Человечество привычно использовало биотопливо на протяжении всей своей истории. Но в последние десятилетия, столкнувшись с последствиями масштабного сжигания ископаемых энергоносителей и осознавая ограниченность их запасов, люди по-новому взглянули на этот ресурс. Биотопливо заняло свое место среди возобновляемых источников энергии наряду с солнцем, ветром, теплом недр земли. Это произошло на новом витке технического развития и потребовало других подходов к получению и переработке энергетического сырья.
Переход на биотопливо поможет человечеству решить сразу две глобальные проблемы — нарастающего дефицита энергетических ресурсов и накопления в атмосфере углекислого газа, являющегося причиной парникового эффекта.
«Биобум» и его причины
© European Commission
© Agrosil Energy Miscanthus Resourse
© Hiroshi Ichikawa/Dreamstime.com
В 2010 году в развитых европейских государствах было отмечено повышение спроса на древесные пеллеты (топливные гранулы). Отчасти это объясняется соотношением цен на энергоносители.
Так, в Германии пеллеты стоили на 40% меньше, чем дизельное топливо, сопоставимое по теплоте сгорания. При этом цены на пеллетное топливо более стабильны и предсказуемы, мало зависят от политической ситуации и прочих внешних факторов. Кроме того, биотопливо освобождено за рубежом от экологического налога и облагается пониженным налогом на добавленную стоимость.
С другой стороны, сказываются меры по стимулированию населения западных государств к переходу на использование возобновляемых источников энергии. В целом ряде стран владелец дома, установивший у себя биотопливный котел или камин, может рассчитывать на государственную субсидию, налоговые вычеты, льготные кредитные ставки. Поставив перед собой цель к 2020 году снизить выбросы в атмосферу углекислого газа (он признан главным «виновником» глобального потепления) на 20% и до такого же значения довести долю возобновляемых ресурсов в энергетическом балансе, члены Европейского Союза последовательны в ее достижении. А в уже упомянутой Германии рассчитывают перекрыть названные показатели, увеличив к 2020 году долю возобновляемых ресурсов в энергобалансе страны до 35–40%.
Как переход на сжигание растительного топлива может привести к снижению выбросов в атмосферу углекислого газа? Если не принимать во внимание процессы добычи, обработки сырья, производства пеллет, брикетов, дров, щепы и т. д., то можно утверждать, что при сжигании древесного топлива в атмосферу попадает ровно столько углекислого газа, сколько растение усвоило в течение своего жизненного цикла. Правда, уже появившиеся на Западе критики нынешнего увлечения древесным топливом замечают, что живое дерево принесет гораздо больше пользы экологии, чем переработанное в топливо.
От вырубки – к посадке
© De Dietrich
© CARBOROBOT
© Palety biomassa
Стоит сказать несколько слов о том, почему именно пеллеты оказались биотопливом, наиболее приемлемым для широкого применения в бытовом теплоснабжении. Прежде всего благодаря потребительским качествам. Пользоваться современным пеллетным котлом так же удобно, как жидкотопливным: все автоматизировано — от подачи горючего до удаления золы. Важно также, что пеллеты — топливо с высокой и стабильной теплотой сгорания, малой зольностью, выпускаемое по единым стандартам.
До сих пор для производства пеллет использовались в основном отходы деревообработки, побочные продукты лесозаготовки и так называемая неделовая древесина. Но этого сырья уже не хватает. Тем более что кроме энергетиков и производителей топлива оно необходимо целлюлозно-бумажным комбинатам и предприятиям по выпуску древесно-стружечных плит.
Биотопливный бум вынуждает человечество начать вырубку леса специально для получения пеллет, что делает данное топливо уже не столь привлекательным с точки зрения экологии и цены. Проблемы с сырьем касаются (или коснутся в будущем) не только стран-потребителей пеллет, но и экспортеров, к которым на сегодняшний день относятся Канада, Польша, Россия, некоторые другие страны СНГ и даже Аргентина, поставляющая пеллеты в Италию.
Выход из этой ситуации — в использовании древесины, выращенной на плантациях. Такая практика не является чем-то новым для лесной отрасли: кое-где посадки деревьев уже служат источником сырья для различных производств (например, изготовление ДСП) и крупных котельных на местном топливе. Правда, цикл выращивания пород деревьев, обычных для лесов средней полосы, довольно продолжителен — 15–25 лет. Над сокращением этого срока работают селекционеры. Но ставка в основном делается на быстрорастущие деревья и кустарники, в частности, на специально выведенные сорта тополя и ивы.
Киловаттные урожаи
© Nostal6ie / Dreamstime.com
© DEPI
© epr/Hapero
Один из крупнейших в мире поставщиков ивовой древесины — компания Strawsons Energy (Великобритания). Фирма выращивает иву по трехгодичному циклу. За это время побеги на плантациях достигают пятиметровой высоты. После того как их срезали, из пеньков начинают расти новые побеги. Полный жизненный цикл каждой посадки длится до 25 лет. При том что рост ивы в условиях Великобритании происходит только с марта по ноябрь, а интенсивный — лишь до середины сентября, урожайность плантаций достигает 40 тонн с гектара.
