биоуголь что это такое
Биоуголь – новое или хорошо забытое старое?
Возрождение гидротермальной карбонизации биомассы в Европе
И перед биомассой, и перед ископаемым углем у биоугля имеется целый ряд преимуществ:
Кроме того, биоуголь является CO2-нейтральным источником энергии.
В ФРГ, например, согласно законам о возобновляемых источниках энергии (EEG) и их использовании для отопления (EEWarmeG), биоуголь отвечает всем нормативным требованиям, при сжигании 1 т биоугля редуцируется 2,5 т выбросов CO2.
Для производства биоугля применяется технология, основанная на процессе гидротермальной карбонизации.
В процессе HTC биомасса влажностью до 80% с низкой теплотворностью превращается в биоуголь, сравнимый по свойствам с ископаемым углем.
Гидротермальная карбонизация схожа с природным процессом образования ископаемого угля, только то, что в природе длилось миллионы лет, можно осуществить в течение считаных часов. При температуре 180-220°C, давлении 10-25 бар, без доступа воздуха и с добавлением катализатора биомасса обезвоживается и карбонизируется в течение 6-12 ч до CO2-нейтрального биоугля. Такой биоуголь можно или сжигать для генерации тепловой энергии, или использовать в различных технологических процессах в промышленности вместо ископаемого угля.
Процесс НТС в целях получения топливного биоугля не применялся долгие годы по одной простой причине: низкие мировые цены на энергоносители.
Гидротермальная карбонизация
Процесс начинается с подготовки биомассы: из нее удаляют механические примеси (песок, камни и т. п.), затем измельчают и смачивают. Далее биомассу отправляют в реактор (реторту) HTC, в котором при помощи пара создается давление 10-25 бар и температура 180-220°C. В ходе реакции образуются гидроксонии (гидроксоний, оксоний, гидроний) НзО+ (комплексный ион, соединение протона с молекулой воды), которые снижают pH массы до 5 и ниже. Этот процесс можно ускорить, добавив в реактор лимонную кислоту. Причем нужно учесть, что при низких pH большее количество углерода переходит в жидкую фазу. Реакция экзотермическая, то есть протекает с высвобождением энергии. Через 12 ч 90-99% углерода переходит в водянистую суспензию в виде пористых зерен угля (C6H2O) с размером пор от 8 до 20 нм. Остальная часть углерода (от 1 до 10%) частично остается в жидкой фазе в виде водной суспензии, частично выбрасывается в атмосферу в виде углекислоты. Уравнение реакции в упрощенном виде можно записать в такой форме:
Охлажденная угольная суспензия с помощью механического прессования обезвоживается до такого состояния, когда в ней остается 50-60% исходного содержания воды. Большая часть сепарированной воды используется в последующих циклах производства. После механического обезвоживания продукт подлежит дальнейшей сушке до влажности, требуемой заказчиком; обычно это 5-25%.
После сушки на выходе получается мелкофракционный пылеобразный биоуголь, который можно складировать в силос с автодозатором для загрузки насыпью в железнодорожные вагоны или автотранспорт, а можно и прессовать в пеллеты или брикеты.
Преимущества НТС-технологии перед другими технологиями переработки биомассы:
Кроме того, тепловая энергия, получаемая в ходе экзотермического процесса, используется для подсушки конечной продукции до требуемой влажности.
Европейские производители биоугля
Швейцарская группа компаний AVA-CO2 Schweiz AG в 2010 году ввела в эксплуатацию первую в мире промышленную установку для производства биоугля по технологии НТС производительностью 8400 т в год, а спустя два года была запущена и вторая подобная установка. AVA-CO2 использует технологию периодического (порционного) НТС-процесса, по сравнению с непрерывным способом это более простой и надежный процесс. Оборудование скомплектовано по модульному принципу, что позволяет его легко монтировать и интегрировать в имеющуюся инфраструктуру. AVA-CO2 запатентовала свои продукты под марками AVA cleancoal и AVA biochar.
Carbon Solutions ежегодно использует в качестве сырья для производства биоугля опавшие листья, остающиеся после ландшафтных работ ветки и обрезки деревьев, общий вес которых составляет 41 тыс. т. И это только в одном пригороде Берлина, а всего в столице ФРГ и ее пригородах собирается около 1,2 млн т таких отходов в год, и почти вся эта биомасса используется сейчас только как компост при открытом складировании на специальных полигонах.
