Юрий Юдкевич, отдел «Биоэнергия» ЗАО «Лонас-Технология»: Биоэнергетика. Реалии и мифотворчество

Европа стремится ослабить зависимость от российских нефти и газа. Это и было главной причиной формирования идеологии перехода к возобновляемым видам топлива. Сказать об этом впрямую было бы неполиткорректно. Подоспела теория глобального потепления и влияния на него «парниковых газов».

Заметим, что самый факт потепления, а не похолодания не доказан. Что, если весь объем добываемых на земном шаре горючих ископаемых превратится в углекислый газ (значительная часть ископаемых идет в органический синтез), то приращение массы углекислоты составит менее одной десятитысячной от свободной углекислоты, уже имеющееся в природе. Что роль именно углекислого газа в процессах изменения климата не доказана. Так что фундамент Киотского протокола весьма зыбок.
Но Киотским протоколом определено, что сжигание возобновляемых видов топлива не наносит ущерб окружающей среде, ибо несожженные, но погибшие растения разлагаются при гниении и углекислый газ высвобождается. Многие страны, ссылаясь на положения этого протокола, приняли законы, поощряющие использование возобновляемого топлива, что было выгодно для производителей оборудования по изготовлению пеллет. Производство пеллет вначале представлялось как использование опилок и других мелких отходов. Но то количество отходов, которое образовывалось в результате работы нескольких соседних деревообрабатывающих предприятий, не позволяло организовать экономически эффективное производство. Сегодня используют стволовую древесину, которую дробят и перемалывают в древесную муку, из которой и делают пеллеты. Т.е. на разрушение кускового материала тратят энергию, а. затем еще раз тратят энергию на создание твердого материала. Это отчасти оправдано с позиций логистики. Пеллеты более плотные, чем, например, щепа, и их выгоднее перевозить на большие расстояния.

Пеллетная экономика
Пеллеты – удобное бытовое топливо, но стоимость полученной из них единицы энергии в 3,5-4 раза выше, чем из природного газа.
Они привились в тех странах, где власти взяли на себя значительную часть расходов либо в форме субсидирования сооружения домашних топочных устройств, либо в форме предоставления налоговых льгот и других преференций производителям пеллет и котлов для их сжигания. Углубленный анализ проблем, связанных с пеллетами, можно найти в статье ИАА "ИНФОБИО" здесь: http://www.biointernational.ru/analytics/1398.html. Полностью разделяю мнение автора, что эта ниша может быть успешна для крупного бизнеса и при условии близости и транспортной доступности потенциальных потребителей, преимущественно зарубежных. Не следует забывать, что прибыльность производства зависит и от относительной дешевизны энергии в России. А стоимость энергии растет, и стремиться не только сравняться с европейской, но уже превышает по некоторым источникам американскую. А спрос на пеллеты в Европе будет зависеть и от мировых цен на нефть, и от успехов России по прокладке в Европу новых газопроводов, и от погодных условий, и от конкуренции со стороны производителей других видов топлива. Планируя продвижение этой продукции на внутренний рынок, не следует забывать, что Российские власти декларировали намеренье осуществить повсеместную газификацию.

Альтернативные источники
Такие способы получения энергии, как ветряки, солнечные батареи, приливные станции оказываются дороже и сложнее в обслуживании, чем традиционные. Доводы разработчиков основаны на той же борьбе с глобальным потеплением. Но, изготовление этих сложных устройств требует значительных затрат энергии и используются отнюдь не экологически корректные материалы. Например, для производства поликристаллического кремния, необходимого для солнечных батарей, требуется хлор или фтор. А в изготовлении фотоэлементов используется фосфор. Но крупные производители соответствующей техники провели через Европарламент законы, по которым члены ЕС обязаны внедрять у себя это оборудование ради исполнения протокола Киото.

