CC BY
68
Ресурсы термохимической переработки низкокачественной древесины
ВЯ. Бондарев, к.с.-хн, доцент, Л.М. Гусева, ст. преподаватель, Нижегородская государственная сельскохозяйственная академия
Резкий и продолжающийся рост цен и тарифов на газ, уголь, нефтепродукты, электроэнергию, а также удаленность многих предприятий и небольших населенных пунктов от основных традиционных источников энергии побуждает их переходить на собственные автономные источники энергии с использованием дешевой местной возобновляемой биомассы.
Россия располагает огромными биоресурсами, включая леса, частично облесившиеся сельскохозяйственные земли и лесные отходы. По данным Интерсоларцентра [1], Россия ежегодно производит до 800 млн. т древесины, око-
35 млн. т отходов лесозаготовок и деревопе-реработки.
Использование биомассы возобновляемых источников энергии (ВИЭ) позволяет получать дешевую тепловую и электрическую энергию, а также синтез-газ для производства жидкого топлива. Учитывая рост населения Земли, это является одним из важнейших направлений удовлетворения энергоресурсами настоящего и будущего поколений населения Земли.
Эффективность использования различных видов топлива в производстве тепловой энергии по Северо-Западу России представлена в табл. 1 [2].
Приведенные в ней данные свидетельствуют о том, что биотопливо оказывается значительно более выгодным для производства энергии по
1. Использования различных видов топлива сравнению с другими видами топлива, за исклю-
в производстве тепловой энергии чением газа.
Однако следует отметить, что другие, кроме древесины, виды энергоносителей приносят значительный урон экологическому состоянию Земли. Так, например, концентрация углекислого газа сейчас на 23% выше, нежели 150 лет назад, и она возрастает со скоростью 0,4% в год, усиливая «парниковый эффект». Годовой расход топлива, кислорода из воздуха и вредных выбросов ТЭС мощностью 1000 МВт приведен в табл. 2 [3].
Затабулированные значения табл. 2 свидетельствуют о том, что наиболее экологически
2. Годовой расход топлива, кислорода из воздуха и вредных выбросов ТЭС мощностью 1000 МВт
Потребление топлива ТЭС
и выбросы угольная мазутная газовая газогенераторная
Потребление топлива, т/год 3900000 2200000 2,6 млрд. м3/год 3,75 млрд. м3/год
Потребление атмосферного кислорода, м3/год 5,5 109 3,4-109 4,4-109 3,4-105
Газовые выбросы, т/год углекислый газ окислы серы окислы азота 10000000 124400 34200 6000000 84000 21900 2000000 23600 805000 3900
Выбросы не уловленной электрофильтрами золы и сажи, т/год 7300 1300 - -
Канцерогенные вещества, т/год бензин(а) пирен пятиокись ванадия 0,012 0,370 0,013 0,550 - -
Твёрдые отходы, т/год 830000 - - 7900
3. Запасы низкосортной, мелкотоварной древесины от рубок ухода по основным лесообразующим породам
Основные Исследуемая Запасы древесины по видам рубок и сортиментному составу, м3/га
лесообразующие породы площадь, га средняя мелкая дрова хворост
Осветление
Сосна 30,90 - - - 5,74
Ель 76,40 - - - 6,51
Берёза 13,50 - - - 4,30
Осина 11,00 - - - 5,92
Прочистка
Сосна 102,60 - - - 10,47
Ель 29,50 - - - 10,25
Берёза 44,20 - - - 10,62
Осина 107,30 - - - 13,23
Проходные
Сосна 407,60 - 12,04 3,74 3,20
Берёза 141,20 12,70 8,22 7,53 2,65
Переформирования
Берёза 140,20 21,59 13,15 11,88 2,67
Обновления
Сосна 10,10 - 3,57 6,34 1,00
Вид топлива Стоимость выработки тепла, руб/Гкал
Газ природный 103,44
Древесная щепа 186,47
Дрова 193,45
Торф 304,25
Мазут топочный 334,51
Каменный уголь 408,55
Сланцевое масло 463,63
Сланец 508,39
Электроэнергия 621,26
Дизельное топливо 996,51
4. Запасы низкосортной, мелкотоварной древесины от рубок главного пользования по основным лесообразующим породам
Основные лесообразующие породы Исследуемая площадь, га Запасы древесины по видам рубок и сортиментному составу, м3/га
средняя мелкая дрова хворост
Сплошные
Сосна 51,60 - 16,43 8,19 18,10
Ель 32,13 - 7,65 5,26 5,64
Берёза 89,57 33,37 11,56 17,20 10,30
Осина 109,46 32,98 3,47 31,06 17,46
Постепенные
Сосна 29,64 - 4,64 2,19 6,71
Ель 26,06 - 2,09 1,00 2,47
Берёза 66,56 13,71 0,34 6,38 4,35
Осина 29,12 14,41 1,31 9,55 5,42
Выборочные
Сосна 1,68 - 3,80 2,75 4,62
Берёза 3,58 30,23 4,80 20,31 10,57
Осина 1,34 28,44 0,87 23,22 10,98
Прочие
Сосна 10,24 - 33,43 4,85 16,53
Ель 0,13 - 11,38 3,54 12,15
Берёза 1,25 38,50 0,50 16,14 11,71
Осина 0,20 26,10 0,00 17,65 8,20
чистой является ТЭС, работающая от водяного газогенератора. По приблизительным расчетам, растения ежегодно выделяют в атмосферу около 400 млрд. т свободного кислорода и поглощают около 600 млрд. т углекислого газа [4]. Но в современных условиях углекислый газ неуклонно продолжает накапливаться.
