатуры и т.д. Подобные методы хозяйствования весьма эффективны. Они способствуют сокращению материале- и энергоемкости, снижению степени опасности хозяйственной деятельности для человека и природы. Капиталовложения в безотходные технологии по всему их циклу быстро окупаются и приносят высокий доход. Рекомендуется также повысить ответственность за причиняемый природе ущерб путем
В зависимости от характера и особенностей рекламного материала и стадий жизненного цикла товара различают информационную и агрессивную рекламу. Например, на первой , когда товар новый и его еще не выпускают фирмы-конкуренты, предпочтительнее информационная реклама , подчеркивающая отличительные преимущества данного, оригинального по своим качественным и эксплуатационным характеристикам товара. Эта реклама информирует покупателей о товаре. Однако на третьей стадии жизненного цикла товара , стадии зрелости и насыщения рынка, осуществляется агрессивная реклама, демонстрирующая преимущества товара именно этой фирмы, например качество, сервис, сроки поставки , безопасность, экологическую чистоту и т.д., так как в этот период фирме необходимо активно бороться с конкурентами, производящими аналогичную продукцию. В последнее время в маркетинговой деятельности фирмы все большее внимание уделяется информационной и разъяснительной рекламе.
Некоторые предприятия (существующие или строящиеся) в ходе производственного цикла перерабатывают сырье и имеют отходы производства , которые могут отрицательно влиять на окружающую среду . С этой целью в бизнес-плане определяются результаты предварительного анализа воздействия объекта на окружающую среду при нормальном режиме эксплуатации и в аварийных ситуациях, излагаются намечаемые меры по предупреждению возможных неприемлемых для общества экологических ситуаций и связанных с ними экономических и других последствий, а также дается оценка инвестиционных затрат на природоохранительные мероприятия.
ЦИКЛЫ - регулярно повторяющиеся периоды в развитии природы и общества. Различают природные, производственные, научно-технические, экономические, экологические циклы. Экономические циклы - помимо циклов экономической активности - включают циклы демографические , инновационные, структурные, управленческие. Экологические циклы являются результатом взаимодействия природных и экономических циклов.
ISO 14040 (Серия документов) Методология оценки жизненного цикла - оценки экологического воздействия, связанного с продукцией, на всех стадиях ее жизненного цикла
Все остальные документы рассматриваются как вспомогательные. Например, ISO 14004 содержит более развернутое руководство по созданию системы экологического менеджмента, серия документов 14010 определяет принципы аудита ЭМС. Серия 14040 определяет методологию оценки жизненного цикла , которая может быть использована при оценке экологических воздействий, связанных с продукцией организации (такая оценка требуется стандартом ISO 14001).
В целях улучшения экологической ситуации в промышленных регионах необходимо обеспечить санитарно-гигиеническое состояние атмосферного воздуха, а также исключить потребление воды для очистки технологических газов, тем самым эксплуатацию замкнутого водного цикла и шламового хозяйства. Для этого в программах необходимо предусматри-
Таким образом, показано, что отработанный фосфорнокислотный катализатор может быть полностью переработан по "замкнутому циклу". Предложенный способ позволяет практически полностью исключить вывоз отработанного катализатора в отвал и тем самым улучшить экологические показатели процессов
Технологическая политика государства не может не ориентироваться на переход к устойчивому природоориентированному развитию, в отличие от природных процессов, для которых относительная замкнутость вещественно-энергетических циклов, в традиционных технологических системах такие циклы разомкнуты. В результате их функционирования создается не только основной продукт, ради которого эти циклы и организуются, но и определенный набор отходов, поступающих в природную среду и разрушающих ее естественные циклы. Если поставить вопрос более широко, необходима разработка стратегии экологической безопасности России с определением изменения экономической ситуации при различных вариантах социально-экономического развития, ибо угроза истощения природных ресурсов и ухудшение экологической ситуации в стране находится в прямой зависимости от уровня развития экономики и готовности общества осознать глобальность и важность этих проблем. Нарастают тенденции использования территории России в качестве места захоронения опасных для окружающей среды материалов и веществ, размещения на российской территории вредных производств. Ослабление государственного надзора и отсутствие эффективных правовых и экономических механизмов предупреждения и ликвидация чрезвычайных ситуаций увеличивают риск катастроф техногенного характе-
Я. В. Бекетов. Регионализм и цикличность коэволюции природы и общества экологический аспект// Циклы. Материалы Межрегионального семинара (Ставрополь, июнь, 2002 г.). Ставрополь Изд-во Северо-Кав-казск. гос. техн. ун-та, 2002. С. 36-38.
Реализация технологии добычи и транспортировка нефти, газа и конденсата с морских месторождений значительно улучшит технико-экономические и эргономические показатели нефтегазодобычи, позволит осуществить техническое перевооружение обустраиваемых месторождений, строить экологически чистые нефтегазопромыслы, работающие в закрытом цикле.
