Дерево

Биоуголь

В последние годы в мировой биотопливной отрасли популярность приобретают технологии, которые в англоязычной литературе называются torrefaction.  Англоязычный термин является заимствованием от французского torrefaction, что означает дословно «обжаривание, сушку в сушильной печи, обжигание». Строго говоря, официального русскоязычного аналога на сегодняшний день не существует; наиболее распространен перевод этого процесса как «торрефикация», что представляется неверным. Более адекватным лингвистическим аналогом ИАА Cleandex видится термин «торрефакция».

Торрефакция изначально представляет собой «мягкий» пиролиз (т. е. нагрев без доступа воздуха) биомассы, который протекает при температурах 200–320С и атмосферном давлении. Для сравнения характерная температура пиролиза, например, на заводах по утилизации бытовых отходов составляет 400–600С. Скорость нагрева торрефакции обычно ниже 50С/мин, время процесса – 10–30 мин. При торрефакции используется прямой и косвенный нагрев.

 В процессе торрефакции из биомассы извлекается влага, а также летучие вещества, образующиеся в ходе частичного разложения цепочек полимеров – целлюлозы и лигнина. Это уменьшает массу материала на 20–30% и одновременно приводит к увеличению удельной теплоты сгорания.

Получаемый сухой остаток называют «биоуглем» (bio coal), обычно в форме пыли. Пыль впоследствии пеллетизируется по аналогии с древесными топливными гранулами.

Биоуголь — новый вид удобрений или что-то другое?

В России для этой продукции прижилось красивое определение «черные пеллеты».

Характерный баланс процесса торрефакции

  • по массе: биомасса (1) = газ (0.3) + биоуголь (0.7);
  • по энергии: биомасса (1) = газ (0.1) + биоуголь (0.9).

Биоуголь является промежуточным продуктом между древесиной и древесным углем (char coal), и он обладает следующими характеристиками:

  • он обладает лучшим показателем энергоемкости по сравнению с пеллетами: низшая теплота сгорания составляет 20–25 МДж/кг, в то время как для пеллет – 17,5–19,5 МДж/кг;
  • он в заметно меньшей степени по сравнению с пеллетами подвержен биологическим процессам гниения;
  • он гидрофобен, что позволяет хранить его на открытом воздухе.

Биоуголь по сравнению с древесными пеллетами более приспособлен для совместного сжигания с углем. Этот материал, как и уголь, является хрупким, что позволяет создавать однородную топливную массу и, как следствие, добиваться стабильности характеристик топлива и процесса сжигания.

Еще одно полезное свойство хрупкости – значительно меньшие энергетические затраты при пеллетизации по сравнению с процессом получения древесных гранул (до 70–90%).

Таким образом, биоуголь представляет собой альтернативу древесным пеллетам, лучшую с точки зрения транспортных характеристик и использования при совместном сжигании. Собственно один из актуальных заводов заключается в размещении оборудования торрефакции на действующих пеллетных заводах с целью повышения транспортных характеристик материала.

Проблемы и узкие места торрефакции

С технологической точки зрения процесс торрефакции на сегодняшний день обладает следующими особенностями:

  • современные технологии чувствительны к подготовке сырья и однородности его характеристик. Например, разная влажность исходного сырья в разных партиях может привести к сильном различию в энергетических характеристиках продукции. Относительно крупные куски древесины могут неполностью быть преобразованы в биоуголь, а малые, наоборот, затруднять циркуляцию воздушных масс;
  • требуется контроль процесса на всех стадиях;
  • при пеллетизации при высоких температурах биоугля существует опасность возгораний и взрывов.

Производители оборудования

Технология торрефакции биомассы известна сравнительно давно – одни из первых цитируемых на сегодняшний момент исследований относятся к началу века, к тому же периоду относятся первые предложения промышленного оборудования.

