Экологические последствия энерго– и квазиэнерготехнологий

Экологические последствия энерго– и квазиэнерготехнологий
С.М. Гордышевский,
Санкт-Петербургский Экологический союз
К концу XX века человечество оказалось перед реальностью - сформировавшимся
полномасштабным экологическим кризисом. Такой вывод был сделан политической и научной
элитами мира на Международной Конференции по окружающей среде и устойчивому развитию в
Рио-де-Жанейро в 1992 году (Рио-92). Состоявшаяся 10 лет спустя очередная Конференция в
Иоганнесбурге (Рио+10) констатировала продолжающееся ухудшение состояния глобальной
окружающей среды. С такого неутешительного диагноза началось XXI столетие.
Причиной №1 экологического кризиса единодушно признается техногенная деятельность
человечества. Доминирующую роль в ней играют процессы производства и использования
энергии, получаемой из невозобновляемых природных ресурсов. Это транспорт, работающий на
продуктах
переработки
нефти,
теплоэлектроэнергетика,
нефтехимия,
металлургия,
мусороперерабатывающая отрасль, использующая технологии сжигания отходов. Последняя
возникла в начале 1980-х почти одновременно в США, Западной Европе, затем в Японии и Канаде,
и насчитывает в настоящее время сотни мусоросжигающих заводов (МСЗ) в странах «золотого
миллиарда», не считая растущего числа заводов по сжиганию илового осадка очистных
канализационных сооружений больших городов. Вторым важнейшим фактором в обосновании
строительства таких заводов наряду с первым –уничтожением отходов,- был заявлен и
продолжает декларироваться энергетический, т.е. возможность получения дополнительной и
дешевой энергии. Оба эти фактора не выдерживают серьезной критики. «Уничтожение» отходов
на деле является переводом их из твердого состояния в газообразное с многократным (около 5
раз) увеличением первичной массы. Энергетическая эффективность на самом деле является
отрицательной из-за крайне низкой калорийности исходного материала (2-3 тыс.ккал/кг) и
необходимости использования дополнительного количества (до15-20%) высококалорийных
углеводородных
топлив,
например,
природного
газа.
В
действительности
это
квазиэнерготехнологии.
В основе экологической оценки энерго- и квазиэнерготехнологий лежит один и тот же принцип:
оценка загрязнения окружающей среды продуктами сгорания.
Качественная оценка загрязнения показывает, что оно по своей природе является химическим
загрязнением воздушной среды (атмосферы) образующимися в ходе процессов горения
малотоксичными, токсичными и супертоксичными химическими соединениями. Считавшиеся
безвредными до вступления в силу Киотского протокола водяной пар и двуокись углерода СО2
теперь классифицируются как опасные, хотя и малотоксичные, поллютанты.
В целом проблему загрязнения атмосферного воздуха и воздействия загрязнения на биосферу,
включая человека, можно характеризовать, как очень слабо изученную. Потенциально опасными
для человека являются десятки тысяч химических веществ. Однако, оценка состояния
атмосферного воздуха как во всем мире, так и в России осуществляется на постоянной основе –
мониторинг – по 10-12 веществам, включая взвешенные вещества как одно, т.е. пыль. В то же
время
официальные
источники,
например,
доклад
«Охрана
окружающей
среды,
природопользование и обеспечение экологической безопасности в Санкт-Петербурге в 2007 году»,
свидетельствуют: «Каждые сутки мы вдыхаем около 15 кг воздуха и примерно одну столовую
ложку пыли, содержащей токсины, канцерогены, аллергены, значительная часть которых не
выводится из организма, а постепенно накапливается, подтачивая иммунитет и разрушая наше
здоровье» (стр. 172).
В отношении же изученности процессов горения в части образования загрязняющих веществ
ситуация еще более драматическая. Перед наукой о горении в силу исторических причин
ставились задачи изучения процессов горения с основной целью повышения их
энергоэффективности. Задачи исследования образования продуктов сгорания преследовали ту же
цель. Задача же уменьшения образования вредных веществ являлась менее, чем второстепенной.
Первостепенное значение этой проблемы стало осознаваться лишь в последние 10-15 лет.
Особую остроту проблема приобрела в связи со сравнительно недавно (с 1990-х годов)
замеченным опасным быстрым ростом загрязнения окружающей среды такими супертоксичными
соединениями, как диоксины и полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Например, в
Санкт-Петербурге среднегодовая концентрация бенз(а) пирена за 2007 год составила 2,2 ПДК
(Доклад, стр. 169). Согласно Госдокладу «О состоянии и об охране окружающей среды Российской
Федерации в 2007 году» список городов с очень высоким уровнем загрязнения воздуха (ИЗА>14)
включал 38 городов. Почти во всех из них очень высокие среднегодовые концентрации
бенз(а)пирена. 55% городского населения живет в условиях высокого и очень высокого уровня
загрязнения воздуха. По диоксинам в связи с тем, что их мониторинг не ведется, систематические
данные отсутствуют, однако, многочисленные локальные исследования в разных странах,
особенно в индустриально развитых, свидетельствуют о крайне опасном уровне их присутствия.
