Ученые из Московского физико-технического института и Объединенного института высоких температур РАН предложили новую уникальную технологию получения биотоплива из отходов древесины. Сегодня интерес к решению подобного рода задач во всем мире весьма активный, что обусловлено стремлением использовать возобновляемые источники энергии. Соответствующие статьи были опубликованы в ведущих научных журналах Fuel Processing Technology и Energy.

Основа биоэнергетики — биотопливо, сырьем для которого служат различные виды биомассы. Под термином «биомасса» понимается материал растительного или животного происхождения. К примеру, в виде сырья можно использовать отходы лесной промышленности — опилки.

С помощью технологии прессования из них получают древесные топливные пеллеты или брикеты, которые используют в качестве топлива в котельных и электрогенераторах. Однако в необработанном виде использование биомассы во многом проблематично из-за ее достаточно низкой энергетической плотности и гидрофобности. Для преодоления подобного рода проблем свойства биомассы необходимо «модернизировать» — например, с помощью технологии торрефикации.

Торрефикация — процесс термической обработки, который обычно осуществляется в неокислительной среде (при отсутствии или незначительном содержании кислорода) при температурах 200–300 °C. В основном древесная биомасса состоит из трех основных компонентов: целлюлозы, лигнина и гемицеллюлозы.

При торрефикации разрушается главным образом гемицеллюлоза. Торрефицированная биомасса обладает улучшенными топливными характеристиками. Сегодня существует или находится в разработке большое многообразие различных технологических методов торрефикации. Однако следует признать, что до сих пор этот процесс переработки биомассы не получил широкого коммерческого использования в мире.

Во многом это обусловлено несовершенством существующих технологических процессов, в том числе возникающими при этом экологическими проблемами. Обычно в процессе торрефикации используют инертный газ для защиты биомассы от избыточного окисления, которое может привести к значительной потере массы биотоплива. Фактически при избытке кислорода часть топлива просто сгорает. Так как в этом методе газообразные продукты оказываются разбавнны большим количеством инертного газа, это затрудняет их последующую утилизацию.

Для преодоления отмеченных выше проблем российскими учеными разработана совершенно новая технология переработки биомассы. Для ее реализации не требуется использование большого количества инертного газа, что заметно улучшает ее экономические и экологические показатели.

Схема технологического процесса получения торрефицированных пеллет / Пресс-служба МФТИ

Суть технологии состоит в следующем. Древесные пеллеты или брикеты в реакторе засыпаются слоем минерального наполнителя. В качестве такого наполнителя может выступать бентонитовая глина, тальк или мел. Все эти компоненты химически устойчивы и относительно недороги. Далее реактор нагревается, а сам процесс торрефикации проводится без использования инертного газа.

Борис Кичатов, один из авторов исследования, доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физики активных сред и систем МФТИ и лаборатории диагностики пылевой плазмы ОИВТ РАН, рассказал:

«Используя данную технологию, можно получать биотопливо весьма высокого качества, энергетические характеристики которого оказываются близкими к углю. Важным достоинством этой технологии является ее экологичность. Кроме того, здесь наряду с твердым топливом можно получать порядка 10% весьма ценных химических соединений: альдегиды, кетоны, спирты и карбоновые кислоты. Соединение биоэнергетики и химической промышленности — важная задача для России на ближайшие десятилетия. Необходимо также отметить, что по своей сути это достаточно простая технология, а для создания производства не требуется больших капитальных затрат. Этот фактор важен для предприятий малого и среднего бизнеса. Установки, использующие подобную технологию, можно размещать в местах непосредственной заготовки древесины. При вырубке лесов образуется большое количество отходов — пни, ветви деревьев. Сегодня чаще всего такие отходы сжигаются на месте, а порой и просто выбрасываются. В последнем случае они представляют собой источник для развития болезней и вредителей наших лесов. На основе разработанной нами технологии можно создавать относительно небольшие производства, которые позволят решать как энергетические, так и экологические проблемы».

Достоинство такого вида топлива в том, что его сжигание не приводит к дополнительным выбросам двуокиси углерода в атмосферу.