Источник:Coordinated Science Laboratory
University of Illinois
http://ehp03.niehs.nih.gov/
Среди общественности бушует дискуссия по поводу того, должен ли уголь продолжать удовлетворять большинство американских электрических потребностей , управление энергетической информацией США прогнозирует в International Energy Outlook 2009, что при отсутствии новой политики, наоборот, Соединенные Штаты, наряду с Китаем и Индией будут потреблять 88% от прогнозируемого чистого увеличения потребления угля в период между 2006 и 2030 годах. Между тем, при сжигании угля, негорючих остается очень много, и они продолжают накапливаться со скоростью около 131 млн. тонн в год в одних только Соединенных Штатах, и электроэнергетические компании ищут способ перерабатывать большую часть этого материала. Американская ассоциация угольных отходов (ААУО) сообщила в своем последнем докладе результаты опроса, что 43% всех углеотходов, производимых в Соединенных Штатах в 2007 году было использовано в «полезных целях». Государство направлено на полезное использование отходов : они как продукт используются в производстве или в качестве замены для другого продукта. Отходам предоставлено состояние «полезного использования» и они освобождены от твердых норм , управляющих их расположением.
23% от общего количества производимых отходов в Соединенных Штатах, каждый год более 30 миллионов тонн, используется в строительной продукции, в первую очередь, для производства клинкера (сырья для изготовления портландцемента), кровельных заполнителей, материала для дорожного покрытия, асфальта и наполнителя. В 2007 году в соответствии с ААУО, 14,5 млн. тонн углеотходов было использовано в производстве бетона, другие 5,0 млн. тонн было использовано как клинкер, и 8,3 млн. тонн было использовано в производстве гипсовых стеновых плит, которые являются стандартным материалом для стен в Соединенных Штатах(В разведке о использовании углеотходов в строительной продукции, преобладание исследований и статистики сосредоточено на ситуации в Соединенных Штатах).
С другой стороны «полезное использование» включает приложение, критики говорят что больше осуществляется нерегулируемый вывоз отходов, чем их переработка. Например, около 6,7 млн. тонн углеотходов используется для заполнения заброшенных шахт, часто в качестве меры для нейтрализации воды с повышеной кислотностью, которая может вытечь из этих шахт в близлежащие водоёмы. Другие 10,6 млн. тонн используются для структурных заполнителей набережных. Под лозунгом «полезного использования», эти отходы освобождаются от регулирования со стороны государства, которое может потребовать захоронение отходов, использование как заполнитель для предотвращения выщелачивания потенциально токсичных металлов в грунтовых и поверхностных водах. Это повышает вероятность серьезных экологических последствий.
Экологические проблемы от воздействия электростанций и размещения отходов в шахтах, в 2004 году доклад о состоянии угледобычи был написан для США Управлением мелиорации открытых горных работ и приведён в исполнение, гидрогеолог Чарльз Норрис сообщил, что «подземные воды и поверхностные воды, ухудшаются, под воздействием шахт. Данные после проведения мониторига золы показывают, что поднимается концентрация от общего числа растворенных твердых веществ, сульфатов, марганца, железа, бора и различных соединений тяжелых металлов в этих водах, что значительно превышает фоновые концентрации. Данные затрагивают фундаментальные вопросы о достаточности гарантий в разрешениях о размещении золы на угольных шахтах и утверждения, что щелочные золы угля по своей природе надежные и безопасные материалы для предотвращения кислоты дренажа или ликвидации последствий раскопки земель ».
Учитывая потенциал загрязнения тяжелыми металлами, возникли вопросы о целесообразности добавления углеотходв в строительную продукцию, которая будет использоваться в строительстве дорог, мостов, даже домов. Есть ли у этих видов«полезного использования» потенциально вредное воздействие на людей токсичными материалами?
Углеотходы в строительных материалах.
Многие технологии связанные со строительством при использовании углеотходов получают материалы средством энергоемких процессов, это способствует выпуску большого количества парниковых газов. Например, цементная промышленность производит около 5% глобальных выбросов диоксида углерода (CO2), в Соединенных Штатах, производит тонну выбросов портландцемент, в среднем, по оценкам, 0,95 метрических тонн эквивалента. Крейг Бенсон, штат Висконсин заслуженный профессор гражданской и экологической инженерии и инженерной геологии в университете Висконсин-Мэдисон и содиректор университета Нью-Хэмпшира основе Вторичное сырье ресурсный центр, подсчитал, что каждый год в Соединенных Штатах при переработке углеотходов экономится около 160 триллионов энергии (количество энергии, используемой на 1,7 млн. домохозяйств), 11 млн. тонн эквивалента СО2 (сравнимо со среднегодовыми выбросами более чем 1800 тысяч легковых автомобилей), и 32 миллиарда галлонов воды.
Около 71100 тысяч тонн, или 55% от углеотходов, производится каждый год летучей золы, это мелкий материал, который уловлен после сгорания в фильтры или электрофильтры. Летучая зола состоит из микроскопических частиц содержащих в основном диоксид кремния, железа, алюминия и кальция; это способствует применению золы как заменитель портландцемента, который связывает песок и гравий в бетоне. Летучая зола имеет различные характеристики в зависимости от химического состава угля, из которого она улетучивается. Короче говоря, бурый уголь, длиннопламенные, газовые угли образуют золу класса С, которая имеет свойства цементирования, в то время как антрацит и каменных углей образуют золу класса F, которая обычно должна быть смешана с водой, чтобы укрепиться.
В основном, 8-12% летучей золы применяют как связующее для бетона, говорит Джон Сагер, который координирует Продукцию Партнерства сжигания угля, по инициативе охраны окружающей среды США (EPA), что способствует утилизации углеотходов. Дэвид Госс, бывший исполнительный директор ААУО, говорит, что укрепленные бетонные полы из летучей золы являются «полированными, привлекательной, имеют высокую износостойкость, а также устраняют необходимость в плитке». Летучая зола может уменьшить щелочную реактивность кремнезема, химические реакции, которые могут привести к значительному растрескиванию, добавляет Стивен Косматка, вице-президент по исследованиям и технологиям услуг в портландцемент ассоциации.
«Часто реакция — я не хочу мусора, отходов является моей конкретной», говорит Косматка. «Но когда люди слышат, что летучая зола способствует развитию, может помочь улучшить прочность, помочь в экономике, снизить нагрев во время установки, уменьшить проницаемость хлоридов в стальной арматуре, а также предотвратить коррозию, вдруг люди больше не думают об этом как об отходах — они думают о нем, как о веществах с положительным влиянием на конечный продукт»
Летучая зола может стабилизировать почву под шоссе. Бенсон говорит, что зола смешивается с верхним слоем почвы, образует своеобразный бетон и создает очень хорошие рабочие платформы, которые могут заменить однометровый слой щебня, который обычно используется под основным шоссе. «Мы избегаем других 700 см заполнения и ликвидации всех энергии и выбросов, связанных с раскопкой и дроблением этой породы", говорит Бенсон. Летучая зола составляет 50-85% от замены древесины и называется «время жизни» пиломатериалов, и производится в Карлсбаде, штат Калифорния». Материал, используемый для настилов и ограждений, является несъедобным для термитов и не поддерживает рост плесени, в отличие от дерева, говорит президент компании Джим Малера. Летучая зола также может быть смешена с водой и спресована в кирпичи, которые затвердевают без использования глины, тепла, или портландцемента, говорит Генри Лю, президент Грузовых компаний в городе Колумбия, штат Миссури, который изобрел способ получения таких кирпичей. Грузовой трубопровод имеет лицензию, его технология доступна для компаний в 11 странах. США лицензиата этого кирпича. Прерприятие Ньюарка, штат Калифорния, планирует начать производство кирпича в конце 2009 года около Висконсин, угольной электростанции, при ведении CalStar, мы сможем обеспечить 40 млн штук кирпича в год, говорит главный операционный директор Том Фунтов.
Люди начинают понимать, что для того чтобы построить или отремонтировать здание вы производите много выбросов углерода в атмосферу от энергии, необходимой, для производства материалов, говорит Фунтов. Во многом благодаря 1100 ° C отопления, необходимого для превращения глины в кирпич, говорит он, воплощение энергии в одном кирпиче составляет около 6000 британских тепловых единиц, и мы ожидаем, получить кирпич из летучей золы, при затрате 1000 БТЕ. Другим важным приложением к углеотходам является использование дымовых газов от серы (ДДГ). Электростанции часто удаляют серу из своих выбросов с помощью скрубберов. Химическая реакция создает сульфит кальция, который может окисляться в сульфат кальция, синтетического аналога гипсового камня, используется как древесноволокнистые. Примерно 33% из гипса, который был использован, чтобы получить в США древесноволокнистые в 2008 году , говорит Майкл Гарднер, исполнительный директор Ассоциации гипса, торговая группа, которая добавляет: «Только сокращение в строительстве могло бы предотвратить использование еще более гипса ДДГ».
Игра. Насколько она безопасна: Строительные материалы и выщелачивание
Теплота сгорания угля производит соединения, такие как диоксины и полициклические ароматические углеводороды, которые могли бы лечь в процессе горения, в соответствии с «ПАУ и диоксинов нет в золе на уровнях недопустимой концентрации», выступление Лиза Брэдли и его коллеги в 2009 году на заседании двухгодичной конференции Всемирного использования угольной золы, организованной ААУО и Университетом Кентукки, Центром прикладных исследований в области энергетики. Но углеотходы могут содержать большое количество многих других токсичных веществ, которые встречаются в природе в угле, в том числе мышьяка, ртути, бора, кадмия и хрома. Скептики говорят, что эти углеотходы — токсичные вещества могут проникать с многими «вторичными материалами», таких как заполнители или набережные. Могут ли они извлекаться из строительных материалов? В целях безопасности, продукты из летучей золы проходят испытания, прежде чем использовать их в своей жизни в виде продукта Ламбер. «Мы не хотим брать на себя риск наличия продукта, который превышает пределы тяжелых металлов в нашей системе», говорит Малера. «Наш процесс инкапсулирует золы, где нет тяжелых металлов, которые выпускаются в любом случае для человека, домашних животных или растений». В 2007 на Всемирном заседании по использованию угольной золы Лю сообщил о тесте моделирующем сильные дожди на строительной площадке, где хранились кирпичи из отходов. «Мы сравнили пробы воды на стандартный EPA для питьевой воды, и каждый пункт, свинец, селен, и так далее, было 10, 100 или 1000 раз меньше, чем стандартные», говорит он. Между тем, Фунты предоставил свою продукцию во все соответствующие инстанции по Охране Окружающей Среды в США и Калифорнии для испытаний. Эти испытания были управляемые и рассмотрены Массачусетс-консалтинговой компанией Градиент-корпорация, которая заключила: «Из-за присутствия тяжелых металлов в изготовленных кирпичах CalStar, есть вероятность опасности для здоровья через кожный контакт с кирпичными поверхностями или через выщелачивание. «Доклад Градиента, в том числе тестовые данные, доступны на веб-сайте по адресу CalStar http://www.calstarproducts.com/.»
Как природный камень, гипс из отходов содержит тяжелые металлы. В таблицах готовых к публикации в марте 2008 в Брошюре «Для сельскохозяйственного использования дымовых газов обессеривания», EPA показывает более высокий уровень сурьмы, мышьяка и ртути в гипсе ДДГ, чем в природном гипсе, хотя в каждом случае за исключением, селена и таллия, уровень металла в природном и ДДГ гипсе перекрывается или упал ниже среднего по стране уровня концентрации в почве. Американское производство сухих стен содержащих ДДГ гипс было проверено временем, говорит Гарднер: «У нас есть два десятилетия истории, которые не выявили побочных эффектов» Однако, высокие температуры, участвующие в производстве стеновых плит из гипса ДДГ ( также как и в производстве цемента) может привести к высвобождению ртути, согласно статье Констанс Л. и его коллеги в июле 2009 года был опубликован вопрос о воздухе в журнале об отходах. «Большой выход ртути (от 2 до 55%) из семи образцов ДДГ гипса (взяты из пяти заводов) был связан с различными условиями, при которых каждый образец гипса был создан», пишут авторы. «Вся оставшаяся ртуть в готовом ДДГ — стеновая панель может быть освобождена во время использования или последующего удаления или рециркуляции». Авторы отметили, что исследования ведутся в EPA для оценки поведения ртути и других металлов на каждой стадии жизненного цикла древесноволокнистых материалов. Тяжелые металлы имеют тенденцию оставаться на месте в обычном бетоне, говорит Косматка, который цитирует PCA 2007 — финансируемые исследования, которые провели анализ токсичности EPA. Характерная процедура выщелачивания, несмотря на содержание в цементе до 0,1% свинца, кадмия и хрома. Исследование под названием «Сравнение раствора методом выщелачивания», пришло к выводу, что цемент, содержащий менее 500 мг/ кг из этих элементов было бы даже целесообразно использовать в системах питьевой воды.