CC BY
321УДК 338:621.9
А.Е. Мороховец*, Н.В. Попов**
ПРОИЗВОДСТВО ТВЕРДОГО БИОТОПЛИВА В РОССИИ: ЭКОНОМИКА РАЗВИТИЯ И ИНВЕСТИЦИИ В БУДУЩЕЕ
Мороховец А.Е., Попов Н.В. Производство твердого биотоплива в России: экономика развития и инвестиции в будущее. - Статья.
В связи с истощением мировых запасов топлива, а соответственно и ростом цен, возобновляемые виды топлив начинают играть большую роль в топливном балансе большинства стран. Использование биотоплива открывает значительные перспективы для развития общества, экономики и преодоления экологических проблем, поэтому вопросы развития производства этих энергоносителей все чаще занимают достойное место в правительственных программах по энергетике, экологии, землепользованию, водоснабжению и развитию сельского хозяйства. В статье проведен анализ производства биологического топлива, преимущественно твёрдого, а также обсуждаются возможные пути экономического развития сотрудничества в сфере биоэнергетики в России и странах Европейского союза.
Ключевые слова: биоэнергетика, твердое биотопливо, экономическая эффективность, экологическая безопасность, инвестиции.
Morokhovets A.E., Popov N.V Solid biofuel production in Russia: business development and investment in the future. - Article.
Due to the depletion of world reserves of fuel, and therefore higher prices, the renewable fuels are beginning to play a greater role in the fuel balance of most countries. Biofuels offer significant prospects for the development of the society, economy and overcoming environmental problems that's why the development of this energy production occupies the worthy place in government programs on energy, environment, land use, water supply and agricultural development. The production of biofuels, mostly solid, is analyzed in the article. The possible ways of economic development of cooperation of Russia and the European Union in the bioenergy sector are discussed.
Keywords: bioenergy, solid biofuels, economic efficiency, environmental safety, investments.
Мороховець А.Є., Попов Н.В. Виробництво твердого біопалива в Росії: економіка розвитку та інвестиції в майбутнє. - Стаття.
Через виснаження світових запасів палива, а відповідно і ростом цін, поновлювані види палива починають відігравати більш суттєву роль у паливному балансі більшості країн. Використання біопалива відкриває значні перспективи для розвитку суспільства, економіки та подолання екологічних проблем, тому питання розвитку виробництва цих енергоносіїв усе частіше займають гідне місце в урядових програмах з енергетики, екології, землекористування, водопостачання та розвитку сільського господарства. У статті наведено аналіз виробництва біологічного палива, переважно твердого, а також обговорюються можливі шляхи економічного розвитку співробітництва в сфері біоенергетики в Росії та країнах Європейського союзу.
Ключові слова: біоенергетика, тверде біопаливо, економічна ефективність, екологічна безпека, інвестиції.
* Мороховец Андрей Евгеньевич - Ярославский государственный технический университет, автомеханический факультет, кафедра двигателей внутреннего сгорания. г. Ярославль, Россия.
** Попов Николай Васильевич - заведующий кафедрой государственно-правовых дисциплин Российского химико-технологического университета имени Д.И. Менделеева, кандидат юридических наук, доцент, г. Москва, Россия.
Использование человеком биологического топлива уходит в далекое прошлое. Сначала это были дрова, солома, навоз, затем древесный уголь и торф. Постепенно их вытесняли уголь и нефть. Однако еще во времена первого нефтяного кризиса в 1970-х гг. человечество задумалось о поисках альтернативных источников энергии, способных заменить традиционное углеводородное топливо.
Современный биотопливный рынок начал формироваться в последнее десятилетие. Практически во всех странах мира приняты биоэнергетические программы. Особенно бурное развитие получает биоэнергетика в Европейском союзе, вероятность того, что к 2020 году биомасса превысит в энергетическом балансе Европы 10 %, очень велика [1].
Биотопливо (англ. - Ыо/ив!) - это твердое, жидкое или газообразное топливо, получаемое из биомассы термохимическим или биологическим способом.
Существуют различные классификации данного вида топлива, получаемого из биологического сырья.
Выделяют три поколения растительных биотоплив. Первыми начали использовать традиционные сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием жиров, крахмала, сахаров. Растительные жиры хорошо перерабатываются в биодизель. Растительные крахмалы и сахара перерабатываются на этанол. Однако такое сырье оказалось крайне неудобным: его изъятие с рынка прямо влияет на цену пищевых продуктов. Экономические, экологические и социальные последствия использования биотоплива первого поколения оказались в центре внимания широкой общественности, получили неоднозначную оценку в средствах массовой информации и явились предметом политических дебатов и кампаний гражданского общества.
Непищевые остатки культивируемых растений, травы и древесины стали вторым поколением сырья. Его получение гораздо
менее затратно, чем у культур первого поколения. Такое сырье содержит целлюлозу и лигнин. Его можно прямо сжигать (как это традиционно делали с дровами), газифицировать (получая горючие газы), осуществлять пиролиз. Основные недостатки второго поколения сырья - относительно невысокая отдача с единицы площади.
Третье поколение сырья - водоросли. Не требуют земельных ресурсов, могут иметь большую концентрацию биомассы и высокую скорость воспроизводства.
Биологическим топливом является горючее животного или растительного происхождения. Как и традиционное углеводородное горючее, биотопливо бывает жидким, газообразным и твердым.
Жидкие топлива - это спирты (метанол, этанол, бутанол), эфиры, биодизель и биомазут. Наибольший практический интерес проявляется к жидкому биологическому топливу, производимому из биомассы, семян и плодов пищевых и технических масличных культур, а также отходов пищевых масел. Используется оно в основном в дизелях и котельных установках. Широкое применение это горючее получило в странах Европейского союза, на Украине, в Белоруссии, в Северной и Латинской Америке.
Газообразные топлива - различные газовые смеси с угарным газом, метаном, водородом, получаемые при термическом разложении сырья в присутствии кислорода (газификация), без кислорода (пиролиз) или при сбраживании под воздействием бактерий.
Твердые топлива - это традиционные дрова (часто в виде отходов деревообработки) и топливные гранулы и брикеты (прессованные мелкие остатки деревообработки). Также в эту группу входят: щепа, солома, лузга.
Переработка отходов лесопромышленного комплекса. Методы биотехнологии позволяют полностью переработать отходы агропромышленного комплекса, и в ряде стран само понятие «отходы» для этого сектора уже перестает существовать [2].
Дерево - древнейшее топливо, используемое человечеством. В настоящее время в мире для производства дров или биомассы выращивают энергетические леса, состоящие из быстрорастущих пород (тополь, эвкалипт и др.).
В России на дрова и биомассу в основном идет балансовая древесина, не подходящая по качеству для производства пиломатериалов, за счет использования своих ресурсов страна имеет возможность стать одним из лидеров мирового рынка биоэнергетики.
Российская Федерация располагает огромными запасами биоресурсов. Количество органических отходов разных отраслей народного хозяйства РФ составляет более 390 млн. т в год; отходы же лесо- и дере-вопереработки - 700 млн. т, энергетическая ценность которых превышает 300 млн. МВт.ч. на каждые 100 млн т. При этом утилизируется не более 10 % из них [2].
Биоэнергетика на древесных отходах (брикеты и пеллеты) - одна из самых молодых и самых быстрорастущих отраслей российской экономики [3, с. 171].
К древесной биоэнергетической отрасли относятся: производство биотоплива, выработка тепловой и электрической энергии с использованием биотоплива, изготовление и поставка оборудования для производства и сжигания биотоплива. Развитие данного направления способствует росту производства электрической и тепловой энергии, полученной из дешевых источников, а также обеспечивает эффективную утилизацию отходов лесопереработки. Дополнительным эффектом реализации данного комплекса мероприятий является развитие энергетического машиностроения.
Твердое гранулированное биотопливо из древесины и ее отходов изготавливают в виде пеллет или брикетов [4].
Топливные гранулы (пеллеты) (англ. pellets) - биотопливо, получаемое из торфа, древесных отходов и отходов сельского хозяйства, представляют собой прессованные цилиндры диаметром 4-10 мм, длиной
2-5 см. Топливные брикеты: «круглые» -имеют диаметр 40-100 мм, длиной 15-25 см; «кирпичики» - 150 х 90 х 60 мм, весом около 1 кг.