Но и это проблематично, поскольку доказано, что фазы экономических циклов не наступают с определенной регулярностью через точные промежутки времени, так как научно-технический прогресс , выявляющий цикличность развития производства , не развивается циклически. Необходимо отметить, что процедура разработки прогнозов на базе имеющихся индикаторов отдана на откуп разработчикам, она слабо алгоритмирована и носит сугубо индивидуальный характер. В силу этого, реальная динамика индикаторов интерпретируется различными прогнозистами по-разному, и поэтому на основе одних и тех же данных разрабатываются прогнозы, серьезно отличающиеся друг от друга. Необходимо учитывать и тот факт, что фазы циклов развития экономики любой страны не повторяются по всем параметрам. Стечением времени качественно меняется экономическая, экологическая и политическая ситуация в самой стране и за ее пределами - внешнеэкономические факторы в части состояния экономики стран - партнеров по торговле и производству, состояние мирового финансового рынка и т.д. Поэтому изменяется и характер зависимости выбранных По прошлому опыту экономических индикаторов и состояние экономики страны.
Каждое государство обладает спецификой, порожденной особенностями исторического, экономического, социо-культурного развития. Попытки слепо копировать опыт других стран, а также применение навязываемых международными организациями единых рецептов экономической политики оказываются, как правило, малопродуктивными, а подчас ведут к ухудшению экономической ситуации. Не случайно, что в последнее время деятельность этих организаций подвергается суровой критике. Несмотря на усиливающуюся глобализацию, экономическое развитие отдельных стран по-прежнему происходит неравномерно, сохраняется асинхрон-ность цикла. Интересы национального государства остаются важнейшим фактором общественного развития и международных отношений . Государство продолжает играть ведущую роль в решении многих экономических, финансовых, социальных, экологических вопросов, в обеспечении национальной безопасности. Нацио-
Типы энергоустановок. Удельная стоимость, топливная экономичность, численность персонала и экологические характеристики дифференцируются в широких пределах по типам энергоустановок. В свою очередь, типы энергоустановок могут различаться видом топлива или первичного энергоресурса (ТЭС, ГЭС, АЭС, НВИЭ), начальными параметрами пара (ТЭС, АЭС), схемой энергетического цикла (ГТУ, ПГУ), отсутствием или наличием отборов пара для теплоснабжения (КЭС, ТЭЦ) и другими характеристиками.
Идеи Н.Д. Кондратьева и Й. Шумпетера вновь привлекли внимание с середины 70-х годов, когда под влиянием глобального экономического и экологического кризисов началась новая волна базисных инноваций. В книге под характерным названием Технологический пат инновации преодолевают депрессию (1975) немецкий ученый Герхард Менш провел анализ отобранных им 112 крупных инноваций за период с середины XVIII в. по 60-е годы XX в. и установил, что если изобретения распределяются во времени сравнительно равномерно, то массовое освоение технических инноваций приходится на повышательные волны кондратьевских циклов.
В последние годы рынки экологически чистых видов энергии растут чрезвычайно высокими темпами, свой вклад в развитие новых технологий и создание альтернативных видов топлива вносят не только ученые, но и компании, которые инвестируют средства в поиск решений экологических проблем. Для сохранения природных ресурсов, идет поиск новых видов биотоплива. Третьим поколением растительного сырья, которое можно применить для выработки энергии, уже считаются водоросли. Вложениями в экологию можно считать не только прямые природоохранные мероприятия, но и капиталовложения в ресурсосберегающую структурную перестройку, малоотходные и безотходные технологии.
Источниками экологической опасности являются разработка месторождений полезных ископаемых и строительство нефте- и газопроводов, промышленность, использующая старые технологии, концентрация автотранспорта и нерациональное природопользование, приводящее к трансформации природно-ресурсного потенциала. Кроме того, климат региона - слишком жаркий летом и холодный зимой - зачастую является причиной экологической нестабильности.
Одно из направлений экологизации экономического развития состоит в широком развитии малоотходных и ресурсосберегающих технологий. Цель их развития - создание замкнутых технологических циклов с полным использованием поступающего сырья и отходов. К технологии безотходного производства прибегла и компания «АгроСиб-Раздолье», которая начала выпускать в Алтайском крае топливные брикеты из лузги подсолнечника.
Раньше на предприятии «АгроСиб-Раздолье» производили масло и шроты - концентрированный корм для птицефабрик и животноводческих ферм. За последний год мощности компании выросли, и встал вопрос о целесообразном использовании отходов основного производства. «Сегодня мы перерабатываем 600 тысяч тонн подсолнечника. Увеличилось количество отводимой лузги. Котельная работает на пределе. Вот и возникла необходимость утилизировать лузгу», - рассказывает генеральный директор «АгроСиб-Раздолье» Владимир Анипченко .
На покупку оборудования и запуск производства топливных брикетов «АгроСиб-Раздолье» потратило 17 млн рублей. Срок окупаемости проекта оценивается в полтора года.
Сами топливные брикеты представляют собой небольшие цилиндры диаметром до 12 сантиметров и длиной до 30 сантиметров. Сегодня «АгроСиб-Раздолье» производит до 20 тонн брикетов в день, но с увеличением объемов производимого масла будет меняться и мощность производства топлива. «Насколько нам известно, в Алтайском крае производят еще топливо из опилок отходов деревообрабатывающего производства, но не в брикетах, а в пеллетах. На Алтае также есть производство топливных гранул из лузги овса», - заявляет маркетолог-аналитик компании Евгения Васильева .
