Переработка древесных отходов: технологии и перспективы

В результате функционирования деревообрабатывающей отрасли в России ежегодно остаётся 60 млн. кубометров древесных отходов. Десятки тонн их образуется в городах, особенно в парковых зонах, после обрезки зеленых насаждений. Население также избавляется от деревянных изделий в виде отходов после проведения ремонта, старой мебели, тары и т.д.

Как известно, не бывает дыма без огня, а деревообработки или заготовки леса - без неликвидных остатков древесины и соответствующих отходов производства. Тогда не лучше ли в таком случае предприятиям лесной промышленности переходить на комплексную и, главное, безотходную переработку древесины?

Древесные отходы - это огромный рынок, от подстилок для животных, топлива для производства энергии, сырья для бумаги и композитных плит. Древесина - сырьё, которое на протяжении многих столетий находило своё применение в нашем быту.

Все отходы деревообрабатывающих производств нужно утилизировать согласно федеральному закону «Об отходах производства и потребления». Утилизировать их можно по-разному: сжечь, захоронить, только за это предусмотрены штрафы и уголовная ответственность. Но наиболее экологичный и выгодный способ утилизации древесины - переработка отходов в новые продукты.

В настоящее время известно множество способов утилизации древесных отходов. В данной статье остановимся на некоторых путях использования дровяной древесины и древесных отходов, наиболее экономически целесообразных для большинства регионов России.

Современный мир быстро меняется. Экологические изменения привели к необходимости перехода на циркулярную экономику, использующую возобновляемые ресурсы, одним из которых является древесина. В Женевской концепции циркулярной экономики определены базовые принципы устойчивого развития. Использование древесины для генерации энергии (сжигание) признано наиболее низкомаржинальным.

Классификация древесных отходов

Для начала определимся с классификацией древесных отходов. Согласно классификации Росприроднадзора, древесные отходы могут быть с примесями либо натуральные. Отходы с примесями - материалы с добавлением синтетических связующих веществ (ДСП, ДВП) и древесина, покрытая маслом, лаком, олифой, краской, морёная химическими способами и т.д.

Мебель, столбы, шпалы и бумага, плиты ДВП и ДСП, посуда и тара - более чем полторы тысячи категорий товаров изготавливаются с применением древесины.

Деление на категории позволяют определить способы утилизации. Ниже представлена классификация древесных отходов по категориям:

Категория	Описание	Вид
I	Горбыль - боковая часть бревна с корой	Подгорбыльные доски - обрезки следующего слоя после распила ствола на отдельные бруски
II	Различные спилы бревен, обрезки древесины и отходы столярной обработки дерева	Крупные спилы и пр.
Деловая древесина	Древесина, которая соответствует требованиям промышленности для переработки и получения готовой продукции и различных экологичных материалов. Древесина, не попадающая в эту категорию, признаётся неделовой.

Основные способы переработки древесных отходов

Все способы переработки древесных отходов можно поделить на две группы - термические и альтернативные. Термические способы - наиболее просты и практически не требует затрат, но это скорее утилизация, нежели переработка. Группа альтернативных методов позволяет получать из отходов сырьё для дальнейшего производства товаров, топлива, энергии.

От определения категории отходов деревообработки перейдём к рассмотрению вариантов их рационального использования.

Производство пеллет из древесных отходов: оборудование и технологии

Термические способы переработки

Для сжигания древесины предназначены специальные топки и печи. Получаемым продуктом при этом является тепло, направляемое на подогрев воды и отопление помещений. Отправляемые на переработку отходы не требуют предварительной прессовки, сортировки, брикетирования, разве что крупногабаритные фрагменты распиливают.

Сжигание древесины в камере без притока кислорода называется пиролиз и известно уже давно. Суть метода в том, что в герметичном пространстве разогретой до 45оС печи древесные отходы сгорают не до состояния пепла, а превращаются в древесный уголь. Это ценное топливо, при сжигании образует большое количество тепла.

После прогорания древесины полученный уголь стабилизируют и охлаждают, отправляя затем в фасовку. Пиролизная камера не позволяет испариться жидкому остатку, который затем ректифицируют, получая уксусную кислоту, метиловый спирт и альдегиды. Технология практически безотходна, т.к. даже газ, выделяемый при пиролизе, используется для разогрева печи со следующей партией сырья.

