Каждый день пищевые отходы складываются в мусорные мешки, вывозятся и забываются. Однако эти отходы на самом деле можно превратить в ценные ресурсы.
В Соединенных Штатах ежегодно выбрасывается около 97 миллионов тонн пищевых отходов, и примерно 37 миллионов тонн из них попадают на свалки.
Погребенные под землей, эти органические материалы разлагаются в отсутствие кислорода, выделяя метан — недолговечный, но очень мощный парниковый газ.
Между тем, питательные вещества и энергия, запасенные в пище, теряются навсегда. Но есть лучшая альтернатива. Исследования, проведенные мной и моими коллегами, показывают, что в населенных пунктах по всей стране уже действуют предприятия, предназначенные для переработки органических веществ: очистные сооружения сточных вод. Многие крупные, хорошо финансируемые очистные сооружения сточных вод уже имеют инфраструктуру для обработки пищевых отходов, хотя не все из них готовы к этому.
Полигоны для захоронения отходов не предназначены для утилизации пищевых отходов.
Пищевые отходы принципиально отличаются от пластика, металла или стекла. Они имеют органическую природу и способны разлагаться естественным путем. Однако при захоронении на свалках их разложение приводит к выделению большого количества парниковых газов.
Современные полигоны для захоронения отходов спроектированы таким образом, чтобы улавливать выбросы метана, однако даже самые эффективные системы позволяют почти 58% метана просачиваться в атмосферу. Эти пищевые отходы, которые в противном случае могли бы быть переработаны в энергию или удобрения, вместо этого способствуют глобальному потеплению.
В отличие от них, очистные сооружения обрабатывают сточные воды, используя микробные сообщества для естественного разложения органических веществ. Многие очистные сооружения также улавливают метан, образующийся в процессе очистки, и преобразуют его в полезную энергию. Другие извлекают питательные вещества, такие как фосфор, которые могут быть переработаны в сельскохозяйственные удобрения. Со временем многие очистные сооружения эволюционировали из простых систем канализации в предприятия по переработке ресурсов, которые вырабатывают электроэнергию, перерабатывают материалы и снижают загрязнение окружающей среды.
Существующие системы уже способны перерабатывать органические вещества и пищевые отходы.
Что происходит с пищевыми отходами после их доставки на перерабатывающий завод?
В нашем исследовании изучалось, что произойдет, если пищевые отходы будут отправляться на очистные сооружения вместо свалок. Мы использовали реальные данные с крупного очистного сооружения, которое перерабатывает как пищевые отходы, так и сточные воды.
Сравнивая выбросы парниковых газов для отходов одинакового состава, мы обнаружили, что отправка пищевых отходов на свалки приводит к выбросам парниковых газов.58,2 килограмма (129 фунтов) эквивалента CO₂ на тоннупищевых отходов.
Для сравнения мы изучили обычную очистную станцию сточных вод — наиболее распространенный тип в Соединенных Штатах. Эта станция достигла следующих результатов:чистый выброс составляет -0,03 килограмма (примерно 1 унцию) эквивалента CO₂.на тонну переработанных пищевых отходов. В отличие от свалок, которые улавливают примерно 50% метана, этот завод улавливает более 95%, сокращая выбросы парниковых газов в атмосферу.
Однако мы обнаружили, что исследованная нами установка для усовершенствованной очистки сточных вод еще больше снизила выбросы. Наш анализ показал, что эта установка достигла следующих результатов:чистый выброс составляет -0,19 килограмма (около 7 унций) эквивалента CO₂.из расчета на тонну пищевых отходов.
Как традиционные, так и современные очистные сооружения достигают этих преимуществ схожими способами. Независимо от типа сооружения, переработка одной тонны пищевых отходов предотвращает выброс вредных веществ.58,2 килограмма эквивалента CO₂Биогаз в противном случае был бы выброшен на свалки. Эти установки улавливают биогаз для выработки электроэнергии, снижая потребность в покупке электроэнергии из сети. Они также извлекают достаточно питательных веществ для удобрения примерно 23 акров сельскохозяйственных угодий в год, тем самым снижая спрос на синтетические удобрения. Добыча и производство синтетических удобрений являются энергоемкими процессами.
режим работы логистики
Доставка пищевых отходов на очистные сооружения не означает, что люди выбрасывают пищевые отходы в канализацию или измельчают их с помощью измельчителей пищевых отходов. На очистных сооружениях, которые мы изучали, пищевые отходы собираются отдельно, как и вторсырье или садовые отходы, а затем транспортируются на очистные сооружения грузовиками. Наши расчеты выбросов не включают выбросы от грузовиков, поскольку грузовики используются и в других подходах к управлению пищевыми отходами.
В некоторых городах начали собирать пищевые отходы грузовиками и перевозить их на предприятия по компостированию. Сан-Франциско делает это с 1996 года. В Нью-Йорке действует крупнейшая в США система сбора органических отходов у домов, которая компостирует пищевые отходы из 3,4 миллионов домохозяйств.
На очистных сооружениях на юго-востоке США, которые мы изучали, грузовики доставляют пищевые отходы на приемную станцию, где они обрабатываются для удаления пластика, металлов и других неорганических материалов, после чего смешиваются с твердыми отходами сточных вод в суспензию. Затем эта смесь подается в анаэробные реакторы — герметичные резервуары, где микроорганизмы разлагают органические вещества.
Образующийся метан улавливается и используется для выработки электроэнергии и тепла. Оставшиеся твердые вещества богаты питательными веществами и могут быть использованы для производства ценных материалов, таких как удобрения.
Мы также обнаружили, что добавление пищевых отходов не перегружало очистные сооружения и не вызывало проблем в работе. Предприятие перерабатывало все пищевые отходы, захороненные на полигонах округа, — 107 320 тонн в год, что составляет 38% от общего объема пищевых отходов округа. Поскольку пищевые отходы менее плотные, чем сточные воды, их добавление увеличило суточную производительность очистных сооружений всего на 0,43%. Предприятие постоянно соответствовало нормативным стандартам качества сточных вод. Более того, в некоторых случаях эффективность очистки даже повышалась благодаря добавлению органических веществ, которые усиливали биологические процессы очистки системы.
Экономические последствия могут стать неожиданностью для городов.
Местные чиновники и налогоплательщики часто обеспокоены потенциальными затратами на подобные программы. Очистка сточных вод и так обходится дорого, а существующие очистные сооружения в населенных пунктах могут быть практически заполнены.
Однако наш анализ показывает, что переработка пищевых отходов на очистных сооружениях экономически целесообразна. Города уже платят так называемые сборы за утилизацию отходов на свалках и мусоросжигательных заводах в зависимости от веса отходов. Очистные сооружения также могут взимать эти сборы.
Они также могут продавать или использовать метан, производимый на месте, а также продавать удобрения, изготовленные из побочных продуктов. Этот дополнительный доход означает, что завод может быть прибыльным даже при более низких тарифах на очистку, чем на полигонах твердых бытовых отходов.
Не все очистные сооружения могут немедленно принимать пищевые отходы. Рассматриваемое нами сооружение является крупным и хорошо оснащенным. Более мелким очистным сооружениям может потребоваться приобретение или модернизация оборудования, что требует планирования и местных инвестиций.
В целом, мы пришли к выводу, что ограничивающим фактором являются не технологии или финансирование. Основные системы для преобразования пищевых отходов в пригодные для повторного использования ресурсы уже существуют: города ежедневно перерабатывают органические вещества и используют сложные системы биологической очистки. Наши данные показывают, что эти предприятия действительно могут перерабатывать пищевые отходы способами, которые являются одновременно экологически устойчивыми и экономически выгодными.