Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Анализ концепции ресурсного цикла
• 1.1 Понятие ресурсного цикла
• 1.2 Ресурсный цикл как техногенный круговорот веществ
• 1.3 Современные представления о ресурсном цикле
• 2. Современные модификации ресурсного цикла
• 2.1 Концепция энергопроизводственных циклов
• 2.2 Современное представление о замкнутых энергоресурсных циклах при создании безотходных производств
• Выводы
• Список использованной литературы

Введение

Любой технологический процесс в техносфере начинается с изъятия природного ресурса из окружающей среды, а заканчивается возвращением в среду разнообразных отходов, а также тех готовых изделий, которые отслужили свой срок. Этот процесс незамкнутый, в отличие от обменных биосферных процессов, в техносфере он конечный. Эти различия создают существенные противоречия в их взаимодействии - антропогенная деятельность нарушает развитие природных циклов, выводит их из состояния устойчивого равновесия.

Развитие ПРП территории циклический во времени и ведет к формированию ресурсных циклов, отражающих жизнедеятельность потенциала природных ресурсов. Ресурсный цикл понимают как совокупность преобразований и просторов перемещений определенного вещества или группы веществ, имеющихся на всех этапах использования их человеком в рамках общественного звена общего круговорота этого вещества на Земле. Концепция ресурсных циклов была разработана в 1975 г. И.С. Комаром. Он считал, что обмен веществ между обществом и природой имеет хорошо выраженный циклический характер по типу круговорота, а суммарный поток этого обмена можно разделить на отдельные ресурсные циклы. цикл энергоресурсный безотходный техногенный

Концепция ресурсных циклов разработана известным географом И.В.Комаром и основана на идее круговорота веществ в природе, когда в ходе естественных преобразований природные элементы переходят из одного состояния в другое, от одного компонента природы к другому, по принципу замкнутого безотходного цикла. С возникновением человечества сложилось общественное (хозяйственное) звено круговорота веществ, которое стало взаимодействовать с природным круговоротом, оказывая на него свое влияние. Это влияние состояло в том, что из природного оборота изымалась большая масса природного вещества, а обратно в него возвращалась масса отходов, которые после технической переработки не могли ассимилироваться природой, постепенно все больше и больше загрязняя ее и нарушая природный оборот вещества.

Хозяйственное звено круговорота веществ получило название ресурсного цикла, под которым понимается совокупность превращений и пространственных перемещений веществ природы в процессе их освоения, добычи, переработки, потребления и конечного возвращения в природу после использования. Этот цикл имеет незамкнутых характер, т.е. имеет большую массу отходов на всех этапах добычи и использования природного вещества. Необходимость сохранения природных ресурсов и уменьшения образующихся в процессе их использования отходов путем более комплексного использования сырья и утилизации отходов сегодня является актуальной научной задачей.

Целью курсовой работы является анализ современных модификаций ресурсных циклов.

Для достижения этой цели в работе необходимо было выполнить следующие задачи:

- изучить становление и развитие представлений о цикличности процессов материального производства;

- охарактеризовать ресурсный цикл как техногенный круговорот веществ;

- проанализировать современные модификации ресурсного цикла.

1. Анализ концепции ресурсного цикла

1.1 Понятие ресурсного цикла

Концепция ресурсных циклов была выдвинута и обоснована И. В. Комаром в 60 -- 70-е годы. И. В. Комар исходил из того, что на Земле имеются постоянно повторяющиеся круговороты веществ, которые поддерживаются расходом энергии в ее различных формах и характеризуются определенным поступательным движением. С возникновением человеческого общества начало складываться общественное звено круговорота веществ, материальным содержанием которого служит обмен веществ (и энергии) по совокупному циклу «природа -- общество -- природа» [1]. Взятый в целом, этот процесс имеет исключительно сложный полициклический характер. При этом важными его компонентами являются ресурсные циклы, тесно взаимосвязанные между собой.

По И. В. Комару, ресурсный цикл - это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества природы (или группы веществ), которые происходят в процессе использования этого вещества (или группы веществ) человеком, включая их выявление, подготовку к освоению, извлечение из природной среды, переработку, потребление и конечное возвращение после использования в природу [2, с. 81].

В самом обобщенном виде И. В. Комар выделил в составе общественного звена общеземного круговорота веществ следующие шесть основных ресурсных циклов с серией подциклов [3]:

I -- цикл энергоресурсов и энергии с подциклами гидроэнергетическим и энергохимическим (рис. 1.1);

II -- цикл металлорудных ресурсов и металлов с коксохимическим подциклом;

III -- цикл неметаллического ископаемого сырья с подциклами: горнохимическим, минеральных строительных материалов, особо ценных и редких минералов;

IV -- цикл лесных ресурсов и лесоматериалов с лесохимическим подциклом;

V -- цикл земельно-климатических ресурсов и сельскохозяйственного сырья;

VI -- цикл ресурсов дикой фауны и флоры (за исключением охватываемых V циклом) с рядом подциклов, развивающихся на основе биологических ресурсов вод, наземных ресурсов охотничьего промысла, ресурсов полезных растений и других. При этом циклы IV, V и VI отличаются тем, что опираются в своем развитии на возобновляемые природные ресурсы [4].

Рис. 1.1. Примерная типовая схема энергоресурсного цикла (по И. В. Комару).

