XIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Экологическая урбанистика

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Киреев Д.А. 1

---

1МБОУ СОШ №76

Харченко С.В. 1

---

1МБОУ СОШ №76

Работа в формате PDF

3.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение:

В соответствие с указом президента Российской Федерации от 31.07.2020 N 304- Ф3 было проведено исследование по теме «Экологическая урбанистика».

Цель исследования

Обеспечить экологическую безопасность, модернизировать транспортную и жилую инфраструктуру, тем самым улучшить качество жизни на территории Российской Федерации.

Задачи исследования

1. Теоретически обосновать трансформацию деятельности.

2. Произвести анализ мировых стандартов трансформации деятельности.

3. Разработать методические рекомендации.

Актуальность темы

В России из года в год ухудшается экологическая обстановка. Последствия недостаточного внимания к проблеме могут быть катастрофическими. Речь идет не только о благополучии человечества, но и его выживании. Особенно тревожно то, что ухудшение природной среды может оказаться необратимым.

Загрязнение воздуха выхлопными газами наносит ощутимый ущерб здоровью людей. Из-за загрязнение пластиковыми отходами гибнут животные, ухудшается качество питьевой воды и почвы.Массовое уничтожение лесов отрицательно сказывается на климате и сокращает биоразнообразие и генофонд.

В настоящее время в России требуется немедленная трансформация деятельности в области улучшения экологии населённых пунктов, так как на сегодняшний день Россияне находятся на грани экологической катастрофы, для предотвращения которой практически ничего не предпринимается. В этом и заключается актуальность данного исследования.

Гипотеза

Проводя исследование по выбранной теме, я могу предположить, что при трансформации нынешних технологий градостроения и замене основных материалов при строительстве на синтетические полимеры, бюджет России получит серьёзную экономическую выгоду.

Глава 1. Теоретическое обоснование трансформации деятельности.

В начале исследования мною было основано теоретическое обоснование общей эффективности трансформации деятельности в различных сферах на территории Российской Федерации.

1.1 Теоретическое обоснование улучшения транспортной инфраструктуры.

Одной из наиболее неразвитых сфер в нашем государстве является транспортная инфраструктура. Даже в крупных мегаполисах, не говоря уже о деревнях и сёлах, дороги находятся в аварийном состояние. Администрация физически не способна поддерживать нормальное состояние дорожного покрытия, так как оно очень быстро теряет прочность и приходит в негодность уже через 6-8 месяцев после укладки. Я провёл небольшое исследования касающиеся продолжительности ремонта дороги и срока её эксплуатации. Исследование проводилось в небольшом населённом пункте, а именно в станице Марьянской. В начале Мая здесь начали проводить глобальный ремонт дороги, основные улицы были сделаны за 4 недели, далее дорожные службы приступили к ремонту второстепенных дорог. Асфальт лежавший по основным улицам пришёл в негодность ещё до завершения ремонта второстепенных дорог. Таким образом можно прийти к выводу, что срок службы дорожного покрытия крайне мал, и в нынешних условиях Россия не может поддерживать нормальное состояние дорог. Из-за этого возникают частые дорожно-транспортные происшествия. Решить эту проблему возможно лишь совершением трансформации нынешней технологии укладки дорожного покрытия. Повысив прочность смеси пропадает необходимость регулярного обслуживания и ремонта дорожного покрытия.

Рисунок 1. Укладка пластикового дорожного покрытия.

При замене компонентов дорожного покрытия, а именно замене песка и минеральных компонентов на измельчённый пластик увеличивается прочность, пластичность и повышается износостойкость покрытия, но при этом себестоимость строительства дорог увеличивается на 3%. Ценовая разница в строительстве примерно равна стоимости термической переработки ТБО. Также строительство пластиковых дорог происходит на 70% быстрее. И в последующем они требуют минимального обслуживания. Пластиковые дороги поглощают шум и улучшают сцепление с автомобиля с дорогой.

Для использования нового типа смеси требуется частичная доработка нынешнего оборудования. Потребление электроэнергии останется неизменным, так как электроэнергия, идущая на обработку пластиковых отходов суммарно равна той энергии, которая тратится на добычу песка и минеральных компонентов. Подобные изменения в технологии можно применить и в строительстве тротуаров и велодорожек.

Рисунок 2. Теоретическое обоснование улучшения транспортной инфраструктуры.

1.2 Теоретическое обоснование улучшения транспортной экологии.

В предыдущем исследовательском проекте «Экологические проблемы России» мною была разработана модель молекулярного автомобильного фильтра. Принцип его работы основан на задерживание крупных молекул, содержащихся в выхлопном газе. Основная цель этого устройства уменьшение выброса в окружающую среду вредных веществ, содержащихся в выхлопном газе. Устройство фильтра крайне просто- это цилиндр со съёмным фильтрующим элементом и креплением, позволяющим присоединить устройство к выхлопной трубе.

Рисунок 3. Схема устройства молекулярного фильтра.

Молекулярный автомобильный фильтр самая доступная альтернатива катализатору. Он дешевле в производстве, а на его обслуживание требуется меньшее количество денег. Он решает проблему загрязнения свинцом, из-за которого невозможно вторичное переправление асфальтобетона. Также он уменьшает выброс масел и токсичных веществ, выделяемых двигателем внутреннего сгорания.

Одной из проблем использования катализатора считается значительное уменьшение мощности двигателя из-за чего многие люди, чаще всего молодежь для увеличения мощности двигателя удаляют его. Молекулярный фильтр мощность не уменьшает, но требует регулярной промывки и многие вероятно откажутся от такого нововведения. Поэтому в данном случае будет необходимо ввести закон, обязывающий всех владельцев автомобилей устанавливать его себе на автомобиль. Всё же решить проблему обслуживания можно! Нужно нанять специализированный персонал на автозаправочные станции и станции технического обслуживания, которые будут заниматься прочисткой фильтра. Владельцы таких заведений поддержат инициативу с молекулярными фильтрами так как для них это экономически выгодно.

