Технологія виробництва торефікованих «чорних пелет» була розроблена всього кілька років тому. Але вже зараз експерти в енергетичній сфері говорять про велике майбутнє нового виду палива.
На відміну від звичайних пелет, нові гранули не бояться вологи, відрізняються більш високою теплотворність. Крім того, вони можуть зберігатися дуже довго, причому навіть під відкритим небом. Таке біопаливо можна використовувати у вугільних котелень без їх попередньої модернізації.
Екологічність біовугілля
У Європейському Союзі введено жорсткі норми, пов’язані з викидами в навколишнє середовище. Відповідно до принципів, закладених ще Протоколом Кіото і підтверджених згодом нормативами європейських країн, до викидів віднесені не тільки сполуки, що забруднюють середовище проживання, а й вуглекислий газ, якщо він утворюється при згоранні мінерального, невідновлюваного палива (так звані «парникові гази»).
Великі ТЕС в Європі працюють на кам’яному вугіллі. Як би ретельно не очищались викиди, але в повітря потрапляє вуглекислий газ і якась частка окислів фосфору, сірки та азоту. За викиди підприємства платять доволі значні штрафи. Заміна мінерального палива відтворюваними природою продуктами навпаки заохочується, як і всяке виробництво енергії з природних ресурсів (приливні, вітрові, сонячні та інші подібні електростанції).
Найбільш поширена технологія спалювання вугілля полягає в подачі в топку у формі пилу з повітрям. Паливо ефективно згорає в факелі. Щоб не міняти технологію, біопаливо повинно піддаватися подрібненню. Витрати на транспортування можна зменшити, якщо паливо попередньо брикетувати. Цей продукт має бути з відновлюваної сировини, що не містить компонентів, які породжують шкідливі викиди, а його теплотворна здатність має бути не гіршою, ніж у кам’яного вугілля (від 17 до 29 кДж / кг). До того ж бажано, щоб воно було зручним для транспортування і придатним для розмелювання. Таким чином, під це визначення підпадає паливо з будь-якої рослинної сировини, що піддавалося температурному впливу до будь-якої стадії та брикетоване.
Процес «торрефікації» деревини
«Торрефікація» (torrefaction) – точний переклад – «обсмажування». Спочатку цей термін стосувався обсмажування кави, різноманітних горіхів, потім його стали застосовувати щодо сушіння макаронних виробів при їх виготовленні. Відносно недавно цей термін почали застосовувати до м’якого піролізу деревини.
Термічний вплив на деревину проходить через кілька стадій. Перша стадія – це сушка. Вона в свою чергу поділяється на три періоди. У першому періоді, коли в деревині багато вологи, швидкість дифузії вологи із шматка деревини до поверхні обмежується швидкістю виведення вологи теплоносієм з поверхні матеріалу. У міру висихання швидкість дифузії всередині матеріалу знижується. Настає другий період, коли швидкість відводу вологи падає в кожен наступний момент. Нарешті, вся вільна волога зникає. Волога, пов’язана з речовиною матеріалу, видаляється все важче, і в третьому періоді швидкість істотно знижується. Залежно від властивостей деревини, особливостей теплоносія, температури процесу, межі першого і другого періоду можуть припадати на вологість близько 20-30%, а критична точка переходу з другого в третій період в районі 6-8%. Як правило, в технологічних процесах деревину сушать тільки до завершення першого періоду, а подальше сушіння протікає вже спільно з наступними стадіями процесу.
Тут слід обмовитися, що істотну роль грає товщина шматка матеріалу. Неможливо досягти однакової сушки всіх шарів товстого поліна. Чим тонший шматок, тим рівномірніше змінюються його характеристики при прогріванні. Це стосується і наступних стадій термічного впливу на деревину.
Друга стадія полягає у відщеплені від складних молекул більш термолабільних бічних ланцюгів. Процес цей був добре вивчений російськими вченими. Ще в 1926 році в книзі «Очерки по химии древесины» Н. І. Нікітін описав цей процес. Докладно і з балансами ця стадія обговорена в книзі В. Н. Козлова «Пиролиз древесины», виданої в 1952 році. У багатьох наступних роботах розглядалася прикладна сторона справи. Продукт, що утворюється на цій стадії, в радянській літературі називали «червоним вугіллям». Процес на цій стадії іменували «м’яким піролізом», «предпіролізом», «форпіролізом». Тому процес торефікації не є чимось новим. Відносно новою є лише назва, точніше її використання щодо процесу термообробки деревини. Друга стадія торефікації ендотермічна, тобто проходить з поглинанням тепла.
Третя стадія – глибокий термічний розпад деревини з утворенням деревного вугілля. Ця стадія екзотермічна, тобто виділяється тепло. Далі настає четверта стадія прогартовування вугілля, яка є ендотермічною.
Але повернімось до торефікації. Діапазон температур, в якому протікає ця стадія, дослідниками визначається по-різному. Розбіжність можна виявити і в останніх англомовних публікаціях. Вказуються значення від 160 до 340 °С. Ймовірно, слід врахувати, що деревина різних порід і різної вихідної вологості може досягати необхідних властивостей при різних температурах.
До того ж, поняття глибини розкладання при торефікації визначено не надто точно. Можлива більша або менша ступінь відщеплення бічних ланцюгів при різних температурах. Велике значення має час перебування і товщина матеріалу. Для березової деревини, за даними В. Н. Козлова, якщо температура досягне 260 °С за три години, вихід продукту складе близько 70%. Зазначений час враховує нагрівання, сушку і сам процес відщеплення. Власне, реакція починається вже одночасно з останньою стадією сушки і займає дуже короткий час при досягненні потрібної температури.
М’який піроліз (торефікація) може легко перейти в стадію вуглевипалювання, якщо перевищено час перебування або температура. Після 320-340 °С починаються процеси екзотермічного розпаду. Тепло надходить безпосередньо від самого матеріалу. Температура продовжує зростати незалежно від регулювання ззовні. Тому управління процесом торефікації вимагає ретельного регулювання температури і своєчасного виведення матеріалу з гарячої зони. Краще, якщо цей процес керується автоматикою.
Переваги торефікації
Для потенційних споживачів торефікат – це різновид біовугілля, яке є хорошим потенційним паливом для котелень, що працюють на кам’яному вугіллі. Причому, хороше воно виключно в гранульованому вигляді, оскільки значно полегшується питання логістики та зберігання. Його переваги стосовно викидів важливі в умовах тиску, що чиниться владою на вугільні котельні в ЄС і деяких інших країнах.
Разом з тим, треба визнати, що ринок торефіката ще не сформувався. Потенційний попит лише формується. Розробники обладнання для торефікації в ЄС, Канаді, США посилено формують цей попит через рекламу, публікації та презентації. Я вважаю, що з часом їм вдасться створити попит, як це вже сталося з пелетами. Гранульований торефікат стане затребуваним, якщо владою буде проводитись політика, щодо заохочення застосування біопалива.
З одного боку, турбота про екологію повинна підтримувати цю політику. Але з іншого – в умовах кризи, витрати намагаються зменшити. У ряді країн такі тенденції вже проявляються. Якщо раніше заохочувальні виплати надавались навіть при заміні частини кам’яного вугілля біопаливом, то тепер ці виплати надаються тільки в разі застосування палива з відновлюваної сировини.
Проектування, спорудження та експлуатація піролізних установок для вуглевипалювання давно освоєні. Однак на вибір технології впливає психологічна установка інвесторів, не знайомих з рівнем розвитку лісохімії в радянські роки і впевнених, що передові технології існують тільки на Заході.
Наважусь стверджувати, що сьогодні ні в ЄС, ні за океаном ще поки немає перевіреного промислового обладнання для торефікації. Доступні лише допрацьовані дослідно-промислові установки. Для делегацій їх показують лише в ті періоди, коли вони функціонують і не поспішають інформувати про поломки та недоліки. У людей, які не надто обізнані в цьому питанні, складається враження, що вони відвідали добре налагоджені працюючі промислові об’єкти.