I фаза -- добыча всего топлива (Т), в том числе угля (У), нефти (Н), газа (Г), разного топлива и попутное извлечение породы (П) из шахт (III) и карьеров (К); II фаза -- получение обогащенного топлива (ОТ) и отходов >гащения (X); III фаза А -- использование веществ природы в процессе расходования (сжигания) топлива: обогащенное топливо (ОТ), атмосферный воздух (А), включая кислород (К) и воду (В); III фаза Б -- трансформированные вещества и энергия: дымовые газы (ДГ), в том числе двуокись углерода (СО2) и прочие выбросы (ПВ), воды и топливные шлаки (ТШ), частично загрязненная вода (В) с учетом потерь от испарения, инфильтрации и т. п., энергия (Э), включая отводимое с водой и дымовыми I ,пами тепло; IV фаза -- полезное использование вещества и энергии на (днях транспортировки энергии, ее потребления, переработки отходов и т. п. (в % от вещества и энергии, участвующих в цикле); V фаза -- непосредственное возвращение в окружающую среду веществ и энергии, 1 учета используемой их части и доли, вовлекаемой из среды в повторный цикл после естественного или искусственного очищения (в % от вещества и энергии, участвующих в цикле), размеры кружков пропорциональны доле веществ, участвующих в цикле.

Одна из особенностей ресурсных циклов заключается в том, что они различаются по продолжительности. Часть из их относится к кратковременным -- например, обеспечивающим непосредственное биологическое функционирование человека. Другие циклы носят характер долговременных, создающих предметы длительного пользования, удерживаемые длительное время в равновесном состоянии, например, в виде орудий труда, капитальных зданий и т. п.

И. В. Комар разработал также региональную структуру ресурсных циклов, подразделив крупные районы страны на пять типологических групп. Первая из них включила высоко индустриализированные районы с наиболее развитыми средними и особенно конечными стадиями ведущих ресурсных циклов и подциклов (например -- Центральный). Вторая группа объединила районы, также обладающие высокоразвитой промышленностью, но отличающиеся большей полнотой стадий ведущих ресурсных циклов, в особенности их начальных стадий, и преобладающим значением циклов, основывающихся на использовании ресурсов земных недр (например, Уральский). Третья группа объединила промышленно-аграрные районы с повышенной ролью цикла земельно-климатических ресурсов полного профиля при одновременном значительном развитии ряда других циклов и отдельных их стадий на базе минерального сырья и топлива (например, Северо-Кавказский). В четвертую группу были включены промышленно-аграрные и аграрно-промышленные районы с еще большим значением развитого цикла почвенно-климатических ресурсов и одновременным наличием других циклов и подциклов преимущественно неполного профиля (например, Среднеазиатский). Наконец, к пятой группе были отнесены малообжитые северные территории страны с распространенными на них преимущественно начальными и средними стадиями циклов, базирующихся на ресурсах биосферы [2, с. 80-84].

На теоретических разработках концепции ресурсных циклов базируется и предложенное Я. Г. Машбицем представление о ресурсно-экспортных циклах в развивающихся странах [5]. По его мнению, в этих странах сложились или находятся в стадии становления следующие шесть РЭЦ: нефтепромышленный, горнометаллургический, горнохимический, земельно-климатический, лесопромышленный и рыбопромышленный[6].

1.2 Ресурсный цикл как техногенный круговорот веществ

Расход энергии на одного человека (в ккал/сут.) в каменном веке был около 4 тыс., в аграрном обществе --12 тыс., в индустриальную эпоху -- 70 тыс., а в передовых развитых странах конца XX в. -- 230-- 250 тыс., т. е. в 58--62 раза больше, чем у наших далеких предков [7].

Рост народонаселения требует увеличения продуктов питания, создания новых рабочих мест и расширения промышленного производства. Антропогенный круговорот вещества на Земле в конце XX в. по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994) представлен на рис. 1.2 [8].

В.А. Черников и др. [9] считают, что с ростом производительных сил использование природно-ресурсного потенциала неуклонно расширяется, происходит формирование и развитие техногенеза. Техногенез -- процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека, проявляется в преобразовании биосферы, вызываемом совокупностью геохимических процессов, которые связаны с технической и технологической деятельностью людей по извлечению из окружающей среды, концентрации и перегруппировке целого ряда химических элементов, их минеральных и органических соединений.

По Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину [8] общая масса вещества., которое человек перемещает на поверхности планеты в конце XX столетия достигла 4 трлн т в год. Из 120 млрд т (Гт) ископаемых материалов и биомассы, которые мобилизуются мировой экономикой за год, лишь 9 Гт (7,5%) преобразуются в материальную продукцию в процессе производства. Большая часть -- около 80% -- потребляется и входит в основные и оборотные материальные фонды и резервы всех отраслей мирового хозяйства, т. е. возвращается в основном в производство. Личное потребление людей составляет только 1,5 Гт, при этом более половины этой массы относится к нетто-потреблению продуктов питания. Только небольшая часть последних минует производственный цикл и не требует дополнительных затрат энергии на приготовление пищи.



Рис. 1.2 Глобальный антропогенный материальный (по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994 [8]): двойные стрелки -- потоки потребления; одинарные стрелки -- потоки отходов и загрязнения среды. Условные обозначения (в кружках): 1 -- потребление биомассы; 2 -- в химическую продукцию входят минеральные удобрения (0,18 Гт/год) и органическая синтетика (0,12 Гт/год); 3 -- указаны брутто-продукты; нетто-потребление продуктов питания составляет 0,9 Гт /год; 4 -- имеются в виду все товары (продукты, вещества, материалы, изделия) индивидуального пользования

Человек постоянно вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл (рис. 1.3).



Рис. 1.3. Модель ресурсного цикла (по Г. В. Стадницкому, Д. И. Родионову, 1996 [10])

В конце XX в. ежедневная потребность населения Земли составляет около 2 млн т пищи, 10 млн м³ питьевой воды, 2 млрд м³ кислорода для дыхания.

В общем объеме потребляемых человечеством природных ресурсов более 70% приходится на ресурсы недр. Из них производится 94% энергоносителей (моторное топливо, топливо для тепловых и атомных электростанций), свыше 90% продукции тяжелой индустрии (прокат труб, конструкционных материалов), около 75% строительных материалов, 60% удобрений и 50% товаров народного потребления непищевого значения.

