Россия – крупнейшая лесная держава и является одной из ведущих стран по объему заготавливаемой древесины. Существует множество способов переработки древесного сырья, при этом в России используется только малая часть биомассы дерева.
В современных условиях более ¼ заготавливаемой древесины идет на отходы (примерно 25-30 млн.м3) из них 1/12 – отходы лесозаготовок, 2/12 – отходы лесопиления и деревообработки. При этом на технологические нужды используются менее 20 % отходов лесозаготовок и 40 % отходов лесопиления и деревообработки [7].
Следует отметить что лесной перестой оценивается примерно в 150 млн кубометров низкосортной древесины. Ее не используют в переработке, поэтому лесозаготовители в большинстве случаев сжигают ее на лесосеке. В результате в России гибнет до 40 млн кубометров осины в год.
Огромное внимание уделяется древесным отходам, остающимся на лесосеки (ветки и листва), потому что это способствует захламлению леса, затруднению естественного восстановления леса и возникновению пожароопасных ситуаций. Это можно избежать путем сбора части сырья для последующего их использования в качестве топлива, сбора оставшейся части либо для сжигания, либо для разбрасывания по территории. Государство накладывает административные штрафы за нарушение правил санитарной безопасности в лесах по ч. 3 ст. 8.31 КоАП РФ.
В современных условиях российской экономики уделяется большое внимание рациональному использованию вторичного сырья деревообрабатывающей промышленности. Разрабатываются схемы переработки вторичного сырья, требующие больших финансовых вложений, дорогостоящего оборудования [1].
Многие предприятия лесной промышленности РФ стремятся к комплексной переработке древесного сырья. По причине того что происходит увеличение объемов распиленного сырья, но при этом уменьшение прибыли, и как следствие, снижении эффективности производства. Это объясняется тем, что с увеличением объема распиленного сырья увеличивается объем отходов, которые являются ценным вторичным сырьем [3].
Большое количество древесных отходов получаются в мебельной промышленности. Отходы, хоть и являются вторичным сырьем, но способны заменить первичное сырье.
Вторичные древесные ресурсы в зависимости от вида и места образования могут использоваться как для производства тепла, так и для изготовления разных видов продукции.
Рассмотрим основные виды вторичного сырья и возможные виды производимой из них продукции.
Опилки могут быть получены в результате разделки древесины и из них изготавливаются следующие виды продукции:
Топливные брикеты – это современное экологически чистое твердое топливо, которое не включает в свой состав химических примесей или добавок. По форме бывают цилиндрические, квадратные и многогранники. Их можно использовать во всех видах каминов, печей, котлов. Существует ряд преимуществ использования топливных брикетов. Во-первых, количество произведенного при горении тепла, этот показатель почти в два раза превышает показатель горения дров. Горение у топливных брикетов более длительное, но при этом разгораются они значительно быстрее, чем дрова. Во вторых брикет в 2-3 раза компактнее и суше дров. У топливных брикетов влажность древесины составляет 7 %, это в 8 раз ниже, чем у свежесрубленной древесины и в 3 раза ниже, чем у высушенных дров. Они имеют правильную форму и одинаковые размеры, что позволяет складывать их в устойчивые пакеты. Еще одним преимуществом является дешевизна. Российские топливные брикеты экспортируются в ряд Скандинавских стран и Германию [2].
Древесная мука, применяется в производстве линолеума, ксилолита, взрывчатых веществ, и в качестве шлифующего и полирующего материала. Ее получают путем разлома опилок на специальных мельницах.
Целлюлоза – ее получение связано с механической переработкой древесины и проведением химических реакций с опилками. В основном используется древесина хвойных пород. Хочется отметить, что качество целлюлозы из опилок не уступает качеству целлюлозы из стволовой древесины, но при этом выход целлюлозы из опилок на 5 % ниже, это обусловлено механической деструкцией.
Производство древесностружечных плит, при этом опилки могут составлять 50 % от всего объема ДСТП. ДСТП-надежный и дешевый вид материала для изготовления корпусной и мягкой мебели, производства тары. ДСТП также производят из щепы и стружки. Следует отметить, что производство ДСТП является достаточно прибыльной деятельностью, в связи с огромной потребляемостью этого продукта. Для производства ДСТП необходимо наладить сбор опилок, удалить металлические включения, осуществить сортировку для удаления крупных частиц [9].
Следует отметить использование опилок для чистки и полировки мелких металлических и проволочных изделий, алюминевой посуды, меха, кожи.
Опилки и стружка являются хорошими поглотителями жидкости в метро и на вокзалах.
Кусковые отходы лесопиления а именно: откомлевки, козырьки, фаутные вырезки, горбыль, рейка, срезки, короткомеры. Их используют для:
– выработки энергии;
– технологической щепы, – которая является основным сырьем ряда отраслей и влияет на их эффективность работы. Важным требованием является отсутствие посторонних включений: песка, метала, глины. Технологическую древесную щепу можно использовать для изготовления тепловой энергии, при этом наблюдается снижение цены тепловой энергии и увеличения теплоотдачи. К тому же она экологически безопасна для людей. Например, в 2013 году 11 котельных Поспелихинского района перешли на выработку тепловой энергии за счет использования технологической щепы.
– тары и простейших видов мебели (вешалки, полки);
– гидролизные производства для изготовления спирта и кормовых дрожжей.
Крупные горбыли и рейки используют для производства обпала и мелкой пилопродукции. Обпал используют в горнодобывающей промышленности для крепления штатных выработок. Он должен быть окорен и не иметь сквозных трещин, червоточин, гнильных сучков. Мелкая пилопродукция включает в себя тарную дощечку, штукатурную и кровельную дрань, штакетник.
Карандаши (отходы фанерного производства) используют для изготовления кондиционной щепы.
Отходы целлюлозно-бумажного, лесохимического производства и шпон- рванина являются основным сырьем для изготовления древесноволокнистых плит.
Совокупность балансовой некачественной древесины и древесных отходов (опилки, кора, технологическая щепа) позволяет производить так называемые топливные гранулы (пеллеты англ. pellets). Пеллеты – это эффективное биотопливо в основном использующееся в США, и ряде развитых европейских стран. Внешне они представляют собой цилиндрические гранулы стандартного размера. Они являются экологически чистым видом топлива (за счет содержащегося в древесине лигнина, который выступает в процессе производства биологическим связующим, что исключает применение дорогостоящих, и экологически небезопасных химических связующих). В них не содержится пыль и споры, они менее подвержены самовозгоранию по сравнению с дровами. Пеллеты отличаются высоким уровнем сухости (влажность у них составляет всего 8–12 %, а влажность сырых дров равна 30–50 %) они обладают большей (примерно в 1,5 раза) плотностью, чем дрова. Данные качества обеспечивают высокую тепловыделяющую способность по сравнению со щепой или дровами – при горении одной тонны гранул выделяется приблизительно 3,5 тысяч кВт·ч тепла, что в полтора раза больше, чем у обычных дров. Этот вид топливо легко транспортируем на большие расстояния [2, 5].
Структурная схема производства древесных топливных гранул, пеллет
Благодаря правильной форме, относительно небольшому размеру и однородной консистенции продукта гранулы можно пересыпать через специальные рукава, что позволяет автоматизировать процессы погрузки-разгрузки и также сжигания этого вида топлива. Несмотря на кажущуюся сложность, и дороговизну технологического процесса, производство пеллетов, может приносить колоссальный экономический и социальный эффект.
Многим российским предприятиям, которые занимаются переработкой древесины выгодно переходить на биотопливные котельные вследствие того что в процессе производства возникает много опилок, которых необходимо утилизировать. Благодаря этому расходы на транспортировку опилок уменьшаться почти в пять раз, расходы хранения на складе опилок уменьшаться в 2,5 раза, и снизятся на 100 % затраты на утилизацию опилок. К тому же на данный момент времени наблюдается рост цен на энергоносители, и производство пеллетов из вторичного сырья для производства энергии снизит затраты предприятия. Все это увеличит прибыль предприятия [8].
К примеру в 2014 году ООО «Тюменский фанерный завод» начал строительство биотопливной котельной, которая будет вырабатывать энергию за счет пеллетов, это снизит расходы предприятия и повысится рентабельность производства. Разработке масштабной модернизации производства способствовал тот фактор, что в процессе деятельности у предприятия около 40 % сырья уходило в отходы, это уменьшало прибыль предприятия.
Торф, опилки, сучья, бревна-могут использоваться для производства древесного угля. Древесный уголь имеет три вида сортности и может быть трех цветов: белый, красный и черный. Он имеет низкое содержание таких примесей, как сера и фосфор. В следующей таблице приведена сравнительная характеристика топлива.
Сравнительная характеристика видов топлива, которые были получены из древесных отходов
|
Вид топлива |
Цена минимальная, руб/т |
Зольность, % |
Плотность, кг/м3 |
Теплотворная способность, кВТ·ч/кг |
|
Пеллет |
3000 |
2 |
1200–1400 |
5 |
|
Топливный брикет |
4000 |
1,5 |
1250 |
4,3–4,5 |
|
Древесный уголь |
12000 |
0,2 |
1430 |
6-8 |
По данным таблицы видно, что экономически и экологически выгоднее использовать пеллеты и брикеты.
Отходы лесозаготовок – это отделяемые части дерева в процессе лесозаготовительного производства. К ним относятся: хвоя, листья, неодревесневшие побеги, ветви, сучья, вершинки, откомлевки, козырьки, фаутные вырезки ствола, кора, отходы производства колотых балансов и т.п.
Хвоя может быть использована для изготовления хвойно-витаминной муки. При этом используют исключительно свежую хвою. Из нее изготавливают корма для животных и рыб, эфирные масла, хвойные экстракты. Продукт содержит высокое количество витаминов группы В и каротина (витамина А) [10].
Хвою можно использовать для изготовления мульчи для огородов, которую используют как средство для борьбы с сорняками и против высушивания древесины.
Кору и сучья используют для изготовления королит – тепло и звукоизоляционный материала. Королит можно изготавливать на том же оборудовании, что и арболит. Расходы на его производство схожи с расходами на арболит за исключением затрат на материалы.
По данным Федерального агентства лесного хозяйства в 2010-2011 году Дальневосточный научно-исследовательский институт лесного хозяйства изучал вопрос о возможности использования биологически активных веществ (БАВ) получаемых из отходов лесозаготовок. БАВ относится к числу экологичных стимуляторов роста, которые, способствуют повышению всхожести семян, энергии прорастания, улучшению роста сеянцев, увеличивают размеры и массу растений. В результате были разработаны рекомендации по выращиванию в условиях Дальнего Востока посадочного материала с применением БАВ, получаемых из отходов лесозаготовок». При этом хочется отметить, что это было разработано впервые и аналогичных зарубежных исследований не существует.
Использование вторичного сырья позволит сократить затраты предприятий, увеличить рентабельность их деятельности, а также улучшить экологическую ситауцию.