11.8. Решение проблем утилизации

Проблема утилизации углекислого газа. В последнее время все

больше людей осознают себя населением одной коммунальной квартиры

с общей легкоранимой атмосферой. Если и впредь выбрасывать в нее в

огромных количествах углекислый газ, оксиды серы и другие газы, уско-

рится приближение парникового эффекта с надвигающейся угрозой тая-

ния ледников.

В атмосфере Земли сейчас содержится около 2,3 млрд. т углекислого

газа, которые ежедневно пополняются выбросами транспорта и промыш-

ленных предприятий. Некоторая часть углекислого газа поглощается рас-

тительностью Земли, другая — растворяется в океане, но все же наблю-

дается увеличение его концентрации. Ученые многих стран предлагают

разные способы утилизации углекислого газа. Один из них заключается в

превращении углекислого газа в сухой лед или жидкость с последующим

его выводом ракетами за пределы атмосферы. Однако расчеты показыва-

ют, что при выводе на орбиту необходимо сжечь столько топлива, что об-

разовавшее при этом количество углекислого газа превысит количество

газа, отправленного в космос. Казалось бы, сухой лед можно складиро-

вать где-нибудь на севере в теплоизолированных хранилищах, где он бу-

дет медленно испаряться. Однако для хранения лишь половины углеки-

слого газа, выбрасываемого ежегодно только предприятиями Германии,

пришлось бы сделать из сухого льда десять огромных шаров — диамет-

ром по 400 м. Можно, конечно, идти другим путем — усилить естествен-

ные процессы поглощения углекислого газа из атмосферы, расширив

площади, занятые лесом. Однако для поглощения выбросов, например,

только угольных ТЭЦ той же Германии придется засадить лесом громад-

ную площадь — 36 тыс. км2.

Предлагается закачивать углекислый газ, переведенный в жидкую

фазу, в выработанные нефтяные и газоносные пласты. При закачке они

будут вытеснять на поверхность не извлеченные остатки нефти и природ-

ного газа. Правда, стоимость электроэнергии ТЭЦ в итоге вырастет на

40%, а прибыль от дополнительно добытых горючих ископаемых снизит

454

ее всего на 2%. Да в мире и нет пока достаточно объемных для такого хра-

нения выработанных месторождений нефти и газа.

Вместе с углекислым газом в атмосферу выбрасываются гораздо бо-

лее опасные газы — оксиды серы. Известно, что оксиды серы образуются

при сгорании топлива — угля или нефтепродуктов, содержащих серу.

При очистке от таких газов дым пропускается через громоздкие и дорого-

стоящие фильтрующие устройства. Недавно предложен более эффектив-

ный микробиологический способ очистки топлива от серы.

Кажется, у человечества нет другого выхода, кроме ограничения сжи-

гания ископаемого топлива. Пока этот простой способ остается самым

доступным и эффективным.

Утилизация бытовых отходов. Хорошо оснащенный различными

техническими средствами человек активно воздействует на природу: в

невиданных ранее количествах добывает и использует земные богатства.

В результате накапливается громадное количество бытовых и промышлен-

ных отходов. В России, например, ежегодно образуется около 7 млрд. т от-

ходов (включая промышленные), из которых лишь 2 млрд. перерабатыва-

ются.

Во многих промышленно развитых странах добиваются неплохих ре-

зультатов при утилизации отходов. Рассмотрим более подробно, как ре-

шается проблема утилизации, например, в Рейнско-Вестфальском про-

мышленном районе Германии. Не так давно этот район считался одним из

самых неблагополучных в экологическом отношении не только во всей

Западной Европе, но и в мире. Действительно, здесь, севернее и западнее

Рейнских сланцевых гор, в последнее столетие очень бурно развивались

промышленность, транспорт, быстро росли города и рабочие поселки.

Столь плотно застроенных и так густо населенных мест, наверное, нет

даже в самых многолюдных районах Японии и Китая. Уровень жизни в

Германии весьма высок. Многие имеют свои дома и почти у каждого

дома — небольшой участок земли, хозяйственные постройки и гаражи.

Можно представить, сколько бытового и разного другого мусора здесь

изо дня в день, из года в год выбрасывали на свалки, а потом сжигали пря-

мо в поле.

И вот совсем недавно в Хертене создан Центр вторичной добычи сы-

рья — предприятие по переработке отходов. Голубовато-серо-синие зда-

ния, две белые высокие тонкие трубы — все выглядит удивительно лег-

ким и нарядным. И земля, и небо над ней, и вообще все вокруг здесь дей-

ствительно изменилось до неузнаваемости. Даже асфальт и бетон на

подъездных путях кажутся голубыми. Кругом зеленые газоны, молодые

деревца. Это предприятие, построенное на пустыре, занимает гораздо

меньшую площадь, чем обычная горящая свалка.

455

В мусорном «крематории» не просто сжигают самые разные отхо-

ды — здесь же налажено и производство вторичного сырья. В огромные

мешки собирают остаточные инертные продукты. За сутки их набирают

до 10 т и сразу же увозят на специальное место, где используют в качестве

грунта для зеленых насаждений. В прошлом унылый обширный пустырь

превращается в культурный парк — зеленую зону, а само предприятие

вырабатывает немало электроэнергии. При этом постоянно внедряются

новые технологические способы переработки отходов. Вне всякого со-

мнения подобные предприятия вторичной добычи сырья приближают че-

ловека к природе.