Основной задачей, стоящей перед лесной промышленностью и лесным хозяйством, является по возможности полное и рациональное использование отходов лесозаготовок и деревообработки, в результате которых образуется до 42% древесных отходов в виде хвороста, вершинной части деревьев, средней, мелкой и дровяной части древесины, откомлевок, горбылей, срезков и опилок и другое. Эти отходы, используемые только в незначительной степени, могут успешно служить сырьем для термохимической переработки, позволяющей получать целый ряд ценных, порой незаменимых продуктов.
С этой целью нами произведены исследования по таксации низкосортной, некондиционной, мелкотоварной древесины, получаемой от рубок ухода за лесом и главных рубок по основным лесообразующим породам центральной европейской части России. Основные результаты исследований представлены в табл. 3 и 4.
Из табл. 3 видно, что с одного гектара лесных насаждений пройденных различными способами рубок ухода можно получить от 1,00 до 21,59 м3 низкосортной, мелкотоварной древесины различных пород.
Данные табл. 4 свидетельствуют о том, что сырьевой ресурс древесины при проведении ру-
бок главного пользования с одного гектара лесных насаждений варьирует от 0,50 до 38,50 м3.
По вышепредставленным результатам исследований можно сделать вывод, что в среднем с каждого гектара лесных насаждений, в зависимости от способа рубок, можно получать от 1 до 30 м3 древесины, пригодной для термохимической переработки. Наивысшая теплотворная способность основных древесных пород и получаемого из них сырья по сравнению с некоторыми другими энергоносителями представлена в табл. 5 [5].
На площадях, не предусмотренных под сельскохозяйственное пользование, вблизи населенных пунктов могут создаваться специальные плантации из быстрорастущих пород деревьев, с
5. Сравнительная наивысшая теплотворная способность основных древесных пород и получаемого из них сырья с другими энергоносителями
Древесная порода и сырьё Теплотворная способность МДж/кг
Сосна 19,86
Берёза 19,23
Осина 18,64
Ель 15,28
Опилки сосновые 25,28
Опилки лиственные 22,55
Кора сосновая 25,49
Береста 35,00
Уголь древесный берёзовый 31,85
Брикеты древесно-угольные 31,28
Торф 23,00
Антрацит 30,00
Мазут 40,00
6. Выход и стоимость различных продуктов из 1 пл. м3 древесного сырья
Вид древесного сырья Наименование продукции Выход продукции из 1 пл.м3 Стоимость полученной продукции, руб. Годовая производительность установки Годовая потребность сырья, м3
Пиловочник хвойный Пиломатериал обрезной 0,40 м3 1600 5250 м3 13120м3
Кусковая древесина разных пород Теплоэнергия от сжигания в котле 500 МДж ~570 40 м3 40 м3
Опилки, стружка разных пород Брикеты топливные 0,75 т 3330 1100 1500 м3
Кусковая древесина берёзы, сучья более 6 см Древесный уголь-сырец 189 кг 1795 80 т 420 м3
Древесный уголь хвойных пород и осины Древесно-угольные брикеты 152 кг 1440 1000 т 6580 м3
Древесный уголь сырец берёзовый Активированный уголь 180 кг 9900 72 т 1330 м3
Щепа различных пород Газогенератор мощностью 200 кВт - генераторный газ - электроэнергия 608250 м3 1579 МВт 5052 6130 750 м3 750 м3 750 м3 750 м3
Опилки лиственных пород Коптильные препараты 550 кг 3556 22,50 т 60 м3
Береста от фанерного производства Бетулинол, диацетат бетулина 1000 кг ~100000 2,40 т 26 м3
целью выращивания древесины для газогенераторных установок. Такие плантации, состоящие из 10—15 секций, при сплошной вырубке по одной из секций в год способны обеспечить газогенераторную установку на весь период ее эксплуатации.
Газогенераторная установка, созданная по новой технологии [6], позволяет получать «водяной газ» с составом от 85,6% до 93,0% горючей части (в основном оксид углерода и водород) с теплотворной способностью до 12,5 МДж/Нм3 [7].
В целом нетоварная древесина в виде отходов производства может быть успешно использована для термохимической переработки, с получением таких высокоэффективных продуктов, как древесный уголь, древесноугольные брикеты, активированный уголь, древесные брикеты, коптильные препараты, бетулинол, генераторный газ и другие продукты, которые по стоимости несколько ниже, а в ряде случаев и превосходят стоимость обрезного хвойного пиломатериала. Все это осо-
бенно актуально в условиях сокращения запасов невозобновляемых природных ископаемых. Вышеизложенные факты подтверждаются данными табл. 6.
Словом, древесина — наиболее эффективный источник энергии (кроме природного газа) для получения тепла, одновременно она является наиболее экологически чистым продуктом для ТЭС, кроме атомных.
Литература
1. Гордон и др. Технология и оборудование лесохимических производств. М.: Лесная промышленность, 1969. С. 13.
2. Тпайнен, В. Экономические аспекты использования отходов лесопользования // Ежеквартальный информбюллетень «Возобновляемая энергия». М., 2005. Январь. С. 13.
3. Самойлов, О.Б. и др. Что такое атомная станция теплоснабжения. М.: Энергоатомиздат, 1989. С. 33—38.
4. Возобновляемая энергия: ежеквартальный информбюллетень. 2005. Январь. С. 2.
5. Глухарева, М.И. Справочник лесохимика. М.: Лесная промышленность, 1974. С. 140—148.
6. Бондарев, В.Я. Новый способ получения генераторного газа /В.Я. Бондарев, В.А. Рыжов // Лесной эксперт. 2005. № 6. С. 22-23.
7. Генкель, П.А. Физиология растений с основами микробиологии. М., 1982. С. 218.
