Выращивание леса для топлива

В последнее десятилетие рост цен на ископаемое топливо и очевидная опасность изменений климата, связанных с повышением содержания углекислого газа в атмосфере, привели к резкому росту интереса к использованию возобновляемых источников энергии, в том числе древесины. В современном мире древесина не только сохраняет свою роль как топлива в развивающихся странах (в основном за счет этого доля дров в общемировой заготовке древесины составляет около 52 процентов — FAO, State of the world’s forests, 2007), но и увеличивает аналогичную роль в развитых странах.

Увеличение использования древесины как топлива наблюдается и в России — как экспорт разных видов древесного топлива, так и, предположительно, внутреннее потребление. Заводы по производству топливных гранул (пеллет) или топливных брикетов построены практически во всех регионах страны, обладающих сколько-нибудь значительными лесными ресурсами, а о планах создания новых подобных производств объявляется едва ли не ежедневно. Перевод муниципальных котельных или котельных крупных лесных предприятий на древесное топливо также перестал быть чем-либо экзотическим, и с каждым годом происходит во все больших масштабах. Наблюдается рост производства и потребления и такого традиционного, но отчасти забытого вида топлива, как древесный уголь. По всей видимости, недалеко и то время, когда в нашей стране будут реализованы первые коммерческие проекты по производству из древесных отходов моторного топлива.

В связи с этим возникает вопрос: значительное увеличение использования древесины как топлива — это благо или зло для страны, людей, леса и природы в целом?

В XIX веке замена дров ископаемыми видами топлива, прежде всего углем, воспринималась как безусловное благо для технического прогресса, людей, и, главное, лесов. Переход от сжигания дров к сжиганию угля на заводах, фабриках и на транспорте позволял существенно уменьшить скорость истребления лесов (в котором немалая роль принадлежала промышленности, требовавшей все больше и больше топлива). Запасы ископаемых видов топлива, особенно угля, в то время могли считаться бесконечными по сравнению с существовавшими потребностями в них, а неблагоприятные побочные эффекты, такие как глобальное изменения климата, еще не были известны.

В наше время ситуация выглядит иначе: запасы ископаемых видов топлива уже никому не кажутся бесконечными — в отличие от перспектив роста цен на них. Неблагоприятные для окружающей среды последствия сжигания ископаемых видов топлива — глобальное изменение климата, «кислые дожди», загрязнение окружающей среды, связанное с добычей и транспортировкой нефти и других горючих ископаемых, хорошо известны и вызывают самое серьезное беспокойство. Не менее важны и неблагоприятные социальные последствия использования ископаемых видов топлива — приостановка социально-экономического развития стран и народов, сидящих на «нефтегазовой игле», войны и другие межгосударственные конфликты, разрушение традиционной среды обитания коренных народов при добыче этого топлива, и другие. Использование угля, нефти или газа вместо дров уже не представляется однозначно более прогрессивным по сравнению с использованием дров.

В современном мире массовое использование древесины как топлива уже не настолько обязательно связано с деградацией и сведением лесов, как сто лет назад и более. Современное интенсивное лесное хозяйство может обеспечить интенсивное использование древесных ресурсов без уничтожения леса, а грамотное зонирование — минимизировать неблагоприятные экологические и социальные последствия интенсивного лесопользования. В северных странах в промышленное выращивание древесины, в том числе в энергетических целях, могут быть вовлечены бывшие сельскохозяйственные земли, высвободившиеся в силу деградации почвы или иных причин — причем эти земли обычно в наибольшей степени подходят для наиболее интенсивного, плантационного, выращивания топливной древесины.

Использование древесины и других возобновляемых видов топлива позволяет сократить необратимые выбросы углекислого газа в атмосферу Земли и тем самым сгладить неблагоприятные изменения климата, связанные с «парниковым эффектом». Безусловно, даже максимально возможный переход на возобновляемые источники топлива не решает проблему изменений климата — но в совокупности с другими действиями он может смягчить или предотвратить катастрофические изменения.

Использование древесины в качестве топлива может помочь, в сочетании с другими мерами, решению социальных проблем сельских населенных пунктов России. Главной проблемой российских деревень и поселков является безработица, точнее, отсутствие работы, которая могла бы быть источником материального благополучия. Приобретая ископаемое топливо для своих котельных, муниципальные образования фактически оплачивают из своих небольших бюджетов создание рабочих мест в удаленных регионах — в местах добычи, переработки и транспортировки нефти, газа и угля. Переход на местные виды топлива, в том числе древесину или разнообразные древесные отходы, позволяет отказаться от этой практики и создать рабочие места там, где это более всего необходимо — в тех самых деревнях и поселках, которые и будут отапливаться древесиной или древесными отходами.