На сегодняшний день основные поставщики оборудования:

  • Integro Earth Fuels (США). Компания поставляет оборудование мощностью до 4 тыс. тонн в месяц. Характерная теплота сгорания составляет 22,1–25,6 МДж/кг. В качестве сырья на пилотном заводе используется сосна.
  • Thermya (Франция). Компания первой из европейских компаний представила в 2010 году процесс TORSPYD. Температура процесса составляет менее 240С. Характерная производственная мощность от 100 кг/час до 5000 кг/час.
  • Agri-Tech Producers (США). Компания представила в 2010 году технологию торрефакции Torre-Tech 5.0 при температуре 300–400С и незначительном объеме кислорода. Мощность пилотной установки – 5 тонн/час.
  • 4Energy Invest (Бельгия). Компания предложила технологию Torr-Coal мощностью до 4.5 тонн/час.
  • Energy research Centre of Netherlands (Нидерланды). Центр на протяжении 30 лет разрабатывает технологию, которая первоначально предназначалась для металлургического производства. Технология называется BO2. Пилотный завод был построен в начале 2008 года, его мощность – 60 кг/час по сырью.

В последнее время сообщалось также об интересе к теме Ассоциации древесных пеллет Канады, одного из крупнейших экспортеров древесных гранул.

Ссылки по теме:

1. Bergman, P. и Kiel, J. 2005. Torrefaction for biomas upgrading. Energy Research Centre of the Netherlands. Publication No. ECN-RX-05–180.

2. Gerhauser, H и др. (ECN) Torrefaction-based BO2-technlogy, an enabling technology for entrained-flow gasification of biomass, ссылка.

3. Hein, T. Torrefaction Technologies. Canadian Biomass, ссылка.

4. Mitchell, D. (USDA Forest Service) Torrefaction? What’s that. Fueling th Future: 2010 Council on Forest Engineering Annual Meeting, June 6–9, 2010; Auburn, Alabama.

Темы: источники энергии , биомасса (топливные пеллеты)

Актуальность поиска альтернативных видов топлива стала определяющим фактором в разработке новой технологии превращения разного рода биомассы в источники энергии. Для получения биотоплива подойдет всякий материал органического происхождения: опавшая листва, отходы предприятий общепита, древесные опилки и стружка, отходы сельскохозяйственного производства, навозная жижа, куринный помет, солома или же любой биомусор.

В ходе так называемого низкотемпературного обугливания, которое нередко называют гидротермальной карбонизацией, происходит смешивание биомассы с водой, а после этого ее нагрев при высоком давлении до температуры 180-230 градусов по цельсию. Процесс был описан учеными-химиками Фридрихом Бергиусом и Хуго Шпехтом еще в 1912 году.

Биоуголь («черные пеллеты») или торрефакция древесных отходов

Однако, длительность превращения органического исходного материала в уголь составляла у них тогда несколько дней.

Итальянский ученый Маркус Антониетти сумел ускорить процесс более чем в 100 раз, сократив его до 5-13 часов. Получилось это вопреки прогнозам скептиков весьма эффективно, за счет использования катализаторов, к примеру лимонной кислоты или активных металлических солей, которые содействуют выделению воды из углеводов биомассы.

По окончании процесса в реакционной камере образовывается насыщенная суспензия из угля в порошкообразном состоянии и воды. Угольный порошок остается исключительно процедить и вывести. Содержащиеся в растениях минеральные препараты на подобии солей фосфора и аммония остаются растопленными в воде и легко могут быть удалены, а после этого реализованы в качестве удобрения.

Подобным образом уголь возможно получать почти что из любого вида биомассы. Например, в Африке в качестве источников энергии используют отходы производства кофе и банановой кожуры.

Единственным и, наверное, основным дефектом метода считается то, что, в последствии того как биомасса, вода и катализатор в течение 6-12 часов разогревались в замкнутой камере, емкость, для того чтобы ее опорожнить, нужно освежать. Непосредственно это делает саму технологию малопригодной для промышленного применения, для которого нужно, чтобы весь процесс был беcпрерывный.

Между тем Маркус Антониетти находит все свежие идеи для использования образовывающихся в ходе его опытов материалов. Так, в случае если ход реакции прервать по истечении первых 6 часов, то можно получить суперперегной (гумус), который способен увеличить плодородность почвы, не сомневается ученый. Не лишним будет заметить, что, все цветочные горшки в его бюро уже переполнены им ведь лично изготовленной почвой.

