ЭЭО - электронные и электробытовые отходы.

История вопроса и терминология. Активный рост потребления населением электротехнических и электронных приборов начался вскоре после окончания Второй мировой войны. В этот период было освоено массовое производство новых видов техники: телевизионных и малогабаритных радиоприёмников, звуко- и видеозаписывающей аппаратуры. Был налажен массовый выпуск приборов и машин для облегчения ведения домашнего хозяйства: холодильников, стиральных машин, различного кухонного электромеханического оборудования.

Естественно, что спустя некоторое время стала формироваться принципиально новая для индустриального общества проблема: что делать с отходами, состоящими из тысяч компонентов и материалов? Причем эти материалы, как правило, не подвергаются естественному разложению (вследствие чего не могут длительно храниться на общих свалках-полигонах отходов), представляют опасность для природной среды и здоровья населения. Новый вид техногенных материалов получил название «E-Waste» (в специальной русскоязычной литературе – «ЭЭО» - электротехнические и электронные отходы) /497…500/.

В настоящее время уже невозможно представить себе отрасли потребления, в которых, в той или иной мере, не использовались бы электрические и электронные приборы. Одновременно с расширением сферы применения электрического и электронного оборудования происходит непрерывное насыщение этого сектора индустрии новыми технологиями, заставляющими все чаще обновлять аппаратуру. В результате имеет место соответствующий рост объемов отработавшей электрики и электроники, которые в настоящее время являются самой быстрорастущей фракцией бытовых отходов. Их утилизация превращается в одну из самых серьезных глобальных проблем современной индустриальной цивилизации.

Количественная оценка образования ЭЭО. Точная оценка совокупного объема образования ЭЭО затруднена, поскольку в разных странах учитываются разные типы оборудования (а во многих государствах «третьего мира» учет вообще отсутствует). По оценкам ЮНЕП (специальная программа ООН по защите окружающей среды) в 2008 году объем «электробытового и электронного мусора» на нашей планете в целом превысил 50 млн. тонн. В последнее десятилетие количество ЭЭО растет в среднем в три раза быстрее, чем объемы любых других муниципальных отходов /497, 498/.

По прогнозу Международной ассоциации утилизации электронной продукциив 2010 году устареет и перейдет в разряд ЭЭО только персональных компьютеров свыше 300 млн. (что составит более 10 млн. тонн). Между тем, в настоящее время перерабатывается лишь около 15 % этого вида отходов и примерно столько же безопасно депонируется в развитых странах. Данное обстоятельство тем более удивительно, поскольку ЭЭО содержат как потенциально ценные, так и токсичные компоненты. Только в последние годы утилизация этих отходов стала приоритетным направлением в политике стран ОЭСР (прежде всего в Японии и Европе) /498, 501, 502/.

Опасные компоненты ЭЭО. В состав типичных ЭЭО входят: сенсоры, кабели, провода и катушки, выключатели и прерыватели, аккумуляторы и батареи, конденсаторы, предохранители и реле. Часто в ЭЭО присутствуют дисплеи, печатные платы и накопители информации. В них содержатся вещества, представляющие опасность для окружающей среды и здоровья людей /498, 501/. Это:

– тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, кобальт, медь, олово, никель, ванадий и хром),

– галогенные ароматические соединения (хлорфторкарбоны или фреоны, полихлорированные бифенилы, бромосодержащие антипирены),

– соединения мышьяка, сурьмы, селена и бериллия,

– асбест и поливинилхлорид.

Ценные компоненты. ЭЭО содержат большое количество материалов, пригодных для вторичного использования. Это стекло, пластмассы и металлы: сталь, алюминий, медь, свинец, цинк. Особый интерес представляют редкие драгоценные металлы: золото, палладий, платина, серебро.Некоторые электронные изделия содержат даже индий, используемый в телевизорах с плоским экраном, или рутений, применяемый в производстве резисторов.

В состав среднего современного компьютера входят (% масс.): пластмасса — 22%, сталь — 20%, алюминий — 14%, медь — 7%, свинец — 6%, цинк — 2%, соединения кремния – около 1%. В количествах менее 0,1% присутствуют бериллий, ванадий, европий, золото, иридий, иттрий, кадмий, кобальт, магний, мышьяк, никель, ниобий, олово, платина, ртуть, селен, серебро, тантал, титан, хром /498…501/.

Законодательство. Проблема ЭЭО начала отчетливо проявляться в конце 1980-х годов и привела к подписанию международной Базельской конвенции, которая вступила в действие в 1989 г. Конвенция по контролю трансграничной перевозки опасных отходов подписана 166 странами. В Российской Федерации она вступила в силу 1 мая 1995 г /497,502/.

Базельская конвенция запрещает экспорт электронного скрапа, даже в целях его утилизации.Государство, ратифицировавшее конвенцию, не может импортировать опасные отходы, перечисленные в Приложении VIII Базельской конвенции, из других стран, которые также ее ратифицировали. Однако Конвенция не ограничивает импорт опасных отходов из стран, не ратифицировавших Конвенцию.В частности, не ратифицировали Конвенцию Соединенные Штаты. Более того, они противостоят попыткам запретить экспорт ЭЭО из богатых стран в бедные. Являясь единственной промышленно развитой страной в мире, не ратифицировавшей Базельскую конвенцию, США до сих пор не располагают единой государственной системой контроля экспорта вредных отходов. Вместе с тем, в США в вопросах контроля распространения отходов традиционно велика роль общественных организаций. Например, предотвратить глобальный кризис токсичных «электронных отходов» активно пытается авторитетная «Базельская сеть действия » – общественная организация со штаб-квартирой в американском городе Сиэтле.

В Европейском союзе были приняты две основополагающие директивы, направленные на предотвращение загрязнения окружающей среды ЭЭО:

– Директива 2002/96/EC Европейского парламента и Совета от 27 января 2003 г. «Об отработавшем электрическом и электронном оборудовании» (WEEE) /503/,

– Директива 2002/95/EC Европейского парламента и Совета от 27 января 2003 г. «Об ограничении использования некоторых веществ в электрическом и электронном оборудовании» (RoHS) /504/.

Директива WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) регламентирует принципы хранения, раздельного сбора и переработки ЭЭО. Она устанавливает принцип ответственности производителей и распространителей (дистрибьюторов) электрического и электронного оборудования за сбор, переработку и утилизацию этого оборудования в конце его жизненного цикла, то есть на стадии его превращения в отход. В соответствии с требованиями Директивы WEEE государства-члены ЕС обязаны создавать и контролировать системы сбора ЭЭО. Производители несут («продлённую») ответственность за восстановление и вторичную переработку своей продукции после окончания срока её службы, а дистрибьюторы обязаны бесплатно собирать изношенное оборудование. В 2004 г. данная директива была воплощена в национальном законодательстве государств–членов ЕС.

В директиве WEEE определены 10 категорий ЭЭО:

1. Крупные бытовые приборы: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, нагревательные приборы, в т.ч. микроволновые, и т.д.);
2. Мелкие бытовые приборы: пылесосы, тостеры, кофеварки, утюги, часы и т.д.;
3. Оборудование для IT и телекоммуникации: компьютеры, периферия, телефоны, АТС, калькуляторы и т.д.;
4. Потребительская электроника: радио, телевизоры, плееры, музыкальные инструменты, цифровые фото- и видеокамеры и т.д.;
5. Осветительное оборудование: люминесцентные и флуоресцентные, т.ч. компактные, натриевые лампы;
6. Электрические и электронные инструменты, исключая крупногабаритное стационарное промышленное оборудование: электромеханические приборы, электроизмерительные приборы и т д.;
7. Игрушки, оборудование для отдыха и спорта, в том числе, игровые автоматы и видеоигры, спортивное снаряжение с электроникой;
8. Медицинские приборы;
9. Средства мониторинга и управления: пожарные датчики, терморегуляторы и т.д.;
10. Раздаточные автоматы для продажи еды, напитков, билетов и т.д.

Директива RoHS (Restriction of Hazardous Substances) ограничивает использование опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании. Согласно требованиям этой директивы с 1 июля 2006 г. в новом электрическом и электронном оборудовании запрещено использование шести видов токсичных веществ: ртути, шестивалентного хрома, кадмия, свинца, полибромированных дифениловых эфиров – PBDE и полибромированных бифенилов – PBB.

Требования обеих директив базируются на внедрении принципа «загрязнитель платит», то есть гражданское общество несет ответственность за загрязнение окружающей среды, имея возможность исправить ситуацию. На практике это означает, что производители обязаны собирать определенное минимальное количество старого оборудования и покрывать расходы на его утилизацию. С помощью упомянутых Директив формируются отношения между производителями оборудования и организациями, занятыми в сфере обращения с отходами. Финансовая ответственность дает производителям серьезный экономический стимул для модернизации оборудования в целях облегчения его утилизации. Однако, с другой стороны, это приводит к убыткам производителей и дистрибьюторов электрического и электронного оборудования, которые вынуждены применять затратные технологии производства легко утилизируемого и экологически безопасного электрического и электронного оборудования.

Современное состояние обращения с ЭЭО. Около 80% ЭЭО ЕС образуется в пяти странах — Великобритании, Германии, Франции, Испании и Италии. Применение Директив WEEE и RoHS приводит к заметному повышению действенности стандартов ЕС при обращении с опасными отходами и ЭЭО. Эти документы имеют отчасти характер законов прямого действия, содержат конкретные рекомендации относительно сроков введения ограничений и запретов на использование опасных веществ (с 2006 г.) и согласование уровней (70-80%) вовлечения в повторное использование утилизируемых компонентов отслужившего электрического и электронного оборудования /501, 502/.

В США проблема сбора и утилизации электронного скрапа стоит очень остро /501/. Если 15 лет тому назад в США средний срок жизни персонального компьютера составлял 4,5 года, то в настоящее время он не превышает 2 лет. Ежегодно в США выводится из эксплуатации до 20 млн. устаревших компьютеров. При этом по оценке Управления ТБО и экстренного реагирования Агентства по охране окружающей среды США на свалки страны попадает лишь около 3 млн. единиц отработавшего компьютерного оборудования. Такая же ситуация имеет место и с телевизорами: жидкокристаллические и плазменные экраны пришли на смену экранам с электронно-лучевой трубкой. Каждые полгода обновляются десятки моделей мобильных телефонов. Вся эта отработавшая бытовая электроника стала динамично растущей фракцией твердых отходов.

В США сформирована оригинальная система сбора ЭЭО /501/. Наиболее развита система сбора ЭЭО у юридических лиц. В ней задействовано свыше 1500 предприятий по рециклингу электроники, каждое из которых обслуживает до 300 компаний. Достаточно вызвать представителей службы переработки мусора, которые приедут и заберут электронный скрап. Как правило, подобное предприятие уничтожает жёсткие диски и сортирует прочие детали для повторного использования или рециклинга. Тем не менее, восемь из десяти компьютеров утилизируются за пределами США. Подавляющее количество электронного скрапа вывозится за пределы страны для сжигания или переработки. Традиционно, вплоть до 2002 – 2003 года он вывозился в азиатские страны, такие как Китай или Индия, однако принятие более суровых законов в этом регионе привело к тому, что теперь электронику везут в Африку. При этом 75 % содержимого прибывающих туда контейнеров не подлежит ни повторному использованию, ни ремонту, ни перепродаже. Оно поступает на свалки, где его, как правило, сжигают в целях экономии места.

В последнее десятилетие во «всемирную мастерскую» по производству многих видов бытовых товаров широкого потребления превратился Китай /501, 502/. Среди них одно из важнейших мест занимает электронное и бытовое электротехническое оборудование. Одновременно с ростом производства и экспортом произведённых товаров в Китае растёт и внутреннее потребление. Огромная численность населения при крайней ограниченности территориальных ресурсов приводят к тому, что возникшие вследствие экономического роста проблемы с отходами за короткий период достигают в Китае критического состояния.Прогноз на 2010 г. дает свыше 100 млн. единиц отработавших свой срок и ставших отходами электронных или электрических приборов и оборудования. Таким образом, за период в 7 лет произойдет удвоение количества ЭЭО из сферы собственно китайского потребления.Однако количество ЭЭО в Китае не ограничивается их собственной, внутренней генерацией в результате растущего потребления населения. В Китай идёт мощный экспортный поток ЭЭО (что мы наблюдаем и в России на примере ввоза изношенных автомобилей или самолётов). В 2002 г. 80% образовавшихся в США ЭЭО были экспортированы в азиатские страны, в том числе 90% - в Китай. Обеспокоенное этим правительство Китая ввело запрет на ввоз ЭЭО. Тем не менее, для многих провинций Китая в целом эта проблема остаётся острой, поскольку отходы ввозятся под видом «поношенных товаров» или смешанного вторичного металла. Таким путём обходятся, в частности, положения Базельской конвенции о запрете ввоза-вывоза опасных отходов.

До сих пор Китайостается страной, принимающей значительные объемы отработавшего электронного и электрического оборудования (примерно 70 % мирового объема). Если не удастся переломить данную тенденцию, то страна станет крупнейшей мировой свалкой компьютерного мусора, представляющей опасность для здоровья людей и окружающей среды. В Китае, по-прежнему, целые регионы живут тем, что перерабатывают электронный мусор, как поступающий с внутреннего рынка, так и импортируемый из-за рубежа. В них можно увидеть картины, когда рядом с поселками вырастают многометровые горы ЭЭО. Для получения сплавов драгоценных металлов пережигаются тонны неразборных узлов, травятся кислотой электронные платы. Плавят токсичную изоляцию проводов, чтобы извлечь из них медь. Затем металлический лом продается. При этом у работников нет ни необходимых навыков, ни специального оборудования. По прогнозу специалистов, через 10–15 лет в Китае наступит «бум электронных отходов». Масштабы ущерба среде обитания при этом будут огромными, так как переработка отходов производится методами, вредными для здоровья людей и окружающей среды.

В Россииобщегосударственные программы по системному сбору и утилизации отработавшего электронного и электрического оборудования практически отсутствуют. Кардинальные меры в данном направлении начинают предприниматься в отдельных регионах. Например, в соответствии с распоряжением правительства Москвы «О создании городской системы сбора, переработки и утилизации отходов электроники и электротехники» от 4 апреля 2007 г. N 602-РП в настоящее время определяются земельные участки, на которых разместятся предприятия по переработке электротехнических отходов. Функции заказчика по разработке технико-экономического обоснования (ТЭО) инвестиционного проекта создания городской системы сбора, переработки и утилизации электротехнических отходов возложены на Департамент градостроительной политики, развития и реконструкции Москвы.

Передовая мировая практика /498…502/ первичной переработки ЭЭО, сложного лома и смешанных отходов цветных металлов ориентирована на высокую степень разборки и сортировки. Общая схема работ по утилизации ЭЭО включает ручную разборку с целью извлечения разъёмов, радиодеталей, контактных устройств и плат. Выделенные компоненты подвергаются переработке на специализированных предприятиях. Тем не менее, только в странах Евросоюза ежегодно образуется более одного миллиона тонн сложного лома и смешанных отходов цветных металлов, которые не могут быть переработаны в рамках сложившейся организационно-технологической практики.

Современные центры рециклинга, которые функционируют во многих регионах мира, в том числе, в Китае и Индии, перерабатывают не более 10 % ЭЭО. В них широко применяется ручной труд, но основу технологии составляют обработка на автоматизированных линиях, переработка при температуре ниже нуля и «CRT-рециклинг».

Обработка на автоматизированных линияхначинается с сухой механической сепарации, которая подходит для рециклинга печатных плат и другого комплексного скрапа. Технология включает три стадии: измельчение, сканирование и разделение по плотности. Для разделения используются следующие процессы:

• флотация. При этом выделяются две твердые фракции: металлы и пластик;

• разделение вихревыми токами: материал проходит через горизонтальную колонну фильтров, которая вибрирует под действием проходящего через нее тока. В результате черные металлы отделяются от цветных;

• разделение переменным током: этим методом разделяются цветные металлы. Способ основан на комбинированном действии переменного тока и магнитного поля.

Технология обработки при температуре ниже нуля.Этот процесс используется для выделения драгоценных металлов (прежде всего золота и платины), из печатных плат, микросхем, иголок, гнезд и т.д. Драгоценные металлы извлекаются при помощи соляной кислоты и соли при отрицательной температуре (что заменяет концентрированную азотную кислоту).

CRT-рециклинг.В этом процессе используется сепаратор с алмазными режущими дисками. Он спроектирован для безопасной переработки катодно-лучевых трубок (CRT) от телевизоров и компьютерных мониторов. Трубка последовательно в три этапа разбирается на различные фракции. Алмазная пила отделяет панель от стеклянной части.Стекло отправляется на вакуумную очистку, где с него удаляется теневая масса и флюоресцентное напыление.

Японский опыт переработки ЭЭО является уникальным, поскольку ориентируется на крупные предприятия черной металлургии. В апреле 2001 года в Японии вступил в силу «Закон о рециклинге электробытовых приборов (Закон №97 от 5 июня 1998 г.)». Для предпринимательства в этой сфере фирмы NKK (ныне входит в JFE Steel), Mitsui Bussan и San'yo Denki создали компанию NKK Trinikence (в настоящее время - JGE Urban Recycle) /498/.

JGE Urban Recycle на территории Восточнояпонского металлургического комбината построен и в 2001 г. введен в действие цех по переработке ЭЭО четырех типов (телевизоры, стиральные машины, кондиционеры воздуха, холодильники) общей годовой мощностью 800 тыс. единиц. В структуре материалов этих четырех типов изделий в среднем более 80% приходится на пластик, черные и цветные металлы (таблица 111).

