Синергетическая реанимация Украины. 1. Индустриально - аграрный симбиоз

Плохо человеку, когда он один. Горе одному, один не воин —каждый дюжий ему господин, и даже слабые, если двое. В.В.Маяковский  

Разделяй и властвуй. Википедия.

Еще недавно Украина  была одной из самых  спокойных, дружелюбной и стабильной страной на постсоветском пространстве.  Не  поняв, а поэтому не приняв, принятую  большинством   стран мира концепцию устойчивого развития  (КУР ) и не  создав национальную КУР,   Украина выбрала собственный  путь  реформирования  с целью  развития  страны и ускорения вхождения в  Европейское сообщество. К сожалению, не все получилось так,  как хотелось.  Одной из основных причин этого  явилось то, что  народ Украины был разделен. Основной причиной  такого разделения, видимо, стало  использования властью принципа “Разделяй и властвуй”.

Разделяй и властвуй (лат. divide et impera) — принцип государственной власти, к которому часто прибегают правительства государств, состоящих из разнородных частей, и, согласно которому, лучший метод управления таким государством — разжигание и использование вражды между его частями. В более широком смысле — тактика (чаще скрытая) создания, усиления и использования противоречий, различий или разногласий между двумя или более сторонами для контроля над ними. Нередко используется более слабым меньшинством для управления большинством.

Многие считают, что “Разделяй и властвуй” — мудрое, но подлое правило человеческих отношений. Контролировать, руководить, управлять одиночками проще, нежели коллективом, потому «разделяй и властвуй» — принцип, которого стараются придерживаться все начальники от самого мелкого, до самого крупного, тем более, что и люди «сами обманываться рады» и с удовольствием делятся — по национальному, религиозному, возрастному признаку, по уровню доходов, образования, месту рождения, форме носа, разрезу глаз, цвету кожи, политическим, этическим предпочтениям и… можно продолжать дальше до бесконечности.

Уйти от негативной тенденции использования  этого  принципа можно, опираясь на положения сравнительно новой науки -  синергии  (часто  применяют также термин “синергетика”  (C.).Термин «С.» был введен в1969 Г. Хакеном. 

С. как  научное направление близка к ряду других направлений, таких как нелинейная  динамика, теория сложных  адаптивных систем,  теория диссипативных структур И. Пригожин), теория   хаоса,  или  фрактальная  геометрия (Б. Мандельброт), теория  автопоэзиса  (X. Матурана и Ф. Варела),  теория самоорганизованной критичности (П. Бак),  теория нестационарных  структур в режимах собострением (А.А. Самарский, С.П.  Курдюмов).  

Но не будем о печальном, т.е. о науке. Считают,  что С.  (от греч. synergeia  — сотрудничество,   содействие , соучастие) — это междисциплинарное  направление  научных  исследований,  в рамках  которого  изучаются общие закономерности  процессов перехода  от хаоса к порядку  и обратно (процессов самоорганизации и  самопроизвольной   дезорганизации)  в открытых нелинейных  системах физической, химической, биологической, экологической, социальной  и др. природы.  Можно было бы  дальше цитировать информацию об  истории этой науки, но не в блоговском посте, тем более, что о  С.  и,  главное,  о средствах и методов реализации ее законов я написал  доаольно объемистую  книгу. Поэтому в этом блоге рассмотрим С. лишь с  позиций  возможности ее применения при реформировании нашей страны.  Может быть, хоть кто-то из наших  политиков, будущих реформаторов -    субъектов власти заинтересуется и  использует   идеи и рекомендации, вытекающие из С.

В конце концов, суть подхода С. заключается в том, что  сложная система, к примеру, экономика Украины, состоящие из большого количества элементов, находящихся в сложных взаимодействиях  друг с другом и обладающих огромным  числом        степеней свободы, может рассматриваться  как  сложная система с  разветвленной иерархией подсистем,  при реформировании  которой необходимо учитывать взаимное, причем прямое и обратное, влияние  всех подсистем.

Видимо, настала необходимость поговорить об индустриально-аграрном симбиозе – основе инновационного технологического бизнеса в экономике.  Подробно  это обсуждалось  в этой статье.    

