Анализ концепции ресурсного цикла

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Любой технологический процесс в техносфере начинается с изъятия природного ресурса из окружающей среды, а заканчивается возвращением в среду разнообразных отходов, а также тех готовых изделий, которые отслужили свой срок. Этот процесс незамкнутый, в отличие от обменных биосферных процессов, в техносфере он конечный. Эти различия создают существенные противоречия в их взаимодействии - антропогенная деятельность нарушает развитие природных циклов, выводит их из состояния устойчивого равновесия.

Развитие ПРП территории циклический во времени и ведет к формированию ресурсных циклов, отражающих жизнедеятельность потенциала природных ресурсов. Ресурсный цикл понимают как совокупность преобразований и просторов перемещений определенного вещества или группы веществ, имеющихся на всех этапах использования их человеком в рамках общественного звена общего круговорота этого вещества на Земле. Концепция ресурсных циклов была разработана в 1975 г. И.С. Комаром. Он считал, что обмен веществ между обществом и природой имеет хорошо выраженный циклический характер по типу круговорота, а суммарный поток этого обмена можно разделить на отдельные ресурсные циклы.

Концепция ресурсных циклов разработана известным географом И.В.Комаром и основана на идее круговорота веществ в природе, когда в ходе естественных преобразований природные элементы переходят из одного состояния в другое, от одного компонента природы к другому, по принципу замкнутого безотходного цикла. С возникновением человечества сложилось общественное (хозяйственное) звено круговорота веществ, которое стало взаимодействовать с природным круговоротом, оказывая на него свое влияние. Это влияние состояло в том, что из природного оборота изымалась большая масса природного вещества, а обратно в него возвращалась масса отходов, которые после технической переработки не могли ассимилироваться природой, постепенно все больше и больше загрязняя ее и нарушая природный оборот вещества.

Хозяйственное звено круговорота веществ получило название ресурсного цикла, под которым понимается совокупность превращений и пространственных перемещений веществ природы в процессе их освоения, добычи, переработки, потребления и конечного возвращения в природу после использования. Этот цикл имеет незамкнутых характер, т.е. имеет большую массу отходов на всех этапах добычи и использования природного вещества. Необходимость сохранения природных ресурсов и уменьшения образующихся в процессе их использования отходов путем более комплексного использования сырья и утилизации отходов сегодня является актуальной научной задачей.

Целью курсовой работы является анализ современных модификаций ресурсных циклов.

Для достижения этой цели в работе необходимо было выполнить следующие задачи:

• изучить становление и развитие представлений о цикличности процессов материального производства;
• охарактеризовать ресурсный цикл как техногенный круговорот веществ;
• проанализировать современные модификации ресурсного цикла.

1. Анализ концепции ресурсного цикла

1.1 Понятие ресурсного  цикла

Концепция ресурсных циклов была выдвинута и обоснована И. В. Комаром в 60 — 70-е годы. И. В. Комар исходил из того, что на Земле имеются постоянно повторяющиеся круговороты веществ, которые поддерживаются расходом энергии в ее различных формах и характеризуются определенным поступательным движением. С возникновением человеческого общества начало складываться общественное звено круговорота веществ, материальным содержанием которого служит обмен веществ (и энергии) по совокупному циклу «природа — общество — природа» [1]. Взятый в целом, этот процесс имеет исключительно сложный полициклический характер. При этом важными его компонентами являются ресурсные циклы, тесно взаимосвязанные между собой.

По И. В. Комару, ресурсный цикл – это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества природы (или группы веществ), которые происходят в процессе использования этого вещества (или группы веществ) человеком, включая их выявление, подготовку к освоению, извлечение из природной среды, переработку, потребление и конечное возвращение после использования в природу [2, с. 81].

В самом обобщенном виде И. В. Комар выделил в составе общественного звена общеземного круговорота веществ следующие шесть основных ресурсных циклов с серией подциклов [3]:

I — цикл энергоресурсов и энергии с подциклами гидроэнергетическим и энергохимическим (рис. 1.1);

II — цикл металлорудных ресурсов и металлов с коксохимическим подциклом;

III — цикл неметаллического ископаемого сырья с подциклами: горнохимическим, минеральных строительных материалов, особо ценных и редких минералов;

IV — цикл лесных ресурсов и лесоматериалов с лесохимическим подциклом;

V — цикл земельно-климатических ресурсов и сельскохозяйственного сырья;

VI — цикл ресурсов дикой фауны и флоры (за исключением охватываемых V циклом) с рядом подциклов, развивающихся на основе биологических ресурсов вод, наземных ресурсов охотничьего промысла, ресурсов полезных растений и других. При этом циклы IV, V и VI отличаются тем, что опираются в своем развитии на возобновляемые природные ресурсы [4].

Рис. 1.1. Примерная типовая схема энергоресурсного цикла (по И. В. Комару).

I фаза — добыча всего  топлива (Т), в том числе угля (У), нефти (Н), газа (Г), разного топлива и попутное извлечение породы (П) из шахт (III) и карьеров (К); II фаза — получение обогащенного топлива (ОТ) и отходов >гащения (X); III фаза А — использование веществ природы в процессе расходования (сжигания) топлива: обогащенное топливо (ОТ), атмосферный воздух (А), включая кислород (К) и воду (В); III фаза Б — трансформированные вещества и энергия: дымовые газы (ДГ), в том числе двуокись углерода (СО2) и прочие выбросы (ПВ), воды и топливные шлаки (ТШ), частично загрязненная вода (В) с учетом потерь от испарения, инфильтрации и т. п., энергия (Э), включая отводимое с водой и дымовыми I ,пами тепло; IV фаза — полезное использование вещества и энергии на (днях транспортировки энергии, ее потребления, переработки отходов и т. п. (в % от вещества и энергии, участвующих в цикле); V фаза — непосредственное возвращение в окружающую среду веществ и энергии, 1 учета используемой их части и доли, вовлекаемой из среды в повторный цикл после естественного или искусственного очищения (в % от вещества и энергии, участвующих в цикле), размеры кружков пропорциональны доле веществ, участвующих в цикле.

Одна из особенностей ресурсных циклов заключается в том, что они различаются по продолжительности. Часть из их относится к кратковременным — например, обеспечивающим непосредственное биологическое функционирование человека. Другие циклы носят характер долговременных, создающих предметы длительного пользования, удерживаемые длительное время в равновесном состоянии, например, в виде орудий труда, капитальных зданий и т. п.

И. В. Комар разработал также региональную структуру   ресурсных циклов, подразделив крупные районы страны на пять типологических групп. Первая из них включила высоко индустриализированные районы с наиболее развитыми средними и особенно конечными стадиями ведущих ресурсных циклов и подциклов (например — Центральный). Вторая группа объединила районы, также обладающие высокоразвитой промышленностью, но отличающиеся большей полнотой стадий ведущих ресурсных циклов, в особенности их начальных стадий, и преобладающим значением циклов, основывающихся на использовании ресурсов земных недр (например, Уральский). Третья группа объединила промышленно-аграрные районы с повышенной ролью цикла земельно-климатических ресурсов полного профиля при одновременном значительном развитии ряда других циклов и отдельных их стадий на базе минерального сырья и топлива (например, Северо-Кавказский). В четвертую группу были включены промышленно-аграрные и аграрно-промышленные районы с еще большим значением развитого цикла почвенно-климатических ресурсов и одновременным наличием других циклов и подциклов преимущественно неполного профиля (например, Среднеазиатский). Наконец, к пятой группе были отнесены малообжитые северные территории страны с распространенными на них преимущественно начальными и средними стадиями циклов, базирующихся на ресурсах биосферы [2, с. 80-84].

На теоретических разработках концепции ресурсных циклов базируется и предложенное Я. Г. Машбицем представление о ресурсно-экспортных циклах в развивающихся странах [5]. По его мнению, в этих странах сложились или находятся в стадии становления следующие шесть РЭЦ: нефтепромышленный, горнометаллургический, горнохимический, земельно-климатический, лесопромышленный и рыбопромышленный[6]. 