Производство бионефти
Еще одно, активно обсуждаемое направление развития возобновляемых видов топлива, это производство «бионефти». Большая часть разработок направлена на получение жидкого горючего из растительных масел. Этично ли превращать пищу в топливо в условиях массового голода во многих развивающихся странах (по данным ВОЗ каждые 6 секунд один человек умирает от голода). Мировые цены на продовольствие растут, в том числе из-за его использования для технических целей. Скачок цен на растительные масла в России в прошлом году объясняли как раз использованием части их объемов в качестве топлива. При этом, пока в Европе «бионефть» составляет немногим более 2% от всего количества потребляемого моторного топлива. «Бионефть» из растительных масел заведомо дороже нефтепродуктов.. Другой вариант - этанол. Бразилия производит его из сахарного тростника. США из кукурузы. Климат обеих стран позволяет получать высокие урожаи этих растений. Весьма активно обсуждается возможность получения этанола из древесины. В свое время в Советском Союзе работало несколько гидролизных заводов. Прекращение их деятельности связано с появлением более дешевого синтезспирта, получаемого из природного газа. Кроме того, эти заводы половину массы перерабатываемой древесины превращали в кислые отходы, которым не было найдено применения.
Получение жидкого топлива из древесины термическими методами не вышло за пределы лабораторий. Но предприимчивые заграничные дельцы активно пропагандируют так называемую технологию «скоростного пиролиза». Термин «скоростной пиролиз» спекулятивен и ненаучен. Но неосведомленные инвесторы покупаются на эту заграничную штучку. Сегодня специалистам ясно, что, будь такое топливо получено, оно будет многократно дороже горючего из нефтепродуктов.

Газификация древесины
В последние годы ведется много разговоров вокруг газификации древесины. Процесс газификации древесной щепы не вызывает затруднений. Хорошо отработаны технологии и прямого, и обращенного, и полуобращенного процессов. Реакции, протекающие при этом, гидравлика, теплообмен, кинетика освещены во множестве диссертаций. Изобретать «новый» газогенератор не более продуктивно, чем изобретать новое колесо для телеги. Грамотный путь состоит в расчете процессов и проектировании оборудования с опорой на уже накопленные знания. Но создание именно «своей» конструкции у нас стало модой или превратилось в способ привлечь клиентуру. Встречаются сообщения о создании генератора, питающего производимым им газом тот или иной двигатель. Но при газификации образуются жидкие продукты термораспада древесины. Они содержат воду, фенолы, кислоты, эфиры, метанол. Куда все это девать? Просто вылить нельзя. А сжигать невыгодно – на это уйдет не меньшее количество тепла, чем-то, что дает сам газ. Даже при самой полной очистке в газе все еще остаются кислоты, поэтому двигатель, который будет работать на нем, надо делать из кислотостойких материалов. Единственное достойное применение для продуктов газификации древесины - сжигать их в котельной без конденсации. Но тогда возникает вопрос – а не дешевле ли реконструировать котельную под щепу, например, превратить ее топку в топку-генератор, как предложил еще полвека назад В. В. Померанцев.
За последние десятилетия сложилась плохая традиция. Российские инвесторы ищут новую технику и технологии исключительно за рубежом. В России действительно наметилось отставание научной мысли и особенно ее реализации за период после развала системы НИИ, обескровливания ВУЗов. Но. В качестве зарубежных новинок часто в Россию везут или откровенно шарлатанские и слабые разработки или давно известные, созданные отечественными учеными во второй половине прошлого века. К сожалению, многие разработки не были доведены до массового промышленного внедрения и зарубежные фирмы выигрывают на том, что могут показать, предложить и поставить готовые образцы. Приведу несколько примеров, касающихся непосредственно нашей отрасли. В 50-60 годы активно велись работы по использованию древесного угля в сельском хозяйстве. Учеными Ленинградского сельхозинститута было доказано, что добавление угольной крошки в рацион птицы при клеточном содержании, поросят и других животных падает заболеваемость, увеличивается привес. Были отдельные попытки вводить угольную крошку в комбикорма. Но уголь бы дефицитен и массового распространения этот опыт не получил. Тогда же велись и работы, доказавшие, что внесение угля в почву под корнеплоды и некоторые другие культуры резко увеличивает урожайность, защищает от ряда болезней, улучшает сохранение урожая. Через 40 лет эта идея была поднята на щит сперва канадскими исследователями, потом и остальным миром. Ведутся обширные исследования в этом направлении. В Европе введение древесного угля в почву назвали «четвертой зеленой революцией», обещающей населению избавление от голода. Появился применительно к такому углю термин «биочар». В ряде стран ведутся обширные исследования. Конгресс США выдает гранты под такие работы. В Китае ежегодно собирают конгрессы по проблеме «биочар». Аналогичные конференции проходят в Индии, Латинской Америке. Только мы ждем, когда к нам из-за границы привезут эту технологию.

