Экологические аспекты использования угля

УГОЛЬ - ТОПЛИВО БУДУЩЕГО

Таково мнение мирового энергетического сообщества, включающего  производителей нефти и газа. Приближается период окончания нефтяной цивилизации  на Земле. <Газовая пауза> продлится  дольше, но и она не бесконечна. По мнению многих, запасов нефти на планете хватит на 40-50 лет, газа на 60-70, угля - до 600 лет. Поэтому основными  источниками энергии в долгосрочном периоде за пределами нефтегазовой цивилизации будут уголь и  атомная энергетика.

 

В мировом топливном балансе  на долю угля приходится 23% добычи первичных  энергетических ресурсов, 38% производства электрической энергии, 70% производства металлургической продукции.

 

Уголь, наряду с нефтью и  газом, является не возобновляемым углеводородным природным энергетическим ресурсом. Различные виды угля содержат до 10% водорода и до 90% углерода. В угле заключено до 90% энергетического  потенциала ископаемого органического  топлива. Сейчас в мире добывается около 5 млрд.т в год каменного, бурого и других разновидностей угля. По некоторым оценкам, добыча угля в ближайшее десятилетие может возрасти до 7,5 млрд.т в год (в США до 2 млрд.т). В Европе увеличение потребления угля составит около 10% в 2003 г. помимо перспектив увеличения объемов добычи, мировыми тенденциями его производства и использования являются международная кооперация в области поставок угля и оборудования для его добычи и переработки, рост экспорта как из старых (Австралия, ЮАР, Россия, США, Польша и др.), так и из развивающихся поставщиков угля (общий объем экспорта более 500 млн.т). Только три порта - Дурбан, Ричардз Бей (ЮАР) и Кембла (Австралия) имеют погрузочную мощность около 200 млн.т в год. В мировых ценах на уголь не происходит таких ажиотажных колебаний, как с ценами на нефть, торговые потоки в основном устоялись. В обороте находится только стабильно качественный уголь (углепродукт), удовлетворяющий экологическим и технологическим требованиям. Несмотря на общее увеличение объемов массовой добычи угля, стремление к безудержному росту добычи отошло в прошлое. Сейчас если происходят колебания добычи, то это объясняется очень точно настроенными механизмами эффективности добычи и использования угля, инвестиционных процессов. Эффективно используются общественные формы координации.

 

Экологические проблемы добычи, переработки и использовании угля являются принципиальным рубежом, который придется преодолеть, если угольная промышленность и угледобывающие регионы хотят выдержать конкуренцию с газом. Уже при достигнутом уровне угледобычи, концентрации угольных предприятий, их влияние на окружающую среду, на поверхности и в недрах чрезмерно велико. А перевозка угля на дальние расстояния, сжигание, выбросы в атмосферу - масштабные процессы, происходящие и распространяющиеся далеко за пределами угледобывающих регионов. Нарушение поверхности без последующей рекультивации почв, расположение мест складирования твердых и жидких (гидроотвалы) отходов, гибель сотен водных источников, малых рек, нарушение гидрологического и гидрохимических режимов подземных вод вызывает серьезнейшие последствия для природы, жизни и здоровья людей. В этой связи лицензирование малых участков для строительства карликовых разрезов и шахт может нанести непоправимый вред как природе, так и современному уровню технологий добычи угля. А при сбоях в спросе на уголь, что вполне вероятно, таким предприятиям будет уже не до экологии.

 

Среди многих проблем, стоящих  перед человечеством в начале нового тысячелетия, важное место занимает проблемы энергетические и экологические. И те и другие имеют прямое отношение  к химии и технологии угля. Уголь, запасы которого существенно превышают  запасы других видов органического  топлива, в наступающем ХХI столетии будет играть важную роль с одной стороны как энергетическое сырье, с другой стороны как химическое сырье, являющееся практически неисчерпаемым источником и для органического синтеза, и для извлечения из него различных минеральных компонентов.

 

В тоже время природный  уголь - один из самых экологически грязных видов топлива, так как  неизбежно содержит большое количество потенциально опасных соединений. Поэтому  неквалифицированное использование  угля как в энергетике, так и в химической промышленности, может приводить к существенному загрязнению окружающей среды.

 

В результате промышленного  развития стран мира и неограниченной хозяйственной деятельности в последние  годы биосфера претерпела необратимые  изменения, что привело к возникновению  на земле экологического кризиса. Из всех угроз, стоящих перед человечеством, экологическая является наиболее опасной. Вот почему охрана окружающей среды - важнейшая проблема для развития человечества. Наступающий век будет веком экологии - предстоит решить задачу принципиального сокращения воздействия на окружающую среду.

 

Усилия ученых многих стран  направлены на создание новых, экологически чистых технологий и разработок, проведение научных исследований, помогающих решать экологические проблемы.