По мнению координатора программ благотворительной организации «Сибирский экологический центр» Александра Дубынина , отходы сельского хозяйства должны быть сырьем для производства биотоплива и включаться в цикл использования ресурса. «В мире отмечается тенденция - компания, производящая какой-либо товар, должна нести ответственность и за утилизацию отходов. Так или иначе, мы должны выходить на такие замкнутые циклы - произвел и переработал. Конечно, надо просчитывать, насколько это выгодно для предприятия, но с экологической точки зрения любые такие проекты важны, и мы должны их всячески поддерживать, а государство - предоставлять максимально хорошие условия, если это малый бизнес - давать гранты или беспроцентные кредиты», - комментирует Дубынин.
По словам Васильевой, большого спроса на биотопливо из лузги еще нет, есть пока только интерес. «Интерес достаточно большой, нам поступают звонки. Продукт в любом случае инновационный, он требует большой разъяснительной и просветительской работы, потому что людям надо показывать и доказывать, в чем выгода, какие преимущества имеет это топливо по сравнению с другими. Но спрос еще полностью не сформировался, рынок в стадии становления», - вздыхает маркетолог.
Говоря о новой технологии, Евгения Васильева делает оговорку: переработка лузги - это не изобретение алтайского завода. Маслоэкстракционные предприятия, которые также производят биотопливо из лузги, работают в европейской и южной частях России. «Но это новинка в Алтайском крае и в Сибири вообще», - добавляет она.
Использовать топливные брикеты из лузги можно вместо дров или угля и в частном доме, и в котельных небольшой мощности, отапливающих села или административные учреждения: школы, больницы. Дрова и уголь можно заменять или дополнять этими топливными брикетами.
Древесина, которая сама по себе является биотопливом, - ресурс возобновляемый. В настоящее время в мире для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих пород - таких как, например, тополь. В России на дрова и биомассу в основном идет балансовая древесина, не подходящая по качеству для производства пиломатериалов.
На замену дровам приходят топливные гранулы и брикеты - прессованные изделия из древесных отходов (опилок, щепы, коры), соломы, отходов сельского хозяйства (лузги подсолнечника, ореховой скорлупы) и другой биомассы. Древесные топливные гранулы называются пеллетами, они имеют форму небольших - до трех сантиметров в длину и двух в диаметре - цилиндрических или сферических гранул. Сегодня в России производство топливных гранул и брикетов экономически выгодно только при больших объемах.
Однако для использования пеллетов необходимо специальное котельное оборудование, установка которого требует значительных затрат, в то время как топливные брикеты из лузги можно сжигать в уже установленных котельных.
По исследованиям компании «АгроСиб-Раздолье», в сравнении с традиционным углеводородным сырьем у топливных брикетов из лузги есть ряд неоспоримых плюсов: в отличие от дров топливные брикеты обладают стабильной влажностью - 8–10 процентов, в то время как влажность дров может постоянно меняться, отчего меняется и их теплопроводность. Оптимальная влажность дров для топки составляет порядка 20–25 процентов, но тогда их теплопроводность на 30–35 процентов меньше, чем у брикетов. «Зачастую поставляемые дрова имеют влажность 30–40 процентов, в таком случае теплотворность брикетов может быть выше на 40–100%.То есть для производства одного и того же количества тепловой энергии потребуется 100 кг брикетов от 130 до 200 килограммов дров», - объясняют в «АгроСиб-Раздолье». Количество выделяемого при горении брикетов тепла сопоставимо с теплоотдачей при горении каменного угля, но в то же время зольность брикетов намного ниже - всего 2,8 процента против 10–20 процентов у каменного угля и 5–10 процентов у древесины. «То есть образуется в 5–10 раз меньше продуктов сгорания. К тому же продукты сгорания угля содержат много вредных веществ и требуют обязательной утилизации - вывоза на золошлакоотвалы и прочее. Образующаяся в результате сгорания лузги зола абсолютно безвредна и может использоваться как удобрение», - уточняет Евгения Васильева.
Другие плюсы - экономия на транспортировке, экономия занимаемого ими пространства, но главное - экологичность. По словам Васильевой, при изготовлении брикетов не применяются клеящие синтетические вещества. «При высоком давлении и температуре из волокон выделяется клейкое вещество - лигнин, которое и соединяет лузгу в брикет. В связи с предельно малым содержанием в лузге таких элементов, как сера, азот, хлор при сжигании топливных брикетов не образуется никаких вредных летучих веществ», - поясняет маркетолог-аналитик.
Стоимость брикетов - от 1 900 рублей за тонну без транспортной доставки, цена зависит от вида упаковки, объема закупки и других факторов. По мнению производителей, это достаточно конкурентоспособная цена по сравнению с ценой дров. «В Барнауле сейчас средняя цена березовых дров - 1 300 рублей за кубометр. Если переводить это на килограммы и теплопроводность, то сжигание брикетов на 50–60 процентов выгоднее по цене. Цена угля для котельных примерно на том же уровне, а для населения уголь также обойдется существенно дороже», - объясняют в компании.
