Агропромисловий комплекс України отримує основний об’єм біомаси за
рахунок оброблених полів, а світова практика показує, що паливні гранули
(пелети) виготовляються в основному з деревини. В Україні спробували
переробляти солому в промислових масштабах, використовуючи для цього
обладнання комбікормової галузі. Багато проектів допустили технологічні,
економічні та управлінські помилки.
Група харківських спеціалістів оцінила технології пресування
біомаси з соломи, щоб знайти спосіб з невеликими затратами. Тільки деякі
підприємства отримали рівень реального доходу не більший 15%.
Собівартість переробки 1 тони соломи перевищує собівартість переробки
деревини на 15-250%. Велику роль в цьому грають показники рослини і
вологість вхідного матеріалу. Дані, закладені в бізнес-плани, занижують
собівартість в 2-3 рази.
Сировина для виробництва пелет не буває безплатною – це помилкова
думка. Власне питання про те, хто є власником сировини, і яка її
собівартість, є основним в таких проектах.
Використання технології комбікормів для виготовлення твердого
палива (пелет з соломи і деревини) не є придатним рішенням. Потрібно
переробляти пористий органічний полімер рослинного походження, який має
вологу. В результаті машини працюють при високотемпературних режимах, з
великими навантаженнями, значними енергетичними затратами, мають низьку
зносостійкість робочих органів.
Для подрібнення соломи перед пресуванням використовують
низькоефективну молоткову дробарку з ККД 5-10%, який залежить від
вологості сировини. При цьому майже ніхто не враховує, що міцність
міжкліткових зв’язків соломи відповідає величині міжмолекулярних
зв’язків низькосортової сталі. Виходить що при пресуванні потрібно
прикладати таке ж зусилля, як і при переробці тонких сталевих прутиків. В
результаті затрати потужності на 1 тону соломи складають 120-420 кВт,
що зводить рентабельність виробництва до нуля. Фундаментальними
науковими дослідженнями в цій галузі мало хто займається. При переробці
гостро стоїть питання вартості тонкого помолу сировини. Для розрахунку
процесів переробки необхідно добре розуміти фізико-хімічні властивості
вхідного матеріалу.
Продаж біомаси за межі України приводить до експорту органічних
ресурсів за заниженими цінами і послаблює економіку країни. Крім цього,
вивезення кожної тони соломи означає втрату 80-100 кг речовин
мінеральної групи і наносить збитки землі. Рішення повинно прийматися
комплексно. Треба створювати внутрішній ринок біопалива, який замінить
дорогі імпортні джерела енергії. Шлях створення потужних стаціонарних
заводів продуктивністю 20 т/год виявився низькоефективним – біомаса є
розподіленим за площею джерелом енергії. Правильним буде розміщення
обладнання малої потужності біля локальних місць виробництва/переробки
біомаси.
Переробка біомаси є дуже перспективною галуззю, яка дозволить
збільшити рентабельність аграрного і лісового сектору в кілька разів.
Існує великий ринок продажу вживаної техніки для виробництва
комбікормів. При цьому ніхто не вказує головну причину відмови від його
використання – економічні невдачі процесу експлуатації і неправильна
оцінка собівартості кінцевої продукції. Помилка у визначенні останньої
деколи досягає величини в 4 рази в сторону збільшення.
Вивчення умов, які впливають на якість твердого палива з біомаси,
дає висновки, що механічна міцність паливної гранули залежить власне від
твердофазної термохімічної реакції полімеризації і низькотемпературної
термодеструкції. Тому використання ударного зусилля при пресуванні
неефективне, адже при ньому не дотримуються умови для полімеризації.
Основним в переробці біомаси повинен стати деформаційний зсув її шарів.
При постачанні в Європу 90% біопалива бракують через низьку
механічну міцність. Тому підприємства недоотримують прибуток. Крім
цього, на експорт йде тверде паливо першого покоління, яке не витримує
довгого зберігання. З нього неможливо створити стратегічні запаси, тому
що воно в процесі зберігання розсипається.
Використовуючи якісно новий підхід, можна отримати структурно
видозмінене торрефіковане тверде біопаливо другого покоління, яке буде
мати більш високі енергетичні показники і міцність, що дозволяє довго
його зберігати і створювати стратегічні запаси.
Переробка деревинної біомаси має свою специфіку. В першу чергу,
вона пов’язана з тим, що деревина має значну початкову вологість, а
біомаса, яку отримують з поля підчас жнив – суха. Остання набирає вологу
при зберіганні, а деревина, навпаки, віддає. Для існуючих технологій
отримання твердого палива вузьким місцем є сушіння біомаси для
досягнення вологості сировини 10-12% від абсолютної маси. Виробнику
біопалива потрібно знати, що для сушки 1 тони деревини з абсолютною
вологістю 50-60% потрібно 5-7 МВт тепла.
Ще й роликово-матричний прес має низьку ефективність через такі
фактори: висока пружність сировини (соломи); підвищена витрата енергії
на «пресування» матеріалу між отворами матриці; малий коефіцієнт
деформаційних зсувів.
Є новий метод технології, який використовує пресування зволоженої
вхідної сировини, яка розглядається як механічна і хімічна суміш
полімерів біологічного походження капілярно-пористої структури. Цей
процес виробництва паливних гранул можна називати процесом підвищення
щільності вхідної сировини. Розглядаючи подрібнення біомаси з цією ціллю
і враховуючи, що основний її об’єм складають кліткові структури, можна
зробити висновок: при подрібненні характерний середній розмір отриманих
частинок повинен бути меншим характерного розміру клітин.
Важливим для України є використання наступної технології: надлишки
біомаси потрібно гранулювати і закладати на зберігання, потім отримане
паливо термічно розкладати на синтез-газ (для отримання теплової
енергії) і вуглецевий залишок (деревне вугілля). Отриманий «біочар»
(дрібний відсів деревного вугілля) повертати зворотно в грунт для
відновлення плодючості. Такий підхід вирішить конфлікт між отриманням
альтернативної енергії і правильною експлуатацією земельних ресурсів.
Окремим питанням є спалювання біомаси, яке проводять по вугільній
схемі. Вона неефективна через неповне спалювання. Правильним
використанням біомаси є надання їй додаткової енергії при термічному
розкладанні з отриманням синтез-газу і спалюванням його без охолодження.
Хорошим варіантом є спалювання біомаси в плазмі з газифікацією
продуктів спалювання. Ці способи дозволяють повністю отримати енергію з
спалюваного матеріалу.
За матеріалами Бунецького В.А.,
аспіранта, Харківський національний університет
сільского господарства ім. Василенка