Біовугілля ("чорні пелети") або торрефакція деревних відходів

В останні роки у світовій біопаливній галузі популярності набувають технології, які в англомовній літературі називаються torrefaction. Англомовний термін є запозиченням від французького torrefaction, що означає дослівно "обсмажування, сушіння в сушильній печі, обпалення". Строго кажучи, офіційного російськомовного аналога на сьогоднішній день не існує; найбільш поширений переклад цього процесу як "торрефікація", що представляється невірним. Більш адекватним лінгвістичним аналогом ІАА Cleandex бачиться термін "торрефакція".

Торрефакція спочатку є "м'який" піроліз (тобто нагрів без доступу повітря) біомаси, який протікає при температурах 200-320°С і атмосферному тиску. Для порівняння характерна температура піролізу, наприклад, на заводах з утилізації побутових відходів становить 400- 600°С. Швидкість нагріву торрефакціі зазвичай нижче 50°С/хв, час процесу – 10-30 хв. При торрефакціі використовується прямий та непрямий нагрів.

У процесі торрефакціі з біомаси витягується волога, а також леткі речовини, що утворюються в ході часткового розкладання низки полімерів – целюлози та лігніну. Це зменшує масу матеріалу на 20-30% і одночасно приводить до збільшення питомої теплоти згорання.

Одержуваний сухий залишок називають "біовугілля" (bio coal), зазвичай у формі пилу. Пил згодом пеллетизується за аналогією з деревними паливними гранулами. У Росії для цієї продукції прижилося красиве визначення "чорні пелети".

Характерний баланс процесу торрефакціі

• за масою: біомаса (1) = газ (0.3) + біовугілля (0.7);
• за енергією: біомаса (1) = газ (0.1) + біовугілля (0.9).

Біовугілля є проміжним продуктом між деревиною та деревним вугіллям (char coal), і воно має наступні характеристики:

• воно має кращі показники енергоємності в порівнянні з пелетами: нижча теплота згоряння складає 20-25 МДж/кг, у той час як для пелет – 17,5-19,5 МДж/кг;
• воно в помітно меншій мірі в порівнянні з пелетами піддається біологічним процесам гниття;
• воно гідрофобне, що дозволяє зберігати його на відкритому повітрі.

Біовугілля в порівнянні з деревними пелетами більш пристосоване для спільного спалювання з вугіллям. Цей матеріал, як і вугілля, є крихким, що дозволяє створювати однорідну паливну масу і, як наслідок, домагатися стабільності характеристик палива та процесу спалювання.

Ще одна корисна властивість крихкості – значно менші енергетичні витрати при пеллетизаціі в порівнянні з процесом отримання деревних гранул (до 70-90 %).

Таким чином, біовугілля представляє собою альтернативу деревним пелетам, кращу з точки зору транспортних характеристик та використання при спільному спалюванні. Власне один з актуальних заводів полягає в розміщенні обладнання торрефакціі на діючих пелетних заводах з метою підвищення транспортних характеристик матеріалу.

Проблеми та вузькі місця торрефакціі

З технологічної точки зору процес торрефакціі на сьогоднішній день має наступні особливості:

• сучасні технології чутливі до підготовки сировини та однорідності її характеристик. Наприклад, різна вологість вихідної сировини в різних партіях може призвести до сильної відмінності в енергетичних характеристиках продукції. Відносно великі шматки деревини можуть неповністю бути перетворені в біовугілля, а малі, навпаки, ускладнювати циркуляцію повітряних мас;
• потрібен контроль процесу на всіх стадіях;
• при пеллетизаціі при високих температурах біовугілля існує небезпека загорянь та вибухів.

Виробники обладнання

Технологія торрефакціі біомаси відома порівняно давно – одні з перших цитованих на сьогоднішній момент досліджень відносяться до початку століття, до того ж періоду відносяться перші пропозиції промислового обладнання.

На сьогоднішній день основні постачальники обладнання:

• Integro Earth Fuels (США). Компанія постачає обладнання потужністю до 4 тис. тонн на місяць. Характерна теплота згоряння складає 22,1-25,6 МДж/кг. В якості сировини на пілотному заводі використовується сосна.
• Thermya (Франція). Компанія першою з європейських компаній представила в 2010 році процес TORSPYD. Температура процесу складає менше 240°С. Характерна виробнича потужність від 100 кг/год до 5000 кг/год.
• Agri-Tech Producers (США). Компанія представила в 2010 році технологію торрефакціі Torre-Tech 5.0 при температурі 300-400°С і незначному обсязі кисню. Потужність пілотної установки – 5 тонн/год.
• 4Energy Invest (Бельгія). Компанія запропонувала технологію Torr-Coal потужністю до 4.5 тонн/год.
• Energy research Centre of Netherlands (Нідерланди). Центр протягом 30 років розробляє технологію, яка спочатку призначалася для металургійного виробництва. Технологія називається BO2. Пілотний завод був побудований на початку 2008 року, його потужність – 60 кг/год з сировини.

Останнім часом повідомлялося також про інтерес до теми Асоціації деревних пелет Канади, одного з найбільших експортерів деревних гранул.