Продавать брикеты компания планирует в Алтайском крае и в ближайших регионах. В «АгроСиб-Раздолье» опасаются, что более протяженная логистика приведет к нерентабельному удорожанию продукта. Сбывать биотопливо компания намерена через своего барнаульского дистрибьютора.
1Проведен системный анализ возможностей и границ повторного использования материалов в рамках промышленной экологии. Дана классификация невозобновляемых материалов. Отражены направления использования отдельных классов невозобновляемых материалов. Рассмотрены критерии эффективности повторного использования материалов. Приведены структурные признаки замкнутого цикла. Охарактеризованы возможные формы замкнутого цикла. Показано значение замкнутого цикла для обеспечения устойчивого развития. Рассмотрена роль энергии в обеспечении замкнутого цикла. Исследовано сжигание как возможный процесс утилизации отходов. Показана двойственная (позитивная и негативная) роль технологий для обеспечения устойчивого развития. Определено значение инновационных технологий для успешного перехода к промышленной экологии. Сделан вывод о необходимости расширенного использования существующей и испытанной устойчивой техники; инноваций и разработки новой устойчивой техники.
промышленная экология
устойчивое развитие
замкнутый цикл
1. Дорохина Е.Ю., Огольцов К.Ю. К вопросу о концептуальном понимании промышленной экологии // Путеводитель предпринимателя. – 2012. – № 16. – С. 95–103.
2. Дорохина Е.Ю., Огольцов К.Ю. О возможных стратегиях устойчивого развития и промышленной экологии // Путеводитель предпринимателя. – 2013. – № 17. – С. 100–108.
3. Дорохина Е.Ю., Пантелеев С.С. К вопросу о трех столпах устойчивого развития // Научные труды SWorld. – 2012. – Т. 33, № 4. – С. 16–21.
4. Allen D.T. An Industrial Ecology: Material flows and engineering design. Department of Chemical Engineering, Universitiy of Texas – Discussion Paper Austin, 2003.
5. Cohen-Rosenthal E. Making sense out of industrial ecology: a framework for analysis and action// Journal of Cleaner Production, 12. Jg. (2004), H. 8-10, P. 1111–1123.
Закрытие оборота материалов путем возврата в производство или потребления остатков производственных процессов или отслуживших срок старых продуктов и утильсырья называется замкнутым циклом. Замкнутый цикл как экономическая деятельность имеет длительные исторические традиции.
Цель нашего исследования - системный взгляд на возможности и границы возвращения материалов в рамках перехода к промышленной экологии (ПрЭ). Это - значимая и пока не решенная по ряду причин проблема. Процессы замкнутого цикла сложно охватить одним взглядом, в частности, трудно разграничить замкнутый цикл и управление отходами. Хотя известны основные структурные признаки замкнутого цикла, понятие это настолько многогранно, что даже в ПрЭ оно определяется разными способами. Для ПрЭ важны все формы замкнутого цикла - повторное использование, другое применение - во всех их проявлениях, причем переходы между названными формами часто размыты. Собственно говоря, возможность повторного использования материалов в хозяйственном обороте является одной из основных необходимых предпосылок функционирования ПрЭ. Подсмотренное у природы свойство - способность разбирать сложные материалы на их исходные компоненты для нового использования последних . При этом необходимо выяснить, какие формы замкнутого цикла играют существенную роль, и какие встречаются приложения. Различают 3 класса невозобновляемых материалов (см. таблица).
Классификация невозобновляемых материалов
Эта классификация относительна, так как технические возможности и экономические условия постоянно меняются, и участникам процессов не всегда известно, к какому классу относится материал.
Переход к ПрЭ требует, во-первых, увеличения использования в промышленных производственных процессах материалов из классов I и II, во-вторых, избегания материалов из класса III, в-третьих, нахождения путей компенсации незаменимых материалов из класса III с помощью инноваций в классах I и II. Разумеется, в классе III речь идет, прежде всего, о сильно диссипативных материалах, которые при применении рассеиваются в окружающей среде. Границы их повторного использования определяются лишь законами термодинамики, но с увеличением их применения необходимые издержки стремятся к бесконечности.
Экономическую границу замкнутого цикла разных материалов обуславливает отношение доли привлекательного сырья в природных материалах к его доле во вторичных материалах. Чем меньше эта величина, тем выгоднее обратное получение. При отношении существенно большем единицы замкнутый цикл представляет собой экономически невыгодную форму получения сырья . В конечном счете, все зависит от плотности сырья в первоначальном материале, которая имеет тенденцию к сокращению. С другой стороны, считается, что с уменьшением концентрации вновь обретаемого сырья во вторичных материалах экспоненциально растут затраты энергии для обратного получения.
Эмпирически доказано, что еще не израсходован экономический потенциал повторного использования тяжелых металлов, представляющих собой опасные отходы (hazardous waste). Однако ему противостоят диссипативные потери экотоксических субстанций, концентрация которых в экосфере во многих случаях повышается. Так как использование тяжелых металлов в ходе индустриализации непрерывно росло, то диссипативные потери постепенно приобретали все большее значение. Хотя не все экотоксические последствия и критические концентрации известны, но, начиная с их определенных уровней, можно ожидать значительных нарушений в окружающей среде.