Минеральные ресурсы также занимают важное место в пищевом потреблении, на их основе изготовляют лекарственные препараты. Подземные артезианские воды, значительная часть которых минерализована, широко используются как в бальнеологических целях, так и для питьевого водоснабжения. Минеральные грязи, термальные водные источники являются прекрасным средством для лечения различных заболеваний.

В современном мировом хозяйстве применяется свыше 250 разновидностей полезных ископаемых. Строительные камни, руды черных и цветных металлов, камни-самоцветы, золото, серебро, нефть, уголь используются с древнейших времен. Ежегодно в хозяйственный оборот вовлекаются новые месторождения традиционных полезных ископаемых, а также их новые разновидности, полезные свойства которых можно использовать с помощью современных технических средств и технологий.

Анализ накопленной добычи полезных ископаемых за истекший период XX в. показывает общую тенденцию прогрессирующего роста объемов добычи [11]. Если в первой половине XX в. объемы мировой добычи полезных ископаемых удваивались через 50 лет, а затем через 400 лет, то начиная с 50-х гг. отмечается быстрое наращивание темпов и объемов добычи: срок усвоения сократился до 14--18лет. В 90-х годах XX в. в мировом хозяйстве добывается ежегодно около 50 млрд т полезных ископаемых. В России в этот период добывалось около 17% нефти, 25% газа, 15% каменного угля, 14% товарной железной руды от всего обьема добычи этих ископаемых. В 2000-х годах этот показатель возрос в 2--3 раза, т.е. из недр извлекается ежегодно 100--150 млрд т минеральных ресурсов. В последние 20 лет XX в. было извлечено из недр 34% суммарной за век добычи угля, около половины всей нефти, более половины естественного газа и более 60% урана.

«Зеленая революция», интенсификация сельскохозяйственного производства стимулирует быстрый рост добычи агрохимических руд. На рубеже века произошла выемка из недр 69% калийных солей и 55% фосфатных .

Однако, нужно помнить, что богатства недр -- полезные ископаемые -- относятся к исчерпаемым и невозобновляемым природным ресурсам и их запасы ограничены (табл. 1.1).

Таблица 1.1 Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов [3]

Вид топлива	Геологические ресурсы	Разведанные извлекаемые ресурсы
Уголь, млрд т Нефть, млрд т Природный газ, трлн м3 Газовый конденсат, млрд т Искусственное жидкое топливо (из сланцев и битуминозных пород), млрд т Уран, млн т*	4880--5560 207--252 260--270 33--34 342 3,2	609 72--98 49--74 6--9 36 1,6

*Запасы, которые могут быть извлечены с издержками до 66 долл. на 1 кг содержания оксида урана в урановом концентрате.

А. Е. Ферсман [12] еще в 30-х гг. XX в., имея в виду идею ресурсных циклов, под комплексным использованием сырья подразумевал такую организацию производства, при которой не пропадал бы ни грамм добываемой горной массы, не было бы отходов. Пока же формирующиеся циклы представляют собой главным образом стадии последовательной переработки сырья. Такие циклы называют простыми, линейными. Например, связи по вертикали: лесозаготовка--вывозка леса-- лесопиление -- деревообработка. Данные циклы уже обеспечивают существенный эффект по сравнению с одиночно расположенными (точечными) предприятиями, и в то же время этот результат будет несоизмеримо выше при развитии не только вертикальных, но и горизонтальных связей. Эти связи могут развиваться на каждой стадии цикла, где образуются отходы. На базе этих отходов формируются производства (лесохимия, производство древесно-стружечных плит и др.). Такой цикл называется сложным. При кооперировании и комбинировании сокращаются экономические издержки производства, а главное, достигается комплексность использования сырья. Динамика их развития может быть представлена следующим образом (рис. 1.5):

Рис. 1.5 Развитие ресурсного цикла [7]

Таким образом, ресурсные циклы будут постепенно преобразовываться (трансформироваться) на основе тех же принципов, что и естественные циклы -- взаимосвязи и замкнутости. Данная организация ресурсных циклов получила название безотходных производств, понимаемых как совокупность технологических процессов, из которых отходы одних используются в качестве сырья для других, что обеспечивает их полную утилизацию. Реальным же, на мой взгляд, является переход к малоотходным производствам, характеризующимся максимально возможной утилизацией выбросов производства (лесохимия, производство древесно-стружечных плит и др.). Такой цикл называется сложным. При кооперировании и комбинировании сокращаются экономические издержки производства, а главное, достигается комплексность использования сырья.

1.3 Современные представления о ресурсном цикле

Ресурсный цикл (РЦ), несмотря на общую схему возникновения (всё из природы) и окончания (всё в природу), отличается от биогенного круговорота веществ (БК) (это непрерывный процесс создания и деструкции органического вещества). Отличительные характеристики БК и РЦ представлены в табл. 1.2.

Ресурсный цикл - сложное, неоднозначное явление и в рациональном природопользовании выступает фундаментальным понятием. Существующие представления о РЦ базируется на проблеме вычленения частных ресурсных циклов по отдельным группам природных компонентов (ПК) и их развитии в зависимости от типа производственных процессов [13].

РЦ представляется в виде потока ПК. Для описания потоков и работы с ними необходима их классификация (табл. 1.3).

Отходы класса потерь - ПК, выступая в виде отходов, не находит применения в других производствах и остается (растворяется) в природной среде невостребованным для дальнейшего использования, вторичное использование нерентабельно.

Отходы класса вторичных ресурсов - ПК, выступая в виде отходов, превращается во вторичное сырьё и многократно (более одного раза) участвует (также с потерями) в последующих РЦ и входит в состав новой продукции.

Теоретическая база потока ПК по РЦ представляется аксиомами, теоремами, законами и закономерностями (табл. 1.4).

