Или как казахстанцы начали энергопереход без понимания особенностей утилизации отработанных элементов ВИЭ
Казахстан демонстрирует устойчивое развитие возобновляемой энергетики. В стране действует 154 объекта ВИЭ суммарной мощностью свыше 3 ГВт. Еще девять проектов, согласно Министерству энергетики, должны быть введены в эксплуатацию в течение года, что прибавит более 450 МВт к «зеленой» генерации.
В 2024 году доля ВИЭ в общем объеме выработки электроэнергии достигла 6,43% – это вдвое больше, чем в 2020 году (3%). Такой прогресс стал возможен благодаря государственной политике, благоприятному инвестиционному климату и адаптации мировых практик.
Концепция перехода к «зеленой» экономике, утвержденная в Казахстане в 2013 году, предусматривает достижение доли ВИЭ в 30% к 2030 году и 50% – к 2050 году. Однако на пути к этим целям стране необходимо учитывать как темпы ввода генерации, так и весь жизненный цикл технологий. И чем раньше Казахстан начнет системную работу с этим аспектом возобновляемой энергетики, тем меньше рисков он унаследует в будущем.
Десятки тысяч тонн отходов ВИЭ образуются в Казахстане в течение следующих 20 лет
Расширение ВИЭ снизит выбросы парниковых газов и будет способствовать устойчивому развитию, что так важно для борьбы с изменениями климата. Однако за лозунгами эксплуатационной экологичности ВИЭ упускаются сложности в утилизации компонентов энергетических установок. Большинство солнечных панелей и ветряных турбин имеют ограниченный срок службы – от 10 до 30 лет, а некоторые элементы могут выйти из строя еще в процессе монтажа или эксплуатационных ошибок. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), более 90% панелей, утилизированных до 2030 года, будут выведены из эксплуатации преждевременно, не достигнув окончания срока службы. Эта тенденция характерна для многих новых технологий, где начальные итерации продукта могут демонстрировать более высокие ранние отказы, что приводит к ускоренным темпам замены.
Казахстан начал активное внедрение ВИЭ в 2014 году. Это означает, что уже сейчас в стране накапливаются первые объемы отработанных панелей и лопастей турбин, которые требуют специального обращения. Однако, как показал II Центральноазиатский форум по электронным отходам, прошедший в марте 2025г. в Душанбе, ни в одной стране региона компоненты ВИЭ не классифицируются как электронные отходы. А ведь именно к этой категории некоторые из их составляющих относятся в странах ЕС.
К 2049 году отходы казахстанских солнечных электростанций превысят 8,7 тыс. тонн, в то время как в 2056 году порядка 33 тыс. тонн ветровых установок будут нуждаться в утилизации.
До 2035 года Казахстан планирует построить свыше 26 ГВт генерирующих мощностей. Предполагается, что 44% или 11,7 ГВт из них составят объекты возобновляемой энергетики, из которых на ветровые электростанции придется 8,5 ГВт и 1 ГВт на солнечные установки.
Производство ВИЭ и утилизация их отходов дороги и опасны для окружающей среды
В промышленных условиях наибольшее распространение получили поликристаллические солнечные панели на основе кристаллического кремния (c-Si). Они дешевле в производстве и лучше подходят для масштабных СЭС. Панели содержат до 76% стекла, порядка 10% полимеров, алюминий, кремний, а также следовые количества меди, серебра, свинца и олова, составляющие около 5% от общего объема их отходов. Этим компонентам нужна специальная обработка, так как неправильная утилизация может загрязнить источники питьевой воды и нанести вред экосистемам. В то же время извлечение редких элементов из отходов осложняется герметичным спаечным соединением.
Производственный цикл самих панелей также нельзя считать безопасным для окружающей среды. Например, при производстве кремния используются ядовитые химикаты – хлороводород, трихлорсилан, плавиковая кислота. Вместе с токсичными выбросами при добыче и переработке сырья выделяются наночастицы, вредящие дыхательной системе человека.
С ветрогенераторами ситуация не лучше – их лопасти состоят из композитного материала. Выделить в таких отходах чистые вещества представляется крайне трудоемкой и дорогостоящей процедурой. Поэтому большая часть отходов ВИЭ захоранивается на полигонах в первоначальном виде. Этот подход сейчас распространен в Китае; в будущем планируется извлечение редких металлов с применением новых технологий.
По характеристиками эталонной ветровой турбины из базы данных ВИЭ Национальной лаборатории возобновляемой энергии США, вес ветровой турбины мощностью 1 МВт достигает порядка 143 тонн, из которых 110 приходится на сталь и 8,4 на чугун. Солнечные панели типа c-Si мощностью 1 МВт весят около 78 тонн: 44,5 тонн – солнечное стекло и 11 тонн алюминия.
