С каждым годом экономисты промышленно развитых и развивающихся стран высоко оценивают потенциал использования отходов производства и потребления. Европа, Китай, США и уже России выделяют значительные инвестиции в разработку эффективных моделей создания замкнутого цикла с использованием отходов производства. Указ Президента РФ В.В. Путина от 14.01.2019 № 8 «О создании публично-правовой компании по формированию комплексной системы обращения с твердыми коммунальными отходами «Российский экологический оператор» в значительной степени должен способствовать росту экономики, вовлеченности всех слоев населения в процесс сбора, перемещения, хранения и переработки отходов [1]. Этот закон должен способствовать увеличению количества и номенклатуры материалов с использованием в их производстве более 50 % отходов [2, 3].
Одним из наиболее распространенных и ценных отходов являются изношенные автомобильные шины (ИАШ). Мировой годовой прирост ИАШ составляет более десяти млн. тонн [4, 5].
Существует много способов их утилизации и использования – механическая переработка, пиролиз, вторичное использование [3, 4]. Недостатком данных методов переработки является низкая экологичность пиролиза или слабая экономическая эффективность. Доказательством данного довода является увеличение с каждым годом количества свалок, что пагубно влияет на ОС, снижают инвестиционную привлекательность региона. Для их ликвидации необходимо привлечение волонтеров, работников сферы ЖКХ, автотранспортных средств, что в сегодняшних экономических реалиях является существенной нагрузкой для местных бюджетов [6].
В нашей стране суммарная мощность всех предприятий по переработке ИАШ составляет чуть более 200 тыс. т, а ежегодно их количество увеличивается на 2,1 млн т [2].
Наиболее эффективным, объемным и экологически чистым методом рециклинга ИАШ является механическая переработка. Этот метод позволяет получить резиновую гранулированную крошки (РГК) (60…70 %), металлокорд (15…18 %) и текстиль (12...15 %) [4, 5]. Получаемые сырьевые материалы обладают высокими качественными характеристиками, себестоимость их производства не велика (крошка 5–7 руб/кг, металлокорд – 0,5–1 руб./кг, текстиль – отход производства), но ввиду отсутствия единой системы по сбору АИШ, сами покрышки, после их транспортировки на производства возрастают в цене на 150…180 %, что отражается на стоимости крошки.
Несмотря на высокое качество, продукты механической переработки ИАШ практически не востребованы в народном хозяйстве, это связано с отсутствием экономической заинтересованности малого и среднего бизнеса в продуктах переработки. Внедрение и продвижение товаров, произведенных на основе или с частичным использованием продуктов переработки, с качественными характеристиками, не уступающими по основным показателям отечественным и мировым аналогам и имеющим более низкую стоимость по сравнению с конкурентными продуктами позволит реализовать концепцию сбора ИАШ с помощью бизнеса. Государственное участие в данном случае – это только регулирование законодательной базы, разработка рычагов дополнительного стимулирования.
Соединение в единый механизм науки и бизнеса уже позволяет на локальном уровне решать поставленную задачу. На основании в ПГУАС совместно с промышленным предприятием ООО «Экоресурс» создан общий проект с целью совершенствования рецептуры по производству строительных материалов на основании ИАШ, с последующей доработкой существующих технологических линий и их внедрением в реальный сектор экономики. Все это позволит создать централизованную, работающую без гос.дотаций, по рыночным условиям систему организации сбора, транспортировки и переработки ИАШ.
Изучив наиболее известные и уже внедренные разработки, на первоначальном этапе, в рамках совместного проекта, запущено производство травмобезопасного покрытия детских и спортивных площадок (рис. 1, а, б).
Линия была создана самостоятельно и является комплектом агрегатов, работающих в полуавтоматическом режиме. Вся цепочка связана технологическим маршрутом с использованием как основного, так и транспортирующего и вспомогательного оборудования.
Недостатком данной линии – повышенная трудоемкость, не большая производительность 150…180 м2 продукции в сутки, высокая энергопотребляемость, особеннов в зимний период, что вызвано подключением сушильных термокамер большой емкости.
Отличительной чертой созданной линии по изготовлению напольного покрытия, по сравнению с аналогами, является «естественный» метод формования и структурообразования, что позволяет сохранить высокие эксплуатационные показатели конечной продукции. В данном случае мы сравниваем получаемую продукцию с аналогично произведенной на прессах горячего формования по технологии «спекания» (табл. 1).
а 
б
Рис. 1. Травмобезопасные напольные покрытия на основе резиновой крошки
Таблица 1
Характеристики покрытий для спортивных и детских площадок
|
Наименование показателей |
Ед. изм. |
Качественные показатели покрытий |
|
|
Стандартная технология «спекания» |
Разработанная технология «естественной» сушки |
||
|
Показатель плотности |
кт/м3 |
720…1120 |
780…1210 |
|
Характеристика истираемости, не более |
гр/см2 |
0,05 |
0,04 |
|
Прочность при 10 % деформации, не менее |
МПа |
0,68 |
0,76 |
|
Показатель гибкости при t = –10 °С |
– |
Отсутствуют трещины |
Отсутствуют трещины |
|
Водопоглощение, не более |
% |
8 |
6 |
|
Морозостойкость, не менее |
цикл |
200 |
200 |
|
Теплостойкость, не менее |
°С |
80 |
80 |
Проводя технико-экономические расчеты прибыльности производства покрытий на основе резиновой крошки (РК), даже с учетом экономического эффекта от подбора оптимального гранулометрического состава, снижения количества связующего, снижения затрат на электропотребление, сделан вывод, что производство напольного покрытия имеет рентабельность 6–8 %, что не позволяет наладить сбор изношенных автошин и других резинотехнических изделий усилиями бизнеса без субсидирования региональными бюджетами. К тому же данная продукция имеет ярко выраженный сезонный характер, что так же снижает способность предприятий к развитию в области запуска экологических программ.
Следовательно, для создания рыночных условий необходима разработка современных прорывных продуктов, производство которых позволит иметь рентабельность на уровне 35–40 % и выше. Создание такого материала стало вторым этапом развития проекта.
В качестве направления исследования, опираясь на реалии экономики и на качественные характеристики сырьевых компонентов (резиновая крошка), было выбрано направление разработки рецептуры и технологии производства резиновой эластичной черепицы (РЭЧ) с применением в качестве основного составляющего (заполняющего) элемента гранулированной резиновой крошки (рис. 2).
Рис. 2. Внешний вид пилотной кровельной черепицы
Экономическим фактором направления исследования явилось то, что рынок кровельных материалов в нашей стране и странах СНГ в 2017 г. превысил 82 млн м2, средние темпы прироста более 8–9 % ежегодно. При этом существующая экономическая ситуация снизила прирост всего на 2–3 %.
Из существующих на рынке кровельных материалов, ввиду повышенных физико-механических и эксплуатационных характеристик, наиболее востребованным и перспективным являются кровли, выполняемые из резиновых и битумных материалов, а именно битумная мягкая кровельная черепица (Шинглас, Руфлекс и т. д.). Стоимость на данные материалы по данным сайтов магазинов составляет варьируется в пределах 680…1200 руб./м2.
Опираясь на проведенные исследования в области подбора оптимального гранулометрического состава, определения удельной поверхности получаемой различными способами механической переработки ИАШ, подбора клеевого состава на основании полиуретана и отходов полимерной промышленности – пластика низкого давления (ПНД) и созданной пилотной линии по производству черепицы на основе РК была рассчитана укрупненным способом себестоимость затрат на производство данного современного продукта. Данное значение требует дополнительного перерасчета в реальных условиях после запуска промышленной линии по производству кровельной эластичной черепицы (табл. 3).
Расчет показал, что средняя стоимость по сырьевым материалам и затратам на производство составляет 150…190 руб/м2. Данная цифра за счет снижения материалоемкости производства, оптимизации рецептуры, большей востребованности значительно выигрывает перед производством травмобезопасных материалоемких покрытий для детских и спортивных площадок.
Даже поверхностные расчеты показывают, что внедрение кровельного материала на основе продуктов переработки резинотехнических изделий видятся наиболее перспективными.
Таблица 3
Укрупненный расчет стоимости производства РГЧ толщиной до 4 мм
|
Наименование сырья |
Ед. изм. |
Стоимость, руб. |
Расход сырьевых компонентов на 1 м2 покрытия, кг |
Стоимость сырьевых материалов производства 1 м2 кровельной черепицы, руб/ м2 |
||
|
При наличие собственного оборудования по переработке шин |
При закупке крошки у сторонних производителей |
При наличии собственного оборудования по переработке шин |
При закупке крошки у сторонних производителей |
|||
|
Резиновая крошка (РК) |
т |
11,3 |
21 |
4,56 |
51,52 |
95,76 |
|
Полиуретановое связующее (ПЭС) |
т |
115,3 |
115,3 |
0,461 |
53,15 |
53,15 |
|
Минеральный краситель (МК) |
т |
174,5 |
174,5 |
0,046 |
8,03 |
8,03 |
|
Потребление электро энергии (Э) |
кВт |
5 |
5 |
0,39 |
1,95 |
1,95 |
|
ИТОГО: |
114,65 |
158,89 |
||||
Расчет стоимости производства покрытия с учетом затрат на электроэнергию, отопление, оплату труда работникам, накладные расходы и т. д. составила 360…375 руб/м2. Эти цифры позволяют говорить о достаточно высокой рентабельности будущего производства по изготовлению кровельной инновационной продукции, что обеспечит высокую потребность сырьевой базы резиновой крошки получаемой из отходов резинотехнических изделий. Эта необходимость заставит предприятия самостоятельно стимулировать микро и малый бизнес – шиномонтажи, автотранспортные предприятия, гаражные кооперативы и т. д. к сбору и переработке ИАШ и других резинотехнических изделий.