Переработка древесных отходов: от щепы до лигнина

Проблема переработки древесных отходов в стране стоит остро уже несколько лет. Это естественно, ведь ни одно деревообрабатывающее производство не обходится без них. 

В процессе производства пиломатериала невостребованными остаются около 40% от первоначального сырья. Сюда входят:

• 14% — горбыль,
• 12% — опилки,
• 9% — срезки и мелочи,
• остальное — кора или торцевые обрезы.

Какие существуют методы переработки древесных отходов?

Чаще всего кору, горбыль, щепу, обрезки и другой неликвид предприятия ЛПК просто копят, превращая окружающую территорию в источник опасности как для экологии, так и для самого предприятия.

Процесс разложения древесных отходов является заметным источником выбросов парниковых газов, а их неправильная утилизация может привести к загрязнению окружающей среды. К тому же хранение отходов занимает примыкающие к заводам площади, порой превращая их в свалку и требуя ресурсов для их вывоза или утилизации.

Постоянно растущих «Эверестов» древесного происхождения на карте страны великое множество, а между тем специалисты постоянно находятся в поиске решений для переработки отходов древесины.

На сегодняшний день среди методов переработки древесных отходов выделяют:

• Биологический. Заключается в добавлении к отходам различных биологических и органических компонентов, запускающих деструктивные реакции. В результате образуется достаточно ценное сырьё, например, кормовые белковые дрожжи.
  
• Механический. Самый простой и не требующий больших трудозатрат вариант. Дерево сначала измельчают, а затем используют в соответствии с целевой задачей. В итоге получается материал, применяемый в различных сферах экономики (топливо, удобрения, минеральные добавки к кормам, отделочные и строительные материалы).
  
• Химический. Делится на три дополнительных подгруппы: пиролиз, гидролиз и газификацию. Предполагает, что в процессе применения специального оборудования могут изготавливаться топливо, древесный спирт, бумага и т. д.

Каждая из представленных технологий имеет свои преимущества и недостатки. Но наиболее привлекательными считаются механическая и химическая переработка древесины из-за высокой эффективности и разнообразия получаемой продукции, поясняют специалисты Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина.

Переработка древесины в пеллеты

Чаще всего древесные отходы используют в качестве топлива для выработки тепловой энергии. Из опилок и стружки изготавливают пеллеты и топливные брикеты, теплотворная способность которых выше, чем у древесины. 

Хотя в последние три года производителям пеллет можно только посочувствовать. Закрытие европейских рынков привело к падению экспорта, а развитие внутреннего потребления пока идёт через барьеры и трудности. Эксперты констатируют, что некоторые заводы уменьшили мощность, а какие-то и вовсе закрылись.

Не помогла реанимировать этот сектор и президентская программа субсидирования при переводе муниципальных котельных, использующих мазут в качестве топлива, на гранулы из отходов деревопереработки. 

«Если на начало прошлого года пеллетные мощности в Республике Коми, по официальной информации, оценивались примерно в 430 тыс. т в год, то к концу года объёмы производства упали вдвое. Спад объёмов производства пеллет в целом по России составляет 22%, по Коми снижение составило 50%», — поделился вице-президент Торгово-промышленной палаты Республики Коми Андрей Кривошеин.

Другие виды топлива из древесных отходов

В условиях, когда затраты на производство пеллет и логистику едва перекрывают их себестоимость, в ООО «Лесная технологическая компания» озаботились поиском другой продукции, которая может быть востребована на российском рынке.

«Мы стали искать не просто способы утилизации, а создания рентабельного продукта. Так мы пришли к производству древесно-угольных брикетов с помощью экструдерной технологии», — рассказал генеральный директор Александр Пекарец.

Полученные брикеты, по его словам, можно использовать в различных отраслях.  Зимой — в качестве топлива, летом — как угольные брикеты для барбекю.

Отходы можно утилизировать, для этого есть специальное оборудование — например, топливные котлы компании «Теплоресурс». Однако мало кто из бизнесменов согласится выпустить пользу «в трубу». 

Отходы вполне могут пригодиться в виде источника тепла для предприятия, считают производители котельного оборудования. А в ООО «ПолиБиоТехник» предлагают разработку, которая позволит ещё и вырабатывать собственную электроэнергию для производства.

«Установка паровой мини-ТЭЦ может стать более универсальным вариантом, чем традиционные водогрейные котельные. Использование этой технологии не просто позволяет избавиться от отходов и получить технологический пар, например, для сушильных камер, но и наладить выработку собственного электричества», — пояснил технический директор Александр Торопов.

Плитная продукция, бумага и композиты

Кроме того, древесную щепу, опилки, стружку широко применяют при производстве плитной продукции:

• древесно-волокнистых плит (ДВП),
• древесно-стружечных плит (ДСП), 
• многослойных древесно-волокнистых плит (МДФ), 
• ориентированно-стружечных плит (OSB).  

Эти изделия пользуются популярностью при строительстве и изготовлении мебели.

