CC BY
73
УДК: 334 ББК: 65.011
Васильев А.Н., Орлов Я.В., Щукина А.Я.
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ РЕЦИКЛИНГА ОТХОДОВ
VasilyevA.N., Orlov Y.V., ShchukinaA.Y.
IMPROVEMENT OF SYSTEM CONTROL MECHANISM OF WASTE RECYCLING
Ключевые слова: регулируемая экономика, сбалансированное природопользование, дивиденды природы, механизм управления, рециклинг отходов, бифуркация, экономическая матрица.
Keywords: operated economy, balanced nature management, dividends of nature, control mechanism, waste recycling, bifurcation, economic matrix
Аннотация: представлена математическая модель, которая позволит усовершенствовать механизм управления системой рециклинга промышленных и бытовых отходов. С помощью данной модели будет возможно интенсифицировать формирование направлений становления экономики устойчивого развития.
Abstract: We present a mathematical model improving system control mechanism of factory and domestic waste recycling. With the help of this model it is possible to intensify the formation of economics of sustainable development.
Состояние социума и взаимоотношения между людьми, так же как в экономике, играют существенную роль в развитии природы. Социальные конфликты, войны, террористические акты, возрастание которых коррелирует с критерием дисгармонии общества, оказывают существенное влияние на природу. Примером может быть персидский залив в период военного акта США против Ирака под названием «буря в пустыне» или каскад Волжских водохранилищ, созданных человеком и им же бездарно загрязненных. «Не навреди» - этот главный медицинский наказ должен быть широко распространен на любой природный объект, на любого человека при его взаимодействии с природой.
Выражение И.В. Мичурина: «Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у неё - наша задача» имеет логическое объяснение. Мы живем просто в разных временных координатах. Что при Мичурине считалось в порядке вещей, то в наше время, время демографической перегрузки планеты, должно очень тщательно учитываться.
А ведь будущее планеты - в регули-
руемой экономике. Регулируемая экономика
- это экономика сбалансированного природопользования, когда общество живет только на дивиденды природы, так как рыночная экономика с ее безудержным тезисом «обогащайся» ничего хорошего природе не может дать. Грамотно регулируемая экономика может выявить существенные резервы, количественный расчет которых с использованием применительно к природе экономических матриц «затраты-выпуск» позволит реализовывать приведенный выше тезис
- «Жить на дивиденды природы» [1].
Биосфера функционирует по безотходным технологиям, опирающимся на круговорот материи в природе, среди которых круговорот элементов - кислорода, серы, фосфора, и других, круговорот соединений -углекислого газа, воды и других в природе и так далее. В глобальном масштабе, несмотря на широкий спектр мнений, для математического описания деградационных процессов Землю можно принять за закрытую систему, для которой полностью применимы фундаментальные законы сохранения материи, энергии, импульса (движения) и даже закон сохранения систем.
Механизм восстановления окружающей природной среды при её загрязнении в пределах ассимиляционного потенциала сформировался в процессе эволюции живой природы и действует самостоятельно. Механизм управления загрязнениями в пределах, превышающих ассимиляционные возможности, придуман людьми и, видимо, с этим связана его неэффективность. Отсюда, с целью улучшения состояния природы особое внимание следует уделить совершенствованию механизмов самоорганизации, саморегулирования и самоуправления, созданных обществом, доводя их до уровня природных механизмов, гарантирующих нормальную эволюцию живой природы.
Планета Земля подвергается в настоящее время и другим воздействиям. Оставляя за бортом злополучный «парниковый эффект», связанный с накоплением углекислоты в атмосфере, можно поднять более значимые глобальные проблемы, такие, как пределы изъятия продукции биосферы, не грозящие появлением необратимых процессов, прогнозирование роста народонаселения значительно выше уровня, допустимого на планете, и ряд других. Все эти осложнения взаимосвязаны, ибо протекают на ограниченном пространстве биосферы, на поверхности Земли.
Понятие общей теории биосферы ассоциируется с желанием представить эти связи в виде математических зависимостей, из которых можно получить доказательное прогнозирование будущего. Теория таких прогнозов в настоящее время отсутствует, но значимость ее от этого только возрастает. Эта значимость носит экономический, экологический и производстенный характер, но в большей мере важна в социальном плане. Все социальные законы жизни общества довольно часто не учитывают самых очевидных фундаментальных законов, называемых в обобщенном виде законами сохранения, умирения и автоматии.
С позиций фундаментальных законов развития естественных наук можно создать общую теорию биосферы, позволяющую на основании экономического анализа отвечать на ряд животрепещущих вопросов и осуществлять прогноз путей развития цивилизации в ближайшей перспективе. Совре-
менный анализ этих проблем носит довольно часто субъективный характер, раскрывает лишь качественную определенность происходящих процессов и не использует в своей методике фундаментальных законов.
Поиски аналогии в проявляемых свойствах биосферы, характере связей и взаимодействии между отдельными частями системы привели к возможности использовать для этих целей известную из экономики и широко применявшуюся в других областях модель «затраты-выпуск», основанную на законе сохранения материи. Входные параметры затрат с учетом всех видов взаимодействий и превращений внутри системы полностью определяют выходные параметры, что характерно и для биосферы.
Математическая модель на первом этапе сводится к матрице:
Х = Е Ху + Б, , (1)
где Х, - количество биопродукции, производимой ьм экологическим объектом, выраженное в условных единицах;
, - число объектов в экологической системе;
Ху - потребление продукции ьго объекта со стороны ] -го природного объекта;
Б, - количество продукции ,-го природного объекта, которое передается в другие системы в виде экспорта.
Биосфера представлена в этом случае как сложное образование, внутри которого можно выделять отдельные, условно закрытые, подсистемы и предпринимать в отношении их определенные математические действия. Под ней понимается пространство, ограниченное некоторой условной оболочкой, внутри которой находятся участники экологического процесса.
В качестве экологических систем могут быть выбраны отдельные природные объекты, природные процессы, регионы, страны, континенты, участки моря. Случай i=j соответствует самоедству, то есть полному потреблению конкретным природным объектом своей собственной продукции. В биосфере - это создаваемые людьми заповедники, заказники и, в определенной мере, национальные парки.
В отличие от обычной экономической
матрицы, как это видно из приведенных данных, в экологическую матрицу включаются объекты природы. В качестве субъектов экологического процесса принимаются люди, животные, птицы, рыбы и прочие живые организмы. Леса, водные объекты, водоемы, атмосферный воздух и почва принимаются одновременно как объект при приеме воздействия и как субъект - при его оказании. Отходы от производства полезной продукции природой или промышленностью рассматриваются как сырье для природы.
При таких установочных условиях природа рассматривается как некое акционерное предприятие «Природа», которое «выпускает» продукцию для восстановления своих первоначальных свойств. Если этот механизм не обеспечивает полное восстановление, то есть выбросы отходов превышают ассимиляционный потенциал, то должны создаваться особые восстановительные предприятия по переработке отходов, включаемые в работу АО «Природа».
Столь большое разнообразие необычайно увеличивает систему, поэтому она формируется из отдельных подсистем. Составление первой, начальной системы имеет особенности. Допустим, она составляется для отдельного природного объекта. Тогда, даже для него, возникает трудность в учете всех составляющих системы формулы (1), ибо его взаимодействие с другими частями природы многообразно по потреблению и отдаче в виде отходов. В этом случае всё многообразие можно свести, отдельно, к эквивалентным количесвам продукции и отходов. Они вычисляются следующим образом [2]
V - УС\Ус2 . Vе
1 эГ 1 1 1 2 > • • • , 1 п
(2)
где У1, У2, ..., Yn - количество отдельных продуктов;
с1, с2, с3, ..., сп - показатели степеней, вычисляемые из выражения
(3)
Здесь Р; - цена еденицы продукции природы, устанавливаемая статистически,
или расчетным путем.
Цена эквивалентной продукции вычисляется как частное от деления общей стоимости продукции на ее эквивалентное количество.
I її Рї
Р *=
(4)
Расчеты по формуле (2) проводятся отдельно для полезной продукции и отходов и включаются в левую часть формулы (1), в виде суммы.
Вторая матрица составляется для района, имеющего несколько предприятий. Третья матрица составляется для города, области и так далее.
Объекты природы могут включаться уже на второй или последующих матрицах, где это будет целесообразным.
В связи с тем, что такая система достаточно четко разработана лишь для экономической деятельности с производством полезной продукции, требуется детальная разработка методики расчета для биосферы в целом. Дальнейшие вычисления могут вестись в следующей последовательности. Имея исходную систему на уровне второй или третьей подсистем, составляется система уравнений для последующей разработки компьютерного программно-вычислительного комплекса;
X!= Си. X1+ С 1>2. X2+ ... Г!
X 2 = С 2,1 X1 + С 2,2- X 2 + . . . Г5 2
................................ (5)
X= Сп,1X1+ Сп,2- X2+ ...Гп
В виде матрицы эта система представляет собой таблицу, которая по вертикали и по горизонтали маркируется номером природного объекта или предприятия в системе.
Здесь С;,] - коэффициенты, вычисляемые из формулы (1) следующим образом:
X
С
1> ]
(6)
Матрица решается по математическим правилам, то есть каждое Ху потребление делится на количество продукта, номер индекса которого расположен по горизонтали, продукции ]-го предприятия. Если в резуль-
п
п
1
тате расчета получаются постоянные значения Су, то это будет отражать линейную теорию зависимостей в функционировании биосферы. Она более проста. При переменных Су необходимо математически устанавливать вид зависимости, определяющий величину этого коэффициента. Это более сложная работа, отраженная в химии, например, уравнениями равномерно - однородной, линейно - неоднородной и экспоненциально - неоднородной адсорбцией, для которых обоснованы убедительные математические зависимости. Поэтапная работа с расчетом результатов применительно к принятой изначально модели функционирования биосферы, позволит получать интересные результаты прогнозного характера.
Продолжая анализ в рамках линейной модели, необходимо составить еще одну систему уравнений:
(7)
Это делается следующим образом. Каждый член правой части формулы (3) умножается на цену Р;, по которой j - ое предприятие (участник экологического процесса) закупает продукцию у ьго предприятия. У] - это те затраты, которые предприятие несет, закупая нужную продукцию от других систем. В экономике это называется импортом. Rj - это затраты предприятия, то есть это система затрат предприятия. Система же (5) - это количество производимой продукции.
В отличие от потребительской экономической системы, для экологической системы в левую часть формулы (6) включается сумма эквивалентного количества полезной продукции и эквивалентного количества отходов. Причем потребление отходов относится только к природе. В выражении (7) цена отходов каждого предприятия отрицательна. Цена ресурсов, в том числе воды и воздуха - положительная.
Совместное решение уравнений (5) и (7), при условии подстановки Rj = X] * Р] в формулу (7), обладает удивительными свойствами. Наглядно, применительно к экономике, их можно проследить по работе [2], где приводятся конкретные примеры
расчета в таблицах. Первоначально, после составления этих систем уравнений, их решение дает те же результаты, что и заложены при составлении уравнений. То есть исходная система отражает временный баланс экологической системы. Далее можно вести прогноз, изменяя отдельные параметры, допустим увеличение вредных выбросов или уменьшение природных ресурсов. В результате нового расчета этих систем уравнений можно получить подробные последствия этой деятельности.
Расчет по предлагаемой модели позволяет количественно ответить на многие вопросы устойчивости биосферы и устойчивого развития эколого-экономической системы, включающие:
- пределы изъятия продукции биосферы;
- пределы нарушения биологического р а в н о весия в результате загрязнения;
- устойчивость системы природа-общество и возможность её разрушения с порождением системного кризиса;
- пределы демографической нагрузки на природу;
- расчеты критической массы живой материи и особенно количества людей на Земле, превышение которой биологически невозможно (эпидемии, болезни, изменение параметров жизни планеты по давлению, температуре, концентрации атмосферы, терроризм, наркомания, войны и другие);
- положение общества во взаимодействии с природой до точек бифуркации (тотальной экологической катастрофы);
- прогноз путей возможного выхода цивилизации из прогнозируемых ситуаций;
- объем рециклинга отходов в виде вторичных ресурсов и оценка экологического эффекта от данного рециклинга;
- предельную возможность рециклинга и прогноз выживаемости цивилизации без рециклинга отходов и при разных долях его использования;
- коррекцию стоимости возобновляемых и невозобновляемых ресурсов планеты и расчет времени, когда рециклинг будет по настоящему экономически рентабелен.