Древесные гранулы высокого качества (белые и серые) используют для отопления жилых домов путём сжигания в гранульных котлах, печах и каминах. Тёмные гранулы с большим содержанием коры сжигают в котлах большей мощности с целью получения тепла и электроэнергии для населённых пунктов и промышленных предприятий. Тёмные гранулы могут быть большего диаметра. Качество и вид гранул зависят от сырья и технологии производства. В основе технологии производства топливных гранул, как и топливных брикетов лежит процесс прессования измельченных отходов древесины, соломы, лузги и др.
Сырьем для производства гранул (или брикетов) могут быть торф, балансовая (некачественная) древесина и древесные отходы: кора, опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, а также отходы сельского хозяйства: отходы кукурузы, солома, отходы крупяного производства, лузга подсолнечника и т.д. Выбор сырья для производства биотоплива, чаще всего, определяется имеющимися ресурсами. Например, типичная лесопилка превращает около 60 % древесины в доски, при этом 12 % уходит в опил, 6 % -в концевые обрезки и 22 % - в горбыль и в обрезки кромок. Объем опила и стружки на этапе деревообработки достигает 12 % от исходного сырья. На производство одной тонны гранул уходит около 5 м3 древесных отходов.
Готовые изделия поступают в продажу в различной упаковке:
- насыпью: идет на крупные ТЭЦ, для котлов небольшой мощности или дальнейшей фасовки в мелкую тару;
- фасовка в биг-бэги применяется для индустриальной транспортировки сыпучих продуктов. Биг-бэги изготавливаются из прочного полимера, имеют петли
для механизации погрузо-разгрузочных работ, а также позволяют сохранять постоянную требуемую влажность при открытом складировании;
- мелкая расфасовка, обычно в небольших пакетах 2-20 кг, очень удобна для тех заказчиков, кто не может иметь склада для хранения в насыпном виде. Идёт на продажу в розничные сети непосредственно клиентам. Перевозится на паллетах (поддонах) в автотранспорте. Для транспортировки крупных партий продукции удобно использовать железнодорожный транспорт или комплектовать по 20003000 т для отправки судовыми партиями в порты Европы, т.к. промышленные пел-леты для электростанций - это большие объемы.
Одно из важнейших преимуществ гранул - высокая и постоянная насыпная плотность, позволяющая относительно легко транспортировать этот сыпучий продукт на большие расстояния. Благодаря правильной форме, небольшому размеру и однородной консистенции продукта гранулы можно пересыпать через специальные рукава, что позволяет автоматизировать процессы погрузки-разгрузки и также сжигания этого вида топлива. Плюс ко всему, они удобны в складировании, так как не нуждаются в складских помещениях больших объемов.
Топливные гранулы имеют прямое назначение - отопление. Главная отрасль их применения - использование в качестве топлива. Для отопления частного жилого сектора подходят не только специальные пеллетные котлы, но также камины и печи. Применяются топливные гранулы не только в жилом секторе, но и в жилищнокоммунальном хозяйстве как источник тепла и электроэнергии.
Для каждого вида топлива существует своя технология сжигания, обоснованная, как технически, так и экономически. Топливную гранулу можно сжигать на различном оборудовании. Однако максималь-
ной эффективности можно добиться лишь с помощью котлов и горелок, специально для этого предназначенных.
Процесс получения тепловой энергии из гранул можно назвать горением только с большой натяжкой, т.к. гранулы не горят в прямом смысле этого слова, а тлеют. При этом котел, исчерпав топливо в контейнере, может продолжать снабжение теплом в течение 24 часов за счет малой скорости протекания процесса. В Европе больше половины котлов на древесных гранулах имеют среднюю мощность от 100 кВт до 1 МВт. Обычно такие печи устанавливаются в больших частных домах, школах, на небольших предприятиях. Кроме котельных, существуют также камины на гранулах и брикетах. Подобные камины работают не как котлы, а как воздухонагреватели, поэтому не требуют системы трубопроводов. Чаще они используются (как и традиционные камины) в качестве дополнительного средства обогрева.
