ОБРАЩЕНИЕ С ОТРАБОТАННЫМИ ХИМИЧЕСКИМИ ИСТОЧНИКАМИ ТОКА
К началу ХXI века в мире сформировался комплекс разнотипных портативных одноразовых электрохимических батарей и аккумуляторов.
КАК ЭТО НАЧИНАЛОСЬ
Первый надежный электрохимический источник тока создан в 1800 г. А. Вольтом, чье имя увековечено в названии одой из главных электротехнических единиц. Наиболее распространенный и по сегодняшний день в разных видах техники электрохимический источник тока, пригодный для многократной перезарядки от сетевого источника электроэнергии, свинцовый аккумулятор, появился почти 60 лет спустя.
В конце XIХ века были созданы первые цинк-углеродные батареи и их миниатюрные модификации, долгое время бывшие главным переносным портативным одноразовым химическим источником электроэнергии для радиоаппаратуры, фонарей, игрушек и т. п. Почти одновременно с ними были испытаны первые никель-кадмиевые аккумуляторы, получившие широкое распространение почти через 50 лет.
Последовавший после второй мировой войны взрывной процесс развития техники и технологий, в частности в области промышленной и бытовой электроники и электротехники, в освоении космоса, систем связи, потребовал для обеспечения электрической энергией слаботочных, но достаточно емких и надежных химических источников как одноразового пользования, так и пригодных для многократной подзарядки.
В 1950–1960-е годы в технике появились никель-кадмиевые герметичные аккумуляторы, позволяющие пользоваться ими в любом положении и не требующие обеспечения безопасного газовыделения при зарядке, как свинцовые.
Одноразовые щелочные батареи при одинаковых размерах обеспечили многократно большую емкость по сравнению с цинк-углеродными и вскоре почти вытеснили их.
В последней четверти ХХ века неконтролируемый поток использованных электрохимических элементов в составе бытовых отходов стал реальным фактором загрязнения природной среды такими грозными веществами, как ртуть и кадмий. Наряду с разработкой ограничительных правил по применению этих элементов в электрохимических источниках тока, были предложены менее опасные: никель-металлгидридные и различные модификации литиевых аккумуляторов, обладающих, кроме того, важными потребительскими преимуществами.
ЧТО ИМЕЕМ НА СЕГОДНЯ
К началу ХXI века в мире для оптимального удовлетворения потребительского спроса на портативные слаботочные источники энергии сформировался комплекс разнотипных портативных одноразовых электрохимических батарей и аккумуляторов, обеспечивающих работу всего спектра хозяйственных, бытовых, медицинских, научных и офисных электрических и электронных приборов и устройств, от компьютеров и мобильных телефонов, кино- и фотокамер до строительных и монтажных электроинструментов, от слуховых аппаратов и термометров до осветительных приборов и всевозможных радиоприемников и плееров.
В качестве перспективного направления портативных источников электрического питания получают развитие компактные электрохимические генераторы, использующие эффект каталитического окисления углеводородов.
Загрязнение природной среды свинцом, ртутью, кадмием вызывает соответственно:
• накопление свинца в печени, детские заболевания, анемию;
• кадмий повреждает почки, вызывает деформацию скелета;
• ртуть вызывает прежде всего повреждение нервной системы и почек, через беременных женщин может вызвать генетические повреждения у ребенка
Быстро растущее количество применяемых и использованных батареек и аккумуляторов, которые постепенно стали одним из наиболее массовых и повсеместно встречаемых источников загрязнения окружающей среды рядом тяжелых металлов, требует разработки и организации их сбора и безопасной утилизации. Нерешенность или не полная решенность этой проблемы приводит к возрастанию опасности диффузного загрязнения всех составляющих природной среды тяжелыми металлами: свинцом, никелем, кадмием, ртутью- и потерей для экономики некоторого количества ресурсов. Попробуем представить себе, о каком количестве использованных батареек и аккумуляторов может идти речь. Проще всего это сделать для автомобильных стартерных свинцовых аккумуляторов.
Средний срок службы одного аккумулятора в зависимости от качества его изготовления производителем, интенсивности и грамотности эксплуатации автовладельцем в среднем составляет 3–5 лет. Для примера при численности автомобилей, эксплуатируемых жителями и хозяйствами Санкт-Петербурга в 1,3–1,4 млн единиц, это дает от 250 000 до 450 000 шт./год отработанных свинцовых аккумуляторов.
