В последнее время приоритетным направлением для государства становится вовлечение вторсырья в производство новой продукции для различных отраслей экономики. Под прицел внимания попал и лесопромышленный комплекс. Пока складывается ощущение, что эффективного решения проблемы переработки отходов для всех предприятий нет, и каждое из них справляется с этой задачей самостоятельно.
Бизнесмены предлагают свои технологии по утилизации и вторичному применению стружки, щепы или опилок, а научное сообщество — свои. Сегодня предоставим слово учёным и узнаем об открытиях, которые могут изменить ситуацию и внести свой вклад в уменьшение количества отходов деревообработки.
Наша страна занимает второе место в мире по запасам древесины. Трудно найти сферу, где в той или иной степени не используют этот материал. Как известно, при лесозаготовке, обработке и подготовке для химической переработки для предприятий целлюлозно-бумажной промышленности образуется большое количество отходов.
По некоторым данным, ежегодно количество древесных отходов в России прирастает на 35,5-45,5 млн м3. Среди них — щепа, опилки, стружка, древесная пыль, ветви, кора, горбыль. Причём новое будущее ждёт только 40% образующихся отходов, остальное копится на территориях предприятий и создаёт массу проблем бизнесменам.
Конечно, существуют давно известные способы применения некондиционных остатков. Например, древесную щепу, опилки, стружку используют для производства композиционных древесных пластиков — древесно-волокнистых (ДВП) и древесно-стружечных плит (ДСП), многослойных древесно-волокнистых плит (МДФ), ориентированно-стружечных плит (OSB). Кроме того, из них изготавливают плиты с огнеупорными, влагостойкими или облегчёнными свойствами. А также их применяют в мебельном производстве, строительстве, в автомобильной и авиационной промышленности.
Путём химической переработки в целлюлозно-бумажной отрасли из древесных отходов получают волокнистые полуфабрикаты: полуцеллюлозу, целлюлозу высокого выхода для производства бумаги и картона.
Применение отходов практикуют в изготовлении изоляционных и акустических материалов благодаря тому, что они обладают не только тепло-, но и звукопоглощающими свойствами.
Но самым распространённым методом считается использование древесных отходов в качестве топлива для выработки тепловой энергии.
Как известно, из опилок и стружки изготавливают пеллеты, топливные брикеты, теплотворная способность которых превышает этот показатель у древесины. Уже не одну статью в нашем издании мы посвятили трудностям при реализации такой продукции после закрытия рынков Европы.
К сожалению, после Биотопливного конгресса, прошедшего в конце марта этого года, эксперты констатируют, что пеллетная отрасль сегодня в упадке и воскресить её без помощи иностранцев и дополнительных мер поддержки не получится. Затраты на транспортировку топлива на рынки Восточной Азии не рентабельны, а отечественный покупатель практически равнодушен к этой продукции.
Тем не менее предложения по превращению отходов в топливо на рынке есть. Это и производство древесно-угольных брикетов с помощью экструдерной технологии, которое активно пропагандирует генеральный директор ООО «Лесная технологическая компания» Александр Пекарец. Это и последняя разработка специалистов ООО «ПолиБиоТехник» — производство собственной электроэнергии посредством установки мини-ТЭЦ на деревообрабатывающих предприятиях.
В Саратовском государственном техническом университете имени Ю. А. Гагарина тоже считают наиболее достойными внимания технологии переработки древесных отходов в новые виды топлива. О процессе их получения на основе измельчённой древесины рассказал автор инновационной разработки, профессор кафедры «Теплогазоснабжение и нефтегазовое дело», доктор технических наук Сергей Фокин.
«Наша технология основана на процессе сублимации, который происходит следующим образом: древесное сырьё, как правило, в виде древесных измельчённых отходов смачивают, а затем замораживают и отправляют в сублимационную камеру. В условиях глубокого вакуума и нагрева до 40–50 °С происходит процесс перехода воды из твёрдого состояния (льда) сразу в газообразное, минуя жидкое состояние. Таким образом, сохраняется изначальная структура сырья, все его свойства, а вес уменьшается в 5-10 раз. После завершения процесса сублимации материал извлекают из камеры и герметично упаковывают», — поясняет профессор.
Он отмечает, что разработка открывает широкие перспективы в плане получения качественного вида топлива с возможностью применения в различных типах котельных установок и агрегатов за счёт большого ассортимента производимой конечной продукции. Полученное топливо может быть применено в различном виде — от листового материала до брикетов и гранул.
Благодаря такой универсальности конечный продукт могут использовать как отдельные потребители, так и целые промышленные предприятия. Кроме того, что инновация ориентирована на решение переработки отходов, возникающих в результате лесозаготовки и деревообработки, она способна внести свой вклад в зелёную повестку.
«Наш продукт характеризуется высокой теплоотдачей и экологической чистотой, что особенно важно в условиях современных требований к возобновляемым источникам энергии», — отметил г-н Фокин.
При этом затраты на производство топлива с высокими характеристиками ниже относительно известных ранее технологий, подсчитали потенциальные инвесторы. Не за горами создание пилотного предприятия и выпуск топлива по новой технологии в промышленных масштабах.
Лигнин, который хранится на территории деревообрабатывающих предприятий и считается одним из отходов лесохимической промышленности, давно стал объектом исследования многих учёных.
Дело в том, что его свойства позволяют использовать этот компонент древесины для производства новых материалов. Так, в Северном (Арктическом) федеральном университете разработали композитный материал с добавлением лигнина — нить для 3D-печати, на которую уже получен патент.
Одним из достоинств этого вещества считается способность защищать дерево от физических разрушений, грибка, сухости, излучений, окислительных процессов. Исследователи считают, что при разработке бережного метода отделения лигнина от целлюлозы можно сохранить его полезные свойства: клейкость и термостойкость.
Это станет залогом использования древесного сырья для создания новых материалов: биоразлагаемых клеёв, пеллет или брикетов. Фенольные соединения лигнина могут быть использованы в производстве пластмасс, смол. Кроме этого, древесный компонент может быть переработан в наноматериалы: углеродные нанотрубки и графен.
Красноярские учёные из Сибирского федерального университета и Института химии и химической технологии ФИЦ КНЦ СО РАН предлагают технологию модификации древесного лигнина, с помощью которой спектр применения компонента значительно увеличится.
«Мы разработали методы последовательной модификации лигнина с помощью реакций азосочетания и сульфатирования. Считающиеся отходами и практически не перерабатывающиеся в настоящее время залежи этого природного материала можно превращать в ценные продукты — например, светочувствительные молекулы, которые могут меняться под действием света. Их можно использовать в хайтек-изделиях, как платформу для производства органических светодиодов, OLED-дисплеев и экранов телевизоров.
Кроме того, эти молекулы могут стать носителями лекарств для их адресной доставки в очаги заболевания. Под действием света они будут высвобождать действующее вещество. А в солнцезащитных кремах наши полимеры улавливают вредный для кожи ультрафиолет, предотвращая солнечные ожоги», — рассказал прессе о перспективах использования лигнина младший научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Виктор Голубков.
Кроме того, учёные СГТУ имени Ю. А. Гагарина видят возможности применения новых полимеров, полученных из лигнина, в сельском хозяйстве. Например, при производстве удобрений и гербицидов.
Не один год изучению проблемы переработки и утилизации древесных отходов посвятили специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ). Сотрудники кафедры технологии полимерных материалов и порохов Пермского политеха: профессор, доктор технических наук Фиравес Хакимова и доцент кафедры, кандидат технических наук Ольга Носкова — поделились с нашим изданием результатами одного из исследований.
Речь идёт об утилизации отходов переработки древесины, образующихся на целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих предприятиях, путём повторного использования при получении полуфабриката высокого выхода для производства бумаги и картона.
В своей работе группа учёных использовала крупные берёзовые опилки — отходы от сортирования щепы, которую применяют на предприятии для получения полуцеллюлозы. Они более мелкие, чем щепа.
«Установлено, что утилизация крупных берёзовых опилок с получением волокнистого полуфабриката (полуцеллюлозы) для применения при производстве бумаги и картона решает важную экономическую проблему целлюлозно-бумажной отрасли, заключающуюся в необходимости снижения расхода балансовой древесины и сохранения лесных ресурсов.
Процесс утилизации древесных отходов не требует изменений действующей технологии на предприятии. При этом получается полуцеллюлоза, которая по показателям качества не уступает аналогичному полуфабрикату из берёзовой технологической щепы и соответствует нормам предприятия», — рассказывает Фиравес Хакимова.
Учёные уверены, что стружку древесных отходов из хвойной и лиственной древесины деревообрабатывающих предприятий также можно использовать как сырьё для получения полуцеллюлозы, но только совместно с крупными опилками из березовой древесины.
Кроме этого, в институте проведена работа, направленная на решение актуальной проблемы рационального природопользования, — повышение комплексности использования древесного сырья путём утилизации отходов лесозаготовок, которые в настоящее время остаются на лесосеках, представляя пожарную и экологическую опасность.
«Мы рассмотрели возможность утилизации отходов лесозаготовок древесины берёзы и осины (ветвей и вершинок) с получением волокнистого полуфабриката для использования в композиции тарного картона. Основная трудность этой задачи — получение и подготовка технологической щепы из этих отходов. Решение проблемы получения щепы на лесосеках и транспортировки её на целлюлозно-бумажные предприятия за рубежом вопросов не вызывает. Однако требует решения проблема окорки щепы из лесосечных отходов.
В этом направлении мы выполнили исследования по облагораживанию (окорке) щепы с применением гидротермической и гидромеханической обработок. Мы получили положительные результаты и доказали, что окорённая берёзовая щепа из отходов лесозаготовок может быть с успехом использована для получения нейтрально-сульфитной полуцеллюлозы, а осиновая щепа может быть переработана бисульфитным способом с получением аналогичного полуфабриката.
В лабораторных условиях проведены исследования и получены образцы полуцеллюлозы, аналогичные по свойствам полуцеллюлозе ООО „ПЦБК” из технологической берёзовой щепы. Полуцеллюлоза из отходов лесозаготовок берёзовой и осиновой древесины может быть с успехом использована в композиции тарного картона», — поделилась итогом большой работы Ольга Носкова.
Такие примеры дают надежду на то, что использование вторичного сырья для производства новой продукции станет приоритетом отрасли не только на словах, но и на практике. Тем более что с этого года в стране действуют новые правила, согласно которым не менее 95% отходов деревообработки нужно использовать при производстве древесной муки, топливных пеллет и брикетов, а также древесно-стружечных плит.
Этот перечень будут ежегодно пересматривать с учётом предложений профильных ведомств и, вероятно, дополнять новыми категориями. Однако пока невозможно с уверенность сказать, что такие меры смогут помочь снизить долю отходов деревообработки.
«Этот вопрос необходимо рассматривать в комплексе. Для того чтобы данное направление эффективно работало, помимо имеющейся государственной поддержки, требуется обеспечить соблюдение нескольких условий. Первое — создать устойчивые рынки вторичного сырья, являющиеся базой для производства различной продукции из переработанной древесины. Выстроить логистические цепочки для реализации конечного продукта от производителей к потребителям.
Кроме этого, направить ресурсы на современные технологические процессы, включая инновационное оборудование, выпускаемое серийно отечественными производителями. А также подготовку высококвалифицированных инженерных кадров, способных эффективно разрабатывать и применять современные решения в области переработки древесного сырья», — заключает представитель СГТУ имени Ю. А. Гагарина.
Текст: Марина Каталакиди
Нашли ошибку?
Выделите ее мышкой и нажмите Ctrl + Enter
Спасибо!
Теперь редакторы в курсе.