Древесный уголь и торрефикация
Очень модна за рубежом и тема возобновляемого твердого топлива. Мотивы те же и доводы те же. Но лес в изобилии из всей Европы есть только у нас. Тут на первый план выходят проблемы логистики. Возить далеко щепу или древесный уголь в их натуральном виде накладно из-за их низкой насыпной плотности. Брикетирование позволяет увеличить плотность почти в 3 раза. При отправке топлива на экспорт важным показателем является теплотворная способность. У щепы она составляет 18 - 19 мДж/кг; у древесного угля 30 - 33 мДж/кг.
Но, выход угля в зависимости от степени прокалки составляет от 28 до 35% от абсолютно-сухой древесины. При среднем выходе – 32% доля энергии, перешедшей из древесины в уголь, составит: 31х32/19=52%. Остальная часть энергии переходит в газ или теряется в ходе экзотермической реакции термораспада. Достоинство древесного угля – высокая теплотворная способность сопровождается такими недостатками, как низкая плотность, хрупкость, гигроскопичность.
Стремление сохранить большую долю тепла в конечном продукте и избавить его от недостатков угля, привело к идее торрефикации. Дословно, этот термин переводится как «обжаривание». Суть процесса состоит в том, что древесина глубоко высушивается и подвергается крайне мягкому пиролизу. Отщепляются только боковые цепи. Вообще говоря, этот процесс был известен давно. Теорию процесса подробно рассмотрел проф. В.Н. Козлов («Пиролиз древесины», Изд. АН СССР, М., 1952.) По его данным при конечной температуре обугливания березы 250оС выход продукта составляет 73% при влажности 3,6% и зольности 0,4%, при конечной температуре 300оС, соответственно 41%, 2,9%, 0.6%. При продолжительности процесса 3 часа достигается резкое снижение гигроскопичности материала уже при 250оС. Техническую реализацию процесса осуществил проф. В.В. Померанцев. Он называл этот процесс «форпиролизом» и пологал его стадией подготовки – облагораживания топлива перед сжиганием.
Теплотворная способность материала, выдержанного в течение 3 часов при 250оС составляет 22-23 мДж/кг. Таким образом, в продукт переходит из исходной древесины 22х73/19= 84% тепловой ценности исходной древесины.
Это обстоятельство делает продукт привлекательным в качестве топлива. Важно обеспечить возможность экспорта, т.к. спрос на топливо из возобновимого сырья в ЕС высок, а мы располагаем необходимыми ресурсами. Поэтому, желательно такой «поджаренный» продукт уплотнить. По данным Н.И. Никитина («Химия древесины и целлюлозы», изд. АН СССР, М.-Л., 1962) лигнин при температуре 250оС почти не разлагается и остается плавким. Следовательно, торрефицированная древесина может быть спрессована подобно технологии пеллетного производства при разогреве под давлением до плотности свыше 1000 кг/м3. Полученные гранулы или брикеты удобны для перевозки и их гигроскопичность сильно понижается дополнительно за счет прессования.
Таким образом, нет технических препятствий для создания продукта, имеющего хорошие экспортные перспективы. Исходных данных, содержащихся в работах отечественных ученых, достаточно, чтоб рассчитать необходимое оборудование.
По предварительным соображениям, привлекательный вариант оформления технологии выглядит следующим образом:
Сырая древесина поступает на производство в форме щепы. В этом случае, передвижные рубильные машины на тракторном ходу могут непосредственно на лесозаготовках превратить не только стволовую древесину, но и порубочные остатки в удобную для транспортировки щепу, обеспечив безостаточное использование сырья. Далее, щепа высушивается и подвергается низкотемпературному пиролизу. Прошедшую торрефикацию щепу можно направить на дробилки и превратить в муку, пригодную для прессования. Выбор пресса ударного или экструдерного типа будет определяться предпочтительной формой гранул и организационными соображениями.
Торрефикация, как модное и перспективное направление, была подхвачена западными фирмами. Даже не имея опыта в термической переработке древесины, они быстро ориентируются, подбирают оборудование, проводят небольшой объем экспериментов и строят опытно-промышленное производство. Потом предъявляют его нашим инвесторам и создается впечатление, что именно они внесли основной вклад в развитие направления. При этом, в качестве аппарата для торрефикации используется каскад из сушилок, предназначенных для сушки макаронных изделий. Выигрывают они потому, что готовы предварительно вложить деньги и показать готовое оборудование. Последующие трудности эксплуатации станут проблемой уже российских инвесторов.

Более подробно о торрефикации древесины, производстве пеллет, брикетов и их использовании можно узнать 24 мая в Санкт-Петербурге в рамках Международной конференции по биотопливу. Спешите регистрироваться.

Подробности здесь: http://www.infobio.ru/events/1461.html