Инновационные решения в переработке отходов

1. ИННОВАЦИОННЫЕ РЕШЕНИЯ В ПЕРЕРАБОТКЕ ОТХОДОВ

Инновация — это не всякое новшество или нововведение, а только такое, которое серьёзно повышает эффективность
действующей системы стремясь к максимальному снижению себестоимости продукта инновации.
И. Милославский

2. Инновационные решения в переработке отходов

Наименование ПРЕЗЕНТАЦИИ
Инновационные решения в переработке отходов
Контактное лицо/ответственный исполнитель
Карташев Николай Егорович
Телефон.
E-mail
Срок выполнения описанных мероприятий
2019 - 2022
Предполагаемый объем финансирования
Начальный – 50млн.руб.
Приоритетное направление научно-технологического развития (ПННТР)
Плазменные, лазерные и радиационные технологии
Материалы и технологии
Тематический НТС, к сфере компетенций которого относится ПЕЗЕНТАЦИЯ
Экология и радиационная безопасность
Предшествующие аванпроеты
Не представлялись.
Разработчики
Группа авторов технологий и разработок в сфере переработки отходов.
1 Frost & Sullivan.
2 What a Waste: A Global Review of Solid Waste Management. 2012.
3 Исключая сегмент добычи полезных ископаемых.
4 Борисов Д. В. Устойчивое обращение с твердыми отходами (по данным EuroStat, Greenpeace, Roland Berger).
Существующая проблема
Несмотря на экономические трудности, с которыми сталкиваются многие
страны, устойчивая тенденция увеличения объемов отходов в мире
сохраняется.
К 2016 г. объем образования отходов достиг 22 млрд. тонн1, увеличившись
по сравнению с 2015 г. на 5%. Объем генерации ТКО превысил 1,3 млрд. тонн.
При этом, согласно докладу2 Департамента городского развития
Всемирного банка, к 2025 г. количество образуемых в мире ТКО возрастет
до 2,2 млрд. тонн.
Основной вклад в этот прирост внесут быстрорастущие города
развивающихся стран. Глобальные затраты на управление ТКО возрастут
с текущих 180 млрд. до 375 млрд. долл. США, причем наиболее существенно
необходимый уровень затрат увеличится в городах с низким уровнем
жизни.
В сегменте ТКО наиболее серьезную проблему представляет невероятно
быстрый рост объемов пластиковых, электронных и электрических
отходов (т. н. э-отходов). В индустриях упаковки и транспортировки все
большее число материалов вытесняется трудно разлагаемыми
полимерными и пластиковыми аналогами.
Помимо «видимых» последствий в виде роста объемов накопления мусора
на земле, широко обсуждается проблема плавучих островов морского
мусора, масштабы которой значительно сложнее оценить количественно.
Объем мирового рынка обращения с отходами3 на сегодняшний день
превышает 1,1 трлн. долл. с прогнозируемыми темпами роста в 7–10% в
год в ближайшей перспективе. В региональном разрезе 45% рынка
приходится на азиатский регион, 35% – на страны ЕС, 15% – на страны
Северной и Южной Америки4. В 2015 г. 84% рынка (950 млрд. долл.) пришлось
на сегмент промышленных, строительных и т.п. отходов, 16% – на
сегмент ТКО.
2