Утилизация отходов ВИЭ нуждается в новых подходах
Аккумуляторы энергоустановок перерабатываются частично, с использованием кислот. Фундамент, энергетическая инфраструктура (трансформаторы, электрические кабели, линии электропередач и пр.) десятилетиями эксплуатируются в традиционной энергетике. Следовательно, вопросы их утилизации не стоят настолько остро. Таким образом, среди отходов ВИЭ ветровые турбины и солнечные панели являются наиболее технологичными компонентами, которые импортируются и чья переработка затруднительна.
Наиболее популярный и дешевый способ их утилизации – захоронение. В сравнении с механической, термической и химической обработкой отходов от ветровых турбин и солнечных панелей выбросы углекислого газа минимальны. Однако оно надолго снижает доступность обширных земельных участков для сельскохозяйственных и других нужд.
Длина лопастей ветровых турбин зачастую превышает 50 метров, что не только требует большую площадь полигонов, но и осложняет необходимую механическую обработку перед захоронением. Для измельчения лопастей применяется специализированное оборудование, системы улавливания и фильтрации потенциально вредных частиц диоксида серы. 2,2% от общего объема отходов турбин – диспрозий, неодим, марганец, кремний, олово, медь и цинк также могут быть вредны для окружающей среды.
В случае с солнечными панелями, захоронение всего 1 тонны будет эквивалентно 44 м² сельскохозяйственных угодий. В то время как механическая обработка составит 3 м², термическая обработка – 13,7 м², а химическая – 40 м² сельскохозяйственных угодий.
Сжигание же отходов ВЭС и СЭС может привести к выбросам токсичных веществ в атмосферу. По результатам исследований, термическая обработка оказывает наибольшее воздействие на потенциал воздействия на глобальное потепление в сравнении с механической и химической.
Независимый эксперт в сфере ветроэнергетики и производства ветроэлектроустановок из Турции Эмин Аскеров определенное негативное влияние отходов ВИЭ на окружающую среду не отрицает. Однако приведенные им цифры подтверждают несомненные преимущества установок ВИЭ перед объектами традиционной энергетики как в практически полном отсутствии выбросов СО², так и в значительном редуцировании твердых отходов:
– Сравним выбросы СО² на 1 МВт/ч выработки энергии с солнечных панелей, ветротурбин и угольной станции, с учетом захоронения отходов. Одна солнечная панель весит примерно 20 килограмм (с учетом системы установки и крепежа на земле) и за 25 лет вырабатывает 10 МВт/ч. Т.е. 20 кг отходов или ок 2 кг отходов за 1 МВт/ч за весь период жизни панели. На тот же 1 МВт/ч на угольной станции образуется 80-100 кг твердых отходов и 900 кг СО². На газовых станциях отходов сжигания нет, но есть 400 кг СО² с каждого МВт/ч. И это мы еще не учитываем локальное загрязнение воздуха от угольных станций, заболевания дыхательных путей и сопутствующие смерти. Сколько СО² вырабатывает солнечная панель? – Ноль. На каждую ветротурбину приходится примерно 20 метрических тонн отходов. При этом в 3000 раз меньше СО² выделяется от захоронения лопастей по сравнению с угольными станциями. В Казахстане 77% электроэнергии в основном вырабатывают тепловые электростанции на угле. Они выбрасывают ок. 120 млн тонн СО² и минимум 7 млн тонн токсичных отходов в год. Если всю генерацию Казахстана перевести на солнце, то годовые (твердые) отходы сократятся до 226 тыс тонн. Это в 31 раз меньше. И 80% таких отходов можно переработать.
Эксперты прогнозируют, что к 2050 году стоимость сырья, которое можно будет извлечь из отработанных солнечных панелей, превысит 15 млрд. долларов США. Это не только вопрос экологии, но и значительный экономический потенциал. При грубой переработке удается извлекать стекло, медь и алюминий. Тонкая переработка позволяет получить кремний и драгоценные металлы. Однако такие технологии требуют серьезных инвестиций и нормативной базы.
ВИЭ-державы делают ставку на РОП при утилизации отходов
ЕС, США, Индия как лидеры по объемам установленной мощности ВИЭ уже применяют пилотные проекты по применению принципа РОП для решения вопроса утилизации солнечных панелей. При этом, законодательство указанных стран не включает данный принцип в отношении ветровых турбин.
ЕС с 2008 года на законодательном уровне борется с образованием отходов. Производители тут несут ответственность за весь жизненный цикл своих продуктов, включая утилизацию. Государства Союза проводят политику постепенного сокращения захоронения отходов. С 2012 года ЕС регулирует отходы электрического и электронного оборудования отдельной Директивой. А в 2024 году в нее были включены солнечные панели. Таким образом, производители и дистрибьюторы самостоятельно организовывают сбор и переработку отработанных солнечных панелей. Также действует минимальный показатель в 80% по повторному использованию и вторичной переработке отходов электрического и электронного оборудования.
В США управление отходами объектов ВИЭ регулируется на уровне отдельных штатов. В штате Вашингтон, например, с 2017 года производители панелей финансируют возврат и утилизацию панелей. Лопасти турбин из стекловолокна – одна из ключевых проблем переработки, и решается она в большинстве случаев захоронением.
Ввиду важности ВИЭ для дальнейшего развития энергетики, Индия с 2022 года формализовала запрет на выброс отходов ВЭС и СЭС в общественных местах и принцип РОП. Производители обязаны собирать и перерабатывать свою продукцию, а потребители – правильно утилизировать использованное оборудование.
Система РОП действует в Китае с 2017 года. Благодаря ей производители оборудования несут ответственность за влияние их продукции на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла. И хотя РОП не распространяется на солнечные панели и ветровые турбины, некоторые провинции уже приступили к пилотному применению этого принципа. А с 2023 г. Китай работает над созданием комплексной системы по утилизации отходов ветроэнергетического и фотоэлектрического оборудования. Она включает в себя «зеленое» проектирование, наращивание потенциала в области регенерации ресурсов, содействие восстановлению оборудования и стандартизацию безопасной утилизации. Правительство Китая поддерживает проекты по переработке отходов ВИЭ займами на льготных условиях, снижением налоговой нагрузки через возврат НДС и применением ускоренной амортизации.
Отходы ВИЭ в Казахстане – вне закона
В казахстанских нормативных правовых актах отдельные положения по управлению отходами солнечных и ветровых установок отсутствуют. Нет их и в Перечне отходов Министерства экологии и природных ресурсов РК. Следовательно, расширенные обязательства производителей на них не распространяются. Вместе с тем, Экологический кодекс РК запрещает захоронение на полигонах пластмассы, пластика, полиэтилена, лома цветных и черных металлов, литиевых и свинцово-кислотных батарей, электронного и электрического оборудования. Учитывая состав отходов ВИЭ захоранивать их на полигонах нельзя.
Что же касается самих представителей ВИЭ, то ОЮЛ «Ассоциация ВИЭ «Qazaq Green» провела для своих членов онлайн-опрос по утилизации отходов ВЭС и СЭС. Примечательно, что половина из менее чем 30 участников этого опроса к основным отходам ВЭС отнесла лопасти ветровых турбин и строительные конструкции. При этом большинство респондентов детально вопрос их утилизации из-за длительной эксплуатации не анализировало и, следовательно, затраты на утилизацию в бюджет проекта не вносило. К основными трудностями утилизации отходов ВЭС участники опроса отнесли ее высокую стоимость и отсутствие соответствующих законодательных требований. В качестве эффективных мер они назвали налоговые льготы, льготные кредиты и государственные субсидии.
Учитывая опыт мировых лидеров в индустрии ВИЭ, для снижения воздействия на окружающую среду такого вида отходов, прежде всего, необходимо разработать и внедрить эффективные методы их безопасной утилизации на законодательном уровне, организовать соответствующую инфраструктуру. Для этого следует рассмотреть финансовую поддержку инвесторов при строительстве новых или переоборудовании имеющихся цехов для переработки компонентов ветровых турбин и фотоэлектрических панелей.
Изучение опыта ЕС в части применения РОП, как одного из наиболее успешных, позволит выбрать наиболее подходящие для специфики Казахстана механизмы. А внесение фотоэлектрических солнечных панелей и ветровых турбин в Перечень отдельных видов продукции (товаров) и дополнение Классификатора отходов новыми категориями и видами, отражающими специфику отходов ВИЭ, станут важными шагами в этом направлении.
– Практике предшествует наука. Чтобы найти технологически, экологически и экономически более совершенные методы утилизации компонентов ВИЭ, нужны исследования. Сегодня все чаще команды учёных из разных стран объединяются для совместных исследовательских проектов. Казахстан, сотрудничая в этом вопросе с Китаем, странами Центральной Азии и другими, может способствовать эффективности ВИЭ на всем жизненном цикле, создавать новые цепочки стоимости и усиливать устойчивость решений возобновляемой энергетики, – дополняет перечень рекомендаций эксперт по энергопереходу, ведущая телеграм-канала ЭнергоА++ Мария Степанова.
Все приведенные выше меры при условии имплементации в ближайшие годы обеспечат устойчивое развитие ВИЭ в Казахстане и будут способствовать переходу страны к экономике замкнутого цикла.
Елена Гаркава
Источник графиков (PDF)