 

Особенно важно - объединить усилия молодых ученых, аспирантов и студентов - тех, кто будет определять научную и техническую политику в ХХI веке в области важнейшей для человечества проблемы сохранения среды обитания и развития новых технологий и техники, находящихся в экологическом согласии с окружающей средой.

 

Перечисленные причины вызывают в настоящее время во всем мире повышенный интерес к химии и  технологии угля, к научным и инженерным основам создания экологически чистых угольных технологий.

 

Быстрое продвижение в  области создания экологически чистых угольных технологий возможно лишь при  наличии широкого международного сотрудничества, использования передового научного технического опыта, международного контроля за качеством окружающей среды. Для этого необходимы систематический обмен информацией и идеями, объединение усилий и совместная работа Международного сообщества.

 

-25 февраля 1999 года в  г. Кемерово прошла международная  научно-практическая конференция  "Экологические проблемы угледобывающей  отрасли в регионе при переходе  к устойчивому развитию".

 

На конференции отмечалось, что экологические проблемы являются серьезным фактором, сдерживающим возможности  перехода к устойчивому развитию региона, приводящим к увеличению напряженности  в социально-экономических отношениях. Докладчиками неоднократно подчеркивалось, что экологическая обстановка в  угледобывающих регионах формируется  не только угольной промышленностью, она  является наиболее мощным фактором антропогенного воздействия, захватывающим все  природные среды. Участники конференции  обратили особое внимание на то, что  объективно необходимые стабилизация и развитие угольной отрасли Кузбасса (и России в целом) сохранят в регионе  напряженную экологическую ситуацию.

 

Угольная промышленность была и остается вторым по значимости загрязнителем водных объектов Кузбасса после энергетики, которая сбрасывает в реки 58,9% (1515,44 млн. кубометров в  год) неочищенных вод. На долю угольной промышленности приходится 14,6% (383,92 млн. кубометров в год) неочищенных вод. При этом угольные предприятия сбрасывают 34,4% всех взвешенных веществ и 10% нефтепродуктов. В первую очередь, за счет ведения  горных работ, разрушается геологическая  среда. Вынос на поверхность громадной  массы глубинных горных пород (по Кузбассу это свыше 8 млрд. куб.м) привел к процессам осадки поверхности, образованию депрессионных воронок, нарушает природное равновесие в миграции химических элементов, разрушает сложившиеся природные биоценозы.

 

Просадки поверхности, затрагивающие  нередко территории городов и  поселков, вызывают серьезные осложнения в эксплуатации жилищного фонда, промышленных зданий и сооружений. Они привели к образованию  мощных техногенных ландшафтов (гг. Прокопьевск, Киселевск, Белово, Анжеро-Судженск и др.), спровоцировали активизацию  опасных экзогенных геологических  процессов-оползней (г.Осинники).

 

Вследствие физического  и химического выветривания горных пород в окружающую среду попадает большой спектр загрязняющих веществ. Перенос их на значительные расстояния превращает локальное загрязнение  окружающей среды в региональное. Воздействие угледобывающего комплекса на гидросферу проявляется в изменении водного режима территории (иссушение или подтопление), загрязнении грунтовых и сточных вод продуктами физического и химического выветривания глубинных горных пород. Как при подземных, так и при открытых работах образуется депрессионная воронка понижения уровня грунтовых вод, размеры которой зависят от геологических и гидрогеологических условий района местонахождения и продолжительности его разработки. Общая площадь депрессионных воронок в Кузбассе превышает 2 тыс.кв.км.

 

На нарушенных горнодобывающими работами землях изменяются микроклиматические условия - зачерненная углистыми  частицами поверхность сильнее  нагревается, увеличивается испарение, снижается относительная влажность  воздуха. Уменьшение естественного  питания рек из водоносных горизонтов, вплоть до перехода их из контуров разгрузки  питания, а также сброс загрязненных дренажных вод в реки с расходами, превышающими меженные расходы рек  от 2,5 до 5,8 раз, приводит к загрязнению  водотоков.

 

Шахты на единицу получаемой продукции сбрасывают в водные объекты  больше взвешенных веществ в 3,6 раза, хлоридов в 5,2 раза, легкоокисляющихся  органических веществ в 2,6 раза, нефтепродуктов в 3,72 раза, чем разрезы. Основным загрязняющим компонентом шахтных вод являются взвешенные вещества, их содержание достигает 40 мг/куб.дм, содержание аммиака регистрируется до 2 мг/куб.дм, нитритов до 4 мг/куб.дм, нитратов до 0,6 мг/куб.дм. В сточных водах некоторых шахт содержится фенол, который образуется в результате пирогенного разложения угля. Шахтные воды сильно бактериально загрязнены, коли-индекс достигает 230 000 000.

 

Малые реки в районах размещения шахт и разрезов значительно загрязнены. Так в реку Абу сбрасывают сточные  воды один разрез (1600 тыс. куб.м/год) и 19 шахт (33691 тыс. куб.м/год), при этом в реку поступают 1611,8 тыс. тонн взвешенных веществ, 6,38 тонн нефтепродуктов, 59,45 тонн фенолов, 1149 тыс. тонн хлоридов, 4843 тыс. тонн сульфатов и т.д.