3. Инновационные решения в переработке отходов

Проблема накопления отходов жизнедеятельности человечества на планете является
чрезвычайно актуальной в такой степени, что стала представлять угрозу дальнейшей жизни
как самого человека, так и его будущих поколений.
Во всем мире ей придают большое значение и многие страны стараются решать её путем
переработки постоянно образующихся отходов в полезную продукцию, стараясь не допускать
их скапливания на своих территориях.
Сегодня разработано много технологий и технических средств переработки отходов, из
которых наибольшую группу составляют термохимические и биологические методы.
Утилизировать промышленные и бытовые отходы человечество начало 20 лет назад. До
этого мусор выбрасывался на полигоны по всему миру, откуда вредные вещества
распространялись в почву, грунтовые воды, открытый океан.
Опыт Европы и Америки по сжиганию промышленного мусора в печах оказался негативным.
Построенные в конце двадцатого века мусоросжигательные заводы загрязняют воздух, воду и
биосферу высокотоксичными соединениями. Фураны и диоксины выпадают с осадками,
накапливаются в земле, попадают в пищевую цепочку человека.
В России и странах СНГ полигоны ТКО переполняются городскими отходами, что в ближайшие
10 лет приведет к необратимым последствиям. Захоронения мусора в землю или сжигание в
котлах не решают проблему, напротив, ускоряет высвобождение ядов в окружающую среду.
С 2017 г. задачи решения проблемы с отходами отражены в Государственной программе
Российской Федерации «Охрана окружающей среды» на 2012–2020 годы в виде приоритетного
проекта «Чистая страна». В этом проекте акцент делается на снижении первоочередных
экологических рисков (в т.ч. ликвидации незаконных свалок и части полигонов) и снижении
объемов захоронения ТКО за счет строительства заводов по термическому обезвреживанию
(в том числе с выработкой электроэнергии). То есть проект «Чистая страна» сегодня не
вполне отвечает обозначенным приоритетам по максимальному вовлечению отходов в
оборот и может рассматриваться только как инструмент решения проблем на первом
этапе становления отрасли
Сегменты задач, на которые направлены решения с помощью представляемых технологий
1. Проблемы «старых» полигонов ТКО (мусорных свалок неравномерной морфологии)
2. Проблемы накопленных золо-шлакоотвалов тепловых электростанций
3. Проблемы выбросов промышленных предприятий в атмосферу
4. Плавный переход к модели «Нулевое захоронение отходов», которая предполагает как
термическое обезвреживание, так и переработку во вторичное сырье
Предлагаемые решения и технологии
1. УСТАНОВКА ПЛАЗМЕННОЙ ДЕСТРУКЦИИ
Основа установки –плазменный реактор (плазмотрон)
Первые плазмотроны появились в середине 20-го века в связи с появлением устойчивых в
условиях высоких температур материалов и расширением производства тугоплавких
металлов. Другой причиной появления плазмотронов явилась элементарная потребность в
источниках тепла большой мощности. Замечательными особенностями плазмотрона как
инструмента современной технологии являются:
• Получение сверхвысоких температур (до 150 000 °C, в среднем получают 10 000-30 000 °C),
недостижимых при сжигании химического топлива.
• Компактность и надёжность.
• Лёгкое регулирование мощности, лёгкий пуск и остановка рабочего режима плазмотрона.
Устройство плазменной деструкции можно разделить на четыре основных узла:
1.Реактор-газификатор.
2.Генератор плазмы.
3.Дожигатель.
4.Система очистки.
В плазменном генераторе используется воздушная среда и электрическая дуга мощностью
до 50000 Вт. Реактор газификатора изготавливают из металла, внутреннюю поверхность
облицовывают тугоплавкой керамикой.
Плазменная газификация ТКО электродуговой плазмой разрушает вещество на
молекулярном уровне, позволяет проводить реакцию в замкнутой системе, не выбрасывать
в атмосферу дым с вредными соединениями.
3