А в этой, относительно короткой блоговской публикации начну с  анализа возможностей использования   С. при  реформировании реальной экономики нашей страны. Политики только мечтают о реформах реальной экономики - производств, но не знают, как их проводить, ибо не владеют реальными средствами и методами их проведения. Между тем, одним из наиболее перспективных методов реформирования реальной экономики является метод индустриально-аграрного симбиоза. Это направление наиболее важно для любого индустриально - аграрного государства. Именно поэтому основное внимание предлагается обратить на изучение средств и методов использования аграрной продукции (в том числе отходов) в производстве, а также на обратный процесс - использование промышленных технологий и оборудования в аграрной отрасли для повышения эффективности работы сельскохозяйственных производств, изучение качественно новых возможностей интеграции аграрной отрасли и индустрии с целью синергетичного расширения возможностей аграрного и промышленного секторов и создания прочной основы для развития страны в целом.

Индустриально-аграрный симбиоз является  достаточно ярким представителем атакующего технологического бизнеса, ибо позволяет многократно увеличить бизнес за счет эмерджентного характера интеграции аграрных и индустриальных технологий и взаимного влияния (интерэктности)  процессов, участвующих в технологических процессах и создании материалов, получаемых в процессе переработки сырья. Именно за счет симбиоза эффектов эмерджентности и интерэктности можно  организовать индустриально-аграрный атакующий, быстроразвивающийся бизнес.

Предшественником обсуждаемого индустриально-аграрного симбиоза был индустриальный симбиоз, разработанный датскими специалистами в прекрасном приморском городке Калундборг. Идеология индустриального симбиоза заключалась в энергичном обмене между предприятиями и компаниями материальными и энергетическими потоками для того, чтобы сократить расходы, обеспечивая наиболее полное использования веществ и энергии, с тем, чтобы иметь возможность использовать полученный доход для глубокой переработки отходов производства. Постепенно руководители и жители города поняли, что они имеют, кроме финансовых, и экологические выгоды. Эта система сейчас состоит из нескольких основных партнеров:

- Asnaes ТЭС, крупнейшая в Дании тепловая угольная электростанция мощностью 1500 мегаватт;

- Statoil НПЗ, крупнейший в Дании, мощностью 3,2 млн. тонн/год (увеличение до 4,8 млн. тонн/год);

- Gyproc, завод гипсокартона, производит 14 миллионов квадратных метров гипсокартонных плит в год ;

- Novo Nordisk, международная биотехнологическая компания с годовым объемом продаж более $ 2 миллиардов. Завод в Калундборге является не только крупнейшим, но также производит лекарственные препараты (в том числе 40% мировых поставок инсулина) и промышленные ферменты;

ТЭС Asnaes перестала быть только угольной, так как стала получать много газа из Statoil НПЗ, ранее выбрасывавшегося. Излишек газа теперь передается для переработки в Gyproc. Станция Asnaes начала поставлять городу пар для своей новой системы централизованного теплоснабжения, а затем добавила Ново Нордиск и Statoil в качестве клиентов для пара. Централизованное теплоснабжение поощряется правительством города и датским правительством, так как позволило отказаться от сжигания нефти. Электростанция использует соленую воду из фьорда для охлаждения. Это снижает потребление пресной воды из озера Тиссо. В результате использования побочного продукта горячая вода и соль поставляется в 57 рыбоводческих хозяйств в прудах.

Это только перечень синергетических действий в области индустриального симбиоза, но уже можно сделать вывод о том, что эта идеология переработки и повторного использования побочной энергии и тепла позволяет получить значительные доходы и сократить расходы для компаний, занятых снижением загрязнения воздуха, воды и земли в регионе. Обратите внимании, идея “незалежности”  при  индустриальном симбиозе не приветствуется. С экологической точки зрения Калундборг обладает как бы свойствами простой пищевой сети: организмы (предприятия) потребляют отходы материалов и энергии друг у друга, тем самым став взаимозависимыми.

Йорген Кристенсен, вице-президент компании Ново Нордиск в Калундборге, определяет ряд условий,  которые являются желательными для аналогичных обменов, которые необходимо учитывать:

- Промышленные предприятия должны быть различными, но, в какой-то степени, все-таки должны соответствовать друг другу.

- Меры должны быть коммерчески оправданными.

- Развитие должно быть добровольным, в тесном сотрудничестве с регулирующими органами.

- Желательно короткое физическое расстояние между партнерами, что необходимо для экономии транспортных расходов.

