Хімія. Повторне видання. 7 клас. Лашевська

§ 14. Життя без сміття: запобігаємо й утилізуємо

Я ПРАГНУ

з’ясувати, які фізичні й хімічні зміни речовин, способи розділення механічних сумішей і систем речовин використовують для зменшення обсягу та безпечного утилізування відходів.

ВИЗНАЧАЮ ПРОБЛЕМУ

Валерій. Нарешті й біля мого будинку поставили контейнери для роздільного збирання відходів. А скільки довелося переконувати будинкову спільноту, що це нескладно й вигідно.

Катерина. Це добре, адже те, що зазвичай називають сміттям, насправді є цінною вторинною сировиною.

Валерій. Так, але й досі в сміттєвози потрапляє багато несортованих відходів. Як і де їх сортують — розділяють на складники?

Катерина. На сортувальних станціях. Використовують відмінності у властивостях, наприклад металу й скла, пластику й паперу.

Валерій. Тобто принципи розділення сумішей відходів ті самі, що ми вже використовували в кабінеті хімії чи на кухні?

Катерина. Авжеж, головне, щоб методи розділення були дієвими й безпечними. Адже сміттєва криза не лише на суходолі, а й в океані. А з освоєнням людиною космосу виникла проблема космічного сміття.

Валерій. Пропоную дізнатися більше про сміття як суміш і способи виокремлення з неї корисних складників.

Катерина. Так, а ще про те, як треба споживати продукти і користуватися послугами, щоб зменшити кількість побутових відходів.

НАВЧАЮСЯ ДОСЛІДЖУЮЧИ

Завдання 1

Дослідіть видані вам зразки відходів і/або їхні зображення. Згрупуйте відходи й поясніть принцип групування.

Завдання 2

Доберіть приладдя і матеріали та змоделюйте:

• розділення на складники сміття, що містить шматочки пластику, деревну тирсу, сталеві ошурки;
• видалення плями нафтопродуктів, наприклад вазелінової оливи, з поверхні води;
• очищення стічних вод гірничодобувного підприємства від подрібнених гірських порід.

Завдання 3

Дослідіть кількісно вологість відходів — кавової гущі, чайної заварки чи інших (на вибір). Зважте на те, що абсолютна вологість відходів — маса води в них, а відносна вологість — відношення маси води у відходах до маси відходів, виражена в частках від одиниці або у відсотках.

ШУКАЮ ВІДПОВІДІ

Як утилізують відходи?

Утилізування відходів пов’язане з різноманітними фізичними, хімічними й біологічними процесами.

Зазвичай перед утилізуванням свідомі споживачі й споживачки сортують відходи вдома (мал. 14.1, 1, с. 130). Остаточне сортування здійснюють на сортувальних станціях (мал. 14.1, 2, с. 130). Це дає змогу відокремити матеріали, які можна використати повторно, переробити на щось корисне.

Мал. 14.1. 1. Сортування сміття в побуті. 2. Сортування на сміттєпереробному заводі

Ресайклінг і даунсайклінг, про які вже йшлося в параграфі 7, передбачають деформування, подрібнення, плавлення і формування нових виробів такої самої чи нижчої якості. Наприклад, відходи скла попередньо сортують на безбарвні й кольорові, подрібнюють і переплавляють на нові вироби.

Утилізування електроприладів ускладнене тим, що вони містять багато деталей із різних матеріалів. Це, передовсім, залізо, мідь, алюміній, різні пластики. Такий брухт можна переробити, якщо його складники повністю відокремити один від одного. Конвеєр транспортує електроприлади в спеціальне приміщення, де робітники й робітниці розбирають їх на частини й сортують. Після сортування вторинну сировину спресовують під тиском і подрібнюють. Потім просіюють, вилучають магнітом матеріали, здатні намагнічуватися й створювати власне магнітне поле, як-от залізо, нікель тощо.

Лазерним сенсором визначають густину й властивості кожного фрагмента. Це дає змогу виявити й відокремити різні метали й сплави. Ретельним сортуванням із відходів можна відновити майже 99 % чистих матеріалів. Відсортовану вторинну металеву сировину купують металургійні та металообробні підприємства. Там її переплавляють, формують, тобто використовують фізичні процеси.

Хімічні процеси допомагають розщеплювати пластикове сміття на складники, придатні для повторного використання як сировини. Хімічними методами можна переробити багатошаровий чи забруднений пластик (мал. 14.2).

Мал. 14.2. Хімічне перероблення — складніший і дорожчий процес, порівнюючи з механічною переробкою

Енергію зі сміття виробляють, спалюючи його за високих температур — близько 1200 °С. Унаслідок згоряння утворюються вуглекислий газ і водяна пара, твердий залишок — зола. Високотемпературним нагріванням без доступу повітря пластикове сміття перетворюють на газуваті й рідкі речовини, подібні до складників природного газу, нафти і вугілля. Тобто одержують і сировину для хімічної промисловості, і паливо. Проте відходи не зникають повністю. І внаслідок спалювання, і внаслідок хімічного перероблення пластикових відходів утворюються шкідливі речовини. Їх уловлюють спеціальними фільтрами, щоб запобігти забрудненню довкілля. Та повністю уникнути небезпечних викидів дуже складно. Тому варто перебудувати своє споживання так, щоб узагалі зменшити кількість відходів, передовсім пластику.

Компостування — розкладання органічних відходів мікроорганізмами. Рештки їжі, листя або траву переробляють на компост, який містить поживні речовини для рослин. Також унаслідок компостування виділяється теплова енергія. У приватних господарствах її використовують, наприклад, для нагрівання води в будинку, опалення господарських приміщень чи майстерні.

Мал. 14.3. Видобування біогазу на сміттєвих полігонах

На сміттєвих звалищах з органічних відходів під дією бактерій утворюється біогаз. Він подібний за складом до природного газу — корисної копалини. Для видобутку й збирання біогазу на сміттєвих полігонах бурять свердловини, використовують систему труб і помп (мал. 14.3, с. 131).

На біогазових станціях із відходів ферм великої рогатої худоби — гнойових стоків і гною — також виробляють біогаз. Його використовують як паливо на місцевих теплоелектростанціях (мал. 14.4). Наприклад, біогазова станція в селі Великий Крупіль на Київщині повністю забезпечує молочний комплекс електроенергією і дає прибуток від продажу електроенергії в мережу (мал. 14.5).

Мал. 14.4. Вироблення біогазу на спеціальних станціях

Мал. 14.5. Біогазове устатковання на Київщині

Як правильно поводитися з побутовими відходами?

Найголовніше — вести такий спосіб життя, щоб запобігати утворенню паперових, скляних, металевих, пластикових, паперових, харчових тощо відходів. Цього можна досягти, дотримуючись певних порад (мал. 14.6). Друкарський папір можна використати двічі для друку чернеток. Одяг, посуд, побутову техніку й гаджети, які досі мають товарну цінність і перебувають у робочому стані, можуть скористатися інші люди. І лише ті речі, що вже не можна використати повторно, підлягають переробленню чи утилізуванню для вироблення енергії. Урешті-решт залишок, який не можна переробити, підлягає захоронению.

Мал. 14.6. Як запобігти утворенню відходів

Захоронения — ізолювання промислових і побутових відходів (найчастіше небезпечних) — розміщення їх у надрах Землі й морських глибинах. Для захоронения відходів використовують гірничі виробки законсервованих шахт, спеціальні підземні споруди й природні пустоти гірських порід. Морське середовище використовують для захоронения ґрунтів, видобутих під час заглиблення акваторій портів і судноплавних каналів, осадів стічних вод. Також у моря скидають промислові відходи, будівельне сміття, малоактивні радіоактивні відходи в спеціальному пакованні.

Батарейки, акумулятори, ртутні термометри й лампи потребують особливого поводження (мал. 14.7). Їх збирають в окремі контейнери й передають спеціалізованим підприємствам, що мають дозволи від державних органів на утилізування небезпечних відходів.

Мал. 14.7. Утилізуй безпечно!

Щоб зменшити кількість відходів, безпечно переробляти чи утилізувати їх, треба знати фізичні й хімічні властивості речовин — складників продукції та пакования. Це дасть змогу виокремити й безпечно переробити їх.

Космічне сміття — це неробочі штучні космічні об’єкти чи їхні фрагменти, що рухаються в космічному просторі (мал. 14.8). Ідеться про тисячі уламків ракет, супутників, інших пристроїв, які з великою швидкість (7-8 кілометрів за секунду) обертаються навколо Землі. Зіткнення з ними небезпечне для астронавтів і космічних апаратів. Поки що нечисленні засоби для збирання сміття в космосі перебувають на стадії розроблення і випробовування. Тобто про результати говорити зарано. Одне з головних завдань — каталогізування сміття, щоб потім обґрунтовано дібрати найдієвіший спосіб прибирання.

Мал. 14.8. Космічне сміття — це наслідки людської діяльності

ЗАСТОСОВУЮ

Ocean Cleanup¹ — некомерційна екологічна інженерна організація, розташована в Нідерландах, яка розробляє технологію для вилучення пластикового забруднення з океанів і збирання його в річках, перш ніж воно потрапить у Світовий океан. Спочатку зусилля було зосереджено на Тихому океані та його сміттєвих плямах, а потім поширено на річки в таких країнах, як Індонезія, Гватемала й США. Для вловлювання пластикового сміття запропоновано плавнйй бар’єр на поверхні води, який направляє сміття в збиральну сітку. Маса пластику, який у липні 2022 року зібрали за допомогою плавного бар’єра, сягнула 100 000 кг.

¹ Очищення океану.

Seabin² — соціальний проєкт, спрямований на зменшення кількості пластику в Світовому океані (мал. 14.9). Це пристрій для збирання сміття, пластика, целофану, нафтопродуктів, палива і мийних засобів. Така собі сміттєва урна, яку розташовують у воді неподалік пристаней. Помпа забезпечує всмоктування засміченої води з поверхні й проходження її через мішок для збирання всередині seabin. Маса сміття, яке seabin може вловити, сягає 1,5 кг за день або пів тонни за рік, разом із мікропластиком розміром до 2 мм. Автори винаходу багаторазово вдосконалювали пристрій, щоб зробити його доступним для максимальної кількості місць на планеті. І паралельно працювали над просвітництвом і підвищенням обізнаності людей, щоб мати можливість одного дня закрити свій проєкт через непотрібність. Це проста, але геніальна ідея, і компанія вже вилучила з океану понад 100 000 кг сміття.

² Морське відро для сміття.

Мал. 14.9. Пристрій для збирання сміття в океані

Робота-медузу (Jellyfish-Bot) розробили в німецькому Інституті інтелектуальних систем імені Макса Планка (мал. 14.10). Керуючи потоками рідини, пристрій збирає предмети в товщі води. Кілька роботів можуть співпрацювати, щоб захоплювати й транспортувати предмети, з якими одному не впоратися. Робот майже безшумний, тож не завдає дискомфорту природним мешканцям водойм, які очищає. Однак мобільність робота наразі обмежена довжиною шнура електроживлення.

Мал. 14.10. Jellyfish-Bot повністю повторює рухи свого природного прототипу — медузи аурелії

Досягнення хімії у створенні нових пакувальних матеріалів, зокрема біорозкладних, важко переоцінити. Організми, передовсім бактерії, розкладають такі матеріали за відносно короткий проміжок часу — зазвичай від кількох тижнів до року. Це сприяє зменшенню кількості відходів, потреби витрачати енергію, воду тощо на утилізування. У такий спосіб зберігають невідновні природні ресурси — вугілля, нафту, природний газ.

Чи не найвідомішим типом біорозкладаного пластику є пластик на основі рослинної сировини. Його можуть виготовляти, наприклад, із целюлози, але найчастіше використовують кукурудзяний крохмаль. Тобто виробництво пластика може конкурувати за сировину з виробництвом продовольства. Але не всі біорозкладні пластики виготовляють із рослинної сировини, і не кожен пластик на її основі є біорозкладним. Існує також біорозкладний пластик, який виготовляють з мінеральної сировини, тобто з нафтопродуктів. Такий пластик має здатність розкладатися.

Ефективність біорозкладання залежить від багатьох чинників, зокрема температури, вологості, наявності мікроорганізмів тощо. Тому найліпше утилізувати такі відходи в промислових компостерах. Ці пристрої працюють за добре контрольованих умов — підвищеної температури, високого вмісту кисню. Це сприяє оптимальному розкладанню пластику.

Важливо розрізняти марковання bio-based (із сировини біологічного походження) і biodegradable (біорозкладний).

У деяких країнах Європи вже сертифікують і маркують пластик, що можна розкласти в домашньому компостері. Або ж такий пластик розкладається навіть за звичайних умов у воді чи ґрунті. Тож можна натрапити й на такі позначки: OK Compost INDUSTRIAL — для промислового компостування, OK Compost HOME — придатний для домашнього компостування, OK Biodegradable (water / soil / marine) — розкладається у воді або ґрунті (мал. 14.11). Отже, пластик, призначений для промислового перероблення, може неповністю розкластися в домашньому компостері. А тим паче — у природних умовах. На це треба зважати, утилізуючи відходи.

Мал. 14.11. Так маркують пластикові вироби: із сировини біологічного походження (а) і біорозкладні в ґрунті (б), у воді (в), морі (г), придатні для промислового (ґ) й домашнього компостування (д)

До біорозкладних пластиків відносять так звані оксорозкладні — oxo-degradable (мал. 14.12). У них додають речовини, що пришвидшують розкладання пластику під дією світла й кисню повітря на дрібні фрагменти. Однак подальшу долю цих пластикових шматків простежити наразі неможливо. Це може загострювати проблему забруднення довкілля мікропластиком.

Мал. 14.12. Марковання оксорозкладного пластику

ТЕСТУЮ НАВЧАЛЬНІ РЕЗУЛЬТАТИ

• Пояснюю • Застосовую • Аргументую • Творю

1. Дай відповіді на запитання.

• 1) Які фізичні, хімічні й біологічні процеси пов’язані з утилізуванням відходів?
• 2) Чому утилізуванню відходів повинно передувати сортування?
• 3) У чому складність утилізування електроприладів?
• 4) Якими методами відокремлюють різні метали та сплави з електроприладів, які переробляють?
• 5) Як виготовляють енергію зі сміття та які наслідки це має для довкілля?
• 6) Чи будь-яке сміття можна скомпостувати?
• 7) Чим важливе марковання виробів для правильного утилізування?
• 8) Чому розробники Seabin мріють про те, щоб одного дня їхній бізнес став непотрібним?

2. Добери до складників 1-5 схеми (мал. 14.13) назви (А-Е). А — захоронения; Б — рекламування; В — запобігання; Г — інше утилізування (наприклад відновлення енергії); Д — підготовка до повторного використання; Е — перероблення.

Мал. 14.13. Поводження з відходами

3. Наведи приклади описаних у параграфі:

• 1) кроків інженерного дизайну;
• 2) біоміметики — використання біологічних методів і структур для розроблення інженерних рішень та технологій.

4. Поясни: а) переваги й недоліки спалювання відходів як способу утилізування; б) за малюнком 14.14 переваги пластика, придатного для компостування, над оксорозкладаним.

Мал. 14.14. Поясни переваги пластику, придатного для компостування

5. Доведи чи спростуй твердження «Способи утилізування сміття ґрунтуються на загальних принципах розділення сумішей, фізичних змінах і хімічних перетвореннях».

6. Долучися до дискусії та обґрунтуй свою думку.

Валерій. Я сортую сміття вдома й заохочую до цього інших. Треба дбати про чисте довкілля й заощаджувати ресурси!

Валентина. Сортування сміття вдома — марна справа, все одно в сміттєвозі все перемішається.

Мустафа. У нашому будинку організовано роздільне збирання відходів. Це вигідно, бо за вивезення сортованого сміття платимо менше. А відсортовані кольорові метали й макулатуру продаємо. На кошти від продажу обладнали спортивний майданчик!

Лейла. Сортування сміття потребує витрат на контейнери. А змарнований на перебирання непотребу час — теж гроші...

Петро. Я вважаю, що листя в парках і на вулицях треба централізовано збирати й спалювати на спеціальних полігонах.

Катерина. Опале листя — цінна сировина, яку треба збирати й переробляти. Проте маю сумніви — чи не порушить це рівновагу в екосистемі парку.

Григір. Я на балконі компостую овочеві очистки, інші харчові рештки в невеличкому компостері, а компост висипаю на клумбу біля будинку.

Шерон. Компостер у міській квартирі — нісенітниця. Адже гнилі рештки їжі жахливо смердять.

7. Створи лепбук за опрацьованою темою.

8. Проаналізуй склад і кількість відходів у твоїй оселі за тиждень. Розроби план заходів, які допоможуть зменшити обсяг сміття і поліпшити його утилізування. Поділися ним у будинку, громаді тощо.

9. Намалюй плакат про поводження з особливо небезпечними відходами (батарейками, ртутними лампами й термометрами, хімікатами тощо).

10. Запропонуй спосіб:

• а) удосконалення Jellyfish-Bot;
• б) утилізування жувальної гумки, якою засмічені тротуари в містах.

Підсумуй

Чого корисного вдалося навчитися, опрацювавши матеріал і виконавши завдання? Долучи здобуток, оформивши його на власний розсуд, до особистого портфоліо досягнень.