4. Инновационные решения в переработке отходов

Основной принцип технологии основан на разрушении загружаемого органического сырья
электрическими разрядами, возникающими в камере реактора, в котором создаётся
плазменное облако с температурой в зоне разрядов более 3 000 градусов Цельсия.
Электрические разряды на поверхности загруженного сырья замыкаются в плазменном
облаке. Происходят микровзрывы, что вызывает мгновенное разрушение с выделением
свободного углерода, водорода и кислорода.
Плазма характеризуется высокой эффективностью, низким потреблением энергии,
безопасностью и отсутствием вторичного загрязнения.
Основной принцип заключается в разрушении сложных молекул вещества на атомы и
субатомные элементарные частицы с последующим их объединением в простейшие
безопасные соединения. (Суть второго закона термодинамики заключается в том, что
энтропия во Вселенной стремится к увеличению)
Данная установка решает задачу полного уничтожения
«старых» полигонов ТКО.
Все, выделяемые при вскрытии полигона газы и
инфильтраты, также направляются в установку для полной
деструкции.
Применяя установку для уничтожения части отходов
производства промышленных предприятий , все газообразные
выбросы также следует направлять в установку.
Применение дорогих высокотехнологичных фильтров не
нужно, что снижает издержки предприятий на выпуск
собственной продукции.
2. КОЛЛАЙДЕРНЫЙ НАНОИЗМЕЛЬЧИТЕЛЬ
Данная установка решает задачу переработки золошлакоотвалов тепловых
электростанций и металлургических комбинатов.
Как для энергетики, так и для металлургии требуется оборудование для
крупнотоннажного производства угольных и рудных нанопорошков. Такое оборудование
может быть создано лишь на основе механических соударений частиц сырья между собой
при синхронизации воздушно-пылевых потоков от подачи сырьевой крошки до приема
готовых нанопорошков.
Коллайдерный наноизмельчитель основан на встречных столкновениях частиц сырья. За
короткий промежуток времени частицы достигают размера 50-100 нанометров.
После измельчения происходит процесс сепарации (разделения) без применения химических
веществ. Отсутствует опасность токсического воздействия на окружающую среду
кислотами и щелочами (включая цианистые соединения).
С помощью данной технологии полностью решается проблема накопления
золошлакоотвалов. Морфологический и химический состав позволяет вернуть все в
производство. Углерод в энергетику, металлы на рынок порошковой металлургии, SiO2 в
производство строительных материалов.
Данная технология является «открывающей» для создания высококачественных
цементов высоких марок и соответственно высокопрочных бетонов на их основе.
Спрос на такую продукцию постоянен и при низкой себестоимости является фактором
соответствующим инновационности продукта.
При совместном использовании с первой технологией, все золошлакоотвалы Российской
Федерации возможно превратить из проблем в активы, проведя полную их оценку и учёт.
4

5. Инновационные решения в переработке отходов

3. ТЕХНОЛОГИЯ БИО-КАВИТАЦИОННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖИДКИХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ
Данная технология решит задачу переработки как навозных стоков животноводческих
комплексов, так и переработки ОСВ осадка сточных вод ( в частности иловых отложений
очистных сооружений). Решается и задача переработки части ТКО.
Так как в морфологическом составе нынешних ТКО до 53% составляют пищевые отходы и
органические «хвосты», данная технология предусматривает их полную переработку в
органическое удобрение и технические грунты для рекультивации полигонов ТКО и
отсыпки дорог в районе полигонов.
С помощью данной технологии решается задача плавного перехода к модели «Нулевое
захоронение отходов».
Процесс переработки состоит из следующих стадий:
• Измельчение и увлажнение
• кондиционирование,
• дегельминтизация,
• обезвреживание – ионы тяжелых металлов связываются гуминовыми
веществами,
• насыщение чернозёмо-образующими организмами,
• отделение воды (декантирование),
• получение экочернозема – структурированной почвы со свойствами
девственных черноземов и превосходящая их по содержанию гумуса (от 8% и
выше)
Технологическая схема выглядит следующим образом:
Измельченные органические фракции «хвостов» ТКО поступают в приемный резервуар (1),
где производится их гомогенизация (создание однородной массы) при помощи погружного
миксера (2).
Из резервуара субстанция перекачивается насосом с измельчающим механизмом (3) в
приёмное устройство кавитатора-диспергатора (4), где происходит процесс
расщепления и относительной стерилизации.
Затем готовая масса подаётся в реактор-аэратор, в который периодически
добавляется комплекс биологически активных микроорганизмов (5) и там продувается
кислородом или атмосферным воздухом.
Далее активированная масса подаётся на сепаратор (6), который разделяет массу на
твердую и жидкую фракции.
Жидкая фракция поступает в резервуар-накопитель (7), куда вносится биологически
активный почвенный раствор и оттуда перекачивается насосом (8) в «чистую» лагуну.
Твердая фракция высыпается в загрузочный бункер шнекового транспортера (9) и
перемещается в тележку (10) для перевозки на площадку компостирования или сразу на
рекультивацию полигона и отсыпку дорог.
Технология исключает наличие запахов в воздухе в районе полигона.
В совместном применении с двумя предыдущими технологиями полностью решает
проблему вновь поступающего мусора на полигон ТКО.
5

6.

