Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология нововведений. Учебное пособие
.pdf
71
Такая ситуация, вероятно, вызвана не только нестабильностью состава отходов переработки зерна, его зависимостью от условий произрастания, климата, фазы вегетации культур и прочих факторов, но
и различием в методиках определения. Возможно, это является одной
из причин того, что в нашей стране практически отсутствуют успешные
промышленные производства, рационально использующие шелуху гречихи, как и другие сельскохозяйственные отходы.
В любой технологии переработки ШГ (извлечения полифенольных веществ, полисахаридов, получения лигнина) остается значительная масса технологических отходов, которая также требует утилизации.
В то же время любые лигноцеллюлозные отходы, полученные при
переработке шелухи гречихи, могут быть использованы как наполнитель для древесно-полимерных композиционных (ДПК) материалов.
Получение ДПК весьма актуально, поскольку данный материал, основанный на смешении термопластичных полимеров и частиц древесного
происхождения, стремительно набирает популярность на мировом
рынке и в России.
При использовании в качестве полимерной матрицы полиэтилена,
а наполнителя – шелухи гречихи получается экологически чистый, современный, перспективный отделочный и конструкционный композиционный материал, объединяющий в себе свойства древесины и пластика. Этот полимерный материал с лигноцеллюлозным (растительным) наполнением можно получать на стандартном оборудовании для
переработки термопластов.
Данный композит имеет значительные преимущества перед древесиной, так как он устойчив к воздействию влаги и микроорганизмов,
просто обрабатывается и пригоден для вторичной переработки.
Из этого композиционного материала можно изготавливать экологически чистые изделия, устойчивые к воздействию окружающей среды. Он
обладает приятной текстурой и натуральным цветом за счет природного красителя из гречневой шелухи.
Одним из способов применения лузги гречихи является изготовление с ее использованием биоразлагаемых упаковочных материалов
на основе вторичного полипропилена, что улучшает их экономические
показатели. В частности, создан биоразлагаемый полимерный композиционный материал, который в качестве основы содержит сверхмолекулярный полиэтилен (СВМПЭ), а в качестве целлюлозосодержащего
природного наполнителя растительного происхождения используется
72
шелуха гречихи. Дополнительно в состав вводится вторичный полипропилен.
Использование вторичного полипропилена в составе биоразлагаемого материала позволяет снизить стоимость и улучшить совместимость компонентов композиции, так как отходы полипропилена имеют
более гидрофильную поверхность по сравнению первичным полипропиленом и СВМПЭ и соответственно лучшую адгезию к шелухе гречихи. Предлагаемый материал отличается улучшенными физико-механическими свойствами: повышенной скоростью биодеструкции.
В целом использование наполнителей, получаемых на основе переработки зерновых культур, позволяет не только существенно снизить
стоимость композиционных материалов, а следовательно и изделий на
их основе, но и использовать экологически чистое сырье, что обеспечит
возможность расширения областей применения изделий из ПКМ в промышленности и строительстве.
Шелуху гречихи перспективно использовать в качестве наполнителя полимерного композиционного материала на основе полиэтилена (ПЭ), который относится по своим прочностным свойствам
к классу конструкционных материалов общетехнического назначения.
Наполнение ШГ обусловливает улучшение ряда физико-химических
и механических свойств ПЭ композиций. В результате модификации
ПЭ шелухой гречихи наблюдается также рост биодеградируемости получаемых композитов, т. е. облегчение их утилизации после окончания
срока службы.
Учитывая, что этот полимер является основой большинства упаковочных материалов, в частности ПЭ пакетов, и он разлагается при захоронении в землю в течение примерно 30 лет, применение ШГ представляется исключительно важным с точки зрения охраны окружающей
среды. В составе композитов на основе вторичного полипропилена
в качестве наполнителей использовались и такие дисперсные растительные отходы переработки сельскохозяйственного сырья, как овсяная шелуха и хвоя.
Климатические испытания показали, что композиционные материалы на основе полиолефинов и отходов переработки зерна являются
устойчивыми к атмосферным воздействиям, что расширяет сферу их
практического применения, в частности как упаковочных пленок.
Уникальным проектом, с точки зрения инновационного подхода,
можно считать получение востребованного на рынке продукта –
73
диопсида на основе двух отходов пищевой промышленности. Диопсид
был получен на основе золы рисовой шелухи как источника диоксида
кремния и оксида кальция из яичной скорлупы. Использование зольгелевого метода позволило снизить температуру получения диопсида,
т. е. наряду с эффективной утилизацией двух видов возобновляемых отходов обеспечить еще и энергосбережение.
Полученный диопсид характеризуется улучшенной механической
стабильностью и медленной скоростью деградации. Результаты биологических исследований показали, что синтезированная диопсидовая керамика обладает хорошей апатитообразующей способностью и цитосовместимостью, а также оказывает стимулирующее действие на остеобласты, например на пролиферацию клеток.
Диопсид, полученный из яичной скорлупы и ЗРШ, обладает способностью образовывать гидроксиапатит на ранних стадиях замачивания в жидкости, имитирующей плазму крови человека. Пористая и агломерированная поверхность диопсида играет важную роль во взаимодействии биокерамических имплантатов на его основе с окружающими
тканями человека. Это, в свою очередь, вносит вклад в инновационные
методы в медицине. При этом важно, что диопсидовая керамика, приготовленная из яичной скорлупы и золы рисовой шелухи, разлагается
в физиологических условиях.
Описываемая диопсидовая керамика обладает хорошими механическими свойствами, которые аналогичны кортикальной кости человека, что указывает на эффективность ее использования для восстановления костей человека при переломах и других травмах. Превосходные
механические свойства и механическая стабильность диопсидовой керамики показывают, что она очень надежна в качестве упрочняющего
материала для разработки биокомпозитов. Кроме того, можно говорить
о большом потенциале цитосовместимости приготовленной диопсидовой керамики. Таким образом, результаты тестов на цитосовместимость
и пролиферацию клеток убедительно указывают на то, что синтезированный на основе ЗРШ и яичной скорлупы диопсид обладает превосходной биосовместимостью.
Следовательно, диопсидовая керамика может быть потенциальным недорогим материалом для использования в качестве биоактивного имплантата в ортопедии, а также в качестве безопасного армирующего материала при производстве биокомпозитов для синтетических
заменителей кости.
74
Еще одним перспективным применением золы РШ является получение синтетического волластонита, имеющего большую степень чистоты, меньшее количество примесей и большую однородность состава, а также более низкую стоимость, по сравнению с природным минералом.
Важным результатом применения рисовой шелухи и волластонита
и диопсида, получаемых с ее использованием, является рост биоразлагаемости наполненных ими полимерных материалов вследствие относительно высокой пористости этих силикатов. Это является дополнительным инновационным аспектом в обеспечении утилизации отходов
пластмассовых изделий. Таким образом, отходы сельского хозяйства
имеют высокий инновационный ресурс в качестве сырья для получения
ряда эффективных материалов для целого ряда отраслей промышленности и народного потребления.
Еще одной областью, генерирующей огромное количество отходов, является металлургическая промышленность. Так, ежегодный выход шлаков:
– доменных – около 45 млн т;
– мартеновских – почти 20 млн т;
– цветной металлургии – почти 10 млн т;
– других металлургических производств – порядка 5 млн т.
Кроме того, огромное количество шлаков (порядка 500 млн т)
накоплено в отвалах металлургических предприятий. Это связано с тем,
что при выплавке 1 т чугуна получается от 0,4 до 1 т шлака, а при выплавке 1 т меди и никеля – до 30 и 150 т шлака соответственно.
Между тем это ценное сырье используется недостаточно. Из указанного количества шлаков лишь небольшая их часть (в России не более 30 %) применяется в разных областях промышленного производства как вторичный продукт, а остальное идет в отвалы, которые занимают тысячи гектаров полезных земель. Поэтому рациональное использование шлаков имеет большое значение для возвращения пахотных земель, оздоровления воздушного бассейна и других мероприятий по
комплексному использованию природных ресурсов.
Применение шлаков при производстве строительных материалов
и для получения наполнителей полимерных композитов позволяет получить значительный экономический эффект за счет снижения себестоимости основной продукции.
75
Главный потребитель шлаков в России – цементная промышленность, использующая ежегодно 23–25 млн т гранулированных доменных шлаков. Так, применение доменных шлаков при производстве
портландцемента позволяет заменить глину, снизить в 1,2–1,6 раза расход известняка, увеличить объем производства цемента в 1,5–2 раза, сократить расход энергии на 40 %.
Гранулированные доменные шлаки могут использоваться в качестве заполнителей при изготовлении бетонов, в производстве гипсошлаковых блоков для одноэтажного строительства, асфальтобетонных
смесей, керамических материалов, при получении быстротвердеющего
шлакопортландцемента, обладающего повышенной антикоррозионной
стойкостью и прочностью. Шлаки используются для получения строительных материалов, известковых и фосфорных удобрений, а также как
оборотный продукт в металлургии.
Гранулированный доменный шлак может в принципе применяться
в производстве цемента и шлакоблоков; из сталеплавильных шлаков изготовляют щебень для дорожного строительства. Кроме того, они используются в аглодоменном и ваграночном производствах, с целью извлечения содержащихся в них марганца, железа, окиси кальция.