Существуют также нетрадиционные способы применения пеллет. Например, применяются как наполнитель для туалетов домашних животных и грызунов, а также и в аварийных ситуациях как впитывающий материал, например, на автомобильных заправках вместо песка и стружки.
Гранулы отличаются от обычной древесины высокой сухостью (влажность всего 8-12 %, а влажность сырых дров - 30-50 %) и большей - примерно в полтора раза - плотностью, чем дрова. Эти качества обеспечивают высокую теплотворную способность по сравнению со щепой или дровами - при сгорании тонны гранул выделяется приблизительно 3 500 кВт ч тепла, что в полтора раза больше, чем у обычных дров.
Топливные гранулы - экологически чистое топливо с содержанием золы не более 3 %, причем золу можно применять в качестве удобрения. Пеллеты не вызывают аллергическую реакцию у людей, так как не содержат пыли и спор. Топливные гранулы мало подвержены самовоспламене-
нию в отличие от других видов горючего, поэтому это безопасный вид топлива, который также более удобен в транспортировке в плане рисков.
Актуальность разработки и использования биотоплива. Новые рабочие места, скорейшее восстановление экономик, рост производства, новые инвестиционные возможности - положительные эффекты, отмечаемые в качестве потенциальных последствий развития индустрии биотоплива в мире. Рост рынка биотоплива способствует созданию новых рабочих мест и доходов по всей цепочке производства и распределения: от биотехнологов до дистрибьютеров [5].
Тенденция перехода к использованию биотоплива и возобновляемых источников энергии вызывает все больший интерес во всем мире. Согласно данным International Centre for Trade and Sustainable Development, за последние 15 лет объем производства биотоплива превысил 60 млн. тонн в год. Предполагается, что к 2020 г. около 15 % топлива для транспортных средств в мире будет производиться из биологического сырья.
Хотя Россия обладает значительным запасом полезных ископаемых, тем не менее, замена обычного топлива на биологическое также весьма выгодна для нашей страны, поскольку имеются огромные ресурсы возобновляемых источников энергии.
Как отмечают специалисты биото-пливной сферы [6], электроэнергия из отходов лесопромышленного комплекса может быть даже дешевле атомной при определенных обстоятельствах.
Получение готовой продукции из древесины сопряжено с огромными потерями, которые принято называть отходами. Отходы на этапе заготовки леса могут достигать нескольких десятков процентов (пни, сучья, хвоя и т.д.). В настоящее время всё еще активно используется технология сжигания опилок, щепы, старой древесины. Этот процесс прямого использования
отходов лесопиления и деревообработки имеет ряд недостатков. Во-первых, для повышения эффективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов. Во-вторых, требует решения проблема складирования. Помимо необходимости больших складских площадей, свежие опилки и щепа подвержены самовоспламенению. В-третьих, мелкофракционные древесные отходы ввиду их малой насыпной плотности экономически невыгодно перевозить на расстояния более 20-40 км. Удачной альтернативой прямого использования древесных отходов в виде топлива является изготовление и применение топливных брикетов и пеллет.
После подписания Россией международного соглашения по сокращению выбросов парниковых газов (Киотский протокол*), доля гранулированного биотоплива в топливном балансе страны должна будет повышаться. Это связано с тем, что пеллеты (и брикеты) являются экологически наиболее безопасным топливом.
Во-первых, пеллеты в противоположность ископаемым энергоносителям, СО2-нейтральны. Это означает, что сгорание пеллет освобождает такую массу диоксида углерода, которое раньше при росте дерева было взято из атмосферы (замкнутая циркуляция углерода). При сгорании ископаемых топлив, напротив, высвобождается диоксид углерода, который был накоплен ранее. Это высвобождение ведет к повышению СО2-содержания в нашей атмосфере и, как следствие, к увеличению парникового эффекта.
Во-вторых, наряду с уменьшением выбросов диоксида углерода при сжигании пеллет уменьшаются выбросы диоксида серы SO2. Так как этот газ образует кислотные дожди, то применение пеллет в качестве топлива позволяет защитить природу от повреждений, наносимых кислотой.
* Киотский протокол к рамочной конвенции Организации Объединенных наций об изменении климата. Подписан в г. Киото 11.12.1997 г.
В-третьих, экологические транспортные риски для пеллет крайне малы. Загрязнение окружающей среды, вследствие аварий танкера или прорывов в трубопроводе, отсутствует при использовании пел-лет как топлива. Также опасность взрывов, пожаров и загрязнений подземных вод на складах пеллет существенно меньше, чем на складах углеводородного топлива.
Таким образом, при использовании топливных гранул решаются проблемы повышения теплотворности материала и уменьшения необходимых складских площадей. При хранении пеллеты не самовоспламеняются. Увеличивается коэффициент полезного действия котельных.
Об актуальности применения топливных гранул свидетельствует увеличение использования древесных и сельскохозяйственных отходов в индустриальном производстве тепловой энергии в Европе, Скандинавских странах и Северной Америке на 15 % ежегодно [7].
Рост потребителей альтернативного топлива из различных стран ежегодно увеличивается. Например, в 2002 году Швеция 20 % всех своих потребностей (это около 100 ТВт) покрыла за счет использования биотоплива.
Спрос на древесные брикеты и гранулы, оборудование для их сжигания и производства растёт пропорционально ценам на традиционные виды топлива, такие как нефть и газ. В некоторых странах Европы, где рынок альтернативных источников энергии наиболее развит, гранулами отапливается до 2/3 жилых помещений.
Инвестиции в будущее биотопливных элементов. До недавнего времени производство топливных гранул в России велось на мелкомасштабных производствах для целей снабжения пеллетами частных заказчиков - домохозяйств и предприятий. Заинтересованность региональных министерств в развитии этого сектора биоэнергетики и благоприятная конъюнктура европейского рынка привлекли в
отрасль крупный капитал. Сегодня Россия является одним из глобальных лидеров в производстве древесных пеллет и их крупнейшим экспортером. При этом сохраняется впечатляющая динамика ввода мощностей - вплоть до удвоения производственного потенциала каждый год. Среди более чем 100 существующих заводов выделяются заводы-гиганты: ОАО «Выборгская целлюлоза» с производством 1 млн. т в год, красноярский «ДОК Енисей» и архангельский «Лесозавод 25» с производством 100 тыс. т в год, а также завод «Талион Терра» в Торжке мощностью 80 тыс. т в год. В начале 2011 года открылись мини-пеллетный завод в Архангельской области, г. Няндом и завод топливных брикетов АВМЫо в Ярославской области, г. Углич.
В некоторых регионах РФ разработаны программы, связанные с производством и использованием древесного топлива:
- Перевод котельных на биотопливо во многих областях страны.
- Шведская компания «Swedwood» планирует в ближайшее время наладить выпуск 75000 тонн древесных гранул в год в Ленинградской области, г.Тихвин.
- В Псковской области планируется реализовать одновременно два инвестиционных проекта производства биотоплива, уже получивших одобрение в местной администрации, налоговые льготы и другую поддержку. Это комплексное производство лиственных пиломатериалов, целлюлозной и топливной щепы в Дедовичах и организация производства древесных топливных гранул в Плюссе.
Мелкие производители топливных гранул в России занимают 70 % экспортного рынка. К такому мнению пришли аналитики «Национального Биоэнергетического Союза». При этом 30 % приходится на долю 10 крупных компаний [8].
Как сообщает информационное агентство «Инфобио», в десятку лидеров по объемам экспорта топливных гранул из древесины вошли компании из Ленинградской,
Архангельской, Тверской, Новгородской областей, Хабаровского и Красноярского краев и Республики Карелия.
Официальная статистика 2013 г. свидетельствует о том, что средние и мелкие производители занимают все большую и большую долю на экспортном рынке биотоплива. Если в 2012 году при экспорте пеллет из РФ в Европу доминировала ООО «Выборгская лесопромышленная корпорация» (по итогам 2012 г. около 60 % экспорта), то сегодня на долю уже 10 крупных производителей остается всего 30 % от экспортируемого объема топливных гранул; 70 % приходится на тех, кто за полгода вывез от 10 000 т до 20 т. При этом количество мелких экспортеров, вывозящих по 20-100 т гранул один раз в полгода увеличивается.
