Партнеры журнала:

Биоэнергетика

Торрефицирование щепы с использованием перегретого пара

Правительство ФРГ заявило об увеличении доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергобалансе Германии до 65% к 2030 году. Для достижения этой цели приняты меры по ускоренному отказу и значительному сокращению от использования ряда ископаемых видов топлива, в первую очередь – угля. По итогам 2017 года доля ВИЭ в немецкой энергетике достигла почти 36%.

Мобильная установка торрефикации щепы в Испании
Мобильная установка торрефикации щепы в Испании

Таким образом продекларировано увеличение использования ВИЭ в 1,8 раза за ближайшие десять с небольшим лет. Одним из элементов программы должен стать «план поэтапного сокращения и прекращения использования угля в производстве электроэнергии». Уже со следующего года Германия может начать активно закрывать наиболее старые и вредные с точки зрения выбросов углекислого газа электростанции, использующие в качестве топлива бурый уголь. Это означает, что сократятся закупки угля, причем в течение десятилетия эти закупки могут полностью сойти на нет, поскольку в качестве возможной даты окончательного отказа от угля называется 2030 год.

Знаковым можно назвать для Германии сентябрь 2018 года – в Рурском индустриальном районе (федеральная земля Северный Рейн-Вестфалия) закрылась последняя в стране каменноугольная шахта Prosper-Haniel. Сейчас в Германии осталось только небольшое число шахт и открытых разрезов для добычи лигнитов (бурых углей) в восточных федеральных землях на территории бывшей ГДР. Чем на теплоэлектростанциях ФРГ собираются заменить уголь? Например, российским газом (для этого и строится газопровод «Северный поток-2»). Рассчитывают в стране и на энергию, получаемую с помощью ветровых электростанций, и солнечные панели (фотовольтаика). Но, похоже, для генерации электроэнергии ставка делается на использование растительной биомассы в виде твердого топлива для совместного сжигания на ТЭС с ископаемыми видами топлива (с теми же углями), как это уже на протяжении многих лет практикуется в других европейских странах (Нидерланды, Бельгия, Великобритания, Польша и др.), с поэтапным переходом только на биомассу.

Достижение столь амбициозной цели должно обеспечить существенное сокращение выбросов парниковых газов в атмосферу и вывести охрану окружающей среды и глобального климата на новый уровень, что полностью соответствует Парижским соглашениям, принятым 12 декабря 2015 года на конференции сторон Рамочной конвенции ООН об изменении климата (КС РКИК ООН) на период с 2020 года. Новое правительство Германии делает также ставку на сокращение энергопотребления. В частности, до 2050 года энергопотребление должно быть сокращено на 50% по сравнению с существующим уровнем, что должно обеспечить энергосбережение и повышение энергоэффективности во всех сферах жизни Германии.

Для решения описанных выше задач правительство Германии еще в 2015 году привлекло к разработке и исследованию в рамках проекта SteamBio (цель которого – использование местной биомассы в качестве биотоплива в энергетике и сырья для химической промышленности) научно-исследовательский институт, входящий в Общество Фраунгофера (Fraunhofer-Institut IGB). Для справки: НИИ IGB разрабатывает и оптимизирует разные процессы и технологии в сферах энергетики, медицины, химии, промышленности, а также защиты окружающей среды.

В скоординированном Институтом IGB проекте SteamBio была поставлена следующая основная задача: разработать технологию получения твердого биотоплива из целлюлозо- и лигниносодержащей растительной биомассы – такой как отходы лесозаготовки, лесопиления, деревообработки (порубочные остатки, топливная щепа, горбыль и прочее) и отходов АПК. Переработка этих отходов предусматривается на месте их сбора с целью сокращения транспортных расходов на перевозку до перерабатывающего предприятия, для чего в подобных проектах задействуются мобильные перерабатывающие установки (мини-заводы). Конечная продукция – биотопливо должно обладать лучшими основными характеристиками в сравнении с традиционными (пеллеты, брикеты, щепа), в частности – более высокой теплотворной способностью и гидрофобностью (для обеспечения возможности хранения и перевозки под открытым небом).

Специалисты института – разработчики проекта обратились к уже известной технологии торрефикации биомассы и на этой основе разработали свое ноу-хау – торрефикацию щепы с использованием перегретого водяного пара. Сначала исходное сырье – щепа подсушивается этим паром, а потом торрефицируется в течение определенного времени без доступа кислорода в атмосфере перегретого пара при температуре 220–250°C, которая ниже температуры начала карбонизации (пиролиза) биомассы. При подобном режиме температурного воздействия биомасса теряет часть летучих веществ с низкой теплотворной способностью, что приводит к повышению этой способности у конечного продукта – торрефицированной щепы. На выходе получается гидрофобный с низкой гигроскопичностью (вода, попадая на продукт, стекает с него, не попадая внутрь) материал высокой энергетической плотности, что обеспечивает значительную экономию при перевозках и хранении, с потребительскими характеристиками, близкими к характеристикам угля. Эту торрефицированную щепу проще и дешевле по сравнению с торрефицированными пеллетами раздробить в пылевидную высокореактивную субстанцию с целью подачи в котел электростанции вместе с углем для совместного сжигания. Важно: какой-либо реконструкции ТЭС не требуется.

Пилотный экземпляр установки работает с января 2018 года в Испании и состоит из двух контейнеров (20- и 40-футового), в которых расположено все технологическое оборудование, начиная с приемного бункера сырья, сушилки, реактора, охладителя, дробилки и заканчивая щитом управления. Потребление энергии – 155 кВт/ч, в качестве сырья используется щепа древесины бука, сосны, дуба, а также отходы оливок после переработки их на оливковое масло; производительность мобильного мини-завода – 150 кг/ч и выше в зависимости от сырья. Предприятие работает круглосуточно в три смены, без перерывов и выходных за исключением коротких остановок на техобслуживание.

В заключение стоит отметить, что Институт IGB разработал также технологию переработки отвалов лигнина гидролизных заводов в ряд востребованных продуктов: клеющие вещества, эпоксидные смолы, полиуретан и несколько видов лака.

Сергей Передерий