Дерево

Спирт из опилок

Вы в лесу… Вокруг теснятся толстые и тонкие стволы деревьев. Для химика все они состоят из одного и того же материала — древесины, основной частью которой является органическое вещество — клетчатка (C6H10O5) х. Клетчатка образует стенки клеток растений, т. е. их механический скелет; довольно чистую мы её имеем в волокнах хлопчатой бумаги и льна; в деревьях она встречается всегда вместе с другими веществами, чаще всего с лигнином, почти такого же химического состава, но обладающего иными свойствами. Элементарная формула клетчатки C6H10O5 совпадает с формулой крахмала, свекловичный сахар имеет формулу C12H22O11. Отношение числа атомов водорода к числу атомов кислорода в этих формулах такое же, как и в  воде: 2:1. Поэтому эти и им подобные вещества в 1844 г. были названы «углеводами», т. е. веществами, как бы (но не на самом деле) состоящими из углерода и воды.

Углевод клетчатка имеет большой молекулярный вес. Молекулы её представляют длинные цепи, составленные из отдельных звеньев. В отличие от белых зёрен крахмала, клетчатка представляет прочные нити и волокна. Это объясняется различным, теперь точно установленным, структурным строением молекул крахмала и клетчатки. Чистая клетчатка в технике зовётся целлюлозой.

В 1811 г. академик Кирхгоф сделал важное открытие. Он взял обыкновенный крахмал, полученный из картофеля, и подействовал на него разбавленной серной кислотой. Под действием H2SO4 произошёл гидролиз крахмала и он превратился в сахар:

Эта реакция имела важное практическое значение. На ней основано крахмало-паточное производство.

Но ведь клетчатка имеет ту же самую эмпирическую формулу, что и крахмал! Значит, из неё тоже можно получить сахар.

Действительно, в 1819 г. было впервые осуществлено и осахаривание клетчатки с помощью разбавленной серной кислоты. Для этих целей можно применять и концентрированную кислоту; русский химик Фогель в 1822 г. получил сахар из обычной бумаги, действуя на неё 87-процентным раствором H2SO4.

В конце XIX в. получение сахара и спирта из дерева стало интересовать уже и инженеров-практиков.

Производство этилового спирта из опилок.

В настоящее время спирт из целлюлозы получают в заводских масштабах. Способ, открытый в пробирке учёного, стад осуществляться в больших стальных аппаратах инженера.

Посетим гидролизный завод… В огромные варочные котлы (перколяторы) загружают опилки, стружки или щепу. Это — отходы лесопильных или деревообрабатывающих предприятий. Раньше эти ценные отходы сжигались или просто выбрасывались на свалку. Через перколяторы непрерывным током проходит слабый (0,2—0,6%) раствор минеральной кислоты (чаще всего серной). Долго держать одну и ту же кислоту в аппарате нельзя: содержащийся в ней сахар, полученный из древесины, легко разрушается. В перколяторах давление 8—10 ат, а температура 170—185°. При этих условиях гидролиз целлюлозы идёт значительно лучше, чем при обычных условиях, когда процесс весьма затруднителен. Из перколяторов получают раствор, содержащий около 4% сахара. Выход сахаристых веществ при гидролизе достигает 85 % от теоретически возможного (по уравнению реакции).

Дальше сахарный раствор поступает на сбраживание в спирт с помощью дрожжей, с чем мы уже знакомы. Так из дерева получают этиловый спирт. Он называется гидролизным спиртом.

Рис. 8. Наглядная схема получения гидролизного спирта из древесины.