Специальное выращивание древесины для нужд отопления деревень и поселков, особенно в «малолесной» зоне, позволяет вовлечь в хозяйственное использование деградированные и выбывшие из сельскохозяйственного использования земли, одновременно с решением ряда экологических проблем. Насаждения, создаваемые для выращивания топливной древесины, способны хотя бы отчасти обеспечивать противоэрозионные, полезащитные и другие полезные функции, выполняемые защитными лесами малолесной зоны. Таким образом, насаждения, создаваемые для обеспечения деревень и поселков древесным топливом, способны решать как минимум двойную задачу: обеспечивать как экологическую (обеспечение благоприятной окружающей среды), так и энергетическую (обеспечение дровами) безопасность малых населенных пунктов.

Массовое использование дровяной древесины для отопления и производства экспортных видов древесного топлива (пеллет, брикетов) позволяет вовлечь в хозяйственное использование большие площади лесов, деградировавших в результате прошлой хозяйственной деятельности, и тем самым отчасти вернуть жизнь хотя бы в часть вымирающих лесных деревень и поселков. Лесосырьевые базы большинства старых советских леспромхозов, деятельность которых ранее составляла основу экономического благополучия лесных поселков, истощены настолько, что традиционно наиболее ценных древесных ресурсов (пиловочника, фанерного кряжа) уже недостаточно для того, чтобы обеспечить выживание предприятий и поселков. Проблемы выживания до последнего решаются за счет вовлечения в рубку последних, часто наиболее ценных в природном и социальном отношениях, ресурсов высококачественной древесины — после чего поселки обычно ожидает деградация и вымирание. Повторное вовлечение в хозяйственное использование «малоценных» (по хозяйственным меркам) березняков и осинников позволило бы, во-первых, уменьшить нагрузку на сохранившиеся ценные природные объекты, и во-вторых, дать людям работу и источники дохода.

У массового использования древесины в качестве топлива есть и свои отрицательные стороны. В случае, если дополнительные объемы лесопользования не будут компенсироваться ведением качественного лесного хозяйства (направленного на ускоренное воспроизводство лесов), а сохранение средообразующих и природных ценностей леса не будет обеспечиваться грамотным зонированием территории — рост объемов заготовки древесины на топливо будет вести к увеличению скорости деградации лесов. Уместно напомнить, что лесные ресурсы являются возобновляемыми только при правильном их использовании и при правильной организации хозяйства в них. Если правильное лесное хозяйство, интенсивность которого определяется историей и интенсивностью лесопользования, отсутствует — лес, по крайней мере в сколько-нибудь реальном масштабе времени, превращается в невозобновимый, истощимый ресурс.

Интенсивное (плантационное или сопоставимое) выращивание топливной древесины является новым способом использования земель, наряду с классическим лесным хозяйством или сельским хозяйством. Появление нового способа землепользования, особенно в регионах с высокой плотностью населения, неизбежно приведет к увеличению конкуренции за землю между разными пользователями и группами интересов. Это, в свою очередь, может усилить противоречия между хозяйственным использованием земель и их использованием для нужд сохранения природных или культурных объектов.

Непродуманное размещение лесных плантаций, создаваемых для целей обеспечения деревень и поселков дровами, может приводить к появлению лесных посадок на землях, занятых ценными нелесными природными экосистемами, которые обязательно должны бережно сохраняться для поддержания естественного биологического разнообразия. Эта проблема относительно легко решается привлечением к планированию работ по лесоразведению специалистов в области охраны природы, но, к сожалению, именно с привлечением специалистов к принятию важных хозяйственных решений в последние годы наблюдаются самые серьезные проблемы.

Использование древесины в качестве топлива и источника энергии в России сталкивается с целым комплексом серьезных проблем — начиная от неразумных положений законодательства, затрудняющих заготовку дров населением для собственных нужд или использование земель различных категорий для выращивания топливной древесины, до бюджетных проблем муниципальных образований и различных технологических сложностей. Несмотря на это, использование топливной древесины в России, по всей видимости, в ближайшие годы будет неуклонно расти, и в целом, с учетом всех плюсов и минусов, это следует считать положительным явлением. Однако, для того, чтобы значительное увеличение потребления топливной древесины не нанесло дополнительного ущерба природной среде, необходимо решить ряд важнейших задач, связанных с грамотным природоохранным зонированием лесных и нелесных земель, интенсификацией лесного хозяйства там, где это уместно, и грамотным планированием «топливного» лесовыращивания с привлечением специалистов в области охраны природы.

Источник

Биотопливо из леса

Читайте также

Растёт спрос на биотоплива – горючие жидкости, изготовленные из возобновляемых биологических ресурсов. Один из них – древесина. Можно ли из древесины получать топливо, не уступающее нефтяному?

Первое, что нужно уяснить – это то, что именно бензина или керосина из дерева сделать нельзя. Оно не поддаётся разложению на углеводороды с прямой цепью, из которых главным образом состоят нефтепродукты. Однако это не означает, что из него нельзя получать вещества, способные заменить нефтепродукты.

Некоторые любят табуретовку

Первый в списке, конечно же, спирт. Из древесины можно получать два различных вида спирта. Первый, который так и называется древесным – по-научному метиловый спирт. Это вещество очень похоже на привычный этиловый спирт, как по горючести, так и по запаху и вкусу. Однако метиловый спирт отличается тем, что весьма ядовит, и приём его внутрь может привести к смертельному отравлению. Вместе с тем он является высококачественным моторным топливом, его октановое число даже выше, чем у этилового спирта, и намного выше, чем у обыкновенного бензина.

Технология получения метилового спирта из древесины очень проста. Он получается путём сухой перегонки, или пиролиза. Точнее, он является одной из составных частей жижки – смеси кислородсодержащих органических веществ, отделяющихся от свежевыгнанной древесной смолы. Однако выход полученного таким образом спирта слишком мал, чтобы он мог использоваться в качестве топлива. Это делает подобную технологию получения топлива бесперспективной.

Однако из древесины можно получить и этиловый спирт, в намного больших количествах. Этот спирт – так называемый гидролизный – получается при разложении целлюлозы, основного компонента древесины, с помощью серной кислоты. Вернее, при разложении целлюлозы получаются сахара, которые в свою очередь могут быть переработаны в спирт обычным путём. Этот способ получения этилового спирта весьма распространён в промышленности, именно гидролизным способом получают практически весь технический спирт, применяемый в непищевых целях.

Этиловый спирт может быть использован как непосредственно вместо бензина, так и в качестве присадки к бензину. Путём таких присадок получаются различные сорта биотоплива, популярные, в частности, в таких странах, как Бразилия.

Получение этилового спирта путём гидролиза древесины экономически несколько менее выгодно, чем получение его из различных сельскохозяйственных культур. Однако выгодной стороной такого способа получения биотоплива является то, что он не требует отведения сельскохозяйственных площадей под «топливные» культуры, не дающие пищевых продуктов, а позволяет использовать для его производства территории, задействованные в лесном хозяйстве. Это делает получение биотопливного этанола из древесины достаточно практичной технологией.

И терпентин на что-нибудь полезен

Недостатком этанола как топлива является его низкая теплота сгорания. При использовании в двигателях в чистом виде он даёт или меньшую мощность, или больший расход, чем бензин. Решить эту проблему помогает смешивание спирта с веществами с высокой теплотой сгорания. И не обязательно это продукты из нефти: в качестве такой присадки вполне годится скипидар, или терпентин.

Скипидар – тоже продукт переработки древесины, а если конкретно — хвойной: сосен, елей, лиственниц и других. Он достаточно широко применяется как растворитель, а наиболее очищенные его сорта находят применение в медицине. Однако лесоперерабатывающая промышленность в качестве побочного продукта производит большое количество так называемого сульфатного скипидара – низшего сорта, содержащего ядовитые примеси, не только неприменимого в медицине, но и находит весьма ограниченное применение в химической и лакокрасочной промышленности.

Вместе с тем скипидар из всех продуктов переработки древесины более всего похож на нефтепродукт, точнее – на керосин. Он отличается весьма высокой теплотой сгорания, может использоваться как горючее в керосиновых примусах, лампах, керогазах. Пригоден он и в качестве моторного топлива, правда, непродолжительное время: если его заливать в баки в чистом виде, двигатели вскоре выходят из строя из-за засмоления.

Однако скипидар можно использовать в качестве топлива не в чистом виде, а в качестве присадки к этанолу. Такая присадка не сильно снижает октановое число этилового спирта, но повышает теплоту его сгорания. Ещё одна положительная сторона такой технологии изготовления биотоплива в том, что скипидар денатурирует спирт, делает его непригодным для употребления внутрь в качестве алкоголя. А социальные последствия широкого внедрения неденатурированного спирта в качестве топлива могут стать весьма тяжелыми.

Лигниновые отходы – в доходы!

Такой компонент древесины, как лигнин, считается малополезным. Его применение в промышленности значительно менее широкое, нежели у целлюлозы. Несмотря на то, что он находит применение в производстве строительных материалов и в химической промышленности, чаще его просто сжигают прямо на лесохимпроизводстве. Однако, как выясняется, при пиролизе лигнина можно получить более разнообразные продукты, чем при пиролизе целлюлозы.

Лигнин состоит главным образом из ароматических циклов и коротких прямых углеводородных цепей. Соответственно, при его пиролизе получаются преимущественно углеводороды. Однако, в зависимости от технологии пиролиза, можно получать как продукт с высоким содержанием фенола и родственных ему веществ, так и жидкость, напоминающую нефтепродукты. Эта жидкость также пригодна в качестве присадки к этиловому спирту для получения биотоплива.

Разработаны технологии и установки для пиролиза, которые могут потреблять как лигнин из отвалов, так и неразделённые на лигнин и целлюлозу отходы древесины. Более высокие результаты получаются при смешивании лигнина или древесных отходов с мусором, состоящим из выброшенного пластика или резины: пиролизная жидкость получается более нефтеподобной.

Мирный атом и опилки

Ещё одна технология получения биотоплива из древесины разработана совсем недавно российскими учёными. Она относится к области радиохимии, то есть химических процессов, протекающих под воздействием радиоактивного излучения. В опытах учёных из ИФХЭ им. Фрумкина опилки и другие отходы древесины подвергались одновременному воздействию сильного бета-излучения и сухой перегонки, причём нагревание древесины проводилось именно с помощью сверхсильной радиации. Удивительно, но под воздействием радиации состав продуктов, получаемых при пиролизе, изменился.

В пиролизной жидкости, полученной «радиоактивным» способом, было обнаружено высокое содержание алканов и циклоалканов, то есть углеводородов, содержащихся главным образом в нефти. Эта жидкость получилась значительно легче нефти, сравнимой, скорее, с газоконденсатом. Причём экспертиза подтвердила пригодность этой жидкости для использования в качестве моторного топлива или переработки в высококачественные топлива, такие, как автомобильный бензин. Думаем, что это не заслуживает особого упоминания, но проясним ради успокоения страхов радиофобов: бета-излучение не способно вызывать наведённую радиоактивность, поэтому топливо, получаемое этим способом, безопасно и не проявляет радиоактивных свойств само.

Что пускать в переработку

Понятно, что предпочтительнее использовать для производства биотоплива не цельные стволы деревьев, а отходы переработки древесины, такие, как опилки, щепу, веточки, кору, да и тот же лигнин, который идёт в отвалы и печи. Выход этих отходов с гектара поваленного леса, конечно же, ниже, чем древесины в целом, но не следует забывать, что они получаются в качестве побочного продукта в производственных процессах, которые уже идут на многих предприятиях страны, соответственно, отходы производства дешевы и для их получения не нужно вырубать или засаживать под вырубку дополнительные площади леса.

В любом случае, древесина является ресурсом возобновляемым. Способы восстановления лесных площадей давно известны, а во многих регионах страны наблюдается даже и неконтролируемое зарастание лесом заброшенных сельскохозяйственных земель. Так или иначе, Российская Федерация не относится к странам, где к сбережению леса следует относиться со всем тщанием; площадей нашего леса и его потенциала к самовосстановлению вполне достаточно, чтобы загрузить полностью и лесоперерабатывающую промышленность, и производство биотоплив, и многие другие производства.

Похожие сюжеты

Компания Блю Лейк Пауер (Blue Lake Power LLC) объявила о своих планах заново запустить свою биотопливный перерабатывающий завод, расположенный в Блю Лейк, штат Калифорния (Blue Lake, California), уже в июле текущего года.

Недавно опубликованные отчеты сообщают, что корпорация Clean Energy Finance Corporation (CEFC) свидетельствует о совместном сжигании возобновляемых древесных отходов для понижения эмиссий австралийских угольных электростанций. Такой план является частью проекта по получению так называемой чистой энергии на территории страны.

Как стало недавно известно, компания Goldman Sachs Group намеревается расширить сферу своего влияния и планирует увеличить японскую индустрию биотоплива.

Источник