Содержание свинца в них составит оценочно от 4000 до 7000 т ежегодно, что немало даже для крупного свинцово-цинкового комбината.
Оценить количество находящихся в пользовании и превращающихся спустя то или иное время в отходы портативных аккумуляторов и батарей без специального исследования и накопления статистических данных невозможно.
О проведении в России такого рода широкомасштабных работ нам неизвестно, и результаты в отечественных источниках информации не публиковались.
Особую сложность учету придает тот факт, что подавляющее количество современных электрохимических источников поступает в нашу страну из-за рубежа, и, как это распространено у нас в стране, не только по официальным подконтрольным таможне каналам.
По той же причине невозможно наладить сбор отчислений в природоохранные фонды с импортеров батарей и аккумуляторов для последующего вложения собранных средств в сбор и переработку их лома, что практикуется в большинстве европейских стран.
Для оценки количества используемых и выбрасываемых электрохимических источников тока в больших городах России, где уровень находящихся в пользовании у населения компьютеров, мобильных телефонов, всевозможной портативной радио- и аудиотехники, приборов и игрушек и т. д. вполне сопоставим с западноевропейским, можно воспользоваться зарубежными аналогами. По данным, например, из Швеции,которые получены нами от представителей Национального Агентства охраны окружающей среды в ходе проведения совместных работ, в течение последних 20 лет количество используемых населением отдельных батарей находится на уровне 90 миллионов шт. в год. Население Швеции в этот период составляет около 9 млн человек.
Количество имеющихся батарей в каждом из четырех миллионов домашних хозяйств Швеции в среднем составляет около 53 шт. на хозяйство. Шведы используют около 3,5 миллионов приборов со встроенными или помещенными в заряжаемые картриджи аккумуляторами.
Таким образом, можно принять в качестве базового ориентировочного уровня использование 10 отдельных батареек в год на одного жителя. В домашнем пользовании находится около 212 миллионов различного вида батарей, 23 батареи на человека. Считается, что в Стокгольме с числом жителей 765 тыс. человек за год образуется до 100 т использованных малых батарей и аккумуляторов и до 200 т свинцовых автомобильных аккумуляторов, хотя последняя цифра представляется нам заниженной.
Исходя из этого расчета, в Санкт-Петербурге ежегодно образуется около 40 000 000 использованных батареек и аккумуляторов различных типов (кроме свинцовых). Количество использованных аккумуляторов длительного срока использования (до нескольких лет с перезарядкой), отслуживших свой срок и выбрасываемых потребителями, довольно сложно оценить даже приблизительно, так как сроки эксплуатации зависят от многих условий и могут колебаться в широком диапазоне. Условно может быть принята цифра в 5–10 млн. шт. в год или суммарно 400 т в год отработанных малых аккумуляторов и батарей всех видов.
Даже при такой приблизительной оценке очевидно, что попадание в бытовые отходы нескольких сот тонн элементов с высоким содержанием тяжелых металлов способно создать угрозу окружающей природной среде при вывозе на свалки нераздельно собранного бытового мусора, а при неблагоприятных условиях хранения вызвать загрязнение, например, подземных вод или поверхностных водоемов.
При переработке такого мусора цивилизованными методами опасность либо не устраняется, либо это требует больших затрат. Попадание использованных батарей в составе ТБО на переработку биокомпостированием приводит к загрязнению тяжелыми металлами компоста и осложняет его использование. При сжигании ТБО часть тяжелых металлов (кадмий, цинк, ртуть) уносится в атмосферу, другая накапливается в токсичной золе, которую использовать без изоляции от среды весьма проблематично.
ЧТО ДЕЛАЕТСЯ ЗА РУБЕЖОМ
По причине осознания такой угрозы в странах с развитым потребительским рынком электронных и электробытовых приборов проблема ограничения возможного загрязнения от электрохимических источников тока встала перед обществом и органами власти в 1970–1980-х годах ХХ века. В это же время стали разрабатываться нормативы, а также появились правительственные и межгосударственные предписания ЕС, налагавшие ограничения на использование токсичных веществ при производстве, о сборе и переработке отработанных батарей, позволяющие сократить до минимума негативные последствия их неконтролируемого сброса.
В Швеции с 1987 г. сначала была проведена кампания по сбору батарей, содержащих ртуть и кадмий. С 1993 года промышленность приняла на себя ответственность за обращение с никель-кадмиевыми аккумуляторами. В США в средине девяностых годов было запрещено использование аккумуляторов, содержащих соединения ртути.
