«Переработка золошлаковых отходов — срочное и необходимое дело»

Александр Богомолов, ведущий научный сотрудник Института теплофизики СО РАН и завкафедрой теплоэнергетики КузГТУ – о том, опасны ли золошлакоотвалы, о разнице между бурыми и каменными углями, а также о необходимости ускоренного вовлечения золы и шлака в промышленный оборот.

— Александр Романович, сначала пару слов о самом главном — радиоактивны ли золоотвалы?

— В бытовых печах сжигают уголь (от бурого до антрацита) и другие углеродсодержащие материалы. И уголь не считают токсичным, так как он не вызывает нарушений физиологических функций организма.

По происхождению радиоактивность подразделяют на природную (естественную) и техногенную. Первая существует с зарождения Земли, вторая возникает в процессе хозяйственной деятельности, при которой происходит перераспределение и концентрирование естественных радионуклидов, что и приводит к изменениям естественного радиационного фона. К подобному процессу можно отнести добычу и сжигание углеродсодержащих материалов.

Уголь любой стадии метаморфизма состоит из органической части (используют для получения тепла при горении, либо подвергают превращению в другие продукты, используя термическое и каталитическое воздействие), и минеральной части (часть, которая мало востребована рынком, хотя имеет перспективы для получения различных продуктов). В связи с этим, естественная радиоактивность угольной массы разделяется после воздействия человеческой деятельности на органическую часть (в ином виде), и минеральную – в виде оксидов большого количества элементов из менделеевской таблицы.

Органическая часть равномерно распределена в окружающей среде. Минеральная концентрируется в отведенных золошлаковых накопителях. Радиационный фон там при этом не склонен к изменению, то есть складирование не пpивoдит к зaмeтным измeнeниям ecтecтвeннoй радиации. Но, конечно, предприятия, направляющие ЗШМ в накопители, должны ограничивать свободный доступ к таким хранилищам.

— А растет ли опасность золоотвалов в зависимости от типа сжигаемого угля — каменного или бурого?

— Все типы углей классифицируют по возрасту и происхождению, то есть по степени метаморфизма, и на гумусовые (остатки высших растений) и сапропелевые (остатки низших растений). Опасность в большей или меньшей степени от типа сжигаемого угля не представляет угрозы. 

Молодые угли, например, бурые, значительно превосходят возрастные, например, антрацит, по показателю выхода летучих веществ, уступают по элементному составу в содержании углерода, но имеют меньшую зольность (минеральную составляющую). В связи с этим необходимо отметить, что для получения тепловой энергии бурый уголь легче воспламеняется в результате большего количества летучих веществ, для его горения необходима меньшая энергия активации.

Практика показывает, что зольность бурых углей меньше зольности каменных примерно в 2,5-3 раза, так как зольность бурых, отправляемых на получение энергии, составляет 5-9%, а каменных – 14-25%. Например, при средней зольности каменного угля 17% и бурого угля 7% с каждой тонны сожженного угля каменного получим золошлаков 170 кг, а от бурого — 70 кг. По энергетической ценности и низшей теплоте сгорания бурый уголь, направляемый на сжигание, имеет 3700 ккал/кг (15,5 МДж/кг), а каменный – в лучшем случае 5200 ккал/кг (21,8 МДж/кг). Равнозначный энергетический заряд при сжигании одной тонны каменного угля можно получить, сжигая 1,4 тонны бурого угля. Золошлаков при этом от бурого угля будет 98 кг против 170 кг от каменного угля. Таким образом, рост объемов золошлаков при сжигании бурых углей будет идти медленнее.

При этом и молодые, и древние угли имеют практически одинаковый естественный радиационный фон, не оказывающий вредного воздействия на организм человека. На основании изложенного можно высказать, что накопители ЗШМ от сжигания различных углей не отличаются степенью воздействия на окружающую среду и на человека.

— Какой реальный вред экологии наносят золоотвалы?