При этом известно, что диоксины образуются практически всегда при сгорании углеводородов в
присутствии хлорсодержащих материалов, т.е. при сжигании, например, твердых бытовых отходов
или илового осадка канализационных сооружений. ПАУ образуются в процессе горения самых
различных горючих материалов- топлив, отходов, осадка и т.д. При этом высказываемые
предположения, граничащие с уверенностью, об осутствии образования ПАУ в условиях
высокотемпературного (более 12000 С) горения, не подтверждаются. Самые последние
авторитетные
результаты,
например,
совместная
работа
ученых
Гейдельбергского,
Штуттгартского, Беркли университетов «Горение. Физические и химические аспекты,
моделирование, эксперименты, образование загрязняющих веществ», М. Физматлит 2003, Авт.
Ю.Варнатц, У. Маас, Р. Диббл, констатируют: «Существует вопрос, каким образом любой
углеводород выживает в условиях пламени. Современный уровень наших знаний об образовании
этих загрязняющих агентов неутешительно низок» (стр. 304). В этой связи ученые высказывают
недоумение по поводу существующей «уверенности в том, что именно процесс горения может
разрушать токсичные соединения, медицинские отходы и твердый бытовой мусор» (стр.305).
Сочетание заблуждений, ошибок и стремления простыми способами решать сложные проблемы
привело к феномену возникновения такой квазиэнерготехнологии, как сжигание отходов.
Возможно, в этом явлении кроется ответ на вопрос: почему при столь значительных усилиях и
затратах, осуществляемыми развитыми странами в области снижения количества вредных
выбросов от энерготехнологий и транспорта и одновременном росте уровня жизни и качества
медицинского обслуживания в странах «золотого миллиарда» угрожающе растет, начиная с 1980х, уровень заболеваемости такими экологически детерминированными, по определению ВОЗ,
заболеваниями, как новообразования и врожденные аномалии, (рис 1). Эти страны являются
лидерами по показателю общей смертности от рака (рис. 2). В России, по данным
Минздравсоцразвития, показатель количества врожденных аномалий вырос с 2000 по 2006 год на
13% (рис. 3)
В целом, по данным Госдоклада РФ, из общего количества выбросов загрязняющих веществ в
атмосферный воздух из стационарных источников 20,6 млн. т. более половины являются
продуктами процессов горения. К ним же следует отнести 16,2 млн. т. вредных выбросов от
автотранспорта. То есть, удельный вес продуктов сгорания в загрязнении атмосферы составляет
около3/4. Причем в городах, где вклад автотранспорта достигает 80-90% (к ним относятся и
Москва и Санкт-Петербург), доля процессов горения в экологическом загрязнении достигает 4/5, и
имеет тенденцию к росту, что совпадает с общемировым вектором. Главную опасность для
человека представляют супертоксичные канцерогены группы ПАУ,: имеющие ПДК, измеряемые в
микрограммах (10-6 г) на 1 м3 воздуха; диоксины (ПХДД, ПХДФ), называемые
суперэкотоксикантами из-за чрезвычайно низких ПДК – в нано– и пикограммах (10-9, 10-12 г) на
1м3 воздуха, высокой устойчивости и способности к накоплению во всех средах, в том числе в
тканях человека и животных. При этом до сих пор отсутствуют и на практике не применяются
какие-либо технологии их улавливания и очистки. Выявление их сложно и дорого, и не
осуществляется в мониторингах энерготехнологий. Однако особая опасность возникла с
появлением квазиэнерготехнологий сжигания отходов. Эта опасность в первую очередь
обусловлена нестабильностью состава сжигаемого сырья, представляющего собой конгломерат из
сотен веществ, в том числе хлорсодержащих, и, во-вторых, в силу этого неприменимостью
достаточно проработанных технологических регламентов организации процессов горения,
используемых в стандартных энерготехнологиях.
По своей сути любые установки сжигания являются химическими реакторами открытого типа. Все
продукты горения, за исключением зольного остатка, выбрасываются в атмосферу.
Эффективность используемых систем очистки отходящих газов обратно пропорциональна
опасности загрязняющих продуктов: с уменьшением ПДК снижается с опережением и стремится к
нулю эффективность улавливания загрязняющего агента.
Процесс осознания экологической опасности технологий сжигания в развитых странах начался и
проявляется в ужесточении требований безопасности, в частности, в выходящих Директивах ЕС, и
попытках на этой базе усовершенствования технологий. Однако, для осмысления факта
принципиальной несовместимости с требованиями экологической безопасности процессов горения
и особенно, квазиэнерготехнологий, похоже, требуется время. Перспектива продвижения на пути
поиска выхода из кризиса химического загрязнения атмосферы и, через нее, остальных сред,
видна в направлении максимально возможного снижения удельного веса технологий сжигания
углеводородных топлив с переходом на альтернативные технологии и полного отказа от
применения квазиэнерготехнологий с внедрением экологически благоприятных технологий 3R
(Reduce, Reuse, Recyle).
Адекватным индикатором загрязнения окружающей среды и, соответственно, экологической
безопасности применяемых технологий является показатель состояния здоровья населения, в
первую очередь, в классах экологически детерминированных заболеваний. В ответе на вопрос о
необходимости остановки тенденции роста заболеваемости и изменения ее в сторону снижения у
нас нет альтернативы.