У экспертов есть четкое представление о том, как должна выглядеть отечественная биотопливная промышленность в будущем. Так, Ольга Ракитова, исполнительный директор НП «Национальный Биоэнергетический Союз», считает, что отрасль, ориентированная на рынок Евросоюза, прежде всего, должна жить по таким же законам, как в ЕС: «Этот вопрос нужно решить на государственном уровне. Если отрасль нужна нашей экономике, то изменения в законодательстве спасут десятки предприятий от банкротства и ухода с рынка. Если нет - то небольшие отечественные компании столкнутся с европейскими конкурентами и новыми сильными игроками рынка, которые будут стремиться их вытеснить» [8].
Спрос на биотопливо быстрее всего растет в странах, сделавших ее использование одним из приоритетов национальной энергетической политики. Именно государство выступает основным инициатором запуска производства и жестко регламентирует состояние отрасли, как со стороны предложения, так и со стороны спроса.
Развитие биоэнергетики связано с постоянным ростом цен на невозобновляе-
мые виды энергоресурсов, вступлением в действие Киотского протокола и обеспечением энергобезопасности стран. Мировой рынок производства биотоплива постоянно развивается благодаря государственным программам по развитию бионергети-ки. В ближайшие десятилетия вклад биоэнергетики в мировое производство топлива и энергии будет постоянно повышаться.
Рост производства биотоплива второго поколения во многом будет зависеть от таких факторов, как особенности экологической политики государств и наличие или отсутствие ограничений в торговле биотопливом. Страны могут сделать упор либо на собственную энергетическую независимость и безопасность, стимулируя внутреннее производство биотоплива, либо на увеличение общемировых объемов производства биотоплива и связанные с этим экологические выгоды.
Вопрос производства и использования биотоплива ныне относится к наиболее важным для многих стран планеты. Это связано и с «парниковым эффектом», и прогнозируемым в связи с этим кардинальным изменением климата на планете. Очень важно, чтобы парниковый эффект и биоэнергетика воспринимались серьезно. От этого во многом зависит будущее современной цивилизации. К тому же традиционные виды топлива - нефть, газ, уголь - относятся к невосполнимым источникам энергии. Рано или поздно, но придется искать им замену. Мировой рынок производства биотоплива постоянно развивается благодаря государственным программам по развитию бионергетики.
Список литературы
1. Кокошин А.А. Международная энергетическая безопасность / А.А.Кокошин. -М.: Европа, 2009. - 180 с.
2. Баранов Н.Н. Нетрадиционные возобновляемые источники и методы преобразования их энергии / Н.Н. Баранов. - М.: МЭИ, 2011. - 356 с.
3. Попов. Н.В., Мороховец А.Е. Перспективы развития биоэнергетики в России / Н.В. Попов, А.Е. Мороховец // Новые реальности и будущее человечества: Сб. материалов Третьей Международной научно-практической конференции (14 мая 2013 г.) - Краснодар, ЦНТИ, 2013.426 с.
4. Древесные топливные гранулы в России и СНГ: справочник под ред Ракитиной О.С., Овсянко А.Д., Александровой С.Е. -СПб., 2005.
5. Медведкова И., Трудаева Т. Рынок биотоплива: проблемы и перспективы / И. Медведкова, Т. Трудаева // Аналитический журнал «Мосты», авторское издание ICTSD. - 2013. Выпуск 3.
6. Формирование основ нормативноправового регулирования альтернативной энергетики как фактор укрепления энерге-
тической безопасности Российской Федерации (по материалам круглого стола, состоявшегося в государственной Думе Федерального Собрания Российской Федерации 23 марта 2010 года // М.: Экономическая политика, Аналитический вестник. - 2010. Выпуск 9. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://gisee.ru/news/technology_
Ьр/1536/.
7. Производство и реализация Пеллет. Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы» № 7, июль 2010. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://esco-ecosys.narod.ru/2010_7/ art001.htm.
8. Ракитина О.С. «Национальный биоэнергетический союз». Производство древесных топливных гранул / О.С.Ракитина // [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// www.biointernational.ru/ апа!у^/614^1т1.
□ □ □