Мы видим большой потенциал в освещении приложений ПрЭ, так как недостаток информации и правовых норм ограничивают инициативы даже по их экономически выгодному применению. Против использования невозобновляемых материалов III класса есть две причины: безвозвратное использование и истощение соответствующих материалов; токсические последствия для экосистем.
Вместе с тем может быть только один путь, реализуемый последовательно всеми заинтересованными лицами. Это путь, ведущий в направлении ПрЭ, т. е. к тому, чтобы все высоко диссипативные материалы соответствовали бы критерию непротиворечивости окружающей среде . Ждать до тех пор, когда технический прогресс позволит замкнуть оборот материалов, когда ресурсы станут настолько дорогими, что не будет никакого иного пути, было бы выражением неуместной инертности имеющихся промышленных систем. Каждая ступень и каждый элемент ПрЭ требует активного подхода. Можно выделить следующие ступени замкнутого цикла:
Непосредственный замкнутый цикл (в пределах того же самого производственного процесса);
Опосредованный замкнутый цикл (в пределах того же самого производственного процесса при временнoм или пространственном переносе);
Интегрированный замкнутый цикл (комбинация из обоих вышеназванных образований при дополнительном включении конструктивных элементов или блоков производственного процесса);
Системно-интегрированный замкнутый цикл (комбинация интегрированных в процесс внутренних положений замкнутого цикла с внешними, реализуемыми на другом предприятии производственными процессами).
При этом необходимо обеспечить, чтобы вторичные продукты использовались как можно раньше и в ближайшем регионе. Это даст экономические преимущества, связанные с уменьшением транспортных расходов и расходов по хранению. Чем выше стоимость вновь используемых благ, тем сильнее становится последний аспект.
Для ПрЭ требуется концепция, которая обобщает все формы замкнутого цикла в холархическую систему. Кроме того, нужны новые технологии возвращения материалов, продолжающие дело надежных и давно известных замкнутых циклов металлов, стекла и бумаги. При этом речь идет о материалах, для которых, вследствие их относительно простой химической и механической разделимости, уже теоретически возможен замкнутый цикл. Разумеется, даже в уже реализуемых кругооборотах материалов еще имеются нерешенные проблемы с примесями и недостаточной чистотой вторичных материалов, препятствующие более полному повторному использованию материалов. Например, в случае металлов, приобретающих специфические свойства при легировании, смешивание в ходе замкнутого цикла приводит к регулярному снижению качества вторичных материалов. Заметим, что металлы, как раз, характеризуются хорошей приспособляемостью к замкнутому циклу. Регулярно появляющиеся примеси при каждом кругообороте накапливаются во вторичном сырье и уменьшают его чистоту, что фактически соответствует даунциклингу. В рамках ПрЭ можно расширить границы управления циркуляцией, так как постепенно разрабатываются новые технические и организационные процессы очистки для тех циркуляций материалов, в которых этот феномен раньше не встречался. В перспективе это станет возможным в существенно большем объеме, так как и природное сырье характеризуется смесями материалов, которые затем разделяются посредством технологических процессов. Тем не менее, для функционирования ПрЭ неизбежна ориентация на замыкание циклов используемых в производстве материалов. При этом будет играть существенную роль «проектирование окружающей среды» (Design for Environment). При ПрЭ доля замкнутого цикла в производстве стремится к 1, так как это - целевое значение, устанавливаемое природой как «образцом». В любом случае это значение может быть достигнуто только в долгосрочной перспективе, так как многие материалы при нынешних замкнутых циклах теряют в качестве, и применимое сырье можно получить только при добавлении новых материалов.
Замкнутый цикл и энергия
Значение замкнутого цикла для устойчивой экономики можно оценить, анализируя следующие основные принципы, предлагаемые экологией:
а) все применимые невозобновляемые ресурсы должны повторно использоваться, пока это возможно;
б) отношение энергии, используемой для производства и потребления продуктов, и энергии, расходуемой для повторного предоставления сырья, должно быть изменено в пользу замкнутого цикла (т.е. доля энергии в замкнутом цикле в общеэкономическом потреблении энергии существенно увеличится);
в) невозобновляемые ресурсы могут быть введены в циркуляцию только в таком объеме, в каком для этого имеется регенеративная энергия, непригодная для других форм использования;
г) экономика потребления должна признаваться экономически равноценной экономике производства, так как создание там добавленной стоимости представляет собой существенную основу для производства.