Рисунок 4. Теоретическое обоснование замены катализатора на молекулярный автомобильный фильтр.

Число автомобилей в России уже превысило число 56 миллионов. Практически все автомобили на территории РФ работают на двигателе внутреннего сгорания, лишь малая часть — работает на электродвигателе. С учётом того, что в среднем легковой автомобиль на 15 литров топлива выделяет 9 литров диоксида углерода. Несложно посчитать что в России за один день выделяется 504 миллиона килограммов диоксида углерода. Следовательно, перед нами стоит острая проблема выброса огромного количества диоксида углерода в атмосферу. Помимо автомобилей атмосферу загрязняют и самолёты. Если запустить в России линию высокоскоростного электропоезда, то потребность в авиаперелётах и авто переездах сократится. В результате исследования я пришёл к выводу, что наиболее эффективным в России будет наземный тоннельный высокоскоростной электропоезд. Концепт такого поезда был разработан мною в рамках данного исследовательского проекта.

Эко-экспресс российский аналог японских инновационных высокоскоростных поездов. За основу были взяты лучшие качества зарубежных технологий. Основное отличие нашего электропоезда — это движение без остановки за счёт технологии отсоединения и присоедините станционного вагона. С учётом того, что поезд будет двигаться без остановки энергозатраты значительно снизятся по сравнению с заграничными аналогами. Снижение энергозатрат позволит уменьшить стоимость ЖД перевозок пассажиров, сделая путешествие более доступным для наших граждан. Из-за того, что состав будет двигаться со внушительной скоростью, необходимо построить ограждение для безопасности пассажиров и людей, находящихся вблизи рельсов. И если мы запустим Эко-экспресс, то внушительно сократим суммарный выброс в атмосферу углекислого газа, сделаем более финансово доступным путешествие по России и разгрузим транспортную инфраструктуру.

Рисунок 5. Теоретическое обоснование запуска в эксплуатацию Эко-экспресса.

1.3 Теоретическое обоснование трансформации сбора и переработки отходов.

В настоящие время на территории Российской федерации практически не развивается программа раздельного сбора мусора с последующей вторичной переработкой. Можно выделить три основные причины этого:

1. Слабое или полное отсутствие финансирования.

2. Безынициативность граждан.

3. Отсутствие экологического воспитания граждан.

Уже сегодня волонтёры небезразличные граждане и предприниматели организовывают пункты приёма вторичного сырья (пластика, бумаги, стекла). К сожалению подобных пунктов приёма в настоящее время очень мало и расположены они как правило на окраинах города и в малых населённых пунктах. А вот эпицентром загрязнения твёрдыми бытовыми отходами считается именно город. Решить эту проблему можно одним установкой в населённых пунктах контейнеров раздельного приёма мусора и таким образом можно исключить постройку дорогостоящих приёмных пунктов.

Рисунок 6. Раздельные мусорные контейнеры.

Я предлагаю устанавливать не обычные раздельные мусорные контейнеры, а «Аудио мусорки-сортеры». Принцип их работы основан на психологических особенностях человеческой личности. Человек не хочет делать работу просто так, следовательно, его надо чем-то физически или морально наградить. За то, что человек выбросил мусор урна будет автоматически говорить комплимент человеку, подобный способ поощрения заставит человека сортировать мусор и выбрасывать его по раздельности. Более эффективно «Аудио мусорка-сортер» будет влиять на детей. Так как они сильнее подвержены мнению окружающих и, если за какой-то поступок их поблагодарят, то они воспримут это как призыв к повторному действию.

В особо загрязнённым твердыми бытовыми отходами городах требуется создать не только большое количество раздельных мусорных контейнеров, но и организации, которые будут заниматься сбором мусора в особо загрязнённых участках. Тем самым улучшать экологию населённого пункта и добывать ценное вторичное сырьё.

Рисунок 7. Теоретическое обоснование установки раздельных мусорных контейнеров и создания организаций, отвечающих за сбор ТБО.

Вырубка леса — это проблема, стоящая сразу после загрязнения атмосферы углекислым газом. В настоящее время нам нужно создавать больше продукции из вторичного пластика, а не из древесины, тем самым сократить вырубку леса- лёгких нашей планеты. Продукция, производимая из вторичного пластика намного дешевле и экологичней.

За счёт того, что при производстве используется уже готовое сырьё (пластик), которое требуется лишь измельчить для упрощения переплавления, уменьшается энергоёмкость и себестоимость производства. Оборудование для пластикового производства дешевле и меньше в размерах, поэтому даже мелкие предприниматели смогут заниматься производством продукции из вторичного сырья. Материалоёмкость также снижается за счёт полного отсутствия стружки при механическом воздействие на пластик.

Рисунок 7. Теоретическое обоснование замены древесины на пластиковое сырьё при производстве.

1.4 Теоретическое обоснование пластикового домостроения и печати домов на 3Д принтерах.

После решения проблемы сбора пластиковых отходов возникает потребность в их вторичной переработке. Иначе раздельный сбор ТБО экономически не выгоден. Одна из наиболее выгодных сфер применения пластиковых отходов это домостроение. Так как в настоящие время в связи с активной урбанизацией, города нуждаются в постоянной застройке квартирными домами.

В пункте 1.1 было предложено применение пластика в строительстве дорог, используя его как замену песка и минеральных компонентов. По аналогии пластик можно использовать и как полноценный компонент при заливке бетоном фундамента пола и стен дома. Пластик в растворе будет играть аналогичную, как в случае с асфальтобетоном роль, он будет заменять один из основных компонентов, делая тем самым раствор более прочным.