Угольный порошок, который образовывается в камере через 16 часов, имеет уже кристаллическую текстуру, подобную тому углю, который обычно выдают на-гора шахтеры различных государств мира. Кроме того его биологический вариант в том числе и чище, а означает, выделяет при сгорании менее вредоносных препаратов, хотя более тепла.

По мнению Антониетти, свежее биосырье способно с успехом заменить самый старый из классических энергоносителей. Ученый подсчитал, что в случае если взять имеющуюся, к примеру, в Германии биомассу от отходов переработки сахарной свеклы до биомусора, то ее хватит для производства приблизительно 120 млн т каменного и бурого угля в год.

Впрочем, Маркус Антониетти считается противником сжигания биоугля для получения энергии. Наиболее подходящим, по его мнению, было бы напрямую заправлять данным бульоном из угольного порошка и воды производящие электрический ток химические топливные составляющие.

Эксперты гарвардского университета уже придумали образец такой установки, которая способна производить из угольной эмульсии элекстричество. Кпд данного топливного составляющего — 60%, что гораздо выше, чем у угольных электростанций.

Однако, до конца неясна связь между составом биомассы и качеством получаемого угля. Опыты показывают, что подключение в нее, к примеру, морских водорослей, содержащих грандиозное число кристаллической клетчатки, которая при 200 градусах еще не сгорает, ведет к смещению в худшую сторону свойства биоугля. По той же первопричине нежелательно применять и листья дуба, а вот банановая кожура, листья кофе и конский навоз, наоборот, предполагают собой замечательный исходный материал для получения биоугля.

В заключении следует сказать, что передовые технологии требуют новых подходов к зданиям и сооружениям. Поэтому для их строительства нужно использовать только качественные материалы, которые можно заказать у известных производителей, например строительный песок предлагает Компания ТК “Строительные материалы”.

Вид древесного угля, который обещает быть весьма эффективным способом связывания углерода атмосферы, потребует от трех до пяти лет дополнительных исследований, прежде чем фермеры смогут начать его использовать.

Эти слова прозвучали сегодня из уст д-ра Эвелины Крулль Национального исследовательского центра Австралии CSIRO Land and Water, автора нового доклада CSIRO о древесном угле biochar.

Biochar известен стралийским исследователям и фермерам  в форме гранул из стабильного углерода, получаемого в результате сжигания биомассы без доступа кислорода, в управляемом процессе, который называется пиролиз. При этом может производится и биотопливо.

Biochar в форме гранул может быть использован фермерами для повышения плодородия почвы, улучшения ее способности удерживать воду и удобрения для растениеводства.

По словам Эвелины Крулль, данные свидетельствуют о том, поглощение углерода этим видом древесного угля происходит эффективнее в сравнении с почвой, чем поглощения в почву, но называть конкретные цифры пока было бы преждевременным.
 
Сначала, по её мнению, исходя из цены углерода надо определить, является ли biochar привлекательным вариантом законодательство о секвестрации (связывании) углерода еще предстоит разработать.

По исследованиям д-ра Аннет Коуи из Департамента добывающей промышленности Нового Южного Уэльса, выработка угля biochar из нынешних запасов биомассы в Австралии могла бы компенсировать 2% выбросов энергетики Австралии.

Крулля считает, что объемы сокращения выбросов углекислого газа за счет использования biochar будет зависеть от того, насколько эта технология будет востребована фермерами занимают технологии, но она бы не советовала фермерам использовать biochar до того, как будут проведены дальнейшие исследования.

По её словам, некоторые фермеры уж экспериментируют с biochar, хотя исследователи до сих пор не знают, как biochar из разных биомассы сырья взаимодействует с различными типами почвы и какое количество biochar следует использовать. Разные почвы требуют разных количеств стабильного углерода относительно легко разлагаемого углерода и использование слишком большого количества biochar может фактически снизить плодородие некоторых почв.

"Изучение всего этого не потребует слишком объемных исследований, — говорит она. — Пройдет не так уж много времени, прежде чем мы сможем понять все это. По её оценкам, от трех лет уйдет на исследование использования biochar в песчаной почве, и еще пять лет — для получения результатов для других типах почв.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *