Агропромышленный комплекс Украины получает основной объем биомассы за счет обработанных полей, а мировая практика показывает, что топливные гранулы (пеллеты) изготавливаются в основном из древесины. В Украине попытались перерабатывать солому в промышленных масштабах, используя для этого оборудование комбикормовой отрасли. Много проектов допустили технологические, экономические и управленческие ошибки.
Группа харьковских специалистов оценила технологии прессования биомассы из соломы, чтобы найти способ с небольшими затратами. Только некоторые предприятия получили уровень реального дохода не больше 15%. Себестоимость переработки 1 тонны соломы превышает себестоимость переработки древесины на 15-250%. Большую роль в этом играют показатели растения и влажность входного материала. Данные, заложенные в бизнес-планы, занижают себестоимость в 2-3 раза.
Сырье для производства пеллет не бывает бесплатной – это ошибочное мнение. Собственно вопрос о том, кто является собственником сырья, и какова ее себестоимость, является основным в таких проектах.
Использование технологии комбикормов для изготовления твердого топлива (пеллет из соломы и древесины) не является подходящим решением. Нужно переделывать пористый органический полимер растительного происхождения, который имеет влагу. В результате машины работают при высокотемпературных режимах, с большими нагрузками, значительными энергетическими затратами, имеют низкую износостойкость рабочих органов.
Для измельчения соломы перед прессованием используют низкоэффективную молотковую дробилку с КПД 5-10%, который зависит от влажности сырья. При этом почти никто не учитывает, что прочность міжкліткових связей соломы соответствует величине межмолекулярных связей низькосортової стали. Получается что при прессовании требуется прикладывать такое же усилие, как и при переработке тонких стальных прутиков. В результате затраты мощности на 1 тонну соломы составляют 120-420 кВт, что сводит рентабельность производства к нулю. Фундаментальными научными исследованиями в этой области мало кто занимается. При переработке остро стоит вопрос стоимости тонкого помола сырья. Для расчета процессов переработки необходимо хорошо понимать физико-химические свойства входящего материала.
Существует большой рынок продаж б / у техники для производства комбикормов. При этом никто не указывает главную причину отказа от его использования – экономические неудачи процесса эксплуатации и неправильная оценка себестоимости конечной продукции. Ошибка в определении последней порой достигает величины в 4 раза в сторону увеличения.
Изучение условий, которые влияют на качество твердого топлива из биомассы, дает выводы, что механическая прочность топливной гранулы зависит собственно от твердофазной термохимической реакции полимеризации и низкотемпературной термодеструкции. Поэтому использование ударного усилия при прессовании неэффективное, ведь при нем не соблюдаются условия для полимеризации. Основным в переработке биомассы должен стать деформационный сдвиг ее слоев.
При поставке в Европу 90% биотоплива бракуют через низкую механическую прочность. Поэтому предприятия недополучают прибыль. Кроме этого, на экспорт идет твердое топливо первого поколения, которое не выдерживает долгого хранения. Из него невозможно создать стратегические запасы, потому что оно в процессе хранения рассыпается.
Используя качественно новый подход, можно получить структурно видоизмененное торрефіковане твердое биотопливо второго поколения, которое будет иметь более высокие энергетические показатели и прочность, что позволяет долго его хранить и создавать стратегические запасы.
Переработка древесной биомассы имеет свою специфику. В первую очередь, она связана с тем, что древесина имеет значительную начальную влажность, а биомасса, которую получают с поля во время жатвы – сухая. Последняя набирает влагу при хранении, а древесина, наоборот, отдает. Для существующих технологий получения твердого топлива узким местом является сушка биомассы для достижения влажности сырья 10-12% от абсолютной массы. Производителю биотоплива нужно знать, что для сушки 1 тонны древесины с абсолютной влажностью 50-60% нужно 5-7 МВт тепла.
Еще и ролико-матричный пресс имеет низкую эффективность ввиду следующие факторы: высокая упругость сырья (соломы); повышенный расход энергии на «прессование» материала между отверстиями матрицы; малый коэффициент деформационных смещений.
Есть новый метод технологии, который использует прессования увлажненной входного сырья, которая рассматривается как механическая и химическая смесь полимеров биологического происхождения капиллярно-пористой структуры. Этот процесс производства топливных гранул можно называть процессом повышения плотности входного сырья. Рассматривая измельчения биомассы с этой целью и учитывая, что основной ее объем составляют клеточные структуры, можно сделать вывод: при измельчении характерный средний размер полученных частиц должен быть меньше характерного размера клеток.
Продажа биомассы за пределы Украины приводит к экспорту органических ресурсов по заниженным ценам и ослабляет экономику страны. Кроме этого, вывоз каждой тонны соломы означает потерю 80-100 кг веществ минеральной группы и наносит ущерб земле. Решение должно приниматься комплексно. Надо создавать внутренний рынок биотоплива, который заменит дорогие импортные источники энергии. Путь создания мощных стационарных заводов производительностью 20 т/ч оказался низькоефективним – биомасса является распределенным по площади источником энергии. Правильным будет размещение оборудования малой мощности у локальных мест производства/переработки биомассы.
Важным для Украины является использование следующей технологии: излишки биомассы нужно гранулировать и закладывать на хранение, затем полученное топливо термически разлагать на синтез-газ (для получения тепловой энергии) и углеродистый остаток (древесный уголь). Полученный «біочар» (мелкий отсев древесного угля) возвращать обратно в грунт для восстановления плодовитости. Такой подход решит конфликт между получением альтернативной энергии и правильной эксплуатацией земельных ресурсов.
Отдельным вопросом является сжигание биомассы, которое проводят по угольной схеме. Она неэффективна из-за неполного сжигания. Правильным использованием биомассы является предоставление ей дополнительной энергии при термическом разложении с получением синтез-газа и сжиганием его без охлаждения. Хорошим вариантом является сжигание биомассы в плазме с газификацией продуктов сжигания. Эти способы позволяют полностью получить энергию из сжигаемого материала.
Переработка биомассы является очень перспективной отраслью, которая позволит увеличить рентабельность аграрного и лесного сектора в несколько раз.
По материалам Бунецького В.А.,
аспирант, Харьковский национальный университет
сельского хозяйства им. Василенко