ПРОБЛЕМНЫЕ ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ РЕСУРСО – И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ

Степанов Дмитрий Валерьевич1, Гаврилов Антон Владимирович1, Файзрахманов Руслан Мансурович1, Базаров Андрей Баторович1, Калмыков Руслан Александрович1
1Иркутский национальный исследовательский технический университет, магистрант

Аннотация
Рассмотрены актуальные проблемы рационального использования минерального сырья, включая этапы добычи, переработки и утилизации отходов с использованием современных технологий. Предложена классификация и дан перечень основных направлений ресурсо- и энергосбережения в производственной среде и сфере смежных процессов и факторов.

Ключевые слова: , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Степанов Д.В., Гаврилов А.В., Файзрахманов Р.М., Базаров А.Б., Калмыков Р.А. Проблемные задачи в области ресурсо - и энергосберегающих технологий // Современные научные исследования и инновации. 2022. № 4 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2022/04/98072 (дата обращения: 19.06.2024).

Введение

Из всего добываемого минерального сырья, составляющего около 150 млрд. т./год, в качестве полезных продуктов используется всего около 2%, остальные в химически малоизмененном состоянии составляют отходы. Если к этому добавить огромные объемы переработки и соответствующие им количества отходов в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, химическом производстве, лесопереработке, коммунально-бытовом секторе и во многих других отраслях, то проблема ресурсосбережения приобретает мировое значение. Более 90% всех производственных издержек и, прежде всего, связанных с расточительным использованием ресурсов всех видов, осуществляется на крупных промышленных объектах. Поэтому для реализации проблем энергосбережения актуальной задачей является поиск и оценка источников снижения ресурсопотребления в базовых отраслях народного хозяйства, преимущественно в процессах переработки и преобразования различных материалов и получения готовой продукции.

Цель работы:

− выявить основные направления повышения эффективности технологической сферы производства;

− выделить наиболее важные составляющие, которые оказывают существенное влияние на рациональное использование всех видов ресурсов;

− представить способы решения проблем энерго- и ресурсосбережения в технологиях различных отраслей народного хозяйства.

Для целостного восприятия анализируемой проблемы всю систему технологического ресурсосбережения условно разделим на производственную среду и сферу смежных процессов и факторов. Рассмотрим более предметно каждые из ее составляющих. Производственная среда технологического ресурсосбережения:

– оптимизация разведки и добычи полезных ископаемых;

– снижение расхода топлива и первичной энергии;

– первичная подготовка и переработка сырья;

– повышение степени переработки и извлечения полезных ископаемых;

– увеличение доли вовлечения в производство сырья, материалов и отходов;

– синтез новых соединений и композиций;

– оптимизация технологических процессов и повышение их безотходности;

– повышение сроков эксплуатации производимой продукции.

Здесь уместно изначально выделить разведку и добычу полезных ископаемых, так как при этом приходится добывать огромное количество материалов и образовывать наибольшие объемы первичных отходов. Это касается разведки и добычи рудных и нерудных материалов, энергетического сырья, воды, продуктов для горной химии и т.д. Одним из примеров рационального ресурсосбережения здесь можно рассмотреть, например, использование вскрышных пород на горнообогатительных предприятиях Курской магнитной аномалии. Важнейшим направлением ресурсосбережения можно считать снижение использования первичной энергии, удельное душевое потребление которой в мире за 2015 г. составило 1,85-1,90 тонн нефтяного эквивалента. Снижение этого показателя самым активным образом влияет на многие аспекты ресурсосбережения: объемы добычи сырья и материалов, транспортные издержки, затраты на экологию, строительство различных объектов и многое другое. Основные пути их решения известны и развиваются.

Однако для ряда стран, в т.ч. России и Беларуси, они являются первостепенными для устойчивого развития. Стадия первичной подготовки и переработки сырья формирует весь последующий цикл технологического производства материалов.

Это многоплановые технологии, но их становой хребет образуют дезинтеграторные переделы, на которые расходуется около 10% всей вырабатываемой электроэнергии и теряется на износ до 2% производимого металла. При этом ресурсные потери не менее велики. Примером может служить ПО «Гранит» г. Микашевичи Брестской области, где ежегодно добывается в качестве горной массы на гранитный щебень 18 млн. тонн, из которой 4 млн. тонн составляет отсев крупностью не менее 5 мм и на 95% идущий в безвозвратные потери. Подобного рода ресурсные отходы встречаются повсеместно и их практическая реализация имеет большие перспективы, но связана со многими трудностями, в основном, организационного плана.