Carbon Solutions принимает участие в европейской программе EU-Projekt Eurochar. В этой программе участвуют также компании и институты Франции, Великобритании и Италии. Сейчас Carbon Solutions выполняет заказ на монтаж оборудования для получения биоугля производительностью 10 тыс. т в час для одного из немецких промышленных предприятий.
Биоуголь в России
В России сегодня древесный уголь получают лишь на небольших производствах путем сжигания древесины (углежжением) в разных, приспособленных для этих целей печах. Продукция в основном предназначена для использования в грилях и поставляется как на экспорт, так и на внутренний рынок.
В России, по словам специалиста, большого интереса к производству и использованию продукта biochar нет. Хотя на ряде российских предприятий, производящих древесный уголь, есть продукция, которая полностью соответствует biochar.
А теперь информация к размышлению. В выпущенном в 1987 году издательством «Лесная промышленность» учебнике для студентов лесотехнических вузов «Технология лесохимических производств», в главе 6 «Характеристика термических методов переработки древесины» читаем:
«. В учебниках и научной литературе применяется несколько терминов для обозначения понятия «пиролиз древесины», что крайне затрудняет использование автоматизированных систем научно-технической информации. Термин «карбонизация» хотя и раскрывает сущность процесса пиролиза, в литературе встречается редко, и поэтому в целях унификации терминологии от его применения следует отказаться. В настоящем учебнике принят термин «пиролиз древесины», полно отражающий сущность процесса и завоевавший в последнее время широкое признание лесохимиков. Процесс пиролиза древесины при температурах ниже начала интенсивного распада с выделением тепла, например, в среде жидкого теплоносителя, принято называть предпиролизом».
Этой цитатой можно подтвердить слова г-на Юдкевича и назвать процесс гидротермальной карбонизации (НТС) разновидностью пиролиза, учитывая что в англоязычных странах процесс часто называют гидропиролизом или жидким пиролизом.
По мнению автора, технологию НТС целесообразно использовать в российских условиях, в первую очередь по причине невысоких требований к сырью (состав, влажность), а также ввиду ее высокой энергоэффективности, простоты и широких возможностей применения на внутреннем рынке.
Золотые опилки: как заработать на производстве биоугля из отходов
«Мы смогли бы решить проблему черного неба в Красноярске (режим черного неба, который периодически вводится в Красноярске с 2012 года, означает, что вредные вещества не рассеиваются, а накапливаются в воздухе над городом при безветренной погоде; одной из причин явления считается большое количество котельных, работающих на угле и мазуте. — РБК). Ведем переговоры с местными властями, они говорят: «Может, мы переведем Красноярск на газ?» А вы считали, сколько миллиардов это будет стоить? Дешевле будет перевести на биоуголь, который намного экологичнее и эффективнее угля и мазута. Проблема в том, что, хоть государство у нас одно, карманов у него много. Срастить между собой интересы и перераспределить деньги между карманами зачастую практически невозможно. Те деньги, которые они потратят на газификацию, никогда не будут перенаправлены на биотопливо, хотя это было бы эффективнее», — говорит Павел Трушевский, основатель компании «Сибирский биоуголь», которая производит древесные топливные брикеты из отходов лесной промышленности. Вложив в запуск компании 100 млн руб., бизнесмен рассчитывает вернуть их к 2022 году.
Sustainability по-русски
Павлу Трушевскому 40 лет, 33 из которых он прожил в родном Братске, где окончил местный университет по специальности «инженер-технолог деревообработки». «Братск — центр лесопереработки Восточной Сибири. Мой профессиональный опыт всегда был связан с лесной отраслью», — рассказывает предприниматель. В 2001 году он устроился инженером на Братский целлюлозно-картонный комбинат (сейчас принадлежит АО «Группа Илим»), где проработал пять лет. Именно здесь он впервые заинтересовался вопросами экологии. Проверять деятельность комбината время от времени приезжали аудиторы санкт-петербургской компании «ЕвроПартнер». По словам Трушевского, это была первая в России компания, которая занималась лесной сертификацией по международным стандартам FSC (Forest Stewardship council — Лесной попечительский совет, авторитетная в вопросах экологии предприятий некоммерческая организация). «Предприятие, которое соответствует этим стандартам, планирует заготовку таким образом, что в границах лесного участка древесины с годами не становится меньше, — объясняет Трушевский. — При этом минимизируется негативное воздействие на флору и фауну, а также максимально учитываются интересы и права работников и местного населения».