Схема пиролизной установки

Альтернативные способы переработки

Химическая переработка древесных отходов включает в себя несколько основных разновидностей в зависимости от используемого технологического процесса. Так, остатки и обрезки древесины можно подвергнуть перегонке методом пиролиза, в результате которого можно получить как древесный уголь, так и спирт или уксусную кислоту. Разумеется, нельзя не упомянуть здесь и про изготовление целлюлозы и различной бумажной продукции.

Химические и биологические способы переработки используются на целлюлозно-бумажных, гидролизных, лесохимических предприятиях.

При заготовке древесины только в лесу остается до 25 % биомассы. При дальнейшей переработке круглого леса также неизбежно образуются отходы в виде опилок, стружки, срезок, горбылей. Следовательно, при переработке такого ценнейшего природного сырья как древесина, половина от ее объема используется не квалифицированно.

Газификация - это процесс превращения твердого топлива (древесины) в газ. Разработка техники и технологии газификации кусковой древесины, отходов ее переработки и отходов лесозаготовки с целью получения энергетического газа для котельных и дизелей очень интенсивно проводились в нашей стране в 50-60 годы прошлого столетия.

Для утилизации древесных отходов с получением газа подходят газогенераторные котлы на твердом топливе и двигатели внутреннего сгорания. Для переработки может быть использованы древесные опилки, стружки, кора, куски древесины.

Механическая переработка дерева в опилки - самый простой способ превратить древесные обрезки любой категории в новый стройматериал, подготовить для транспортировки или химической обработки. Для этого необходимо оборудование, которое позволяет получить щепу заданного размера из горбыля, продольных и торцевых обрезков, остатков шпона, фанеры.

Механическая переработка - один из наиболее простых видов переработки. Измельчение древесины в щепу не требует специфического и сложного технологического процесса, как в случае с химической переработкой.

Механические способы переработки экономически выгодны предприятиям по добыче и переработке леса, производству мебели и других изделий из дерева, лесным хозяйствам.

Оборудование для измельчения древесины не требует больших финансовых затрат, отличается простой эксплуатации.

Переработка древесных отходов в щепу позволяет привести обрезки дерева в состояние, удобное для транспортировки и дальнейшего использования.

Биологический метод подразумевает разложение под воздействием бактерий для получения компоста. С помощью микроорганизмов и бактерий происходит переработка в этиловый спирт, ксилит. Таким образом можно получить дрожжи на основе белка.

Оборудование для переработки древесных отходов

Измельчители древесины представлены разными типами - ножевые, барабанные, дисковые. Так, ножевые шредеры дают возможность получать щепу заданной формы и размеров, барабанные измельчители в основном производят древесную пыль.

Оборудование для измельчения древесины предназначены для измельчения остатков древесины с дефектами, отходов в виде горбыля и реек, срезов и веток в технологическую щепу.

Молотковые дробилки предназначены для дробления дерева, оставшегося после переработки леса. В зависимости от мощности дробилки позволяют получить щепу разного размера, в том числе мельчайшие фракции. Для загрузки подходят как мелкие, так и крупные древесные остатки, которые поступают через загрузочное устройство в дробильный барабан. В барабане закреплены молотки, которые ударяют по материалу и разбивают его на мелкие частицы.

Используемые для древесины прессы бывают двух типов: механические (обычно меньшей мощности) и гидравлические, промышленные. Путем спрессовывания стружек и опилок получают топливные пеллеты, а более мелкие деревянные фракции прессуются в брикеты.

Для этого необходимо оборудование, которое позволяет получить щепу заданного размера из горбыля, продольных и торцевых обрезков, остатков шпона, фанеры.

Рубительные машины барабанного типа используются для превращения крупных кусковых отходов в щепу нужной фракции. Молотковые дробилки подходят для измельчения сыпучих материалов (опила, стружки, щепы) влажностью до 55%.

Система переработки древесных отходов

Продукты переработки древесных отходов

Самый простой способ - производство щепы. Ей можно как отапливать собственное производство, так и доставлять её в котельные.

Одним из самых распространенных направлений переработки древесных отходов является их использование в качестве топлива (сжигание) с целью получения тепловой энергии. Однако, как правило, древесные отходы в виде опилок, мелкой щепы, стружки и коры неудобны для транспортировки, складирования и хранения. Высокая влажность древесных отходов не позволяет эффективно использовать их в качестве топлива без дополнительной подготовки.

Так, например, далеко не все виды отходов могут служить в качестве сырья для переработки. Связано это с тем, что существует ряд технологических ограничений.

Второй способ, интерес к которому в последние годы растёт довольно быстро, включает в себя переработку щепы, коры, опилок и пр. в биотопливо, а конкретнее - в топливные гранулы (пеллеты) и топливные брикеты («евродрова»).

Пеллеты - это экологически чистый вид топлива, они теплотворнее дров в 1,6 раз, но при этом дешевле и компактнее. Внутренний спрос на пеллеты растёт, например, многие регионы России начали вводить замену отопительного оборудования на пеллетные котлы. Но минус пеллетного производства в том, что к входящему сырью предъявляются высокие требования.

Производство древесно-стружечных плит и иных строительных материалов также пользуется достаточно большой популярностью у деревообработчиков. И неспроста: дерево всегда считалось у людей популярным строительным материалом. Древесная щепа и опилки служат подходящим сырьём для изготовления плит с различными характеристиками прочности и влагостойкости. Некрупные опилки и стружка находят себе применение в производстве ДВП и ДСП.

Во-первых, перерабатываются отходы от вырубки, и происходит зачистка леса. Во-вторых, утилизируется бросовая мягколиственная древесина.

Применение готового древесного угля напрямую зависит от породы перерабатываемой древесины. Повышенным спросом пользуется только уголь марки А, который применяется для производства активных углей, электроугольных изделий, кристаллического кремния, а также в качестве восстановителя в черной и цветной металлургии, угли марок Б и В - как бытовое топливо для каминов и жаровен.

Древесноугольные брикеты представляют собой высококачественное топливо. Брикеты обладают большой механической прочностью, повышенной плотностью, высокой теплотворной способностью.

Топливные брикеты могут использоваться для отопления в домашних печах и каминах, а также в заводских котельных и ТЭЦ. При сгорании теплотворная способность древесных брикетов составляет 4000-5000 ккал/кг.

Прессование древесных отходов, с одной стороны, позволяет очистить территории предприятий, а с другой - решить ряд экологических проблем. Брикеты из древесных отходов и коры практически не содержат серы, поэтому в продуктах их сгорания отсутствуют SO2 и SO3, а содержание CO минимально. Кроме того, зола, образующаяся при сжигании брикетов, обладает свойствами эффективного калийного удобрения.

Брикетирование древесноугольной мелочи производится с применением связующих веществ. В качестве связующего вещества применяют каменноугольные и древесные смолы и их пеки, продукты нефтепереработки, продукты переработки растительных материалов и прочие связующие вещества.

Экономические и экологические аспекты

Несмотря на то, что древесные отходы практически безопасны (5 класс опасности по федеральному каталогу отходов), их необходимо утилизировать. Их необходимо утилизировать, поскольку гниение способствует размножению патогенных микроорганизмов и вредителей леса.

Углекислый газ выделяется не только при добыче ископаемых ресурсов, но и при разложении неперерабатываемых древесных отходов, их сжигания.

Выбор способа утилизации древесного вторсырья зависит от характера самого сырья и материала, который нужно получить.

Утилизировать древесные отходы необходимо, однако делать это нужно в соответствии с законодательством Российской Федерации. Данный закон мог появиться ещё в 2018 году, однако его внесение перенесли на 2022 год. Законопроект содержит запрет сразу на два способа утилизации отходов, полученных в результате производственной деятельности. Это сжигание и захоронение. Таким образом, все остатки древесного происхождения должны будут попасть обратно в производственную цепочку. Они могут быть переработаны в пеллеты, древесно-стружечные плиты, компоненты для иных изделий и т. д.

Древесные брикеты по теплотворной способности не уступают бурому углю и могут его частично или полностью заменить при сжигании в котельных. Использование на предприятиях лесопромышленного комплекса установок по брикетированию и газификации позволит решить проблему использования нетоварной древесины и древесных отходов, сократить объемы древесных отходов, скапливающихся в отвалах деревоперерабатывающих предприятий, наносящих экологический вред близлежащим водоемам, обеспечить деревообрабатывающие предприятия и лесные поселки дешевой электрической и тепловой энергией, улучшить экологическую обстановку в России.