Перспективы развития биоэнергетики
Лесная технологическая платформа
Сохранение наших природных богатств, а также разумное управление ими – основная задача для достижения устойчивого развития экономики в XXI веке. Стабильный экономический рост требует рационального отношения к ресурсам, предназначенным для промышленного производства, обеспечения экологической безопасности, а также построения системы финансирования, обеспечивающей привлечение долгосрочных инвестиций.
В настоящее время по всем направлениям работают 28 технологических платформ. Именно по этим направлениям предполагается выделение существенных объемов финансирования странами ЕС для проведения различных научно-исследовательских работ, реализующихся на предприятиях малого и среднего бизнеса.
В 2004 году Европейская конфедерация лесоперерабатывающей промышленности, Конфедерация европейских лесовладельцев, а также Конфедерация европейских целлюлозно-бумажных предприятий взяли на себя инициативу по созданию технологической платформы для лесного сектора. Она была образована для обеспечения наиболее эффективного внедрения и использования инноваций в лесном секторе на основе тесной координации научного, производственного и кадрового потенциала. Реализация этой платформы должна способствовать повышению конкурентоспособности лесного сектора за счет успешного доведения новых идей и разработок до конечного потребителя с учетом требований рынка.
По сути, технологическая платформа представляет собой процесс, который включает все стадии формирования и преобразования лесных ресурсов. Она должна обеспечить эффективное взаимодействие различных предприятий и организаций в исследованиях и разработках, а также в их применении с целью укрепления позиций лесного сектора.
В Лесной технологической платформе (рис. 1) выделено пять стоимостных цепочек: лесное хозяйство, целлюлозно-бумажная промышленность, древесная продукция, биоэнергетика, специализация (новые направления бизнеса).
Одной из важнейших задач, формируемых в рамках платформы, является поиск решений, в результате которых сократится потребление источников ископаемого топлива, не являющихся возобновляемыми (нефть, природный газ, уголь, минеральное топливо). Это должно обеспечить смену ориентиров глобальной экономики и направить их на устойчивое использование продуктов на биологической основе (биоэнергии, биотоплива).
Формирование стоимостной биоэнергетической цепочки начинается с анализа ресурсов. Что является сырьем для отечественной биоэнергетики? Известно, что Россия располагает самыми большими биоресурсами в мире. Только российские леса занимают 22 % лесов земного шара. Однако при построении цепочки нельзя исходить только из того, что мы просто имеем. Развитие биоэнергетики должно строиться не на лесных ресурсах как таковых, а на тех ресурсах, которые можно эффективно использовать сегодня и в ближайшее время: отходы лесозаготовки и дерево¬переработки (рис. 2).
Важно понимать, что отводится в рубку. Биомасса лесосечного фонда включает в себя не только ликвидную древесину, но и малоценную древесину, отходы кроны, пни и корни, кору. Однако они считаются отходами и не перерабатываются. С учетом технологических потерь и экологических ограничений в России их объем ежегодно составляет свыше 30 млн тонн (по данным 2005 года). А это как раз то сырье, которое может быть использовано в биоэнергетике: оно имеет малую зольность, низкое содержание серы, высокий уровень летучих соединений.
То же самое происходит и с отходами деревопереработки: не все предприятия в дальнейшем используют кору, опилки, откомлевку. При этом выход готовой продукции в лесопилении составляет 50 %.
Одним из возможных направлений получения сырья для биотоплива также являются плантационные посадки быстрорастущих древесных и кустарниковых энергорастений с высоким среднегодовым приростом биомассы: практикуется посадка ивы, акации, тополя с высокой плотностью на 1 га. Периодичность сбора урожая определяется способом дальнейшего использования древесины, однако в среднем она составляет от 2 до 5 лет. Главный фактор обеспечения рентабельности — значительное увеличение (в 3−4 раза) выхода древесины с гектара, в том числе за счет проведения серьезной селекционной работы.
