Подходы к моделированию деятельности по обращению с твердыми отходами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск

Подходы к моделированию деятельности по обращению с твердыми отходами

Ю.О. Цвелодуб

Аннотация

твердый коммунальный отход адаптация

В настоящее время в России провозглашена стратегическая цель создания эффективной системы обращения с твердыми коммунальными отходами, и с 2014 года вносятся соответствующие законодательные изменения. Текущая ситуация с системой обращения с ТКО схожа с положением развитых стран в 1990-е годы. В статье обсуждается ряд моделей и методов в области обращения с отходами, разработанных в развитых странах, проанализирована возможность их адаптации к российским условиям. При моделировании проблем обращения с отходами часто используются методы «анализа затрат-выгод» и «оценки жизненного цикла».

Ключевые слова: система обращения с отходами, анализ затрат-выгод, оценка жизненного цикла, рециклинг

Annotation

Yu.O. Tsvelodub

Novosibirsk State University

Solid waste management activities: modeling approaches

In recent years, strategic guidelines aimed at creating an effective system of municipal solid waste (MSW) management have been approved, and beginning from 2014 changes are being introduced into waste legislation. The current situation with MSW is similar to that in developed countries in the 1990s. The paper discusses some models and methods applied in developed countries in the field of waste management, the opportunity of their implementation in Russian conditions. Waste management models currently used are based on cost-benefit analysis and life-cycle assessment.

Key words: solid waste management, cost-benefit analysis, life-cycle assessment, recycling

В России согласно официальной статистике ежегодно образуется более 5 млрд т и накоплено свыше 30 млрд т отходов. По другим оценкам, величина накопленных твердых отходов составляет более 80 млрд т. На долю твердых коммунальных отходов (ТКО) приходится 1-2% образующихся отходов, но проблема эффективного обращения с ТКО требует особого внимания, поскольку они влияют на состояние окружающей среды в местах проживания населения. Основная доля ТКО накапливается на полигонах и несанкционированных свалках, что приводит к захламлению значительных территорий, образованию биогаза, загрязнению почв и грунтовых вод токсичными веществами, возникновению риска эпидемий и пожаров.

Текущая ситуация с коммунальными отходами в России схожа с положением европейских стран в 1990-е годы. Реальный дефицит земли и энергоресурсов способствовали ужесточению законодательства в странах ЕС. Благодаря внедрению технологий переработки к настоящему моменту страны ЕС достигли существенных результатов: наблюдается устойчивое сокращение доли захоронения на полигонах (до 40%), рост выработки энергии за счет использования вторсырья и экономия ресурсов. В России, наоборот, за этот же период в системе обращения с отходами произошла заметная деградация: в 1990-е годы «советская» система сбора, утилизации и переработки вторсырья была разрушена, а надлежащая система управления деятельностью по обращению с ТКО в последующие годы не была создана.

Часто используемыми подходами к моделированию проблем обращения с отходами в развитых странах являются методы анализа «затрат-выгод» и «оценки жизненного цикла». В работе обсуждается ряд моделей и методов в области обращения с отходами, проанализирована возможность их адаптации к российским условиям.

В последние десятилетия возросло количество научных работ, касающихся оценки эффективности (экологической, экономической, социальной) обращения с отходами. Это обусловлено необходимостью решить проблему переработки отходов для обеспечения экологической безопасности региона, снижения уровня негативного воздействия на здоровье населения. В настоящее время в России провозглашена задача создания эффективной системы обращения с отходами, с 2014 года вносятся изменения в законодательство по отходам, система находится на стадии формирования нормативной правовой базы и создания материально-технической базы. В этой связи, анализ моделей в сфере обращения с отходами, используемых в развитых странах, представляет особый интерес.

В ранних моделях при принятии решений в сфере обращения с отходами целевым ориентиром являлась минимизация издержек функционирования системы в целом или ее частей (транспортировка, размещение отходов на полигонах) без учета экологических аспектов. В начале 1980-х годов модели стали включать экологическую составляющую: анализ различных схем рециклинга в рамках подхода минимизации издержек; минимизация издержек с учетом экологических ограничений. Одним из подходов к моделированию обращения с отходами при решении вышеупомянутых задач является «смешанное целочисленное линейное программирование» (Mixed integer linear programming (MILP)). Например, Jenkins L. (1982) использовал данный подход при планировании региональных решений в Онтарио. Подход позволяет выявить из рассматриваемых альтернатив лучшую с точки зрения минимизации издержек и временных рамок [7]. Gottinger H.W. (1985) предложил статическую модель на основе методов целочисленного программирования, позволяющую осуществлять выбор технологий (их сочетание и заменяемость), обеспечивающих оптимальное решение модели, и провел расчеты для системы регионального управления отходами агломерации города Мюнхена [5].

Устойчивое управление отходами в развитых странах предусматривает сокращение и в перспективе полный отказ от полигонов, увеличение доли рециклинга, сжигания отходов с получением энергии. В связи с этим, одним из типов моделей является поиск оптимальной нормы рециклинга (соотношение между рециклингом и размещением на полигонах). В экономической литературе принято полагать, что прямые издержки переработки отходов выше, чем издержки размещения на полигонах. Однако при учете экстерналий, переработка отходов может оказаться экономически эффективной. Huntala A. представила модель поиска оптимальной нормы рециклинга для твердых коммунальных отходов и тестировала ее на данных региона Хельсинки в Финляндии. По ее расчетам, норма рециклинга в 50% оказалась экономически и экологически оптимальной [8]. Highfill J. и McAsey M. представили теоретическую модель выбора между рециклингом и размещением на полигонах, в которой обосновали, что c учетом дефицита земли рециклинг является эффективным для муниципалитета, даже если текущие издержки рециклинга выше, чем издержки размещения отходов [6]. Для данного типа моделей отправной точкой анализа является объем отходов (в контейнере), и рассматриваются пути его дальнейшего использования; издержки рециклинга являются фиксированными, и не принимаются во внимание факторы, которые, задействованные на более ранних стадиях жизненного цикла продукта, могут повлиять на сам объем отходов.

Другим направлением в исследованиях является проблема распределения ответственности сторон (производителя, потребителя, государства) в функционировании системы обращения с отходами. В настоящее время в России в рамках реформы системы обращения с отходами в Федеральный закон №89-ФЗ «Об отходах производства и потребления» (федеральным законом № 458-ФЗ от 29.12.2014) были внесены существенные изменения, закон был практически переписан. В частности, введен принцип расширенной ответственности производителя (его активное участие в решении проблемы утилизации отходов, в частности упаковки). В перспективе планируется обеспечение участия потребителя в раздельном сборе отходов. При моделировании данного направления исследований (раздельный сбор отходов с целью рециклинга на ранних стадиях (до контейнера)) ответственность за функционирование системы обращения с отходами возлагается на домохозяйство (потребителя). Потребители осуществляют выбор покупок, решают сортировать отходы по контейнерам или выбрасывать все отходы в общий контейнер. Расходы по размещению отходов регулируются с помощью соответствующей системы налогообложения с объема отходов. Данная модель применялась в США с целью оптимизации системы обращения с отходами. Теоретически, подход возложения ответственности на потребителя кажется эффективным, однако на практике подобные решения приводят к росту нелегальных свалок [3].

Участие государства в управления отходами является необходимым на ранней стадии формирования системы в части законодательной базы, определяющей права и обязанности участников. Примером законодательной инициативы, повлиявшей на экологическое законодательство в Европе, является система Green Dot, введенная в Германии в 1991 году, обязывающая производителя утилизировать упаковку. С точки зрения прямых издержек данная системы была убыточной: издержки рециклинга в 3 раза превышали издержки размещения отходов. Тем не менее, инициатива была поддержана в Европе, в 1994 году была принята директива 94/62/EC «Об упаковке». Политика ЕС по обращению с отходами основывается на иерархии в порядке убывания приоритета: предотвращение, повторное использование, рециклинг, получение энергии, и наименее предпочтительная опция: размещение отходов на полигонах и их сжигание без получения энергии [10].

Законодательные решения, возлагающие ответственность на производителя, и иерархия приоритетов способствовали тому, что исследования стали включать более ранние стадии жизненного цикла продукта: переработку сырья и производство продукции. В частности, расширенная ответственность производителя позволяет решить проблему нелегальных свалок, поскольку издержки на утилизацию, учтенные в стоимости товара, несет потребитель на более ранних стадиях жизненного цикла продукции. Данный подход к оценке проектов системы обращения с отходом в развитых странах получил название «Оценка жизненного цикла» (life-cycle assessment (LCA)). Эта методология используется для сравнения нескольких стратегий (технологий) системы обращения с отходами. Принципы LCA описываются стандартами ISO 14040:1997 (ISO 14040:2006). LCA изучает экологические аспекты и потенциальные воздействия на протяжении всего жизненного цикла продукта («от колыбели до могильной плиты») от стадии сырья к производству, использованию продукта и размещению отходов [2].

В настоящее время данная методология широко применяется по всему миру. Сравнительный анализ стран по доходу выявил, что применение LCA в странах с низким доходом минимально. В качестве причин называются недостаточная осведомленность о методологии LCA, недостаточность бюджетных средств, выделяемых на систему обращения с отходами, отсутствие стратегий, систем, инфраструктуры в сфере обращения с отходами [11].

В ряде стран разработано программное обеспечение для применения LCA, примером программ могут служить EASEWASTE и ORWARE (Дания), SimaPro, LCA-IWM (ЕС), IWM2 (Великобритания) и др. Однако, результаты расчетов одного и того же сценария управления отходами, проведенных с помощью разных моделей LCA, могут существенно различаться; в некоторых случаях они дают выходные данные, отличающиеся на порядки. Это связано с выбором входных параметров и предположений модели относительно процессов и технологий обращения с отходами, учетом географических особенностей страны, в которой модель разработана [4].

В качестве примера применения LCA можно рассмотреть бельгийский опыт города Льеж. Для сравнения 4 сценариев (1 - размещение на полигоне; 2 - сжигание с выработкой энергии и размещение; 3 - сжигание всех фракций отходов; 4 - наряду со сжиганием использование анаэробного сбраживания биологически разлагаемых фракций отходов) использовался один из методов LCA - ReCiPe-метод. Этот метод считается улучшенным, в том плане, что в нем рассматриваются конкретные промежуточные (18 показателей) и конечные (3 показателя) ориентиры. Данные сценарии отражают иерархию в сфере обращения с отходами, в частности, сценарии 1 и 2 уже являются пройденным этапом системы обращения с отходами для города Льеж [1].

Входные и выходные данные сценариев LCA измеряются в натуральных показателях, например, кг (для измерения отходов) или кВт (для измерения получаемой энергии при сжигании отходов). Использование натуральных показателей можно считать неудобством моделей LCA, поскольку для экономистов является традиционным анализ затрат-выгод. Модель оценки эколого-экономической эффективности систем обращения с твердыми отходами WAMED [9] совмещает оба подхода - анализ затрат-выгод и оценку жизненного цикла. Модель учитывает все текущие и капитальные издержки, возникающие в системе обращения с отходами, и «теневые издержки», связанные со всеми видами загрязнения. При расчете выгод от внедрения системы возникают проблемы предсказания цен, оценки социальных эффектов, денежной оценки ущерба от загрязнения. Тем не менее, модель является синтезом существующих моделей, основанном на двух подходах, и рассматривается в качестве инструмента информационной поддержки для принятия решений на корпоративном, муниципальном и региональном уровнях.

Очевидно, что опыт, наработанный в развитых странах в моделировании деятельности по обращению с отходами, является полезным для России, но он требует соответствующей адаптации к российским условиям. Так, например, для применения метода LCA необходимо иметь информацию о существующих технологиях и надежную статистическую базу по образованию отходов по каждой фракции. В России официальная статистика по твердым коммунальным отходам ведется в куб. метрах, к тому же детальная информация о структуре отходов фактически отсутствует. Так как сравнение структур отходов, представленных в килограммах и метрах кубических, достаточно затруднено, то для применения метода LCA требуется совершенствование системы статистического наблюдения в области обращения с отходами.

Список литературы

1. Belboom S., Digneffe J.-M., Renzoni R., Germain A., Lйonard A. Comparing technologies for municipal solid waste management using life cycle assessment methodology: a Belgian case study // The International Journal of Life Cycle Assessment. 2013. № 18. C. 1513-1523.

2. Finnveden G., Johansson J., Lind P., Moberg A. Life cycle assessment of energy from solid waste - part 1: general methodology and results // Journal of Cleaner Production. 2005. № 13. С. 213-229.

3. Fullerton D., Thomas C. Kinnaman T.C. Household demand for garbage and recycling collection with the start of a price per bag // Working Paper. 1994. № 4670.

4. Gentil E.C., Damgaard A., Hauschild M., Finnveden G., Eriksson O., Thorneloe S., Kaplan P.O., Barlaz M., Muller O., Matsui Y., Ii R., Christensen T.H. Models for waste life cycle assessment: Review of technical assumptions // Waste Management. 2010. № 30. С. 2636-2648

5. Gottinger H.W. A computational model for solid waste management with applications // Applied Mathematical Modelling. 1986. №10. С. 330-338.

6. Highfill J., McAsey M. Landfilling Versus “Backstop” Recycling When Income Is Growing // Environmental and Resource Economics. 2001. № 19. С. 37-52.

7. Huang G. G.-H., Huaicheng G., Guangming Z. A mixed integer linear programming approach for municipal solid waste management // Journal of Environmental Sciences. 1997. №9. С. 431-445.

8. Huntala A. A Post-Consumer Waste Management Model for Determining Optimal Levels of Recycling and Landfilling // Environmental and Resource Economics. 1997. № 10. С. 301-314.

9. Moutavtchi V., Stenis J., Hogland W., Shepeleva A. Solid waste management by application of the WAMED model // Journal of Material Cycles and Waste Management. 2010. № 12. C. 169-183.

10. Официальный портал Европейской Комиссии. Доступно по адресу: http://ec.europa.eu/environment/waste/index.htm.

11. Yadav P., S.R. Samander S.R. A global prospective of income distribution and its effect on life cycle assessment of municipal solid waste management: a review // Environmental Science and Pollution Research. 2017. № 24. C. 9123-9141.

Размещено на Allbest.ru