В лесной промышленности России наметился новый тренд, который может серьезно изменить рынок твердого топлива. Вместо привычных древесных пеллет, экспорт которых в последние годы резко сократился из-за санкций, ученые Северного (Арктического) федерального университета предлагают обратить внимание на так называемый торрефикат. Это не просто высушенная древесина, а продукт сложной термохимической обработки, который по своим свойствам значительно превосходит обычную щепу или опилки. Суть технологии заключается в нагреве биомассы без доступа кислорода, что позволяет удалить из нее влагу и часть легких летучих соединений. В результате получается брикет, который не боится воды, не гниет при хранении и, что самое главное, обладает значительно более высокой энергетической плотностью.
Исследователи из Архангельска решили досконально изучить, что происходит с лиственничным торрефикатом при нагревании. Для этого они использовали целый арсенал современных методов: термогравиметрию, которая позволяет в режиме реального времени наблюдать, как меняется вес образца при повышении температуры, и пиролитическую газовую хроматографию, определяющую состав выделяющихся газов и паров. Оказалось, что процесс разложения такого топлива проходит в три четких этапа. Сначала до 220 градусов Цельсия из брикета испаряется остаточная влага. Затем наступает самая активная фаза, пик которой приходится на 340–350 градусов: из древесины начинают интенсивно выделяться летучие газы, и именно в этом диапазоне происходит максимальное тепловыделение. И, наконец, при температурах свыше 445 градусов завершается выход остаточных летучих соединений и начинается горение коксового остатка.
Особый интерес представляет химический состав того самого газа, который выделяется при пиролизе. Ученые выяснили, что при низких температурах, около 200 градусов, из образца выходит в основном вода и немного углекислого газа. А вот при нагреве до 300–500 градусов в газовой смеси появляются ценные компоненты: уксусная кислота, фенолы, крезолы и даже ацетон. Причем состав постоянно меняется: например, содержание уксусной кислоты достигает почти 8% при 300 градусах, а при 400 градусах на первый план выходят фенольные соединения. Это говорит о том, что управляя температурой пиролиза, можно влиять на состав конечных продуктов, выделяя ценные химические вещества. Когда же температуру доводят до 600 градусов, в остатке практически не остается смол и органики — формируется уголь, который может использоваться как высококалорийное бездымное топливо или даже как сорбент.
Но главный практический вывод из этого исследования в том, что торрефицированный брикет из лиственницы — это не экзотика, а вполне реальная и эффективная альтернатива традиционному топливу. Анализ показал, что по своей теплотворной способности (18,2 МДж/кг) он сопоставим с бурым углем, при этом зольность у него крайне мала — всего 0,6%, что намного упрощает чистку котлов и снижает выбросы сажи. Для арктических регионов и отдаленных территорий, где логистика дорога, возможность использовать более энергоемкое, легкое и влагостойкое топливо становится критически важным фактором экономической эффективности. Это не просто способ утилизировать древесные отходы, а путь к созданию высокотехнологичного продукта с добавленной стоимостью, который может быть востребован как на внутреннем рынке, так и в странах Азии, куда сегодня переориентируется российский лесной экспорт. В условиях, когда старые рынки сбыта пеллет оказались закрыты, умение получать из обычной древесины усовершенствованное биотопливо открывает перед лесопромышленным комплексом новые возможности для выживания и развития.
Исследование опубликовано в «Известия высших учебных заведений. Лесной журнал»
Изображение на обложке: разработано Magnific