Энергодревесина по своей теплотворной способности не отличается от обычной древесины. В сухом состоянии для ивы она составляет 19 МДж / кг. Как правило, в котельных используется влажная щепа, поступающая зимой сразу же после вырубки с плантаций, причем использоваться она может одновременно и с отходами лесозаготовки, и с отходами деревообработки.
Земли, пригодные для выращивания быстрорастущих пород древесины, целесообразно искать на заброшенных сельскохозяйственных площадях и там, где выращивание сельскохозяйственных культур становится невыгодным. В этом плане может возникнуть конкуренция за использование территорий, что потребует проведения подробного экономического анализа в каждом конкретном случае. Для энергетических целей могут быть также использованы земли, на которых такие посадки одновременно будут выполнять защитные функции. В европейских странах уже сейчас вдоль дорог высаживаются быстрорастущие деревья, которые одновременно могут быть источником топливно-энергетических ресурсов.
В России плантации быстрорастущих энергорастений могут быть заложены в южных регионах, где существует дефицит лесных ресурсов и большая потребность в энергоресурсах. Посадки высокопродуктивных быстрорастущих деревьев и кустарников дадут возможность энергетике отдаленных поселков работать в автономных условиях, независимо от централизованных поставок топлива. Это позволит снизить стоимость производства теплоэнергии и использовать малопродуктивные земли (или земли, полностью выведенные из оборота).
Спрос на сырье обеспечивается производителями биоэнергетической продукции. Детальный анализ рынка производится, как правило, задолго до выведения продукции на рынок. По сути, его проводят ещё на стадии оценки научных идей и проектов. Уже тогда разрабатывается стоимостная цепочка от сырья до конечного потребителя с учетом всех стадий производства, технологических особенностей, логистической специфики. Принимается во внимание и так называемый поперечный спрос на оборудование, материалы, работы и услуги, обеспечивающие производство и доставку биоэнергетической продукции потребителю. Спрос на различные виды биоэнергетической продукции можно разграничить четко определенным кругом потребителей (рис. 3).
биоэнергетики
Биогаз используется в теплоэнергетике, биодизель чаще применяется для автотранспорта. Твердое топливо – щепа, пеллеты – используются для отопления и получения электроэнергии. Древесный уголь находит свое применение в первую очередь на химическом рынке, но его также активно используют как топливо в домохозяйстве. Этанол применяется на химическом рынке, однако он находит свое применение и на рынке автотоплива.
В России пока нет четко сформированных границ биоэнергетического рынка. Можно выделить три основных направления развития отечественной биоэнергетики (см. табл.), о которых далее пойдет речь.
Первичная переработка отходов лесозаготовки и деревопереработки на щепу
Энергетика – одна из отраслей промышленности, от работы которой напрямую зависит состояние экономики как нашей страны, так и всего мира. Она включает в себя добычу, транспортировку, хранение, производство и распределение всех видов энергоносителей: газа, нефти и нефтепродуктов, твердых видов топлива. Основные черты российской энергетики:
- Огромный энергетический потенциал источников ископаемого и возобновляемого топлива.
- Ориентация на экспорт во всех секторах топливно-энергетического комплекса.
- Продолжающееся реформирование энергетической отрасли на фоне растущих цен на основные источники энергии: нефть, газ, уголь, электроэнергию.
- Низкая стоимость газа на внутреннем рынке при высокой цене на газ на международном рынке.
- Невысокая доля биоэнергетики – 0,22−2,00 % (по сути, неизвестна, т. к. качество статистических данных о производстве и потреблении биотоплива довольно низкое).
По регионам доля биоэнергетики значительно различается. Как правило, в тех регионах, где нет газовой трубы, уровень использования возобновляемых ресурсов в теплоэнергетике достаточно велик: по Карелии – 22 %, по Коми – 20 %. Новгородская область значительно активнее использует газ, и доля возобновляемых ресурсов в теплоэнергетике не превышает 4 %.
- Возможность заменить 25 % потребляемой энергии биоэнергией.
- Ратификация Киотского протокола.
