CC BY
117
УДК 630*3
ПРОБЛЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В
ЛЕСНОМ КОМПЛЕКСЕ РОССИИ
В.П. Корпачев, А.И. Пережилин, А.А. Андрияс, Т.И. Казанцева
ФГБОУ ВО Сибирский государственный технологический университет, 660049, г Красноярск, пр. Мира, 82, e-mail: [email protected]
Рассматривается проблема использования древесных отходов, полученных в процессе лесозаготовок и деревопе-реработки в лесном комплексе России, которые могут использоваться как биотопливо для производства многочисленных материалов. Для производства энергии используются невозобновляемые источники (нефть, уголь, газ) и возобновляемые ресурсы. Возобновляемые ресурсы в мировом потреблении составляют 13,1 %, из которых на биоэнергетику приходится 11,1 %. В России доля биоэнергетики еще ниже. Источником биоэнергетики является запас древесины. В 2014 г. объем лесозаготовок в России составил 203,0 млн. м3. При этом в вершинах, ветвях, пнях и корневой системе сосредоточено до 32 % биомассы растущего дерева. Увеличению количества отходов способствует низкое использование расчетной лесосеки. В России величина этого параметра, сложившаяся в последние годы, составляет 28-30 %. Вторым практически неиспользуемым сырьевым ресурсом является затопленная в реках древесина. В Европейской части России объемы затопленной древесины составляют около 10 млн. м3, в реках Сибири - около 500 тыс. м3. Запасы древесины в Енисейском заливе по разным источникам оцениваются от 400 тыс. м3 до 1,5 млн. м3. Третьим источником биомассы является затопленная древесина в водохранилищах ГЭС. Только в водохранилищах ГЭС Ангаро-Енисейского региона затоплено около 33 млн. м3, находится на плаву и разнесено по берегам около 5 млн. м3. Биомасса может быть использована по ряду направлений: производство различного вида биотоплива; выпуск древесных композиционных плитных материалов и продукции на основе измельченной древесины; производство плитных материалов и лесохимической продукции. Для развития направлений полного и комплексного использования древесного сырья необходима государственная поддержка лесного комплекса.
Ключевые слова: лесные ресурсы, биоэнергетика, возобновляемые ресурсы, запас древесных отходов, расчетная лесосека
Considered the problem of the use of wood waste produced in the process of logging and forest complex of Russia, which can be used as biofuel for the production of many materials. For the production of energy use nonrenewable energy sources (oil, coal, gas) and renewable resources. Renewable resources account for 13.1% of world consumption, of which bioenergy accounts for 11.1%. In Russia the share of bioenergetics is even lower. The low use of allowable cutting area promote to increase of the amount of wood waste. In Russia, the value of this parameter, existing in recent years is 28-30%. The second is almost unusable raw resource is flooded timber in the rivers. In the European part of Russia the volume of flooded timber are about 10 million m3 in the rivers of Siberia - about 500 thousand m3. Stocks of wood according to various sources the Yenisei Gulf is estimated between 400 thousand m3 to 1,5 million m3. The third source of biomass is wood submerged hydroelectric reservoirs. Only in hydroelectric reservoirs of the Angara-Yenisei region flooded about 33 million m3, is afloat and spaced along the banks of approximately 5 million m3. Biomass can be used in several areas: the production of various types of biofuels; release of wood composite board materials and products based on chopped wood; production of board materials and wood-chemical products. For the development of directions of a full and comprehensive utilization of wood raw material needs state support to the forestry sector.
Keywords: forest resources, bioenergetics, renewable resources, stock of wood resources, allowable cutting area
ВВЕДЕНИЕ
Развитие промышленного потенциала страны требует все более нарастающего потребления энергии. Основным источником энергии является ископаемое топливо: нефть, уголь, газ. В таблице 1 представлена доля различных источников в мировом потреблении энергии (Биотопливо..., 2010)
Таблица 1 - Доля различных источников в мировом потреблении энергии
Вид источника энергии Доля в мировом потреблении, %
нефть 34,3
уголь 25,0
газ 20,9
возобновляемые энергоресурсы 13,1
ядерная энергия 6,5
невозобновляемые энергоресурсы 0,2
Возобновляемые источники включают в себя в основном биоэнергетику - 11,1 % (Биотопливо., 2010). В России основными источниками энергии являются: ТЭЦ, использующие газ (190 млрд. м3, 74 %), уголь (125 млн. т, 24 %), мазут (2,5 млн. т, 2 %) (Новожилин, 2016). Высокая зависимость страны от одного вида топлива вызывает определенные риски, связанные с надежностью функционирования электроэнергетики.
