Круговая промышленность: Отходы = Входные материалы
Поделиться
Серия: Горное дело & материалы • Часть 12 из 14
Циркулярная промышленность: отходы = вход
Мы спроектировали кампус как живой организм: тепло — это пища, вода — кровь, а «отходы» — сосед по комнате с работой. В этой части мы прокладываем цепи — металл, тепло, вода, газы, минералы — чтобы соседи кормили соседей и ничего не терялось.
Сегодняшняя миссия
Свяжите каждый побочный продукт с покупателем по соседству.
Опубликуйте заранее рассчитанные размеры циклов.
Докажите, что кампус может быть тихим, чистым и полезным для своего города.
Почему циркулярность (сначала физика, потом романтика)
Мы не «компенсируем» — мы взаимосвязаны. Те же электроны (Часть 3), что плавят металлы (Части 4–6), также запускают насосы, печи (Часть 9) и дата-центры (Часть 11). Это позволяет нам целенаправленно направлять тепло, воду и побочные продукты: каждый выход — это меню, и весь кампус голоден.
- Короткие циклы выигрывают: перемещение тепла на 80 м дешевле, чем транспортировка топлива на 800 км.
- Стандартные порты: MEC‑48/96 обеспечивают быструю замену (Часть 10).
- Чистые поставки, а не отходы: хвосты/кирпичи/блоки остаются локально (Части 1, 8, 9).
Материальные циклы (отходы, стеклобой и прочие)
Металлы
- Сталь: EAF переплавляет отходы с наших и клиентских заводов. Типичный замкнутый цикл отходов: 20–35% от выпуска.
- Алюминий: переплавка возвращает <10% энергии первичного производства; поддерживайте чистый поток отходов по сплавам (Часть 6).
- Медь: измельчение & очистка брака → ER → катод 99,99%; шлак возвращается к анодам.
Стекло & кремний
- Стеклобой: 20–35% партии по массе; снижает энергозатраты и износ печи (Часть 9).
- Обрезки PV: возвращаются в стекольную партию или алюминиевые рельсы; ячейки идут к специализированным переработчикам; мы проектируем для разборки (Часть 3).
Упаковка & поддоны
Многоразовые стальные/алюминиевые поддоны с прикручиваемыми углами. Они возвращаются на обратных рейсах, сканируются и используются снова. Картон выполняет одну задачу: защищать оптику, затем попадает в бумажный цикл.
Тепловые контуры (без шлейфа, только соседи)
Источники (типичный кампус)
| Единица | Класс | Восстановимый | Заметки |
|---|---|---|---|
| Отработанный газ и кожух дуговой печи | Средний/Высокий | ~8–15 MWth | К пару, сушилкам |
| Отжиг/закалка стекла | Низкий/Средний | ~6–12 MWth | К сушилкам, зданиям |
| Зал электрорафинирования | Низкий | ~1–3 MWth | Воздухо-водяные змеевики |
| Стойки вычислительной техники (Часть 11) | Низкий | ~18–20 МВт тепла | Жидкостной контур 45–60 °C |
Точки поглощения тепла (где тепло "зарабатывает на жизнь")
- Сушилки продукции (руда, кирпичи, покрытия)
- Горячее бытовое водоснабжение и отопление, вентиляция и кондиционирование зданий
- Этапы процесса низкой температуры (маринование, мойка)
- Районный контур к городскому бассейну, теплицам, прачечным
Правило: ловите всё выше 30 °C. Если поток сегодня не нужен, сохраните его или перенесите на 80 м к тому, кто улыбается.
Водяные контуры (по умолчанию закрытые)
Анатомия сети
- Сырьё → процесс → полировка → рециркуляция; сброс в блоки/связующие.
- Дождь с PV лугов питает пополнение; озеро сглаживает сезоны (Часть 1).
- Разделяйте чистые/грязные контуры, чтобы чистое оставалось чистым.
Плановые показатели
| Линия | Коэффициент рециркуляции | Пополнение | Заметки |
|---|---|---|---|
| Охлаждение металлов | ~90–98% | ~2–10% | Закрытые башни/HEX |
| Стекло & coaters | ~85–95% | ~5–15% | Фильтры + RO |
| Батарейные металлы | ~80–95% | ~5–20% | Зависит от маршрута выщелачивания |
Сброс минерализует блоки (Часть 9), а не попадает в реку.
Газы и реагенты (управляют химией)
Побочный продукт → Продукт
| Из | Становится | Используется |
|---|---|---|
| Доменный SO₂ (медные сульфиды) | H₂SO₄ (серная кислота) | Лечебные цеха (батарейные металлы) |
| LC³ e‑calciner CO₂ | Поток CO₂ | Углекислотное отверждение блоков |
| Вычисление насосов и приводов | Низкопотенциальное тепло | Сушилки • HVAC • Теплицы |
| Тонкие частицы из стеклянных фильтров | Мелкий кремнезем | Связующие смеси • блоки |
Контроль реагентов
- Предпочитать сульфатные, аммиачные и карбонатные системы с известными замыканиями.
- Закрывать пути пара; очищать в продукт (кислотный/щелочной), а не выпускать в атмосферу.
- Проектирование нейтрализации для получения продаваемых твердых веществ, а не загадочной грязи.
Откуда именно берётся CO₂ для отверждения?
Из электрического кальцинара (Часть 9): известняк в LC³ выделяет CO₂ при контролируемой температуре. Поскольку печь герметична и электрическая, мы улавливаем и сжимаем этот поток для отверждения блоков и панелей. Короткий цикл, без дымовой трубы.
Минеральные побочные продукты → продукты (ничего не теряется)
Шлаки ЭАФ и плавильных печей
- Сита и магнит: крупное → основа для дорог, мелкое → смесь вяжущего (с LC³).
- Выдержка/паровая обработка для фиксации свободной извести; сертификация как любого материала.
Концентратор и хвосты
- Песчанистые хвосты в прессованные блоки (Часть 9), отверждаемые CO₂.
- Глинистые мелкие частицы в обожжённую глину для LC³ (Часть 9).
Но это безопасно?
Мы перерабатываем только инертные, проверенные потоки с непрерывным контролем качества. Всё, что не поддаётся обработке, становится стабилизированным, облицованным монолитом — и мы продолжаем сокращать эту категорию.
Журнал цикла кампуса (предварительно рассчитанный)
«Один гига‑тонный кампус» — пример связей (установившееся состояние)
Примерно: сталь 1 млн т/год • стекло 1 млн т/год • химикаты для аккумуляторов 0.1–0.3 млн т/год • вычисления 20 МВт.
| Цикл | Поток | Из | В | Примечание |
|---|---|---|---|---|
| Стальной лом | ~0.25 млн т/год | Мельницы/клиенты | EAF | 25% возврат по замкнутому циклу |
| Алюминиевый лом | ~0.12 млн т/год | Экструзии | Переплав | Переплав с низким энергопотреблением |
| Стеклобой | ~0.25–0.35 млн т/год | Стекольные линии | Партия для плавки | 20–35% партии |
| H₂SO₄ | ~0,2–0,5 Мт/год | Медеплавильный завод | Цеха выщелачивания | SX/EW и полировка |
| CO₂ | ~0.05–0.12 Мт/год | Кальцинатор LC³ | Отверждение блоков | Короткозамкнутый газ для отверждения |
| Низкопотенциальное тепло | ~30–40 MWth | Вычисления и линии | Сушилки/ОВК | Цикл 45–60 °C |
| Технологическая вода | ~85–95% переработка | Все линии | Водная сеть | Пополнение за счёт дождя и озера |
| Шлак/песок для блоков | ~0.2–0.6 Mt/yr | Мельницы/хвосты | Завод по производству блоков | Отвержденный CO₂ |
Значения — это плановые показатели для конкретизации проектов; фактические данные настраиваются по рецепту площадки.
Табло (цели)
- Циркулярность материалов: ≥ 90% внутренне по массе (исключая продукт)
- Рециркуляция воды: ≥ 90% в среднем по контурам
- Улавливание тепла: ≥ 70% от восстанавливаемого низко/среднеградусного
- Отходы на свалку: ≤ 1–3% от общего массового потока, стабилизированы
Преимущества для соседей
- Районное горячее водоснабжение по себестоимости (школы, бассейны, клиники)
- Блоки и панели по цене для местного строительства
- Рабочие места, связанные с обслуживанием и контролем качества — тихие профессии
Предварительно рассчитанные сценарии
Сценарий A — дуэт стали и стекла
Сталь 1 млн т/год + солнечное стекло 1 млн т/год.
| Цикл | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Повторное использование тепла | ~20–30 MWth | EAF & отжиг → сушилки/HVAC |
| Фракция стеклобоя | ~25–35% | Снижает kWh/т плавильщика |
| Возврат лома | ~25–30% | Внутренний и клиентский лом |
| Рециркуляция воды | ~90–95% | Дизайн с двумя контурами |
Сценарий B — медь + металлы для батарей
Медный катод 1 Мт/год + сульфаты Ni/Co 100 кт/год.
| Цикл | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| SO₂ → H₂SO₄ | ~0,2–0,5 Мт/год | Питание выщелачивания • без факелов |
| Тепло ER | ~2–4 МВтт | Воздух→водяные змеевики к сушилкам |
| Рециркуляция воды | ~85–95% | Полировка + RO |
Сценарий C — город, ориентированный на Compute
Вычислить 20 МВт + кирпичи/блоки 0,5 Мт/год + нагрузки сообщества.
| Цикл | Значение | Примечание |
|---|---|---|
| Отработанное тепло в районную сеть | ~18–20 МВт тепла | Подача 45–60 °C |
| Газ для отверждения CO₂ | ~0.05–0.12 Мт/год | Из кальцина LC³ |
| Рециркуляция воды | >90% | Сушилки с тепловым насосом |
Зал данных становится коммунальной службой: тихое отопление зимой, тихое охлаждение летом.
Вопросы и ответы
«Реалистична ли концепция нулевых отходов?»
Нулевой захоронение реалистичен; нулевая масса — нет. Мы проектируем так, чтобы >90% массы оставалось в петлях, 7–9% становилось продуктами для других, а небольшая, плохо поддающаяся контролю часть стабилизировалась и хранилась должным образом — при этом мы продолжаем её уменьшать.
«Что происходит, если петля не работает?»
Мы сохраняем буферы: термальные баки, баки с реагентами и запасы для кварталов. Порты MEC (Часть 10) позволяют быстро перенаправлять потоки. Если сосед спит, хранилище покрывает час/день до его пробуждения.
«Как доказать это соседям?»
Непрерывный мониторинг воздуха, воды и шума с публичными панелями управления. Если линия даёт сбой, тревоги отправляются нам и городу. Доверие — это параметр дизайна, а не пресс-релиз.
Далее — Сообщества вокруг озёр (Часть 13 из 14). Мы спланируем города, которые вырастут вокруг будущих озёр из Части 1 — школы, рынки и дома, которые экономят энергию и наслаждаются видом.