CC BY
39
УДК
Шуклина А.П., Шуклина В. П., Ермоленко Б.В.
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ И ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Шуклина Анастасия Петровна, студент 1 курса магистратуры факультета биотехнологии и промышленной экологии, email: a. schuklina2015@vandex.ru
Шуклина Валерия Петровна, студент 1 курса магистратуры факультета биотехнологии и промышленной экологии
Ермоленко Борис Викторович, к.т.н., доцент, доцент кафедры промышленной экологии Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия.
Цель развития биоэнергетики в России - это формирование рыночного сегмента востребованных биопродуктов, произведенных на основе передовых технологий переработки биомассы, что обеспечит решение социальных задач, экологических и экономических проблем. Оценена возможность использования древесной и растительной биомассы в качестве источника энергии. Проведен анализ энергетических, технико-экономических и экологических характеристик различных видов твердого биотоплива.
Ключевые слова: древесные отходы, отходы растениеводтва, боимасса, биотопливо, древесные пеллеты, агропеллеты, биоуголь, энергетический потенциал
ECOLOGICAL AND ECONOMIC ASSESSMENT OF THE ENERGY USE OF PLANT AND WOOD WASTE ON THE TERRITORY OF THE RUSSIAN FEDERATION
Shuklina A.P., Shuklina V.P.,Ermolenko B.V
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia
The goal of bioenergy development in Russia is the formation of a market segment ofpopular bioproducts produced on the basis of advanced biomass processing technologies, which will ensure the solution of social problems, environmental and economic problems. The possibility of using woody and plant biomass as an energy source has been evaluated. The analysis of energy, technical, economic and environmental characteristics of various types of solid biofuels.
Keywords: wood waste, plant waste, biomass, biofuel, wood pellets, agropellets, biocoal, energy potential
Зависимость от ископаемых видов топлива как микробиологическую среду. В результате на смену
основных энергоресурсов привела к серьезному энергетическому кризису и проблемам окружающей среды. Чрезмерное использование ископаемого топлива является одной из основных причин глобального потепления и кислотных дождей, которые влияют на климат Земли, погоду, растительность и водные экосистемы. Из-за глобального загрязнения окружающей среды и соображений национальной энергетической безопасности необходимо разработать экологически чистый и возобновляемый источник энергии. Чистая и возобновляемая энергия обычно принимается как ключ к будущей жизни. Хорошим кандидатом на замещение ископаемого органического топлива могут служить растительные и древесные отходы.
Даже небольшие объемы этих отходов, дальнейшее применение которых не представляется возможным, приводят в конечном итоге к их огромному количеству в районе предприятий или за их пределами. Под влиянием атмосферного воздуха, влажности, микроорганизмов, насекомых древесные и растительные отходы начинают разлагаться с выделением большого количества разного рода веществ, большинство из которых являются токсичными и канцерогенными. Растворяясь в атмосферных осадках и поверхностных водах, образовавшиеся вещества попадают в почвенный покров и загрязняют подземные воды, а также элюируют в рядом расположенные водоемы, речки, нанося негативное воздействие на их биологическую и
чистым водоемам и речкам приходят дурно пахнущие стоки с отравленной биологической средой.
Кроме того, оставленные на лесосеке древесные отходы после рубки главного пользования и растительные отходы, образующиеся при сборе урожая, создают ситуацию, приводящую к возникновению пожаров, поскольку в летнее время влажность отходов низкая, а вероятность их самовоспламенения - высокая. Если же размещать отходы на полигоне, то это приводит к отторжению земель, требует дополнительных затрат, а также вызывает дополнительную техногенную нагрузку на природную среду, как и в случае простого сжигания. Поэтому лучшим решением утилизации данных отходов является их энергетическое использование.
Главную цель развития биоэнергетики в России можно определить как формирование стратегического инновационного направления ТЭК и нового рыночного сегмента востребованных биопродуктов с высокой добавленной стоимостью, произведенных на основе передовых технологий переработки биомассы, что обеспечит решение социальных задач, экологических проблем и реализацию экспортной программы по удовлетворению растущего спроса на продукцию данного вида в зарубежных странах. Биоэнергетика может стать основным способом решения энергетических проблем значительной части территории РФ (особенно отдаленных и необустроенных территорий).
С развитием биоэнергетики в России возникают
следующие основные преимущества: В экономике: Происходит инновационное развитие трех ключевых сегментов экономики: энергетики, сельского хозяйства и лесного хозяйства. Создается новый сегмент биоиндустрии, происходит расширение источников налоговых поступлений. Производятся новые конкурентоспособные продукты, развивается потребительский рынок. Появляется дополнительный механизм усиления экономического роста путем производства продукции с высокой добавленной стоимостью. Создаются дополнительные условия для успешного развития экономики регионов. Обеспечивается диверсификация топливно-энергетического баланса субъектов РФ за счет увеличения производства электрической и тепловой энергии на базе биоэнергетики и, в конечном счете, повышение ее доли в федеральном балансе производства и потребления электрической и тепловой в объеме первичной энергии страны. В науке и технологиях: Активизируется научная деятельность в области фундаментальных и прикладных исследований. Разрабатываются новые технологии по переработке различных видов биомассы и получению новых продуктов, наращивается отраслевой инновационный и технологический потенциал. Сокращается научно-технологическое
отставание от ведущих стран-лидеров. В социальной сфере: Создаются новые рабочие места. Совершенствуется система образования. Расширяются возможности получения специального образования и современной профессиональной подготовки и переподготовки. Формируются современные условия труда и быта для 30 млн. жителей сельской местности. В экологии: Обеспечивается основа для
широкомасштабной утилизации отходов. Повышается экологическая безопасность за счет снижения вредных выбросов от электрических и котельных установок в городах со сложной экологической обстановкой, а также автотранспортом.
В международном сотрудничестве: Расширяются возможности по реализации совместных масштабных проектов в области биоэнергетики по устойчивым поставкам биомассы, разработке и трансферу технологий, притоку финансов и инвестиций, повышению международного авторитета научных исследований.
Для того, чтобы оценить возможность использования биомассы в качестве источника энергии следует рассчитать энергетический потенциал отходов лесного хозяйства и деревообработки (таблица 1) и отходов растениеводства (таблица 2).
Таблица 1
Энергетический потенциал отходов лесного хозяйства, деревообработки и растениеводства по округам
Федеральный округ Топливный, млн.т.у.т./год Теплоэнергетический, млн.Гкал/год Электроэнергетический, млн.кВт-ч/год
лесхоз, деревообработка растениев одство лесхоз, деревообработка растение водство лесхоз, деревообработка растение водство
Северо -Западный 3,53 0,12 23,77 0,82 10252,16 351,88
Центральный 3,55 12,17 23,91 81,93 10311,93 35340,08
Приволжский 0,82 6,26 5,53 42,12 2383,77 18169,68
Южный 0,10 7,66 0,65 51,57 279,48 22244,44
Северо-Кавказский 0,02 2,39 0,11 16,08 55,21 6934,03
Уральский 144,46 0,88 972,14 5,91 419334,01 2547,31
Сибирский 5,31 2,77 35,74 18,63 15415,88 8036,60
Дальневосточный 0,93 0,32 6,29 2,16 2713,78 931,89
Для России, обладающей огромным потенциалом возобновляемой биомассы, эффективное
использование и переработка отходов может сократить зависимость предприятий, хозяйств и целых регионов от централизованного энергоснабжения, способствуя тем самым развитию территорий и формированию надежной системы энергетической и экологической безопасности.
Растительные и древесные отходы могут быть успешно подвергнуты переработке с получением таких продуктов, как щепа, древесные пеллеты, топливные брикеты, торрефицированные пеллеты (биоуголь) и агропеллеты, которые могут быть использованы для топливно-энергетических целей. Также получить энергию можно, используя такое твердое топливо, как каменный уголь. И для того чтобы выбрать оптимальный вид топлива необходимо провести анализ их энергетических, технико-
экономических (таблица 3) и экологических характеристик (таблица 4).