В связи с этим в странах со значительными лесными ресурсами в последнее время внимание уделяется биоэнергетике, т.е. использованию возобновляемых источников энергии, которые являются практически неисчерпаемыми.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Источником биоэнергетики является используемый мировой запас древесины - около 40,0 млрд.
м3. В России на 2012 г. запас древесины составлял 83,1 млрд. м3 (Думнов, 2015). Объемы лесозаготовок в 2012 г. составляли: США - 541,0 млн. м3; Бразилия - 290,0 млн. м3; Канада - 223,0 млн. м3 (Ежегодный доклад..., 2012). В 2014 г. объем лесозаготовок в России увеличился до 203,0 млн. м3 (Торговый информационный портал., 2016).
Основным источником биотоплива являются отходы лесозаготовок и отходы деревообрабатывающей промышленности (таблица 2).
Таблица 2 - Источники и типы отходов
Источники отходов
Типы отходов
Лесозаготовки и лесное хозяйство
Лесопиление и механическая обработка древесины
Фанерное производство Плитное производство
Ветви хвоя, листва, пни, корни, низкокачественная, гнилая
и горелая древесина Кора, опилки, рейки, горбыль, трещиноватая древесина,
стружка Кора, карандаши, опилки, шпон-рванина, кромки, шлифовальная пыль
Кора, отсев стружки, опилки, шлифовальная пыль
Степень сбора на отводимых в рубку лесосеках и эффективность лесных ресурсов зависят от уровня совершенства технологии рубок главного и промежуточного пользования и систем лесозаготовительных машин. Технологический процесс лесозаготовок нельзя считать совершенным, если в процессе рубки леса образуется значительное количество отходов, которые затем приходится утилизировать. Несмотря на развитие науки и техники в области лесозаготовительного производства до настоящего времени из общего запаса насаждений, отводимых в рубку на каждой лесосеке, используется только стволовая древесина, что составляет 60 -80 % биомассы дерева, а остальная часть, как правило, остается на лесосеках и представляет собой потери и отходы лесозаготовок (Никишов, 1985; Лесная биоэнергетика., 2008).
Практический опыт показывает, что благодаря развитию производств по химической и химико-механической переработке древесины низкокачественное древесное сырье и отходы лесозаготовок после их соответствующей обработки могут найти широкое применение как сырье в различных дере-воперерабатывающих производствах.
Если вовлечь древесное сырье в сферу производства, можно значительно уменьшить дефицит в древесном сырье без увеличения объемов лесозаготовок.
Известно, что недоиспользование расчетной лесосеки отрицательно сказывается на состоянии лесных ресурсов, т. к. происходит рост площадей перестойных насаждений, качество древесины в которых сильно снижается за счет роста фаутности древостоя. Это не отвечает критериям рационального использования лесных ресурсов и не улучшает экологическое состояние лесов.
Существующие объемы отходов в процессе лесозаготовок и деревопереработки способствуют увеличению доли возобновляемого источника -биоэнергетики в общем энергетическом обеспечении страны.
Необходимо отметить, что доля гидроэнергетики в возобновляемых мировых энергоресурсах составляет 2,2 % (Лесная биоэнергетика., 2008), в России доля гидроэнергетики в балансе энергообеспечения составляет 16,5 % (Новожилин, 2016). После завершения долголетнего строительства Бо-гучанской, Усть-Среднеканской, Зарамагской, двух ГЭС средней мощности на Северном Кавказе, Ниж-небурейской ГЭС и Загорской ГАЭС в России приостановлено дальнейшее развитие гидроэнергетики при освоении всего 23 % экономически эффективной части ее гидропотенциала (Новожилин, 2016), что ставит Россию в зависимость от ископаемых источников - нефти и газа.
Такая ситуация сложилась вследствие ослабления государственного стратегического воздействия на развитие базового сегмента экономики страны (Новожилин, 2016).
В связи с этим возрастает роль биоэнергетики и вовлечения отходов лесозаготовок и деревопере-работки. Как отмечено в работах (Биотопливо., 2010; Головко, 1987) «.единственным достаточно универсальным видом полезного применения древесных отходов даже самого низкого качества, позволяющим организовать производство без каких-либо отходов, является их использование в энергетических целях для получения тепловой энергии, необходимой для производственных и бытовых нужд самих предприятий. Все, что вывезено из леса и не может быть использовано для технологических целей, должно измельчаться в топливную щепу и своевременно сжигаться в топках котельных установок с получением необходимой в производстве и быту тепловой энергии. При этом каждый плотный кубометр древесных отходов, не находящий другого применения и направленный в топки котельной, позволит сэкономить 200 - 250 кг условного топлива».
Анализируя сложившиеся направления использования отходов за рубежом в работах (Горошко, 1990; Экономика использования., 1990) авторами сделан вывод о том, что проблема уменьшения экономической зависимости от поставок нефти вообще и от зарубежных в частности ускорила поиск альтернативных вариантов, один из них - использование биомассы. В целом общие тенденции использования отходов лесозаготовок за рубежом характеризуются топливно-энергетической направленностью.
Для расчета объемов отходов древесной массы пригодной для энергетического использования и производства продукции в качестве исходных данных приняты параметры, представленные в работах
(Никишов, 1985; Вороницын, 1987; Уголев, 2001).
По исходным материалам средний объем древесной массы, сосредоточенный в вершинах, ветвях, пнях и корневой системе составляет 31,5 % биомассы в растущем дереве.
При этом необходимо отметить, что увеличению отходов лесных ресурсов способствует низкое использование расчетной лесосеки. В России средняя величина сложившаяся в последние годы - 28-30 %, в Красноярском крае - 17 % (Стратегия развития., 2014).
Таким образом, при объеме лесозаготовок в России 203 млн. м3 (2014 г.) объем отходов в лесосеке составил 60 млн. м3. В Красноярском крае при объеме лесозаготовок 13,4 млн. м3 (2013 г.) объем отходов в лесосеке составил 2,28 млн. м3, от деревопереработки -4,1 млн. м3 (31 %).
Вторым практически невостребованным сырьевым источником является затопленная древесина в реках ранее используемых для целей лесосплава. Молевым лесосплавом доставлялась потребителям в 60-е годы прошлого века до 100 млн. м3 в год. При этом потери древесины от утопа составляли 3-4 % от объема молевого сплава. По оценкам специалистов только в Европейской части России объемы затонувшей древесины могут превысить 10 млн. м3 (Карпачев, 2001). На реках Красноярского края и Иркутской области, выведенных из молевого лесосплава, по данным СибГТУ (Оценка объемов., 1995), объем затонувшей древесины составляет около 500 тыс. м3.
Велики запасы замытой и разнесенной по берегам древесины в Енисейском заливе, где в период с 1967 по 1982 гг. Нижне-Енисейской сплавной конторой было собрано и передано в производство 1,213 млн. м3 древесины (Борисовец, 1987). С тех пор и по настоящее время сбором этой древесины никто не занимается. По разным источникам объемы древесины в Енисейском заливе колеблются от 400 тыс. м3 до 1,5 млн. м3.
Третьим практически невостребованным в настоящее время источником древесных ресурсов является плавающая и затопленная древесная масса в водохранилищах ГЭС Ангаро-Енисейского региона. Только в водохранилищах ГЭС Сибири затоплено около 33 млн. м3 древесины, на акватории водохранилищ запас ее составляет около 5,0 млн. м3.
Древесные отходы могут быть использованы по следующим направлениям (Дитрих, 2010):
1. Выпуск различных видов биотоплива (использование энергии биомассы): древесные топливные гранулы (пеллеты); древесные топливные брикеты; биомазут; биодизель; биоуголь; древесноугольные топливные брикеты; активный древесный уголь; биогаз.
2. Выпуск древесных композиционных плитных материалов: древесностружечные плиты; ламинированная древесностружечная плита; древесноволокнистая плита; древесностружечная плита из
плоской ориентированной стружки; облегченная ячеистая.
3. Выпуск продукции на основе измельченной древесины - древесная мука.
4. Выпуск плитных материалов на основе неорганических связующих: арболит; гипсостружечная плита; цементно-стружечная плита.
5. Выпуск лесохимической продукции - биологически активные вещества.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основными элементами энергообеспечения страны являются ископаемые источники - нефть, газ и уголь. Доля возобновляемых источников энергии в мировом потреблении составляет 11,1 %. Еще ниже этот показатель в России, где в процессе лесозаготовок и деревообработки формируются большие запасы биомассы. Это объясняется низким процентом использования расчетной лесосеки и недостаточно эффективными технологиями и техническими средствами лесозаготовительной и деревоперерабатывающей техники.
Развитию эффективного использования древесных отходов мешают следующие причины: концентрация сырья происходит на значительном удалении от пунктов переработки, большие транспортные издержки, энергоемкость производственных процессов, сложность технологических процессов и т.д.
Для развития направлений полного и комплексного использования древесного сырья необходима государственная поддержка лесного комплекса.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Биотопливо из древесного сырья: монография. - М.: ГОУ
ВПО МГУЛ, 2010. - 384 с. Новожилин В.Д., Тулянкин С.В., Гидроэнергетика России // Гидротехническое строительство. - 2016. - № 1. -С. 2-7.
Думнов А.Д. Лесные ресурсы в системе природно-ресурс-ного и экономического учета в России // Использование и охрана природных ресурсов России: научно-информационный и проблемно-аналитический бюллетень. -2015. - № 1. - С. 28-37. Ежегодный доклад о состоянии и использовании лесов Российской Федерации за 2012 г. Торговый информационный портал лесной отрасли [Электронный ресурс]. - режим доступа: http://drevesma. fordaq.com.
Никишов В.Д. Комплексное использование древесины. -
М.: Лесная промышленность, 1985. - 264 с. Лесная биоэнергетика: учебное пособие / Под. ред.
Ю.П. Семенова. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. - 348 с. Головко С.И., Коперин И.Ф., Найденов В.И. Энергетическое использование древесных отходов. - М.: Лесная промышленность, 1987. - 224 с. Горошко С.К. Экономика безотходных технологий лесного комплекса. - М.: Лесная промышленность, 1990. -184 с.
Экономика использования вторичных древесных ресурсов / С.М. Спринцын, Т.А. Сапожникова, С.А. Литвинен-
ко, В.К. Малышкина. - М.: Лесная промышленность, 1990. - 240 с.
Отраслевая методика определения объемов вторичных материальных ресурсов в лесной и деревообрабатывающей промышленности. - М., 1978. - 66 с.
Вороницын К.И. О минимальной высоте пня / К.И. Воро-ницын, С.В. Гусев // Лесная промышленность. - 1987. -№ 7. - С. 15-16.
Уголев Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: учеб. для вузов / Б.Н. Уголев. - М.: Лесная промышленность, 2001. - 368 с.
Стратегия развития лесного комплекса Красноярского края на период до 2025 г. Министерство природных ресурсов и экологии Красноярского края. - Красноярск, 2014.
Карпачев В.П. Лесная промышленность. - 2001. - №1. -С. 13-14.
Оценка объемов и качества древесной массы на реках Ангаро-Енисейского района / В.Н. Худоногов, М.М. Чебых, Л.И. Малинин, Д.А. Жемчугов // Лесоэксплуатация: межвуз. сб. науч. тр. - Красноярск, 1995. -С. 61-65.
Борисовец Ю.П. Освоение древесного сырья на акватории водохранилищ Восточной Сибири и Енисейского залива / Ю.П. Борисовец // Лесоэксплуатация и лесосплав: Обзорная информация. Вып. 5. - М.: ВНИПИЭ-Леспром, 1987.- 36 с.
Дитрих В.И. Оценка объемов и возможные пути использования отходов лесозаготовок на примере Красноярского края / В.И. Дитрих, А.А. Андрияс, А.И. Пережилин, В.П. Корпачев. // Хвойные бореальной зоны. -2010. - XXVII. - № 3-4. - С.340-351
Поступила в редакцию 16.11.15 Принята к печати 10.05.16