Реализация в Швеции принятого в 1998 году «Декрета о батарейках» привела к тому, что батареи без разделения по видам весом до 3 кг собираются раздельно от бытового мусора в специальные контейнеры, установленные в местах сбора отходов или бытового мусора из расчета 1 на 1000 жителей. Свинцовые и другие крупные батареи возвращаются к организациям, продавшим их, на указанное ими место и за плату. В настоящее время в результате ограничительных и разъяснительных мер более 90% используемых батарей и аккумуляторов относятся к числу малоопасных и способных к утилизации для повторного использования.
Для обеспечения безопасности при пользовании батарейками в 1999 г. была организована широкомасштабная информационная кампания. Эта кампания охватила муниципалитеты, школы и имела целью убедить население собирать использованные батарейки отдельно от прочих бытовых отходов.
Финансирование комплекса работ по селективному сбору, сортировке и предупреждению заражения ртутью, свинцом и кадмием проводилось за счет природоохранных налогов. С 1997 года создан «батарейный фонд» под контролем Агентства по охране окружающей среды. Средства фонда пополняются за счет дохода от производителей и импортеров в виде ежеквартального налога в зависимости от количества импортируемых батарей. Фонд подразделяется на фонд для ртутных и кадмиевых и фонд для свинцовых батарей. Работа местных органов власти также финансируются из этих фондов в зависимости от количества собранных батарей. Из него же выделяются средства на поддержку информационной кампании.
ЧТО ДЕЛАЕТСЯ У НАС
Проблема организации сбора и утилизации свинцовых аккумуляторных батарей- этого наиболее просто поддающегося учету и контролю вида отходов в России решена несистемно и далеко не оптимально, хотя технология утилизации достаточно освоена и активно используется на действующих предприятиях. В определенной мере удовлетворительным можно считать сбор и направление на переработку аккумуляторов от крупных и средних автохозяйств, крупных складов и других предприятий, использующих в своей работе электропогрузчики и электрокары.
Сбор отработанных аккумуляторов у владельцев индивидуального автотранспорта, где используется основная по численности их часть, не имеет характера обязательности ни для властей, ни для торговли, ни для самих владельцев. Самостоятельная доставка каждым владельцем своего использованного аккумулятора на предприятие-переработчик усложняется требованием, чтобы перед этим был слит электролит. Для индивидуального автовладельца это требование равносильно указанию слить токсичный электролит в бытовую канализацию или прямо на грунт во дворе, в гараже и т. п.
Незначительная оплата за сданный аккумулятор, необходимость его куда-то далеко везти и т.п. приводит к тому, что сдается на переработку меньшая часть отработанных аккумуляторов. Использованные аккумуляторы, принадлежавшие этой самой многочисленной категории пользователей, в значительной мере служат источником загрязнения окружающей среды городов.
Рассеивание в городской среде даже одной трети или четверти общего годового количества отработанных свинцовых аккумуляторов, выводимых из эксплуатации, представляет собой для любого города реальную угрозу тяжелого токсикологического поражения свинцом населения, в особенности детей.
Не рассматривая в деталях всех проблем утилизации отработанных свинцовых аккумуляторов, поскольку этому вопросу посвящены самостоятельные работы, отметим что первоочередной задачей городских и муниципальных властей практически по всей России является создание условий для первичного сбора отработанных свинцовых аккумуляторов с не слитым электролитом.
Сделать это можно, например, путем создания простейших площадок в коллективных гаражах и на открытых автостоянках.
Рычагом такой организации может служить включение в качестве условия для продления аренды на землю гаражных кооперативов или коллективных автостоянок положения о необходимости складировать отработанные аккумуляторы на специально отведенное место и информировать переработчика о накопленном количестве аккумуляторов для вывоза.
Что касается сбора использованных малогабаритных аккумуляторов описанных выше видов, то до самого последнего времени вся их масса направлялась в поток твердых бытовых отходов. При переработке ТБО на предприятиях механизированной переработки некоторая часть батареек извлекалась при помощи магнитной сепарации батареек и могла захораниваться или накапливаться отдельно.
Основная часть ТБО захоранивалась и продолжает захораниваться на полигонах ТБО без выделения токсичных компонентов, в том числе батареек и аккумуляторов, что неотвратимо ведет к описанным выше последствиям.