Для Советского Союза, имеющего необозримые лесные массивы и неуклонно развивающего промышленность синтетического каучука, получение спирта из древесины представляет особый интерес. Ещё в 1934 г. XVII съезд ВКП(б) постановил всемерно развивать производство спирта из опилок и отходов бумажной промышленности. Первые советские гидролизно-спиртовые заводы начали регулярно работать с 1938 г. За годы второй и третьей пятилеток у нас были построены и пущены заводы по выработке гидролизного спирта — спирта из древесины. Этот спирт в настоящее время всё в больших количествах перерабатывается в синтетический каучук. Это — спирт из непищевого сырья. Каждый миллион литров гидролизного этилового спирта освобождает для питания около 3 тыс. тонн хлеба или 10 тыс. тонн картофеля и, следовательно, около 600 га посевной площади. Для получения этого количества гидролизного спирта нужно 10 тыс. тонн опилок с 45-процентной влажностью, что может дать за год работы один лесопильный завод средней производительности.

Специалисты Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН впервые показали, что методом высокотемпературного радиолиза из опилок можно получить качественное жидкое топливо. Исследователи сообщают, что жидкость, полученная ими из берёзовых опилок, соответствует стандартным требованиям, предъявляемым к фракционному составу моторного топлива, и имеет октановое число не ниже 90.

Сырьем для получения жидкого топлива послужили лигнин и целлюлоза, основные компоненты древесины. Фактически, несложный процесс получения жидкого топлива проходит в две стадии. Сначала проводят сухую перегонку древесины без доступа воздуха. Пучком ускоренных электронов нагревают хорошо высушенные опилки до 400—450°С в токе метана или пропан-бутановой смеси. Под воздействием энергии ионизирующего излучения лигнин и целлюлоза распадаются. Затем парообразные продукты радиолиза охлаждают и конденсируют в водяном холодильнике при 15°С.

Продукты сухой перегонки, в зависимости от породы древесины, содержат от нескольких процентов до четверти ароматических компонентов, образованных при разложении лигнина и главных продуктов радиолиза целлюлозы — фуранов, альдегидов, алкилкетонов и карбоновых кислот.

Как получить спирт из опилок: способы получения

Состав полученной смеси продуктов зависит от породы древесины, например, когда используются сосновые опилки, массовая доля толуола может достигать 10 процентов. Однако эта смесь нестабильна, и её необходимо преобразовать в стабильные топливные соединения.

Для стабилизации и нужна метановая или пропан-бутановая атмосфера. В ней продукты сухой перегонки превращаются в циклические и ациклические алканы, производные тетрагидрофурана, алифатические спирты и простые эфиры. Исследователи убедились, что жидкость, полученная из березовых опилок, соответствует стандартным требованиям, предъявляемым к фракционному составу моторного топлива, и имеет октановое число не ниже 90.

Выход компонентов жидкого топлива можно регулировать, изменяя условия сухой перегонки или варьируя соотношения паров и газовой смеси на этапе стабилизации. Учёные сообщают, что может быть получено моторное, реактивное или котельное топливо.

Конечно, древесину можно нагревать не электронным пучком, а в обычным способом, например, в муфельной печи. Однако при радиационном нагреве выход органических жидкостей возрастает в два раза по сравнению с обычным. Радиолиз, проведенный при атмосферном давлении, позволяет получить из сосны, ели, березы и осины до 15 кг/(кВт•ч) органических жидкостей. Выход полезного продукта достигает 55—65% от массы облучаемой древесины. Второе существенное преимущество состоит в том, что радиолизе не образуется вода.

Исследователи подчеркивают, что их метод универсален — с его помощью можно получать топливо практически из любого сырья, богатого непредельными органическими соединениями.

Работу московских учёных финансировала Программа РАН «Фундаментальные проблемы энергетики».

Бензин из опилок

Предприниматель из Боханского района готов совершить топливную революцию

Иван Марков, житель села Олонок Боханского района, открыл предприятие по производству инновационного строительного материала, который во всем мире называют «вечным деревом». Экологически чистый материал получают из опилок. С помощью новых технологий, опробованных в Олонках, можно не только утилизировать отходы лесопиления, но и производить бензин.

