Эдуард Аким - Биоэнергетика и другие направления био-рефайнинга - конкуренты или союзники?

Эдуард АКИМ, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой, Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, почетный член Консультативного комитета по устойчивости лесного сектора продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО ООН), Петербургский Международный Лесопромышленный Форум 2015. Конференция «Биоэнергетика в ЛПК: перспективы развития», Часть 2. Биотопливо и биоэнергетика как составляющая часть биорефайнинга. Генерация тепловой и электроэнергии с использованием биомассы из древесины., 29 сентября 2015

Transcript

1. Биоэнергетика и другие направления био-рефайнинга - конкуренты или союзники ? Профессор Э. Л. Аким, Почетный Член Консультативного Комитета ФАО ООН по устойчивости Лесного сектора, Заведующий кафедрой СПб ГТУ РП Конференция «Биоэнергетика в ЛПК: перспективы развития» Лесной Форум 2015 Санкт-Петербург, 29 сентября 2015
2. Стратегические программы в мировом лесном секторе 1995 - Разработка и реализация в Северной Америке «Agenda 2020». 2005 - Разработка «Стратегической Технологической Платформы развития Лесного комплекса ЕС до 2030 года», с расширением исследований в области био- рефайнинга. 2005 - Разработка Российской Лесной Технологической Платформы (развития Лесного комплекса до 2030 года) и ее включение в Платформу «БиоТех2030».
3. Технологическая Платформа «БиоТех2030» Задачей Российской «Лесной технологической платформы» как части Платформы «БиоТех2030» является создание и реализация инновационной модели развития лесного комплекса России, ее научное и кадровое обеспечение. Один из ее приоритетов - био-рефайнинг древесины - производство наукоемкой продукции с высокой добавленной стоимостью на базе комплексной глубокой переработки лесных ресурсов непосредственно в регионе произрастания.
4. Лесная технологическая платформа Лесное хозяйство Целлюлозно-бумажная продукция Биоэнергетика Специализация / новые направления бизнеса Потребители Общество Окружающая среда Энергия Конкуренция Цепочки создания стоимости Влияющие факторы Древесная продукция
5. Инновационная модель развития ЦБП России Среди приоритетов, лежащих в основе данной модели - коренная реконструкция существующих ЦБК, с созданием на их основе, непосредственно в регионе произрастания древесины, предприятий комплексной глубокой переработки древесины по принципу био-рефайнинга (biorefinery), с производством наукоемкой продукции с высокой добавленной стоимостью.
6. ISBN 978-1-4398-7927-6 2014 Издательство «Профессия» готовит русский перевод книги и принимает рекламу от профильных компаний и фирм www.professija.ru +79219640173 • site www.professija.ru • • site www.professija.ru •
7. Глобальный лесной сектор Изменения, проблемы и перспективы. • Book Description • Publication Date: December 4, 2013 | ISBN-10: 1439879273 | ISBN-13: 978- 1439879276 | Edition: 1 • This book covers a wide array of topics that have relevance to the global forest products. This managerial view, based on up-to-date scientific research, is a very important tool for forming the "big picture" of the current and future state of the global forest industry. This is the first book of its kind written by a global network of leaders in the field of forest products, marketing, and business development in the forest products sector in academia and industry. • Эта книга охватывает широкий спектр тем, связанных с глобальным лесным сектором и лесной продукцией. Этот разносторонний анализ, основанный на современных научных исследованиях, является очень важным инструментом для формирования «общей картины» текущего и будущего состояния глобальной лесной промышленности. Это первая книга такого рода, написанная группой академических и промышленных лидеров в области глобальной лесной продукции, маркетинга и развития бизнеса в секторе лесных товаров.
9. Что такое Форсайт? Термин «форсайт» - «Foresight» впервые ввел в 1930 году известный писатель-фантаст Герберт Уэллс, в своем выступлении на Би-Би-Си. Он предложил ввести особую специальность «профессор предвидения», который будет, подобно историку, анализировать и находить применение будущим технологическим открытиям. Форсайт представляет собой систему методов экспертной оценки стратегических направлений социально-экономического и инновационного развития, выявления технологических прорывов, способных оказать воздействие на экономику и общество в средне- и долгосрочной перспективе. При этом важнейшим его элементом является прогноз развития потребляющих отраслей, т.е. прогноз развития рынков.
