Углежжение с древности до наших дней

Углежжение осуществляется с незапамятных времен. В ХIV-XVII вв. древесный уголь использовался в основном в металлургической промышленности, для выплавки черных металлов и чугуна. Уголь жгли в специальных угольных ямах, большое количество таких ям находится в Калужской области. Это связано с историческим расположением в этой области знаменитых на всю Россию Демидовских металлолитейных заводов. Процесс жжения древесного угля не утратил своего значения сегодня. Древесный уголь нашел широкое применение в химической промышленности и сельском хозяйстве. Используется он также как сырье в производстве активных древесных сорбентов.

Когда деревья погибают по естественным причинам и их биомасса разлагается, углекислота вновь переходит в свободное состояние. Поэтому образование углекислоты при сжигании, а также при термических и химических превращениях древесины не включается в баланс общих выбросов и рассматривается как естественный фон. Эта ситуация сформировала мировую тенденцию к вытеснению каменного угля и нефтепродуктов, традиционно использовавшихся в энергетике и технике, древесиной, выступающей теперь и как топливо, и как сырье для химических превращений.

Белая Книга ЕС ставит целью утроить использование биоэнергии к 2010 году. Наши соседи поэтому проявляют большой интерес к возможностям экспорта из древесных отходов и полученных из них товарных продуктов.

Получение продуктов из древесины путем воздействия высокой температуры относится к числу древнейших технологий человечества. Археологические раскопки показывают, что еще пещерные люди знали древесный уголь. Его собирали на пожарищах или делали специально, засыпая золой тлеющие головни, и, укрываясь в пещере от непогоды, использовали как топливо, не вызывающее угара. Наверное, первый металл был выплавлен случайно, когда камни, которыми обложили очаг с горящими углями, оказались рудой. С начала бронзового века древесный уголь стал одной из основ развивающейся цивилизации.

Сегодня в мире производится около 9 млн тонн в год древесного угля. Более 7,5 млн тонн из этого количества делает Бразилия. Многолесная Россия производит немногим более 100000 тонн в год. В то же время в нашей стране наблюдается неудовлетворенный спрос на древесный уголь. В РФ ввозят уголь из Беларуси, Украины. Китай поставлял древесный уголь в Россию до самого последнего времени, теперь начал поставлять кристаллический кремний, который тоже делается на древесном угле.

Потребление древесного угля на душу населения в год в европейских странах превышает 20 кг, в скандинавских – 25 кг, в Японии – 60 кг. В России этот показатель менее 100 грамм.

Есть несколько разновидностей древесного угля, связанных с различной технологией изготовления и особенностями сырья. Например, в Японии очень велик спрос на так называемый «Белый уголь», выжигаемый из дальневосточного железного дуба. Некоторые зарубежные фирмы изготавливают в качестве топлива для каминов и грилей «Красный уголь», получаемый мягким углежжением при невысокой температуре. Предпочтительным сырьем для углежжения является твердолиственная древесина, поскольку из нее получается более прочный и плотный уголь. Между тем в новых условиях сырьем для углежжения чаще становятся отходы хвойных пород, осина, кустарниковые. Сделать из них качественный уголь можно, если производить его по отработанной технологии и брикетировать.

Технология производства древесного угля относительно проста, но все-таки требует определенной культуры производства. Иначе выход угля снижается, он получается более низкого качества. В настоящее время существует много аппаратов для углежжения. На нынешнем этапе развития наиболее приемлемы те технологические решения, которые могут быть использованы в условиях лесопромышленного предприятия и позволяют переработать отходы.

Исторически наиболее ранними были ямное и кучное углежжение. Именно эти способы производства обеспечивали углем многочисленные кузницы, существовавшие почти в каждой деревне. Профессия углежога была очень распространенной и в России, и в европейских странах, и в Азии. У многих народов Африки до сих пор в очагах для приготовления пищи применяется только древесный уголь, и его заготавливают традиционными способами. Когда возникает разовая потребность в угле, ямное и кучное углежжение используют и в наше время. Эти виды углежжения не требуют вообще никаких материалов, кроме дров, дерна и воды.

В настоящее время завершены экспериментальные работы по созданию линии, включающей брикетирование опилок и производство угля из них. Такой уголь пользуется повышенным спросом и в Европе, и в ряде азиатских стран. Неиспользуемые опилки сделались бременем для многих лесопильных и деревообрабатывающих предприятий, и их превращение в товарную продукцию таким путем требует неизмеримо меньших капиталовложений по сравнению с производством пеллет. Вдвое меньше энергозатраты, т.к. исключается размол опилок в муку. При этом можно создать эффективное производство, перерабатывающее от 1 тонны опилок в сутки, что дает возможность вовлечь в производство отходы небольших пилорам. Брикеты имеют плотность 1100–1200 кг/м и могут напрямую использоваться как элитное топливо. Из брикетов, изготовленных на отечественном станке, выпущена опытная партия угля. Полученный уголь удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым ГОСТ 7657–94 к сорту марки А, хотя изготовлен из хвойных опилок.

Древесный уголь широко применяется в промышленности как восстановитель. Его состав уникален: от любых других восстановителей древесный уголь отличается полным отсутствием серы и фосфора, присутствие которых меняет свойства восстановленных материалов. В этом качестве древесный уголь широко использовался еще в первой половине ХХ века. Однако такие потребители, как доменное производство, производство ферросплавов, нашли сейчас более дешевые восстановители. Вместе с тем в Бразилии чугун производится почти исключительно с использованием древесного угля.

Расход угля составляет 0,5–0,7 тонны на тонну чугуна. Этот чугун, не содержащий фосфора, серы и других элементов, неизбежно попадающих в металл при использовании каменноугольного кокса, пользуется хорошим спросом и составляет важную экспортную статью доходов. Такой чугун имеет много преимуществ: он более ковок, менее хрупок, меньше поддается коррозии. Не случайно, что все чугунные решетки Петербурга ХVIII–XIX веков сделаны на уральских заводах Демидовых именно из чугуна, выплавленного на древесном угле. Эту технологию сохраняют 2 уральских завода в городах Куса и Касли. Там из этого чугуна отливают фигурные решетки, скульптуры, настольные фигурки и другие художественные изделия, требующие высокого качества поверхности и стойкости по отношению к атмосферным воздействиям.

Древесный уголь остался необходимым при выплавке лантанидов, редких и ценных металлов, например марганца. Его используют также и как покровный флюс при выплавке некоторых видов бронзы и латуни, никелевых сплавов (мельхиор, нейзильбер).

Исключительно древесный уголь применяется при производстве кристаллического кремния для радио­электронной промышленности. В этом случае восстановитель должен быть абсолютно чистым, чтобы обеспечить диэлектрические свойства кремния. Высокие требования по чистоте предъявляются и к кремнию, используемому при выплавке кремнистых сплавов. И в этом случае для производства кремния используется в основном древесный уголь.

Важную роль играет производство активированных углей. Активированный уголь – это продукт с развитой внутренней поверхностью. В качестве адсорбента древесный уголь используют в пищевой промышленности для очистки водки, сахара и некоторых других продуктов. Активированные угли применяют для улавливания паров многих растворителей из воздуха вентиляционных систем и промышленных помещений, для задержания находящихся в воздухе вредных и ядовитых примесей (в промышленных и боевых противогазах). На кораблях активированным углем заполняют фильтры для очистки загрязненных стоков. Его применяют для выделения солей металлов, в том числе драгоценных, из растворов низких концентраций, для очистки промстоков и газовых выбросов, для регенерации воды и воздуха в замкнутых циклах, например в космосе и в подводных лодках, для опреснения воды и в других целях.

Производство карбюризатора играло важную оборонную роль в годы Великой Отечественной войны. Затем интерес к этому направлению использования угля ослаб и вновь возродился лишь во второй половине ХХ века.

Древесные угли применяют также в медицине и в сельском хозяйстве. Сорбиционные свойства угля используются при лечении некоторых отравлений и желудочно-кишечных заболеваний. В медицинских целях из него изготавливают таблетки или порошки для приема внутрь. В сельском хозяйстве измельченный древесный уголь вводят в рацион птиц, свиней, молодняка крупного рогатого скота. Угольную пыль вводят в почву при посадке корнеплодов и луковичных. Это дешевый и высокоэффективный способ борьбы с болезнями растений.

Производство угля для бытовых целей в последние годы сильно возросло и имеет тенденцию к дальнейшему росту. Его применяют в барбекю, шашлычницах, грилях, каминах, камельках.

А использование такого возобновляемого источника энергии и сырья, как древесина и древесный уголь, способствует снижению выбросов парниковых газов в атмосферу, что и отмечалось в материалах Киотского протокола. И у нас при наличии «зеленого золота» – лесов – есть большие шансы для сохранения экологического равновесия.