Горнодобывающая промышленность. 
Прикладная экология. В 2 т. Том 2

Структура данного промышленного комплекса может быть представлена в узком (только горнодобывающий комплекс отраслей промышленности) и широком (вместе с комплексом отраслей, перерабатывающих ресурсы недр) видах (рис. 92). Размещение конкретных предприятий вышеуказанных комплексов крайне неравномерно вследствие целого рада причин, как природных, так и технологических, социально-экономических и даже военно-политических. Но одну основную закономерность размещения нельзя не отметить: 90% сырья добывается за Уралом, а 90% его потребителей расположены до Урала, что создает целый рад транспортных, экономических и социальных проблем. Схема расположения уникальных месторождений России подтверждает данный тезис. Основной поток экспорта горнодобывающей промышленности также ориентирован на Запад и заставить его хоть в какой-то мере переориентироваться на Восток — одна из важнейших стратегических задач России. Россия экспортирует 41—45% добываемой в стране нефти, 30—35% производимых нефтепродуктов, 30—33% газа, 25% железных руд, практически все свинцовое сырье (ввиду отсутствия необходимых мощностей по выплавке свинца), большую часть вольфрамового сырья, значительную часть цинковых и апатитовых концентратов и т. д. Россия занимает лидирующее положение среди стран-экспортеров по алюминию, никелю, меди, металлам платиновой группы и алмазам, что оказывает существенное влияние на мировую конъюнктуру (Н. В. Пашкевич, Л. И. Исеева, А. А. Федченко, 2014). Объем, экспорт и доля России в производстве важнейших видов минерального сырья отражены в рис. 93 и табл. 96. Каждая отрасль и САВ, ее составляющие, характеризуются своими экологическими особенностями, которые мы попытаемся кратко описать. Более подробную экологическую характеристику отраслей и конкретных производств можно найти в курсах инженерной или промышленной экологии.

Для шахт, рудников, карьеров и прочих мест добычи полезных ископаемых ввоз химических элементов и веществ невелик. Зато сами предприятия являются поставщиками огромных масс химических элементов и веществ, находящихся в минеральной и изоморфной формах. Загрязнение среды происходит также за счет побочных продуктов производства, поступающих в жидком виде (например, при откачке вод), а также в коллоидной и сорбированной формах.

Зоны отвалов и хвостохранилищ представляют собой огромную массу перемещенных минеральных соединений, и хотя они соответствуют определенным природным ассоциациям, зачастую находятся в условиях, не соответствующих условиям их образования и существования. В частности, как отмечает В. А. Алексеенко (2000), значительная часть их образовалась в восстановительных условиях, но, попав в кислородную обстановку, они начинают окисляться: например, пирит в процессе окисления образует серную кислоту, которая, реагируя с другими породами и сульфидами металлов, может стать причиной образования ядовитого сероводорода. Кроме сероводорода при окислении пород часто образуется оксид углерода, а также выделяется тепло, что может привести к возгоранию углистых веществ отвалов. Наиболее действенный способ рекультивации подобных зон — создание на них искусственных форм рельефа (террас, склонов и др.) с относительно плодородными почвами, а также травосеяние и лесопосадки (или посадка кустарников, цветов и др.). Добыча руд различных металлов вместе с металлургическим производством образуют особое горно-металлургическое производство, характеризующееся комплексностью и сильным воздействием на все геокомпоненты. Типы воздействия горно-металлургического производства на окружающую среду отражены в табл. 97.

Важнейшим составляющим звеном горнодобывающего и перерабатывающего ресурсы недр комплекса является топливно-энергетический комплекс — ТЭК. Размещение объектов ТЭК крайне неравномерно (рис. 94), но общая закономерность здесь та же, что и для сырья в целом: основные энергические ресурсы (нефть, газ, уголь, гидроэнергоресурсы, уран) расположены на востоке страны, а основные потребители — на западе, поэтому сеть трубопроводов и ЛЭП в нашей стране одна из самых протяженных в мире.