Древесину Strawsons Energy перерабатывает в топливо для бытовых и промышленных котлов, которое продается под маркой Koolfuel. Линейка готовой продукции включает небольшие (длиной 150, диаметром 60 мм) поленья, теплота сгорания которых 600 кВт•ч/м³, щепу, стружку и, наконец, пеллеты диаметром 6 мм с теплотой сгорания 3300 кВт•ч/м³. Как утверждает фирма-производитель, энергии годового урожая, полученного с одного гектара плантации, достаточно для отопления трех индивидуальных домов.
В качестве перспективных энергетических культур рассматриваются и травы. Одно из таких растений — мискантус. Побеги этого неприхотливого многолетнего морозо- и засухоустойчивого злака достигают почти четырехметровой высоты. Жизненный цикл засеянного поля — до 30 лет. С одного гектара его посадок можно получать до 25–30 тонн биомассы с теплотой сгорания до 4722 кВт•ч на тонну. Она может быть переработана в брикеты или гранулы. В качестве энергетических трав рассматриваются также камыш, канарский тростник (его урожайность — 5–7 тонн с гектара), прутьевидное просо и другие. Пока их выращивание осуществляется в основном на опытных плантациях, но перспективность направления не ставится под сомнение. Анализируются и возможности по переработке морских водорослей в топливные гранулы и брикеты.
Огромный энергетический ресурс представляют собой сельскохозяйственные культуры и отходы их переработки — солома, лузга подсолнечника, гречихи, проса, костра льна, шелуха от початков кукурузы и т.д. Появившееся технологическое оборудование позволяет практически повсеместно и в разных масштабах производить из них топливные гранулы (их называют агропеллетами) и брикеты. Что, собственно, и делается. Кроме того, в качестве твердого (точнее, сыпучего) топлива рассматриваются сами зерна пшеницы, ржи, кукурузы.
Проблемы роста
Древесину с плантаций перерабатывают вместе с корой. Поэтому пеллеты из нее характеризуются высокой зольностью и считаются индустриальными, то есть пригодными для сжигания только в промышленных и энергетических котлах. Для автоматизированных бытовых котлов, которые так привлекают сегодня западных домовладельцев, нужны пеллеты определенного качеcтва. На территории Евросоюза с августа 2010 года оно регулируется новым сертификатом ENplus, в соответствии с которым зольность пеллет класса A1 («Премиум») не должна превышать 0,7%, а пеллет класса A2, также применяемых для котлов малой мощности, — 1,5%.
Новым стандартом ограничены температура плавления золы, определяющая шлакование топки (1200 и 1100°С для пеллет классов А1 и А2 соответственно), и выбор сырья для производства топлива. Так, для гранул класса A2 им могут служить цельные деревья без корней, бревна, остаточная древесина лесозаготовок и отходы деревообрабатывающей промышленности. Увы, сырье с энергетических плантаций в этот перечень не входит, как и биомасса сельскохозяйственного происхождения. Зольность агропеллет еще выше, чем у индустриальных, и достигает 9–10%, а температура плавления их золы составляет около 800°С.
Котел найдется
Но сказанное выше не означает, что топливо с энергетических плантаций не имеет применения в отопительных установках индивидуальных домов и других небольших объектов. Даже если не учитывать существования неприхотливых печей, котлов и каминов с ручной загрузкой топлива и удалением золы, подобрать нужное оборудование будет не так уж трудно. Производители котельной техники просто не могут обойти вниманием пока не большую, но перспективную нишу рынка.
© BP p.l.c.
© IWO
Венгерская компания Carborobot Kft, известная своими автоматическими котлами для сжигания угля (они уже несколько лет поставляются в нашу страну), выпускает целый ряд моделей, которые могут работать практически на всех видах твердого биотоплива. Один из таких котлов — Classic Bio. Сырьем для него служат солома, щепа, древесные и агропеллеты, торф, бурый и каменный уголь с размером кусков до 35–40 мм, смесь угля с биомассой в любом соотношении и т.д. Благодаря особой конструкции движущейся колосниковой решетки с шаговым приводом котлы Carborobot способны сжигать топливо с зольностью до 30%. В зависимости от его качества КПД теплогенераторов составляет 78–90%. Работа котла полностью автоматизирована. Участие человека необходимо только при загрузке бункера, который закреплен непосредственно на корпусе котла. Его объема хватает на несколько дней топки. Серия Classic Bio включает модели мощностью от 30 кВт, предназначенные для теплоснабжения коттеджей, теплиц, мастерских и т.д.
Специально для сельских домов компания Carborobot разработала котлы Farmer мощностью 40 и 60 кВт. Они дополнены топкой, в которой можно сжигать дрова и брикеты из биомассы. Такие котлы нагревают воду как для отопления, так и бытового назначения. Есть в ассортименте Carborobot и биотопливные котлы Steam Bio мощностью от 80 кВт, служащие для производства пара, который часто необходим в фермерских хозяйствах.