В СГТУ имени Ю. А. Гагарина напомнили о возможности использовать отходы деревообработки при производстве композитных материалов. В процессе их создания древесные отходы объединяют с пластмассами, а на выходе получают прочную и устойчивую к гниению продукцию.  

Путём химической переработки в целлюлозно-бумажной промышленности из древесных отходов получают волокнистые полуфабрикаты (полуцеллюлозу, целлюлозу высокого выхода) для производства бумаги и картона.

Однако не стоит забывать, что целлюлозно-бумажная промышленность может нанести вред окружающей среде. К слову, над этим вопросом работают учёные из Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ).

Биотехнологи предложили технологию, которая позволит эффективнее перерабатывать вредные отходы ЦБП, вторично использовать очищенные воды в производстве и снизить нагрузку на очистные сооружения.

Новые способы применения лигнина

Свойства и возможности применения ещё одного вида отходов переработки — лигнина, постоянно изучают в научных кругах. Например, гидролизного лигнина, который в больших количествах образуется при обработке древесины хвойных и лиственных пород. 

Учёные ПНИПУ полагают, что этот компонент позволит сделать глиняную массу более пластичной и технологичной. А при обжиге он помогает создать необходимую пористость, повысить равномерность обжига во всём объёме керамического материала, уменьшить расход топлива и даже сократить время обжига.

В Северном Арктическом федеральном университете считают, что спектр применения лигнина широк, он может применяться или служить сырьём для производства:

• антиоксидантов;
• спирта;
• биотоплива;
• биоразлагаемых клеёв;
• смол.

В зависимости от способа обработки лигнин можно переработать в наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки и графен, а его фенольные соединения использовать при производстве пластмасс.

Учёные разработали нить для 3D-печати из композитного материала, созданного с использованием лигнина. По словам заместителя директора Центра коллективного пользования научным оборудованием «Арктика» Александра Кожевникова, на неё получен патент.

Специалисты уже убедились, что такой пластик показывает повышенную устойчивость к воздействию солнечного света. Возможно, не за горами более экологичное производство разных продуктов — от упаковки до медицинских приборов и строительных товаров, где натуральные материалы могут вытеснить синтетические.

Потенциал лигнина проанализировала и группа учёных Федерального исследовательского центра комплексного изучения Арктики имени академика Н. П. Лавёрова Уральского отделения РАН (Лавёровский центр) и Северного (Арктического) федерального университета имени М. В. Ломоносова (САФУ).

«Анализ структурных свойств природных и технических лигнинов показывает, что этот биополимер обладает уникальными электрофизическими свойствами. Структура лигнина близка к материалам, которые используются для получения конденсаторных диэлектриков», — поделился с прессой руководитель исследовательской группы, директор Института экологических проблем Севера Лавёровского центра, профессор САФУ Константин Боголицын.

Это означает, что материал в будущем может применяться даже для создания электрических конденсаторов.

Предложения учёных

Поиски новых решений для переработки древесных отходов продолжаются. 

Специалисты СГТУ имени Ю. А. Гагарина представили свою новую разработку. Древесное сырьё, как правило, в виде древесных измельчённых отходов, смачивают, а затем замораживают и отправляют в сублимационную камеру. 

Это позволяет значительно ускорить процесс обработки древесины при сохранении всех её естественных свойств, а также уменьшить массу в 5-10 раз.

«Разработанная технология представляет собой революционный подход к производству древесного топлива из отходов деревообработки 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)», — рассказал профессор кафедры «Теплогазоснабжение и нефтегазовое дело» Сергей Фокин.

В ПНИПУ много внимания уделяют исследованиям в области переработки и утилизации древесных отходов. Сотрудники кафедры ТЦБП под руководством доктора технических наук, профессора Ф. Х. Хакимовой, совместно с сотрудниками предприятия ООО «ПЦБК», несколько лет изучали отходы переработки древесины, образующиеся на целлюлозно-бумажных и деревообрабатывающих предприятиях. 

Учёные обнаружили, что их можно использовать повторно при получении полуфабриката высокого выхода для производства бумаги и картона. Речь идёт об использовании крупных берёзовых опилок — они образуются при сортировке щепы, которую применяют на предприятии для получения полуцеллюлозы. 

«Мы установили, что применение крупных берёзовых опилок с получением волокнистого полуфабриката (полуцеллюлозы) при производстве бумаги и картона решает важную экономическую проблему целлюлозно-бумажной отрасли. Она заключается в необходимости снижения расхода балансовой древесины и сохранения лесных ресурсов», — пояснила профессор кафедры технологии полимерных материалов и порохов Пермского Политеха, доктор технических наук Фиравес Хакимова.

По её словам, 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, а также соответствует нормам предприятия.

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 берёзовой древесины, отметили учёные.

Кажется, подходы к эффективному обращению с древесными отходами найдены. И вполне возможно, что внедрение инновационных решений поможет не только избавить предприятия от их залежей, но и выйти на новый уровень экономики замкнутого цикла в стране.