Виды топлива, получаемые в результате переработки биомассы

Биотоплива.

Во многих странах мира энергетика на растительной и древесной биомассе становится эффективной самоокупаемой отраслью, конкурентоспособной по отношению к энергетике на ископаемом топливе. Украина подходит для развития биоэнергетики благодаря наличию больших массивов промышленного леса, равнинного ландшафта, хорошо развитой инфраструктуры распределения энергии и тепла, современных предприятий энергетического и общего машиностроения, а также высокого уровня технического образования населения.

Развитие этой отрасли предопределено следующими обстоятельствами:

- Политикой импортозамещения, когда часть долга и текущих оплат в твердой валюте за импортируемые энергоресурсы может быть снижена за счет производства и использования местных топлив.

- Заинтересованностью лесного хозяйства в потенциальном крупном и надежном потребителе большого объема отходов, топливной и неликвидной древесины, которые в настоящее время не находят сбыта, что не позволяет интенсифицировать лесозаготовительную и лесовосстановительную деятельность в условиях сохранения биологического разнообразия и здоровья лесов.

- Социальной выгодой, когда в рамках создания инфраструктуры новой отрасли будут созданы новые рабочие места (до 10 тыс. мест на млн. т у. т./год); и производства.

- Экологическим эффектом, т. к. будут снижены выбросы диоксида углерода в атмосферу (за счет биологического цикла фотосинтеза), оксидов серы и других загрязняющих веществ – при замещении топливного мазута.

В качестве биотоплива могут быть использованы: биомасса древесины, отходы древесины, образующиеся при ее рубке и обработке, биомасса быстрорастущих кустарниковых и травянистых растений, лигнин, горючая часть коммунальных отходов, отходы, получаемые при мелиоративных работах, расчистке территорий под новое строительство, отходы растениеводства, горючие отходы перерабатывающей и пищевой промышленности, животноводства.

Газ мусорной свалки

не является ископаемым горючим сырьем. Он образуется путем микробиологического распада органического материала на свалках. Это газ с очень интенсивным запахом, состоящий главным образом из горючего метана и двуокиси углерода. Из тонны мусора образуется около 150 – 250 м³ газа. На рис. 4.1 показана схема переработки мусора в метан и углекислый газ.

Схема переработки мусора в метан и углекислый газ

Тепло же используется в хозяйстве транспортных предприятий. Благодаря использованию газа мусорного полигона, содержащего метан, удается избежать загрязнения окружающей среды углекислым газом (СО₂) в количестве почти 10 тыс. т и двуокисью серы (SO₂) в количестве более чем 50 т в год.

Древесина и отходы лесопиления

Основная часть биотоплива, которая может быть вовлечена в топливно-энергетический баланс для промышленной выработки электроэнергии и тепла – это древесно-топливные ресурсы лесных территорий. В Украине леса занимают около 30 % территории. Древесные обрезки и отходы древесины, образующиеся при рубке и обработке древесины, могут составлять до 40 – 50 % собранной биомассы. Эти компоненты представляют альтернативный топливный ресурс для энергетики.

Лигнин (от лат. lignum – дерево, древесина), природный полимер; входит в состав почти всех наземных растений и по распространенности среди природных высокомолекулярных соединений уступает только полисахаридам. Содержание лигнина в древесине хвойных и лиственных пород соответственно 23 – 38 % и 14 – 25 % по массе. Лигнин – аморфное вещество от светло-кремового до темно-коричневого цвета (в зависимости от способа выделения); молекулярная масса от 1 до 150 тыс., плотность 1,25 – 1,45 г/см³. Из растительных тканей лигнин может быть выделен: растворением углеводных (полисахаридных) компонентов, например их гидролизом в присутствии минеральных кислот (сернокислотный и солянокислый лигнин); действием так называемого медноаммиачного раствора и т. д.

Лигнин выделяется в больших количествах как побочный продукт в основных лесохимических производствах – целлюлозном и гидролизном. Широкого применения он пока не получил.

Отходы промышленности

В дальнейшем возможно использование горючей части коммунальных отходов, отходов торфяной промышленности, отходов, получаемых при мелиоративных работах, расчистке территорий под новое строительство и осадков городских стоков, что позволит заместить до 900 – 960 тыс. т у. т./год импортируемого топлива.

Значительны также топливные ресурсы отходов растениеводства, горючих отходов перерабатывающей и пищевой промышленности, животноводства (до 1 млн. т у. т./год), однако эти ресурсы наиболее рационально могут быть использованы на месте.

4. Производство биотоплива на основе посадок
быстрорастущих древесных пород

Одним из перспективных направлений производства биотоплива признаны плантационные посадки быстрорастущих кустарниковых и травянистых энергорастений, для которых среднегодовой прирост биомассы превышает 25 м³/га.

По предварительным оценкам, в масштабах страны имеется более 100 тыс. га земель технически доступных в настоящее время для «энергетических» посадок, потенциал биомассы быстрорастущих кустарниковых и травянистых энергорастений может составить от 0,6 – 0,8 млн. т у. т./год.

Кроме того, имеется до 500 тыс. га малоценных и низко продуктивных угодий, нерентабельных для выращивания сельхозпродукции. С учетом этой перспективы возможно увеличение «энергетических» посадок с получением до 4,0 млн. т у. т./год.

Чаще всего практикуется посадка ивы и тополя. Практикуется значительная плотность посадки – от 10 до 20 тысяч растений на гектар. Полный срок использования плантации обычно достигает 25 лет, после чего выход биомассы заметно уменьшается. Продолжительность роста ивы до очередного сбора урожая составляет от 2 до 5 лет. Средняя урожайность во втором и последующих циклах выше, поскольку их вегетация начинается с уже укоренившихся в предшествующих циклах саженцев.

Земли, которые бы соответствовали необходимым требованиям к условиям закладки и культивации посадок ивы с проектной продуктивностью следует искать среди нарушенных или отработанных сельхозугодий, где продолжение культивации злаковых и овощных культур становится невыгодным.

Актуальность проведения работ в обоснование развития этой отрасли биоэнергетики, особенно в сельских районах, не вызывают сомнений. Посадки высокопродуктивных быстрорастущих кустарниковых и травянистых энергорастений дают возможность сельскому производителю работать в условиях автономного тепло-, энергоснабжения и независимости от централизованных поставок топлива, что, в свою очередь, позволит снизить издержки производства основных видов продукции, утилизировать земли, выведенные из оборота или малопродуктивные, решить некоторые социальные и коммунальные вопросы на местном уровне.

5. Производство биотоплива на основе посадок
быстрорастущих травянистых культур

Одним из источников получения растительного сырья для производства биотоплива в условиях Украины может быть выращивание быстрорастущих травянистых культур семейства гречишных, обладающих следующими достоинствами:

- высокой продолжительностью жизни одного растения (до 15 и более лет), что значительно снижает затраты и трудоемкость производства биотоплива;

- высоким выходом биомассы, до 300 т зеленой массы с гектара;

- высокоразвитой корневой системой;

- зимостойкостью;

- высокой технологичностью всех операций от посева до производства биотоплива, что позволит механизировать работы на базе отечественных видов техники;

- способностью к извлечению из почвы радионуклидов, что особенно важно для освоения загрязненных и выведенных из оборота в результате аварии на ЧАЭС территорий.

Виды топлива, получаемые в результате переработки биомассы