Другая восточноевропейская фирма Systemy s.r.o. из Чехии организовала выпуск автоматических горелок Petra A70 для сжигания индустриальных и агропеллет. Мощность горелок, каждая из которых представляет собой компактную внешнюю топку, регулируется в диапазоне от 13 до 70 кВт. Изготовитель данной продукции сотрудничает с известным чешским производителем твердотопливных котлов Atmos. Официально эта компания ограничивает зольность пеллет, сжигаемых в ее котлах напрямую (без горелки Petra A70), значением 1,5%, но допускает применение «темных» (индустриальных) гранул при условии ежедневной чистки котла. Для сравнения: при топке пеллетами высокого качества чистка требуется раз в 7–30 дней.
В котле Kalvis-KSM-575-50, разработанном литовской фирмой Kalvis совместно с датской компанией KSM, можно сжигать древесные, торфяные и агропеллеты диаметром до 10 мм, зерно, опилки и т.д., а при необходимости — дрова и другое твердое топливо. Мощность котла регулируется в диапазоне от 15 до 50 кВт. Объем бункера для сыпучей биомассы — до 8 м³. Подача топлива и удаление золы механизированы.
Производитель из Прибалтики латвийская компания Grandeg предлагает в России котлы серии GD-Bio мощностью 25 и 40 кВт. Они оснащены горелками, разработанными для промышленных котлов, которые малочувствительны к качеству топлива. Им могут служить пеллеты из биомассы широкого диапазона. Вместо гранул или в смеси с ними допускается сжигать семена зерновых культур (овес, рожь, пшеница и т.д.) и отходы их обработки. При большой зольности топлива фирма рекомендует чаще чистить генераторы тепла.
Можно назвать еще ряд моделей автоматических котлов небольшой мощности, пригодных к работе на биотопливе и предлагаемых в нашей стране. Обычно они оборудованы горелками объемного типа, не предъявляющими высоких требований к качеству пеллет.
Биотопливо из цистерны
Любое сырье растительного происхождения может быть переработано в газообразное или жидкое топливо. Жидкое производится на основе спиртов (такое горючее называют биоэтанолом) или жиров (биодизель).
Этиловый спирт, этанол, может быть получен и из древесины, но предпочтение отдается растениям с высоким содержанием углеводов, т.е. сахара или крахмала. К ним относятся сахарный тростник, свекла, картофель, зерновые культуры. Биоэтанол уже довольно широко применяют как добавку к традиционному топливу для автомобильных двигателей. На автозаправочных станциях Европы в бензин добавляют до 5, в США — до 10, а в Бразилии — до 20–25%. Технологии производства спирта отлажены, а себестоимость относительно невелика. Проблема в том, что в настоящее время в нашей стране продажа этого продукта облагается акцизом, что делает его использование для отопления невыгодным.
Биодизельное топливо — продукт химического процесса, в результате которого растительные или животные жиры перерабатываются в горючие вещества — метиловые эфиры. Сырьем для получения биодизеля могут быть многие маслосодержащие растения. В странах с жарким климатом это прежде всего масличная пальма (ее плоды — источник пальмового масла), а в условиях средних широт — соя, подсолнечник, рапс. Последний считается наиболее урожайной для северных стран технической масличной культурой. Одна тонна его семян дает до 300 кг (а у передовых сортов — до 400 кг) масла, из которого получают около 270 кг экологически чистого горючего. Побочными продуктами производства являются кормовые добавки для животноводства и удобрения. Кроме того, приготовление биодизеля не требует дорогостоящего оборудования и может быть организовано даже в условиях отдельного фермерского хозяйства.
Обладая рядом преимуществ перед обычным дизтопливом и улучшая его свойства при использовании в качестве добавки, биодизель все же имеет недостатки, затрудняющие его применение. Например, есть некоторые сложности с хранением и транспортировкой этого топлива из-за его неустойчивости при воздействии воздуха и воды, а также агрессивности по отношению к неметаллическим материалам. Поэтому производство биодизеля стараются организовать недалеко от места его потребления.
В настоящее время интерес к биодизельному топливу, который наблюдался в годы, предшествующие мировому финансовому кризису, несколько спал. На европейских выставках 2007–2008 годов ведущие производители котельного и горелочного оборудования с гордостью демонстрировали технику с наклейками «Ready for Bio-Oil» («Адаптировано к биодизелю»). Сегодня же они сосредоточились на повышении эффективности сжигания обычного дизтоплива. На данный момент это практичнее (а что будет дальше — покажет время).
Но отопительная техника, приспособленная к работе на биодизеле, уже имеется в продаже. Горелки для котлов небольшой мощности, допускающие сжигание этого топлива, присутствуют, например, в ассортименте итальянской компании Baltur. К ним предлагается комплект, включающий гибкие подводки, топливный фильтр и насос, при изготовлении которых учтены названные выше особенности биодизеля.
Наверняка большинству прочитавших эту статью сказанное в ней покажется не более чем занимательным. Но все так быстро меняется. И в один прекрасный день окажется, что вам выгоднее использовать именно биотопливо.
