Биотопливо – решение проблем XXI века

По подсчетам Лесопромышленной конфедерации Северо-Запада, в Северо-Западном федеральном округе (СЗФО) образуется 16 млн. кубометров древесных отходов на основе сегодняшней работы деревообрабатывающей, лесопильной, лесозаготовительной и других отраслей ЛПК.

Как известно, процент древесных отходов на предприятиях лесопромышленного комплекса колеблется от 5 до 60 % в зависимости от типа производства. Часть отходов утилизируется на самих предприятиях, часть вывозится, часть продается в виде щепы или сырья для производства целлюлозно-бумажного или плитного комплекса. Однако на ряде предприятий остаются отходы, которые не утилизируются вовсе и, в конечном итоге, приносят немало проблем. И это также потенциал региона. По мнению специалистов Лесопромышленной конфедерации Северо-Запада, в нашем регионе можно использовать как минимум половину от технического потенциала древесных отходов для получения энергии.

Для Северо-Запада, имеющего протяженную границу с Европейским союзом – 2200 км – особенно важна экспортная направленность биотоплива и биотопливной промышленности.

За последние пять лет СЗФО стал одним из лидирующих регионов в области развития биотопливной отрасли. Близость к границе с Европой позволяет как перенимать опыт соседей в области биотоплива, так и продавать произведенную в регионе продукцию на Запад. К примеру, количество заводов по производству биотоплива выросло за последние 5 лет в 10 раз. В основном, российские биотопливные компании ориентированы на европейский рынок, где доля возобновляемого топлива растет с каждым годом. Хотя в конце 2006 года начали уже и в России появляться котельные на таком облагороженном биотопливе как пеллеты. “Первой ласточкой” стала котельная на гранулах во Владимирской области, которую запустили в ноябре 2006 года. Вторым крупным проектом в этой сфере можно назвать инициативу Санкт-Петербурга, где к концу 2007 года планируется перевести на гранулы 4 муниципальных котельных.

В среднем по стране доля использования биотоплива для производства энергии менее 1%. В СЗФО – в среднем 3%. В ряде регионов, таких как Республика Коми, Карелия, Архангельская область биотопливо используется более активно и даже превышает 10 – 15% в общем топливном балансе ряда областей. Тем не менее биоэнергетика развита еще недостаточно. Для сравнения, в соседней Финляндии доля использования биотоплива сегодня достигает 25%. Швеция к 2010 году намерена получать 50% энергии из биомассы, а затем вообще отказаться от ископаемых видов топлива.

Энергетика в России сегодня

Состояние энергетической отрасли России далеко от идеального. Не секрет, что износ основных фондов в среднем по России составляет более 50%, а в отдаленных сельских местностях даже превышает 75%. Большинство котельных нуждается в модернизации. Дешевый газ доступен не всем, а мазут и уголь в ряде регионов становятся в прямом смысле “золотыми”. Поэтому перевод котельных на биотопливо, при котором возможно использование древесины и отходов сельского хозяйства, приобретает все большую и большую популярность, особенно на Северо-Западе.

В зависимости от вида биомассы можно применять различные технологии ее использования. Из древесины и отходов лесопромышленного комплекса можно получать как твердое, так газообразное и жидкое топливо. А затем уже тепло, электричество или моторное топливо.

Древесные отходы – тоже источник прибыли

По данным Министерства природных ресурсов РФ, в 2004 году было вырублено 127 млн. м3 древесины. При заготовке древесины только в лесу остается 7,6 млн. м3 древесных отходов. Наряду с этим на предприятиях ЛПК при переработке древесины образуется более 40 млн. м3 древесных отходов, из которых используется лишь 10 – 40%, в основном в виде топлива.

Постоянно растущие цены на нефтепродукты и уголь способствуют поиску и дальнейшему развитию технологий утилизации древесных отходов.

Главный инженер Нижегородской научно-производственной фирмы “АМиСК” Виктор Рыжов (руководитель тематики – утилизация отходов ЛПК) предложил вниманию участников конференции несколько направлений экономически выгодного использования древесных отходов.

Первое из них – получение газообразного топлива. Газификация биотоплива как доступного и дешевого альтернативного источника энергии взамен постоянно дорожающих природных ископаемых источников энергии интересует большинство стран мира. В России это ощущается особенно остро в таких отраслях как лесопромышленный комплекс, сельское хозяйствро и другие отрасли промышленности, где накапливается и не используется большое количество растительных отходов.

Вопрос использования биотоплива для производства тепловой энергии в России и в мире в большей или меньшей степени решен, однако производство электроэнергии, ввиду низкой теплотворной способности (4,6 МДж/нм3) и сильной загрязненности получаемого газообразного топлива на традиционных установках газификации по-прежнему почти не решается.

Группой разработчиков (Бондарев В.Я., Рыжов В.А. и др.) предложен новый способ газификации биотоплива (имеется патент и несколько зарестрированных заявок). Получаемое газообразное топливо имеет теплотворную способность до 12 МДж/нм3 – это в 2,5 раза выше по сравнению с известными в мире способами газификации древесины. Газ содержит 86 – 87% горючих компонентов и 13 – 14% балласта.

Второе возможное направление использования древесных отходов – получение кускового топлива и пиролиз древесины. Процесс пиролиза древесины на данный момент изучен очень хорошо, основным его продуктом является древесный уголь – пористое, хрупкое вещество черного цвета с синеватым оттенком в изломе. Спрос на древесный уголь высокого качества очень велик, но следует отметить, что качественный древесный уголь получается только из твердолиственной древесины.

Переугливая же мягколиственную и хвойную древесину, возникнут проблемы при сбыте готового угля. Его целесообразно сразу брикетировать.

Поэтому третье из возможных направлений утилизации – брикетирование древесноугольных отходов.

На предприятиях, занимающихся изготовлением древесного угля, скапливается большая масса мелкого (менее 12 мм) угля. Эта масса не находит сбыта и может быть переработана в брикеты. Древесноугольные брикеты представляют собой высококачественное топливо, а также могут быть использованы для замены части крупнокускового угля. Брикеты обладают большой механической прочностью, высокой теплотворной способностью, малой гигроскопичностью. Брикетирование древесноугольной мелочи производится с применением связующих веществ.

Стабильно работающих крупных производств по брикетированию древесноугольной мелочи в России в настоящее время нет. Это объясняется отсутствием хорошего оборудования для прессования.

В-четвертых же, экономически выгодно для предприятий ЛПК и брикетирование древесных отходов.

Одним из эффективных способов переработки мелких древесных отоходов является их брикетирование без использования связующего. Готовые брикеты могут быть разных размеров и, следовательно, их целесообразно разделить на два вида – топливные брикеты (более крупные в виде кусков правильной формы) и технологические топливные гранулы (пеллеты).

Топливные брикеты могут использоваться для отопления в домашних печах и каминах, а также в заводских котельных и ТЭЦ. При сгорании теплотворная способность древесных брикетов составляет 4000 – 5000 ккал/кг. Причем при переходе на брикеты, как правило, не требуется реконструкция оборудования.

Прессование древесных отходов с одной стороны позволяет очистить территории предприятий, а с другой – решить ряд экологических проблем. Брикеты из древесных отходов практически не содержат серы, поэтому в продуктах их сгорания отсутствуют SO2 и SO3. Кроме того, зола, образующаяся при сжигании брикетов, обладает свойствами эффективного калийного удобрения.

Изготовление топливных древесных и древесноугольных брикетов является наиболее перспективным направлением для использования древесной и угольной мелочи, а также не имеющего сбыта угля хвойных и мягколиственных пород. Брикеты представляют собой высококачественное топливо, не содержащее серы. Древесные брикеты по теплотворной способности не уступают бурому углю и могут его частично или полностью заменить при сжигании в котельных и в быту. Угольные брикеты могут заменить часть крупнокускового древесного угля, применяемого в промышленности, и ккменноугольного кокса, используемого в металлургии при выплавке чугуна.

Не забыть про кору

Доценты Сибирского государственного технологического университета И. Беседина и Ю. Симкин рассказали участникам конференции о том, как получать продукты для биоэнергетики из отходов окорки.

В деревообработке, целлюлозно-бумажном производстве остается в составе древесных отходов большое количество коры, которая также может использоваться в качестве энергетического топлива. Общие реальные ресурсы древесной коры достигают в стране 15 – 18 млн. м3. Если учесть, что в процессе окорки бревен вместе с корой снимается и часть древесины, то общие отходы окорки будут исчисляться еще большими объемами. Так, при окорке на станках роторного типа содержание древесных волокон составляет 1,8%, при окорке на станках барабанного типа – до 10,3% и при окорке ножевыми станкми (способом точения) – достигает 50% и более. Особенно много коры уходит в отходы при окорке лиственницы, в которой она занимает до 25% объема всего дерева. Реальные возможности организации промышленной утилизации коры имеются на предприятиях целлюлозно-бумажного производства, лесопиления, фанерного производства, нижних складах леспромхозов и многих других.

В настоящее время отходы окорки в незначительных количествах сжигаются, используются в сельском хозяйстве. Основную же их массу вывозят в отвалы. Отвалы из этих отходов загрязняют почву, подземные и поверхностные воды экстрактивными веществами и продуктами распада коры и древесины. Промышленная утилизация отходов окорки осложнена в связи с их малой прочностью и большой полидисперсностью. Разнородный фракционный состав отходов окорки затрудняет их переработку, приводит к неравномерности горения крупной и мелкой фракции.

Специалистами Сибирского государственного технологического университета была изучена возможность получения брикетов из отходов окорки лиственницы сибирской. И выяснилось, что по механической прочности уголь из брикетов сухой окорки не уступает древесному углю-сырцу и в отличиен от него сохраняет одинаковую прочность при раздавливании во всех направлениях на уровне 20 – 25 МПа. Данное обстоятельство вполне позволяет использовать его в качестве углеродного восстановителя и при получении активных углей.

“Сырые” брикеты из отходов окорки и угли, получаемые из них, удобны при транспортировке, подвержены хранению и могут использоваться в качестве топлива в быту и при отоплении жилых, производственных зданий, коровников, свинарников и других помещений, при выработке электроэнергии в котельных мини-ТЭЦ, а также в газогенераторных установках, обеспечивающих работающих на газе двигателей внутреннего сгорания в различных отраслях народного хозяйства.

Пеллеты завоевывают Европу

Особого внимания участников конференции-дискусси “Биоэнергетический штурм” удостоились пеллеты – топливные гранулы, производство которых сейчас является одним из самых быстроразвивающихся отраслей биоэнергетики. Ожидается, что общий объем производства топливных гранул в стране через несколько лет достигнет 300 – 400 тысяч тонн.

Топливные гранулы получают из отходов лесопиления, деревообработки, сельского хозяйства. Гранулы могут быть древесными (из любых пород древесины, включая чисто лиственные гранулы), из лузги подсолнечника, соломы, помета и др. Для многих компаний производство гранул – это завершающая ситадия основного бизнеса: деревообработки или лесопиления.

Гранулы, как правило, делятся на промышленные и для частных потребителей. Первые используются на больших ТЭЦ и котельных для производства тепло- и электроэнергии для населенных пунктов и предприятий. Они транспортируются в контейнерах или судовыми пратиями “навалом”. В процессе использования на ТЭЦ гранулы обычно измельчаются.

Гранулы же для частных потребителей применяют для отопления жилых домов, и продаются они в мелкой расфасовке по несколько килограммов. В Европе их можно найти в супермаркетах и на бензоколонках. Цены в розницу достигают 470 евро за тонну.

Рекорды по использованию гранул бьет Швеция. За первое полугодие 2006 года здесь было куплено 350 тысяч тонн пеллет – это на 72% больше, чем за аналогичный период предыдущего года. Пеллеты рассматриваются в Швеции как одновременно дешевый и экологиески приемлемый вид топлива.

Гранулы в России

Российское производство гранул сеголдня ориентировано на зарубежный рынок. Европейско-уральская часть страны продает гранулы в основном в Европу. Транспортировка осуществляется или автомобильным транспортом, или судовыми партиями. На Дальнем Востоке странами-покупателями российского биотоплива выступают, как правило, японские компании.

Внутри России гранулы пока используются мало. Покупателями гранул здесь являются, как правило, частные домовладельцы или небольшие предприятия, установившие мини-котельные на гранулах. Иногда можно увидеть древесные гранулы в магазинах в мешках в качестве наполнителя для кошачьих туалетов.

Себестоимость производства гранул в России колеблется в рационе 50 евро за тонну. Продажная цена гранул также варьируется. В России гранулы можно продать на FOB-Санкт-Петербург за 110 евро за тонну. В Европе же цена на гранулы колеблется от 120 до 150 евро за тонну. Наиболее высокие цены на пеллеты в Италии и Великобритании.

Важно отметить, что таможенных пошлин на экспорт гранул из России пока нет.

Проблемы производства пеллет в России

Конечно, по сравнению с ЕС, в России гранул производят на порядок меньше, но и при данном объеме производства уже есть накопившийся опыт строительства и эксплуатации таких заводов. Однако, так как первые заводы в России попроизводству древесных гранул были построены всего 5 – 6 лет назад, остается еще много вопросов по организации технологическогшо процесса на производстве и, главное, стабильность работы таких предприятий.

Специалисты Санкт-Петербургской лесотехнической академии отметили, что большинство заводов работают на привозном сырье в виде опилок или щепы и лишь единицы работают в комплексе с лесоперерабатывающими заводами. Работая на привозном сырье, заводы сталкиваются с проблемой обеспечения, что естественно сказывается на их стабильности.

Кроме подготовки и обеспечения сырьем на многих заводах есть проблема избыточного расхода сырья, связанного с получением тепла для его сушки, так как тепло получают в результате сжигания сырья при естественной влажности, а при получении тепла из сухого сырья можно уменьшить его расход почти в два раза.

Подобные технологические решения позволяют не только уменьшить себестоимость производства древесных гранул, но и существенно упростить технологический процесс производства.

Почему России необходимо биотопливо

Применение биотоплива, а именно сжигание древесины, – древнейший способ получения энергии. И сейчас он получает второе рождение благодаря ряду причин.

Во-первых, это экономические причины, связанные с ценой топлива. Уголь или мазут необходимо доставить до потребителя зачастую за тысячи километров. Девесина же и сельскохозяйственная растительность произрастают вблизи. Стоимость ископаемых видов топлива постоянно увеличивается, к тому же эксперты заявляют о том, что в скором времени оно может вообще иссякнуть. А биотопливо – быстровозобновляемый источник, в особенности, если речь идет об энергетической траве или быстрорастущих деревьях.

Использование биотоплива в России может помочь в решении проблем энергоснабжения малых городов и поселков, предприятий лесопромышленного комплекса, целлюлозно-бумажных комбинатов. В удаленных районах введение новых цепочек производства как лесного, так и сельскохозяйственного сырья для биоэнергетики, безусловно, окажет, положительное влияние на устойчивое развитие регионов.

Во-вторых, экологические причины. Сжигание ископаемых видов топлива приводит к значительным выбросам парниковых газов, что особенно актуально в свете скорого принятия Киотского протокола. Согласно этому документу, ведущие мировые державы берут на себя обязательства по сокращению выбросов парниковых газов на определенный процент к 2012 году. В противовес ископаемым видам топлива, сжигание биотоплива не ведет к сильному загрязнению окружающей среды. При использовании биотоплива, как возобновляемого источника энергии, выбросы парниковых газов считаются нулевыми. При сжигании древесины высвобождается такое же количество углекислого газа, какое было поглощено в процессе роста дерева.

В целом, устойчивое ведение лесного хозяйства даст России, согласно Марракешским соглашениям, возможность зачесть дополнительные поглощения углерода от улучшения земле- и лесопользования в размере до 33 млн. тонн углерода в год.

Применение биотоплива позволяет как снизить уровень праниковых газов, так и утилизировать отходы, в частности древесные, получив, одновременно экологический и экономический эффекты. Экологический эффект связан с тем, что свалка перестанет выделять в атмосферу опасный метан и другие вредные газы. Экономический: получение денег из отходов, которые становятся сырьем и за которые могут заплатить деньги место взимания пени за утилизацию.

В-третьих, технические причины. Сегодняшние технологии сжигания битоплива шагнули далеко вперед и позволяют добиться большего КПД использования по сравнению с углем или другими видами ископаемого топлива. Сейчас можно использовать практически любые виды биомассы для получения энергии. Тем не менее, наиболее популярным в России остается применение древесины.

В целом же, развитие лесопромышленного комплекса стимулирует развитие биоэнергетики. Экономически выгодно производить биотопливо в цепочке: лесопильное предприятие – вспомогательное производство биотоплива – экспорт биотоплива, продажа на внутреннем рынке. Тем самым развиваются два направления: ЛПК и биоэнергетика. Выгодно также использование щепы и других выидов биотоплива напрямую в котельных вместо закупки угля или мазута в других регионах. Это можно рассматривать во взаимосвязи с деревянным и иным домостроением. При этом также развиваются два направления: использование биотоплива и строительство.

Тем самым, сейчас можно смело утверждать – возможности биоэнергетики в лесном комплексе неисчерпаемы.

Источник – Лесной эксперт