Поскольку теплота сгорания является основой теплотехнической характеристикой топлива и определяет его энергетическую ценность, то анализируя данные, приведенные в таблице 3, можно сделать вывод, что древесные пеллеты, торрефицированные пеллеты (биоуголь) и агропеллеты обладают высокой энергопроизводительностью. Торрефицированные пеллеты характеризуются гидрофобностью, отсутствием к биологической деградации, поэтому не требуют особого обращения и могут храниться на улице. Кроме того, они имеют высокую насыпную плотность, вследствие чего затраты на перевозку значительно ниже, чем у других видов биотоплива, что позволяет производству биоугля быть рентабельным на значительном удалении от конечного потребителя.
Таблица 3
Энергетические и технико-экономические показатели различных видов топлива_
Характеристика Щепа Древесные пеллеты / топливные брикеты Торрефицированные пеллеты (биоуголь) Агропеллеты (из шелухи подсолнечника) Каменный уголь
Влажность, % 30-45 7-10 1-5 <10 10-15
Теплотворная способность, МДж/кг 9-12 15-16 /19-20,5 20-24 17,9-19,9 23-28
Насыпная плотность, кг/м3 200-250 550-750/400-600 750-850 600-640 800-850
Гигроскопичные свойства Гидрофильные Гидрофильные Гидрофобные Гидрофильные Гидрофобные
Склонность к биологической деградации Есть Есть Нет Есть Нет
Требование к хранению Высокое Среднее Низкое Среднее Низкое
Стоимость транспортировки Высокая Средняя Низкая Средняя Низкая
Летучие, % 20-25 20-25 28-35 ~ 40 50-55
Фиксированный углерод, % 70-75 70-75 55-65 ~ 47,4 15-30
Зольность, % 0,7-1,2 0,9-1,4/0,5-1,2 <3 <3 10-40
Содержание пыли Среднее Допустимое Допустимое Допустимое Допустимое
Средняя стоимост на рынке, руб./т 1500 9000 11900 6000 8400
Таблица 4
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух при сжигании различных видов топлива для __получения энергии 4 МВт_
Выбросы ЗВ Вид топлива
Щепа Древесные пеллеты Агропеллеты Биоуголь Бурый уголь Каменный уголь
N02, г/с 0,8880114 0,9452376 0,9660755 1,0110177 0,4752661 0,5975538
N0, г/с 0,1443019 0,1536011 0,1569873 0,1642904 0,0772307 0,0971025
Бензапирен, г/с 0,0000031 0,0000032 0,0000032 0,0000031 0,0000023 0,0000030
Взвешенные вещества, г/с 0,0964180 0,0756181 0,3937120 0,0311805 3,8269390 0,9288840
СО, г/с 8,3616582 8,3632057 8,3630334 8,3629437 3,9509757 4,0131113
802, г/с 0,1928360 0,7561805 0 0,0804129 2,2379760 1,8999900
Сажа (С), г/с 1,0443457 1,0445389 1,0445175 0,5222531 1,5191484 1,0127853
По результатам расчетов выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух при сжигании различных видов топлива можно сделать вывод, что использование твердых видов биотоплива в энергетике позволит решить вопрос утилизации древесных и растительных отходов и уменьшения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, поскольку они имеют теплотворную способность, не уступающую каменному углю.
Зола, составляющая до 3 % от массы топлива, может использоваться как удобрение. С точки зрения выделения в атмосферу СО2 сжигание биотоплива признано нейтральным, так как в процессе роста биомасса поглощает такое же количество углекислого газа, какое выделяет при сжигании. К тому же древесина является возобновляемым источником энергии, тогда как
запасы ископаемого топлива в недрах земли по мере сжигания постоянно сокращаются.
Таким образом, использование современных технологий в области утилизации отходов позволяет решить экономические и экологические проблемы.
Список литературы
1. Технологическая платформа «Биоэнергетика» Стратегическая Программа Исследований. - Москва, 2014. - С.24-115.
2. ЕМИСС Государственная статистика [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.fedstat.ru/indicator/37848 (дата обращения 18.06.2019).
3. Kleinschmidt C.P. Overview of international developments in torrefaction. - Niderlands. - P. 2.