Работа коммунальной энергетики характеризуется низким качеством предоставления коммунальных услуг, неэффективным использованием топливно-энергетических ресурсов и загрязнением окружающей среды. Острейшая проблема энергетики России – катастрофическое состояние оборудования. Аварийно-восстановительный ремонт практически вытеснил планово-предупредительный, что приводит к ещё большему износу и снижению надежности работы объектов коммунальной энергетики.
В среднем по России износ объектов коммунальной инфраструктуры составляет 60 %, а в отдаленных местностях он превышает и 75 %. По состоянию на 1 января 2005 года износ котельных составил 55 %. Отмечается значительное несоответствие фактического объема инвестиций в энергетику необходимым потребностям. В то же время обновление фондов можно достаточно быстро провести за счет средств от реализации углеродных механизмов.
По условиям Киотского протокола при использовании возобновляемых источников энергии выбросы парниковых газов считаются нулевыми. Ведь при сжигании из древесины освобождается углекислый газ в тех же объемах, в каких и был поглощен. Реконструкция котельных и их перевод на древесное топливо позволяет получать единицы сокращенных выбросов и реализовывать их зарубежным инвесторам. Доход при этом, как показывают расчеты, значительно больше затрат на реконструкцию.
Уже сейчас заключаются контракты на продажу углеродных кредитов. Пока объем мирового углеродного рынка незначителен, однако он очень быстро растет. Основную его долю составляют продажи по механизмам чистого развития и Торговой системы эмиссии внутри стран ЕС.
Говоря о развитии данного направления в России, можно отметить, что в нашей стране биоэнергетические проекты только начинают реализовываться. Причем одним из действенных факторов здесь стало увеличение цен на уголь и нефтепродукты. При отсутствии газа котельные активно переводятся на местные виды топлива, в основном это древесное топливо и в единичных случаях торф.
Проекты, как правило, реализуются для выработки энергии на собственные нужды и для продажи теплоэнергии потребителям. Основным потребителем здесь является коммунальная сфера (зачастую она же и реализатор, и заказчик проектов).
В настоящее время разрабатывается общероссийская программа по переводу коммунальных котельных с ископаемого топлива на щепу. В рамках программы предполагается реализация единиц сокращенных выбросов в результате выполнения зонтичных углеродных проектов. Эти углеродные проекты состоят из большого количества малых проектов по реконструкции котельных. Реализация программы позволяет:
- реконструировать коммунальную теплоэнергетику, снизив уровень износа и повысив эффективность работы объектов коммунальной инфраструктуры;
- улучшить экологическую ситуацию за счет снижения вредных выбросов от производства теплоэнергии и использования миллионов тонн лесосечных отходов, гниющих сейчас в лесу;
- привлечь внебюджетные средства в модернизацию коммунальной инфраструктуры;
- обеспечить развитые страны большим и стабильным источником единиц сокращенных выбросов.
Выполнение программы даст возможность повысить эффективность, устойчивость и надежность функционирования жилищно-коммунальной системы, позволяя привести объекты коммунальной энергетики в соответствие со стандартами качества, обес¬печивающими комфортные условия проживания жителей отдаленных поселков.
Производство гранулированного топлива из отходов деревопереработки
Производство биоэнергетической продукции, рассчитанной на европейский рынок, пока незначительно: в России работает около 50 предприятий, производящих гранулированное топливо с суммарным объемом производства 100 тыс. тонн (по данным на 2006 год). Основными барьерами на пути развития данного направления являются:
- Отсутствие транспортно-логистической инфраструктуры для поставки готовой продукции – пеллет и брикетов – на зарубежные рынки.
- Отсутствие отечественных стандартов на биотопливо, согласуемых со стандартами стран-потребителей.
- Основные потребители пеллет и брикетов в Европе заинтересованы в долгосрочных, стабильных, крупных поставках. Однако отечественные предприятия очень небольшие, и одна закупочная партия европейской компании может складываться из нескольких партий разных производителей. Вследствие того, что требования к гранулированному топливу на европейском рынке предъявляются достаточно серьезные, возникает проблема согласования условий производства и качества выпускаемой продукции между различными производителями топлива.
- Низкий уровень предоставления консультационных услуг для российских производителей и продавцов по вопросам организации бизнеса, исследования рынка, выбора, применения технологий, производства и реализации биотоплива.