 

Таблица 111. Средний состав основных видов ЭЭО по данным завода METEC компании Panasonic по переработке бытовой техники /498/.

Вид ЭЭО	Средняя масса	Содержание основных компонентов, кг
		Сталь	Медь	Алюминий	Пластмассы	Прочее
Холодильник	79,3	38,5	3,1	2,3	33,1	2,3
Кондиционер	30,0	16,5	5,1	2,1	3,3	3,0
Стиральная машина	60,0	31,8	2,4	1,8	21,6	2,4
Телевизор*	29,4	2,8	0,9	0,3	8,1	1,4

*Для телевизора так же стекло – 15,9 кг

 

Участок ручного демонтажа оснащен подъемно-транспортными устройствами для извлечения использованных электробытовых приборов из специальных контейнеров и переноса на рабочие места для ручной разборки. На участке измельчения и сортировки расположены шредер, воздушный сепаратор, магнитный сепаратор, сепаратор цветных металлов, оборудование для переработки уретана и извлечения фреона из теплоизоляции.

При переработке телевизоров снимают кабели, извлекают из корпуса кинескоп. Пластмассовый корпус перерабатывают в сырье для доменной плавки. Из кинескопов извлекают материалы для изготовления новых кинескопов. При ручной разборке холодильников и кондиционеров воздуха снимают, как и с телевизоров, пластмассовые и другие детали и, кроме того, удаляют холодильный агент. То, что остается после ручного демонтажа, загружают в шредер и подвергают механической сортировке. В воздушном сепараторе отделяется теплоизоляционный материал (уретан), который затем прессуют для сокращения объема и используют как доменное сырье. В теплоизоляторе в качестве вспенивающего агента используются фреон и другие вещества, поэтому на стадии измельчения и сокращения объема отходящий газ подвергают адсорбционной очистке активированным углем. Уловленный фреон и другие вещества передают на переработку сторонней организации. В магнитном сепараторе отделяют черные металлы, а в сепараторе цветных металлов – цветные; металл утилизируют в производстве чугуна.

Важной особенностью описанной технологии, которая в настоящее время применяется во всех металлургических центрах Японии, является использование большинства извлеченных вторичных ресурсов в металлургических процессах. В частности, пластик полностью используется в качестве сырья для доменной плавки.

Перспектива. Эксперты отмечают, что свыше 90 % деталей компьютеров можно использовать вторично вместо того, чтобы отправлять их на дорогостоящую переработку с соблюдением всех природоохранных требований /498…501/.

В марте 2007 года представители комитета по охране окружающей среды ООН заявили, что в ближайшее время выработают единые стандарты, которые позволят обезопасить природу от электронного мусора. Проект получил название«StEP» (Solving the E-waste Problem — решение проблемы электронного мусора). StEP – совместная инициатива университета ООН (UNU), программы по окружающей среде ООН (UNEP) и конференции ООН по торговле и развитию (UNCTAD). В программе также участвуют 16 крупнейших мировых компаний – производителей электронного и электротехнического оборудования, в числе которых Dell, Ericsson, Hewlett-Packard и др.

Проект StEP призван сформировать общие международные принципы обращения с ЭЭО.В первую очередь предполагается внедрить эффективную, в значительной степени унифицированную, промышленную переработку ЭЭО, а затем обязать производителей вносить при проектировании изменения в конструкцию электротехнических и электронных изделий, позволяющие облегчить их последующую утилизацию на стадии завершения «жизненного цикла».

Предполагается, что повсеместное использование экологически чистой электроники начнется к 2015 году. Для простых пользователей ее внедрение грозит дополнительными расходами. Производители планируют закладывать затраты на сложную утилизацию в себестоимость, и цена бытовой техники неизбежно возрастет. В итоге расходы по сохранению природы в значительной степени будут переложены на простых потребителей.

Оценка образования ЭЭО, выполненная для условий РФ по аналогии с приведенным выше анализом ресурсов авторециклинга, показывает, что к 2020 году в стране будет накоплено около 15 млн. ед. не переработанной вышедшей из употребления электробытовой и электронной техники (рисунок 47).

Для технологов – металлургов и переработчиков лома особую актуальность и научный интерес представляют вопросы промышленной переработки накопленных ЭЭО в соответствии с принципами экологически чистого производства, с учетом миграции в его составе загрязняющих металл элементов – «вагантов». Это, в частности, потребует разработки новых принципов управления потоками лома, как черных, так и цветных металлов.

 

 

Рисунок 47. Прогноз накопления ресурсов ЭЭО при 25 и 85 % уровне переработки.