Рис. 92. Структура горнодобывающих и перерабатывающих ресурсы недр комплексов на территории РФ (по А. А. Смыслову и др., 2002)

Рис. 93. Удельный вес России в мировом экспорте топлива и продукции горнодобывающей промышленности, % (по И .Н. Буценко, А. А. Ериминой, 2016)

Таблица 96

Доля России в мировом экспорте отдельных минеральных продуктов в 2010—2014 гг., % (по И. Н. Буценко, А. А. Ериминой, 2016).

Таблица 97

Классификация типов воздействия горно-металлургического производства на природную среду (по А. С. Степановских, 2003).

Рис. 94. Основные объекты топливно-энергетического комплекса России (по А. А. Смыслову и др., 2002)

К основным экологическим проблемам, связанным с угольной промышленностью, которая представлена в Российской Федерации 192 угольными предприятиями, в том числе 71 шахтой и 121 угольным разрезом, относят: а) изъятие из землепользования и нарушение земель; б) истощение водных ресурсов и нарушение гидрологического режима подземных и поверхностных вод; в) загрязнение подземных и поверхностных вод; г) загрязнение воздуха твердыми и газообразными вредными веществами; д) загрязнение литосферы отходами добычи и обогащения угля и сланца (И. И. Мазур, О. И. Молдаванов, В. Н. Шишов, 1996). Совокупная производственная мощность угольных предприятий составляет 408 млн т угля, более 80% которого добывается в Сибири. Негативные экологические последствия угледобывающего производства отражены на схеме (рис. 95), а их абсолютные значения показаны в табл. 98. Для каждого угольного бассейна характерны свои особенности воздействия на среду: например, в Донбассе важнейшая проблема — тушение горящих отвалов, в Канско-Ачинском бассейне и Кузбассе — сокращение удельной землеемкости горных работ и рекультивация земель. Проблема рекультивации большой по площади территории нарушенных земель (открытым способом добывается около 72% угля, данные на 2015 г.) особенно актуальна для углеи сланцедобывающей промышленности (табл. 99). За период с 2000 г. по 2015 г. производство подземным способом выросло с 90,9 до 103,7 млн т, а открытым — увеличилось более, чем на 100 млн т с 167,5 до 269,7 млн т. Неблагоприятная динамика характерна для двух целевых экологических индикаторов: уровень рекультивации земель и уровень размещения отходов производства во внешних отвалах, что обусловлено опережающим развитием открытого способа добычи угля и увеличением глубины разработки.

Рис. 95. Негативные экологические последствия угледобывающего производства (по А. А. Смыслову и др., 2002)

Таблица 98

Показатели совокупного техногенного воздействия угольных предприятий на окружающую среду (по А. А. Смыслову и др., 2002).

Нарушения и рекультивация земель в углеи сланцедобывающих регионах России (по А. А. Смыслову и др., 2002 с дополнениями и уточнениями по «0 состоянии…, 2015).

Таблица 99

В районах нефтеи газодобычи (и даже вододобычи) в окружающую среду резко возрастает поступление углеводородов, значительная часть которых концентрируется в почвах, а также поверхностных и подземных водах. Обычно они входят в состав буровых растворов и шлама, но возможен их интенсивный выброс в среду в результате аварий. Кроме того, при добыче нефти часто вместе с нефтью извлекают высокоминерализованные попутные воды. Нельзя сбрасывать со счетов и весьма значительные выбросы в атмосферу (около 1181 тыс. т в 2015 г. в РФ только пятью крупнейшими нефтедобывающими компаниями: из них 48% — углеводороды, 32% — оксид углерода и 20% — твердые вещества), особенно при сжигании попутного газа в процессе добычи нефти (утилизируется в среднем 87,1% газа от извлекаемого; рекордсменом по использованию попутного газа является ОАО «Сургутнефтегаз» — 99,38%). В компаниях «Лукойл», «Славнефть» и «Татнефть» в 2015 г. заметно сократились валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух по сравнению с 2014 г.: «Славнефть» — на 28%, «Лукойлнефть» — на 20%, «Татнефть» — на 95%. В тоже время в «Башнефть» выбросы загрязняющих веществ значительно выросли — на 68% (О состоянии…, 2015).

