Древесные и сельскохозяйственные отходы

Топливные гранулы (пе́ллеты) (англ. wood pellets) — биотопливо, получаемое из древесных отходов и отходов сельского хозяйства. Представляет собой цилиндрические гранулы стандартного размера.

Пеллеты имеют существенный плюс — весь углекислый газ, который они выделяют при горении, поглощается растениями в тех же объемах, что и был потреблен при росте сырья для пеллетов. При этом общее количество этого газа не увеличивается, что не ведет к парниковому эффекту. В то же время топливо, полученное из невозобновляемых ресурсов, производит выбросы таких веществ, как угарный газ, углекислый газ, свинец и так далее, которые не могут быть в полой мере поглощены природой.[1]. По данным лабораторных испытаний теплотворная способность топливных древесных пеллет составляет, в зависимости от породы древесины, удельного веса и влажности пеллет от 4,5 до 5,04 мВт/т. 1000 кг дизельного топлива соответствует по тепловыделяющей способности примерно 2140 кг (3,2 м³) пеллет. В настоящее время при отоплении современных частных домов используют (при отсутствии природного газа) высокоэффективные автоматизированные водогрейные котлы на дизельном топливе различной мощности (30—50 кВт), с КПД выше 90%. Примерно такой же КПД имеют котлы, использующие твердые топливные пеллеты, поэтому условно можно принять предположение о равенстве КПД жидкотопливных и пеллетных котлов. Примем, так же, условно, что некий котел мощностью 25—30 кВт в современном жилом доме (коттедже) потребляет за отопительный сезон 4000 кг дизельного топлива. Для выработки такого же количества тепловой энергии (~40000 кВт) потребуется примерно 8,7 тонны (~13 м³) топливных гранул. Стоимость 1 тонны топливных гранул для конечного потребителя не должна превышать 150 долларов США (5020 руб.), поэтому стоимость гранул в себестоимости выработанного тепла для потребителя в отопительный сезон составит 8,7x150=~1305 долларов (43674 руб.) Стоимость такого же количества тепла (~40000 кВт) при использовании дизтоплива составит примерно 1824 доллара (61050 руб.). Разница в топливной составляющей (дизтопливо - пеллеты древесные) в себестоимости выработки одинакового количества тепла (~40000 кВт) составит: 1824—1305 = 519 долларов США (17370 руб.) за отопительный сезон.[2]

Возобновляемые источники энергии, конечно, не полностью экологически безвредны, и их возможности тоже не безграничны. Для ветряных генераторов нужны площади и подъездные дороги. В некоторых типах солнечных элементов используются токсичные соединения. Дамбы для электростанций вызывают затопление прилегающих земель и нарушают

свободное течение рек. Биомасса как источник энергии устойчива постольку, поскольку сельское и лесное хозяйство устойчивы и регулярно производят эту биомассу. Некоторые источники гелиоэнергетики маломощны и работают нерегулярно, для их использования нужны большие площади и сложные устройства для накопления энергии.

И все они требуют привлечения физического капитала и грамотного управления. Тем не менее, в будущем они вполне способны служить основой устойчивого общества. Их много, они широко распространены и разнообразны. Потоки загрязнений, связанные с их использованием, меньше и, как правило, менее вредны, чем потоки от использования ядерной энергии или энергии ископаемого топлива.

Для того, чтобы для обеспечения потребностей человека были разработаны и использовались самые устойчивые, минимально загрязняющие окружающую среду, высокоэффективные источники, нужны политическая воля, технологические разработки и определенные изменения^[3].

В течение 90-х годов XX века подавляющим большинством ведущих промышленных корпораций за рубежом рядом компаний в России достигнуты и продемонстрированы существенные результаты в области сокращения отрицательного воздействия на окружающую среду при одновременном увеличении объемов производства, снижении удельных расходов сырья и материалов, удельных выбросов и сбросов, экономии энергоресурсов, совершенствовании качества продукции. Ведущие международные организации и представители деловых кругов единодушны в том, что современные походы к обеспечению экологической целесообразности и безопасности предприятий становятся более оправданными с экономической точки зрения. Это проявляется в использовании компаниями разнообразных прямых и косвенных преимуществ и выгод, связанных как непосредственно с производством товаров и услуг, так и с деятельностью на международных товарных и финансовых рынках^[4].

Очень важно, чтобы крупные проактивные компании инвестировали средства в развитие возобновляемых источников энергии.

Так, например, British Petroleum (BP) выступает в поддержку превентивных действий по сокращению выбросов парниковых газов.[5]

Безусловно, роль делового сообщества в обеспечении устойчивого развития является одной из ключевых: фактически именно бизнес реализует потребности человечества, обеспечивает их ресурсами, определяет эффективность использования ресурсов, осуществляет выбор между истощимыми и возобновляемыми ресурсами^[6].

Древесина и солома является одними из самых экологичных и дешевых видов топлива. Использование древесины и соломы в качестве энергоносителя – это наиболее вероятное, и в настоящее время доступное направление развития комплексного использования древесных отходов, неликвидной древесины и соломы, имеющее уже созданную для реализации этого направления базу в виде лесопромышленных предприятий, располагающих древесиной, сельских хозяйств, с запасами соломы, которые могут быть использованы в качестве топлива.[7]

Характеристик топлива по выделяемым веществам.[8]

Таблица 1.3.

*Примечание: “0” в колонке количества выделяемого СО2 означает, что при горении возобновляемых видов топлива выделяется только СО2, связанный растениями за период роста, баланс СО2 в природе при этом не меняется. Теплота сгорания дров зависит от их физического состояния и влажности.

При сжигании соломы и древесных отходов можно получать достаточно калорийное топливо для энергетических установок, вырабатывающих тепло и электричество. Внедрение теплоэнергетических станций (котельных), работающих на соломе, древесной щепе, отходах лесозаготовок, лесопиления показывает, что использование соломы, древесных отходов (щепы) вместо традиционных видов топлива (уголь, мазут) вполне оправдано как со стороны экономической, так и со стороны экологии. Древесные отходы влажностью 40% имеют теплоту сгорания 2440 ккал/кг, а солома влажностью 20% имеет теплоту сгорания 3440 ккал/кг.[9] Зольность древесных отходов не превышает 1%, а соломы максимум 5%.[10] Использование соломы и древесины позволяет сократить необратимые выбросы углекислого газа в атмосферу Земли и тем самым сгладить неблагоприятные изменения климата, связанные с "парниковым эффектом".

Однако качества сжигания отходов не может быть достигнуто, т.к. процесс прямого использования соломы, отходов лесопиления, деревообработки и переработки имеет и свои недостатки. Во-первых, для повышения эффективности сгорания опилки и щепа должны быть сухими, что требует дополнительных технологических процессов, инвестиций, производственных и складских площадей, немалых затрат энергии. Во-вторых, существует проблема складирования отходов/сырья. В-третьих, солома, древесные отходы являются нетранспортабельным топливом, что затрудняет и удорожает процесс транспортировки. Помимо необходимости больших складских площадей, свежие опилки, солома и щепа при хранении порой самовоспламеняются.

В данном случае решается проблемы повышения теплотворности материала и уменьшения необходимых складских площадей и транспортных расходов.

Целесообразность дальнейшего использования соломы, древесных отходов и, производимых из них других видов топлива, для получения тепла и электроэнергии показана в таблице 1.4., в которой представлены теплофизические характеристики.

Теплотворная способность различных видов топлива.[11]

Таблица 1.4.

Преимуществом биотоплива из древесных отходов и соломы является тот факт, что оно - возобновляемый источник энергии.

Солома

Солома (рис.1.5.) — сухие стебли злаковых и бобовых зерновых культур, остающиеся после обмолота, а также стебли льна, конопли, кенафа и других растений, освобожденные от листьев, соцветий, семян. Солома для транспортировки, хранения и дальнейшего использования прессуется пресс-подборщиками в рулоны или блоки.

Рис.1.5. Солома в рулонах.

Различают озимую и яровую солому, злаковую и бобовую, а по видам растений — пшеничную, ржаную, ячменную, льняную, конопляную и др. Хорошая злаковая солома — светлая, блестящая, упругая; долголежавшая — ломкая, пыльная, часто с пряным запахом.

Химический состав и питательность зависят от вида растений, климата, способов уборки, обмолота, хранения и других факторов. В соломе 35—45 % клетчатки и других сложных труднопереваримых углеводов, 2—6 % протеина (в бобовой 4—9 %), 1,2—2 % жира, 4—7 % золы. В 100 кг просяной соломе в среднем 40 кормовых единиц и 2,3 кг переваримого протеина, в ячменной — 33 кормовые единицы и 1,3 кг переваримого протеина. В яровой соломе больше протеина, меньше клетчатки, поэтому питательность её выше, чем у озимой.[12]

1.4.1. Ресурсы образования соломы как потенциального биотопливного сырья.