Захоронение ядерных отходов. Жизнь современного общества не-

мыслима без мощных источников энергии: гидро-, тепловых и атомных

электростанций. Энергия ветра, Солнца, приливов пока вносит относи-

тельно небольшой вклад в общий объем вырабатываемой энергии. Тепло-

вые станции выбрасывают в воздух громадное количество пыли и газов.

В них содержатся и углекислый газ, и радионуклиды, и сера, которая воз-

вращается на землю в виде кислотных осадков. Гидроресурсы даже в на-

шей огромной стране ограничены, к тому же строительство гидростанций

в большинстве случаев приводит к нежелательному изменению ланд-

шафта и климата. Один из основных источников энергии — атомные

электростанции. Они отличаются многими достоинствами, в том числе и

экологическими, а применение надежной защиты делает их достаточно

безопасными. Однако часто обсуждается вопрос: что делать с радиоак-

тивными отходами? Все ядерные отходы АЭС хранятся в основном на

территории станций. В целом действующая на АЭС схема обращения с

отходами вполне обеспечивает полную безопасность их хранения без

влияния на окружающую среду и соответствует требованиям МАГАТЭ.

Как правило, на территории АЭС строят специальные хранилища, где

размещают стальные контейнеры с радиоактивными отходами, заклю-

ченными в стекло-минеральную матрицу.

Нужно ли вообще хоронить отходы — ведь не исключено, что ка-

кой-нибудь изотоп понадобится для технологии будущего? Хотя этот во-

прос и рационален, но при ответе на него следует учесть, что количество

отходов постоянно растет, накапливается, так что и в будущем такой

источник изотопов вряд ли иссякнет. При необходимости просто будет

изменена технология переработки. Проблема в другом — приповерх-

ностные хранилища гарантируют безопасность только в течение при-

мерно ста лет, а отходы станут малоактивны лишь через несколько

миллионов лет.

Известна идея переработки долгоживущих радиоактивных изотопов

в ядра с меньшим временем жизни с помощью ядерных реакций, проте-

кающих в самих реакторах, при эксплуатации их в особом режиме. Каза-

456

лось бы, чего проще, и никакого дополнительного оборудования не нуж-

но. К сожалению, различие скоростей наработки новых и переработки

уже образовавшихся долгоживущих изотопов невелико, и, как показы-

вают расчеты, положительный баланс наступит лишь примерно через

500 лет. Другими словами, сами себя реакторы излечить от радиоактив-

ности вряд ли смогут.

В некоторых странах хранилища особо опасных долгоживущих изо-

топов располагаются под землей на глубине в несколько сотен метров в

скальных породах (рис. 11.1). Контейнер с радиоактивными отходами

имеет антикоррозийную оболочку, а сами хранилища изолируются мно-

30 - 3290 457

гометровыми слоями глины, препятствующей проникновению грунто-

вых вод. Одно из таких хранилищ строится в Швеции на полукилометро-

вой глубине. Это весьма сложное инженерное сооружение включает раз-

нообразную контрольную аппаратуру. Специалисты уверены в надежно-

сти данного сверхглубокого радиоактивного могильника. Такую

уверенность вселяет обнаруженное в Канаде на глубине 430 м природное

рудное образование объемом свыше миллиона кубометров с огромным

содержанием урана — до 55% (обычные руды содержат проценты или

даже доли процента). Это уникальное образование, возникшее в резуль-

тате осадочных процессов примерно 1,3 млн. лет назад, окружено слоем

глины толщиной в разных местах от 5 до 30 м, который действительно на-

дежно изолировал уран и продукты его распада. На поверхности над руд-

ным образованием и в его окрестностях не обнаружено следов ни повы-

шения радиоактивности, ни увеличения температуры.

Радиоактивные отходы остекловывают, превращая в прочные моно-

литные блоки. Недавно предложен более эффективный способ — заклю-

чение радионуклидов в блоки из полевого шпата. Хранилища таких бло-

ков снабжаются специальными системами контроля и отвода тепла. В

подтверждение надежности подобных способов хранения можно со-

слаться на еще один естественный феномен. В Экваториальной Африке, в

Габоне, около 2 млн. лет назад вода и урановая руда собрались в создан-

ной самой природой каменной чаше внутри скальных пород и в такой

пропорции, что образовался естественный, без участия человека, атом-

ный реактор, и там в течение длительного времени, пока не выгорел ско-

пившийся уран, шла цепная реакция деления, как и в наших искусственно

созданных атомных реакторах. Изотопный анализ воды, почвы и окру-

жающих горных пород показал, что радиоактивность осталась замуро-

ванной и за 2 млн. лет, прошедших с тех пор, ее диффузия оказалась не-

значительной.

На АЭС образуется немало радиоактивных отходов. Например, в

Швеции, энергетика которой на 50% атомная, к 2010 г. накопится при-

мерно 200 тыс. м3 требующих захоронения радиоактивных отходов, из

которых 15% содержат долгоживущие изотопы. Этот объем сравним с

объемом концертного зала и это только лишь для одной маленькой Шве-

ции!

Многие специалисты приходят к выводу, что наиболее рациональное

место захоронения — недра Земли. Для гарантии радиационной безопас-

ности глубина захоронения должна быть не менее 0,5 км. Для большей

безопасности лучше располагать отходы еще глубже, но, увы, стоимость

захоронения при этом существенно возрастает. Относительно недавно

предложена идея захоронения высокоактивных ядерных отходов в глубо-

ких скважинах, заполненных легкоплавким веществом, например серой.

458

Герметичные капсулы с высокоактивными отходами, погруженные на

дно скважины, расплавляют серу собственным тепловыделением. Таким

образом, проблема захоронения радиоактивных отходов довольно слож-

на, но решаема.