Сегодня полигоны отходов в России не только накапливают мусор, но и становятся источниками образования метана — опасного парникового газа. Без точного учета этих выбросов невозможно корректно обосновать инвестиции в переработку и оценить реальную экологическую нагрузку. Однако сейчас эта проблема решается формально: объем метана считают по устаревшим справочным значениям, которые не учитывают состав и свойства современных отходов. До сих пор в России отсутствовали подходы, которые позволили бы делать более объективные оценки выбросов. Ученые Пермского Политеха и МГУ им. М.В. Ломоносова разработали новую актуальную методику, которая позволяет точно, по сравнению с существующими решениями, анализировать состав и свойства коммунальных отходов.
Статья опубликована в журнале «Управление техносферой».
Полигоны твердых коммунальных отходов — это специально отведенные территории для долгосрочного складирования бытового мусора. Туда ежедневно привозят сотни тонн самых разных отходов: остатки еды, упаковку, старую одежду, ветки и листья с дворов. По статистике, в России в 2024 году на полигоны направлено 55,2 млн тонн такого мусора.
Сегодня эти свалки являются источником выбросов, которые появляются в результате разложения органических веществ. При долгом складировании мусора на полигонах образуется метан — горючий газ, который постепенно просачивается в атмосферу, где способствует усилению парникового эффекта и влияет на изменение климата. Крайне важно знать точное количество метана, выделяемого с каждой свалки, поскольку этот фактор определяет его реальное воздействие на окружающую среду.
Однако измерить эти выбросы напрямую крайне сложно, так как газ выходит не из одной точки, а со всей площади объекта и долгое время, и его количество меняется в зависимости от погоды, времени года и состава отходов. В связи с этим чаще используется расчетный метод, основанный на данных о составе захораниваемых отходов. Чтобы провести такой расчет, нужно точно знать, какая именно часть отходов способна разлагаться с выделением метана и в каком количестве. Для этого требуется детально изучить сами отходы: взять пробы, вручную рассортировать их по компонентам, а также измерить влажность.
Проблема в том, что существующие в России официальные методики для анализа состава мусора и количества выбросов были разработаны несколько десятилетий назад и не отвечают современным потребностям. Они предписывают анализировать слишком малые пробы, не требуют обязательного измерения влажности и игнорируют изменения в структуре отходов по сезонам и дням недели.
Другими словами, в отечественной практике долгое время отсутствовала современная и научно обоснованная методика, которая позволяла бы получать достоверные данные для определения объема выбросов парниковых газов. Из-за этого расчеты велись по устаревшим нормативам, а полученные сведения могли существенно отличаться от реальных, что искажало представление об экологической нагрузке полигонов.
При этом точное знание состава мусора и объема выбросов необходимо для принятия взвешенных экономических решений. Без этих данных невозможно определить, какие технологии переработки будут эффективны и куда предприятиям лучше направить инвестиции.
Ученые Пермского Политеха и МГУ им. Ломоносова разработали новую комплексную методику, которая обеспечивает получение достоверных данных о составе и свойствах отходов на свалках. Она позволяет планировать эффективную работу по утилизации и переработке мусора, а также корректно рассчитывать объемы выбросов метана.
Особенность предложенной методики состоит в том, что она учитывает главное свойство бытовых отходов — их неоднородность. Во-первых, она устанавливает новый стандарт объема для анализа. Вместо малых проб в 1–2 кг, как предписывалось ранее, теперь необходимо брать пробы отходов по 100–120 кг. Это позволит собрать репрезентативную выборку, так как в ней гарантированно окажутся и крупные, и мелкие предметы в пропорциях, близких к реальному потоку мусора, поступающему на свалку.
Также она учитывает сезонные изменения в составе отходов. Это означает, что отбор и анализ проб должны проводиться не единожды, а в течение недели в каждый из четырех сезонов года. Такой подход позволяет фиксировать закономерности: например, увеличение доли пищевых и растительных отходов в теплый период или рост объема упаковки после новогодних праздников.
Важно, что новая методика основана на комплексном анализе и включает в себя два обязательных этапа: определение состава и измерение физических свойств отходов. Для этого ученые составили обновленный перечень компонентов, который включает 14 позиций. В него вошли не только традиционные категории вроде бумаги, пластика и пищевых отходов, но и современные, такие как «одноразовые средства гигиены», содержание которых раньше не анализировалось.
Также ученые предложили измерять влажность каждой выделенной категории отходов. Это важно, потому что метан образуется только из сухих веществ в составе. Без точных данных о влажности любая информация о процентном содержании, например, пищевых отходов или бумаги, теряет смысл для расчета реальных выбросов.
— Нашу методику проверили на пяти полигонах в разных климатических зонах России. Мы провели натурные исследования, в течение семи дней подряд отбирая крупные пробы массой около 100 кг. Согласно составленному нами классификатору, далее их вручную рассортировывали на определенные категории: пищевые отходы, бумага и картон, пластик, стекло, текстиль и другие. Все отходы доставлялись в лабораторию, где для каждой пробы была проанализирована влажность, — отметила Галина Ильиных, кандидат технических наук, доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ.
Для оценки качества новой методики был проведен расчет выбросов метана двумя способами. В первом случае выполнялся расчет по новым экспериментальным данным. В нем использовались реальные, измеренные учеными значения: точный компонентный состав отходов и фактическая влажность каждой выделенной категории, например, бумаги или пищевых отходов. Параллельно для тех же самых проб проводился «справочный» расчет по старым стандартам.
— Для одних и тех же партий отходов расчет показал, что объемы метана отличаются. При использовании новых экспериментальных данных значения оказались на 43% ниже, чем по старым методикам. Это указывает на то, что существующие нормативы могут завышать оценку объема метана на полигонах. Следовательно, реальные выбросы со свалок будут ниже отчетных показателей, что важно при оценке вклада предприятия в выбросы парниковых газов, — прокомментировала Галина Ильиных.
Предложенная учеными методика является более точной, поскольку впервые комплексно учитывает ключевые факторы, напрямую влияющие на генерацию метана, например, влажность. Раньше этот показатель брался из усредненных таблиц или вовсе не учитывался. Но поскольку метан образуется исключительно из сухой части отходов, использование неточных данных о влажности закономерно искажало все последующие расчеты.
Новая методика предназначена для анализа не только свежеобразованного бытового мусора, но и тех материалов, которые из него образуются. Разработка применима к отходам после компостирования, к топливу из отходов и даже к старому мусору, который достают из закрытых свалок. Такой подход дает возможность получать точные данные на каждом этапе работы — с момента образования и до окончательной переработки или захоронения.
Точный анализ отходов способствует развитию современных технологий переработки и обоснованию целесообразности их внедрения. Это также позволяет избежать проблем и затрат из-за неправильной оценки воздействия свалок на окружающую среду, поскольку без точных данных есть риск вкладывать средства в неоптимальные решения.