Иван Марков в прошлом человек военный, окончил ИВВАТУ и академию им. Жуковского в Москве. Кандидат технических наук, в 1987 году защитил диссертацию, читал курс о восстановлении авиационной техники в военном училище. В перестройку, когда в армии началось сокращение, его опыт оказался невостребованным.

В 1995 году предприниматель начал бизнес в сфере лесной отрасли и быстро понял, что торговать круглым лесом невыгодно и неправильно. Изучив опыт по переработке отходов лесозаготовки и деревообработки, он совместно с компаньонами в 2005 году создал в Олонках новое производство на базе лесоперерабатывающего предприятия. От разворованной пилорамы остались лишь стены и огромные долги. Предприятие полностью восстановили, разработали собственные технологии, установили новое оборудование по производству древесно-полимерного композита (ДПК).

Инновационный строительный материал – удачный союз дерева и пластика, его еще называют «жидким» или «вечным» деревом. Из него делают террасные напольные покрытия, половую доску, паркет, сайдинг, брус. Композит состоит из трех частей – древесного наполнителя, полимерной связки, технологических добавок и красителей.

Древесно-полимерный композитный профиль с высоким содержанием древесины можно пилить, строгать рубанком, вбивать в него гвозди. Обладая всеми лучшими природными свойствами дерева, экологически чистый ДПК не гниет, не плесневеет и не поддается интенсивному горению.

В прошлом году в России работало лишь пять таких производств, и за ними будущее, – уверен Иван Львович.

– В области производится 25 млн кубов древесины в год. 30–40% от них – отходы: щепа, опилки. Их бросают, в лучшем случае пускают на растопку. Это, по статистике, 10 млн кубометров. Если переработать хотя бы 50% этого объема по предлагаемым нами технологиям, можно получить в бюджет области дополнительно 3 млрд рублей, – подсчитывает предприниматель. – При этом будут организованы высокорентабельные производства и новые рабочие места.

На предприятии есть своя подстанция (650 кВт), тепловую энергию здесь получают, перерабатывая отходы и используя котлы с технологией пиролиза. Имеется порядка 500 кубов лесосеки и полный цикл переработки круглого леса с объемом распиловки 1000 кубов в месяц. Отходы при этом перерабатываются в высоколиквидную продукцию. В месяц в дело идет 300 кубов опилок. Из них, превращенных в древесно-полимерный композит, делают 2 тыс. кв. м террасной доски.

Оборудование на заводе внушительное – бурильная машина для измельчения древесных отходов, сушильный комплекс сыпучих древесных отходов, мельница. В пиловочном цехе работают две пилорамы – одна распускает бревно, вторая проводит обрезку готовой продукции. Затем из опилок делают древесную муку, которая после просушки и дальнейшей обработки, добавления полимеров и красителей превращается в холодный гранулят. Из накопителя она поступает на калибровочный стол, становясь современным строительным материалом, за которым на иркутских рынках идет самая настоящая охота.

Но на лаврах предприниматель почивать не собирается, у него вполне амбициозные планы. Занимаясь производством, Иван Марков продолжает разрабатывать новые проекты по рациональному использованию лесных ресурсов. Несколько лет он работает с Государственным научным центром лесного комплекса России, Сибирской академией наук, Международным фондом биоэнергетики и конструктивной экологии.

– Из отходов лесопиления в Москве на опытной установке ученые получили синтез-газ, метил, метанол и бензин «евро-95». Последний стоит 14,5 рубля за литр. На заправке в Москве его цена – 28 рублей. Давайте задумаемся над этим. Нефть мы когда-то выкачаем, а дерево – ресурс возобновляемый, – говорит Марков.

У себя в Олонках он готов запустить подобную бензиновую установку, но нужны капиталовложения. Цена вопроса – десятки миллионов рублей. И тогда производство бензина из опилок станет реальностью.

Есть у него интересный проект, разработанный совместно с иркутским институтом лесной промышленности.

– Два года назад в институте мы запустили установку по производству модифицированной древесины. Она уникальна, защищена патентом. С ее помощью можно производить брус, который благодаря своей технологии в пять раз прочнее обычного. Это наше ноу-хау. Подобного производства в регионе нет, – делится Иван Львович.

Еще один проект по рациональному освоению лесосырья есть у энергичного предпринимателя. При переработке неликвидной древесины – осины и березы, основную массу планируется пустить на доску для производства мебели. А отходы можно будет перерабатывать в активированный уголь для пищевой промышленности и очистки воды. С применением запатентованных технологий специалисты из Олонок могут проводить, например, очистку стоков в Байкальске.

– Мы сможем смонтировать там специальную установку, которая удешевит процесс очистки шламоотвалов. При этом еще будет своя электроэнергия, – говорит предприниматель.

По его словам, даже остановленный много лет назад кирпичный завод в Олонках при помощи новых технологий можно реанимировать, удешевить энергозатратный процесс обжига. На местной глине и по новым технологиям завод способен выпускать по 5–10 млн штук кирпича в год.

Нам также рассказывают, что зарубежные партнеры, ознакомившись с возможностями олонкинских мастеров, предложили апробировать в регионе строительство комплексного модульного жилья.

Иван Марков надеется, что его предприятие станет точкой роста в Усть-Орде, а власти обязательно заинтересуются его планами.

В области производится 25 млн кубов древесины в год. 30–40% от них – отходы. Если переработать хотя бы 50% этого объема по предлагаемым нами технологиям, можно получить в бюджет области дополнительно 3 млрд рублей.

Руководитель администрации Усть-Ордынского Бурятского округа, заместитель губернатораАнатолий Прокопьев:

– Без решения вопросов экономического характера нельзя говорить о развитии территории. Предпринимательство в Усть-Ордынском округе представлено 554 организациями малого бизнеса. Это предприятия лесозаготовки, производства пищевых продуктов, торговли. На 1 января текущего года на территории зарегистрировано около 2 тыс. индивидуальных предпринимателей. Большая их часть сосредоточена в сельскохозяйственной сфере. В округе работают 410 КФХ и 45 тыс.

Please turn JavaScript on and reload the page.

личных подсобных хозяйств.

Оказание мер государственной поддержки малым формам хозяйствования на селе идет через реализацию программ. Так, на федеральном уровне принята программа «Начинающий фермер», работают областные профильные программы по поддержке сельхозтоваропроизводителей. Мы ставим перед собой задачу – проводить разъяснительную полномасштабную работу с гражданами, чтобы работающие в округе предприниматели входили в указанные программы. Мы также понимаем – необходимо решать вопросы переработки сельхозпродукции.

Вместе с КФХ в УОБО есть крупные предприятия, которые успешно работают и решают социальные проблемы на селе. Например, ООО «Хадайское», чей опыт сегодня востребован. Мы следим за деятельностью таких предприятий, с тем, чтобы оказывать им поддержку, в том числе и консультационного характера.

Наряду с сельхознаправлением, сегодня необходимо отрабатывать вопросы в сфере лесопереработки. Если проехать по территории, можно увидеть, насколько остро стоит проблема переработки отходов лесопиления: захламляются большие участки земли, страдает экология. Первые шаги в решении проблемы сделаны в Осинском и Боханском районах. Предприниматель из Осинского района Анатолий Ахметчин запустил оборудование для изготовления топливных брикетов и печи для производства древесного угля. Сейчас производство прочно «встало на ноги» и выпускает уникальный продукт – экологически чистое топливо из материала, который считался бесхозным мусором.

Предприниматель из Олонок Иван Марков из отходов лесопиления изготавливает отделочный материал. Этот проект начал действовать не так давно, но, я думаю, у него есть хорошие перспективы. Безусловно, такие идеи надо поддерживать.

Добавить комментарий

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