— Одним из главных недостатков является отчуждение земель от использования в других направлениях. Другим — в результате накопления ЗШО происходит фильтрация золоотвалов, что является источником опасности для населения, растительного и животного мира близлежащих районов; для водных бассейнов (рек и озер) из-за возможного прорыва прудов (дамб). Значительный вред экологии наносят сухие накопители ЗШМ, так как в летнее время они значительно «пылят». Наблюдают ежегодно, что в сухих золошлаконакопителях, частично имеющих выборку и напоминающих каньоны, птицы (например, ласточки береговушки) делают гнезда-норы. Этот факт свидетельствует об экологически взвешенном отношении ЗШМ с окружающей средой.

Сейчас в России действует 172 ТЭС на угольном топливе, в золоотвалах накоплено примерно 1,5 млрд тонн ЗШО, а годовой выход ЗШО составляет 22-23 млн тонн. Утилизируется и используется при этом всего около 8-10% (1,7-2,3 млн тонн) от ежегодного выхода ЗШО. При такой тенденции к 2020 году объем накопленных ЗШО превысит 1,7 млрд тонн. Площадь золошлакоотвалов по всей стране составляет более 28 тыс. га. Золошлаковые отвалы 107 электростанций (около 60% от их общего количества) близки к переполнению или уже переполнены.

В себестоимости угольных электростанций затраты на ЗШО составляют 5-7%. Инвестиции в реконструкцию одного золошлакоотвала (строительство ограждающей дамбы) могут составить порядка 1 млрд рублей. А стоимость строительства нового золошлакоотвала – 2-4 млрд рублей. Затраты на содержание вновь образуемых ЗШО (включающие расходы на транспортировку ЗШО от станции до золошлакоотвала, эксплуатацию золошлакоотвала, экологические платежи, аренду земли) составляют более 500 рублей за тонну, годовые затраты в целом по отрасли — более 14 млрд рублей.

Известно, что ЗШМ можно использовать в хозяйственном обороте  для производства различных видов безвредных продуктов, например, присадок в производстве цемента (от 5-20%), производства алюмосиликатного жидкого клея, фильтрующих элементов для регенерации масел, теплоизоляционных материалов для горячих поверхностей до 900°С, выделений магнетита и др.

— Но этого не происходит…

— Одной из причин отсутствия рынка золошлаков ТЭС — это затрудненность их конкуренции с первичными минеральными ресурсами из-за невысоких цен на природные материалы, которые достигаются, главным образом за счет невыполнения обязательств недропользователями.

Еще одна причина кроется в отсутствие Государственной программы по переработке ЗШО. Причем такая программа в обязательном порядке должна быть обеспечена финансированием. Распоряжением правительства РФ от 3 апреля 2013 года № 512-р была утверждена программа «Энергоэффективность и развитие энергетики», рассчитанная до 2020 года. В ней была прописана цель — снижение рисков вывода угольных электростанций из энергобаланса вследствие переполнения золошлакоотвалов, за счет обеспечения в 2020 году использования ЗШО в текущего (годового) выхода на уровне 70% (объем финансирования 0,5 млрд рублей). Было указано, что для этого необходимо создать условия для производителей, переработчиков и потребителей ЗШМ, способствующих их вовлечению в хозяйственный оборот. Перечислены направления полезного использования ЗШМ, например, сепарация золошлаковой смеси на отдельные компоненты с выделением коммерчески значимых концентраций (микросферы различных фракций, магнетитового концентрата и т.д.).

Но в редакции этой госпрограммы, утвержденной постановлением правительства РФ уже в 2014 году, о проблемах с хранением и использованием ЗШО и ЗШМ даже не упоминалось. Однако переработка золошлаков в востребованные ценные продукты, в том числе инновационными способами, является срочной и необходимой мерой. Актуальность которой исходит из статистических данных о перспективах заполнения существующих золоотвалов.

Использование ЗШО путем их переработки является экономически более эффективным делом, чем складирование. А с учетом перспективного увеличения экологических платежей и штрафов за вывоз ЗШО на золоотвалы и дефицита свободных земель для таких полигонов в черте городов вблизи существующих ТЭС, переработка будет становиться и рентабельнее.