Таблица 1.2 Отличительные характеристики БК и РЦ [13]

Признак	Биогенный круговорот	Ресурсный цикл
Движущая сила	Энергия солнца	Потребности человечества
Участие природных факторов	Непосредственное: продуценты, консументы, редуценты	Слабое. Используются технологические процессы, продукты переработки не поддаются минерализации
Замкнутость	Практически полная	Не замкнут
Пространственное перемещение	Слабое, квазихаотическое	Мощное, целенаправленное, в точечные и линейные образования
Стабильность	Стабильный	Нестабильный, зависящий от длительности цикла, глубины переработки ПК, методов эксплуатации, повторного использования и других факторов
Продолжительность	В среднем 8 лет (но: в океане - 33 дня, фитопланктон - 1 день, кислород атмосферы - 2000 лет и т. д.)	От 0 до тысяч лет, определяется назначением, амортизацией, сохранностью и т.п. готового продукта, в который входит данный ПК
Объёмы и однородность потребляемых ПК	Микроэлементы, рассеянные в почвах данной местности	Громадные объёмы: млн т, тысячи кв. км, млн куб. м и т. д. относительно однородных ПК
Наличие отходов и потерь	Отсутствие потерь, практическая безотходность	От начала до конца связан с потерями и отходами на всех стадиях цикла
Экологичность	Экологически чистый процесс	На всех стадиях отходы и потери с вредными для природы свойствами, загрязнители всех геосфер Земли

Таблица 1.3 Классификация потоков ПК по РЦ [13]

Поток	Определение	Наличие и область воплощения в подотраслях связи
Длинный	Процесс возвращения ПК в природную среду через отходы класса вторичных потерь	Кабельные, антенно-мачтовые сооружения, технические здания, станционные и силовые установки, ...
Короткий	Возвращение ПК в природную среду потерями и отходами класса потерь по всему РЦ	Электроэнергия, топливо, вода для различных нужд, газы, атмосферный воздух,
Полный	Движение ПК по РЦ от начала его образования до естественного окончания	Вода из артезианских колодцев на территории предприятия, воздух атмосферы для различных нужд, ...
Частный	Составная часть полного потока, находящаяся в строгой взаимосвязи с другими частными потоками	ПК в составе оборудования, сооружений, зданий, приборов, инструмента, ...
Главный	Поток ПК, составляющий основу деятельности отрасли или предприятия	Энергетические, цветные и чёрные металлы, сплавы, полимеры, ...
Вспомогательный	ПК, обеспечивающие жизнедеятельность производства	Топливо, вода, воздух, органика, инвентарь, запчасти, ...
Общий	ПК, используемые многими отраслями народного хозяйства	Энергетические, чёрные металлы, вода, бетон, строительные материалы, ...
Целевой	Целевое использование ПК для нужд конкретного производства	Асбоцемент, цветные металлы, силиконовые изделия, ...
Входящий	Поток ПК, поступающий в производство	Оборудование, топливо, электроэнергия, вода, ...
Выходящий	Поток ПК в составе потерь и отходов	Металлолом, сточные воды, рассеяннее электроэнергии, бытовые и производственные отходы, ...
Однородный	Поток одного какого-либо ПК	Электроэнергия, вода, бензин, уголь, кирпич, профильный металл, ...
Групповой	Составной поток ПК	Чёрные и цветные металлы, энергетические, газопромышленные, ...
Смешанный	Поток ПК в изделиях	Оборудование, приборы, инвентарь, кабельная продукция, ...

Таблица 1.4 Теоретическая база потока ПК по РЦ [13]

Категория	Наименование
Аксиомы	Ресурсный цикл - искусственно созданный кругооборот веществ, энергии, информации и их динамических качеств в целях удовлетворения потребностей человечества: поток ПК по РЦ всегда сопровождается изменением окружающей природной среды, поток ПК по РЦ - поток с потерями
Теоремы	Мощность потоков ПК по РЦ прямо пропорциональна степени социально-экономического развития народного хозяйства, человечество всегда будет испытывать дефицит ПК, по мере движения по РЦ с предыдущей на последующую трансгрессию передается уменьшенная доля объемов (массы) первичных ПК, по мере движения по РЦ стоимость ПК возрастает прямо пропорционально глубине трансгрессии и потерям
Законы	Закон неизбежности потерь ПК по РЦ (поток природных комплектонов по ресурсному циклу всегда имеет потери), закон существования потока ПК по РЦ (поток природных комплектонов по ресурсному циклу своим существованием обусловлен наличием потерь), закон независимости окончания РЦ и его начала (выход ресурсного цикла никоим образом не влияет на его начало, и наоборот)*
Тип ожидания**	Первый - хранение ПК на складах при добыче, в составе сырья, материалов, полуфабрикатов и готовой продукции в процессе переработки и производства готовой продукции, на опт. базах, в магазинах и т. д. второй - во время эксплуатации ПК в составе средств производства или долгосрочного использования в других областях деятельности людей.

Примечание. * Каким бы образом не начинался ресурсный цикл как поток ПК, его окончание от него не зависит. Тому есть ряд причин.

Во-первых, окончание РЦ возможно по трём возможным сценариям [13]:

- ПК, выходя из потока, безвозвратно теряется по различным причинам на всех трансгрессиях ресурсного цикла;

- ПК, выступая в виде отходов, не находит применения в других производствах и остается в природной среде невостребованным для дальнейшего использования - те же потери (отходы класса потерь), но требующие определенных мероприятий и дополнительных затрат и сопутствующих потерь ПК по их обезвреживанию и складированию;

- ПК, выступая в виде отходов, превращается во вторичное сырье и многократно (более одного раза), с потерями же, участвует в последующих трансгрессиях и входит в состав новой (далекой от первоначальной) продукции - конечного устройства или предмета (отходы класса вторичных ресурсов); при этом начало ресурсного цикла не может влиять на развитие ПК и на сценарий выхода его из РЦ.