1.2 Ресурсный цикл как техногенный круговорот веществ

Расход энергии на одного человека (в ккал/сут.) в каменном веке был около 4 тыс., в аграрном обществе —12 тыс., в индустриальную эпоху — 70 тыс., а в передовых развитых странах конца XX в. — 230— 250 тыс., т. е. в 58—62 раза больше, чем у наших далеких предков [7].

Рост народонаселения требует увеличения продуктов питания, создания новых рабочих мест и расширения промышленного производства. Антропогенный круговорот вещества на Земле в конце XX в. по Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994) представлен на рис. 1.2 [8].

В.А. Черников и др. [9] считают, что с ростом производительных сил использование природно-ресурсного потенциала неуклонно расширяется, происходит формирование и развитие техногенеза. Техногенез — процесс изменения природных комплексов под воздействием производственной деятельности человека, проявляется в преобразовании биосферы, вызываемом совокупностью геохимических процессов, которые связаны с технической и технологической деятельностью людей по извлечению из окружающей среды, концентрации и перегруппировке целого ряда химических элементов, их минеральных и органических соединений.

По Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину [8] общая масса вещества., которое человек перемещает на поверхности планеты в конце XX столетия достигла 4 трлн т в год. Из 120 млрд т (Гт) ископаемых материалов и биомассы, которые мобилизуются мировой экономикой за год, лишь 9 Гт (7,5%) преобразуются в материальную продукцию в процессе производства. Большая часть — около 80% — потребляется и входит в основные и оборотные материальные фонды и резервы всех отраслей мирового хозяйства, т. е. возвращается в основном в производство. Личное потребление людей составляет только 1,5 Гт, при этом более половины этой массы относится к нетто-потреблению продуктов питания. Только небольшая часть последних минует производственный цикл и не требует дополнительных затрат энергии на приготовление пищи.

Рис. 1.2 Глобальный антропогенный материальный (по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994 [8]): двойные стрелки — потоки потребления; одинарные стрелки — потоки отходов и загрязнения среды. Условные обозначения (в кружках): 1 — потребление биомассы; 2 — в химическую продукцию входят минеральные удобрения (0,18 Гт/год) и органическая синтетика (0,12 Гт/год); 3 — указаны брутто-продукты; нетто-потребление продуктов питания составляет 0,9 Гт /год; 4 — имеются в виду все товары (продукты, вещества, материалы, изделия) индивидуального пользования

Человек постоянно вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Модель ресурсного цикла (по Г. В. Стадницкому, Д. И. Родионову, 1996 [10])

В конце XX в. ежедневная потребность населения Земли составляет около 2 млн т пищи, 10 млн м3 питьевой воды, 2 млрд м3 кислорода для дыхания.

В общем объеме потребляемых человечеством природных ресурсов более 70% приходится на ресурсы недр. Из них производится 94% энергоносителей (моторное топливо, топливо для тепловых и атомных электростанций), свыше 90% продукции тяжелой индустрии (прокат труб, конструкционных материалов), около 75% строительных материалов, 60% удобрений и 50% товаров народного потребления непищевого значения.

Минеральные ресурсы также занимают важное место в пищевом потреблении, на их основе изготовляют лекарственные препараты. Подземные артезианские воды, значительная часть которых минерализована, широко используются как в бальнеологических целях, так и для питьевого водоснабжения. Минеральные грязи, термальные водные источники являются прекрасным средством для лечения различных заболеваний.

В современном мировом хозяйстве применяется свыше 250 разновидностей полезных ископаемых. Строительные камни, руды черных и цветных металлов, камни-самоцветы, золото, серебро, нефть, уголь используются с древнейших времен. Ежегодно в хозяйственный оборот вовлекаются новые месторождения традиционных полезных ископаемых, а также их новые разновидности, полезные свойства которых можно использовать с помощью современных технических средств и технологий.

Анализ накопленной добычи полезных ископаемых за истекший период XX в. показывает общую тенденцию прогрессирующего роста объемов добычи [11]. Если в первой половине XX в. объемы мировой добычи полезных ископаемых удваивались через 50 лет, а затем через 400 лет, то начиная с 50-х гг. отмечается быстрое наращивание темпов и объемов добычи: срок усвоения сократился до 14—18лет. В 90-х годах XX в. в мировом хозяйстве добывается ежегодно около 50 млрд т полезных ископаемых. В России в этот период добывалось около 17% нефти, 25% газа, 15% каменного угля, 14% товарной железной руды от всего обьема добычи этих ископаемых. В 2000-х годах этот показатель возрос в 2—3 раза, т.е. из недр извлекается ежегодно 100—150 млрд т минеральных ресурсов. В последние 20 лет XX в. было извлечено из недр 34% суммарной за век добычи угля, около половины всей нефти, более половины естественного газа и более 60% урана.

«Зеленая революция», интенсификация сельскохозяйственного производства стимулирует быстрый рост добычи агрохимических руд. На рубеже века произошла  выемка из недр 69% калийных солей и 55% фосфатных .

Однако, нужно помнить, что богатства недр — полезные ископаемые — относятся к исчерпаемым и невозобновляемым природным ресурсам и их запасы ограничены (табл. 1.1).

Таблица 1.1 Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов [3]

*Запасы, которые могут  быть извлечены с издержками  до 66 долл. на 1 кг содержания оксида урана в урановом концентрате.

А. Е. Ферсман [12] еще в 30-х гг. XX в., имея в виду идею ресурсных циклов, под комплексным использованием сырья подразумевал такую организацию производства, при которой не пропадал бы ни грамм добываемой горной массы, не было бы отходов. Пока же формирующиеся циклы представляют собой главным образом стадии последовательной переработки сырья. Такие циклы называют простыми, линейными. Например, связи по вертикали: лесозаготовка—вывозка леса— лесопиление — деревообработка. Данные циклы уже обеспечивают существенный эффект по сравнению с одиночно расположенными (точечными) предприятиями, и в то же время этот результат будет несоизмеримо выше при развитии не только вертикальных, но и горизонтальных связей. Эти связи могут развиваться на каждой стадии цикла, где образуются отходы. На базе этих отходов формируются производства (лесохимия, производство древесно-стружечных плит и др.). Такой цикл называется сложным. При кооперировании и комбинировании сокращаются экономические издержки производства, а главное, достигается комплексность использования сырья. Динамика их развития может быть представлена следующим образом (рис. 1.5):

Рис. 1.5 Развитие ресурсного цикла [7]

Таким образом, ресурсные циклы будут постепенно преобразовываться (трансформироваться) на основе тех же принципов, что и естественные циклы — взаимосвязи и замкнутости. Данная организация ресурсных циклов получила название безотходных производств, понимаемых как совокупность технологических процессов, из которых отходы одних используются в качестве сырья для других, что обеспечивает их полную утилизацию. Реальным же, на мой взгляд, является переход к малоотходным производствам, характеризующимся максимально возможной утилизацией выбросов производства (лесохимия, производство древесно-стружечных плит и др.). Такой цикл называется сложным. При кооперировании и комбинировании сокращаются экономические издержки производства, а главное, достигается комплексность использования сырья.

1.3 Современные представления  о ресурсном цикле

Ресурсный цикл (РЦ), несмотря на общую схему возникновения (всё из природы) и окончания (всё в природу), отличается от биогенного круговорота веществ (БК) (это непрерывный процесс создания и деструкции органического вещества). Отличительные характеристики БК и РЦ представлены в табл. 1.2.

Ресурсный цикл – сложное, неоднозначное явление и в рациональном природопользовании выступает фундаментальным понятием. Существующие представления о РЦ базируется на проблеме вычленения частных ресурсных циклов по отдельным группам природных компонентов (ПК) и их развитии в зависимости от типа производственных процессов [13].

РЦ представляется в виде потока ПК. Для описания потоков и работы с ними необходима их классификация (табл. 1.3).

