Рассмотрены вопросы активизации инновационной работы в сфере промышленной экологии на предприятиях и в организациях РФ по реализации важнейших национальных проектов. К ним относятся глубокая переработка природного газа в различные базовые продукты, реализация положений Парижского соглашения по сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу, технические решения по уменьшению загрязнения атмосферного воздуха выбросами вредных веществ и предотвращение формирования по указанной причине фотохимического агрессивного смога, переработка минерализованных сточных вод промышленных предприятий, сбрасываемых в р. Волгу, внедрение прогрессивных технологий утилизации крупнотоннажных отходов добычи полезных ископаемых в виде нефтешламов и другие. Отмечен недостаточно высокий инновационный климат в сфере промышленной экологии в России. Практически по всем перечисленным общенациональным проектам предложены и апробированы инновационные решения, защищённые патентами. Отмечены факторы, препятствующие подъёму изобретательской деятельности. Среди них – несовершенство действующего законодательства в области патентного права, отсутствие материального стимулирования НИР и НИОКР, существующий барьер между промышленным производством и вузовской наукой, нехватка квалифицированных специалистов и учёных в области промышленной экологии.
Поступательное развитие любого государства сегодня немыслимо без тесной интеграции с мировым сообществом, широкого обмена информацией в области авторского права и других форм интеллектуальной собственности [1, 2]. Несмотря на то что Россия является ведущей державой по ряду приоритетных направлений науки и техники, для нее также крайне важно заимствовать передовые наукоемкие технологии высокоразвитых стран для решения широкого спектра назревших проблем.
На необходимость подобного заимствования указывает и тот факт, что богатейший научный потенциал в лице академической и вузовской науки не задействован в полной мере государством для технического перевооружения многих отраслей промышленности.
Это неоднократно отмечалось на заседаниях Центрального совета ВОИР в Москве в присутствии представителей законодательной власти и Президиума Российской академии наук. В своём выступлении академик Сергеев А.М. прямо сказал собравшимся, что без развития прикладной науки и внедрения изобретений не стоит ждать прорыва в области фундаментальных исследований. Ещё более определённо высказался президент России В.В. Путин на недавней встрече с представителями научной общественности. По его словам, государство не может тратить огромные деньги только ради публикаций научных исследований в рейтинговых изданиях, то есть нужна весомая практическая отдача.
Сегодня на многих отечественных предприятиях эксплуатируется морально и физически устаревшее оборудование, использование которого сопряжено с опасностью техногенных катастроф. Перевод производств в разряд наилучших доступных технологий не решает проблем сокращения их воздействия на окружающую среду и здоровье населения. Как никогда ранее, всё большее количество городов сталкивается с такой проблемой, как фотохимический смог, который обусловлен формированием агрессивной атмосферы в результате попадания в неё больших количеств оксидов азота, альдегидов, углеводородов и др.
Стремительно обостряется и такая глобальная проблема, как потепление климата на планете, вызванная антропогенной деятельностью и выбросом в атмосферу огромных количеств парниковых газов, прежде всего углекислого газа [3].
За последние 60 лет они возросли в четыре раза, в то время как поглощение диоксида углерода биотой суши и океаном отставало примерно на 33 %.
Достаточно кризисная обстановка сложилась и для реки Волги. По информации учёных Института экологии Волжского бассейна РАН, загрязнения водоёмов настолько значительны, что поставлена под сомнение способность реки к самовосстановлению.
Удастся ли решить эти общенациональные взаимосвязанные проблемы?
В 1997 году в состав Корпорации «Тольяттиазот» вошёл Шекснинский комбинат древплит, расположенный в Вологодской области вблизи жилой зоны. Используемый им клеевой состав для получения плитной продукции не соответствовал экологическим требованиям, и перед специалистами ПАО «Тольяттиазот» встал вопрос разработки нового сырья для упомянутого комбината. Обращение в ряд отраслевых НИИ не дало желаемого результата. В итоге была скомплектована рабочая группа из представителей завода, которая в сжатые сроки решила сложнейшую технологическую проблему. Впервые в России появился новый инновационный продукт – карбамидоформальдегидный концентрат, причём его внедрение на предприятиях России оздоровило не только экономическую, но и экологическую ситуацию. Исчезли сотни тысяч тонн формальдегидсодержащих высокотоксичных стоков на деревообрабатывающих комбинатах, утилизируемых путём сжигания. Наряду с технологией производства карбамидоформальдегидного концентрата КФК-85 шло патентование и изготовление нового оборудования, решались задачи нейтрализации газообразных выбросов в атмосферу.
Сегодня на площадке ПАО «Тольяттиазот» работают три установки общей мощностью 200 тысяч т/год [4–7].