Технология добавления пластиковой стружки в бетон была запатентована российскими учёными еще в 2013 году и называется «Пластикофибробетон». Суть технологии заключается в том, что вместо гравия в раствор добавляется пластиковая стружка. При замене гравия на пластиковую стружку фундамент и стены станут более износостойкими, прочными и пластичными. Что увеличит срок эксплуатации здания.

Соотношение компонентов в растворе пластикофибробетона должны быть следующие:

Цемент- от 16.5 до 16.7%

Песок- от 73 до 75%

Вода- от 8 до 10%

Пластиковое сырьё- от 0.3 до 0.5%

Бетон с добавлением пластикового сырья при сжатии оказался прочнее аналогичного бетона без пластика на 5 Мпа. Таким образом можно сделать вывод, что здание фундамент и стены которого залиты пластикофибробетоном способны эксплуатироваться дольше, чем здания из обычного бетона.

Рисунок 8. Теоретическое обоснование эффективности пластикофибробетона.

В пункте 1.3 было предложено перерабатывать пластик в предметы домашнего обихода, строительные материалы и мебель и.т.д. Такой тип переработки также сыграет важную роль в домостроение.

В настоящие время всё чаще начинает практиковаться печать домов на 3д принтере. Строительная 3D-печать – одно из самых неоднозначных, но быстроразвивающихся направлений в области аддитивных технологий. Практическая польза от строительной 3D-печати пока что сводится к изготовлению различных декоративных элементов и несъемной опалубки сложных форм.

Рисунок 9. 3Д принтер APIScor.

Можно сделать вывод, что при комбинировании технологий пластикофибробетона и 3Д печати домов можно добиться серьёзной экономической выгоды за счёт множества преимуществ данных технологий.

Рисунок 10. Теоретическое обоснование печати домов на 3Д принтере.

Расчёт экономической эффективности представлен во 2 главе данного исследовательского проекта.

Глава 2. Сравнительный анализ мировых стандартов трансформации деятельности.

2.1 Сравнительный анализ мировых стандартов трансформации деятельности по улучшению транспортной инфраструктуры.

Для определения оптимальной технологии укладки пластикового дорожного покрытия был проведён сравнительный анализ мировых стандартов в этой области.

Таблица 1. Сравнительный анализ мировых стандартов укладки пластикового дорожного покрытия.

Голландская технология самая дорогостоящая, но при этом она имеет ряд преимуществ:

1. Удобное прокладывание коммуникаций.

2. Высокая прочность и отсутствие битума в составе смеси.

Из недостатков следует назвать:

1. Высокая стоимость производства дорожных плит.

2. Отсутствие необходимого оборудования.

Рисунок 11. Голландская технология укладки пластикового дорожного покрытия.

В связи с высокой стоимостью производства дорожных плит и полного отсутствия необходимого оборудования подобная технология будет не рентабельна на территории Российской Федерации.

Индийская технология укладки дорожного покрытия имеет такие преимущества как:

1.Простая укладка дорожного покрытия.

2. Низкая стоимость квадратного метра дорожного покрытия.

При этом технология имеет один крупный недостаток- это низкая прочность дорожного покрытия.

Таким образом Индийская технология, из-за регулярной необходимости ремонта, экономически не выгодна для нашего государства.

Технология, предложенная мною, (Российская) считается наиболее оптимальной так как имеет качества обоих технологий, множество преимуществ и отсутствие недостатков. Из преимуществ можно назвать:

1. Простая укладка дорожного покрытия.

2. Высокая прочность дорожного покрытия.

3. Низкая стоимость квадратного метра дорожного покрытия.

Для нахождения истинной плотности смеси, в состав которой входят сыпучие материалы, были использованы формулы, разработанные автором данного исследовательского проекта:

Для конвертации процентного соотношения объёма в относительный объём ( была разработана следующая формула:

Где относительный объём; V% - процентное соотношение объёма; постоянная величина равная 13 (найдена математическим путём).

Для нахождения истинного объёма сыпучего материала была разработана следующая формула:

Для нахождения истинной плотности смеси, в состав которой входят сыпучие материалы была разработана следующая формула:

Вывод:

В результате сравнительного анализа можно сделать вывод, что оптимальной технологией для укладки пластикового дорожного покрытия считается российская технология, так как она совмещает в себе лучшие качества индийской и голландской технологии – низкая стоимость и высокая прочность дорожного покрытия. В настоящее время в России активно используется устаревшая технология асфальтобетона, стоимость за квадратный метр варьируется от 850 до 890 рублей (в зависимости от типа грунта и качества асфальтобетона). Таким образом инновационная пластиковая технология будет обходится на 13 рублей дороже за каждый квадратный метр покрытия. С учётом уменьшения стоимости обслуживания и необходимости в ремонте покрытия (из-за увеличения прочности и износостойкости). Бюджет России ежегодно будет экономить 355 рублей с каждого квадратного метра. Следовательно, при постройке 100 километров двух полосой пластиковой дороги (что равняется 375 000 квадратных метров покрытия) ежегодно мы будем экономить 133 125 000 рублей.

2.2 Сравнительный анализ мировых стандартов трансформации деятельности по улучшению транспортной экологии.

Для определения оптимальной технологии отчистки выхлопных газов автомобиля был проведён сравнительный анализ мировых стандартов в этой области.

Таблица 2. Сравнительный анализ мировых стандартов очистки выхлопных газов.

Катализатор предназначен для очистки вредных выхлопов. Он расположен в системе выпуска, в процессе его работы происходят химические реакции: опасные вещества переходят в безопасные формы, после чего выбрасываются вместе с выхлопом. Пройдя этот путь выхлопные газы становятся чище. И как результат, автомобиль наносит меньший вред окружающей среде. Катализатор работает только после нагрева до 300°C, сразу после запуска двигателя очистка не происходит.

Из преимуществ катализатора стоит назвать:

1. Уменьшение шумового загрязнения.

2. Уменьшения запаха от выхлопных газов.

Из недостатков следует назвать:

1.Высокая стоимость производства и обслуживания.