Во-вторых, по мере движения потока ПК по ресурсному циклу он подвергается различной глубине трансгрессии, определяемой только необходимостью потребителей конечной продукции, в состав которой входит тот или иной ПК. В составе этой продукции аналогичные ПК могут существовать от дней до сотен лет, всё зависит от назначения продукции. На ход такого положения дел начало потока ПК по РЦ не влияет, так как использование ПК подчинено ветвящемуся (в случае потока ПК по РЦ, исходя из примечания, - фрактальному) процессу.

Точно так окончание РЦ не влияет на его начало (за исключением « тянущей» роли всей системы народного хозяйства - см. ниже). Здесь в основном подтверждается технологическая версия последовательности РЦ. При экономическом подходе можно говорить, что объемы (массы) потребления данного ПК могут повлиять на показатели добываемых или заготавливаемых природных компонентов, но сам характер взаимодействия начала и окончания потока ПК по ресурсному циклу остается независимым.

*--* И в первом, и во втором случаях наличествуют потери ПК, постоянно изменяющие объемные и стоимостные характеристики их потока. Таким образом, поток ПК по РЦ превращается не в запас, а лишь в ожидание, находясь в постоянном движении за счет изменений, вызванных постоянно действующим законом потерь ПК по ресурсному циклу.

Под стадией РЦ понимается некоторая его часть, характеризующаяся определёнными количественными и качественными показателями, присущими именно данной стадии. Стадии в целом составляют РЦ, поэтому некоторые показатели могут быть сквозными, а другие, изменяясь до пороговых, переходить в показатели последующей стадии.

В РЦ выделяют два типа стадий. ПК, двигаясь по РЦ, неоднократно транспортируется, перерабатывается, складируется и хранится (распределительные стадии) в то время, как его добыча, нахождение в эксплуатации в составе конечной продукции и после эксплуатационное состояние (в составе отходов) - одноразово (компактные стадии). Таким образом, РЦ можно разбить на 6 отдельных естественных стадий.

Кроме того, в зависимости от глубины переработки выделяются стадии:

- первого порядка - первичная переработка ПК, связанная в основном с добычей (заготовкой);

- второго порядка - переработка ПК, приводящая к созданию « начального товарного вида» ;

- третьего порядка - процесс переработки « начального товарного вида» ПК до выпуска конечной, готовой продукции.

Каждая стадия РЦ характеризуется показателями, основные их которых:

- длительность стадии - время нахождения ПК в стадии (время пребывания в распределительных и компактных стадиях);

- коэффициент потерь ПК;

- коэффициент отходов, включает: коэффициент отходов класса потерь и коэффициент отходов класса вторичного сырья;

- сопутствующие потери (земельные, энергетические, водные), связанные с перевозкой и содержанием отходов;

- экологический ущерб от отходов и потерь ПК (стоимостный показатель).

2. Современные модификации ресурсного цикла

2.1 Концепция энергопроизводственных циклов

Процессы использования природно-ресурсного потенциала внутри отдельно взятых регионов достаточно давно изучаются специалистами-географами. Представление о регионе как о комплексной полиструктурной природно-социально-экономической системе позволило выделить многообразные связи, возникающие в ходе эксплуатации регионального природно-ресурсного потенциала в отдельную функциональную подсистему «природопользование».

В отечественной социально-экономической географии наиболее масштабные исследования, связанные с формированием общих теоретических представлений о цикличности процессов природопользования и их встроенности в другие региональные взаимодействия, зародились в работах Н. Н. Колосовского. Сформулированная им концепция энергопроизводственных циклов (ЭПЦ) надолго определила направление исследований в данной предметной области [14].

Все разнообразие производственных процессов Н. Н. Колосовский свел к 8 энергопроизводственным циклам и их совокупностям выделив:

1) пирометаллургический цикл черных металлов;

2) пирометаллургический цикл цветных металлов;

3) нефтеэнергохимический цикл;

4) лесоэнергетический цикл;

5) гидромелиоративный индустриально-аграрный цикл;

6) совокупность циклов обрабатывающей индустрии;

7) совокупность гидроэнергопромышленных циклов;

8) совокупность индустриально-аграрных циклов.

Каждый из этих циклов может быть полным (законченным) или неполным (усеченным).

Широкое использование основ данной концепции при проведении мероприятий, связанных с районной и городской планировкой, территориальным проектированием промышленных узлов и пунктов и т.п. во времена СССР, обеспечили ей прочное положение среди учений, теорий и концепций социально-экономической географии. В последние десятилетия отношение к данной концепции среди специалистов весьма неоднозначно, наблюдается значительная поляризация мнений - от неприятия до одобрения и попыток современных теоретических и прикладных ее интерпретаций.

В представлении Н. Н. Колосовского ЭПЦ - это технологическое понятие, устойчивая технологическая цепочка взаимосвязанных производств. При этом каждый цикл развивается на базе того или иного сочетания сырьевых или топливно-энергетических ресурсов и включает весь комплекс процессов - от добычи и обогащения сырья до получения всех видов продукции. Энерго-производственные циклы сосредоточены на компактной территории и способствуют наиболее полному ее освоению.

Впоследствии концепция ЭПЦ подвергалась различным модификациям и усовершенствованиям в работах Ю. Г. Саушкина, А. Т. Хрущева, Т. М. Калашниковой, И. В. Никольского, И. М. Маергойза, М. Н. Степанова и др. [3].

В дальнейшем идеи энергопроизводственных циклов были развиты в работе И. В. Комара (1975), предложившего концепцию ресурсных циклов. Под ресурсным циклом автор понимал совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ, происходящих на всех этапах использования его человеком (включая его выявление, подготовку к эксплуатации, извлечение из природной среды) и протекающих в рамках общественного звена общего круговорота данного вещества или веществ на Земле [4].

Классическим инструментом изучения воспроизводственных процессов природопользования являются географические циклы Ю. Г. Саушкина [20].