Предпосылкой выполнения этих правил является то, что в долгосрочном периоде в распоряжении будут находиться исключительно возобновляемые энергоносители и в единицу времени - лишь ограниченное количество энергии. Вытекающие отсюда ограничения по использованию энергии в индустриальном обществе должны быть операционализированы с помощью критериев устойчивости . Пункты б) и в) показывают, что это вызывает проблему распределения. Если ограниченный ресурс «энергия» не теряется, как это было до сих пор, при нежелательной диссипации веществ в процессах производства и потребления, а направляется на возвращение сырья, то становится очевидным, что прежние способы производства эксплуатировали основы своего собственного существования с двух сторон: сырьевой и энергетической. Если обе стороны теперь рассматривать с энергетической точки зрения и их использование подчинить естественным ограничениям, то доступность энергии станет в конечном итоге самым узким местом промышленных процессов. Если привлекаться в хозяйственный оборот или связываться в продуктах должно большее количество материалов, то должно использоваться больше дефицитной энергии. Как утверждает экология, с возрастанием использования биомассы увеличивается расход энергии по техническому обслуживанию и ремонту. То есть, переход к ПрЭ не может пройти безрезультатно для объема и качества, как промышленного производства, так и массового потребления. Хотя эффективность и состоятельность (непротиворечивость) необходимы для жизнеспособной экономики, но без выполнения условий существования они не являются целевыми характеристиками. Технология, порождающая материальные и энергетические потоки, будет играть решающую роль при переходе к устойчивому развитию. Таким образом, неизбежно, что уже при планировании и конструировании продуктов следует принимать во внимание способность применяемых материалов к замкнутому циклу, и, кроме того, возможность применения бoльшего количества вторичных материалов. Это означает не что иное, как полное обновление способов производства при постоянном учете требований ПрЭ. Если речь идет о возвращения материалов в экономическую циркуляцию, то необходимо решение многокритериальной задачи, учитывающей, с одной стороны, соотношение между экономическими издержками и экологическими последствиями, а, с другой стороны, качество вновь обретаемых материалов и их экономическую эффективность. Термодинамика указывает на то, что энергетические затраты (и соответственно издержки) растут с уменьшением доли обратного получения и снижением качества вторичного сырья. Связь выражается следующим образом. Чем меньше плотность материала, предназначенного для повторного использования, тем дороже его концентрирование до приемлемой меры, поскольку это влечет за собой непропорциональное использование энергии. Тем не менее, этот процесс требует подробного анализа. Если на экологическом уровне рассматривать условия повторного и дальнейшего применения материалов, то на 5 ступенях трофики от первоначального производителя к первичному, вторичному и третичному потребителям, а также деструентам, можно видеть относительно возрастающую потерю энергии в форме излучаемого, т.е. неполезного тепла. Для перехода к ПрЭ потери энергии от одной до другой ступени потребления нужно описывать нормативными методами, учитывающими природно-экологические принципы. Сейчас сложно определить, какие именно процессы замкнутого цикла из-за чрезмерного использования энергии будут оказывать отрицательное влияние на устойчивое развитие, т.е. на «прочность» экосистемы. В обозримом будущем энергия солнца все-таки будет излучаться в экосистему Земли, поэтому узкими местами будут сохранение невозобновляемых материалов и устранение из природного кругооборота веществ, чуждых природе. Отрицательная экологическая «стоимость» потери материала не может превосходить стоимости экологических последствий предоставления энергии. Или, иначе выражаясь, в отношении устойчивости оптимальными являются такие антропогенные процессы замкнутых циклов, при которых предотвращенная отрицательная стоимость (окончательной) потери материала сопоставима со стоимостью предоставления необходимой для процесса (регенеративной) энергии. Проблема «оценки» на основе этого простого правила еще не решена.
Сжигание как стратегия утилизации отходов
Сжигание материалов, неинтегрируемых более в хозяйственный оборот, некоторыми специалистами называется «тепловым применением» и также считается формой замкнутого цикла. С точки зрения термодинамики, этого не может быть, так как сожженные материалы содержат негэнтропию (отрицательную энтропию), но при сгорании или производят энтропию в форме диссипации или, в лучшем случае, полезное тепло . Полученная тепловая энергия (которая, с точки зрения энтропии, представляет собой обесцененный вид энергии) сопоставляется с энергией, заключенной в сожженных (и диссипируемых) материалах. Последняя по своей значимости многократно превышает извлеченное тепло. Сжигание ранее применяемых, но по разным причинам утративших свою полезность, материалов согласно термодинамике является убыточным делом, поэтому не может относиться к методам замкнутого цикла и в рамках ПрЭ должно быть исключением. Оно представляет собой вынужденную меру при отсутствии фантазии и творческого подхода. Только в единичных случаях, которые следует тщательно проверять, сжигание может стать устойчивым решением, оставаясь в целом исключением. Процессы замкнутого цикла требуют адекватной технологии, учитывающей экономические, экологические и социальные интересы. В частности, при нынешних условиях экономические и экологические оптимумы технологических процессов находятся далеко друг от друга и, несомненно, требуют сближения. Известно, что создание мощностей по сжиганию требует высоких капитальных вложений, поэтому некоторые слои общества могут быть заинтересованы в их строительстве. При этом многие зависимости (экологические, социальные) недооцениваются. Отвергаются пути использования, которые могли бы составить конкуренцию сжиганию.
Значение инновационных технологий для обеспечения устойчивого развития
Технология как продукт культурной эволюции человечества при переходе к ПрЭ приобретает большое, если не решающее, значение. Технология играет ключевую роль для преобразования социально-экономических процессов в рамках ПрЭ. Технические инновации явились ядром индустриализации и следующего за ней экономического развития. При этом роль их двояка. Каждая новая технология только тогда становится успешной, когда присоединяемая к ней человеческая составляющая положительно корреспондирует с техникой, т. е. они способны к соединению. В этом случае новая технология может широко распространиться. Такой процесс называется диффузией технологии.
Технология, напротив, может стать и препятствием для перехода к ПрЭ, так как при высоких инвестициях возникают теневые зависимости.
Исторически культурную и технологическую эволюцию можно разделить на 3 крупных фазы: общество охотников и собирателей, аграрное общество и индустриальное общество. В ходе культурно-технологической эволюции из-за использования новых технологий непрерывно увеличивалось антропогенно вызванное потребление энергии и сырья. Идеализированное мнение многих экологов состоит в том, что устойчивой опцией будущего является отказ от технологии (в общем смысле), так как технология представляет собой главное звено, обусловливающее экологический кризис.
Заключение
На наш взгляд, динамика технологического развития является решающим элементом при переходе к ПрЭ. Антропогенное преобразование природных систем уже настолько продвинулось, что технологии и их действие на окружающую среду стали неотъемлемой частью планеты Земля. Жизнь как феномен возникла и поддерживается путем интеграции материи и энергии. Антропогенно-культурное развитие неотъемлемо связано с экологическим развитием. Первое возможно только путем преобразования материи на основе использования энергии. И окончательное решение этой задачи взяла на себя технология, которая должна приспосабливаться к вновь возникающим требованиям устойчивого развития. Вид и форма использование старой и, прежде всего, новой техники зависит от креативности участвующих лиц и общих экономических условий. В конечном счете, внедрение технических изобретений определяется экономическим эффектом, который они обеспечивают инвесторам. Инвесторы опять-таки зависят от системы стимулирования. Новая культурная организация материи всегда будет связана с технологией, так как только технология запускает феноменальные материальные и энергетические потоки. Таким образом, технологии соответствуют две стратегических опции: возрастающее использование существующей и испытанной устойчивой техники; инновации и разработка новой устойчивой техники.
Вопросы практического тура для 11 класса:
Известно, что в основе пирамиды биомассы Мирового океана лежат не растения, а животные, общий вес которых в 20 раз превышает вес растений. Почему?
С целью выяснения способа регуляции роста численности популяции проделали следующий опыт. В два одинаковых по объёму аквариума поместили разное количество головастиков. В первом аквариуме, где головастиков насчитывалось в два раза больше, они росли медленнее. Из первого сосуда немного воды перелили во второй, не меняя в нём количество головастиков. В результате их рост и развитие, ранее интенсивное, явно замедлилось. Сделайте вывод по этому опыту.
В тропических открытых районах океана, где много тепла и света, жизнь очень бедна. Эти районы называют «океаническими пустынями». С чем это связано?
В 30-х – 60-х годах нашего столетия в сельскохозяйственной практике в качестве инсектицида широко применялся ДДТ. Одним из последствий применения этого инсектицида стала гибель хищников. Объясните причины этого явления.
Составьте экологическую цепочку – мышь – сыр.
Почему естественное загрязнение атмосферы не нарушает происходящих в ней процессов?
В чём заключается положительные последствия «парникового эффекта»?
Какие вещества наиболее опасны при загрязнении водоемов и почему?
Поясните, в чём преимущество использования замкнутых производственных циклов перед строительством очистных сооружений?
Почему тепловые электростанции вносят большой вклад в процесс потепления климата? Объясните, что такое парниковый эффект.
Даже в пределах одного распространённого вида, птицы, живущие в более высоких широтах, производят больше потомков, чем живущие в низких широтах. Как вы считаете, чем это вызвано?
Хищники – кошка и собака – питаются по-разному. Кошка отвергает несвежую пищу, ест основательно и не спеша, редко переедает. Собака же, наоборот, не брезгует падалью, ест, торопясь, почти не разжёвывая и, как говорится, не знает меры. Есть ли этому какое-либо биологическое и экологическое объяснение?
Участок степного травостоя, который способен прокормить лишь 10 овец – животных скромных размеров, обеспечивает питание 19 громадин – верблюдов общим весом в 8,5 тонны. Объясните почему?
Близкородственные виды живут бок о бок, хотя, согласно бытующему среди дарвинистов мнению, между ними существует наиболее сильная конкуренция. Почему же один из видов не вытесняет другой?
Как можно объяснить различия зависимости размеров сердца и активности у млекопитающих и насекомых, если у последних размеры сердца (спинного сосуда) не зависит от их активности?
Ответы практического тура для 11 класса:
Основу растительной биомассы мирового океана составляют одноклеточные водоросли, продолжительность жизни которых мала. Но одновременно эти водоросли обладают высокой скоростью размножения и воспроизводства. Вследствие этого биомасса планктонных животных, питающихся фитопланктоном и имеющая большую продолжительность жизни, оказывается гораздо выше, чем биомасса фитопланктона. Кроме того, зоопланктон сам служит пищевой базой для различных плактонофагов (моллюсков, рыб, млекопитающих), что ещё более увеличивает указанную выше разницу.
Особи перенаселённой популяции головастиков (в первом аквариуме) выделили в воду особые вещества, замедляющие рост и развитие особей внутри популяции.
Недостаток элементов минерального питания, в основном азота и фосфора, необходимых для развития фитопланктона, от которого в свою очередь зависят животные. Из-за больших глубин соли азота и фосфора концентрируясь в илах на дне, не достигают поверхностных слоёв океана.
ДДТ является кумулятивным ядом, и, передаваясь по трофическим цепям, он накапливается в хищниках – конечных звеньях таких цепей. Это и стало причиной их повышенной смертности.
Мышь – шмели – клевер – овцы – молоко – сыр.
Вещества, поступающие в атмосферу, при естественном загрязнении всегда были и есть в природе, они быстро включаются в естественные круговороты, промышленные предприятия выбрасывают в атмосферу вещества, которые обычно не встречаются в природе: фреоны, пыль тяжёлых металлов, радиоактивные вещества. Эти вещества могут нарушить естественные природные процессы.
Повышение температуры приведёт к сокращению полярных областей и продвижению в них теплолюбивых видов растительности, повышение влажности приведёт к сокращению площади пустынь, повышение концентрации углекислоты приведёт к повышению продуктивности растений.
Соли тяжёлых металлов, фосфорорганические и хлорорганические соединения – эти вещества накапливаются в организме и передаются по звеньям пищевой цепи, приводя к возникновению кумулятивных токсикозов. Также опасны вещества – детергенты, входящие в состав современных моющих средств (стиральных порошков). Они образуют на поверхности воды тонкую плёнку, препятствующую обогащению воды кислородом. Подобную плёнку они образуют и на жабрах водных обитателей, вызывая их гибель. Аналогичное воздействие вызывают и нефтепродукты, попадающие в воду.
Замкнутые производственные циклы позволяют более рационально использовать сырьё, что делает их более экономичными; это безотходные производства, не загрязняющие природную среду. Очистные сооружения не дают возможности полной очистки отходов, так как при повышении степени очистки многократно возрастает стоимость этого процесса, и производство основного продукта становится нерентабельным. Таким образом, очистные сооружения способны лишь уменьшить загрязнение окружающей среды, но не предотвратить его.
Рост концентрации углекислого газа в атмосфере является одной из причин начавшегося потепления климата на Земле. Это связано, прежде всего, с нарушением природного равновесия между количеством углекислого газа, выделяемого в атмосферу в результате разложения органических веществ и поглощаемого в процессе фотосинтеза. Концентрация углекислого газа наряду с другими элементами – метаном, фреонами – приводит к образованию так называемого парникового эффекта. Суть этого явления заключается в том, что происходит накопление углекислого газа и других веществ, увеличиваются температура и влажность (тот же эффект можно наблюдать в теплице, покрытой плёнкой или стеклом).
Гипотеза продолжительности светового дня – в весеннее и летнее время в высоких широтах продолжительность светового дня больше и птицы имеют больше времени для сбора пищи и способны больше прокормить птенцов. Гипотеза весеннего изобилия – весной в средних широтах наблюдается резкое увеличение первичной продукции и быстрое возрастание численности насекомых. Численность же популяций самих птиц весной очень не велика из-за массовой гибели в зимний период. Поэтому прилетающие весной особи оказываются в условиях изобилия пищи и сравнительно слабой конкуренции. Таким образом, птицы высоких широт могут в единицу времени собрать больше корма и способны прокормить больше потомков. Гипотеза влияния хищников – в тропиках больше хищников и они уничтожают чаще крупные кладки, так как родители вынуждены чаще покидать их для поиска корма, чем мелкие.
Кошка – хищник-одиночка. Поэтому, поймав добычу и уединившись, она спокойно поглощает её, не беспокоясь – у неё нет конкурентов. Собака – хищник стайный. Пойманной добычи едва хватает на всех членов группы. При разделе пищи, не церемонятся, времени на выбор более лакомых кусков просто нет.
Овцы поедают в основном полынь и сочные побеги травянистых растений, избегая колючие растения и сухие стебли злаков. Кроме того, небольшие по площади и заострённые копытца овец сильно разрушают почву, что приводит к быстрой деградации пастбищ и резкому снижению биомассы вегетирующих растений. Верблюды же имеют более широкий пищевой спектр, поедая и сухие, и колючие растения. Кроме того, верблюды, относясь к мозоленогим животным, имеют очень широкую стопу и оказывают, несмотря на свой большой вес, на поверхность почвы лишь незначительное давление. Благодаря этому растительные сообщества на верблюжьих пастбищах не подвергаются деградации.
Близкородственные виды, обитающие рядом, обычно занимают разные экологические ниши и поэтому обладают различным пищевым спектром, что исключает конкуренцию за жизненные ресурсы.
У насекомых в функцию кровеносной системы не входит обеспечение органов и тканей кислородом, вследствие чего у них и отсутствует зависимость между активностью и размерами сердца. У млекопитающих активность напрямую зависит от притока крови, гемоглобин которой является носителем кислорода, а сердце – тем органом, который отвечает за перемещение крови по кровеносным сосудам.
Вконтакте