Итак, концепция индустриального симбиоза (ИС) базируется на принципе сотрудничества предприятий различных отраслей промышленности «через забор» по аналогии с симбиозом природы на принципе, позволяющем соединить экономическую выгоду с экологической. Как показал европейский опыт, такой подход оказался целесообразным в промышленно развитых регионах, а в варианте индустриально-аграрном окажется перспективным и в масштабах других стран. В целом же он способен обеспечить реализацию эффективной модели создания промышленной сети более чистых производств в будущем. Успех синергетической системы индустриального симбиоза в Калундборге подсказал нам направление дальнейшего развития этой идеологии. Это привело к появлению нового направления развития – синергетическому индустриально аграрному симбиозу. К примеру, нами на этой основе было предложено использовать высокоэффективную схему переработки отработанного активного ила станций биологической очистки сточных вод для крупных городов, включающую биологические станции очистки; хозяйства, выращивающие люцерну, являющуюся биологическим насосом при удобрении почвы, загрязненной тяжелыми металлами, перешедшими в почву при  использовании отработанного активного ила в качестве удобрения; предприятия для переработки зеленой массы люцерны на белок, производства корма для скота, получения диффузного сока для отпаивания телят, извлечения концентратов тяжелых металлов для нужд промышленности. К сожалению, эта технология пока  не реализована.

В то же время,   руководители научной программы НАТО по  чистым производствам  показали  нам, как решаются подобные проблемы  в Германии.  В немецком подходе можно четко проследить, как успех    проектов на уровне  крупных агрохозяйств  при инициализации и содействии государственной власти    превратился в   национальную программу, успешно реализованную   путем созданий   общегосударственного кластера, объединяющие локальные кластеры  вокруг отдельных агрохозяйств.  Нам показали целый ряд  установок  получения и, важно, использования биогаза, получаемого  переработкой   отходов растениеводства, животноводческого  комплекса,  органических отходов ближайших   промышленных производств на  блочно-модульных установках синтеза биогаза, скомплектованных в зависимости от  локальных  условий и задач.  Обращает на себя внимание чрезвычайная простота обслуживания и дешевизна выбранных вариантов технологии и оборудования. Но, главное,  немцы  удачно решили проблему   использования полученного биогаза, направляя только небольшую его часть  непосредственно населению на бытовые цели,  а остальной  биогаз - на  локальные  типовые блочно-модульные установки различной мощности, смонтированные в   перемещаемом  вагончике,  на  почти обычный дизель, соединенный с  генератором электроэнергии. Получаемые  при  охлаждении  отходящих от дизеля дымовых газов  пар, горячая вода направлялись   на   потребности  локальных производств (кормоприготовление на фермах, консервные заводы и т.п.).  Электроэнергия также использовалась на местах, а ее избыток сбрасывался в  существующие электросети. Идеология индустриально – аграрного  симбиоза была реализована без    излишнего теоретизирования и нагнетания проблем.

И еще один пример  использования  идеологии и возможностей индустриального симбиоза для создания зоны чистых производств. Достаточно давно  был предложен проект  создать в Днепропетровске (теперь Днепр), а затем в качестве пилотного проекта для решения подобных проблем и в других регионах Украины, автономные, экологически более чистые многофункциональные перерабатывающие комплексы, преобразующие твердые бытовые отходы (ТБО) в тепло, электроэнергию, топливо, строительные материалы. Их внедрение позволило бы не только снизить нагрузки на окружающую природную среду, но и свести «на нет» захоронения органических ТБО на полигонах; уменьшить затраты на транспортировку ТБО; производить энергию, энергоресурсы, строительные материалы; использовать результаты переработки в экономике страны (рынки вторичных материальных ресурсов); создать дополнительные рабочие места.

Не мы придумали идею такого симбиоза. Многие  научные и технические решения  найдены  и используются за рубежами Украины достаточно давно. Однако,  пока в Украине нет серьезных комплексных предложений, которые бы развивали эту блистательно реализованную в ряде развитых стран концепцию индустриального симбиоза – создание мощных рециркуляционных потоков вторичного сырья техногенного происхождения, совершенно ошибочно именуемого «отходами», и энергетических потоков между предприятиями одного региона без привязки к их форме собственности, корпоративности, принадлежности к той или иной промышленно-финансовой группе на принципах взаимовыгодного сотрудничества. Нам есть смысл двигаться по опробованному пути до тех пор, пока не появятся силы проторить свой.

Прежде всего,  отметим, что необходимо    выбрать из   давно известных   комбинированную, учитывающую местные условия комплексную технология переработки ТБО и сырья с техногенной родословной, которая может стать основой реального пути становления экологической экономики, последовательным ответом на вызовы «мусорной» цивилизации, поскольку комбинирует процессы сепарации и сортировки ТБО, процессы экологической биотехнологии, высокотемпературной переработки определенных фракций ТБО (и захоронение неутилизируемой и экологически безопасной фракции).

Первые звенья технологической цепочки стандартны: после тщательного осмотра и дозиметрического контроля каждой порции ТБО допускается их выгрузка на заранее спланированный участок (карту) или агрегат частично механизированной сепарации и фракционирования, где порция ТБО подвергается перед переработкой сепарации по группам и сортировке, которые могут производиться различными технологическими способами. Например, поступающая порция подается на ленточный транспортер-питатель, по мере движения ленты металлические включения улавливаются электромагнитными сепараторами (серийно выпускаемыми электромагнитными сепараторами с разгрузочной лентой). Отделенный черный металл попадает на прессование, после чего в полном соответствии с концепцией индустриального симбиоза направляется для использования металлургическим предприятиям региона.

Дальше просто перечислю  некоторые наиболее известные  технические решения по отдельным стадиям  комплекса. После отделения металлических включений ТБО поступают на операцию дробления. Дробилки могут быть различного типа. Например, типа «Мультиротор» (Франция). При дроблении ТБО необходимо учитывать тот факт, что после отделения металла в отходах могут находиться камни, кости, стекло, различные виды пластмасс. Поэтому помимо отделения черных металлов, наиболее опасных для дробления, необходим второй этап сортировки. К примеру, целесообразно поставить на технологическом потоке пневматический классификатор ТБО типа «Зиг-заг», воздушной струей разделяющий поток на две фракции – тяжелую и легкую.

Существуют самые разнообразные схемы разделения (сепарации) ТБО по фракциям. К примеру, мокрый способ сепарации целесообразен тогда, когда компоненты ТБО представлены уже в обогащенном виде. А именно, в процессе подготовки к их переработке производится очистка и тонкое разделение (предварительная сепарация). Процесс, созданный фирмой Bureau of Mines, позволяет получать бумажную фракцию, содержащую почти 100% основного компонента. Однако в большинстве технологических схем разделение ТБО на первой стадии осуществляется сухим способом. Для этого используются воздушные сепараторы (например, упомянутые «Зиг-заг») и другие классификаторы.

Фирма Kraus-Maffei (Германия) использует чаще всего сухие способы сепарации. Для разделения бумажной и пластмассовой фракции применяется гидроразделитель, работа которого основана на различной гидрофильности разделяемых фракций ТБО. Технология фирмы Kraus-Maffei несомненно является более прогрессивной по сравнению с другими, где проводится только предварительное грубое отделение от тяжелых черных металлов с помощью электромагнитных сепараторов и дробление.

Определенный интерес представляет технологическая схема комбинированной сепарации ТБО, разработанная в г. Аахене (Германия). Здесь после магнитной сепарации черных металлов и просеивания крупные фракции ТБО измельчают и подвергают более глубокой сепарации. Самой интересной и перспективной представляется схема сепарации, применяемая в Стокгольме. Такая же модель разделения ТБО, основанная на сухом способе отделения, разработана в США, в институте Франклина. Согласно их схеме пластмассовая фракция спрессовывается в рулон. Получают фракции: I — смешанная органическая составляющая; II — олово; III — железо; IV — алюминий; V — цветные металлы; VI — смешанное стекло; VII — пластмассы; VIII — бумага. Это позволяет глубоко разделять ТБО на практически однородные фракции. Более того, по данной схеме достигается их разделение практически до отдельных компонентов. Это позволяет полностью перерабатывать ТБО с максимальным выходом ценного техногенного сырья, которое в соответствии с индустриальным симбиозом пригодно для передачи субъектам регионального рынка вторичного техногенного сырья. Таким образом, на полигоне целесообразно проводить переработку только органической легкой составляющей ТБО. Остальные фракции целесообразно перерабатывать на соответствующих предприятиях в качестве вторичного сырья техногенного происхождения или на специализированных предприятиях среднего и малого бизнеса.

Что касается вариантов переработки органики, то возможно несколько вариантов дальнейшей переработки органических фракций:

1. Легкая органическая фракция ТБО поступает на горизонтальный транспортер, питающий специальные биологические барабаны. В них происходит главная технологическая операция – приготовление биомассы-компоста путем экологической биотехнологии. Внутри барабанов вмонтированы системы аэрации (специальная подача воздуха), одновременно осуществляется удаление выделяющихся в результате биохимического процесса газов с помощью специальной системы отсоса. К сожалению, заслуживает внимания мнение многих специалистов о том, что  грязная масса, засоренная камнями, пластмассами и тяжелыми металлами, не может использоваться для получения экологически чистой биомассы в качестве природного органического удобрения без проведения дополнительной тщательной очистки.

2. Термическая переработка органической составляющей осуществляется либо путем печально известной инсинерации (сжигания) отходов, либо путем газификации легкой органической составляющей ТБО. Как заметил еще Д.И. Менделеев, топить можно и ассигнациями... Поэтому прежде всего отметим, что сжигание, преподносимое у нас как самый дешевый и «радикальный» способ устранения отходов, является как раз самым дорогостоящим. Если для хранения мусора на земле места уже вроде бы и нет, а избавиться от его необходимо, давайте этот мусор соберем, сожжем и устроим грандиозную по масштабам свалку на небесах, чтобы через месяц-другой она вылилась нам же на голову, скажем, в виде токсичных дождей. Инструмент для этого – именно мусоросжигательные заводы. Поэтому их строительство – тупиковый путь. Причин тому много:

- запредельная стоимость как самого завода, так и его эксплуатации;

- ухудшение экологической обстановки – выделение в окружающую среду вредных веществ, прежде всего диоксинов, во много раз увеличивающееся при низкой культуре эксплуатации (что бы ни рассказывали разработчики мусоросжигательных заводов о сверхсовершенных современных фильтрах и т.п.);

- социальный протест населения;

- высокая стоимость перевозки отходов в полном объеме для сжигания;

- зависимость от импортных поставок технологических материалов и запасных частей;

- опасность залповых выбросов высокотоксичных суперядовитых и ядовитых веществ в процессе мусоросжигания, что может привести к серьезной экологической катастрофе;

- использование технологии сжигания мусора с целью получения тепловой энергии экономически неэффективно в связи с низкой теплотворной способностью мусора;

- полная потеря ценного вторичного сырья (сжигание отходов — это практически сжигание денег, прямо по Д.И. Менделееву).

Необходимо прислушаться и к мнению других ученых, утверждающих, что природа знает лучше. Природа никогда не знала мусора: отходы жизнедеятельности одного организма всегда являлись пищей для другого. В результате осуществляется великий круговорот веществ, в котором природные ресурсы циркулируют, постоянно возобновляясь без истощения. Это тот самый симбиоз, о котором говорилось выше.

По данным «Гринпис», сжигание – это примитивный, наиболее затратный, экологически грязный и самый бесперспективный вид утилизации бытового мусора. При сжигании уменьшается объем отходов, но резко повышаются их токсичные свойства. В печах мусоросжигательных заводов 3 тонны относительно безопасных материалов превращаются в одну тонну токсичных отходов (золы), которые требуют захоронения на специализированных полигонах для токсичных отходов. При этом мусоросжигательные заводы выбрасывают в атмосферу и особо опасные вещества: диоксины, фураны, тяжелые металлы и другие опасные соединения.

В настоящее время в связи с истощением ресурсов углеводородного сырья и их высокой стоимостью интерес к процессу газогенерации твердых топлив и их использованию возрос. В Западной Европе, США и Латинской Америке работают свыше сотни газогенераторных установок мощностью от 50 кВт до 5 МВт. Установки газогенерации твердого топлива используются и как источник производства топлива для газовой котельной, и совместно с газопоршневой или газодизельной электростанцией. При использовании блоков утилизации физического тепла генераторного газа и дымовых газов мотор-генератора, наряду с выработкой электроэнергии, возможно производство тепла в виде теплофикационной воды или пара. КПД такой установки (мини-ТЭС) составляет, по данным разработчиков, не менее 85%, в то время как традиционное сжигание твердого топлива осуществляется с КПД не более 40%.