В последние годы интерес к вопросам комплексного природопользования заметно снизился, на первый план вышли отраслевые исследования, связанные с разработкой и эксплуатацией отдельных ресурсных групп, главным образом, топливно-энергетических, рудных и лесных ресурсов. Превращение природных ресурсов в рыночный товар, свободная их продажа на внутреннем и внешнем рынке привели к преобладанию отраслевых подходов в их изучении. Этому способствует также используемая ныне система эколого-экономического учета природных ресурсов.

Критики концепции энергопроизводственных циклов и ее модификаций обычно останавливаются на следующих аспектах:

1. Концепция ЭПЦ была применима лишь в эпоху плановой экономики и способствовала районоформированию в условиях значительного ресурсопотребления и существенных транспортных ограничений. После формирования единой транспортной системы страны и технологической революции в рамках НТР, когда связи по кооперации производства, особенно в перерабатывающих отраслях, стали формироваться со слабым учетом фактора расстояния, ЭПЦ «вышли» далеко за границы отдельных районов и перестали выполнять данную функцию [19].

2. Разработанная в условиях плановой социалистической экономики концепция энергопроизводственных циклов во многом не смогла найти свое место в современных как теоретических, так и прикладных исследованиях. ЭПЦ имеют функционал максимизации экономического эффекта при минимизации народнохозяйственных затрат. Последнее на практике выражается в беспощадной эксплуатации природных, технических и интеллектуальных ресурсов, истощению потенциала территории, материальному и духовному обнищанию людей, вовлеченных в ЭПЦ [19].

Столь резкая критика связана, главным образом, с кризисом районной школы отечественной экономической географии. Отказ от планирования, ликвидация государственной собственности, утеря комплексности развития, переход к так называемым рыночным методам развития экономики фактически за короткий срок - 10 лет - разрушили систему территориальных хозяйственных комплексов, деформировали цепочки энергопроизводственных циклов, резко изменили экономико-географическое положение подавляющего большинства индустриальных центров, привели к значительной структурной перестройке регионов России [23].

Тем не менее, нельзя не учитывать, что эта концепция создавалась в основном на базе народнохозяйственной практики 30--40-х годов, когда едва ли не главный акцент делался на приближение производства к источникам сырья и энергии. С наступлением эпохи НТР факторы размещения производства заметно видоизменились. Потребовалось также, чтобы в ЭПЦ больше внимания обращалось на обратные связи, т.е. на влияние высших звеньев «цепочек» на природную базу. Не удивительно, что концепция Н. Н. Коло-совского со временем подверглась заметному усовершенствованию, в котором приняли участие Ю. Г. Саушкин, А. Т. Хрущев, Т. М. Калашникова, И. В. Никольский, И. М. Маергойз, М. Н. Степанов, М. Д. Шарыгин и др. Например, Ю. Г. Саушкин предложил выделять 14 циклов и их совокупностей [93, с. 327--330], А.Т.Хрущев -- 18 циклов, причем только индустриальных.

Различные графические изображения ЭПЦ лучше всего можно показать на примере пирометаллургического цикла -- как в технологическом (рис. 2.1), так и в территориальном (рис. 2.1) планах.

Это пирометаллургический цикл черных металлов, пирометаллургический цикл цветных металлов, химико-металлургический цикл редких металлов, нефтеэнергохимический, газоэнергохимический, углеэнергохимический, сланцеэнергохимический, горнохимический, лесоэнергохимический, теплоэнергопромышленный, атомэнергопромышленный, гидроэнер-гопромышленный, машиностроительный, текстильно-промышленный, рыбопромышленный, индустриально-аграрный, гидромелиоративный индустриально-аграрный и индустриально-строительный циклы [15, с. 190--193; 16, с. 200--207].

Рис. 2.1 Пирометаллургический цикл (по А. Т. Хрущеву [16])

Рис. 2.2 Пирометаллургический цикл черных металлов (по А. И. Преображенскому [15])

а -- металлургический завод (секторами показан объем производства чугуна, стали, проката, б -- машиностроительные заводы, в -- добыча железной руды, г -- производство концентрата и окатышей, д -- добыча марганцевой руды, е -- ферромарганцевый завод, ж -- добыча известняка и доломита, з -- каменноугольные шахты, и -- углеобогатительная фабрика, к -- коксохимический завод, л -- щлакоцементный завод, м -- добыча природного газа, н -- электростанции, о -- высоковольтные электропередачи, п -- вывоз стали и проката, р -- вывоз шлака, с -- транспортировка железной руды и концентрата, т -- транспортировка марганцевой руды и ферромарганца, у -- транспортировка угля и кокса, ф -- транспортировка природного газа, х -- транспортировка известняка, доломита и огнеупоров, ц -- транспортировка машин и оборудования для черной металлургии

Современное понимание ЭПЦ (и родственных им ресурсных, региональных энерговещественных циклов) скорее теоретическое, методическое. Накопленный богатый опыт практической реализации системы взаимосвязанных производств в пределах компактных территорий, разработанный не одним поколением ученых-географов разнообразный методический аппарат - весомые причины переосмысления идей цикличности регионального материального воспроизводства.

Сложность ЭПЦ как научной категории во многом заключается в многообразии их видов. Уже Н. Н. Колосовский выделял два вида циклов -- конкретные и генерализованные. Признание существования у циклов отраслевых свойств и необходимость конструктивных исследований заставляет нас увеличить количество их видов. В настоящее время нужно различать четыре вида ЭПЦ.

Первый вид -- реальные (или конкретные) циклы, являющиеся функционально-структурными подсистемами ТПК. Это практически наблюдаемые сочетания, использующиеся для исследования структуры и состава комплексов, служащие основой для всех дальнейших концептуальных построений.

