Рециклинг материально-технологических ресурсов: современное состояние и перспективы

Acknowledgements: This research was funded by a grant from the Russian Science Foundation No. 24-29-00524,

Отходы строительства и сноса, образующиеся на различных этапах жизненного цикла зданий, являются серьезной проблемой для строительной индустрии и оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Международный опыт показывает, что данная проблема широко распространена во многих странах [1]. В соответствии с ГОСТ 30772-2001 «отходы – остатки продуктов или дополнительный продукт, образующиеся в процессе или по завершении определенной деятельности и не используемые в непосредственной связи с этой деятельностью».

Половина ежегодно образующихся отходов составляют отходы строительства и сноса зданий и сооружений. С целью решения проблемы снижения негативного воздействия строительных отходов на окружающую среду в таких странах, как Китай, США, Австралия, странах Европейского союза вводят ряд следующих законов и правил по обращению со строительными отходами. Основными из них являются: 1) категорирование строительных отходов с целью направленной утилизации; 2) введение целевого показателя по переработке отходов; 3) введение запрета на захоронение строительных отходов (распространено в Дании, Нидерландах, Швеции и Германии [2]).

В Европейских странах переработка строительных отходов составляет более 90 % (рис. 1а), тогда как в России данный показатель равен 10 % (рис. 1 б). Одним из факторов высокого уровня переработки строительных отходов в европейских странах является большое количество стационарных комплексов (только в г. Берлин их более 20) [3].

а)

Рис. 1. Переработка (1) и захоронение (2) строительных отходов: а – в РФ ; б – в Европейских странах

Объем демонтажных работ в последние годы увеличивается, что связано с программами реновации, действующими в крупных городах страны, со старым фондом объектов строительства, которым в настоящее время требуется замена и обновление, а также необходимостью реддевелопмента бывших промышленных зон и объектов под новые требования современности. На сегодняшний день по демонтажным работам действует СП 325.1325800.2017 «Здания и сооружения. Правила производства работ при демонтаже и утилизации», также на этапе утверждения находится СП «Проект организации строительства, проект организации работ по сносу (демонтажу), проект производства работ. Правила разработки и оформления».

Активный рост демонтажных работ ведет к увеличению строительных отходов и полигонов для захоронения, при этом наибольшее их количество приходится на лом бетона и железобетона. Наличие широкой базы исследований в части выбора организационно-технологических решений при демонтаже зданий, способов переработки и вторичного использования строительных отходов на сегодняшний день не устраняет ряда пробелов, связанных с отсутствием практического применения всех известных решений процессов рециклинга [4]. Согласно данным Федеральной службы государственной статистики на 2022 г., по сравнению с 2000 г. было введено объектов на 400 % больше (рис. 2), что в будущем приведет к увеличению объема строительных отходов.

Состав отходов, образующихся при демонтаже, имеет соотношение, показанное на рис. 3 [5].

Решением развития вопроса переработки строительных отходов является использование

Европейские страны

■1■2

Год строительства

Рис. 2. Общий строительный объем зданий

Рис. 3. Состав отходов, образующихся при демонтаже

технологии рециклинга и переход на экономику замкнутого цикла. Согласно ГОСТ 30772-2001 «рециклинг – процесс возвращения отходов, сбросов и выбросов в процессы техногенеза». В соответствии с ГОСТ Р 57678-2017 повторное применение отходов по прямому назначению – рециклинг; их возврат в производственный цикл после соответствующей подготовки – регенерация; извлечение полезных компонентов для их повторного применения – рекуперация.

В Европе функционирует целая отрасль – индустрия переработки (рециклинга) строительных отходов, представляющая собой систему, включающую строгий контроль за созданием несанкционированных свалок, полный запрет на вывоз строительных отходов на полигоны или запредельно высокие цены на такой вид утилизации.

Авторы [6] рассматривают вопросы классификации строительных отходов и процессов их категоризации, при этом основным вопросом исследования являются процессы обращения (переработки) строительных отходов. Используя технологии информационного моделирования, возможно снизить количество строительных отходов в процессе возведения объекта.

По сравнению с зарубежными странами переработка строительных отходов в России находится на этапе зарождения. Ограничивающими факторами для существенного развития данной отрасли являются: отсутствие порядка учета отходов; отсутствие комплексной нормативно-правовой базы, учитывающей действия всех участников строительного процесса; отсутствие механизмов реализации и экономической привлекательности для всех участников строительного процесса.

Переработка строительных отходов с целью получения строительной продукции – вторичного строительного продукта – является весьма рентабельным направлением, так как строительный лом можно эффективно применять для получения нового сырья [7].

В нормативной литературе существует термин «вторичное строительное сырье» (ГОСТ Р 54098-2010) – различные отходы производства и потребления, а также продукция их первичной переработки, предназначенные для использования в производстве строительных материалов и в строительстве. Авторы [8] ввели понятие «вторичные строительные ресурсы» – ресурсы, используемые повторно в новом строительстве. Данные термины имеют недостаток в том, что они напрямую не указывают на процесс технологической переработки строительных отходов, их рекуперации и встраивания в последующий жизненный цикл получаемого строительного продукта. В связи с этим авторы предлагают ввести новый термин «вторичный материально-технологический ресурс» – строительные отходы, получаемые после переработки (рециклинга, рекуперации) и используемые при создании вторичной строительной продукции, используемой в жизненном цикле здания или сооружения. Поэтому цель данной работы – анализ современного состояния и перспектив развития рециклинга вторичных материальнотехнологических ресурсов.

• 2.    Материалы и методы

• 3.    Результаты

  Согласно отчету Всемирного банка [9] прирост строительных отходов увеличится с 2,01 млрд тонн/год в 2018 году до 3,40 млрд тонн/год к 2050 году. Ежегодно во всем мире в результате строительства, сноса и реконструкции зданий и сооружений образуется более 10 млрд тонн строительных отходов, большая часть которых потенциально могла бы быть переработана [10]. В США ежегодно образуется 700 млн. тонн таких отходов, в Европе – 800 млн. тонн, в Китае – 2,3 млрд тонн [11]. При этом количество ежегодных публикаций в базах данных WOS и Scopus по обращению с строительными отходами выросло с 705 в 2016 г. до 2622 в 2023 г. [12].

В работе применены методы научного анализа и поиска информации с целью структурирования и определения процессов рециклинга и направления использования вторичных материально-технологических ресурсов (ВМТР).

Строительные отходы включают в себя такие материалы, как бетон, кирпич, керамика, пластик, дерево, стекло, битумные смеси, металлы и грунт, легко поддающиеся вторичной переработке. Такие материалы необходимо успешно перерабатывать и внедрять в новый жизненный цикл строительного производства, при этом 35 % отходов строительства и сноса по-прежнему вывозятся на полигоны утилизации [13]. На рис. 4 представлена расширенная блок-схема классификации вторичных ма- териально-технологических ресурсов, составленная с учетом данных ГОСТ 57678-2017, с дополнением информации о направлениях их использования [14–21].

Активная строительная деятельность, большое скопление строительных отходов на полигонах оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Снижение данного воздействия является важной и приоритетной задачей. Основным способом решения данной проблемы является своевременная переработка и возвращение материалов в производственный цикл. Оценка воздействия ВМТР на окружающую среду представлена в таблице.

На основе анализа литературы [22] установлено, что процесс рециклинга вторичных материально-технологических ресурсов можно разделить на 2 уровня:

• 1)    макроуровень, включающий:

• •    экономическую оценку процесса рециклинга;

• •    оценку жизненного цикла ВМТР;

• •    классификацию ВМТР;

• 2)    микроуровень, включающий:

• •    определение перерабатываемых ВМТР и их класса опасности;

• •    улучшение характеристик переработанных ВМТР.

Установлено, что основными направлениями исследований использования переработанных ВМТР являются:

• 1)    определение наиболее подходящих путей использования ВМТР после процессов рециклинга [23];

• 2)    улучшение физических свойств и получение их стабильных показателей перерабатываемых ВМТР: механическое измельчение, термически обработка, химические методы, карбонизация и др. [24];

• 3)    выявление и классификация по классам опасности ВМТР [25];

• 4)    оценка жизненного цикла вторичных строительных продуктов, полученных на основе переработанных ВМТР [26];

Влияние ВМТР на окружающую среду

Типы ВМТР	Снижение воздействия на окружающую среду
Пластмассы и полимеры	Пластиковые отходы могут быть использованы в композитах, асфальтобетонных смесях, для получения изоляционных материалов, снижая потребление материальных ресурсов и выбросы углерода
Древесина	Переработка древесины оказывает положительное воздействие на окружающую среду за счет минимизации площадей отходов и получения новых материалов при ее переработке
Металл	Переработанные стальные композиты идут на переплавку с целью получения новых металлических изделий, снижая углеродный след
Бетон и строительные растворы	Переработка бетона оказывает положительное воздействие на окружающую среду за счет минимизации площадей хранения отходов и снижения использования природных ресурсов

Направления использования вторичных материально-технологических ресурсов

Керамика

*

Бетон и строительные растворы

Кровельные материалы

1 Аластмассы и полимеры

Арболит

Тепло-, звукоизоляционные плиты

Теплоизоляционные смеси Кровельные материалы

Щебень

Порошковые наполнители для производства стеновых блоков и смесей для монолитного литья

Порошковые наполнители для производства стеновых блоков и смесей для монолитного литья

Шпатлевка;

штукатурка;

искусственный камень; декоративные фасадные покрытия и асфальтобетонные смеси

Порошковое сырье для безавтоклавного производства пенобетонных блоков или применения в монолитном строительстве

Добавки для огнестойких штукатурок; сырье для производства пигментов

Тонко дисперсионные порошки для производства добавок в асфальтобетонные смеси

Добавки для производства древесных пластиков Тонкодисперсионные порошки для производства вторичной полимерной продукции

Рис. 4. Блок-схема классификации вторичных материально-технологических ресурсов

• 5)    сокращение переработанных ВМТР на всех этапах жизненного цикла: проектирования, строительства, эксплуатации и сноса [27].

В настоящее время в строительстве все большее распространение получает принцип 3R (Reduce, Reuse, Recycle), основанный на сокращении потребления ресурсов и образования строительных отхо- дов; повторном использовании демонтированных конструкций и материалов (особенно связанных с объектами культурного наследия); переработке отходов строительства и сноса и получении на их основе новых строительных конструкций.

Актуальным становится выбор организационно-технологических решений процессов рецик- линга либо на стройплощадке, либо на специализированных стационарных постах [10, 28]. Так, авторы [11] отмечают, что рециклинг на стройплощадке имеет ряд преимуществ: отпадает необходимость в погрузке и транспортировке отходов на места переработки, приобретении специального разрешения на захоронение отходов, платы за транспортировку, возможность использования переработанного сырья в новом строительстве непосредственно на стройплощадке, что особенно актуально в новых регионах РФ, в Сирии, в Палестине. Но данный метод требует особых мер экологической защиты стройплощадки, исключает непрерывность работ дробильных установок. Комплексная утилизация ВМТР на строительной площадке в 9 раз экономически выгоднее, чем вывоз на специальные полигоны, при этом такие строительные площадки за рубежом получили название «строительной площадки с нулевыми отходами» [29], а отходы строительства и сноса получили название Construction and demolition waste (CDW).

Важным аспектом является разработка стратегии продвижения переработанных ВМТР с помощью гибридной системы моделирования с позиции взаимодействия правительства и предприятий по их переработке. Такая система позволяет повысить количество участников строительства, намеренных использовать ВМТР на 71 % [30]. Отмечается, что использование искусственного интеллекта (ИИ) для преобразования CDW в строительные материалы с целью содействия более циклической и устойчивой экономики считается одним из многообещающих направлений инноваций в будущем. Применение ИИ в системах переработки отходов в строительные материалы имеет огромные перспективы, поскольку оно способно оптимизировать каждый этап процесса – от сбора и сортировки мусора до обработки материалов и строительства.

В России ежегодно образуется до 100 млн тонн строительных отходов. Для повышения использования таких отходов в строительстве принята Федеральная отраслевая программа «Применение вторичных ресурсов и вторичного сырья из отходов в промышленном производстве» (утв. Правительством РФ 17 ноября 2022 г. № 13493п-П11), цель которой – довести уровень переработки до 40 % к 2030 году (в настоящее время данный показатель составляет не более 5 %) (рис. 5).

Для выполнения таких показателей необходимо разрабатывать программы по объединению ресурсов девелоперов, государства и предприятий по переработке ВМТР в целях повышения устойчивого развития; развивать собственное производство дробильно-сортировочного оборудования; определять факторы, влияющие на снижение образования строительных отходов, и разрабатывать методики оценки и прогнозирования ВМТР.

Выводы

В настоящее время рециклинг строительных отходов в России находится на стадии развития и требует вмешательства как со стороны законодательства, так и со стороны участников строительства. На основе обзора нормативной и научной литературы установлено, что:

• 1.    Переработка строительных отходов – динамически развивающаяся отрасль во всем мире, однако в РФ данная отрасль только развивается, при этом процессы рециклинга необходимо рассматривать в аспекте единой производственной базы в строительстве;

• 2.    С целью оптимизации вторичных материально-технологических ресурсов в процессе демонтажа зданий и сооружений необходимо предусматривать их «деконструкцию»; при составлении ПОД и ППР на демонтажные работы необходимо разрабатывать план по сокращению ВМТР;

  

  140 т

  Т 45%

  ■ ■ 40%

  120 ■■

  100 ■■

  80 ■■

  ■■ 25%

  ■■ 20%

  15%

  40 ■■

  я а н © ю я а © а U В

  Я © я © а К

  у = 9.2857х- 18686 R² = 0.9788

  ГОД

  • ВМТР * Процент переработки

  2018   2020   2022   2024   2026   2028   2030

  у = ЗЕ-154с^ога8х R²= 0.9991

  ■■ 10%

  ■■ 5%

  35%

  ■■ 30%

  Рис. 5. Взаимосвязь образования ВМТР и переработки строительных отходов

  
  

• 3.    Управление процессов рециклинга и получение ВМТР должно быть на всех этапах жизненного цикла объекта капитального строитель-

• ства, и разрабатывать такую систему необходимо на предынвестиционной, инвестиционной, эксплуатационной и стадии ликвидации ОКС.