В 2006 году он уволился с комбината и основал консалтинговую компанию по лесной сертификации «СибирьКонсалт». А в 2008 году «ЕвроПартнер» обанкротилась и Трушевский открыл компанию, которая занималась самой сертификацией — ООО «Лесная сертификация». Он нанял бывших сотрудников «ЕвроПартнера», получил аккредитацию FSC и начал работать с клиентами той же компании. В первые годы у него работали всего два-три человека, бизнес рос небольшими темпами. На операционный ноль удалось выйти только в 2011 году. До того как Трушевский зашел на рынок, в России уже по пять-семь лет работали западные аудиторские компании, такие как Bureau Veritas, SGS.
Конкурировать приходилось ценой и активностью в общении с лесопромышленниками: «Наше главное преимущество было в том, что я приходил и говорил с ними на их языке. Мягко говоря, не заходили им рассказы прогрессивных московских менеджеров про sustainability. Мы старались объяснить им то же самое нормальным русским языком», — вспоминает Трушевский. В России в большинстве лесных хозяйств не понимали, зачем нужна подобная услуга. «Да и в мире всего порядка 15 аудиторских компаний, которые этим занимаются. По сути, это социально-экологическая оценка устойчивости бизнеса. Когда компания принимает решения исходя не из стремления поскорее максимально заработать, но из понимания, что важно создать условия, при которых она будет стабильно зарабатывать продолжительное время», — поясняет предприниматель.
Ты мне как Братск
Существенно расти клиентура начала лишь в последние годы. Сейчас крупнейшие российские клиенты «Лесной сертификации» — International Paper, «Монди Сыктывкарский лесопромышленный комплекс», Министерство лесного комплекса Республики Татарстан, «Краслесинвест», Марийский ЦБК, предприятия Русской лесной группы, «Запкареллес», «Сургутмебель», «Эггер», «Хухтамаки» и др. В среднем стоимость сертификации управления лесами составляет от 0,5 млн до 3 млн руб. «Сегодня из российских конкурентов у нас только «Русский Регистр», — говорит Трушевский. — Но конкуренция практически не ощущается. Никто этого рынка толком не видит — за 12 лет мы выдали всего лишь 1300 сертификатов по лесу». Прежде всего такая услуга нужна предприятиям, которые продают свою продукцию на экспорт, поясняет предприниматель: «Например, IKEA и Leroy Merlin работают только с сертифицированной продукцией. Рынок растет на 15–20% ежегодно».
До 2013 года Трушевский управлял компанией из Братска, но затем переехал в столицу: его порекомендовали как представителя бизнеса директору лесного департамента Минприроды. «Позвонили часов в десять вечера, когда я лежал в больнице после сильного отравления, позвали поговорить, пригласили в Москву», — вспоминает он. В итоге Трушевский возглавил отдел использования и воспроизводства лесов, где проработал чуть больше года.
«Было интересное время: Минприроде передали полномочия по законотворчеству, которые раньше принадлежали Рослесхозу, и нужно было создавать отдел фактически с нуля. Я пытался некоторые свои бизнес-подходы перенести. Много инициатив удалось продвинуть, но бюрократическая машина зажевала многие хорошие начинания. Например, мы пытались наладить сотрудничество с лесным отделом Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН, чтобы Россия могла получить деньги на экологические инициативы. Ежегодно между странами-участницами распределялось порядка €25 млн, при этом Россия каждый год платила свой взнос и могла претендовать на часть денег. Но из-за отношений между ведомствами все быстро сошло на нет под предлогом «нам это не надо», — вспоминает предприниматель. За год сменилось три директора департамента. Не сработавшись с последним из них, Трушевский ушел.