Второй вид -- генерализованные циклы, образующиеся в результате обобщения структуры реальных ЭПЦ разных экономических районов. Н. Н. Колосовским они предназначались, главным образом, для типологии ТПК. Генерализованные циклы широко используются также в различных описаниях страноведческого характера, при изучении районов, характеристике отклонений состава и структуры конкретных циклов от обобщенной модели и пр. В то же время они уже оторваны от конкретной территориальной основы, выступают как обобщенная модель всех конкретных циклов данного типа и поэтому упрощены. Способ образования генерализованных циклов -- обобщение -- достаточен для формирования представлений о циклах вообще как территориально-отраслевых подсистемах единого народнохозяйственного комплекса страны. Но именно его оказывается недостаточно для более конструктивных, практических исследований, в связи с чем выделяются еще два тесно связанных с ним вида ЭПЦ, способных усилить возможности генерализованных циклов.

Третий вид -- абстрактные циклы, отличающиеся от генерализованных способом образования. В основе их выделения лежит принцип не обобщения, а объединения состава и структур конкретных ЭПЦ данного типа. Поэтому абстрактный цикл объединяет в одну общую систему все возможные, в соответствии с индивидуальными особенностями районов, варианты технологии, в составе перерабатывающих производств, в связях, возможные для различных конкретных ЭПЦ данного типа, позволяя тем самым создать максимально полную модель ЭПЦ.

Абстрактный ЭПЦ позволяет моделировать любые процессы структурно и территориально-производственного характера, оценивать эффективность принимаемых решений и вариантов оптимизации конкретных ЭПЦ экономических районов. Смысл же добавления термина «абстрактный» состоит в том, что абстрактный цикл не относится ни к одному из реальных экономических районов, приобретает новые свойства (максимальной полноты состава, максимального разнообразия связей, технологий и производств), невозможные для конкретного и генерализованного циклов.

Воплощая в себе черты компонента народного хозяйства и устойчивой подсистемы любого ТПК, абстрактный ЭПЦ в результате больше всего соответствует понятию «хозяйственная отрасль», выступая как своего рода «цикл СССР».

Четвертый вид -- идеальные циклы. Смысл их введения состоит в необходимости придать модели предельные свойства, отсутствующие в действительности. В самом деле, использование в качестве модели лишь абстрактных ЭПЦ обрекает ее на хроническое отставание, в частности от научно-технического прогресса, так как все новинки технологии, например, следуя логике его построения, будут включены в общую схему лишь после практической реализации в одном из реальных циклов. В идеальный цикл они могут быть включены еще в фазе разработки, что придаст научно-техническому прогрессу целенаправленный характер. В более широком плане идеальный цикл можно рассматривать как общую концепцию развития отрасли, а совокупность идеальных ЭПЦ -- как общую (идеальную) модель развития единого народнохозяйственного комплекса страны на определенный плановый или прогнозный период. В связи с этим важно подчеркнуть, что модели всех идеальных ЭПЦ страны должны разрабатываться совместно, чтобы между ними не образовывалось пустых мест и ничейных производств. Критерием же отнесения того или иного производства к одному из циклов может служить фактор размещения.

Абстрактный и идеальный циклы развивают отдельные свойства генерализованных ЭПЦ Н. Н. Колосовского с целью приспособления к выполнению функций организационно-хозяйственных подсистем народного хозяйства страны. Несколько упрощая, можно отметить, что абстрактные циклы приспособлены для текущего, а идеальные -- для перспективного планирования их развития. Общей их чертой является большая полнота состава, чем у любого реального ЭПЦ. Именно она позволяет оптимизировать состав и структуру реальных циклов, вводя в абстрактную (идеальную) модель поправки на конкретные условия природной и социально-экономической среды района их размещения с учетом фактического этапа (фазы) их развития и общей обстановки в отрасли, определяемой местом и характером решаемых задач в едином народнохозяйственном комплексе.

Важнейшим условием единства всех видов ЭПЦ является аналогия структуры при различии состава. Все одноименные циклы имеют одну и ту же структуру, понимаемую как способ связи элементов. При этом базовыми при определении состава являются реальные ЭПЦ, как системы, прошедшие практическую апробацию. В целом структура циклов достаточно постоянна, но способна к совершенствованию под влиянием научно-технического прогресса и изменения форм общественной и территориальной организации производительных сил, отражаемых в идеальных ЭПЦ. Вместе с тем, при кардинальной ломке традиционной технологии и переходе на новую технологию, возможна миграция производств и групп производств из цикла в цикл. Если же эти изменения затрагивают основу циклообразования, возможен случай распада одного и формирования на его основе нового, другого или других циклов.

Сегодня идея ЭПЦ находит свое применение в современных прикладных исследованиях, например, при создании генеральных планов территорий, при реконструкции энергосистем регионов, при решении задач территориального планирования и проектирования и т.д.

Наиболее современная и адаптированная к российским реалиям модификация ЭПЦ предложена М. Д. Шарыгиным (1992), который ввел понятие «региональный ресурсный энерговещественный цикл» (РРЭВЦ) [21]. Его сущность заключается в поточно-постадийном превращении исходных природных видов сырья и энергии в границах регионов разного ранга. Совокупность РРЭВЦ в конкретных регионах образует структурные циклические формы, по которым «протекают» поступательные круговороты веществ и энергии в целостных общественных системах, т.е. процессы материального воспроизводства на разных иерархических уровнях.

По своему содержанию, строению и функциям РРЭВЦ занимают промежуточное и одновременно интегрирующее положение между энергопроизводственными, ресурсными и географическими циклами.

Функционирование РРЭВЦ в пространственно-временных параметрах регионов ведет к формированию больших и малых региональных круговоротов по превращению и перемещению веществ и энергии, что связано с наличием регионов различного территориального ранга [22]. Таким образом, появляется возможность проведения масштабных региональных исследований, связанных с изучением природопользования и связанных с ним отраслей хозяйства [24].

Сегодня использование РРЭВЦ, как одного из инструментов регионального анализа и регионального планирования, открывает возможности не только для текущей оценки полноты использования природно-ресурсного потенциала, отраслевой структуры хозяйства и технологических цепочек производств, но и для целенаправленного развития экономики региона любого таксономического уровня.

Так, структура РРЭВЦ (вертикально ориентированные связи, природно-ресурсный потенциал: добыча - обогащение - переработка - обработка и т.д.) предполагает достаточно широкие возможности применения циклов и при оценке потерь вещества и энергии в процессе природопользования.

К сожалению, в последние годы интерес к вопросам комплексной оценки отраслей материального производства регионов, исследованию вертикальных связей в системе природопользования заметно снижен. Невелико и число публикаций, посвященных региональным ресурсным энерговещественным циклам, идея которых нередко рассматривается как раритет и «пережиток прошлого». Вместе с тем, восприятие материального сектора региональной экономики как системы параллельных вертикальных циклов имеет ряд преимуществ:

· Набор энерговещественных циклов (а также виды и количество входящих в них подциклов) в отдельно взятом регионе отражает специализацию его хозяйства, а анализ стадий и звеньев цикла, характер его завершенности показывают степень сложности и комплексности регионального производства. Например, РРЭВЦ ресурсных регионов - это всегда малостадийные циклы со слабовыраженными внутрирегиональными связями;

· Именно РРЭВЦ позволяют оценить восходящие потоки вещества или энергии при перемещении от стадии к стадии (добыча - обогащение - переработка - обработка). В этом случае становятся очевидными потери ресурсов или полупродуктов на разных стадиях производственного процесса;

· В идеале модель РРЭВЦ позволяет получить представление о дальнейшем пространственном перемещении произведенной в регионе продукции, оценить экспортную специализацию региона.

Сегодня, когда экономика большинства российских регионов находится в состоянии кризиса и дисбаланса, имеет место преобладание добывающих отраслей над перерабатывающими, использование концепции РРЭВЦ в качестве теоретической базы исследования и стратегического планирования позволяет более точно оценить функционирование производственного комплекса региона, включая отрасли природопользования.

2.2 Современное представление о замкнутых энергоресурсных циклах при создании безотходных производств

Безотходная технология - это такой способ производства продукции (процесс, цех, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы - производство ^- потребление - вторичные сырьевые ресурсы» таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования [23].

В определении, прежде всего, подчеркивается необходимость использования сырьевых ресурсов в цикле, включающем также и сферу потребления, а это означает, что замкнутым такой цикл может быть только на уровне территориально-производственного комплекса (ТПК).

Следовательно, безотходное производство (БОП) должно быть практически замкнутой системой, организованной по аналогии с природными экологическими системами. Так, в природных системах продукты жизнедеятельности одних организмов используются другими организмами и в целом осуществляют саморегулирующийся биогеохимический круговорот веществ. Основу же БОП составляет сознательно организованный и регулируемый человеком техногенный круговорот сырья, продукции и отходов.

Вторым основным положением БОП является обязательное включение в производство и потребление всех компонентов сырья. При этом должно быть обеспечено максимально возможное использование потенциала энергетических ресурсов, естественно, ограниченное вторым законом термодинамики. Здесь также проводится прямая аналогия с природными экосистемами, которые, будучи практически замкнутыми, не являются изолированными, т. к. через них проходит поток энергии, которую экосистемы получают от Солнца, поглощают, трансформируют и излучают в космическое пространство. Таким образом, и БОП является практически замкнутым, но неизолированным.

И, наконец, третьей составной частью концепции БОП является сохранение (с учетом возможного теплового загрязнения) сложившегося экологического равновесия, т. е. ущерб окружающей среде, наносимый производством, не должен быть выше допустимого уровня. Под ущербом понимают фактические и возможные потери в результате отрицательных изменений окружающей среды, которые обусловлены антропическими факторами. На рис. 2.3 показана функциональная схема типового производства.



Рис. 2.3. Схема стадий технологического процесса [23]:

1 - стадия подготовки сырья; 2 - стадия химического превращения; 3 - стадия выделения непревращенного исходного вещества; 4 - стадия выделения и очистки целевого продукта; 5 - стадия придания товарной формы целевому продукту; 6 - стадия регенерации и очистки непрореагировавшего сырья; 7 - стадия регенерации и очистки вспомогательных веществ и материалов; 8 - стадия обезвреживания отходов производства

Одним из общих принципов, лежащих в основе создания безотходных производств, является цикличность материального потока, т. е. возврата части его обратно в процесс. Это способствует интенсификации технологических процессов, т. к. наиболее полно используются исходные продукты и энергия, улучшаются условия ведении процессов.

Комплексное использование природных ресурсов - это удовлетворение потребностей общества в определенных видах природных ресурсов, основанное на экономически и экологически оправданном использовании всех их полезных свойств, а также на максимально полной переработке и всестороннем вовлечении природных ресурсов в хозяйственный оборот с ростом перспектив развития различных отраслей промышленности, природоохранных норм и требований, интересов настоящего и будущих поколений людей.

Этот принцип составляет основу рачительного и экономного использования природных богатств, максимального ограничения возможных негативных последствий антропического воздействия на окружающую среду. Таким образом, в настоящее время проблема комплексного использования сырья и оптимизация ресурсного цикла имеет большое значение как с точки зрения охраны окружающей среды, так и с точки зрения экономики. Например, в химической промышленности до 60-70 % себестоимости продукции приходится на долю сырья, поэтому рациональное его использование является весьма актуальной задачей.

Этот принцип требует учета всех компонентов сырья, т. к. практически все сырьевые источники являются многокомпонентными и в среднем более трети по стоимости приходится на сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной переработке. Так, уже сейчас практически все серебро, висмут, платину, а также более 20 % золота и около 30 % серы получают попутно при комплексной переработке руд. Требование комплексного использования сырья в настоящее время занесено в ранг государственной политики.

Комплексный подход обеспечивает эффективность малоотходных и безотходных производств, что в значительной мере ускоряет их разработку и внедрение. В качестве примера можно назвать комплексную переработку апатитового и нефелинового концентратов, руд, содержащих редкие металлы.

...