Инновационные решения в переработке отходов
Конкуренты и рынок (Россия и мир)
По установкам плазменной деструкции.
1. Промышленные плазменные системы для синтеза производит Российская компания
«Плазмариум» на базе плазматронов зарубежных коллег. Фирма выпускает
передвижные плазменные установки для утилизации отходов «MGS». Установки
данного типа потребляют большое количество электроэнергии и применяются в
основном для утилизации медицинских биоматериалов.
2. Технология плазменной газификации Westinghouse Plasma Corporation (США).
Плазменная газификация WPS сегодня считается одной из передовых технологий
обращения с несортированными отходами. Является технологией промышленного
использования, имеет коммерчески успешные инсталляции по всему миру (Япония,
Индия, Англия, Китае, США). Ведутся работы по проектированию и строительству в
странах Евросоюза. Применение плазменной газификации неотъемлемо связано с
Киотским соглашением по уменьшению влияния на атмосферу человека. Влияние на
природу и человека ниже мировых норм ПДК в 10–15 раз.
Конкуренты и рынок (Россия и мир)
По наноколлайдерной установке.
1. В России существуют установки измельчения 50 -100 нм. лабораторного и
экспериментального типа. Промышленных установок, способных массово
перерабатывать большие объёмы сырья в данный момент не существует.
2. В Израиле существует установка по производству нанопорошков для
производства красок и термопаст в промышленном исполнении, потребляющая
большое количество электрической энергии.
По технологии био-кавитационной переработки жидких органических отходов.
1. В России существует большое количество технологий связанных с применением
кавитаторов-диспергаторов. Оборудование выпускается серийно. Самый большой
кавитатор-диспергатор изготовлен в компании Кавикорм Инжиниринг и
находится в Ульяновской области. Служит он для производства кормов для скота.
За рубежом также применяются кавитаоры-диспергаторы для производства
суспензий в фармацевтике и пищевой промышленности.
2. Биологические препараты для переработки отходов разрабатываются и
применяются во всём мире. Например ЭМ-технологии впервые разработал в 80-х
г.г. 20 века японский микробиолог Теруо Хига (www.emrojapan.com) и за тридцать
лет они превратились в национальное японское движение по биологизации
сельского хозяйства и тотальной переработки органических отходов. В России
лидером в этом области является компания «НПО ЭМ-центр», производящая
спектр хорошо известных ЭМ- продуктов.
3. Europlasma Industries располагает исследовательской платформой площадью 4 000 м²
в Морченксе (Франция) для разработки и индустриализации своих продуктов и
процессов. Эта платформа позволяет проводить испытания характеристик горелки с
различными газовыми смесями, полученными в результате промышленных процессов.
6

7. Инновационные решения в переработке отходов

Технологическое превосходство наших разработок
По установкам плазменной деструкции.
По наноколлайдерной установке.
1. Созданная нами установка потребляет на порядок меньше энергии при тех же
характеристиках.
2. Спрос на рынке на продукцию, получаемую на измельчителе. Например, измельчение с
помощью наноколлайдера угля и металлической руды до нано-размеров позволяет во
много раз дешевле и эффективнее получать чистый металл, чем выплавлять его в
доменной печи, неся при этом колоссальные энергетические затраты.
3. КПД оборудования составляет 0,9, что значительно выше КПД традиционного
. оборудования и технологических линий.
4. Это оборудование найдет широкое применение также и в других проектах, повышая
производительность труда с одновременным снижением себестоимости продукции.
По технологии био-кавитационной переработки жидких органических отходов.
Российские разработки нового поколения способны отобрать первенство у японцев.
Нами разработан не просто препарат, а и метод его массового производства способный
все органические отходы вернуть в природу в виде готового чернозёма.
Совокупность применения кавитаторов-диспергаторов и билогического раствора
создаёт синергетический эффект и даёт преимущество в скорости переработки.
Созданная нами установка потребляет на порядок меньше энергии, чем конкуренты
(предыдущий слайд) при тех же характеристиках.
Низкая себестоимость установки. Низкие эксплуатационные расходы.
Отсутствие, превышающих ПДК, выбросов в атмосферу.
Практическая значимость
С помощью вышеописанных технологий, проблемы «старых» полигонов ТКО (мусорных
свалок неравномерной морфологии) могут быть решены наиболее эффективно, менее
затратно и с наименьшим влиянием на экологию.
Проблемы накопленных золошлакоотвалов тепловых электростанций превратятся в
доходную индустрию.
Проблемы выбросов промышленных предприятий в атмосферу будут решены
повсеместно с помощью небольших установок и без применения дорогостоящих
фильтров.
Будет осуществлён плавный переход к модели «Нулевое захоронение отходов».
7