Повышение степени переработки и извлечения полезных ископаемых является фундаментальной проблемой технологической сферы производства и во многом определяет ее эффективность. Эта проблема ускоренно обостряется в связи с истощением природных ресурсов и необходимостью использовать тонковкрапленные и трудно доступные ископаемые. Одним из комплексных решений в этом направлении может служить селективная рудоподготовка. Заслуживает особого внимания проблема увеличения доли вовлекаемых в производство сырья, материалов и отходов. Речь при этом следует вести о расширении сырьевой базы промышленности за счет разработки новых технологий переработки отходов, утилизации вредных пылевых выбросов, эффективной очистки воды и других стоков, разумное обращение с лесным фондом и т.д. В последние десятилетия значительно возрастает доля перерабатываемых неоднородных и сложных по составу и свойствам материалов, что требует создания новых технологий и оборудования.

Синтез новых соединений и композиций входит в сферу передовых технологий и основывается на современных достижениях науки и техники. Его диапазон начинается от нанотехнологий и заканчивается самыми многотоннажными производствами, где энергия льется рекой, а материалы расходуются эшелонами. Применяемые технологии здесь характеризуются как очевидной архаичностью, так и несомненной совершенностью, а в крупнотоннажных производствах они отличаются устойчивым консерватизмом и низкой интенсивностью развития. В качестве примера технологий последнего ряда может служить производство бетонных изделий, в частности процессы механоактиваций компонентов бетонной смеси. Ресурсосбережение на основе повышения сроков эксплуатации производимой продукции следует рассматривать как наиболее простой путь экономии материальных ресурсов всех видов.

Изначально он требует увеличения затрат на создание высококачественных материалов и изделий, но снижает первичные издержки на производство и последующие эксплуатационные расходы. Фактор надежности успешно работает на изделиях длительного пользования и не является определяющим при выпуске продукции для рынка с высокими конкурентными предложениями или ажиотажным спросом. Отсюда вывод-оценка данного направления требует дифференцированного подхода и конкретных обоснований.

Сфера смежных процессов и факторов включает:

– функциональное проектирование;

– оптимизация строительных сооружений;

– технологическое энергосбережение и электропривод;

– технологический транспорт материалов;

– использование возобновляемых источников энергии;

– инновационный менеджмент технологической среды;

– подготовка кадров.

Сфера смежных процессов и факторов, оказывающих также определённое влияние на ресурсосбережение, складывается из направлений, которые применительно к вопросам энергосбережения предметно описаны в работе и охватывают функциональное проектирование всех видов технологий, оптимизацию строительных сооружений, технологическое энергосбережение, технологический электропривод, технологический транспорт материалов, использование возобновляемых источников энергии, инновационный менеджмент технологической среды, а также подготовку кадров. Это чисто субъективная оценка непроизводственной сферы технологического ресурсосбережения, которая позволяет расширить представления о потенциале и возможностях данного направления дополнительно к производственной сфере технологического ресурсосбережения. Полномасштабный анализ технологической среды, требует дополнительных исследований и сбора статистической, экспертной и другой информации. По нашему мнению, следует выделить наиболее важные проблемы и нерешенные задачи в сфере современного ресурсосбережения:

  •  повышение степени переработок и извлечения полезных компонентов;
  •  увеличение доли вовлекаемых в практическое использование сырья, материалов и отходов;
  •  синтез новых соединений и композиций, обеспечивающих полезное использование сырья, техногенных материалов и отходов;
  •  оптимизация технологических процессов, способствующих повышению качества и экономии дорогостоящих компонентов;
  •  несоответствие уровня развития технологического машиностроения достижениями в области материаловедения;
  •  разрозненность научно-технической и проектной базы и корпоративные барьеры в сфере технологического ресурсосбережения;
  •  отсутствие единого мирового центра по организации и управлению развитием технологического ресурсосбережения.