Важно отметить, что на основе ныне выпускаемого инновационного продукта создан широкий ассортимент новых сырьевых материалов (производство смол для изготовления плитной продукции, формовочные смеси для металлургии, огнезащитные составы для древесины и металлоконструкций, нейтрализаторы сероводорода в нефти, ингибиторы коррозии, удобрения пролонгированного действия, полимербетоны, гелевые поршни для очистки трубопроводов от отложений и др.), которые нашли широкое применение в различных отраслях промышленности.
Глобальной нерешённой проблемой на сегодняшний день являются выбросы парниковых газов в атмосферу, и прежде всего – диоксида углерода. Их объём с двух крупных ТЭЦ и химических предприятий г.о. Тольятти превышает 60 миллионов тонн/год. Из этого количества на технологические нужды расходуется лишь около одного процента в производствах карбамида и метанола. Остальное количество дымовых газов выбрасывается в атмосферу в виде газообразных отходов и тем самым формирует парниковое одеяло в атмосфере.
В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по снижению выбросов парниковых газов. Механизм реализации данного мероприятия до настоящего времени не раскрыт и должен быть увязан с ростом промышленного производства. Не нужно доказывать сложность поставленной задачи. Применительно к таким индустриальным центрам, как г.о. Тольятти, сокращение выбросов диоксида углерода трудно осуществимо, так как коснётся выработки тепла на действующих ТЭЦ и уменьшения объёмов выпуска нефтехимической продукции. В аналогичной ситуации могут оказаться и другие регионы России.
В этой связи назрела необходимость создания и реализации новых инновационных решений, в которых ныне выбрасываемый углекислый газ будет представлять реальный сырьевой резерв для экономики [8, 9].
Области применения СО2:
- производство карбамида;
- пароуглекислотная конверсия при получении метанола;
- синтез ароматических углеводородов;
- моторные топлива;
- уксусная кислота и другие базовые продукты;
- интенсификация нефтедобычи.
Экологические аспекты реализации перечисленных процессов приведены в научных публикациях [10, 11].
При строительстве двух агрегатов метанола на площадке ПАО «Тольяттиазот» был разработан способ использование диоксида углерода в качестве сырьевого компонента. Инновация защищена патентами на изобретение и в технологический процесс вовлечено 300 тыс. т СО2, ранее выбрасываемого в атмосферу.
Помимо указанных продуктов заслуживает внимания использование сжиженного углекислого газа в нефтедобыче с целью её интенсификации. Способ запатентован и проведена успешная его апробация в Самарской области, организованная ООО «Ритек».
Разработки по интенсификации нефтедобычи приведены в патентах на изобретение RU № 2652049; RU № 2728295; RU № 2745489 – мобильный комплекс для закачки жидкого углекислого газа в нефтедобывающую скважину. Достигаемый положительный эффект обусловлен хорошей растворимостью углекислого газа в нефти и снижением её вязкости.
Надо признать, что, несмотря на явную выгоду, широкому внедрению оригинальной технологии препятствует монополизм существующих производителей диоксида углерода и его повышенная стоимость, отсутствие у разработчика инновационного метода необходимых средств на закупку специального насосного оборудования.
Большой интерес может представить использование сжиженного углекислого газа в качестве уникального растворителя – экстрагента лекарственных субстанций из растительного сырья. Направление весьма перспективно и за ним большое будущее.
Для извлечения углекислоты из дымовых газов сегодня разработана усовершенствованная технология, с внедрением которой найдёт применение и высокоэффективная газоциклическая закачка диоксида углерода в нефтедобывающие скважины [12–14]. Способ окажется незаменимым для месторождений нефти с повышенной вязкостью или выработанным ресурсом. Подобные технологии широко применяются в США и в других крупнейших нефтедобывающих странах.
Необходимо также отметить, что переработка дымовых газов востребована не только для получения товарного углекислого газа. В г.о. Тольятти за последние годы резко обострилась ситуация с фотохимическим смогом, возросло количество различных заболеваний.
При исследовании причин данного негативного явления нами выявлены главные источники выбросов оксидов азота, органических веществ и углеводородов в атмосферу, которые под действием солнечного света взаимодействуют друг с другом с образованием агрессивной воздушной среды, включающей перекисные радикалы, озон, формальдегид и другие высокотоксичные соединения в соответствии с приведённой схемой [15].
При попадании в атмосферу других углеводородов наряду с аналогом пероксиацетилнитрата образуется и формальдегид.
Из приведённых данных следует, что главным загрязнителем воздушного бассейна выступает не автотранспорт, а стационарные источники в виде ТЭЦ и химических предприятий. Технология нейтрализации оксидов азота в выбрасываемых газах подробно рассмотрена в научных работах [16–18].
Аналогичным образом обстоит ситуация с защитой водоёмов Волжского бассейна р. Волга. В процессе производства обессоленной воды с использованием ионообменной технологии образуется огромное количество минерализованных стоков, которые сбрасываются в водохранилища. Только на предприятиях г.о. Тольятти годовой объём образующегося сульфата натрия превышает 15 тысяч тонн год.
