Казахстан на сегодняшний день накопил значительный объем золошлаковых отходов, однако их уровень переработки остается низким. Казахстанские ТЭС работают на углях с высоким содержанием несгораемых примесей. Присутствие в золошлаковых отходах сернистых соединений и тяжелых металлов, снижает ценность такой золы в строительстве.
В основном потенциальные инвесторы заинтересованы не в комплексной переработке всех золошлаковых отходов, а исключительно в сборе ценного компонента (микросферы). Содержание микросферы колеблется в широких пределах, но редко превышает 1–2% от исходной золы, и ее сбор наиболее эффективен непосредственно в момент образования, как говорится «с пылу с жару» с золопровода, а не из исторических сложившихся накопленных объемов золошлаковых отходов. Таким образом, Казахстанские ТЭС видят необходимость в поиске партнеров, заинтересованных в комплексной переработке всех имеющихся отходов.
На сегодняшний момент общий объем золошлаковых отходов составляет более 8,5 миллиардов метров кубических.
Учитывая суровую реальность, невольно направляешь взгляд на опыт управления промышленными отходами ТЭС стран — соседей, таких как Китайская Народная Республика.
Масштаб проблемы и стратегический контекст
Китай является крупнейшим в мире производителем электроэнергии на угле, что обусловливает ежегодное образование огромных объемов золы и шлаков. По данным научных обзоров последних лет, ежегодный объём образования золы-уноса превышает 600–900 млн тонн, а совокупные накопленные объёмы исчисляются десятками миллиардов тонн.
Длительное складирование золы приводит к занятию земельных ресурсов, загрязнению почвы и воды, миграции тяжёлых металлов и вторичному пылеобразованию.
В этих условиях утилизация золошлаковых отходов стала частью государственной стратегии экологической модернизации и политики так называемого «Двойного углеродного контроля» (углеродный пик[1] и углеродная нейтральность[2]).
Китайская модель строится на трёх принципах:
- масштабность и индустриализация решений;
- технологическая диверсификация направлений переработки;
- интеграция в экономику замкнутого цикла.
Китай планирует достичь углеродной нейтральности к 2060 году, углеродный пик будет достигнут к 2030 году.
Традиционное направление: использование в строительной отрасли
Исторически основным направлением утилизации золы-уноса было её применение в строительных материалах. По оценкам экспертов, до 60–70% перерабатываемой золы используется в строительном секторе:
- добавки в цемент и бетон;
- производство кирпича и блоков;
- дорожное строительство и основание дорожной одежды;
- закладочные и насыпные материалы.
Зола благодаря высокому содержанию SiO₂ и Al₂O₃ обладает пуццолановыми свойствами и способна частично заменять клинкер, что снижает углеродный след цементной промышленности. Замена до 30% цемента на очищенную золу позволяяет перерабатывать промышленные отходы, экономить до 10% топлива и сокращать СО2.
Однако замедление роста китайского строительного сектора в последние годы привело к снижению спроса на такие низкомаржинальные направления. Это стимулировало переход к более высокотехнологичным формам использования.
Извлечение ценных элементов, переход к высокому переделу
Современный этап характеризуется развитием технологий извлечения стратегических металлов из золы. Китайские исследования показывают, что зола-уноса содержит:
- алюминий (в форме муллита),
- кремний,
- железо,
- а также следовые количества лития и галлия
Извлечение алюминия
Разработаны три основные технологические группы:
- кислотное выщелачивание,
- щелочные методы,
- комбинированные схемы обжига и выщелачивания.
В лабораторных и пилотных условиях степень извлечения алюминия достигает 80–95%
Тем не менее, промышленное внедрение ограничивается высокой энергоёмкостью и коррозионной агрессивностью процессов.
Синергетическое извлечение лития и галлия
Отдельное извлечение редких элементов экономически нецелесообразно из-за их низкого содержания. Поэтому в Китае развивается концепция совместного (синергетического) извлечения алюминия, лития и галлия в рамках единой технологической цепочки.
Такой подход позволяет:
- компенсировать затраты за счёт совокупной стоимости продуктов,
- повысить общий коэффициент использования сырья,
- минимизировать объём остаточного шлама.
Это направление рассматривается как стратегически важное в условиях глобальной конкуренции за критические материалы для энергетики и электроники.
Многоисточниковая кооперация твёрдых отходов
Отдельной особенностью китайской модели является не изолированная переработка золы, а её совместное использование с другими промышленными отходами — металлургическими шлаками, фосфогипсом, угольной породой и т.д.
Исследования показывают, что комплексная активация многокомпонентных систем позволяет получать низкоуглеродные вяжущие материалы с прочностью до 25 МПа через 28 суток твердения.
Такой подход позволяет:
- снижать потребление клинкера,
- уменьшать углеродные выбросы,
- использовать отходы непосредственно в шахтных и подземных условиях (закладка выработок, герметизация скважин),
- создавать строительные материалы для наземной инфраструктуры.
Фактически формируется замкнутая система «уголь – отход – материал», интегрированная в промышленную экосистему.
Экологические и экономические эффекты
- Китайский опыт демонстрирует несколько ключевых эффектов:
- Сокращение полигонного хранения. В ряде регионов доля комплексной утилизации приближается к полному поглощению вновь образуемой золы. (К примеру с начала 2000-х годов вновь вводимые станции в Китае работают без золоотвалов, зола – уноса вывозится каждые 2 часа, отходы отпускаются на платной основе, стоимость 1 тонны – 25 юаней (1825 тенге), а в случае отсутствия спроса порой и безвозмездно).
- Снижение углеродной нагрузки. Замещение традиционных цементных материалов низкоуглеродными вяжущими снижает выбросы CO₂.
- Импортозамещение стратегических металлов. Извлечение алюминия, лития и галлия частично компенсирует дефицит природных ресурсов.
- Развитие региональных индустриальных кластеров.
Создаются промышленные цепочки, связывающие электростанции, строительные предприятия и химико-металлургические производства.
Существующие ограничени
Несмотря на значительные достижения, сохраняются существенные проблемы:
- высокая энергоёмкость некоторых технологий;
- сложность очистки вторичных растворов;
- отсутствие унифицированных стандартов для ряда новых материалов;
- экономическая чувствительность проектов к рыночным ценам на металлы
Поэтому дальнейшее развитие будет тесно связано со следующим:
- снижением удельных энергозатрат,
- внедрением цифрового мониторинга,
- совершенствованием нормативной базы,
- расширением рынков сбыта высокотехнологичной продукции.
Заключение
Опыт Китая в области переработки золошлаковых отходов характеризуется переходом от простого использования в строительстве к глубокой многоуровневой переработке с извлечением стратегических элементов и созданием низкоуглеродных материалов.
Ключевой особенностью является системность: золошлаковые отходы рассматриваются не как проблема утилизации, а как вторичный ресурс, встроенный в промышленную и экологическую политику страны.
Для стран, заинтересованных в модернизации угольной энергетики и развитии циркулярной экономики[3], китайская модель демонстрирует пример масштабируемого, технологически диверсифицированного и стратегически ориентированного подхода к управлению промышленными отходами.
Диас-Есимжан Бауржанулы Бектасов
[1] Углеродный пик (пик выбросов CO₂) – это исторический максимум годовых выбросов парниковых газов в регионе или отрасли, после которого объемы начинают устойчиво снижаться.
[2] Углеродная нейтральность (net-zero) – это состояние, при котором объем выбросов парниковых газов (в первую очередь СО2) равен объему их поглощения или компенсации.
[3] Циркулярная экономика (экономика замкнутого цикла) – это модель, которая стремится минимизировать отходы и максимизировать использование ресурсов, переходя от линейной модели «создай-используй-выброси» к системе, где продукты, материалы и ресурсы остаются в обращении как можно дольше через повторное использование, ремонт, модернизацию и переработку. Её цель – разорвать связь между экономическим ростом и потреблением первичных ресурсов, создавая устойчивую систему для будущих поколений, что приносит экологические, экономические и социальные выгоды.