10. Форсайт в ЛПК – смена парадигмы Как показывают прогнозы ФАО ООН, Лесной сектор России и мира, также как и большинство секторов традиционной индустрии вышли на «технологическое плато». Оно характеризуется замедлением динамики, падением отдачи от инвестиций, отсутствием радикальных инноваций и т.п. В условиях непрерывного роста населения земли ресурсов для экстенсивного роста за счет первичной индустриализации развивающихся стран и рынков явно недостаточно. Дальнейшее промышленное развитие связано с запуском следующего инновационно-технологического цикла (сменой технологической парадигмы), осуществлением трех связанных «революций»: Революция в проектировании и организации производственных процессов. Переход к новым материалам. Революция в инфраструктурах, переход к «умным средам/сетям» как преодоление линейной архитектуры традиционных индустриальных инфраструктур. Для Лесного комплекса такой новой концепцией («технологической парадигмой») являются био-рефайнинг, био-технологии («Зеленые технологии»). Они начинаются с «Агро-форестри», сочетания лесных плантаций, в частности плантаций ускоренного роста, с сельскохозяйственным производством.
11. Бразилия – 1995; 2005; 2013.
14. Бразилия – 2013 год
15. Фактическая и перспективная продуктивность плантаций
16. Занимая 1% площади Бразилии плантации позволили сохранить природные леса на 61% ее территории
17. Система совмещенных плантаций - лесных и технических агро-культур (агро-форестри) Используется междурядное размещение культур и дополнительное землепользование (например, посадки салекса - ивняка для биотоплива, масличных культур для биотоплива). Такие плантации начинают давать отдачу уже на второй-третий год после закладки. В Китае молодые деревья смешаны с маниокой, ананасами, травами или чаем. Также плантации используются как пастбища для скота, домашней птицы и пчел. Такая система способствует социальному развитию и устойчивости.
18. Посадки салекса в Швеции
20. Расширение межсекторальных связей внутри лесного комплекса Био-рефайнинг древесины: – Глубокая механическая переработка - использование древесины и композитов на ее основе как конструкционных материалов – Целлюлозно-бумажная промышленность (глубокая химическая переработка), – Энергетическая переработка (использование древесины как биотоплива) – Лесохимическая переработка древесины (древесный уголь, пеллеты, торрефицированная древесина, этанол, биопрепараты) и отходов ЦБП
21. Основные направления био-рефайнинга • конструкционные материалы на основе древесины; • товарная целлюлоза, бумага, картон, целлюлозные композиты; • волокна, пленки, пластмассы на основе химической переработки целлюлозы; • пищевые волокна, микрокристаллическая целлюлоза; • биотопливо – этанол и дизельное топливо (через синтез-газ), пеллеты, микроводоросли; • мономеры и полимеры на основе продуктов переработки древесины; • лекарственные препараты и БАД- ы на основе компонентов древесины; • угольные волокна (из гидратцеллюлозных волокон или осажденного лигнина). 21
22. Био-рефайнинг – новый виток спирали Био-рефайнинг – это комплексная глубокая химическая переработка древесины с превращением ее основных компонентов в товарные продукты с высокой добавленной стоимостью (как многотоннажные, так и малотоннажные). По аналогии с «нефтехимическим синтезом» можно говорить о «лесохимическом синтезе», с использованием всех достижений нефтехимии и лесохимии. Крупнейшие целлюлозно-бумажные, химические и нефтеперерабатывающие компании мира рассматривают био- рефайнинг как важнейшее направление своего развития. В СПб ГТУ РП на базе фундаментальных и прикладных многолетних исследований создан Институт био-рефайнинга древесины (комплексной переработки древесины). 22
23. Модель диверсификации бизнеса на базе целлюлозного производства (Multi-product business model for pulp industry platform)
24. Переход к био-рефайнингу дает ЦБП гибкость • Переход к принципам био-рефайнинга позволяет ЦБК более оперативно откликаться на изменение рыночной ситуации, рассматривая, например, производство био-топлива и био- энергии как альтернативу традиционной продукции. • Так, за период с января 2004 года по декабрь 2013 года потребление газетной бумаги в Северной Америке сократилось на 6,56 млн. тонн. В 2014 году мощности по выпуску газетной бумаги в Северной Америке составили 6,7 млн. т, т.е. более чем вдвое сократились по сравнению с 2000 годом, когда они находились на уровне 15 млн. тонн. Одновременно в ЦБП Северной Америки резко выросло производство пеллет.