 

Закрытие угольных предприятий  в еще большей степени усугубит экологическую обстановку в регионе. Международный опыт показывает (на примерах закрытия шахт Великобритании), что экологические и техногенные  последствия проявляются далеко за пределами горных отводов угольных предприятий и могут быть отнесены во времени на многие годы с момента  ликвидации горного предприятия. В  первую очередь это связано с  переносом загрязняющих веществ  подземными водами в зону действия подземных водозаборов питьевого  назначения, выдавливанием и переносом  токсичных газов, подтопление значительных территорий и образованием болот  в границах городов и поселков. В связи с этим необходимо создать  эффективную систему мониторинга, оценки и прогноза экологических  и техногенных последствий закрытия шахт.

 

Ежегодно шахты Кузбасса безвозвратно выбрасывают в атмосферу  около 2,5 млрд. куб.м метана, внося заметный вклад в глобальное загрязнение атмосферы планеты. В то же время выбрасываемый метан можно рассматривать в качестве дополнительного энергетического сырья. В докладе представителя Агентства охраны окружающей среды США (Карл Шульц - руководитель программы "Метан угольных пластов") были рассмотрены последствия эмиссии угольных шахт на экологическую ситуацию, а также проанализированы возможности расширения работ по извлечению и утилизации метана угольных пластов в целях стимулирования развития промышленности региона и создания новых рабочих мест. Такие совместные работы в настоящее время разворачиваются при активном участии Института угля и углехимии СО РАН. Кроме того, промвыбросы в атмосферу распространяются на сотни километров и выпадают в виде кислотных дождей в предгорьях Кузнецкого Алатау, что явилось одной из причин массовой гибели пихты (на сотнях тысяч гектарах) в высокогорных районах Кузбасса. Сохранение и приумножение биологического разнообразия региона является обязательным фактором перехода к устойчивому развитию - эта мысль неоднократно звучала с трибуны.

 

Кризисная экологическая  обстановка в угледобывающих регионах определяется наряду с загрязнением атмосферы и водного бассейна -- разрушением естественных ландшафтов (почвенного и растительного покрова).

 

При таких масштабах разрушения естественных ландшафтов угледобывающие районы соответствуют критериям  отнесения к зонам "экологического бедствия". Степень воздействия  на окружающую среду этих техногенных  ландшафтов такова, что она уже  не может быть оценена только по ущербу, наносимому сельскому или  лесному хозяйствам. Кардинальные изменения  характера биологических и почвенно-геохимических  процессов, вызванные горнодобывающими работами, сопровождаются шлейфом негативных экологических последствий, охватывающих всю Кемеровскую область и  прилегающие территории вследствие переноса загрязнителей с нарушенных земель речным стоком и ветрами.

 

В этих условиях рекультивация  нарушенных земель является эффективным  методом восстановления техногенных  ландшафтов. Учеными Сибирского отделения  РАН ведутся исследования по проблемам  реабилитации этих ландшафтов. На конференции  было высказано мнение, что необходимо производить рекультивацию не отдельных  отработанных участков с учетом только хозяйственного эффекта, а в целом  техногенного ландшафта с акцентом на восстановление экологических функций  нарушенной горными работами территории (В.Курачев).

 

В докладах отмечалось, что  формирование устойчивых (в ценотическом понимании) лесонасаждений при целенаправленной лесной рекультивации происходит на 15--20-й год после посадки (Л.Баранник). Критериями такой оценки являются начало плодоношения и появления самосева (естественное возобновление) лесообразующих древесных пород, а также проявление эдификаторных свойств древесного полога, в частности, развитие травяного покрова из характерных лесных видов (сныть, папоротники и др.), поселение в нижнем ярусе кустарников, типичных для зоны. Стабильность прироста свидетельствует о достаточно высоком плодородии вскрышных горных пород Кузбасса (алевролитов, аргиллитов, песчаников) для лесообразующих видов, используемых при рекультивации.

 

Больше площадные плоские (транспортные) и хорошо спланированные бестранспортные отвалы вскрышных  горных пород в большинстве случаев  пригодны для создания продуктивных кормовых угодий из бобово-злаковых травосмесей  без нанесения плодородного слоя почвы. Урожайность зеленой массы  на 2--6-й год составляет от 150 до 380 ц/га. В сравнении с посевами на зональных ненарушенных почвах травостои  на породных отвалах более долговечны. Так, люцерна не выпадает из состава  даже на 5--6-й год ротации. Отсутствие сорняков и специфические почвенно-грунтовые  условия породных отвалов создают  предпосылки для обильного плодоношения бобовых трав. При широкорядных посевах  урожай семян люцерны достигает 3,5 ц/га.