В настоящее время материаловедение шагнуло далеко вперед, что позволяет создавать новые эффективные материалы, изделия и технологии, но их практическое использование ограничивается крайне отсталым технологическим оборудованием, системами контроля и управления. Мировой наукой наработано большое число самых различных по своей природе и условиям протекания аномальных эффектов в процессах технологической переработки материалов. Однако в промышленных технологиях они используются чрезвычайно мало. Так, в частности, предложенный авторами механизм абсорбционного повышения прочности дисперсных структур, показанный на примере введения твердых природных адсорбентов в бетонные смеси, ждет своего применения. Предполагается, что после проведения полномасштабных исследований его функции могут далеко выйти за рамки предложенного эффекта Ребиндера.

Наиболее тяжелое положение с инновационным развитием в сфере так называемых производственных технологий характерно для России и Беларуси. Здесь сложилась парадоксальная ситуация, когда зарубежные производители имеют широкий доступ на наши рынки с весьма посредственным оборудованием и технологиями, а свои разработчики, способные и желающие создать высококлассное оборудование мирового уровня, не имеют возможности самореализоваться в условиях отечественного рынка. 

Выводы

Из анализа вышеизложенных научно-производственных задач в области ресурсо-и энергосберегающих технологий следует, что использование новых форм организации творческих коллективов, объединяющих в своих рядах специалистов различных профилей, способно обеспечить эффективное энергосбережение на основе создания новых материалов, технологий, машин и комплексов.


Библиографический список
  1. Демьянова В.С., Калашников В.И., Казина Г.Н Экологические и технико-экономические аспекты использования отходов нерудной промышленности в производстве цемента // Строительные материалы. 2006. № 11. С.52–53.
  2. Технологические переделы с максимальным потенциалом энергосбережения / Л.А. Сиваченко, У.К. Кусебаев, И.А. Реутский, А.М. Ровский // Энергоэффективность, Минск. 2015. № 10. С. 24–30.
  3. Гибелев Е.И., Ильина Т.Н. Вскрышные породы горнодобывающих предприятий в технологии гранулирования органоминеральных удобрений // Материалы Десятого Международного симпозиума ФГУП ВИОГЕМ. Белгород: Изд-во ВИОГЕМ, 2009. С. 337–342.
  4. Ильина Т.Н. Процессы агломерации в технологии переработки дисперсных материалов: монография. Белгород: Изд-во БГТУ, 2009. 229 с.
  5. Перспективы мировой экономики до 2040 г. / А. Макаров, А. Галкина, Е. Грушевенко и др. // Мировая экономика и международные отношения. 2014. № 1. С.3–20.
  6. Сиваченко Л.А., Сиваченко Т.Л. Технологическое машиностроение – инновационный резерв мировой экономики: монография. Могилев: Бел.-Рос. ун-т, 2017. 254 с.
  7. Селективное разрушение минералов / В. И. Ревнивцев, Г. В. Гапонов, Л. П. Зарогатский. М.: Недра, 1988. 286 с.
  8. Технические основы переработки и утилизации техногенных материалов / В.С. Севостьянов, Л.И. Шинкарев, М.В. Севостьянов и др. Белгород: Издво БГТУ, 2011. 263 с.
  9. Механоактиваторы адаптивного действия и их развитие / Л.А. Сиваченко, В.С. Севостьянов, Т.Л. Сиваченко, С.Ж. Багитова // Сб. науч. ст. Вибрационные технологии, мехатроника и управляемые машины. Том 1. Курск: ЮЗГУ, 2016. С. 104–117.
  10. Севостьянов В.С., Сиваченко Л.А., Ильина Т.Н. Основные положения физико-химической механики в совершенствовании технологических процессов / Экология и рациональное природопользование как фактор устойчивого развития: Сб. тр. Белгород: Изд-во БГТУ, 2014. С. 263-270.
  11. Ильина Т.Н. О взаимодействии водорастворимых компонентов с компонентами гранулируемых шихт // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. № 2. С.110–113.
  12. Ильина Т.Н., Севостьянов М.В., Шкарпеткин Е.А. Конструктивнотехнологическое совершенствование агрегатов для гранулирования порошкообразных материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2010. № 2. С.100–102.
  13. Исследование условий процесса микрогранулирования в дисперсных системах / В.С. Севостьянов, Т.Н. Ильина, М.В. Севостьянов, Е.А. Шкарпеткин // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 1. С.81–86.


Все статьи автора «Степанов Дмитрий Валерьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация