Model of cost-effectiveness studies on a stage of vehicle recycling

Abstract

The paper presents approved method of estimating the cost-effective sorting time and cost-effective mass of recyclables in order to identify the scale of profitability of vehicle recycling production. The model for the economic evaluation of technologies on a stage of waste recovery and recycling is worked out.

Full Text

В рамках решения экологических проблем авторециклинг занимает особое место, так как абстрагирование от проблем утилизации промышленных отходов, в том числе отходов автомобильного производства, приводит к двум серьезным последствиям: во-первых, к экономическим убыткам в виде недоиспользования вторичных ресурсов, а во-вторых, к явной техногенной опасности, связанной с загрязнением окружающей среды автохлоамом. В связи с этим исследования, ориентированные на поиск путей увеличения экономической эффективности на стадии утилизации, приобретают особую актуальность и имеют явную практическую значимость. К настоящему моменту в мире накоплен серьезный опыт по утилизации автомобильной техники, так например, в США эксплуатируется более 600 млн. легковых автомашин, из которых 6-8% нуждаются в ежегодной утилизации, 95% от этого количества попадает в переработку. Это самый высокий показатель в мире, даже по сравнению с другими бытовыми отходами (рисунок 1). Рисунок 1. Ежегодный процент переработки первичных отходов в США Утилизация техники в США давно стала масштабным и прибыльным бизнесом. В частности, 7000 предприятий, занятых переработкой и утилизацией, обеспечивают рабочими местами 46000 работников и выручка этих организаций еще в 2006г. превысила 25 млрд. долл. [1, с. 11]. Показательным может считаться и тот факт, что из вторичного сырья, полученного после рециклинга, было бы возможно производство 13 млн. новых автомобилей. Япония также является ведущей страной по переработке устаревшей техники, причем нормы утилизации имеют серьезную законодательную основу и без справки об утилизации старого автомобиля нельзя купить новый. Расходы по утилизации закладываются в цену нового автомобиля и оплачиваются первым владельцем сразу же при покупке нового автомобиля. В Германии к вопросам утилизации также относятся очень серьезно. По данным компании «Фольксваген», при средней массе автомобиля 1200 кг в нем находится полезных фракций приблизительно в объеме: чугуна – 200 кг; цветных металлов – 170 кг; резины – 90 кг; стекла – 50 кг; краски – 25 кг; «второстепенных» материалов – 65 кг и около 600 кг стали [1, с. 20]. Практически все они могут быть выделены технологически и использованы вторично. Мировым лидером по переработке автохлама признаны Нидерланды. Это государство имеет наилучший показатель по вторичному выделению и использованию сырья и материалов, которые получены после утилизации автомобилей, он составляет 86% от первоначальной массы автомашины. Подобный уровень использования вторичного сырья следует признать общемировой тенденцией, так как за рубежом объем материалов, непригодных к дальнейшему применению, не должен превышать 20% от общей массы автомобиля. К этому сводятся и принятые Европейской Комиссией законы, предусматривающие к 2015 году введение размера минимальной доли вторично используемых ресурсов при утилизации авто на уровне не менее 85%. Не более 10% отходов могут быть подвергнуты сжиганию, и не более 5% считаются безвозвратно потерянными и могут быть захоронены. Еще одна мировая тенденция сводится к подготовке баз данных о составе материалов, используемых при производстве автомобильной техники и установлению единых критериев для обмена этой информацией с целью определения возможных технологий переработки и разработки рациональных маршрутов перемещения объектов утилизации к местам сортировки и переработки. В России проблема утилизации стоит значительно острее, чем в странах Европы. Анализ использования и обезвреживания отходов промышленности позволяет сделать вывод о снижающемся уровне переработки отходов промышленного производства. На диаграмме (рисунок 2) представлен процент использования и обезвреживания отходов от общего объема их образования в 2007-2009 году [2, с. 379]. Рисунок 2. Процент использования и обезвреживания отходов в России в 2007-2009 году В автомобильной промышленности сейчас намечено лишь локальное решение проблемы утилизации автохлама, которая вылилась в подготовку программы «Авторециклинг». Данная программа планируется к реализации только в четырех регионах страны: в Москве, Санкт-Петербурге, Самаре и Нижнем Новгороде. На московский регион приходится всего 13 предприятий, занимающихся вывозом и утилизацией старых автомобилей. Их производственная мощность составляет приблизительно 40 тыс. машин в год, при этом в утилизации ежегодно нуждаются около 1 млн. транспортных средств, из них только в Москве и Московской области – 185-255 тысяч автомобилей. При этом в стране существуют перспективы расширения возможностей утилизации автолома, так как целый ряд предприятий, имеющих необходимое оборудование, занимается переработкой амортизационного лома и загружены только на 30-40% от своих мощностей. Из подвергнутых переработке автомобилей только 30% вторичного сырья используется в дальнейшем. Наиболее значительным является использование ломов черных и цветных металлов – 82,9%, значительно меньше шины – 10% и полимерные отходы – 11,4% [1, с. 5-9]. Таким образом, уровень переработки в развитых странах превышает отечественные показатели в 2¸2,5 раза, что, безусловно, является более рациональным механизмом ведения хозяйства, приводящим к значительному сокращению материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов и в целом к более бережному отношению к окружающей среде. Для отечественного производителя можно выделить ряд моментов, которые сдерживают развитие процессов утилизации отслужившей техники, – это: 1) отсутствие нормативно-правовой базы по утилизации авто; 2) несоответствие скорости переработки отходов скорости их образования; 3) низкая степень востребованности вторичных материалов в производстве, за исключением металлов; 4) многообразие типов отходов, затрудняющих подбор технологий переработки; 5) высокий уровень затрат по сбору, подготовке к использованию и обработке вторичного сырья. Общая модель исследования эколого-экономической эффективности на стадии утилизации должна соответствовать схеме, представленной на рисунке 3. Рисунок 3. Модель эколого-экономической оценки на этапе утилизации и рециклинга В процессе отбора оцениваются возможные маршруты доставки сырья к месту переработки. Анализируются технологические способы утилизации вторичных ресурсов, предпочтение отдается наиболее экологически безопасным. Выявляются масштабы рентабельности производства исходя из представленной ниже методики [3, с. 56-88]. Учитывая материальный состав ресурсов в % от общей массы автомобиля, который составляет [4, с. 12]: черные металлы 67%, пластмассы 10%, цветные сплавы 7%, резина 6%, шумо-, вибропоглощающие материалы 5%, стекло 4%, текстильные материалы 1% – можно говорить о различной массе и интенсивности поступления отходов на переработку. Следовательно, именно от этих двух показателей во многом будут зависеть технико-экономические показатели управляемой системы. Интенсивность выхода того или иного потока может характеризоваться как производная массы соответствующего потока по времени (t). Рассмотрим основные потоки, которые могут образовываться в ходе осуществления операций по авторециклингу: интенсивность потока навала (W), зависит от массы (М), поступившего на переработку навала; максимально возможная интенсивность выхода полезной фракции i-го материала (Wmaxi), в идеале должна быть равна массе i-го материала в навале (Мmaxi); интенсивность потока i-го (извлекаемого) материала в навале при сортировке (Wci), зависит от массы i-го материала содержащегося в навале (потенциальная масса i-го материала) (Мci); интенсивность выхода полезной фракции i-го материала (Wbi), зависит от массы i-го материала (Mbi), полученного из навала в процессе сортировки; рентабельная интенсивность выхода полезной фракции i-го материала (Wpi), зависит от минимальной массы извлекаемого материала (Мpi), затраты по извлечению которой окупаются. Следовательно, цепочка очищения первоначальной массы выглядит следующим образом (рисунок 4). Рисунок 4. Последовательность извлечения полезной фракции i-го материала Следует разобраться, насколько рациональна данная структура и существует ли возможность оптимизации. Каждый из представленных этапов процесса авторециклинга сопровождается увеличением затрат, которые включают в себя расходы на оплату труда, отопление, электроэнергию, приобретение основных и вспомогательных материалов, используемых в технологическом процессе, а также затраты на амортизацию промышленных зданий, сооружений и оборудования. В связи с этим удельные затраты на производство 1 кг готового продукта, полученного в процессе рециклинга, могут быть рассчитаны как сумма удельных затрат каждой технологической операции: , (1) где: удельные затраты на j-ую технологическую операцию, которые определяются по формуле (2): , (2) где: СОТ – удельные затраты на оплату труда; СЕ – удельные затраты на электроэнергию, потребляемую при выполнении технологической операции; СМат – удельные затраты на приобретение основных и вспомогательных материалов; САО – удельные затраты на амортизацию зданий и оборудования. Представленные затраты будут накапливаться независимо от того, работает производство или простаивает, следовательно, снижение удельных затрат возможно только за счет роста массы получаемой продукции. Удельные затраты на этапе сортировки определяются по формуле (3): , (3) где: удельные затраты на выделение из неорганизованной смеси продуктов, пригодных для переработки; удельные затраты на перемещение вторичных ресурсов без выхода полезной фракции искомого материала. Исключение затрат на выходе этого процесса, которые могут возникнуть вследствие ошибок и более длительной продолжительности смежных операций, способны привести к формированию условий для оптимизации процесса авторециклинга. Учитывая экономические интересы производителей, величина должна стремиться к нулю, поэтому при наиболее рациональном управлении дополнительные затраты на извлечение материала должны быть равны нулю. То есть последовательность, представленная на рисунке 4, должна быть преобразована и из цепочки извлечения материала исключена стадия дополучения материала после сортировки, которая зафиксирована следующим образом (рисунок 5). Рисунок 5. Последовательность извлечения полезной фракции i-го материала после оптимизации процесса сортировки Удельные затраты зависят от закона изменения интенсивности выхода продукции. Для рециклинга автомобильной техники целесообразно выбрать закон квадратичной параболы, который обусловлен разнообразием рециклируемых материалов и различным размером извлекаемых частиц, которые варьируются от крупных до мельчайших элементов. В этом случае, если =0, то удельные затраты выражаются зависимостью (4) [3, с. 72]: , (4) где: Сt – затраты отнесенные к единице времени; К – коэффициент, учитывающий закон интенсивности выхода материалов при изменении выхода продукции по закону квадратичной параболы. Затраты будут изменяться в течение промежутка времени по следующим зависимостям: 1) если , то ; (5) 2) если , то . (6) Проведем моделирование процесса сортировки в зависимости от ее продолжительности (рисунок 6). Введем ряд допущений, в частности, примем величину максимального значения выхода материла (Wmax) за один час рабочей смены (8 часов) равной 127,5 кг из расчета извлечения общей полезной фракции в объеме 85% (1020 кг) от массы среднестатистического автомобиля весом 1200 кг. Затраты труда, отнесенные к единице времени (Сt), определим исходя из часовой ставки сортировщика вторичного сырья по данным работодателя, разместившего информацию о вакансии в интернете (на 30.06.12 г.), они равны 110 руб./час. Время извлечения полезных компонентов и материалов примем гипотетически равным 8 часам (один рабочий день). Таким образом, удельные затраты труда при данных условиях за один час не могут быть менее 1 руб. Рисунок 6. Зависимость удельных затрат от продолжительности сортировки Кроме того, данные расчетов дают возможность понять, что с течением времени удельные затраты возрастают и продолжительность сортировки будет ограничиваться только порогом полезности извлечения материала, превышение которого делает рециклинг экономически нецелесообразным. Исходя из соотношений (5) и (6) можно сделать вывод о том, что удельный доход (TRудi) от извлечения полезной фракции будут колебаться в диапазоне от в силу влияния закона интенсивности выхода материала, при котором цена материала превышает удельные затраты. При прибыль равна нулю и, следовательно, сортировка не рентабельна, а при создается ситуация, когда материал выбран полностью и нет смысла продолжать сортировку, так как это не принесет дополнительной выгоды. В ходе исследования зависимости удельных затрат от интенсивности выхода материала при известных временных затратах можно установить, что с увеличением интенсивности выхода материала часовые затраты перестают оказывать решающее действие на величину удельных затрат и рентабельность сортировки в наибольшей степени зависит от производительности используемого оборудования. Время рациональной сортировки (tpi) определяется из соотношения (7) [3, с. 76]: , при . (7) Если принять максимальное время полного извлечения полезной фракции равным 8 часам, объемы извлекаемого материала определить из расчета 85% от полной массы материала содержащегося в автомобиле, а также использовать в качестве величины удельных затрат минимальную рыночную цену на вторичные материалы (по данным интернет-сайтов), то можно рассчитать рентабельное время сортировки для различных материалов. Графическая интерпретация расчетов времени для сортировки стали, чугуна и стекла представлена на рисунках 79 и в таблице 1 в зависимости от цены единицы товара (продукции). Рисунок 7. Рентабельное время сортировки стали Рисунок 8. Рентабельное время сортировки чугуна Рисунок 9. Рентабельное время сортировки стекла Таблица 1 Ориентировочные нормы времени на сортировку различных видов материалов в зависимости от цены их реализации и объемов извлечения № п/п Наименование материала Диапазон цен (в руб.) реализации вторичных материалов в текущем периоде за 1 кг Рентабельное время сортировки, (час) 1 Сталь 5,00÷7,50 до 3,0 2 Чугун 6,00÷8,00 до 2,2 3 Стекло 1,50÷3,00 до 5,0 В ходе исследований была установлена следующая зависимость: чем выше стоимость материала на рынке, тем меньше должно быть рентабельное время сортировки. На основании результатов проведенных исследований выявлена закономерность, позволяющая разработать нормы времени на сортировку различных материалов, которые имеются в утилизируемом автомобиле. К настоящему времени данные нормы не разработаны и извлечение материалов происходит бессистемно. Нормирование технологических операций делает процесс сортировки в наибольшей степени упорядоченным и рентабельным. Приняв за величину удельных затрат минимальную рыночную цену извлекаемого материала, можно определить рентабельную массу материалов в отвале при сортировке. Этот показатель тесно взаимосвязан с интенсивностью выхода, так как при убывающей интенсивности достигается положение, когда удельные затраты сравниваются с ценой материала и дальнейшее снижение интенсивности выхода приводит к убыткам. Придерживаясь принятой тенденции изменения выхода, происходящему по закону квадратичной параболы, определим рентабельную массу по формуле 8 [3, с. 82]: , при . (8) Установим цену реализации извлеченной массы для различных материалов, поступающих на переработку после сортировки автохлама (рисунки 10 – 12, таблица 2). Рисунок 10. Рентабельная масса стали, полученной при сортировке Рисунок 11. Рентабельная масса чугуна, полученного при сортировке Рисунок 12. Рентабельная масса стекла, полученного при сортировке Таблица 2 Определение цены материала при полном извлечении полезной фракции, полученной при сортировке № п/п Название материала Цена материала (руб. за 1 кг) Рентабельная масса полезной фракции (кг) 1 Сталь 5, 80 510 2 Чугун 7,00 170 3 Стекло 1,80 42,5 Доходы предпринимателей будут формироваться при превышении цены реализации над величиной удельных затрат. Экономический эффект от рециклинга при извлечении нескольких материалов следует определять по формуле (9), принимая во внимание, что : . (9) В общем случае при оценке альтернативных вариантов технологий рециклирования технология «1» может считаться более предпочтительной по отношению к технологии «2», если выполняются следующие условия: , где: Суд1, Суд2 – удельные затраты на получение 1 кг вторичного ресурса соответственно при использовании 1 или 2 технологии (руб.); Е1, Е2 – энергия, затрачиваемая на получение 1 кг вторичного ресурса (руб.); Мр1, Мр2 – рентабельная масса извлекаемого материала (кг). Если потребуется оценить целесообразность создания промежуточного продукта в конечный продукт, то исходим из следующего соображения: если разница в цене реализации последующего (конечного) продукта превышает удельные затраты по его дополнительной переработке и коэффициент экологической обстановки территории при размещении производства (Ке) [6] не превысит своего минимального значения, то такая переработка целесообразна, если же добавочная стоимость вновь созданного продукта меньше вложенных затрат или Ке>0,3, то ограничиваются созданием полуфабриката. Выводы Таким образом, в ходе исследования были достигнуты следующие результаты: разработаны нормы времени рентабельной сортировки по основным рециклируемым материалам при утилизации автомобильной техники; установлены рентабельные цены рециклируемых материалов, выделяемых при сортировке автомобильной техники; разработана модель определения экономической эффективности и отбора решений оптимального управления на базе эколого-экономической оценки на стадии утилизации и рециклинга автомобильной техники.