Ферросплавные шлаки перерабатываются в известковую муку,
щебень и шлаковый песок для строительства, технологический порошок для литейного производства, часть их идет на выплавку готовых
сплавов.
Техногенное сырье отличается тем, что оно уже прошло высокотемпературную обработку, не содержат органических примесей, кристаллическая структура его сформирована.
Анализ состояния переработки шлаков за рубежом свидетельствует, что в большинстве развитых стран шлаки на 80–90 % перерабатываются в сырье для извлечения дополнительных ценных продуктов
(редких металлов, химических веществ), а оставшаяся часть используется в строительстве или других областях техники.
Таким образом, металлургические шлаки, являются ценным техногенно-минеральным сырьем, которое содержит большой и мало используемый в России инновационный потенциал.
В нашей стране сталь плавят, главным образом, мартеновским
способом, при котором побочным продуктом являются мартеновские
шлаки. Эти шлаки не гранулируются, а сливаются в отвалы, где медленно остывают. В основных мартеновских шлаках почти всегда
76
имеются включения металла. Эти отходы используют примерно на
25 %, применяя их для замены щебня и песка, при изготовлении тяжелых высокопрочных бетонов и при строительстве дорог.
Металлургические шлаки могут успешно применяться и как
наполнители полимерных материалов. Все шлаки, кроме чугунолитейного, в исходном состоянии являются высокодисперсными частицами
и не требуют дополнительного помола, что является их большим преимуществом с технологической и экономической точки зрения.
Имеются данные, что применение отходов металлургических производств перспективно для наполнения ПВХ-материалов, в составе которых эти наполнители могут быть эффективными заменителями каолина, мела, известняковой, доломитовой и кварцевой муки. Анализ различных техногенных отходов показывает, что чугунолитейный шлак по
своему химическому составу близок к традиционным наполнителям
ПВХ-материалов – молотому кварцевому песку или известнякам.
При его применении достигается значительное облегчение процессов
переработки ПВХ-композиций.
Описана также возможность получения качественного композиционного материала на основе вторичного полиэтилена низкого давления и минеральных техногенных отходов, в частности доменного
шлака. Полученный материал соответствует основным установленным
требованиям безопасности, обладает хорошей стойкостью к воздействию влаги и агрессивных сред, имеет низкую плотность. Его можно
применять:
– в конструкциях межэтажных перекрытий (конструкция «плавающий пол»), что обеспечит надежную вибро- и звукоизоляцию;
– для отражающей теплоизоляции в конструкциях бань и саун;
– в качестве гидроизоляции перегородок, стен, упаковки различных изделий, подложки под паркет, доску, ламинат.
Для защиты бетонных и металлических поверхностей различных
строительных конструкций от неблагоприятных природных и внешних
воздействий перспективно использовать наполнители, содержащие отходы гальванического производства.
Шлак электросталеплавильного производства может быть
успешно использован для разработки водно-дисперсной краски, обладающей высокой термостойкостью и водостойкостью, что соответствует по качеству современным аналогам.
77
С использованием отходов выплавки стали разработаны герметизирующие материалы, которые могут использоваться для эффективного заполнения трещин на поверхности металл–бетон в бетонных конструкциях зданий специального строительства под воздействием внешнего локального магнитного поля. Это перспективный способ утилизации сталеплавильного шлака, выход которого на одном металлургическом комбинате может достигать нескольких миллионов тонн в год. Таким образом, с точки зрения экономики замкнутого цикла шлаки, образующиеся на разных предприятиях металлургической промышленности, обладает высоким потенциалом для использования в качестве
наполнителя различных полимерных матриц и целого ряда строительных материалов.
Можно констатировать, что использование металлургических гранулированных шлаков в виде наполнителей при формировании полимерных композитов достаточно эффективно. Однако эти рациональные
решения в нашей стране только в ограниченной степени реализованы
на практике. Следовательно, новшеств, с точки зрения инновационного
менеджмента, в области рационального использования отходов промышленности и сельского хозяйства разработано в России достаточно.
Проблема состоит в их превращении в инновации.
Описано много интересных и эффективных технологий использования отходов промышленности и сельского хозяйства, которые могут
в принципе успешно применяться для получения востребованных
народным хозяйством материалов и изделий. Разовые внедрения как отходов переработки зерна, так и металлургических шлаков имеют место
в нашей стране, а так называемая диффузия инноваций и их масштабная
коммерциализация, к сожалению, практически не проводится. Это требует анализа причин торможения данного инновационного процесса.
На наш взгляд, для мелких собственников это, возможно, сложно
из-за необходимости дорогостоящего оборудования для переработки
разных отходов и трудностей с сертификацией выпущенной с их применением продукции. Крупные предприятия и так имеют доступ к источникам сырья в нашей богатой природными ресурсами стране.
Еще одной причиной торможения масштабного использования отходов является транспортная логистика. В частности, отходы переработки риса сосредоточены на Кубани и в Краснодарском крае, а металлургической промышленности – в Сибири и на Урале.
78
В то же время для сохранения здоровой и качественной окружающей среды рациональное использование крупнотоннажных растительных и металлургических отходов и разработка новых перспективных
материалов с их применением являются актуальным путем инновационного развития и могут принести значительные экономические и экологические выгоды нашей стране.
Одним из примеров инновационных разработок с применением
растительных отходов является биодизельное топливо, которое было
предложено в качестве эффективного варианта замены и дополнения
ископаемого топлива, что, вероятно, будет одним из ключевых факторов обеспечения глобального энергического спроса. Основным ограничением для производства биодизеля является отсутствие доступного
сырья в достаточно большом масштабе. Три основных источника сырья
для производства биодизеля: пищевые масла; непищевые масла; микроводоросли. Однако из-за конкуренции за землепользование с продовольственными культурами пищевые масла менее эффективны для производства биодизеля, а в настоящее время микроводоросли слишком
дороги для производства биодизеля в больших масштабах, в результате
чего непищевые масла являются лучшим сырьевым источником для
биодизеля.
Существует целый ряд растений – источников непищевых растительных масел, которые имеют потенциал для использования в производстве биодизеля. Из них Jatropha curcas представляет большой инте-
рес для многих исследователей. Однако по-прежнему требуются другие
жизнеспособные варианты, особенно в аспекте крупномасштабного
производства биодизеля, необходимого для удовлетворения потребностей в энергии и конкуренции за сухопутное пространство с продовольственными культурами.
В этом аспекте масло каучукового дерева (МКД), полученное из
семян Hevea brasilensis, является отличной альтернативой с большим
потенциалом для использования в производстве биодизеля. Кроме того,
его можно вводить непосредственно в двигатель внутреннего сгорания
или смешивать с дизельным топливом, полученным из ископаемого сырья. На основе МКД также может быть получен метиловый эфир масла
каучукового дерева с использованием различных методов этерификации и различных катализаторов.
Производительность и выпуски биодизеля на основе МКД сравнивались с другими биодизелями на основе растительного сырья, и было
79
признано, что МКД является подходящим растительным маслом для
производства биодизеля.
Дополнительным фактором, который делает МКД привлекательным вариантом для производства биодизеля, является существование
каучуковых плантаций, что устраняет конкуренцию за сухопутное пространство с овощными культурами.
Однако, учитывая большие площади по всему миру под каучуковыми плантациями и потенциальную ценность производства МКД, влияние на урожайность семян каучуковых деревьев, в частности во всем
регионе Юго-Восточной Азии, не доказано. Несмотря на то что признана роль, которую МКД может играть в производстве биодизеля,
мало внимания уделяется урожайности каучуковых семян. Результаты
исследований показывают, что выход семян каучука напрямую связан
с возрастом и размером деревьев.
По сравнению с другими биомаслами производственная возможность получения МКД региона Юго-Восточной Азии превышает потенциал глобального производства кунжутного и льняного масла.
С точки зрения факторов, влияющих на урожайность каучуковых
семян, возраст и размер деревьев непосредственно коррелируют с увеличением урожайности семян, а высота местности их произрастания не
играет определяющей роли. Кроме того, показано, что клональные
типы Hevea brasiliensis сильно влияют на количество каучуковых се-
мян, выращенных на гектар, что необходимо учитывать при создании
новых плантаций.
Таким образом, управление инновациями – это технология принятия решений, включающая в себя обобщение свершений в рассматриваемой сфере наук и производств, анализ уже закрепившихся в этой области приемов, методов и технологий реализации инноваций и прогноз
их развития. При этом необходимо эффективное управление наукой,
чтобы обеспечить ее опережающее развитие по отношению к другим
сферам деятельности. Поскольку что первым этапом инновационного
процесса в любой области производства является создание новшества.
Это предполагает рост в России финансирования научных исследований, обеспечение химии и нефтехимии современной приборной базой
и реактивами.
Вопросы
1. Что является основным тормозом инновационного развития хи-
мии и нефтехимии в России?
2. Каковы основные факторы, влияющие на процесс внедрения
технологий в химической промышленности?
3.
Что такое технологическое прогнозирование?
4. Каковы задачи инновационной системы химического ком-
плекса?
5. Каков инновационный потенциал переработки отходов?
6. Каковы преимущества экономики замкнутого цикла?
7. Распишите сферы использования отходов переработки зерна.
8. Какие способы утилизации металлургических шлаков суще-
ствуют?
9. Какие проблемы существуют в крупномасштабном внедрении
технологий утилизации отходов промышленности и сельского хозяйства?
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]