Лес рубят, щепки лежат
Опыт работы в министерстве предприниматель все равно считает бесценным. «На многие вещи удалось посмотреть сверху: какой бизнес есть, что такое отраслевые объединения, кто основные стейкхолдеры, как это управляется в регионах, — было очень полезно», — отмечает Трушевский. Заместителем министра природных ресурсов и экологии тогда был Владимир Лебедев. «Он решил заняться вопросом отходов лесопереработки, пустить их в энергетику: замещать неэффективные традиционные виды топлива опилками, щепой, биотопливом. Себестоимость производства тепла на буром угле, мазуте, а где-то и на электроэнергии в регионах зашкаливает. Регионы по этому поводу не беспокоятся, поскольку разницу между себестоимостью и тарифом для населения закрывают федеральными субвенциями. Организовывают завоз этого мазута в Красноярский край, чтобы старые чадящие котельные топились — идет да идет», — рассказывает Трушевский.
В департаменте он среди прочего курировал отрасль отходов и видел, что там есть одновременно и большие проблемы, и возможности: «Специфика лесного хозяйства такая, что 30–40% древесины остается на лесосеке невывезенной. Вывозить дорого. Остаются порубочные остатки и малоценные породы — береза, осина. Можно собирать и сжигать их, приводя тариф к экономически обоснованному и нехило экономя государственные деньги». Уйдя из министерства, Трушевский начал думать, каким образом эту идею применить в бизнесе: «В России есть компании, которые берут низкоэффективные котельные в концессию, переводят их на «деревяшку» и через пять-семь лет зарабатывают деньги. Республика Коми тут лидер. Я решил то же самое сделать в Сибири — не получилось. В Красноярске мне объяснили, что политически неправильно приходить в регионы, где есть угольные лоббисты, и говорить: «Давайте мы вам деньги сэкономим».
Тем не менее опилки остаются и создают только проблемы: «Объем отходов огромный: только в Красноярском крае ежегодно не вовлекается в дальнейшую переработку более 3,5 млн кубометров опилок, щепы и горбыля. Все это накапливается в почве, постепенно отравляя ее», — сетует Трушевский. Малым и средним предприятиям производственные отходы тоже создают проблемы: «В городе Лесосибирске (один из главных центров лесопереработки всей Сибири) стоимость размещения одного кубометра опилок на специальном полигоне без учета транспортировки составляет более 400 руб. Хранить их у себя они тоже не могут из-за опасности возгорания». Размышляя об этом, Трушевский придумал использовать опилки в качестве сырья, из которого можно получать продукт с высокой добавленной стоимостью.
Зауглил идею
В 2015 году Трушевский поучился в бизнес-школе «Сколково» на программе «Практикум для компаний малого и среднего бизнеса» — хотел расширить кругозор и круг общения, а два года спустя основал компанию «Сибирский биоуголь». Компания забирает у предприятий опилки и производит из них древесный брикет формата «Пини Кей» (брикет, который изготавливается сочетанием очень высокого давления и термической обработки), а из него путем пиролиза получает угольный брикет. «Древесный брикет настолько плотный, что им можно гвозди забивать: в тонне этого продукта три кубометра опилок, — рассказывает Трушевский. — Угольный брикет хорош для отопления. Его теплотворная способность выше, чем у бурого угля — для того же количества тепла его нужно в полтора раза меньше. К тому же он топится чисто и красиво, выбросы в атмосферу щадящие».
Проектировать оборудование для переработки Трушевскому пришлось силами своей команды: «Смотрели производителей из Дании, Белоруссии, с Украины. Первые прессы для брикетов купили в Белоруссии, но очень ими недовольны: на максимуме работают на две трети от заявленной мощности», — жалуется предприниматель. В Калуге у компании есть R&D-центр, который разрабатывает оборудование для производства древесных и угольных брикетов. «Разработки подобного оборудования, которые есть на рынке, гаражные. Есть хорошие европейские производители, но это оборудование капризное и чрезвычайно дорогое. А так, чтобы в одну дырку опилки засыпались, а из другой выходил уголь — такого в принципе нет, все продают отдельные элементы. Мы взялись за то, чтобы сделать оборудование полного цикла», — утверждает Трушевский.