Селективный сбор компонентов ТБО в масштабах всей России, даже в ее столицах, пока не стал доминирующим направлением. Специфика деятельности органов власти, управляющих обращением с отходами, отодвигает решение этой проблемы в дальний угол. Зачастую основное внимание уделяется созданию новых полигонов или мусоросжигательных заводов, экономическая составляющая которых представляется намного убедительней, чем экологическая ответственность, которая выглядит расплывчато и во многом иллюзорно.
В Санкт Петербурге Комитетом по природопользованию, охране окружающей среды и экологической безопасности в составе программы ЕС LIFE силами отдельных муниципалитетов и «АТП Спецтранс» № 1 под методическим руководством специализированной кафедры государственного политехнического университета проводится комплекс пилотных работ по организации на уровне этих муниципалитетов селективного сбора отходов, в том числе включающего отдельный сбор в специальные контейнеры отработанных малогабаритных батарей и аккумуляторов.
Общее число таких пилотных площадок превышает 10. Отношение населения к проводимой работе можно охарактеризовать как положительное.
Говорить окончательно о результатах до завершения работы преждевременно, однако сдержанный оптимизм она внушает.
До получения статистических данных о собранных батарейках по результатам завершения пилотного проекта говорить о дальнейших работах по рециклу компонентов батарей пока сложно.
Простейшим временным решением было бы направление собранных и соответствующим образом рассортированных по видам батареек и аккумуляторов на полигон опасных отходов «Красный Бор» для депонирования и возможной в будущем переработки.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ, РЕАЛЬНЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ
Технология утилизации отработанных батареек и аккумуляторов, кроме свинцовых, для которых, как упоминалось, имеются необходимые технологии и мощности в России, известна и реализована, в частности, в европейских странах.
Так, технология установки фирмы «SUMITOMO» в Швейцарии предусматривает парциальный нагрев и испарение первоначально ртути с ее многоступенчатым улавливанием, затем возгонка цинка и его улавливание, расплавление массы и вывод ее в виде ферромарганцевого сплава и шлаков.
В составе проекта технологических установок полигона «Красный Бор» в Санкт-Петербурге также имеется установка для переработки, главным образом, гальванических отходов (не содержащих ртути) пирометаллургическим способом по технологии института «ГИПРОНИКЕЛЬ», в ряде решений аналогичная описанному выше процессу. В качестве конечных продуктов предусмотрено получение цинкового возгона, медноникелевого штейна и шлака. Представляется возможным переработка цинковых батарей, а также никель-кадмиевых аккумуляторов при решении вопроса о выделении из потока не только цинка, но и кадмия. Никель и марганец в составе расплава поступали бы на утилизацию в металлургическую промышленность. Однако возможность и целесообразность такого решения должны стать предметом специального изучения.
Приемлемым решением могло бы быть создание специализированной установки для регенерации ресурсов электрохимических источников тока, однако такая установка могла бы стать экономически рентабельной при работе, как минимум, для всей европейской части России. Вполне реальным выглядела бы поставка собранных, отработанных электрохимических источников для утилизации в страну или страны-экспортеры этого вида продукции. По примеру продвинутых стран эту работу следовало бы инициировать МПР России, согласно его функциональному предназначению в стране.
ВЫВОДЫ
1. Необходимость выделения отработанных батарей и аккумуляторов из потока отходов, в первую очередь бытовых, назрела. Затягивание ее решения сулит обществу усугубление проблем с его физическим здоровьем. Отсутствие контроля государства за импортом и оборотом электрохимических источников тока – существенный недостаток систем управления в нашей стране.
2. Имеются технические, экономические и организационные предпосылки для скорого и малозатратного решения наиболее болезненных проблем – сбора и самоокупаемой переработки подавляющей части свинцовых аккумуляторов, а также сбора и предупреждения от рассеивания в природной среде прочих видов более мелких батарей и аккумуляторов на тех же принципах, как это происходит в Западной Европе.
3. Утилизация ресурсов и изоляция вредных компонентов из состава маломощных и малогабаритных батарей и аккумуляторов может быть экономически приемлемой только в межрегиональном или межгосударственном масштабе.
Вопрос может решаться после получения достоверной информации о темпах накопления и объемах безопасного хранения выведенных из употребления батарей.
С.В. ЗУБАРЕВ, к.х.н., эксперт Центра независимой экологической экспертизы РАН