8. Инновационные решения в переработке отходов

РИД
1. Технологии патентоспособны как в части способов переработки и
утилизации, так и в части создания производных устройств для
осуществления данного способа.
2. В ходе работ создается три патента РФ, с перспективой патентования в
других странах, а также ноу-хау по реализации технологии.
Проведенные патентные исследования
1. Патентный поиск по классам МПК:
Класс C05F3/00 Удобрения, Класс B08B3/12 с использованием звуковых или
ультразвуковых колебаний, Класс B01J19/00 Химические, физические или физикохимические способы общего назначения; устройства для их проведения, Класс
C02F11/02 биологическая обработка, Класс C05F 11/02 .из торфа, бурого угля и
подобных растительных отложений, Класс A01K67/033 выращивание или
разведение беспозвоночных; новые виды беспозвоночных
2. Применение угольного нанопорошка в энергетике защищено патентом РФ на
изобретение № 2525035.
Технология применения стехиометрической смеси угольного нанопорошка и
оксидной руды в металлургии защищена патентами РФ на изобретение №
2476035 и № 2525881.
Кроме того, подготовка сырья для этих процессов в энергетике и металлургии
защищена патентом РФ на изобретение № 2472593.
По результатам проведенного поиска по базам ФИПС за период 1991-2019 гг.,
технология обладает существенной новизной, соответствует мировому
уровню техники и имеет перспективы на мировом рынке.
Текущий и планируемый уровень готовности технологий
Изготовлены экспериментальные образцы в реальном масштабе по
полупромышленной технологии и испытаны, проведена эмуляция основных
внешних условий
Важно! В результате проведённых испытаний удалось снизить содержание
солей тяжёлых металлов до уровней ниже ПДК
Ключевое событие в текущем 2019 году
Разработка промышленной установки.
Подготовка Конструкторской документации к серийному выпуску
Ключевое событие в 2020 году
Создание промышленной установки и разработка прикладных
проектов. Выход на инвестиционную фазу.
Подтверждение востребованности
Комплексные стратегические ориентиры развития отрасли обращения с отходами
приведены в «Стратегии развития промышленности по обработке, утилизации и
обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 года».
С учетом того, что отрасль находится на этапе становления и определяется в
официальных документах как «новая», целевые показатели, обозначенные в
документах, предполагают опережающий рост по сравнению с ожидаемыми темпами
роста других областей российской экономики. При этом даже в инновационном
сценарии, который является целевым в разработанной Стратегии, заметное
снижение количества образующихся и захораниваемых отходов и радикальный рост
доли утилизируемых и обезвреживаемых отходов ожидается не ранее периода 2025–
2030 гг.
Это период, за который наши технологии полностью докажут свою значимость и
станут ведущими в отрасли обращения с отходами.
План коммерциализации
После создания единой инжиниринговой группы и мобилизации всех рабочих групп,
участвовавших в данных разработках, коммерческая реализация результатов
целесообразна с созданием совместных предприятий, с заинтересованными сторонами.
8

9. Инновационные решения в переработке отходов

Риски проекта
Ключевые риски
Краткое описание (количественное и организационное)
Меры по минимизации риска и/или по повышению управляемости
риском,
Технологические
Минимальны.
Максимально используем
оборудование.
Нормативные
В ходе работ вырабатывается и уточняется документация
Средние. Регулярные изменения законодательной базы и
технические условия, технические регламенты, технологические
норм в РФ.
инструкции, получаются сертификаты
Производственные
Минимальны. Зависят от площадки и логистики.
Экологические
Минимальны. Проект максимально ориентирован на Минимизация технологических рисков, обеспечивающая безопасность
снижение экологических рисков
технологического процесса
Экономические
Недостаточное финансирование, ведущее к затягиванию
Уточнение и конкретизация
работ на фазе промышленного образца, препятствующее
технологии и оборудования
переходу к стадии коммерциализации и привлечения
установки
инвестиций
существующее
Освоенность альтернативных технологий.
Конкуренция
на
В ходе опытных и опытно-промышленных работ
выявляются и
рынке устраняются звенья, снижающие надежность оборудования
и
. стабильность техпроцесса
Устраняются в ходе постановки на производство
технико-экономических показателей
на основе эксплуатации пилотной
Повышение уровня готовности процесса (продукта), включая РИД.
Конкретизация экономических показателей конкурентоспособности
9

10. Инновационные решения в переработке отходов

Проекты для наиболее продуктивного применения технологии ПД и БКП
Переработка накопленных отходов полигона «КРАСНЫЙ БОР» (Ленинградская обл.)
Переработка поступающих отходов полигона «ШИЕС» (Архангельская обл.)
Мероприятия по ликвидации негативного воздействия отходов, накопленных в
результате деятельности ОАО «БЦБК» (Иркутская обл.)
Переработка накопленных отходов (рисовой шелухи) в Краснодарском и Ставропольском
краях.
Переработка всех отходов поступающих и накопленных, в небольших населённых
пунктах Российской Федерации -1 модуль 3м3 обслуживает население 10 тыс. человек, не
используя сторонние энергоресурсы.
Экспорт технологии переработки в страны Азии, Южной Америки и проч. (включая
программы ООН), где объявлено экологическое бедствие.
Варианты применения
3. Установки и комплексы переработки отходов животноводческих комплексов и
фермерских хозяйств, включая мобильные передвижные системы.
4. Установки и комплексы переработки иловых ОСВ очистных сооружений.
5. Опреснительные установки для получения воды, работающие автономно (без
подключения энергоносителей), использующие ТКО, ОСВ и отходы сельскохозяйственной
деятельности.
6. Автономные модули для выращивания пищевых культур растений и кормов для
животных, в любых климатических условиях. Быстровозводимые и использующие любые
виды отходов 2-4 класса опасности, имеющиеся в наличии.
Области применения
Области применения технологий инжиниринговой группы где применяется ПД и другие
разработки:
1. Установки и комплексы переработки отходов 2-4 классов опасности как жидких, так и
твёрдых.
• С полной деструкцией вещества и минимальным остатком, не содержащим сложных
химических соединений и опасных веществ.
• С частичной деструкцией (деструкцией только опасных веществ) и полной
переработкой органических «хвостов» в удобрения, микробиологические растворы для
сельского хозяйства и технологические грунты.
2. Установки и комплексы переработки накопленных золо-шлакоотвалов тепловых
электростанций в углерод (до 18%) и получением строительных материалов с высокими
техническими характеристиками и свойствами.
Преимущества ПД
Автономность - выделяемой энергии достаточно для обеспечения собственных
технологических процессов
Полностью контролируемый процесс
Отсутствие опасных веществ на выходе (намного ниже ПДК)
Простота производства
Надёжность оборудования
Простота в обслуживании
Модульность – возможность построения больших систем из набора стандартных
модулей
Модельный ряд для отдельных домов, кварталов, микрорайонов,
промышленных
предприятий и животноводческих комплексов
Возможность загрузить заказами предприятия России
Скорость развёртывания производства оборудования
Простота доставки в любую географическую точку
Возможность работы в любых климатических условиях
«Всеядность» установок
Предсказуемость и возможность мониторинга больших систем
Управляемость и отчётность для анализа и быстрого принятия решений
10