Первая производственная и тестовая площадка действует в поселке Беляй Томской области. Там оборудование, спроектированное в Калуге, прототипируется, автоматизируется, «обшивается» программным обеспечением, отрабатываются технологические режимы для него. Мощность площадки в Беляе пока составляет 20 тыс. тонн древесного брикета или 7 тыс. тонн биоугля в год. «Там мы нашли понимание с местными властями. Договорились, что мы станем санитаром района. Мы решаем вопрос с утилизацией отходов лесопиления, а власти создают нам условия работы, гарантируют, что опилки мы будем забирать бесплатно», — рассказывает Трушевский.
Сырье на производственную площадку он вывозит за свой счет. Для лесопилок отдавать бесплатно опилки выгоднее, чем отправлять их на полигон. Крупные производства сами научились перерабатывать опилки, производя топливные гранулы (пеллеты). Малый и средний бизнес в своей массе не имеет таких ресурсов и предпочитает просто закапывать или выбрасывать в лес отходы. Сейчас природоохранная прокуратура и Росприроднадзор ужесточают надзор за лесопилками по всей России, если их не утилизируют. «К ним приходят пожарные и экологи и угрожают закрытием бизнеса, если они что-то с ними не сделают. И правильно делают: бизнес — это не только деньги зарабатывать», — заключает Трушевский.
В той же нише переработки опилок занято немало других компаний, которые делают менее технологичный продукт, чем биоуголь, например щепу. «Я занимаюсь переработкой бытового и коммерческого мусора, — рассказывает Георгий Малютин, основатель MGS Group. — Есть две технологии по работе с деревом: компостирование (получение почвогрунта) и сжигание в различных видах. В сжигании могут использоваться пеллеты или древесная щепа. Есть специальные установки, которые перерабатывают старое дерево в различные фракции. Если древесина чуть загрязнена, она используется для отопления (котельные на щепе, цементные заводы), для компостирования используется совсем чистая древесина с высокой влажностью». MGS Group производит щепу для котельных из отходов древесины от строительства и бытового мусора, в котором 5–10% составляет дерево, которое можно переработать. «Потом я все это продаю для отопления как древесную щепу по 1000 руб. за тонну. В России очень много таких предприятий», — утверждает Малютин.
Дальше в лес
«Сибирский биоуголь» запустил производство в ноябре 2019 года. Стоимость тонны древесного брикета — 7–8 тыс. руб. Это дороже, чем дрова: один кубометр обходится от 2 тыс. руб., тонна (приблизительно два кубометра) стоит 4–6 тыс. руб. Но, по словам Трушевского, брикеты горят в два раза дольше и выделяют намного больше тепла. Биоуголь, который производит предприниматель, стоит еще дороже — от 30 тыс. руб. за тонну (каменный уголь в России стоит 11–17 тыс. руб. в зависимости от качества). «Мы закладываем маржинальность производства на уровне 30%. Продавать брикет начали в этом году. Продали всего порядка 50 тонн из-за аномально теплой зимы. Поставляем на строительные рынки в регионе, в сети DIY, немного брикета продается непосредственно местному населению прямо с завода. Настроены на расширение сети прямых продаж за счет подключения к маркетплейсам как на внутреннем рынке, так и в странах Западной Европы», — делится планами Трушевский.
На окупаемость бизнес выйдет, когда площадка начнет производить 400 тонн брикета в месяц, Трушевский говорит, что этого показателя они достигнут в мае 2020 года. При полной загрузке производственная площадка может потребить в год опилок объемом до 40 олимпийских бассейнов (около 100 тыс. кубометров), гордится предприниматель. Инвестиции в компанию составили порядка 100 млн руб. за два года.
Развивать бизнес Трушевский намерен по трем направлениям. Первое — производить и продавать древесные брикеты на общероссийском рынке. Сейчас они реализуются только в регионе. Маркетологи изучают работу маркетплейсов и договариваются с крупными сетями. Параллельно ведутся переговоры об открытии второй производственной площадки в Красноярском крае. Второе направление — производство биоугля для профессиональных барбекю. Пока такого производства в России нет. Предприниматель уверяет, что этот товар оценят повара: биоуголь быстро создает корочку у мяса, запечатывая его и оставляя сочным. Кроме того, если в дальнейшем уголь активировать, можно значительно расширить возможности для сбыта. Третье направление, которое пока в разработке, — создание оборудования для производства биотоплива.