Отходы класса потерь – ПК, выступая в виде отходов, не находит применения в других производствах и остается (растворяется) в природной среде невостребованным для дальнейшего использования, вторичное использование нерентабельно.

Отходы класса вторичных ресурсов – ПК, выступая в виде отходов, превращается во вторичное сырьё и многократно (более одного раза) участвует (также с потерями) в последующих РЦ и входит в состав новой продукции.

Теоретическая база потока ПК по РЦ представляется аксиомами, теоремами, законами и закономерностями (табл. 1.4).

Таблица 1.2 Отличительные характеристики БК и РЦ [13]

Таблица 1.3 Классификация потоков ПК по РЦ [13]

Таблица 1.4 Теоретическая база потока ПК по РЦ [13]

Примечание. * Каким бы образом не начинался ресурсный цикл как поток ПК, его окончание от него не зависит. Тому есть ряд причин.

Во-первых, окончание РЦ возможно по трём возможным сценариям [13]:

- ПК, выходя из потока, безвозвратно теряется по различным причинам на всех трансгрессиях ресурсного цикла;

- ПК, выступая в виде отходов, не находит применения в других производствах и остается в природной среде невостребованным для дальнейшего использования – те же потери (отходы класса потерь), но требующие определенных мероприятий и дополнительных затрат и сопутствующих потерь ПК по их обезвреживанию и складированию;

- ПК, выступая в виде отходов, превращается во вторичное сырье и многократно (более одного раза), с потерями же, участвует в последующих трансгрессиях и входит в состав новой (далекой от первоначальной) продукции – конечного устройства или предмета (отходы класса вторичных ресурсов); при этом начало ресурсного цикла не может влиять на развитие ПК и на сценарий выхода его из РЦ.

Во-вторых, по мере движения потока ПК по ресурсному циклу он подвергается различной глубине трансгрессии, определяемой только необходимостью потребителей конечной продукции, в состав которой входит тот или иной ПК. В составе этой продукции аналогичные ПК могут существовать от дней до сотен лет, всё зависит от назначения продукции. На ход такого положения дел начало потока ПК по РЦ не влияет, так как использование ПК подчинено ветвящемуся (в случае потока ПК по РЦ, исходя из примечания, – фрактальному) процессу.

Точно так окончание РЦ не влияет на его начало (за исключением « тянущей» роли всей системы народного хозяйства – см. ниже). Здесь в основном подтверждается технологическая версия последовательности РЦ. При экономическом подходе можно говорить, что объемы (массы) потребления данного ПК могут повлиять на показатели добываемых или заготавливаемых природных компонентов, но сам характер взаимодействия начала и окончания потока ПК по ресурсному циклу остается независимым.

* * И в первом, и во втором случаях наличествуют потери ПК, постоянно изменяющие объемные и стоимостные характеристики их потока. Таким образом, поток ПК по РЦ превращается не в запас, а лишь в ожидание, находясь в постоянном движении за счет изменений, вызванных постоянно действующим законом потерь ПК по ресурсному циклу.

Под стадией РЦ понимается некоторая его часть, характеризующаяся определёнными количественными и качественными показателями, присущими именно данной стадии. Стадии в целом составляют РЦ, поэтому некоторые показатели могут быть сквозными, а другие, изменяясь до пороговых, переходить в показатели последующей стадии.

В РЦ выделяют два типа стадий. ПК, двигаясь по РЦ, неоднократно транспортируется, перерабатывается, складируется и хранится (распределительные стадии) в то время, как его добыча, нахождение в эксплуатации в составе конечной продукции и после эксплуатационное состояние (в составе отходов) – одноразово (компактные стадии). Таким образом, РЦ можно разбить на 6 отдельных естественных стадий.

Кроме того, в зависимости от глубины переработки выделяются стадии:

• первого порядка – первичная переработка ПК, связанная в основном с добычей (заготовкой);
• второго порядка – переработка ПК, приводящая к созданию « начального товарного вида» ;
• третьего порядка – процесс переработки « начального товарного вида» ПК до выпуска конечной, готовой продукции.

Каждая стадия РЦ характеризуется показателями, основные их которых: