Лесная энергетика
Из всех природных энергетических ресурсов лес, пожалуй, играл главную роль в становлении и развитии нашей цивилизации. Даже сейчас, в век НТР и атомной энергетики, 47% заготавливаемой в мире древесины сжигается в качестве топлива, что заменяет миллиард тонн нефти.
Сжигание дров — не самый эффективный способ получения энергии из древесины. Об этом знали наши предки, пережигавшие дрова и древесные отходы для получения древесного угля. Уголь жгли не только в быту. Его широкое использование как топлива, горящего без пламени и дыма, началось с появлением металлургии.
Свойства древесного угля зависят от текстуры древесины, из которой он получен. Уголь из дуба, арчи ценился выше, чем из других пород деревьев. По-видимому, древние металлурги хорошо знали, какие породы деревьев, какого возраста, из каких мест произрастания требовались для выжигания угля, необходимого для выплавки высококачественной стали. Не в этом ли секрет булатной оружейной стали?
Ради получения древесного угля сжигались леса на огромных площадях. «Лес предшествовал человеку, пустыня следовала за ним», — заметил французский мыслитель Шотобриаи. Многотысячелетняя история цивилизаций Востока — история обезлесения гор и предгорий Передней и Средней Азии. По свидетельству арабских историков густые арчовые, фисташковые, кленовые леса покрывали склоны предгорий и гор Копетдага, Тянь-Шаня, Памира. Сейчас, глядя на безлесные горы, трудно представить, что здесь когда-то шумели густые леса, в которых Александр Македонский устраивал охоту на львов и «других благородных зверей». Ещё в 19-ом веке встречались густые фисташковые и арчовые леса в верховьях Заравшана, от которых к настоящему времени осталась лишь кустарниковая растительность. Арча — среднеазиатская разновидность можжевельника, живущая до 2 000 лет. Теперь она сохранилась в труднодоступных и непроходимых ущельях.
Углежжение в России широко применялось до 30-х годов 20-го столетия. В числе зимних отхожих промыслов оно было составной частью уклада русского крестьянина. Двухметровые ямы, в которых выжигался уголь, до сих пор встречаются в долине реки Малая Истра в Московской области.
Со временем ямное углежжение сменилось костровым, затем печным. При последнем стало возможным получение и других продуктов сухой перегонки древесины — различных смол, древесного уксуса, спирта и т.д.
Советская металлургическая промышленность на Южном Урале в начале 30-х годов ощущала дефицит коксующихся углей. В 1933 году была пущена непрерывно действующая углевыжигательная печь. В сутки она пережигала свыше 80 м3 дров, из которых выходило 7,4 тонны угля, если дрова были из хвойных пород, и 8,8 тонн — из берёзовых дров. Печь эта в строю до сих пор. Промышленные масштабы приобрело углежжение и в странах Запада, особенно в США. Сейчас производство древесного угля всюду сокращается. Значение его как топлива практически сошло на нет. Применяется в производстве электроугольных изделий, дымного пороха, антикоррозийных порошков, ферросплавов.
Однако в ряде стран в последнее время вновь возрос интерес к энергии, получаемой от переработки древесных отходов и фитомассы (пока для получения энергии человечество использует в основном стволовую древесину). В США подсчитали, что стоимость такой энергии составляет всего 25 — 30 долларов за тонну условного топлива, в то время как стоимость энергии, получаемой при сжигании угля, — 50 — 60, а нефти — 150 — 160 долларов.
Из лесных отходов можно получать органические соединения, аналогичные тем, что содержатся в нефти, и газообразное топливо. В штате Орегон построен завод по выпуску «нефти» из древесной щепы. Из одной тонны сырья влажностью не более 4% термохимической обработкой здесь получают до 300 килограммов «нефти». Лесодобывающая промышленность Великобритании использует энергоустановки, тоже работающие на древесных отходах. КПД таких паровых мини-двигателей (до 65%) мощностью около 5 кВт делает их вполне конкурентноспособпыми с дизелями или электродвигателями.
В Италии идёт усиленный поиск культур, которые обеспечивали бы наивысший ежегодный прирост фитомассы. Среди них некоторые сорта ивы, тополя, дающие годовой прирост до 60 м3 древесины на гектар. Недалеко то время, когда будут создаваться энергетические плантации из таких пород, способные в максимальной степени аккумулировать в процессе фотосинтеза солнечную энергию.
Широкое внедрение в практику отечественного лесного хозяйства работающих на отходах леса небольших и мобильных ретортных установок и печей для получения древесного угля, смолы и горючих газов не потребует крупных ассигнований. Они не будут угрожать человечеству экологическими катастрофами.
Ценность представляют не только энергетические свойства древесного угля. Высокая пористость, а значит и большая удельная поверхность, определяет его выраженную адсорбционную способность. Пористость угля полученного, к примеру, из осины и тополя, составляет 70%, тогда как у кокса — 37 — 57%. Ещё в прошлом древесный уголь применяли для очистки вод от органических примесей. И сейчас ещё многие водоочистные станции используют для дезодорации воды активированный уголь. Но для очистки современных промышленных стоков и сточных вод уголь используют мало — в первую очередь из-за его нехватки. Между тем, интенсивнее всего поглощаются углем газы, наиболее растворимые в воде, а значит, и сильнее её загрязняющие. Следует расширить, в связи с обострением экологической обстановки, использование древесного угля для очистки загрязнённых вод. Пока же 60 миллионов тонн древесных отходов, которые могли бы быть переработаны в вещество для очистки воды, сами создают реальную угрозу органического загрязнения наших рек и озёр.
Сжигание дров — не самый эффективный способ получения энергии из древесины. Об этом знали наши предки, пережигавшие дрова и древесные отходы для получения древесного угля. Уголь жгли не только в быту. Его широкое использование как топлива, горящего без пламени и дыма, началось с появлением металлургии.
Свойства древесного угля зависят от текстуры древесины, из которой он получен. Уголь из дуба, арчи ценился выше, чем из других пород деревьев. По-видимому, древние металлурги хорошо знали, какие породы деревьев, какого возраста, из каких мест произрастания требовались для выжигания угля, необходимого для выплавки высококачественной стали. Не в этом ли секрет булатной оружейной стали?
Ради получения древесного угля сжигались леса на огромных площадях. «Лес предшествовал человеку, пустыня следовала за ним», — заметил французский мыслитель Шотобриаи. Многотысячелетняя история цивилизаций Востока — история обезлесения гор и предгорий Передней и Средней Азии. По свидетельству арабских историков густые арчовые, фисташковые, кленовые леса покрывали склоны предгорий и гор Копетдага, Тянь-Шаня, Памира. Сейчас, глядя на безлесные горы, трудно представить, что здесь когда-то шумели густые леса, в которых Александр Македонский устраивал охоту на львов и «других благородных зверей». Ещё в 19-ом веке встречались густые фисташковые и арчовые леса в верховьях Заравшана, от которых к настоящему времени осталась лишь кустарниковая растительность. Арча — среднеазиатская разновидность можжевельника, живущая до 2 000 лет. Теперь она сохранилась в труднодоступных и непроходимых ущельях.
Углежжение в России широко применялось до 30-х годов 20-го столетия. В числе зимних отхожих промыслов оно было составной частью уклада русского крестьянина. Двухметровые ямы, в которых выжигался уголь, до сих пор встречаются в долине реки Малая Истра в Московской области.
Со временем ямное углежжение сменилось костровым, затем печным. При последнем стало возможным получение и других продуктов сухой перегонки древесины — различных смол, древесного уксуса, спирта и т.д.
Советская металлургическая промышленность на Южном Урале в начале 30-х годов ощущала дефицит коксующихся углей. В 1933 году была пущена непрерывно действующая углевыжигательная печь. В сутки она пережигала свыше 80 м3 дров, из которых выходило 7,4 тонны угля, если дрова были из хвойных пород, и 8,8 тонн — из берёзовых дров. Печь эта в строю до сих пор. Промышленные масштабы приобрело углежжение и в странах Запада, особенно в США. Сейчас производство древесного угля всюду сокращается. Значение его как топлива практически сошло на нет. Применяется в производстве электроугольных изделий, дымного пороха, антикоррозийных порошков, ферросплавов.
Однако в ряде стран в последнее время вновь возрос интерес к энергии, получаемой от переработки древесных отходов и фитомассы (пока для получения энергии человечество использует в основном стволовую древесину). В США подсчитали, что стоимость такой энергии составляет всего 25 — 30 долларов за тонну условного топлива, в то время как стоимость энергии, получаемой при сжигании угля, — 50 — 60, а нефти — 150 — 160 долларов.
Из лесных отходов можно получать органические соединения, аналогичные тем, что содержатся в нефти, и газообразное топливо. В штате Орегон построен завод по выпуску «нефти» из древесной щепы. Из одной тонны сырья влажностью не более 4% термохимической обработкой здесь получают до 300 килограммов «нефти». Лесодобывающая промышленность Великобритании использует энергоустановки, тоже работающие на древесных отходах. КПД таких паровых мини-двигателей (до 65%) мощностью около 5 кВт делает их вполне конкурентноспособпыми с дизелями или электродвигателями.
В Италии идёт усиленный поиск культур, которые обеспечивали бы наивысший ежегодный прирост фитомассы. Среди них некоторые сорта ивы, тополя, дающие годовой прирост до 60 м3 древесины на гектар. Недалеко то время, когда будут создаваться энергетические плантации из таких пород, способные в максимальной степени аккумулировать в процессе фотосинтеза солнечную энергию.
Широкое внедрение в практику отечественного лесного хозяйства работающих на отходах леса небольших и мобильных ретортных установок и печей для получения древесного угля, смолы и горючих газов не потребует крупных ассигнований. Они не будут угрожать человечеству экологическими катастрофами.
Ценность представляют не только энергетические свойства древесного угля. Высокая пористость, а значит и большая удельная поверхность, определяет его выраженную адсорбционную способность. Пористость угля полученного, к примеру, из осины и тополя, составляет 70%, тогда как у кокса — 37 — 57%. Ещё в прошлом древесный уголь применяли для очистки вод от органических примесей. И сейчас ещё многие водоочистные станции используют для дезодорации воды активированный уголь. Но для очистки современных промышленных стоков и сточных вод уголь используют мало — в первую очередь из-за его нехватки. Между тем, интенсивнее всего поглощаются углем газы, наиболее растворимые в воде, а значит, и сильнее её загрязняющие. Следует расширить, в связи с обострением экологической обстановки, использование древесного угля для очистки загрязнённых вод. Пока же 60 миллионов тонн древесных отходов, которые могли бы быть переработаны в вещество для очистки воды, сами создают реальную угрозу органического загрязнения наших рек и озёр.