Обнинские ученые научились превращать старые шины из угрозы экологии в источник дохода

Молодые атомщики разработали прорывную технологию утилизации отработавших свой срок автомобильных покрышек, которую на днях представят Владимиру Путину

Бытовые отходы четвертого, наивысшего класса опасности — вот чем становятся обычные автомобильные покрышки, когда отслужат свой век. Просто отвезти изношенную резину на свалку или зарыть ее в землю — не выход. Как на открытом воздухе, так и под землей шины будут разлагаться больше 100 лет. А если старые покрышки загорятся, то в окружающую среду попадут канцерогены и другие вредные химические соединения.

"Многие опасные вещества при сгорании изношенных шин не разлагаются, а выделяются в воздух, — поясняет Наталья Николайкина, профессор кафедры "ХимБиотех" Московского политехнического университета. — Сера, бензапирен, фуран, диоксины, ряд других соединений создают угрозу и для окружающей среды, и для здоровья человека. Чтобы этого избежать, необходимо заниматься переработкой изношенных шин".

Но проблема в том, что утилизировать нужно не тысячи и даже не сотни тысяч килограммов автомобильной резины. По различным оценкам, в России ежегодно приходят в негодность до полутора миллионов покрышек. Затраты на их переработку требуются огромные, и закон возлагает их на производителей.

"В конце 2014 года были приняты поправки в ФЗ-89 "Об отходах производства и потребления". Они ввели в России так называемую расширенную ответственность производителей, — рассказывает Надежда Чурмеева, исполнительный директор Ассоциации производителей шин. — Согласно этим поправкам теперь все производители и импортеры автомобильных шин обязаны обеспечивать утилизацию определенной части отходов продукции, которую они выпускают на рынок".

У производителей шин есть выбор между тремя вариантами. Первый — платить в бюджет экологический сбор и тем самым освободить себя от обязанности утилизировать шины, второй — самостоятельно заняться переработкой использованных шин, третий — нанять стороннего подрядчика.

"Производители и импортеры шин пошли по третьему пути. В январе этого года был создан специализированный союз. Производители и импортеры заключают договоры с переработчиками, те утилизируют, а затем производители отчитываются перед государством", — уточняет Надежда Чурмеева.

Для утилизации шин российские переработчики сегодня используют в основном технологию механического дробления изношенной резины. Измельченная в крошку, она используется в самых различных целях, например, для изготовления покрытий и ряда резинотехнических изделий.

"Это очень простой процесс, не требующий сложного оборудования, — поясняет Наталья Николайкина. — Чтобы получить из покрышек более ценные компоненты, например, сорбенты, которые потом используются для очистки газов, — необходимо использовать другой процесс — пиролиз. В специальных герметичных емкостях при ограниченном доступе кислорода шины нагреваются до высокой температуры, но не горят. Поэтому вредные соединения не выделяются в атмосферу, а разлагаются. Ущерба экологии нет".

Ядерные технологии — в экологию

Технология пиролиза востребована во многих странах. Однако у созданных на данный момент пиролизных установок есть один общий недостаток — процесс пиролиза протекает в газовой среде. А любой газ — плохой проводник тепла, поэтому процесс переработки одной партии резины занимает от 8 до 12 часов. Все это время нужно нагревать емкость с шинами, и расход энергии соответствующий.

Чтобы решить эту проблему, в Японии разработали технологию, позволяющую существенно сократить энергозатраты. Там научились эвакуировать газ из емкостей и проводить пиролиз в вакууме. Но только российские ученые из Обнинска сумели предложить действительно революционное решение. Заменив газ на жидкий металл, они сократили время пиролиза, а, как следствие, и расход энергии в десятки раз.

"Мы также загружаем изношенные автомобильные покрышки в герметичную емкость. Но в этой емкости находится не газ, а жидкий металл, в частности, мы используем расплавленный свинец, — рассказывает Владимир Ульянов, ведущий научный сотрудник Физико-энергетического института им. А.И. Лейпунского. — Жидкий металл — отличный теплоноситель, поэтому весь процесс переработки одной партии покрышек у нас занимает не более одного часа".

По мнению Владимира Ульянова, нет ничего удивительного в том, что именно российские ученые сумели опередить зарубежных коллег и разработать технологию жидкометаллического пиролиза. Сама идея — заменить газ на металл — достаточна проста. Представить, как должен проходить процесс переработки, не сложно. Намного сложнее реализовать задуманное. Для этого необходимо знать, как ведут себя жидкие металлы при различных температурах.

"А полноценный опыт обращения с жидкими металлами на данный момент есть только у России. С начала пятидесятых годов прошлого века мы создаем реакторные установки, где применяются различные жидкие металлы — и натрий, и свинец, — поясняет Владимир Ульянов. — На начальном этапе схожие разработки велись и в США, и в Великобритании, и во Франции. Однако сейчас этими реакторными технологиями обладает только Россия. И мы все время думаем, в какой еще области, помимо основной, они могут найти применение. Так и возникла идея разработать установку для переработки автомобильных шин".