25. Stora Enso Enocell pulp mill (из Презентации на Баренц-форуме – сентябрь 2015) Годовая продукция – 450 000 t целлюлозы – 611 GWh электричества, из которых 25% поступает в национальную сеть – 140 t скипидара – 17 800 t таллового масла • Две продуктовых линии – Линия 1 – растворимая целлюлоза (из берёзы) - Линия 2 - Хвойная беленая целлюлоза
26. Пример био-рефайнинга (FPAMR 2013) Example of a wood-based biorefinery Source: Rødsrud et al., 2008.
28. Схема потоков при био-рефайнинге Рынки бумаги. Рынки целлюлозы. Электрическая сеть. Местное теплоснабжение. Рынки химикатов. Рынки моторного топлива. Процесс производства бумаги. Процесс производства целлюлозы. Процесс производства тепла и электроэнергии. Процесс регенерации химикатов. Процесс производства жидкого биотоплива. Очистные сооружения сточных вод. Процесс подготовки воды. Макулатура и вторичная целлюлоза. Подготовка щепы. Пни, отходы лесосеки,опилки, отходы производства щепы. Вода Потоки целлюлозы и бумаги. Чёрный щёлок. Тепловая энергия электро энергия Щепа. Плантации древесины Выращивание саженцев для плантаций древесины. Производство компоста для плантации саженцев Осадок очистных сооружений
29. Примерная схема материальных потоков при биорефайнинге
30. Реконструкция существующих ЦБК За последние 25 лет в России не построено ни одного нового целлюлозно-бумажного комбината, а большинство существующих предприятий спроектировано и построено в середине прошлого века – по концепциям, идеям, технологическим решениям и экологическим нормам того времени. Длительное отсутствие строительства новых ЦБК открывает возможность реализации в России инновационных технологий, прежде всего за счет реконструкции действующих предприятий. С другой стороны, за десятилетия своей работы ЦБК практически полностью использовали свою лесосырьевую базу и для продолжения своей работы вынуждены идти все дальше в леса, строить дороги, увеличивать дальность и стоимость перевозок.
31. Прорывные технологии и инновации в Лесном секторе Прогноз развития лесного сектора Российской Федерации до 2030 года, ФАО 2012 Для лесного сектора России прорывные технологии являются единственным путем выхода на инновационный путь развития. Двадцатилетняя задержка в развитии лесного комплекса Российской Федерации открывает уникальную возможность реализации инновационного сценария за счет комплексной реконструкции существующих предприятий на базе научных достижений предшествующих двух десятилетий, новейших поколений техники и технологии. Наиболее целесообразный путь реконструкции существующих предприятий - переход на производство наукоемкой продукции. Предприятия лесного сектора, которые были спроектированы и построены в середине прошлого века, ныне подлежат полной реконструкции. Реконструкция позволит создать принципиально новые предприятия ХХI века, минуя те стадии, которые проходили лидеры мирового лесного комплекса за последние десятилетия. Реализация такой модели технологического и интеллектуального прорыва требует очень серьезного научного и кадрового обеспечения, предвидения рынков и тенденций развития на несколько десятилетий вперед.
32. Био-топливо как одно из направлений био-рефайнинга древесины
33. Добавочная стоимость и занятость при различных направлениях переработки древесины (на тонну сухой древесины) RISI,2007, Global Pulpwood Review Направление переработки древесины Добавочная стоимость, евро Трудоемкость, чело веко-часы Глубокая механическая 1044 54 Целлюлозно- бумажная промышленность 993 124 Био-энергетика 199 2
34. По данным Международного Энергетического Агентства (МЭА-2009 г.) общая доля всех воспроизводимых источников энергии (ВИЭ) в мировом потреблении энергии составляет 13%.
35. Доля различных ВИЭ в общем объеме ( По данным МЭА - 2009 г.) возобновляемых и вторичных энергоресурсов Вид ВИЭ Доля, % Твердое биотопливо (и древесный уголь) 69,4 Жидкое биотопливо 3,3 Гидроэнергия 17,3 Геотермальная 3,8 Ветровая Солнечная и приливная 1,5 0,9
36. Место био-энергетики среди воспроизводимых источников энергии (ВИЭ) Вид ВИЭ Скорость воспроизводства, независимость от внешних факторов Первоначальная форма энергии Преобразован ие энергии Автономность, аккумулировани е и транспортабельн ость Биотопливо Высокая Тепловая Электрическая Ко-генерация Высокая Ветровая Электрическая механическая Солнечная Электрическая Тепловая Гидро (малая) Электрическая механическая Приливная Электрическая Гео- термальная Тепловая Электрическая
37. Классификация древесного био-топлива (На основе «Биоэнергетической терминологии ФАО ООН») («Леса и Энергия. Основные вопросы.», Документ ФАО ООН по Лесному хозяйству, №154), Рим, 2008). Основные группы древесного био-топлива Первое поколение Второе поколение Третье поколение Твердые древесные топлива Дрова, отходы (опилки и др.) Щепа, древесные гранулы (пеллеты), древесный уголь Торрефицированная древесина и пеллеты из нее Жидкие древесные топлива Черный щелок (побочный продукт ЦБП) Био-этанол, метанол, талловое масло, пиролизное масло Моторные топлива (или добавки к ним) Газообразные древесные топлива Пиролизный газ (газификация твердых и жидких био-топлив) Био- технологическая трансформация древесины или отходов
39. Био-энергетика – проблемы развития Термин «Биоэнергия» относится ко всем видам энергии, полученным из био-топлива (ФАО ООН, Рим 2008) • Повышение энерго-эффективности; • Кинетика воспроизводства (прирост) и удельная производительность на единицу площади суши (плантации) или воды (микроводоросли); • Комплексность использования лесных ресурсов и древесины; • Истощение почв при интенсивном лесопользовании и плантационном лесоразведении.
40. Био-энергетика – достоинства • Энергоэффективность • Транспортабельность • Безопасность и устойчивость к терроризму • Трансформация в электроэнергию и ко-генерация • Трансформация древесины в моторное топливо • Совместимость с ископаемыми видами топлива • Совместимость с другими ВИЭ, существующими энергосистемами и инфраструктурой • Возможность использования в автоматизированных автономных отопительных системах малого и среднего размера
41. Основные направления развития отечественной биоэнергетики Наименование направления Сырье Продукция Рынок Первичная переработка дровяной древесины и отходов на щепу Дрова, отходы лесозаготовки и деревопереработки Щепа топливная Российский Теплоэнергия Российский Единицы сокращенных выбросов Европейский Производство пеллет и брикетов Отходы деревопереработки Гранулированное топливо (пеллеты, брикеты) Европейский Российский Углубленная переработка на новые биоэнергетические продукты Отходы деревопереработки Торрефицированные продукты, жидкие и газообразные виды био-топлива Европейский Российский
42. В ХХI веке интенсификация лесопользования и лесные плантации закладывают основу устойчивого развития лесного сектора Лесной комплекс России должен «перешагнуть» через стадии, которые поэтапно проходил в последние десятилетия лесной комплекс передовых лесопромышленных стран. К прорывным технологиям лесного сектора относятся информационные, нано- и биотехнологии. Информационные и компьютерные технологии используются при создании геоинформационных систем (ГИС). Эти системы необходимы для выявления и уточнения фактических запасов древесины и разработки оптимальной стратегии ее заготовки. Геоинформационные системы обеспечивают оперативный учет заготовки и транспортировки леса, противопожарный контроль, контроль цепочек поставок, контроль затопления водохранилищ при строительстве новых гидроэлектростанций. Развитие информационных технологий привело к структурным изменениям в ассортименте и объемах бумажной продукции. В частности, появился новый класс бумаги – офисные бумаги. Их доля в общем объеме выпускаемой бумаги и картона в мире стремительно растет. Одновременно снижается доля газетной бумаги. Развитие компьютерных технологий в строительстве привело к появлению понятия «умный дом». Совместное использование компьютерных технологий и биотоплива второго поколения (пеллет) в индивидуальных автоматизированных отопительных системах позволило перейти к «зеленому строительству» домов. Обогрев таких домов программируется по дням недели и времени суток и отличается высоким КПД сжигания древесины. Сочетание деревянного домостроения, компьютерных технологий и древесных пеллет обеспечит сверхаддитивный эффект, улучшит экологию и экономику лесного
43. Черный щелок как био-топливо Одним из важнейших видов жидкого био-топлива является образующийся в процессе производства целлюлозы из биомассы древесины сульфатным способом черный щелок - сложная смесь органических (в основном лигнин, гемицеллюлозы) веществ с минеральными. В качестве биотоплива черный щелок в процессе регенерации химикатов сжигается в содорегенерационных котлах (СРК) с получением тепла и электрической энергии. В 2013-2014 годах на Братском филиале ОАО «Группа «Илим» в рамках программы «Большой Братск» запущен самый крупный в стране содорегенерационный котел (СРК), мощностью (по сухому веществу) 3000 тонн/сутки, с выработкой пара давлением 80 атм.