2. Использование драгоценного металла в производстве

3.Отсутсвие отечественных моделей катализатора. (дорогостоящая доставка из-за рубежа).

4. Уменьшение мощности двигателя.

Рисунок 12. Автомобильный катализатор.

Молекулярный автомобильный фильтр предназначен для механической очистки выхлопных газов. Он расположен на выходе из выхлопной трубы. В процессе работы фильтр задерживает токсичные вещества, не давая им добраться до биосферы. В итоге в атмосферу попадает лишь углекислый газ, а вредные вещества остаются на картридже.

Из преимуществ молекулярного автомобильного фильтра стоит назвать:

1.Работа при любых температурах.

2. Низкая стоимость производства.

3.Простое и недорогое обслуживание.

Из недостатков следует назвать необходимость в регулярные очистки картриджа.

Вывод:

В ближайшем будущем молекулярный автомобильный фильтр полностью заменит катализатор. Он в разы дешевле, так как состоит из недорогих материалов и имеет простое устройство. Если мы будем устанавливать на наши машины молекулярный фильтр вместо катализатора, то будем экономить 38000- 48000 рублей с каждого автомобиля, так как молекулярный автомобильный фильтр на 95% дешевле катализатора. АвтоВАЗ производит в среднем 300000 машин в год, следовательно, ежегодно завод будет экономить 13 500 000 000 рублей.

Для определения наиболее эффективного типа скоростного электропоезда был проведён сравнительный анализ мировых стандартов в этой области.

Таблица 3. Сравнительный анализ мировых стандартов скоростных электропоездов.

Синкансэн — высокоскоростная сеть железных дорог в Японии, предназначенная для перевозки пассажиров между крупными городами страны. На ночь все линии Синкансэн закрываются с 0:00 до 06:00 утра для проведения обслуживания. В это время продолжают работать обычные поезда, которые идут практически параллельно линиям Синкансэн.

Движение на линиях Синкансэн началось в 1964 года поезд двигался со скоростью в 210 км/ч. Линия Токайдо-синкансэн является самой загруженной высокоскоростной железнодорожной линией в мире. На ней перевозится порядка 375 000 пассажиров ежедневно. За год же был перевезён 151 миллион пассажиров.

В сети «Синкансэн» используется европейская колея шириной 1435 мм, что отличает её от более старых линий японской железной дороги, имеющих колею 1067 мм. Линии электрифицированы по системе однофазного переменного тока. 

Уже через три года после начала эксплуатации дорога начала приносить прибыль, а к 1971 году за счёт выручки от продажи билетов и услуг полностью окупила затраты на строительства.

Современные линии, такие, как Нагано, Хокурику и Кюсю, строились с расчётом на скорость 260 км/ч. Более «старые» линии в настоящее время модернизированы до скоростей 285, 300 и 320 км/ч (для Токайдо, Саньё и Тохоку синкансенов соответственно). Таким образом, в мире сейчас всего 4 линии с эксплуатационной скоростью 320 км/ч, из них одна в Японии (Тохоку-Синкансен). Планируется дальнейшее увеличение скорости эксплуатации Тохоку-Синкансена до 360 км/ч к 2030-му году.

Существуют также две линии Мини-Синкансена, которые не являются скоростными, но включены в сеть «обычного» Синкансена, имеют общий подвижной состав.

Достоинства Синкансена:

1. Возможность использования железнодорожных путей не только для движения Синкансена, но и для движения других поездов.

2. Низкая стоимость строительства путей и их дальнейшего обслуживания.

3. Отсутствие какого-либо загрязнения (в том числе и шумового).

Недостатки Синкансена:

1. Отсутствие перспективы развития технологии.

2. Небольшая по меркам электропоездов скорость (Синкансен ненамного быстрее нашего «Сапсана»).

Рисунок 3. Высокоскоростной электропоезд «Синкансен».

«Шанхайский Маглев»— это поезд или трамвай, удерживаемый над полотном дороги, движимый и управляемый силой электромагнитного поля. Такой состав, в отличие от традиционных поездов и трамваев, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью полотна существует зазор, трение между ними исключается, и единственной тормозящей силой является аэродинамическое сопротивление.

Скорость, достигаемая поездом на магнитной подушке, сравнима со скоростью самолёта и позволяет составить конкуренцию воздушному транспорту. Сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере.

Состав левитирует за счёт отталкивания одинаковых магнитных полюсов и, наоборот, притягивания противоположных полюсов. Движение осуществляется линейным двигателем, расположенным либо на поезде, либо на пути. Серьёзной проблемой проектирования является большой вес достаточно мощных магнитов, поскольку требуется сильное магнитное поле для поддержания в воздухе массивного состава.

Достоинства Шанхайского Маглева:

1. Самая высокая скорость из всех видов общественного наземного транспорта.

2. Достаточно низкое потребление электроэнергии.

3. Снижение эксплуатационных затрат в связи со значительным уменьшением трения деталей.

4. Огромные перспективы по достижению скоростей.

5. Отсутствие шумового загрязнения.

Недостатки Шанхайского Маглева:

1. Высокая стоимость создания и обслуживания колеи

2. Пути Маглева не пригодны для других поездов.

3. Электромагнитное загрязнение. А также не нашедший на данный момент подтверждения электросмог, который гипотетически мог бы отрицательно воздействовать на окружающую среду и здоровье людей. Возможны помехи в работе электроприборов.

Рисунок 4. Высокоскоростной электропоезд «Шанхайский Маглев».

Эко-экспресс- высокоскоростная сеть железных дорог в Европейской части России, соединяющая северную и южную часть России. (Санкт Петербург- Сочи). Основное преимущество — поезда- это движение без остановки за счёт наличия станционного вагона, от соединяющегося на станциях для высадки пассажиров и присоединяющемуся к следующему составу поезда. Для движения эко-экспресса подойдут и обычные железнодорожные пути, но места движения поезда должны быть огорожены железной сеткой для обеспечения безопасности жителей.

Достоинства Эко-экспресса:

1.. Возможность использования железнодорожных путей не только для движения эко-экспресса, но и для движения других поездов.

2. Низкая стоимость строительства путей и их дальнейшего обслуживания.

3. Отсутствие какого-либо загрязнения (в том числе и шумового).

4. Самая высокая средняя скорость среди всех моделей электропоездов.

5. Отсутствие затрат электроэнергии для торможения и разгона состава поезда.

Недостатки Эко-экспресса:

1. Необходимость строительства защитного барьера.

2. Необходимость строительства специализированных станций для остановки станционного вагона.

Вывод:

Если мы запустим линию электропоездов Эко-экспресс, то не только снизим суммарный выброс углекислого газа в атмосферу, но и сделаем путешествия по России более доступными для наших граждан.

2.3 Сравнительный анализ мировых стандартов трансформации деятельности сбора и переработки пластиковых отходов.

Для определения оптимальной технологии сбора пластиковых отходов был проведён сравнительный анализ мировых стандартов в этой области.

Таблица 4. Сравнительный анализ мировых стандартов сбора отходов.

Вывод:

Японские и новые Российские мусорные контейнеры практически ничем не отличаются друг от друга. Но в Российских реалиях эффективнее устанавливать именно аудио мусорки-сортеры. Так как они всего на 2% дороже обычных мусорных контейнеров (установленных в настоящее время в РФ), но работают в разы эффективнее японских сортеров.

Рисунок 5. Раздельные мусорные контейнеры.

Для определения оптимальной технологии переработки пластиковых отходов был проведён сравнительный анализ мировых стандартов в этой области.

Таблица 5. Сравнительный анализ мировых стандартов переработки отходов.

Пиролиз не является вредным, так как все вредные газы будут конденсироваться в жидкое горючее. Тем не менее во время горения в небольших концентрациях будет выделяться углекислый газ, который будет улетать в атмосферу.

В основном на выходе можно получить:

1. Жидкие углеводороды. Их, как правило, не собирают для дальнейшего использования. Они сразу подаются на печную горелку. Таким образом, установка почти автономна по потреблению топлива. Оно может пригодиться только на старте.

2. Горючее. При очистке и ректификации жидких продуктов получается топливо, соответствующее по своему составу дизельному. По молекулярной массе и фракционному составу преимущественно присутствуют до 25% масла и до 15% воска. Можно получить до 90 % горючей жидкости на выходе.

3. Сухой коксовый остаток. По своим свойствам — это химически инертный материал, не представляющий угрозы здоровью и экологии. Есть информация по его применению в газобетонных блоках, в строительстве, подсыпке грунта и т.д.

4. Тепло, выделяемое в процессе, идет на обогрев помещений.

В итоге мы получаем нефтеперерабатывающее предприятие, мусороперерабатывающее предприятие и котельную в одном месте. Подобный метод борьбы с загрязнением очень сильно сократит не только количество мусора, но и суммарный выброс углекислого газа в атмосферу Земли.

При нагревании пластмасса становится пластичной. В таком виде она очень хорошо деформируется. Это дает возможность создавать такие вещи как:

1. Одежда и обувь.

2.Строительные материалы.

3. Предметы домашнего обихода.

Кроме того, многие крупные компании создают тару из повторно переработанного пластика. Если направить Российский бюджет в сторону развития подобных предприятий надобность в создании нового пластика резко сократится.

Минусом повторного изготовления изделий и вещей из пластика можно назвать дороговизну и медленный цикл переработки. Поэтому иногда неизбежно прибегнуть к силе огня.

Рисунок 6. Пиролизная установка.

Вывод:

В настоящее время Россия не готова полностью перейти с двигателей внутреннего сгорания на электродвигатели. Поэтому переработка пластика в недорогое и экологичное горючее ещё надолго останется одним из наиболее эффективных видов переработки пластиковых отходов. Следует также понимать, что если мы сегодня не заменим при производстве древесину на пластик, то уже завтра решить проблему вырубки леса будет гораздо сложнее. Таким образом обе методики переработки пластиковых отходов экономически выгодные и будут оставаться перспективными в ближайшие 20 лет.

2.4 Сравнительный анализ мировых стандартов трансформации деятельности в области пластикового домостроения и печати домов на 3Д принтере.

Для определения оптимальной технологии добавления пластикового сырья в состав строительной бетонной смеси для заливки фундамента пола и стен был проведён сравнительный анализ мировых стандартов в этой области.

Таблица 6. Сравнительный анализ мировых стандартов строительной смеси.

Пластиковое сырье трехмерно упрочняет и повышает стойкость фибробетона к растрескиванию, создается необходимый запас прочности и способствует сохранению целостности конструкции при сквозных трещинах, а также позволяет значительно уменьшить общий вес строительных конструкций. Кроме того, использование вторсырья в качестве исходного материала для фибры позволяет повысить процент переработки пластиковых отходов.

Применение пластикофибробетона позволяет полностью или частично сократить объемы традиционных арматурных работ, т.е. снизить энерго- и материалоемкость возводимых конструкций, увеличить межремонтный ресурс. Это обеспечивает ему высокую техническую эффективность при применении в строительных конструкциях и при их ремонте.

С точки зрения экономической эффективности стоимость заливки 1 кубометра фундамента снизится на 156 рублей или 3,7 %. С учётом всех плюсов можно сделать вывод, что пластикофибробетон в разы эффективнее обычного бетона.

Рисунок 7. Бетонирование фундамента.

Для определения оптимальной технологии строительства зданий был проведён сравнительный анализ мировых стандартов в этой области.

Таблица 7. Сравнительный анализ мировых стандартов строительства зданий.

Исходя из данных таблицы 7 можно сделать вывод, что строительство при помощи 3Д принтера имеет больше недостатков и больше преимуществ перед классическим строительством. Стоимость оборудования для 3Д печати окупится уже после постройки первого здания.