Негативно отразились на продажах не только теплая зима, но и экономический кризис, а также эпидемия коронавируса. Тем не менее Трушевский надеется отбить все инвестиции в «Сибирский биоуголь» к 2022 году. В штате компании 30 человек, из которых семь — научные работники, постоянно дорабатывающие технологию. Команда работает с сотрудниками МГТУ им. Баумана, а технологией пиролиза занимается в том числе бывший ректор Братского госуниверситета. «В таком бизнесе надо делать ставку на интеллект», — считает предприниматель.
Взгляд со стороны
«Выбрасывать опилки — то же, что закапывать деньги»
Денис Кондратьев, замгендиректора «Лиги переработчиков макулатуры»
К 2021 году все муниципальные предприятия Коми будут переведены на древесные пеллеты, которые они станут закупать у малого бизнеса. И у них расцвело: появились ИП, которые стали забирать отходы, администрация взяла на себя обязательство вместо мазутных станций, которые занимались теплоснабжением, устанавливать пеллетные котлы. Мазутную станцию обслуживают восемь человек, а пеллетную — один. Пеллеты дешевле, чем мазут, а налоги от ИП остаются в регионе. Люди, которые выбрасывают опилки, — бестолковые бизнесмены. Это то же самое, что закапывать деньги. Пеллеты пользуются спросом в Евросоюзе — например, выручка Финляндии, где они широко используются, от лесопользования троекратно превышает этот показатель у Российской Федерации.
Древесный уголь, биоуголь, биочар: расставляем все точки над «био»
Обращали ли вы внимание, что продукция с приставкой «био» все чаще привлекает покупателей, несмотря на более высокую цену? Биопродукты и биокосметика в биоразлагаемой упаковке, биоткани, биомебель. Такие товары отличаются особенностями исходного (естественно, экологически чистого, без каких-либо примесей) сырья и принципов производства (ориентированных на экологичность, натуральность, органику). Биофилософия уже давно стала трендом, за который люди готовы платить больше. Не обошла эта тема и лесопромышленный комплекс: так появился биоуголь с биочаром как альтернатива древесному углю, и не только.
Лет пять-семь назад на страницах отраслевых изданий и на площадках специализированных мероприятий стали активно обсуждать технологии торрефикации, а продукт, получаемый в результате этого процесса, назывался биоуглем (англ. biocoal, от coal – ископаемый уголь) и ему прочили большое будущее в энергетике. Началось все с Западной Европы, а затем эта популярная тема пришла в Россию, и название «биоуголь» закрепилось за продуктами торрефикации. В то же время за рубежом был введен термин biochar (от charcoal – уголь, получаемый при сжигании биомассы, чаще всего древесной), который на русский переводится так же: биоуголь. Из-за одинакового перевода часто непонятно, о каком именно продукте идет речь. Потому предлагаем внести ясность и разграничить эти понятия.
Древесный уголь (сharcoal)
Древесный уголь – продукт пиролиза (интенсивного нагрева без доступа кислорода) древесины. Технология производства довольно простая, популярная и. все чаще сегодня критикуется экологами, и не только ими. По данным FAO, 2–7% глобальных антропогенных выбросов приходится именно на производство и использование древесного топлива и древесного угля: в атмосферу поступает 1–2,4 Гт CO2-эквивалента ежегодно. Эти выбросы происходят из-за неполного выгорания дымовых газов и интенсивного выделения пиролизных газов, которые частично переходят в жидкую фазу, а остальное выделяется в атмосферу. Утилизация жидкой фазы также является проблемой.
Древесный уголь характеризуется пористой структурой и повышенным содержанием углерода (до 84% нелетучего углерода), высокой теплотворной способностью (до 30 МДж/кг) и довольно низкой себестоимостью. В качестве сырья зачастую служит дровяная древесина твердых пород. Используется для приготовления пищи на гриле, при производстве активированного угля, в химической промышленности и энергетике – в качестве топлива.
В России ГОСТ 7657–84 «Уголь древесный» содержит требования к содержанию углерода, золы, влажности, фракционному составу, но не нормирует содержание примесей и другие свойства угля. Этот нормативный документ предназначен прежде всего для промышленности, таким образом, уголь для химической промышленности и для приготовления пищи производится по одному стандарту.
А вот в Европе есть отдельный стандарт на уголь для барбекю – DIN EN 1860–2:2005, который предполагает использование в качестве сырья не только древесины, но и растительной биомассы (например, кочерыжки кукурузы). Помимо нормирования ряда показателей, этот европейский стандарт ограничивает 1% содержание в угле органических и неорганических веществ (следов топлива, пластика, стекла, шлаков, каменной пыли и др.) и запрещает присутствие химических примесей. К слову, требования к углю в этом DIN EN 1860–2:2005 соответствуют требованиям к углю марки А первого сорта по российскому ГОСТу, но потребители в Европе хотят иметь продукт более высокого качества, поэтому сертификация DIN plus рассчитана на уголь с лучшими характеристиками.
Биоуголь (biocoal)
Ограниченность энергоресурсов, в данном случае запасов древесины (да и запасов каменного угля), глобальное изменение климата, необходимость сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу, а также растущая потребность утилизации промышленных отходов заставили специалистов искать альтернативные источники энергии и разрабатывать технологии, которые позволили бы решить все эти проблемы одновременно. Так появился биоуголь.
Биоуголь (biocoal) – искусственное твердое биотопливо, созданное на основе возобновляемых источников энергии. В основном под этим термином понимается биомасса с содержанием углерода до 65%, получаемая путем мягкого пиролиза при температуре примерно 300°С или гидротермической карбонизации. Биоуголь в основном используется в качестве топлива, как альтернатива каменному углю. К его преимуществам можно отнести высокую теплотворную способность (21–25 МДж/ кг), высокую энергетическую плотность и, как следствие, относительно низкие транспортные расходы и возможность длительного хранения без особого режима с сохранением свойств.
Биочар (biochar)
Биочар – это уголь растительного происхождения, то есть получаемый не только из древесины. В частности, для производства этого вида биоугля допускается использование отходов лесопромышленного комплекса и сельского хозяйства: коры, измельченной древесины, в том числе вторичной, в виде паллет, поддонов и прочего, щепы, фрезерной и окорочной стружки, круглых лесоматериалов, опилок, спелой древесины, ореховой скорлупы, тростника, кукурузных кочерыжек и др. Продукт отличается высоким содержанием углерода – 93–99% и отсутствием вредных и токсичных примесей.
На основе многочисленных исследований, ведущихся во всем мире, в том числе в России, в Университете Эдинбурга был разработан «Мандат качества биочара» (Biochar Quality Mandate – BQM). В нем дано следующее определение: биочар – это твердый материал, содержащий углерод с большим количеством трудноминерализуемых ароматических структур, полученный путем карбонизации возобновляемой органической биомассы при высокой температуре и без доступа кислорода (пиролиза). Стоит подчеркнуть, что, во избежание спекуляций относительно применения в качестве биоугля различного обугленного сырья, произведенного не из возобновляемой биомассы, биоуглем не может считаться материал, содержащий меньше 10% органического углерода и большое количество различных загрязнителей окружающей среды (тяжелых металлов, бензапирена и прочих, которые сохраняются при пиролизе). Иными словами, обугленный бытовой мусор рассматривать как биоуголь нельзя!
Также BQM определяет требования к технологии производства биочара (например, полное сжигание пиролизных газов или их улавливание и ограничение выбросов в атмосферу), подготовке сырья, а главное – нормирует проведение анализов продукта и устанавливает максимальные допустимые концентрации отдельных групп веществ.
Производится биочар стандартного и высокого качества. Отнесение ко второй категории определяется в первую очередь низким содержанием минеральных и токсичных соединений. То есть биочар, соответствующий требованиям BQM, может применяться в сельском хозяйстве и животноводстве как абсолютно безопасный, а при его производстве не наносится ущерб окружающей среде.
К слову, этот продукт находит применение прежде всего в аграрно-промышленном секторе: для секвестрации углерода в почве на длительное время и повышения почвенного плодородия, в качестве кормовой добавки в животноводстве. Но это далеко не полный перечень сфер применения биочара. Произведенный из растительного сырья, он может использоваться наравне с древесным углем.
Различие в технологии производства биоугля (biocoal) и биочара заключается прежде всего в температуре пиролиза: 300°С против 800°С в среднем).