44. Талловое масло – побочный продукт сульфатной варки целлюлозы Мировое производство: ≈2 млн. т (2013 г.), до 100 кг/т целлюлозы 44 Подвергается дистилляции и ректификации ≈70% Компонент Сосна Ель Береза Осина кг/т % кг/т % кг/т % кг/т % Жирные кислоты 16 73 5 62 13 70 15 75 Смоляные кислоты 5 22 1,5 21 0 0 0 0 Нейтральные вещества 1,1 5 1,3 17 5 30 7 25
45. 45 Дистилляция и ректификация Дистилляция, ректификация, синтез продуктов Синтез продуктов Forchem (180 тыс. тонн)  Сегежский ЦБК (30 тыс. тонн) Группа Илим Arizona Chemical (дистилляция/ректификация 600 тыс. тонн в Европе и США) Meadwestvaco Georgia-Pacific DRT (дистилляция/ректификация 50 тыс. тонн) Kemira (дистилляция/ректификация 50 тыс. тонн) Eastman Foreverest Harima- Lawter Akzo Nobel Оргхим Бальзам Оргсинтез Компании, перерабатывающие талловое масло, жирные и смоляные кислоты (из презентации Андрея Евдокимова) Проблемы талловых компаний: 1.Нехватка таллового масла в связи с ростом его потребления в Европе для производства биодизельного топлива; 2. Увеличение доли лиственного масла; 3. Сокращение номенклатуры синтетических продуктов.
46. Перспективные пути использования талловых продуктов: (из презентации Андрея Евдокимова) 46  выделение востребованных дорогостоящих биологически- и физиологически активных компонентов (пиноленовая кислота, сопряженная линолевая кислота, индивидуальные изомеры смоляных кислот, нейтральные вещества пека);  инновационные компоненты битумных эмульсий;  использование эфиров глицерина и очищенной талловой канифоли в пищевой и парфюмерно-косметической промышленности. Стоимость жирных кислот таллового масла – 80 руб./кг (российские), > 100 руб./кг (зарубежные) Стоимость нефтяного дизельного топлива – 36 руб./л Производство биодизеля из таллового масла или жирных кислот экономически выгодно на сульфатных целлюлозных заводах, имеющих собственные мощности по дистилляции и ректификации таллового масла и /или при наличии дотаций. Талловое масло как сырье для производства биодизельного топлива
47. Разработки СПб ГТУ РП по био-рефайнингу, биотопливу и решению экологических проблем СПб ГТУ РП осуществляет научное сопровождение при создании инновационных технологий и решении экологических проблем в ЦБП, при создании систем оптимально-замкнутого водооборота на базе сочетания систем локальной и общезаводской очистки стоков. В 2007-2008 году на ОАО «Светогорск» реализован ряд инновационных технологий, обеспечивших решение экологических проблем и увеличение использования избыточного активного ила, как биотоплива, на 150-200 тонн в сутки. В 2010-2014 гг., совместно с ОАО «Группа «Илим», выполнен проект «Лиственница», реализованный в промышленных масштабах с 1 октября 2014 года. В результате проекта арабиногалактан (свыше 50 тонн в сутки) используется как один из компонентов жидкого биотоплива - «черного щелока».
48. В августе 2014 г. ОАО «Группа «Илим» и СПб ГТУ РП успешно завершили Проект «Лиственница». В рамках реализации Постановления Правительства РФ №218, ОАО «Группа «Илим» и СПб ГТУ РП, вышедшие в 2010 году в победители по первому открытому конкурсу, выполнили в 2010- 2014 гг. крупнейший в лесном комплексе России инновационный проект – «Разработка инновационной технологии комплексной переработки древесины лиственницы (с выводом на мировые рынки нового вида товарной целлюлозы) - проект «Лиственница». Проект реализован на принципах частно-государственного партнерства, с общим объемом финансирования свыше 300 млн. руб., в том числе объем государственного финансирования – около 150 млн.руб.
49. Цели проекта Комплексный проект «Лиственница» направлен на разработку и промышленную реализацию био-рефайнинга древесины лиственницы - инновационной технологии сульфатной варки целлюлозы и комплексной химической переработки ее не целлюлозных компонентов, прежде всего - арабиногалактана. 49
50. В результате проекта: На основании фундаментальных исследований структуры древесины лиственницы впервые установлено, что в древесине лиственницы арабиногалактан (АГ) находится в виде аква-комплексов, находящихся в жидком состоянии. Это позволило предложить инновационные методы как получения волокнистых полуфабрикатов, так и извлечения из щепы арабиногалактана. Методы апробированы в лабораторных и в промышленных масштабах. С ноября 2014 года Братский филиал ГИ выпускает целлюлозу из лиственницы и ее смесей с другими породами по инновационной технологии. Предложены инновационные технологии получения волокнистых полуфабрикатов из древесины лиственницы и извлечения арабиногалактана, а также его временного использования в качестве биотоплива. Инновационность разработанных технологий подтверждена 19 патентами РФ. Разработаны технологии переработки 100% лиственницы, а также ее смесей с другими видами древесного сырья (в том числе с мало востребованными породами лиственной древесины), как путем сульфатной варки, так и при получении полуфабрикатов высокого выхода. Показана перспективность использования лиственницы для производства полуфабрикатов высокого выхода – термомеханической (ТММ) и химикотермомеханической ( ХТММ) массы.
51. Леса России • Коренная реконструкция существующих ЦБК, с созданием на их основе непосредственно в регионе произрастания древесины предприятий комплексной (integrated) глубокой переработки древесины по принципу био-рефайнери (biorefinery), • • оптимизация лесосырьевой структуры ЦБП, устойчивое лесообеспечение ЦБК на базе сочетания интенсификации лесопользования и плантационного выращивания быстрорастущих пород (в том числе, с созданием питомников на площадях внеплощадочных очистных сооружений и утилизацией тепла очищенных сточных вод), Оптимизация структуры волокнистых полуфабрикатов ЦБП, расширение использования вторичных волокон (макулатуры),
52. Запасы лиственницы в России Возможный ежегодный объем заготовки в России древесины лиственницы (сибирской и даурской) может составить 105 млн.кубометров. Более 97% лиственницы сосредоточено в Сибирском и Дальневосточном Федеральном округах. Одним из эффективных направлений ее использования может быть комплексная переработка с организацией производства новых продуктов, востребованных на мировых и Российских рынках. 52
53. Лиственница в СибФО (В.А. Алексеев, О.А. Связева. Древесные растения лесов России. – Красноярск, 2009. ) Эвенкийский автономный округ Иркутская область Читинская область Красноярский край Республика Бурятия Республика Тыва Республика Алтай Другие
54. Лиственница в ДВФО (В.А. Алексеев, О.А. Связева. Древесные растения лесов России. – Красноярск, 2009. ) 7337 2736 1427 251 208 161 Запас древесины лиственницы в регионах Дальневосточного федерального округа, млн. кубометров Республика Саха (Якутия) Хабаровский край Амурская область Магаданская область Приморский край Сахалинская область
55. Лиственница в ДВФО 83,1 54,3 71,4 64,9 11,8 26 Доля лиственницы в общем запасе древесины в регионах ДВФО (%) Республика Саха (Якутия) Хабаровский край Амурская область Магаданская область Приморский край Сахалинская область
56. 56 Цикл превращения органических отходов целлюлозных заводов в сырьё
57. Обезвоживание осадков
58. Обезвоженные осадки – не только биотопливо, но и основа для био- рефайнинга • На ЦБК образуется большое количество отходов в виде осадков, шламов, избыточного ила и пр., • Разная природа и структура осадков требуют разного подхода к обработке и утилизации
59. Микроводоросли и ЦБП ЦБК имеют огромные количества вторичного тепла, сбрасываемого с очищенными стоками в водоемы – среднегодовая температура стоков 35-40оС, объем для крупных комбинатов – 150-300 тысяч кубометров в сутки. Эта вода может быть использована, в перспективе, для выращивания микроводорослей.
60. Производство микроводорослей (альга) в Нидерландах
61. Совместное использование био-реактора и водоемов
62. Прогноз развития производства микроводорослей
63. Торрефицированная древесина Торрефицированная древесина (Биоуголь) - это термически модифицированная и спрессованная древесина или биомасса. Био- топливо, которым можно заменить до 50 % каменного угля, сжигаемого на электростанциях. Получается в процессе низкотемпературного пиролиза - термической модификации при температуре около 250° С. В результате древесина может измельчаться по хрупкому механизму, для последующего сжигания существующими пульверизаторами каменного угля, не требуя каких- либо изменений в оборудовании электростанции. Равновесная влажность древесины снижается до 2-5 %, делая продукт гидрофобным. Это позволяет складировать его на открытых складах. Теплотворная способность и энергетическая ценность приближается к показателям обычного каменного угля.
