|
Презентация "Мифы и реалии биоэнергетики".
Когда древние племена, перешли от собирательства и охоты к выращиванию растений, они обнаружили, что на гарях посаженные культуры дают лучший урожай, а сорняков и вредителей меньше. Потому, стало практиковаться подсечное земледелие. Лес валился и сжигался. Полученное поле в первый год даже не требовало вспашки, так как от огня почва разрыхлялась, а сорняки сгорали. Обычно, через два-три года, поле оставляли и принимались за новый участок леса. К прежнему можно было возвратиться только через 40-60 лет. Для подсечного земледелия требовался коллективный труд и этим формировались общины. Подсечное земледелие требовало обширных территорий. Рост населения сделал эту форму обработки земли невозможной. Однако крестьяне продолжали подкармливать почву золой и угольками из домашних печей. На пашне после уборки урожая разводили костры, где сжигали сельскохозяйственные отходы, ветки, кору, и т.п. Новый виток это направление получило в 50х годах 20 века. В Ленинградском сельхозинституте была проведена исследовательская работа. Образцы древесного угля вносили в почву под посевы. Я работал тогда в Лесотехнической Академии и мы снабжали аграриев образцами древесного угля. Было показано, что это способствует заметному увеличению урожая, особенно картофеля, корнеплодов, некоторых пропашных культур. Впоследствии было выявлено положительное влияние внесения древесного угля под виноград, плодовые деревья и кустарники. Это явление объяснено. В периоды повышенного увлажнения уголь удерживает влагу, а при засухах отдает, являясь регулятором влажности. На нем сорбируются водорастворимые питательные вещества из гумуса и удобрений. Удобрения меньше смываются дождями. Выигрывает экология. Присутствие угля в почве угнетает развитие насекомых, вредителей. Исчезают нематоды и проволочники, бич корнеплодов и картофеля. Так, благодаря углю, не только возрастает урожайность, но и улучшается качество продукции. Потом были опыты в Молдавии. Виноградники, выросшие на землях, в которые запахан уголь, не болели филлоксерой. Другое исследование показало, что введение древесно-угольной крупки в подкормку птиц при клеточном содержании и поросят, способствует оздоровлению поголовья. В домашних и промышленных условиях движение животных ограничено. Потому в их желудках скапливаются газы. Это ухудшает их аппетит. Проглоченный птицами и животными уголь, попав в желудок, поглощает газы и выводит их из кишечника. Это знают владельцы экзотических домашних птиц. Они подмешивают крупку древесного угля своим питомцам. Результаты работ были успешно проверены. Только дефицит угля в те годы (древесный уголь считался стратегическим сырьем, и его расходование строго нормировалось) помешал широко внедрить эту технологию. Мы знаем, что результаты отечественной науки далеко не всегда становятся достоянием мировой общественности и часто открытия за рубежом делаются вновь без упоминания первопроходцев. Это связано и с проблемами перевода и с традиционной уверенностью европейцев, что с Востока ничего умного прийти не может. (Замечу, что нынешние российские инвесторы часто заражены этой болезнью. В деловых беседах они не редко сомневались в истинности моих слов, что в науке и технологии древесного угля именно мы были впереди планеты всей. Первым делом спрашивали, какие передовые разработки есть "там, у них"). Так или иначе, но интерес к древесному углю для сельского хозяйства возник в США, Канаде, Западной Европе буквально в последние несколько лет. Исследователи выявили в Латинской Америке особые участки почвы. В тех краях основные красноземные почвы не слишком плодородны. Но есть территории, где почва черная и очень плодородная. Местное население называет ее "Terra Preta" - "черная земля". Исследование этой почвы показало, что от соседних красноземов она отличается только одним - насыщена древесным углем. Видимо древние индейцы знали о свойстве древесного угля повышать плодородие почвы Открытие `Terra Pretta" взбудоражило специалистов. В 2008 - 2009 годах западная научная пресса заполнилась публикациями об эффекте использования древесного угля для повышения плодородия почв. Вошел в употребление термин "biochar" от английских слов - биология и древесный уголь.. Закладывались параллельные делянки. Под одну из них укладывали древесный уголь. Все остальное было совершенно