Будущее за biochar?
Если biocoal в России уже известен как биоуголь, на заводах, например, в Сибири, производят торрефицированную древесину и брикеты, то биочар разве что упоминается в некоторых исследованиях, касающихся аграрно-промышленного комплекса, поэтому остановимся на этом продукте подробнее.
Чистота – главное, что отличает биочар от других видов угля. Согласно BQM в нем контролируется содержание вредных примесей, что открывает высокомаржинальные рынки сбыта. Тогда как при большинстве технологий производства угля такие требования невыполнимы. Повторимся: биочар может служить источником чистого углерода, содержание которого достигает 99%.
Широкие возможности открываются для задействования биочара в производстве активированного угля, особенно при создании новых продуктов, для которых особенно важна чистота и экологичность.
Этот вид угля используется для изготовления углеродного волокна, применяется для электромагнитного экранирования и в 3D-печати, в качестве адсорбента для систем контроля выбросов, для обогащения углеродом в металлургии и для получения карбидов вольфрама, кремния и других, а также в качестве источника углерода при производстве шин, резины и пластмасс.
И, конечно же, крупный потребитель биочара – сельское хозяйство. Прежде всего это эффективный почвенный субстрат: он повышает плодородие почвы, уменьшая ее твердость и плотность. Таким образом, корни легче проникают в почву и лучше растут. Кроме этого, создается особая среда обитания для почвенных микроорганизмов и грибов, что обеспечивает здоровье растений. К тому же, биочар задерживает воду в почве, повышает эффективность удобрений и поглощает питательные вещества и полезные минералы, способствуя тем самым достижению высоких показателей сельскохозяйственной деятельности и росту урожайности. За счет адсорбционной способности этот вид угля может применяться для удаления загрязняющих веществ и обеззараживания почвы, питьевой воды и сточных вод, а также служить в качестве барьера, предотвращающего попадание пестицидов и гербицидов в поверхностные воды.
Биочар уменьшает потребность в удобрениях и препятствует оседанию питательных веществ и нитратов в грунтовых водах, увеличивает микробиологическую массу, водопоглощение и водонакоппление почвы, одновременно снижая выбросы метана, усиливает рост растений.
В качестве кормовой добавки в животноводстве улучшает пищеварение и гигиену животных, а также укрепляет иммунную систему и увеличивает темпы роста, снижает себестоимость килограмма мяса на 10%, как свидетельствуют исследования, проведенные в России, Индии и европейских странах. При этом уменьшается распространение хронического ботулизма и снижается объем поступлений метана в атмосферу.
Поскольку biochar довольно новый продукт, некоторые из перечисленных возможностей его применения только исследуются, хотя многие направления хорошо освоены в европейских странах. Так, например, в Германии биочар Green Carbon (производится по технологии, разработанной компанией Polytechnik Luft-und Feuerungstechnik GmbH, Австрия) уже широко представлен в торговых сетях в качестве угля для барбекю и за счет сопоставимой цены успешно конкурирует с традиционным углем. Продукция того же производителя активно используется в сельском хозяйстве в качестве почвенного субстрата и готовой почвы, смешанной с биоуглем (Terra Preta), а также в виде кормовых добавок для скота, птицы и домашних животных. В России тоже появились предложения подобного продукта частным потребителям, но без соответствующей сертификации.
Себестоимость производства одной тонны биочара без учета стоимости вырабатываемого тепла составляет от 10 до 14 тыс. руб. в зависимости, например, от типа сырья и удаленности мест его расположения. А отпускная цена продукции с завода – 40–80 тыс. руб. При этом технология производства Green Carbon позволяет использовать как сырье древесные и растительные отходы любой влажности – тем самым решается проблема их утилизации. Так что в некоторых случаях стоимость сырья может быть даже отрицательной и высокомаржинальный продукт на выходе. Более того, при производстве биочара генерируется углерод-нейтральное тепло и электроэнергия, идущие на нужды предприятия.
Таким образом, несмотря на общее слово «уголь» в названиях, и технологии производства, и получаемые продукты отличаются, а понятие «биоуголь» гораздо шире его традиционного понимания в России, как и возможности применения. Этот рынок только формируется, но уже можно говорить о его перспективности.