Установка, созданная в Обнинске, позволяет переработать до 1000 кг использованных покрышек в сутки. Экономия, достигаемая за счет уменьшения времени переработки по сравнению с традиционной технологией пиролиза в газе, составляет от 2 до 4 раз в зависимости от применяемого газового аппарата. А если задействовать нагрев от сжигания пиролизного газа и оптимизировать теплоизоляцию, экономия составит от 8 до 18 раз.

Нефть с запахом лимона

Еще одна особенность инновационной технологии пиролиза, разработанной обнинскими ядерщиками, заключается в том, что основные процессы проходят при относительно невысокой температуре — от 400 до 500 °C. Если температура будет выше, то из изношенных покрышек удастся получить в основном газообразные продукты. А наибольшую ценность имеют продукты жидкие.

"Мы получаем четыре основных продукта переработки, — говорит Владимир Ульянов. — Первый — металлокорд, который изначально присутствует в покрышках. Он не имеет большой ценности, и мы считаем его металлоломом. Второй — пиролизный газ, аналог природного газа. Его можно использовать для обогрева самой установки, в которой утилизируются шины. Третий продукт является твердым — это технический углерод, сырье для производства сорбентов и черного пигмента красок. И наконец, четвертый, наиболее ценный — пиролизная жидкость, близкая по своему составу к синтетической тяжелой нефти. Можно считать ее аналогом мазута".

Любой нефтеперерабатывающий завод может выделить из пиролизной жидкости бензин, керосин и другие полезные фракции. Есть и более простой вариант ее использования по аналогии с мазутом — сжигать как печное топливо. Килограмм мазута стоит на рынке 10–12 рублей, а переработка 1000 кг покрышек дает около 300 кг такой жидкости.

Однако продавать этот продукт как обычный мазут было бы расточительством. Пиролиз в жидком металле преподнес российским ученым совсем уж неожиданный подарок: оказалось, что в полученной с его помощью пиролизной жидкости намного больше, чем при традиционном пиролизе, ценного вещества — лимонена.

"Лимонен образуется и при традиционном пиролизе, однако успевает разложиться из-за длительного времени нагрева, — поясняет Владимир Ульянов. — У нас нагрев короче, поэтому ценных продуктов сохраняется больше. Наша пиролизная жидкость содержит до 20–30% лимонена. При переработке 1000 кг покрышек можно получить до 60–90 кг лимонена".

Лимонен — отличный органический растворитель, его используют, например, в 3D-принтерах для очистки после печати. Это вещество абсолютно безопасно для здоровья человека, поэтому широко применяется при производстве различных синтетических моющих веществ. А больше всего высокочистый лимонен востребован в парфюмерии. Он используется в качестве ароматической отдушки при производстве косметики и даже лекарств. Он не только не является канцерогеном, но и не вызывает аллергии. По крайней мере не чаще, чем другие ароматизаторы, в том числе натурального происхождения.

Килограмм технического лимонена стоит сегодня на рынке от 500 до 900 рублей. Косметический лимонен высокой очистки — еще дороже. Себестоимость же лимонена, получаемого при жидкометаллическом пиролизе, не превысит 200 рублей за килограмм. А значит, перерабатывать шины таким способом не только экологично, но и прибыльно.

Нюансы технологий

Демонстрационный образец пиролизной установки в Обнинске специально сделали компактным. Он немногим больше метра в высоту и легко помещается в кузов КАМАЗа.

"Небольшие габариты для нас — момент принципиальный, — говорит Владимир Ульянов. — Так уж сложилось, что в России нет практики свозить покрышки на перерабатывающий завод. Установку придется привозить на склад шин, а когда все будет утилизировано, отправлять на следующий. Небольшие габариты и транспортабельность будут важны и при продвижении нашей разработки на зарубежных рынках, поскольку мы нацелены не только на Россию".

Производители и импортеры шин в России в целом заинтересованы в диверсификации технологий утилизации изношенных покрышек. Однако пока этот процесс идет не так гладко, как хотелось бы.

"У Росприроднадзора на данный момент нет вопросов только к одной технологии утилизации — механическому дроблению изношенных шин, — поясняет Надежда Чурмеева. — К термическим способам у регулятора есть вопросы. В мартовском письме надзорного ведомства говорится, что термическая обработка отходов, к которой относятся и различные методы пиролиза, не может рассматриваться как утилизация, она считается обезвреживанием. Возможно, Росприроднадзору необходимо уточнить эти термины. Ведь пока нет четкой позиции регулятора, что термическая обработка отходов является утилизацией, производители шин не смогут рассматривать компании, которые ею занимаются, в качестве потенциальных подрядчиков.

Есть надежда, что в ближайшее время все препоны удастся устранить. Уже совсем скоро, на проходящем в Сочи XIX фестивале молодежи и студентов, разработку представят Владимиру Путину. В Год экологии технология, позволяющая не загрязнять атмосферу, а утилизировать опасные отходы с пользой, просто не сможет остаться незамеченной.

Полина Виноградова