- Низкий уровень отечественного оборудования, обеспечивающего подготовку сырья для биотоплива и выпуск топливных гранул, в совокупности с малым объемом его производства.
Российская наука имеет интересные наработки в области использования твердого биотоплива. В Санкт-Петербургском государственном политехническом университете ведутся работы по исследованию сжигания отходов древесины в топках с низкотемпературным вихрем. В Тамбовском государственном университете разработан котельный агрегат, работающий по принципу псевдосжиженного кипящего слоя. Московский государственный университет леса проводит работы, связанные с использованием биоэнергетических ресурсов для получения тепло- и электроэнергии. В Санкт-Петербургском государственном университете растительных полимеров идет создание кафедры биоэнергетики.
Углубленная переработка отходов в новые биоэнергетические продукты
Углубленная переработка отходов деревопереработки требует строго согласованной совместной работы специалистов многих научных направлений: биологии, физики, химии и технических наук. Развитие систем производства продукции, в основе которых лежат кардинальные изменения, а также систем производства нескольких продуктов станет в будущем ключом как к развитию биоэнергетики, так и к развитию всей лесной отрасли.
Биоэнергетические продукты глубокой переработки уже сейчас используются во многих странах. В Швеции общественный транспорт работает на биогазе и биодизеле. Здесь же ходит первый в мире экологический поезд, работающий на биогазе. Топливо на основе пальмового масла используется в качестве горючего в Малайзии. Четверть автомобилей в Бразилии работают на топливе, изготовленном из сахарного тростника.
Пока большинство технологий углубленной деревопереработки с получением новых биоэнергетических продуктов не могут конкурировать в российской экономике с технологиями, основой которых является ископаемое топливо. Однако у нас все же есть некоторые интересные наработки в области жидкого и газообразного биотоплива.
Лесотехническая академия совместно с Институтом технологических проблем энергомашиностроения и океанотехники разработали экспериментальную дизельную установку, работающую на продуктах газификации древесины. ИИЦ «Стирлинг-технологии» и ЗАО «Строймонтаж» работают над проблемой сжижения биометана. ВНИИ механизации сельского хозяйства проводит исследования по использованию жидкого биотоплива на базе самого распространенного трактора в России – МТЗ-80 / 82 (доля в тракторном парке 46 %).
Перспективы развития биоэнергетики в России:
- стабильное использование лесных ресурсов для постоянного увеличения продукции с высокой добавленной стоимостью;
- формирование новых направлений, в основе которых лежит более полное, углубленное использование древесных ресурсов;
- развитие сотрудничества с другими отраслями экономики;
- создание новых рабочих мест;
- увеличение уровня использования местных видов топлива;
- предотвращение изменения климата через сокращение выбросов парниковых газов.
В ближайшее время для развития биоэнергетического направления в рамках Лесной технологической платформы необходимо выполнить следующие задачи:
1. Разработать цепочки поставки биоэнергетической продукции, детализированные с момента заготовки сырья до конечного потребителя.
2. Проанализировать и выбрать стратегические научные направления в области развития биоэнергетики. При выборе направлений необходимо ориентироваться на развитие биоэнергетики в европейских странах. При этом должны приниматься во внимание позиции всех заинтересованных сторон: государства, промышленности, общества, потребителей.
3. Оценить рыночный потенциал существующих и разрабатываемых технологий.
4. Обеспечить приток инвестиций в развитие биоэнергетики.
Для того чтобы развитие биоэнергетики в России было успешным и отвечало целям и задачам по формированию высокотехнологичных производств по глубокой и комплексной переработке древесины, необходимо активизировать работу по формированию биоэнергетического направления в рамках Лесной технологической платформы, обеспечивая тем самым его совместимость с приоритетами развития стран Европы. При этом необходимо учитывать все стадии формирования и переработки лесных ресурсов, включая спрос на оборудование, материалы, работы и услуги, обеспечивающие производство и доставку биоэнергетической продукции потребителю.
Александр КЛИШКО
