fond

ПРОЕКТ 80.

ИННОВАЦИОННАЯ НАНОТЕХНОЛОГИЯ РЕЦИКЛИНГА ОТХОДОВ.

Лазарев Г.Е., Шаповалов А.Б.

Основные способы утилизации отходов:

A. Захоронение на полигонах (свалках);

B. Сжигание (уничтожение, в т.ч. на мусоросжигающих заводах);

C. Рециклинг отходов (возврат отходов в хозяйственный оборот).

Актуальность рециклинга определена ООН, Европарламентом и группой G8 генеральным направлением развития международного сообщества: «3Rs» – reduce (сокращение), reuse (повторное использование) и recycling (переработка). Рециклинг отходов, заключается в преобразовании отходов в товарные продукты и принципиально возможен следующем образом:

 Макродеструкция – деструкция отходов с сохранением исходных свойств веществ;

 Нанодеструкция – деструкция отходов с изменением исходных свойств веществ (на уровне наночастиц).

Рециклинг отходов нанодеструкцией, предложенный Шаповаловым А.Б., представляется моделью, отмеченной наградой на IX Московском международном салоне инноваций и инвестиций г. Москва: «деструкция вещества отходов на элементарные составляющие (в диапазоне от молекулярных до атомарных) и формирование из них вещества товарного продукта».

Реализация модели предполагает инструментарий, позволяющий целевое преобразование молекулярных структур: управляемая деструкция и управляемое формирование (конденсация) вещества. Исходя из физической сути процесса разрушения и/или образование молекулярных связей, основные методы нанодеструкции, определяющие инженерные решения, представляются:

1. Реагентная нанодеструкция – посредством дополнительного реагента в виде химических соединений.

2. Биологическая нанодеструкция – осуществляется посредством биологических субстанций.

3. Энергетическая нанодеструкция – разрушение молекулярных (и/или атомарных) связей внешней энергией.

Представление универсальной модели определения основных параметров нанодеструкции, из-за многообразия веществ и видов деструкции, является предметом проводимых работ, поэтому ограничимся рассмотрением на примере гомополимерных веществ. Наиболее наглядное воздействие на вещество – термическое.

В результате термической нанодеструкции на молекулярном уровне вещество преобразуется в газообразные и жидкие углеводороды, а также твердый углеродный остаток. Баланс и качественные характеристики товарных продуктов определяются как параметрами нанодеструции (давление, температура и скорость их изменения), так и параметрами процесса формирования продукта (параметрами наночастиц их концентрацией, температурой и катализаторами).

Так, переработка резиносодержащих отходов, реализуемая автоматизированным комплексом на базе установки ША-20, даѐт в примерном соотношении по массе следующие продукты:

~ 40÷50% жидкий продукт (С6÷Сn), аналог мазута М100 – Ф5: смесь циклических углеводородов с плотностью около 925 кг/м3 содержанием серы менее 0,5%, теплотой сгорания около 49,5 МДж/кг;

~ 30% твердый продукт (С), аналог технического углерода – П803: плотность около 430 кг/м³, зольность менее 15%, теплота сгорания около 27,5 МДж/кг;

~ 10% металлический лом;

~ 10% углеводородные газы (С2÷С5) аналог метана-пропана.

Опыт формирования жидкого продукта, в соответствии с представленной моделью, показывает управляемость его свойствами (содержание ароматических углеводородов варьируется в 2-5 раз и более, возможно формирование заданного соединения).

Расширение номенклатуры производимых товарных продуктов посредством рециклинга углеводородсодержащих отходов нанодеструкцией реализуется на крупнейшем заводе по переработке ТБО. Углеводородосодержащие отходы по параметрам содержащейся в них влаги и способности к ферментации подвергаются, соответственно, термической или биологической нанодеструкции. В итоге образуются товарные продукты: гумус, технический углерод, жидкие углеводороды, металлический лом, тепловая и электрическая энергии.

В общем виде номенклатура производимых товарных продуктов в соответствии с разрабатываемой моделью может содержать следующие фракции:

 углеводородная (от синтетической нефти и газа до моторного топлива и химических продуктов);

 углеродная (от синтетического угля до углеродных наноструктурированных материалов);

 металлическая (от металлолома до чистых металлов);

 минеральная (от шлаков до наноструктурированых минералов);

 биоактивная (от гумуса до биоактивных веществ);

 водная (от воды до ее производных);

 энергетическая (от тепловой энергии до энерго-аккумулирующих веществ).

Таким образом, предложенная модель рециклинга отходов нанодеструкцией переводит отходы в ранг товарно-сырьевой базы и практически реализует принцип «3Rs», способствуя повышению экологической и энергетической безопасности.