Лес греет дважды
Как отходы превращаются в энергию
Россия — лесная страна, у нас самая большая площадь леса в мире — более 8 млн км2, что составляет половину территории нашей страны и 20% мировой площади лесов. Мы также принадлежим к числу мировых лидеров по объёмам лесозаготовок и производству продукции лесопромышленного комплекса.
Древесина — один из древнейших и, возможно, первый в мире источник энергии. Испокон веков лес рубили и продолжают рубить для заготовки дров. Ведь в России и во многих других странах миллионы домов всё ещё на дровяном отоплении. По данным ООН, около 3 млрд человек в мире, то есть более трети населения Земли, в большей или меньшей степени используют древесину для обогрева жилья и приготовления пищи. Ежегодно в России заготавливается около 15 млн м3 дровяного топлива, хотя в общей структуре потребления энергоресурсов в нашей стране доля этой энергии составляет менее 0,5%, если перевести энергетическую ценность этого объёма в киловатт-часы. Лидеры среди регионов страны по заготовке дров — Вологодская и Архангельская области, Карелия, Пермский и Приморский края. В Вологодской области годовой объём заготовок дров достигает 1 млн м3, что соответствует примерно 1 м3 древесины на каждого жителя. Дрова в этих регионах используются не только для отопления частных сельских домов, но и в котельных. Надо сказать, что другие лесные страны мира от нас не отстают. Так, в Финляндии ежегодно заготавливается около 5 млн м3 дров, что на душу населения составляет примерно столько же, сколько в Вологодской области. Швеция ежегодно производит 3 млн м3 дров.
Но, конечно, сегодня основная цель промышленного лесопользования вовсе не заготовка дров. Прежде всего, лес — это стройматериалы, мебель, тара и упаковка, целлюлозно-бумажная продукция, очень широкий спектр лесохимических продуктов, включая канифоль, дёготь, камфорное масло, спирты, сахара, эфирные масла, древесный уголь.
Однако при лесозаготовках и последующей обработке дерева образуются отходы, которые после определённой переработки можно сжигать с получением тепла и электроэнергии — своего рода дрова нового типа, побочный продукт деревообработки.
Как образуются эти отходы?
Лесозаготовка и лесопереработка включают несколько стадий: вырубка и вывоз леса, раскряжёвка, лесопиление, изготовление пиломатериалов и готовой продукции. И на каждой из них возникает большое количество отходов. При валке леса это ветви, сучья, листья и хвоя, пни, корни, кора, опилки. Общая масса этих отходов обычно превышает 250 кг на 1 м3 вырубленного леса. Далеко не всё целесообразно использовать дальше — такой процесс может оказаться слишком трудоёмким и затратным. Кроме того, вывозить с лесосеки все отходы экологически неоправданно, ведь это быстро истощило бы лесную экосистему — часть отходов должна оставаться на месте и перегнивать. Однако примерно 30—50%, что-то около 100 кг на каждый кубометр заготовленного леса, главным образом сучья и ветки, собрать можно. На следующем этапе, при раскряжёвке и лесопилении, образуются заметные объёмы обрезков, опилок и стружки. Для получения одного кубометра пиломатериалов, согласно нормативам, нужно 1,5—1,7 м3 древесины, соответственно 0,5—0,7 м3 сырья идёт в отходы.
Отходы появляются и на дальнейших этапах переработки древесины. Например, во время варки целлюлозы получается побочный продукт — чёрный (сульфатный) щёлок. На каждую тонну произведённой целлюлозы образуется около 10 м3 чёрного щёлока. Его также можно сжигать и получать тепловую энергию. Удельная теплота сгорания сульфатного щёлока — 14—15 МДж/кг, что примерно сопоставимо с энергетической ценностью сухого дерева.
К топливу, производимому непосредственно из древесных отходов, можно отнести древесную щепу, древесные топливные гранулы (пеллеты), биоуголь, синтез-газ. Щепа — наиболее простой продукт, получаемый механическим измельчением древесных остатков. Производство биоугля и синтез-газа — более сложные процессы. Биоуголь — материал с высоким содержанием углерода (до 95%) и, соответственно, высокой энергетической ценностью. Его получают путём пиролиза — нагревания предварительно измельчённых древесных остатков (до 300—700°С) при отсутствии доступа кислорода. Для производства биоугля можно использовать и другой органический материал, включая различные отходы сельского хозяйства.