одинаково. Но урожаи на делянках с углем были неизменно выше. Притом, не только на корнеплодах, но и на зерновых, овощах, плодовых культурах. Мир заговорил о "третьей зеленой революции". Созданы обширные Интернет сайты о biochar. В США прошла уже третья международная конференция по этой теме. Два конгресса собирались в Азии. В Китае вопрос о biochar, как способе поднятия урожайности, лег в основу правительственного постановления. Там проводятся регулярные симпозиумы с привлечением Канадских и Европейских ученых в качестве докладчиков. А у нас власти могут активно обсуждать возможность изготовления дизельного топлива из рапсового масла притом, что мы не обеспечиваем себя полностью растительными маслами для пищи и всему миру продаем нефтепродукты. А такой простой, и эффективный прием остается незамеченным. Мы имеем и неограниченные запасы сырья, и соответствующие технологии производства угля. На ряде предприятий, производящих древесный уголь, как раз мелочь мало востребована. Говоря о продовольственной безопасности страны, не стоит забывать об давно известной "новинке" - использовании древесного угля в сельском хозяйстве. Я стараюсь довести эту информацию до максимально большого количества людей. Авось, кто-то заинтересуется. Все-таки, противно видеть в магазине надписи на картофеле, луке, капусте - "импорт". Я даю право перепечатки этой статьи всем без ограничений. Считаю, об этом надо говорить, пока наверху не услышат
. Ю.Юдкевич
Торрефикация, это мягкий пиролиз. При термическом воздействии на древесину, процесс проходит в несколько стадий:
1. Сушка. Древесина теряет влагу. Свежесрубленная древесина имеет влажность 60% отн. и больше. Более половины влаги расположено в крупных порах древесины. Она почти не связана с древесным материалом и удаляется относительно легко. В этой стадии влага из центра куска быстро подводится к периферии и уносится из объема. Это первый период сушки. Скорость сушки в этом периоде постоянна. Температура поверхности куска в этом периоде не может превышать температуру кипения воды при данном давлении. Другая часть влаги занимает капилляры. Она удерживается сильнее, и фронт влаги постепенно отступает внутрь куска. Скорость сушки убывает. Наконец, остается только влага, связанная в клетках. Ее удалить еще труднее. При температурах немного выше 100оС это очень долгий процесс. Эта часть влаги в технологических процессах удаляется уже одновременно с термораспадом при более высокой температуре.
2. Эндотермическая фаза пиролиза. Температура медленно повышается. Термораспад с потерей массы начинается около 200оС. Идет отщепление боковых цепей в молекулах, слагающих целлюлозу и лигнин, распад гемицеллюлоз. Окончательно удаляется влага. При достижении 250оС масса твердого остатка составляет порядка 70% от массы абсолютно-сухой древесины. Удаляются в основном неконденсируемые газы и пары воды. В них содержится 2-3% конденсируемых веществ от массы абсолютно сухой древесины. До достижения 300оС это, в основном, фурфурол, метанол, муравьиная и уксусная кислоты.
3.Экзотермическая фаза пиролиза. Около 300оС начинается распад целлюлозы. Максимум ее распада приходится на 320-340оС, но некоторые исследователи начало бурного разложения относят к 270-280оС. Лигнин более термоустойчив и пик его термораспада относят к 320 - 350оС.
4. Фаза прокалки. Эта фаза тоже эндотермична. Температура ее завершения зависит от требований к углю. Выход товарного угля составляет от 26 до 35%
Торрефикация завершается второй из перечисленных фаз. Заметим, что границы между второй и третьей фазой размыты. При некорректном управлении процессом и несовершенной технологии легко перейти из стадии торрефикации в стадию глубокого пиролиза. И, если выход торрефиката составляет 60-70% от массы абсолютно сухой древесины, то неточное управление приведет к падению выхода вдвое. .: В силу вышеупомянутых причин завершить процесс получением древесного угля проще, чем получением торрефиката. Не случайно, некоторые зарубежные фирмы избегают термина «торрефикат», а заменяют его расплывчатым термином «биоуголь» (biocoal). Это позволяет не давать определенных гарантий о глубине термораспада. Температурный режим на установках для торрефикации необходимо выдерживать намного строже, чем при углежжении. Требуется и более автоматизированное управление процессом и иные источники теплоносителя.
В принципе нет ничего неизвестного в этом деле, такие установки можно проектировать без опасений за их работоспособность, но до сих пор в России таких заказов не было. В публикации от ноября 2010 года ( http://www.infobio.ru/news/559.html ) можно прочесть: "Сейчас BC Bioenergy Network и Ассоциация древесных пеллет Канады вкладывают $170000 в изучение технической стороны вопроса для того, чтобы понять, можно ли использовать технологию торрефикации в коммерческих целях». Российские инвесторы не затрудняют себя привлечением отечественной науки к созданию новых технологий, а предпочитают покупать готовое за рубежом. Потому, мы обречены в обозримом будущем отставать на годы. Наши предприниматели покупают только то оборудование, которое им показывают, как уже работающее. И им предлагают то, что является вчерашним днем. Вот и сейчас в прессе восторженно рассказывается о «новинке», которую хотят внедрить и в Карелии, и в Архангельской области, и в центральной России. Речь идет о далеком от совершенства, но уже работающем производстве по торрефикации и пеллетированию древесины в Голландии. Восторги журналистов и инвесторов основаны на незнании истории этого процесса и глубочайшем почтении ко всему, что делается в «цивилизованном мире». Отечественные конструкторы могли бы предложить и более современное и более совершенное оборудование.
У нас за плечами труды корифеев мысли в области пирогенетической переработки древесины В.Н. Козлова, В.И. Карякина, А.А. Ливеровского, В.В. Померанцева и многих других. Теорию процессов термического воздействия на древесину они изучили и понимали в середине прошлого века лучше, чем ее знают и понимают многие создатели сегодняшних аппаратов для торрефикации за рубежом.
Не сделав соответствующих проектов трудно определить цену достаточно точно. Что можно сказать определенно, это то, что, например, проектируемые нами установки для углежжения получаются по капвложениям примерно в 4-5 раз дешевле, чем аналогичные по производительности и схожие по технологии европейские. Думаю, то же самое будет и с торрефикаторами, если нам поручат их разработать. Торрефикации подвергается некрупная щепа. Это связано с необходимостью достаточно одновременно прогреть весь объем частиц до одной и той же температуры. Можно и предварительно сделать небольшие гранулы из опилок, растительных остатков. В принципе, сама торрефикация на этом завершается. Но, ради логистики, материал нужно уплотнить.
Технология, аналогичная производству пеллет, позволяет сделать гранулы торрефиката. Европа стремиться 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. Влияние «парниковых газов» на изменение климата тоже относится к числу недоказанных строго гипотез и опровергается расчетами. Известно, что все выбросы углекислого газа от сжигания минеральных топлив за год составляют менее 0.01% от имеющегося в свободном виде в атмосфере и в мировом океане. Другое дело, что плотно населенные районы промышленно развитой Европы нуждаются в особо бережном отношении к окружающей среде. В выбросах от сжигания минеральных топлив при недостаточной очистке появляются вредные окислы серы, фосфора. Это тоже причина, чтоб перейти на биотопливо. Но, пока (и это будет так еще достаточно долго) биотопливо получается заметно дороже минерального. В благополучные периоды ЕС поощрял потребление биотоплив налоговыми льготами и другими преференциями. В периоды кризисов, уровень поддержки снижается.
Преимущество торрефицированного материала в его более высокой теплотворной способности. У древесины она составляет 18 - 19 мДж/кг; у древесного угля 30 - 33 мДж/кг, а у торрефиката 22-23 мДж/кг. Но, выход угля составляет от 28 до 35% от абсолютно-сухой древесины. При среднем выходе – 32% доля энергии, перешедшей из древесины в уголь, составит: 31х32/19=52%.. Выход торрефиката составляет 60-70%. Доля энергии, перешедшей из древесины в этот продукт, составит: 22х65/19=75%. Дополнительное преимущество – древесина при нагреве до 250-280"С теряет всю влагу и приобретает гидрофобность. В итоге существенно сокращаются транспортные расходы. Поставки за рубеж торрефицированных пеллет получатся заметно выгоднее, чем обычных.
Ю.Юдкевич
|