Представленный подход отражает
главную мысль, высказанную выше, о необходимости создания общей эколого-
экономической теории биосферы, математическая модель которой позволит, наконец, решить проблемы сбалансированного природопользования.
Перечисленная информация может быть получена из предлагаемой математической модели биосферы в её компьютерном представлении. Однако, в эту модель необходимо ввести дополнительные критерии.
Конфронтация экономики и экологии обусловлена серьезными противоречиями между экологическими требованиями и экономическими интересами. Современное индустриальное потребление и безвозвратное изъятие возобновляемых природных ресурсов (пресной воды, воздуха, почвы, биопродукции и биоразнообразия) становятся близким к способностям природы к самовосстановлению, а по некоторым параметрам и районам планеты даже превосходят эту способность.
Рассмотренная математическая модель биосферы особенно интересна с использованием основной формулы природопользования [3]. Вмешательство человека стало важным фактором существования большинства экосистем, и выделить для исследования природные экологические системы, не затронутые человеческой деятельностью, становится все труднее. В реальном мире взаимодействуют потоки вещества, энергии и информации природных и хозяйственных систем, и предлагаемый матричный метод анализа, известный в экономике в виде матриц «затраты-выпуск», примененный в предлагаемом варианте рециклинга, позволяет более обоснованно использовать математический аппарат в совместном анализе экологических и экономических проблем.
Каким должен быть экономический механизм природопользования и период жизни цивилизации, чтобы выполнять условие:
( а + в ) N< Р , (8)
где а, в - коэффициенты расхода при-
родных ресурсов соответственно для производственных и потребительских нужд в расчете на одного человека;
N - численность населения Земли;
Р - воспроизводимый объем природных ресурсов.
Данное неравенство в настоящее время повсевместно нарушается, то есть темп изъятия природных ресурсов больше темпа их возобновления, и цивилизация в протекающем экологическом кризисе медленно, но верно приближается к тотальной экологической катастрофе.
Выход из данной ситуации подсказывается биосферой. Биосфера - единственная система по Кузнецову, способная функционировать как вечный двигатель с коэффициентом полезного действия, более 100% и значительно превышающим КПД техносферы [4,5]. Анализ уравнения (8) показывает, что выполнение задаваемых ею условий (при Р = const.) возможен, если снижать а и в, которое наиболее эффективно может решаться с введением рециклинга отходов. С учетом этого данное уравнение может быть превращено в уравнение (9):
(а+в)- (а X + в x2) N< P, или ^ (а- аx j)-( в - (3 x2) N< P
где х1, х2 - доли рециклинга возобновляемых и невозобновляемых ресурсов, снижающих добычу у природы первичных материалов.
Представленные результаты позволяют сделать обобщение, что экологоэкономическая система должна функционировать с использованием рециклинга, снижающего социо-техногенное давление на природу, позволяющего обществу жить в режиме определения, данного Т.А. Акимовой: «Экономика устойчивого развития - это экономика экологических ограничений, при которой не разрушается ее природная основа, сохраняются условия жизни, не происходит деградация здоровья человека и не увеличивается угроза безопасности общества» [3].
Вестник Волжского университета имени В.Н. Татищева №3 (12)
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Щукина, А.Я., Ляхов, В.К. Общая модель биосферы. Труды 2-й Международной конференции «ELPIT - 2005». - Самара: Самарский научный центр Российской академии наук, т. 1, 2005. - С. 312
2. Щукина, А.Я., Ляхов, В.К., В.П. Щукин. Функциональная экономика. Новое направление в практической экономике. - Тольятти: ТГУ, 2003. - 184 с.
3. Акимова, Т.А., Хаскин, В.В. Экология. Человек - экономика - биота - среда. - М., 2006. - 495 с.
4. Кузнецов, О.Л., Кузнецов, П.Г., Большаков, Б.Е. Система природа-общество-человек. Устойчивое развитие. - Дубна: Международный университет природы-общества-человека, 2000.
5. Большаков, Б.Е., Кузнецов, О.Л. Труды международного симпозиума «Пространство и время в эволюции глобальной системы природа-общество-человек». - Дубна: Международный университет природы-общества-человека, 2002.
