Основний об’єм біомаси в Україні виробляє агропромисловий комплекс на оброблюваних угіддях. Ліси займають лише близько 15% території країни, а в світовій практиці основною сировиною для виробництва паливних гранул є деревина. Україна – єдина країна в світі, на території якої солому зернових культур спробували переробити в промислових масштабах з використанням обладнання, яке застосовували в комбікормовій галузі. Реалізація подібних проектів призвела до значних технологічних, економічних і управлінських помилок.

Український агросектор розкрив дуже велику проблему, спробувавши переробити солому в тверде біопаливо. Способи попередньої заготовки соломи як сировини для подальшої переробки налагоджені в значній мірі. Перед нами було поставлене початкове завдання з розробки технології пресування біомаси з соломи, яке вимагає невеликих енерговитрат. У процесі її реалізації нами були проаналізовані різні технологічні підходи і результати їх практичної реалізації. Було виявлено, що тільки на окремих виробництвах отримують стабільний результат переробки, при цьому реальна прибутковість не перевищує 15%, а більшість технічних параметрів обладнання, заявлених виробниками, не витримують жодної критики.

На жаль, більшість виробників твердого біопалива тільки обіцяють дати відповідь на це питання про те, де знаходиться стабільно працюючий завод з переробки соломи. Позитивних результатів домоглися лише кілька фірм, інших спіткала невдача. На сьогодні собівартість переробки 1 тонни соломи становить 550-1100грн/т, а деревини – 400-800 грн/т.

Дуже сильно впливає на цей показник фракційний видовий склад рослин і вологість вихідного матеріалу. Така різниця у витратах викликана технологічними помилками при проектуванні, допущеними в спробі заощадити на вартості обладнання. При складанні бізнес-планів часто зустрічається значення собівартості 250-300грн /т., яке в 2-3 рази відрізняється від практичних даних. Такі необгрунтовані економічно параметри призводять до помилки і впливають на фактичні терміни окупності інвестування в будівництво підприємств біоенергетичного комплексу.

Дуже багато хто вважає, що власна сировина для виробництва пелет може бути безкоштовною. Це помилкова думка! Саме питання про те, хто є власником сировини, і яка його собівартість є основними.

Як правило, для соломи і деревини використовують класичну технологію переробки кормів з частковою адаптацією до виду біомаси. Але виробництво комбікормів за технологією значно відрізняється від виготовлення твердого палива. Необхідно переробляти пористий органічний полімер рослинного походження, що містить вологу.

Багато виробників не приділяють увагу тому, що органічний полімер, який переробляється, має специфічні фізико-хімічні характеристики та реологічні властивості. В результаті, машини працюють при високотемпературних режимах, з великими навантаженнями, значними енергетичними витратами, мають низьку зносостійкість робочих органів.

Наріжним каменем технології виявилося подрібнення соломи перед пресуванням. В якості основного елементу використовували низькоефективну молоткову дробарку з ККД 5-10%, який залежить від вологості сировини. При цьому майже ніхто не врахував, що міцність міжклітинних зв'язків соломи відповідає величині міжмолекулярних зв'язків низькосортної сталі. Виходить, що при пресуванні потрібно докладати таке ж зусилля, як і при переробці тонких сталевих проволок. В результаті витрати потужності на одну тонну соломи складуть 120-420 кВт, що зводить рентабельність виробництва до нуля. Тому багато виробників, які не враховують цей фактор, несуть збитки і відмовляються від подальшої роботи з соломою.

Більшість виробників обладнання не можуть пояснити фізику процесів, що відбуваються при переробці біомаси. Фундаментальними науковими дослідженнями в цій галузі мало хто займається.

При переробці гостро стоїть питання про вартість тонкого помелу сировини. Для розрахунку процесів переробки необхідно добре розуміти фізико-хімічні властивості вихідного матеріалу.

Проблема вибору пресуючого обладнання залежить від властивостей матеріалу, що переробляється. У зв'язку з тим, що переробці піддають полімер, що має властивості бінгамівского тіла (нетекучістю), необхідно застосовувати тільки шнекові спеціалізовані преси. Застосування ударної дії для пресування низькоефективне, і не враховує реологічні властивості матеріалу, що переробляється. Ефективність же роботи роликового преса знижується при переробці матеріалів, що мають низьку насипну щільність. При переробці комбікорму вона становить 70%, деревини – менше 30%, соломи – менше 10%.

Вивчивши детально ці проблеми, ми прийшли до висновку, що застосування «комбікормової» технології для пресування біомаси вкрай неефективно, що особливо яскраво проявилося при переробці соломи. Виробництво комбікорму і палива це різні завдання і процеси. Основним у цьому процесі є облік міжклітинних зв'язків та фізико-хімічних властивостей сировини, що переробляється.

Дуже часто зустрічається два підходи до вирішення цієї проблеми:

• Правильний і дорогий із залученням наукового обгрунтування технологічних процесів;
• Місцеві проекти, виконані з натхнення, без глибокого розуміння технологічних процесів, що відбуваються.

Проявляється цікава закономірність. Візьмемо вартість повних ліній для переробки однотипної сировини різних виробників. Порівняємо вартість обладнання в перерахунку на продуктивність в одну тонну та енерговитрати. Виявляється що вартість дешевих українських пропозицій однакова з відомими фірмами. Інвестиційні витрати низькі, а експлуатаційні високі.

Пропоную задуматися над цікавим фактом: на ринку масово пропонують за різною ціною обладнання для виготовлення комбікорму, вживане. При цьому ніхто не вказує головну причину відмови від його використання – економічні невдачі процесу експлуатації та невірна оцінка собівартості кінцевої продукції. Помилка у визначенні останньої іноді досягає величини в 4 рази в бік збільшення. Вона й змушує прийняти рішення про припинення роботи на настільки перспективному ринку.

Облік факторів, що визначають фізику і хімію процесу пресування, дає можливість точно визначити вартість необхідного обладнання та спрогнозувати кінцевий результат виготовлення біопалива.

Вивчивши умови, що впливають на якість твердого палива з біомаси, ми прийшли до висновку, що механічна міцність паливної гранули залежить саме від твердофазної термохімічної реакції полімеризації і низькотемпературної термодеструкції. Тому використання ударного впливу при пресуванні не ефективне, оскільки при ньому не дотримуються умови для полімеризації. Основним у переробці біомаси має стати деформаційне зрушення її шарів.

На сьогодні при поставці з України до Європи 90% біопалива бракують унаслідок низької механічної міцності. Тому підприємства недоотримують очікуваний прибуток. Крім цього на експорт йде тверде біопаливо першого покоління, яке не підлягає тривалому зберіганню. З нього неможливо створити стратегічні запаси, тому що воно в процесі зберігання розсипається.

На жаль, багато виробників обладнання не в змозі проводити наукові дослідження в цьому напрямку. Тому говорити про промислове та науково обгрунтоване виробництво біопалива в Україні поки рано. Його почнуть через 3-4 роки, коли буде налагоджена нова, більш ефективна технологія отримання твердого біопалива другого покоління. Такі роботи вже ведуть в деяких українських НДІ з практичною апробацією отриманих результатів. Для масового впровадження розроблених технологій і конструкцій устаткування необхідний певний час для доведення і проведення промислових випробувань. Але вже сьогодні потрібно розуміти, що тверде біопаливо першого покоління можна отримувати тільки застосовуючи «комбікормові» технології з високими енерговитратами.

Використавши якісно новий підхід, можна отримати структурно видозмінене торрефіковане тверде біопаливо другого покоління, яке буде мати більш високі енергетичні показники і міцність, що дозволить довго зберігати його і створювати стратегічні запаси.

Неврегульовані економічні та юридичні аспекти дуже сильно вплинули на розвиток біопаливної галузі в Україні. Некоректна розшифровка терміна «біомаса» в нормативних документах ускладнила легалізацію роботи як підприємств, що виробляють біопаливо, так і тих, які використовують його для генерації теплової та електричної енергії. Дуже складно отримати пільговий «зелений» тариф при роботі з біомасою. А відсутність стандартів на тверде паливо з соломи призвело до того, що ціна на вироблену продукцію була знижена з причини її некондиційної зольності 7-9%.

Дисбаланс цін на тверде біопаливо між зовнішнім і внутрішнім ринками призвів до того, що експорт для переробників став збитковим. Сьогодні із зареєстрованих в Україні 350 підприємств працює тільки 40. Основна маса переробників зуміла вижити за рахунок переорієнтації продажу продукції на внутрішній ринок за значно вищою ціною 1200-1500 замість 600 грн/тонну. Продавати тверде паливо з біомаси за ціною 600-800 грн/тонну збитково!

Переробка деревної біомаси має свою специфіку. У першу чергу вона пов'язана з тим, що в основній масі деревина волога, а біомаса, що отримується від виробника сільськогосподарської продукції в момент збирання врожаю – суха. У процесі зберігання вона набирає вологу, а деревина – навпаки віддає. Питання видалення вологи з капілярно-пористих структур, якими є рослини, дуже важливе. Для існуючих технологій отримання твердого палива вузьким місцем є сушка біомаси до досягнення вологості сировини 10-12% від абсолютної маси. На жаль, постачальники обладнання часто не вказують кількість енергії, необхідної для забезпечення якісного процесу переробки, вважаючи сушку сировини умовно «безкоштовною». Але виробнику біопалива необхідно розуміти, що для сушки однієї тонни деревини з абсолютною вологістю 50-60% необхідно 5-7 МВт тепла. Витрати тепла на сушку також залежать від температури навколишнього середовища, що пояснює причини сезонного коливання продуктивності і собівартості продукції.

Прес ролико-матричного типу (наприклад, ОГМ) є одним з широко поширених видів устаткування для переробки біомаси. Фактори, що визначають його низьку ефективність у цій галузі використання:

• Висока пружність сировини (соломи), що пресується;
• Підвищена витрата енергії на «пресування» матеріалу між отворами матриці;
• Малий відсоток деформаційних зрушень.

Проведений аналіз показав, що в існуючому обладнанні недостатньо враховані властивості сировини та особливості процесів, що відбуваються при виробництві палива. При розробці пропонованої технології зволоженого пресування вихідна сировина розглядалася як механічна і хімічна суміш полімерів біологічного походження капілярно-пористої структури, що й визначило використовувані підходи до її переробки.

Виробництво паливних гранул можна вважати процесом підвищення щільності вихідної сировини. Розглядаючи подрібнення біомаси з цієї точки зору, і враховуючи, що основний її обсяг становлять клітинні структури, можна зробити висновок: при подрібненні характерний середній розмір одержуваних часток речовини повинен бути менше характерного розміру клітини.

В даний час в Україні можна реалізовувати тільки ті проекти, в яких виконані такі умови:

• Замовник є власником сировини
• Біомаса утворюється як відходи від основного виробництва
• Отримане паливо необхідно замовнику для вирішення власних енергетичних і технологічних завдань
• Замовник сам здатний фінансувати реалізацію проекту.

Найважливішим фактором для можливості переробки біомаси в Україні є створення внутрішнього ринку споживання, який напряму буде залежати від внутрішньої ціни на тверде паливо (вугілля), що формується на основі ціни на газ.

Продаж біомаси за межі України призводить до експорту органічних ресурсів за викидними цінами і підриву економіки країни. Крім того, вивіз кожної тонни біомаси з соломи означає втрату 80-100 кг речовин мінеральної групи і нанесення збитку землі, що важко надолужується. Вирішення цього комплексу проблем – у створенні внутрішнього споживання біопалива, яке замінить дорогі імпортні джерела енергії. Шлях будівництва потужних стаціонарних заводів, що витрачають більше 20 т/год, виявився низькоефективним, бо біомаса є розподіленим по площі джерелом енергії. Правильним буде розміщення обладнання малої потужності біля локальних місць виробництва/ виростання біомаси.

Дуже актуальним буде для України такий технологічний підхід: надлишки біомаси необхідно гранулювати і закладати на зберігання, потім отримане паливо в міру необхідності термічно розкласти на синтез-газ (для отримання теплової енергії) і вуглецевий залишок (деревне вугілля). Отриманий «біочар» (невеликий відсів деревного вугілля) повернути назад у грунт для відновлення родючості. Такий підхід вирішить конфлікт між отриманням альтернативної енергії та правильною експлуатацією земельних ресурсів.

Окремо необхідно розглянути спалювання біомаси для отримання теплової енергії – основу внутрішнього ринку споживання біопалива. Спроби спалювати біомасу за вугільною схемою виявилися неефективними в зв'язку з неповним спалюванням біомаси. Правильно використовувати біомасу можна наданням їй додаткової енергії при термічному розкладанні з отриманням синтез-газу та спалюванні його без охолодження. Хорошим варіантом також є спалювання біомаси в плазмі з газифікацією продуктів згоряння. Ці способи дозволять повністю витягти енергію з спалюваного матеріалу.

Грануляція біомаси дозволяє вирішувати такі завдання:

• Зміна логістики перевезень
• Зміна логістики зберігання
• Стандартизація параметрів твердого палива.

Отримані рішення дозволяють підвищити економічну ефективність і, не дивлячись на технічні та економічні складнощі, отримати планований прибуток. Переробка біомаси є дуже перспективною галуззю, яка дозволить збільшити рентабельність аграрного та лісового сектора в кілька разів. Розвиток цієї галузі безпосередньо залежить від створення ВНУТРІШНЬОГО РИНКУ СПОЖИВАННЯ БІОМАСИ з максимальною глибиною ступеня переробки.