64. Процесс «торрефикации» известен с середины ХIХ века, продукт описан в «Большой Энциклопедии», изд. Просвещения, 1907 г, как «красный уголь» «Выход угля там меньше, чем выше температура при обжигании, и в то же время уголь получается более богатый углеродом….» Температура оС Весь остаток Состав остатка в 100 частях Углерод Водород Кислород и азот Зола 150 100,00 47,51 6,12 46,29 0,08 200 77,10 51,82 4,99 43,98 0,23 250 49,57 65,59 4,81 28,9 0,63 300 33,61 73,24 4,25 21,96 0,57 350 29,66 76,64 4,14 18,44 0,61 432 18,87 81,64 1,96 15,21 1,16 1020 18,75 81,97 2,30 14,15 1,60 1500 17,31 94,57 0,74 3,84 1,66 выше 1500 15,00 96,52 0,62 0,94 1,94
65. Использование лесной щепы в Финляндии в 2000‐2012, (Тонкомер-51%, Порубочные остатки -31%, Пни и корни – 13%, Дровяная древесина – 5%) Котельные и электростанции - серые; Мелкие бойлеры в домах - красные) Источник: Тимо Карьялайнен, Лесной Форум, СПб, октябрь 2014
66. Газификация древесины – новый виток спирали Благодаря развитию инновационных технологий, в том числе применению ИТ, за последние десятилетия резко повысилась эффективность сжигания древесины и были созданы новые виды биотоплива и системы их сжигания (использования). Были созданы эффективные системы автономного тепло- обеспечения как для коттеджей, так и для муниципальных котельных, а также сопряженные с ними электрогенераторы.
67. COPYRIGHT©PÖYRY ГАЗИФИКАЦИЯ ИЗВЕСТЬРЕГЕНЕРАЦИОННОЙ ПЕЧИ METSÄ FIBRE JOUTSENO, ФИНЛЯНДИЯ • Компания Metsä Fibre построила установку по получению газа из древесины на заводе по производству хвойной товарной целлюлозы мощностью 600 000 т/г в Йоутсено с целью прекращения использования природновым газом для нагревания известьрегенерационной печи. • Газификационная установка была запущена в 2012 году и преследует следующие цели – 100% уход от сжигания природного газа в известьрегенерационной печи с переходом на газ от газификации древесины – Утилизация биомассы от целлюлозного производства – Утилизация избыточных тепловых ресурсов для высушивания • Общая стоимость инвестиций: 20 млн евро PÖYRY MANAGEMNET CONSULTING, 28TH OCTOBER 2014 10 Источник: K. Salo, Andritz Carbona РАЗВИТИЕ БИОЭКОНОМИКИ В ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ФИНЛЯНДИИ
68. Применение опилок в ИРП • В Финляндии, на заводе Стура-Энсо, в известе-регенерационной печи (ИРП) вместо ископаемого топлива используются высушенные опилки. • Завод производит растворимую целлюлозу из березы, хвойную товарную беленую целлюлозу для бумаги и электроэнергию.
69. Твердое био-топливо и природный газ – конкуренты или союзники
70. Энерго-обеспеченность территории России 70% территории России, на которых проживает 20% населения страны лишены централизованного энергообеспечения. Уровень газификации населенных пунктов составляет 63% (70% в городских и 47% в сельских населенных пунктах) («Малая энергетика»,2014, №1-2, стр.9).
71. Следует учитывать конъюнктуру газового и нефтяного рынка (Нистюк В. П. REENFOR 2014) • Добыча "Газпрома" в сентябре составила всего 29 миллиардов кубометров, снизившись на 23% в годовом выражении, свидетельствуют данные ЦДУ ТЭК. • Даже если концерн в четвертом квартале сможет выйти на уровень добычи прошлого года, все равно общегодовой показатель составит лишь 445 миллиардов кубометров и станет самым низким в истории компании, пишут аналитики "Сбербанк КИБ". • Собственный прогноз "Газпрома" на год - 460 миллиардов кубометров, передает АФН. • "Сентябрьские данные отражают совокупное действие ряда факторов: снижения спроса на газ в Европе, прекращения экспортных поставок на Украину и падения внутреннего спроса (на 2,8% за 8 месяцев 2014 года), усугубляемого тем, что независимые производители газа продолжают отвоевывать у Газпрома долю на рынке", - отмечают аналитики. • На сегодняшний день в европейских ПХГ находится 75 миллиардов кубометров газ, хранилища заполнены примерно на 90,1%. При этом в Польше и Германии уровень заполненности ПХГ достигает 99,6% и 94,3%. Между тем в украинских ПХГ аккумулировано 17 миллиардов кубов, или 52% от мощности, что ставит под угрозу зимний отопительный сезон и транзит в Европу. 71
72. Прогноз добычи газа на месторождениях ГАЗПРОМ (млрд.куб.м) ( Цит. по Нистюк В. П. REENFOR 2014) 72
73. В 2013 году мировое производство бумаги и картона составило около 400 млн. тонн Ожидается, что к 2020 году мировое производство древесных пеллет превысит 100 млн. тонн В 2012-2013гг. экспорт древесных пеллет из Северной Америки и России в страны ЕС достиг рекордных значений
74. Глобальный рынок пеллет достигнет к 2020 9 миллиардов US$ Мировой рынок пеллет, как ожидают, удвоится за следующие семь лет (Международная Конференция по Биомассе 24-27 марта 2014, Орландо, Флорида).
75. Перспективы потребления пеллет • Западная Европа: Рост с 20 миллион тонн - 2013 г. до 28 миллион тонн к 2015 и до 42 миллион тонн к 2020.
76. Рост эффективности сжигания древесины
77. Энергоэффективность • Открытые источники огня - около 5%; • Традиционные дровяные печи –до 36%; • Системы на древесном угле – 44 – 80%; • Системы на древесных гранулах – 80% и выше FAO Forestry Paper 154, 2008
78. Биотопливо нового поколения. Непрерывно расширяющееся использование пеллет (энергогранул) обусловлено их высоким энергосодержанием (в 3-5 раз выше, чем у древесной щепы). Для производства 1 ГВЧ энергии необходимо 385 кубометров пеллет или 1200-1800 кубометров щепы. Производство и применение пеллет базируется на ряде научных принципов, обеспечивающих при совместном использовании очень высокую эффективность (КПД до 95-97%).
79. Влажность В отличие от исходной древесины, имеющей благодаря природной капиллярно-пористой структуре влажность 30-50%, пеллеты имеют влажность 6-8%.
80. Двух-стадийное сжигание Сжигание пеллет осуществляется в две стадии – газификация в условиях контролируемого недостатка кислорода (лямда-датчики) и вихревое сжигание газообразных продуктов в смеси со вторичным воздухом.
81. Возможность охлаждения отходящих газов Отсутствие в древесине серы (обуславливающей при сжигании большинства других видов топлива возможность образования сернокислотного тумана) позволяет вести глубокое охлаждение отходящих газов - ниже точки росы– до 30-50°С.
82. Теплотворная способность, мДж/кг Дрова, щепа 8-17 Пеллеты 18-19 Торрефицированная древесина 22-23 Древесный уголь 30 - 33 Каменный уголь 20-37
83. Щепа Пеллеты Теплотворная способность, GJ/тонну 10 17.5 Плотность, Кг/кубометр 290 650 Энергетическая плотность, GJ/m3 2.9 11.4 Сравнение древесной щепы и пеллет (Source: Reesinck, GF Energy, 2010)
84. Производство в России в 2012 году древесных пеллет и брикетов (FPAMR 2013) В 2012 году производство пеллет в РФ выросло на 50% и достигло 1,5 млн. тонн, из которых на экспорт идет 96% (ЕС, Республика Корея). Производство брикетов выросло на 20% и достигло 0,3 млн. тонн, из которых на внутренний рынок идет 40%. Основная проблема – развитие внутреннего рынка пеллет для муниципальных и индивидуальных котельных.
85. Развитие производства пеллет в России В соответствии с КОМПЛЕКСНОЙ ПРОГРАММОЙ развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года, (утвержденной В.В.Путиным 24.04.2012 г) производство твердого био-топлива составит: 2010 г. - 3 млн. тонн; 2015 г. – 6 млн. тонн; 2020 г. – 18 млн. тонн.
87. Импорт пеллет в ЕС 27 в 2009-2013 гг. Source: FPAMR 2014; Eurostat, 2014.
88. Изменение цен на промышленные пеллеты в 2009-2013 гг. (FPAMR 2013) 115 120 125 130 135 140 145 €/tonne M+1 Q+1 Y+1
89. Производственные мощности и производство пеллет в Канаде (FPAMR 2013) Wood pellet production and capacity in Canada, 1998-2012 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Million tonnes Production Capacity
90. БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ ! e-mail: akim-ed@mail.ru tel: +7-812-786-53-23 +7-921-905-71-89 Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров, 198095, г. Санкт-Петербург, ул. Ивана Черных, 4 АКИМ ЭДУАРД ЛЬВОВИЧ