Глава 3. Разработка методических рекомендаций.

3.1 Разработка методических рекомендаций в области улучшения транспортной инфраструктуры.

В результате проведённых исследований определено, что есть возможность, за счёт предлагаемой мной технологии улучшения транспортной инфраструктуры (замены классического дорожного покрытия на пластиковое), снизить стоимость ежегодного обслуживания дорог на 355 рублей за квадратный метр (50%). Увеличить рентабельность до 39.3 %. Увеличить поступление от НДС на 4 %. Увеличить поступление от НПО на 50 %. Увеличить поступление от НДФЛ на 1-4%. Для этого необходимо исполнять разработанную методику:

Техническое условие технологии укладки дорожного покрытия было модернизировано в следующих частях:

1. Материал изготовления (Замена песка и минеральных компонентов на измельчённый пластик с последующим увеличением прочности износостойкости и увеличение себестоимости на 3%).

2. Основные средства строительства (Частичная доработка нынешнего оборудования для работы с новым материалом).

3. Трудоёмкость технологии (Снижение трудоёмкости за счёт отсутствия обходимости в добыче песка и минеральных компонентов. Процесс добычи пластикового сырья менее трудоёмкий).

4. Эффективность технологии (Повышение общей эффективности технологии за счёт использования инновационного материала).

5. Основные параметры толщины подушки дорожного покрытия (Уменьшение толщины подушки дорожного покрытия на 5 см).

6. Основные параметры глубины дорожного покрытия (Уменьшение толщины дорожного покрытия на 1-2 см).

7. Методы контроля качества (Взятие образца дорожного покрытия, с последующей заливкой участка дороги с которого был взят образец).

8. Эксплуатационные показатели:

8.1. Разрешённая температура при эксплуатации варьируется в диапазоне от -40 до +80ºС.

8.2. Длительность эксплуатации варьируется в диапазоне от 8 до 10 лет.

Расчёт экономической эффективности проектной и базовой (Голландской) технологии был проведён в программе, разработанной доктором экономических наук Харченко Сергеем Владимировичем.

Рисунок 13. Расчёт экономической эффективности голландской технологии укладки дорожного покрытия из пластика.

Рисунок 14. Расчёт экономической эффективности проектной технологии укладки дорожного покрытия из пластика.

Вывод:

Соблюдая разработанною методику, мы увеличим рентабельность строительства до 39,3 %.

3.2 Разработка методических рекомендаций в области улучшения транспортной экологии.

В результате проведённых исследований определено, что есть возможность, за счёт предлагаемой мной новой технологии производства системы фильтрации выхлопных газов (замена катализатора на молекулярный автомобильный фильтр), снизить себестоимость на 45 000 рублей (97,7%). Увеличить рентабельность до 35,2%. Для этого необходимо соблюдать разработанную методику:

Техническое условие технологии производства системы фильтрации выхлопных газов было модернизировано в следующих частях:

1. Материал изготовления (при производстве молекулярного фильтра в отличие от катализатора не используется титан и платина, следовательно, снижается себестоимость производства).

2. Основные средства при производстве (полная замена оборудования, в связи с изменением технологии производства).

3. Трудоёмкость технологии (Снижение трудоёмкости технологии за счёт упрощения устройства системы фильтрации).

4. Основные параметры размеров фильтра (молекулярный автомобильный фильтр имеет диаметр 10 см и длину цилиндра 20 см, он в 3 раза меньше катализатора).

5. Параметры фильтрации (фильтр рассчитан на фильтрацию крупных молекул, содержащихся в выхлопном газе, например, свинец, неорганические и органические масла, металлические частицы).

6. Техническое обслуживание (техническое обслуживание фильтра проводится 1 раз в 2 дня в домашних условиях или на специализированных станциях).

7. Эксплуатационные параметры:

7.1 Катализатор работает при температуре от +300 ºС. Молекулярный фильтр работает при любой температуре. Конструкция фильтра не позволит ему раскалиться до температуры плавления материалов изделия.

7.2 Молекулярный автомобильный фильтр рассчитан на 1,5 года непрерывной работы.

Расчёт экономической эффективности молекулярного автомобильного фильтра и катализатора был проведён в программе, разработанной доктором экономических наук Харченко Сергеем Владимировичем.

Рисунок 15. Расчёт экономической эффективности автомобильного катализатора.

Рисунок 16. Расчёт экономической эффективности молекулярного автомобильного фильтра.

Вывод:

Соблюдая разработанную методику, мы увеличим рентабельность производства до 35,2 %.

В результате проведённых исследований определено, что есть возможность, за счёт предлагаемой мной инновации в области железнодорожных пассажир перевозок, увеличить себестоимость строительства путей на 0,5%. Увеличить рентабельность до 45 %. Увеличить поступление от НДС на 0,5 %. Увеличить поступление от НПО на 1-3 %. Увеличить поступление от НДФЛ на 1-2%. Для этого необходимо исполнять разработанную методику:

Техническое условие железнодорожных путей и основного состава поезда было модернизировано в следующих частях:

1. Материал изготовления (при производстве ЖД путей для Эко-экспресса используются те же материалы, что и при производстве классических ЖД путей).

2. Основные средства при укладке железнодорожных путей (основные средства при укладке ЖД путей не меняются, так как используются классические рельсы).

3. Маршрут движения поезда (для повышения рентабельности железнодорожных перевозок необходимо разработать оптимальный и экономически эффективный маршрут движения, по данным исследования наиболее эффективный маршрут движения- Санкт-Петербург-Сочи).

Рисунок 17. Маршрут движения Эко-экспресса.

4. Эффективность маршрута (при запуске высокоскоростного поезда по данному маршруту мы значительно разгрузим автомагистрали и шоссе, а также сделаем путешествие по России более доступным, так как у людей появится возможность быстро добраться до необходимого города за небольшую денежную стоимость).

5. Основные параметры размеров ЖД путей (железнодорожные пути для Эко-экспресса имеют следующие размеры: см. рис. 6).

Рисунок 18. Размеры железнодорожных путей.

6.Габариты подвижного состава (подвижный состава Эко-экспресса имеет следующие габариты: см. рис. 7).

Рисунок 19. Габариты подвижного состава.

Расчёт экономической эффективности российского Эко-экспресса и японского Синкансена был проведён в программе, разработанной доктором экономических наук Харченко Сергеем Владимировичем.

Рисунок 20. Расчёт экономической эффективности японского Синкансена.

Рисунок 21. Расчёт экономической эффективности российского Эко-экспресса.

Вывод:

Соблюдая разработанную методику, мы увеличим рентабельность укладки железнодорожных путей до 45%.

3.3 Разработка методических рекомендаций в области трансформации сбора и переработки отходов.

В результате проведённых исследований определено, что есть возможность, за счёт предлагаемой мной технологии сбора пластиковых отходов, увеличить себестоимость строительства пластикоприёмника на 2%. Увеличить рентабельность до 42 %. Увеличить поступление от НДС на 2 %. Увеличить поступление от НПО на 1,2 %. Увеличить поступление от НДФЛ на 4%. Для этого необходимо исполнять разработанную методику:

Техническое условие пластикоприёмника (АМС) было модернизировано в следующих частях:

АМС- Аудио-мусорка-сортер.

1. Материал изготовления (материал изготовления АМС остаётся неизменным).

2. Основные производственные средства (для производства АМС требуется установка нового оборудования в производственные цеха для поставления аудио оборудования).

3. Трудоёмкость производства (трудоёмкость производства увеличивается незначительно, а в эффекте масштаба наоборот уменьшается).

4.Трудоёмкость сбора пластиковых отходов (трудоёмкость сбора пластиковых отходов значительно уменьшается).

5. Трудоёмкость сортировки пластиковых отходов (с учётом того, что мусорный контейнер оснащён системой сортировки, надобность в сортировки на производстве пропадает, а, следовательно, снижается себестоимость вещей из вторичного сырья).

6.Эффективность технологии (повышение общей эффективности технологии сбора пластиковых отходов за счёт использование новой технологии).

7. Эксплуатационные рекомендации:

7.1 Рекомендуется не бросать в АМС предметы не предназначенные для данной модели.

7.2 Рекомендуется не бросать в АМС предметы, раскалённые до 160 ºС во избежание возникновения поломок оборудования.

Расчёт экономической эффективности АМС и обычного мусорного контейнера был проведён в программе, разработанной доктором экономических наук Харченко Сергеем Владимировичем.

Рисунок 22. Расчёт экономической эффективности классического мусорного контейнера.

Рисунок 23. Расчёт экономической эффективности АМС.

Вывод:

Соблюдая разработанную методику, мы увеличим рентабельность сбора пластиковых отходов до 42%.

В результате проведённых исследований определено, что есть возможность, за счёт предлагаемой мной технологии улучшения вторичной переработки пластиковых отходов, уменьшить себестоимость строительства предприятий по вторичной проработке на 48%. Увеличить рентабельность предприятий до 50-55%. Для этого необходимо исполнять разработанную методику:

Техническое условие технологии вторичной переработки пластиковых отходов было модернизировано в следующих частях:

1. Материал изготовления (материал изготовления изменяется с древесины на пластик).

2. Основные производственные средства (замена деревообрабатывающего оборудования на пластикообрабатывающие).

3. Трудоёмкость производства (снижение трудоёмкости за счёт использования более простого в обработке материала).

4. Эффективность технологии (повышение общей эффективности за счёт снижения материалоёмкости технологии).

5. Изменение основных характеристик изделия:

5.1 Изменение характеристик плотности (древесина- 750 кг/м^3; пластик- 1800 кг/м^3).

5.2 Изменение характеристик прочности (повышение прочности на 58,4%).

5.3 Изменение условий эксплуатации (разрешена эксплуатация при более неблагоприятных условиях окружающей среды).

Расчёт экономической эффективности классической вторичной переработки и пиролиза (термической переработки) был проведён в программе, разработанной доктором экономических наук Харченко Сергеем Владимировичем.

Рисунок 24. Расчёт экономической эффективности пиролиза.

Рисунок 25. Расчёт экономической эффективности вторичной переработки пластика.

Вывод:

Соблюдая разработанную методику, мы увеличим рентабельность переработки отходов до 50-55%.

3.4 Разработка методических рекомендаций в области пластикового домостроения и печати домов на 3Д принтере.

В результате проведённых исследований определено, что есть возможность, за счёт предлагаемой мной технологии пластикового домостроения при помощи 3Д принтера, уменьшить себестоимость строительства зданий на 3,5-3,7%. Увеличить рентабельность до 70 %. Увеличить поступление от НПО на 14 %. Увеличить поступление от НДФЛ на 9%. Для этого необходимо исполнять разработанную методику:

Техническое условие пластикового домостроения при помощи 3Д принтера было модернизировано в следующих частях:

1. Материал изготовления (замена некоторых компонентов строительной смеси на пластиковое сырьё).

2. Основные строительные средства (установка нового 3Д печатного оборудования для строительства по новой технологии).

3. Трудоёмкость строительства (снижение трудоёмкости строительства в связи с повышение автономности процесса, (требуется персонал для запуска оборудования)).

4.Эффективность технологии (повышение эффективности технологии в связи с увеличением срока эксплуатации построенного по данной технологии здания).

5. Методы контроля качества (взятие образца строительной смеси для проведения соответствующей экспертизы).

6. Эксплуатационные показатели:

6.1. Разрешённая температура при эксплуатации варьируется в диапазоне от -40 до +80ºС.

6.2. Длительность эксплуатации варьируется в диапазоне от 180 до 200 лет.

Расчёт экономической эффективности пластикового домостроения при помощи 3Д принтера был проведён в программе, разработанной доктором экономических наук Харченко Сергеем Владимировичем.

Рисунок 26. Расчёт экономической эффективности классического строительства.

Рисунок 27. Расчёт экономической эффективности печати домов на 3Д принтере с добавлением пластикового сырья в состав строительной смеси.

Вывод:

Соблюдая разработанную методику, мы увеличим рентабельность строительства зданий до 70%

Результаты и обсуждения.

Если мы сегодня внедрим технологии, предложенные в данном исследовательском проекте то ежегодно мы будем экономить 13 633 125 000 рублей. Таким образом через 5 лет мы сэкономим 68 165 625 000 рублей. Помимо экономии бюджета улучшится качество жизни, а, следовательно, настроение и продуктивность граждан.

Таким образом гипотеза из данного исследовательского проекта доказана.

Диаграмма 1. Ежегодное экономия денежных средств после внедрения технологий из данного исследовательского проекта.

Вывод:

В результате моей работы над проектом по теме "Экологическая урбанистика" я хочу добиться следующих результатов:

1.Обеспечение экологической безопасности на территории Российской Федерации;

2. Улучшение транспортной инфраструктуры;

3.Улучшение транспортной экологии;

4.Увеличение товарооборота продукции из вторичного сырья;

Заключение:

И как следствие всего перечисленного- повышение качества жизни на территории Российской Федерации.

Список литературы:

1. Абросимов, А.А. Экология переработки углеводородных систем / А.А. Абросимов. - М.: Химия, 2018. - 608 c.
2. Алексеенко, В.А. Металлы в окружающей среде / В.А. Алексеенко. - М.: Университетская книга, 2015. - 264 c.
3. Археологические исследования на юге Восточной Европы. - М.: Внешторгиздат, 2019. - 168 c.
4. Баккал, С.Н. Редкие животные нашей страны / С.Н. Баккал, А.В. Бардин, И.С. Даревский, и др.. - М.: Наука, 2020. - 311 c.
5. Балацкий, О.Ф. Экономика и качество окружающей природной среды / О.Ф. Балацкий. - М.: Гидрометеоиздат, 2017. - 190 c.
6. Барабанов, В.Ф. Научно-техническая революция и судьбы природы / В.Ф. Барабанов. - М.: Знание, 2017. - 692 c.
7. Белобров, В.П. Почвогрунты и зеленые газоны спортивных и технических сооружений / В.П. Белобров. - М.: ГЕОС, 2018. - 178 c.
8. Болдаков, Е.В. Жизнь рек / Е.В. Болдаков. - М.: ГИТТЛ; Издание 2-е, 2018. - 218 c.
9. Будниченко, А.С. Птицы искусственных лесонасаждений степного ландшафта и их питание / А.С. Будниченко. - М.: Воронеж: Центрально Черноземное, 2019. - 264 c.
10. Бутенас Misko taksacinis zinynas / Справочник по таксировке леса / Бутенас, Ю.П. и. - М.: Вильнюс: Минтис, 2015. - 302 c.
11. Вальков, В.Ф. Почвообразование на известняках и мергелях / В.Ф. Вальков. - М.: Ростов-на-Дону, 2020. - 198 c.
12. Винокуров, И.Ю. Эволюция почвенных экосистем / И.Ю. Винокуров. - М.: Юркнига, 2016. - 320 c.
13. Волошко, Л.Н. Биоразнообразие экосистем Полярного Урала / Л.Н. Волошко. - М.: Сыктывкар, 2017. - 252 c.
14. Воронкевич, О.А. Добро пожаловать в экологию / О.А. Воронкевич. - М.: СПб: Детство-пресс; Издание 2-е, перераб., 2018. - 496 c.
15. Воспитать любовью / ред. М. Николаева. - М.: Челябинск: Южно-Уральское, 2016. - 208 c.
16. Вронский, В.А. Экология: Словарь-справочник / В.А. Вронский. - М.: Ростов н/Д: Феникс, 2017. - 576 c.
17. Гершензон, В.Е. Информационные технологии в управлении качеством среды обитания / В.Е. Гершензон. - М.: Academia, 2019. - 288 c.
18. Глушкова, В.Г. Тесты и задания по курсу "Природопользование" / В.Г. Глушкова, С.В. Макар. - М.: Владос, 2015. - 256 c.
19. Голованов, А.И. Природообустройство / А.И. Голованов. - М.: КолосС, 2018. - 552 c.
20. Голубое сердце Сибири / ред. Ф.В. Дьяконов. - М.: Знание, 2020. - 270 c.
21. Дежкин Профиль равновесия: моногр. / Дежкин, Фетисов Вадим; , Том. - М.: Молодая Гвардия, 2017. - 224 c.
22. Дежкин, В.В. Под пологие леса (к совместному ведению лесного и охотничьего хозяйств) / В.В. Дежкин, А.А. Калецкий. - М.: Лесная промышленность, 2019. - 160 c.
23. Демина, С.А. Закон на страже природы / С.А. Демина. - М.: Юридическая литература, 2017. - 700 c.
24. Диомидов, М.Н. Покорение глубин / М.Н. Диомидов, А.Н. Дмитриев. - Л.: Судостроение; Издание 4-е, перераб. и доп., 2016. - 328 c.
25. Дмитриева, Т.М. Основы сенсорной экологии: Учеб. пособие / Т.М. Дмитриева. - М.: РУДН, 2020. - 168 c.
26. Дроздов, Н.Н. В мире животных. Выпуск 4 / Н.Н. Дроздов, А.К. Макеев. - М.: Колос, 2017. - 271 c.
27. Другов, Д.И. Анализ загрязненной почвы и опасных отходов / Д.И. Другов. - М.: Бином, 2016. - 424 c.