При добыче газа наибольший вред представляют выбросы в атмосферу (862,8 тыс. т в год: из них 28,1% — оксид углерода, 25,1% — углеводороды, 7,1% — оксиды азота и 5,3% — диоксид серы). Но в целом вклад нефтяной и газовой промышленности в общее загрязнение атмосферы не столь велик: газовая поставляет 1/25 часть всех выбросов от стационарных источников РФ, нефтяная — 1/12 часть. Еще меньше доля этих отраслей в общем объеме сточных вод и забора воды — она колеблется от долей процента до 1—2%. Но следует отметить, что нефтеи газодобывающие предприятия для строительства своих объектов изымают значительные земельные ресурсы, а после прекращения их эксплуатации они непригодны для дальнейшего использования вследствие своей нарушенности и загрязненности (рис. 96). Только в ПАО «Газпромнефть» и «Башнефти» за 2015 год площадь нарушенных земель увеличилась почти на 69%. Но, если в ПАО «Газпромнефть» площадь рекультивированных земель увеличилась в 2015 г. почти в 4 раза, то в «Башнефти», наоборот, площадь рекультивированных земель 2015 г. сократилась почти в 2 раза. Кроме того, в ПАО «Газпромнефть» в 2015 г. более чем в 5 раз сократилась площадь загрязненных земель (О состоянии…, 2015).

Отметим, что особенно стремятся рекультивировать использованные земли газодобывающие предприятия — доля таких земель может достигать 1/3. Хорошо еще, что основные районы нефтеи газодобычи располагаются в нашей стране в малонаселенных и малопригодных для сельскохозяйственных, рекреационных и прочих целей регионах Крайнего Севера; в черноземной полосе России нефтяникам и газовикам пришлось бы «бороться» за каждый гектар используемой ими земли. Но эти же «достоинства» затрудняют добычу нефти и газа, повышая их себестоимость. К подобным затрудняющим добычу условиям, например, в Западной Сибири, где добывается 60% российской нефти и почти 90% газа (второе место у Урало-Поволжья — 24%), относятся:

а) высокая заболоченность и заозеренность (80—90%); б) низкие зимние температуры воздуха (до -60 °С); в) затопляемость паводковыми водами; г) высокая пластовая температура (до 90 °С), содержание механических примесей (более 1 г/м³) и многое другое. Наибольший прирост в добыче нефти за 2016 г. демонстрируют Восточная Сибирь и Северо-Запад (более, чем на 8%). Даже в Западной Сибири в 2016 г. после 6 лет спада был зарегистрирован прирост добычи на 1,6 млн т за счет ввода в строй новых крупных месторождений — Новопортовского, Мессояхского, Ярудейского (по данным VYGON Consulting, 2017). Всего за 2016 г. было открыто 47 новых нефтяных месторождений и 1 — газовое.

Рис. 96. Техногенез нефтегазодобывающей системы (по Н. С. Минигазимову, 2000)

Воздействуют на окружающую среду и последующие после добычи стадии производства — сбор и переработка нефти (рис. 97). Хотя следует отметить, что в России добывается в 2—3 раза больше нефти, чем перерабатывается, — около 40% добытой нефти экспортируется. Нефтепереработка в нашей стране характеризуется еще не слишком высокой глубиной переработки (до 79,2%, тогда как в Европе — более 80%) и ее высокой себестоимостью. Активный запуск на нефтеперерабатывающих заводах России комплексов глубокой переработки — гидрокрекинга, каталитического крекинга — позволил повысить среднеотраслевые показатели глубины переработки в 2016 г. (из доклада А. Р. Шахназарова, 2017). Главную роль в загрязнении среды на данном этапе производства играли аварийные разливы нефти, связанные главным образом с техническим состоянием оборудования (моральный износ и коррозия металла — причина 96,2% аварий) (А. А. Смыслов и др., 2002).

Рис. 97. Источники нарушения и загрязнения окружающей среды при сборе и переработке нефти (по А. А. Смыслову и др., 2002)

При добыче питьевых, технических и минеральных вод значительная часть их поступает на поверхность, что приводит к поднятию уровня подземных вод и последующему засолению почв.

Топливные отрасли ТЭК в итоге замыкаются на производство электроэнергии, т. е. электроэнергетику. Экономические показатели электроэнергетики России и структура потребляемого ею топлива отражены в табл. 100. Но нас в первую очередь интересуют экологические особенности электроэнергетики и ее отдельных САВ — типов электростанций (ЭС). В частности, из-за тепловых ЭС общие выбросы в атмосферу от предприятий электроэнергетики остаются достаточно высокими (табл. 101 и 102). Можно рассчитать ущерб окружающей среде от ТЭС в денежном выражении: стоимость ущерба от выброса 1 т СО в зависимости от региона составляла 70—100 руб. (в ценах 1991 г.), пыли — 120—180 руб., S0₂— 135—200 руб., углеводородов (С_ХН_Х) — 180—280 руб., NO_x— 200—300 руб. (А. В. Дончева и др., 1992). Наряду с транспортом ТЭС остаются одним из основных источников загрязнения атмосферы (около четверти общего количества выбросов всей промышленности РФ; а, например, в США на долю энергетики приходится одна седьмая общего количества загрязнений, поступающих в атмосферу, транспорта — 60%, на долю остальной промышленности — 17%, на долю отопления и уничтожения отходов — 9% (В. В. Дмитриев, Г. Т. Фрумин, 2004)), даже несмотря на перевод котлов с угля и мазута на газ. По данным Международного энергетического агентства (бюллетень от ноября 2016 г.) на производство и потребление энергии приходится свыше 99% выбросов SO_x и NO_x, а также 85% выбросов твердых веществ.

Таблица 100

Структура установленной мощности электростанций объединенных энергосистем и ЕЭС России на 01.01.2017.

(по «Отчет о функционировании ЕЭС России в 2016 году», 2017).

Таблица 101

Динамика воздействия ТЭК на окружающую среду России (по П. А. Щинникову, 2011).

Таблица 102

Доля ТЭК в воздействии на окружающую среду России (по П. А. Щинникову, 2011).

Источники химического и теплового загрязнения в энергетике — термохимические реакции, связанные с сжиганием топлива и попутными термическими и химическими процессами и утечками, определяющими эмиссию диоксида углерода, паров воды и теплоты. Попутные реакции, определяющие эмиссию других загрязнителей, связаны с содержанием различных примесей в топливе (особенно серы), с термоокислением азота воздуха и прочими вторичными реакциями. При сжигании топливо превращается на ТЭС в твердые, жидкие и газообразные отходы, чье количество зависит от типа топлива и его качества (состава и количества примесей), а также от типа топочных агрегатов. Отметим, что термохимические реакции, связанные со сжиганием топлива и сопровождающие работу ТЭС, промышленных печей, двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных и реактивных двигателей, доменные, мартеновские и конвертерные процессы в металлургии, процесс обжига минерального сырья (коксохимическое и прочие производства), обусловливают почти 100% теплового и до 85% химического загрязнения атмосферы, а также — до 35% токсичного загрязнения поверхности земли (в том числе и радиационного) и поверхностных вод. По данным Аналитического центра при Правительстве РФ (бюллетень от августа 2017 г.), из 17,3 млн т загрязняющих веществ, попавших в 2016 г. в атмосферу от стационарных источников (всего — 31,6 млн т, от передвижных источников — 14,3 млн т): 33% выбросов дала обрабатывающая промышленность; 28% — добыча полезных ископаемых; 21% — производство и распределение электроэнергии, газа и воды; 11% — транспорт и связь. В целом, отмечает Агентство, выбросы от стационарных источников сокращаются в России с 2013 г., а с 2008 г. сократились на 13,7%. Этому способствовали: 1) вывод из производственной деятельности «старых и грязных» производств; 2) модернизация производства и инвестиции в охрану окружающей среды и рациональное ресурсопользование (с 2000 г. по 2016 г. выросли в 5 раз); 3) эффективная система платежей за негативное воздействие на окружающую среду; 4) снижение мировых цен на ряд экспортируемых товаров (нефть, металлы и др.).

В число наиболее крупных источников загрязнения атмосферы входят следующие ЭС (точнее, ГРЭС — государственные районные электростанции): Троицкая ГРЭС (Челябинская обл.), Ревдинская ГРЭС (Екатеринбургская обл.), Новочеркасская ГРЭС (Ростовская обл.), Рязанская и Черепецкая ГРЭС (Тульская обл.) (И. И. Мазур, О. И. Молдаванов, В. Н. Шишов, 1996).

По мнению А. А. Смыслова и соавторов (2002), по степени увеличения экологического воздействия на окружающую среду все ЭС можно расположить в следующий ряд: 1) ТЭС, работающие на газе; 2) гидроэлектростанции; 3) атомные электростанции (в случае безаварийной работы); 4) ТЭС, работающие на мазуте и других нефтепродуктах;

5) ТЭС, работающие на угле и горючих сланцах (максимальный выброс С0₂ и твердых частиц).

В 2016 г. выработка электроэнергии электростанциями России по данным Минэнергетики РФ, включая производство электроэнергии на электростанциях промышленных предприятий, составила 1071, 8 млрд кВт • ч (увеличение производства электроэнергии за год составило 2,1%), в том числе производство электроэнергии на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях составило: ТЭС — 628,0 млрд кВт • ч, 58,6% (увеличение производства на 0,2%); ГЭС — 186,7 млрд кВт • ч, 17,0% (вместе с СЭС (солнечными) и ВЭС (ветровыми)) (увеличение производства на 9,8%); АЭС — 196,4 млрд кВт • ч, 18,7% (увеличение производства на 0,6%). Еще 5,7% э/э произвели электростанции промышленных предприятий. Структура установленной мощности электростанций объединенных энергосистем и ЕЭС России на 01.01.2017 отражена в табл. 100.

Самые значительные изменения произошли в структуре потребляемого ТЭС топлива. В структуре расхода топлива на ТЭС России в 2016 г. доли основных видов котельно-печного топлива — газа и угля — составили 72,6% и 25,6% соответственно. Доля нефтетоплива в структуре расхода топлива на ТЭС России составила всего 1,7%, хотя еще в 2000 г. она была почти на порядок больше. Доля прочих видов топлива (в основном торфа) в структуре расхода топлива на ТЭС России минимальна (0,1%). Структура расхода топлива на ТЭС России сформирована двумя основными видами топлива — газом и углем, но в пределах разных регионов имеет принципиальные отличия: а) на ТЭС в европейской части России, включая Урал, газ является либо монотопливом (в Приволжском и СевероКавказском федеральных округах), либо доминирующим видом топлива;

6) на ТЭС в Сибирском федеральном округе доминирует уголь, в Дальневосточном — доли угля и газа в структуре расхода топлива на ТЭС относительно сопоставимы (преобладает уголь). Торф, используемый на Кировской ТЭЦ-4, формирует долю прочих видов топлива в структуре расхода топлива на ТЭС Приволжского федерального округа (0,2 ч- 0,3%) (Отчет о функционировании электроэнергетики за 2016 г., 2017).

Каждому типу ЭС присущи свои воздействия на окружающую среду, которые отражены на рис. 98. Например, гидроэлектростанции, несмотря на отсутствие выбросов в атмосферу и сбросов сточных вод, оказывают такие серьезные воздействия, как выведение из землепользования большого количества плодородных земель; затопление поселений и перспективных для добычи полезных ископаемых территорий (а также леса, торфа и многого другого); повышение уровня грунтовых вод и последующее засоление или заболачивание почв; существенное изменение микроклимата; эвтрофикация водоемов вследствие затопления и разложения наземной растительности; усложнение условий для нереста рыб; активизация эрозионных и абразионных процессов; активизация тектонических подвижек земной коры и т. д. Но есть и положительные стороны сооружения плотин ГЭС: регуляция стока и снижение опасности наводнений; улучшение условий судоходства; обеспечение водой для полива сельхозугодий; улучшение рекреационных условий и дополнительные возможности для рыборазведения и рыболовства и т. д. Поэтому нельзя однозначно говорить только о вреде ГЭС, которые еще сравнивают с «тромбами в кровеносной системе природы», тем более что вред можно существенно снизить при переходе от создания крупных и крупнейших ГЭС к малым и средним, особенно в малообжитых и энергодефицитных районах. Последняя крупная ГЭС — Богучанская была введена в строй в 2014 г. и располагается в подобном районе. Есть свои достоинства и у атомной энергетики, чьи 53 предприятия также широко разбросаны по стране.

С экологических позиций наиболее предпочтительной видится стратегическая линия на увеличение производства электроэнергии за счет возобновляемых источников энергии (ВИЭ): прогнозируется ее рост с 23% в мировом энергобалансе в 2015 г. (с учетом гидроэнергии) до 28% в 2021 г., а также использование энергии термоядерного синтеза (см. гл. 11). В 2015 г. впервые в истории новые установленные мощности возобновляемых источников энергии превзошли ископаемые энергоносители, следует из доклада Международного энергетического агентства (IEA): суммарная установленная мощность «зеленой» энергии превысила 153 ГВт, около 55% общей установленной мощности. В основном это произошло за счет ветряных (63 ГВт) и солнечных станций (49 ГВт). Центр развития «зеленой» энергетики переместился из Евросоюза в развивающиеся страны — Мексику и Индию, а в России прорывов ждать не приходится — к ветровой и солнечной энергии до сих пор относятся с предубеждением, хотя положительные сдвиги есть (табл. 103). Составляющие и перспективы возобновляемых источников энергии в мировой энергетике отражены на рис. 99 и 100. Возобновляемые источники энергии в период до 2040 г. по прогнозу развития энергетики мира и России до 2040 г. (ИНЭИ РАН и Аналитического Центра при Правительстве РФ, 2014) будут демонстрировать самые высокие темпы роста среди всех энергоносителей. При общем повышении спроса на энергию на 47%, в рассматриваемый период потребление ВИЭ увеличится на 93%, а доля всех ВИЭ в мировом энергобалансе вырастет с 13 до 17%. В данном прогнозе ВИЭ включают биомассу (биоэтанол, биодизель, древесину, пеллеты), гидроэнергию, отходы, биогаз, свалочный газ, энергию солнца, ветра, приливов, геотермальных источников, волн и пр.

Рис. 98. Особенности воздействия на окружающую среду различных ЭС: А — ТЭС, Б — АЭС и В — ГЭС (по Ф. Н. Скалкину, 1981):

А — схема взаимодействия ТЭС и окружающей среды: ПГ — парогенератор, Т — турбогенератор, К — конденсатор, РВП — регенеративные водоподогреватели, КН, ПН, ЦН — конденсатные, питательные и циркульные насосы, Г — электрогенератор, ТП — трансформаторные подстанции, ЛЭП — линии электропередач, МО — мобильное охлаждение; Б — схема взаимодействия АЭС и окружающей среды: Р — ядерный реактор, БГ — блок генератора, р.о. — радиоактивные отходы; В — схема локальных воздействий ГЭС на окружающую среду: G_aKK — вода, аккумулированная в водохранилище, G_yx — вода, уходящая через плотину, G_oc — вода, поступившая с осадками, G_Hcn — вода, испарившаяся с поверхности водохранилища Производство энергии из возобновляемых источников в России (по данным администрации субъектов РФ), тыс. т н.э. (О состоянии…, 2016).

Таблица 103

Рис. 99. Перспективы развития возобновляемых источников энергии (по Energy Technology Perspectives. Scenarios & Strategies to 2050. International Energy Agency, 2008).

Рис. 100. Вклад различных первичных источников энергии в глобальное потребление энергии в 2013 г. (по данным REN21).

Но кроме производства с экологических позиций важен вопрос о рациональном использовании полученной энергии. Если меньше потреблять энергии на производство единицы продукции, то и общая нагрузка на окружающую среду снизится. К сожалению, нашей стране здесь похвастаться нечем: энергоемкость на единицу ВВП в России больше, чем в развитых странах в 2—3 раза и причины этого заключаются не только в невыгодном северном местоположении Российской Федерации.

По данным BP Statistical Review of World Energy 2017, совокупный объем выбросов углекислого газа в мире в 2016 г. достиг 33,4 млрд т, что всего на 0,1% выше уровня 2015 г. и является большим достижением для всего мира. Увы, но Россия занимает 4-е место среди стран мира по выбросам С0₂ и в 2016 г. объем ее выбросов углекислого газа составил 1,5 млрд т. Россия занимает 4-е место в мире по выбросам углекислого газа (4,5% от совокупного мирового объема), уступая лишь Китаю — 27,3%, США — 16,0% и Индии — 6,8%, опережая Японию (3,6%).