Переработка отходов деревообработки: технологии и перспективы

Дерево - самый популярный природный материал, который применяется повсеместно. Оно отличается универсальностью применения в любых отраслях строительства и промышленности. К тому же это восполняемый ресурс, поэтому стоимость древесины остается стабильной. Однако требуется полная переработка древесины, чтобы сохранить леса и снизить расходы на получение материалов.

Не бывает деревообработки без отходов производства: щепы, опилок, стружки, спилов. Почти половина древесины на предприятиях остаётся невостребованной. 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.

Переработка древесных отходов способствует бережному отношению к природе и рациональному использованию ее ресурсов. Древесные отходы - это остатки сырья и лесоматериалов от производственных процессов заготовки, распила, обработки древесины, которые не соответствуют стандартам качества и некондиционные по размеру.

Существует несколько классификаций древесных отходов:

• По видам остатков дерева.
• По отраслевой принадлежности.
• По области применения.

Почти все отходы древесины относятся к 4 и 5 классу опасности по ФККО. Например, отходы ветвей, зелень.

Основные методы переработки древесных отходов

Наука постоянно находится в поиске способов получить дешевое сырье. Поэтому находятся новые методы переработки дерева. Это не только снижает объем отходов, но и позволяет использовать древесину полностью. Но даже современные методы переработки не позволяют полностью избежать отсутствия отходов.

Оптимальным решением является комплексная переработка древесины, которая позволяет использовать до 97% сырья. В таком случае используются различные методы с использованием специального оборудования.

Биологические методы

Для переработки используются бактерии, под воздействием которых опилки и стружка разлагаются. Этот способ достаточно долгий, однако он может использоваться не только в промышленных масштабах, но и на небольших производствах.

Механические методы

Используются для производства сырья, которое применяется для строительных материалов, различных видов древесных плит, древесного спирта. Механическая переработка заключается в распиле и дроблении.

Химические методы

Он заключается в использование специальных веществ, которые растворяют древесину в жидкое вещество, которое применяется при изготовлении бумаги, канифоли, растворителей.

Пиролиз древесины

При использовании этого способа древесина нагревается до высокой температуры в среде без воздуха.

Метод гидролиза

Результатом гидролиза является получение древесного этанола.

Газификация древесины

Используется для получения топлива на основе древесины, которое имеет газообразное состояние.

В зависимости от выбранного метода, на выходе можно получить следующие продукты:

• Щепа: Самый простой способ - производство щепы. Ей можно как отапливать собственное производство, так и доставлять её в котельные. Щепа используется в изготовлении строительных плит, брикетов для отопления, в лесном и сельском хозяйстве. Разница между ними заключается в цене. В связи с этим выделяют технологическую и топливную щепу.
• Пеллеты: 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. Пеллеты - это биотопливо, топливные гранулы. Для производства используют опилки.
• Брикеты: Брикеты - альтернатива дровам. В основном формируют из щепы. Высокая плотность обеспечивает продолжительное горение.
• Строительные плиты: На их основе изготавливаются древесные плиты. Строительные плиты - цементно-стружечная, гипсостружечная, древесностружечная и древесноволокнистая.
• Арболит: Арболит - древобетон, блок из щепы и цемента.
• Древесный уголь: Древесный уголь - при горении не образует ядовитых веществ, обладает высокой теплопроводностью.

Благодаря разработанным технологиям, можно получать деревянные брусы большого сечения без склеивания. "В древесине в процессе сушки всегда возникают напряжения, что в критический момент приводит к разрыву древесины, то есть образования трещин. А мы смогли обмануть природу деформации древесины. Мы научились массив дерева обрабатывать специальной пропиткой. Не надо строгать, выпиливать, 50% отбрасывать в отходы, а можно сразу получать готовую продукцию. <…> И это уже технологии 21 века", - приводит пресс-служба слова доцента кафедры технологии композиционных материалов института лесных технологий университета Михаила Баяндина.

Для клееных изделий из дерева в университете также предлагают новые технологии. Сейчас во многих синтетических клеях используют небезопасный формальдегид. Сотрудники проблемной лаборатории новых древесных материалов института лесных технологий разработали экологически безопасный клей из природного, воспроизводимого сырья. Производство из отходов деревообработки древесно-стружечных плит приносит дополнительно 70-80% рентабельности, если же делать экологически чистые уникальные продукты на основе разработанного клея, то, по оценкам специалистов, рентабельность можно довести уже и до 200%.

Тренды деревообработки

Модификация древесины - это современный мировой тренд. Сотрудники лаборатории проводят серьезные исследования по изменению физического состояния древесины. Разработаны принципиально новые технологии придания березе различных расцветок, имитирующих дуб или красное дерево. Цвет сохраняется не только на поверхности, он остается неизменным на всю глубину образца.

Гнутая мебель, например, известные венские стулья, изготавливается из бука, дуба, ясеня, которые в Сибири не растут. Благодаря технологии модификации древесины, созданной в университете, березу и хвойные породы можно внедрить в производство такой мебели.

"Сосну, другие хвойные породы можно изгибать, но им надо предварительно придать определенные свойства. Мы нашли, как решить эту проблему, сделали опытно-лабораторную партию. И увидели интерес со стороны судостроителей, которые в своем производстве активно используют лиственницу", - отметил Баяндин.

Помимо модификации, перспективным направлением стал поиск технологий переработки отходов. Изначальной целью была утилизация отходов при переработке древесины и получение новой конкурентоспособной продукции. Когда сотрудники университета начали разбираться в нюансах проблемы, пришли к выводу, что можно, путем механоактивации, изменяя физические свойства древесины, получать целый спектр материалов без использования клеев, которые по конкурентным преимуществам, по эксплуатационным и механическим свойствам не имеют аналогов. Например, прочность плит в два раза выше в сравнении с ДСП, МДФ получаемых с использованием токсичных полимерных клеев. Или древесно-волокнистые плиты, где также используется кондиционное сырье, но элементарные опилки для производства плитных материалов, переработанные в оригинальном оборудовании и изменившие свои физические свойства могут быть использованы как уникально тепло- и звукоизоляционные материалы.

Аномально высокая водостойкость материалов позволит их использовать для производства одноразовой посуды, тары для овощей и фруктов, строительных материалов для наружного применения.

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.

Профессор Э. Л. Аким и автор технологии переработки древесных отходов в древесно-угольные брикеты выступали с докладом о применении этих брикетов как возобновляемого углеродного восстановителя в металлургии на сессии ЕЭК ООН по выработке концепции циркулярной экономики.

При изучении строения древесины как природного полимерного композиционного материала и особенностей релаксационных состояний полимерных компонентов древесины была выявлена возможность их направленного изменения - перевода древесины в пластическое состояние.

В 2014 году на основе этой технологии была построена первая линия по производству древесно-угольных брикетов в Иркутской области. Дальше - больше: в 2017 году создано производство в Приморском крае, в 2018 - еще одно в Иркутской области, в 2019 - во Владимирской области и в 2020 году - в Латвии.

Завод в Латвии работает на березовых, ольховых и осиновых опилках как наиболее дешевом и доступном для этого региона сырье. Опилки фронтальным погрузчиком подаются на стокерный склад, затем скребковым транспортером передаются на дисковый сепаратор. Крупная фракция из сепаратора по ленточному конвейеру поступает на стокерный склад теплогенератора. Мелкая фракция направляется в бункер сушильной установки.

Многотопливный теплогенератор работает на древесной щепе и пиролизном газе от печей карбонизации. Цикл работы печи карбонизации шесть часов, пиролизный газ выделяется в течение трех часов. Две печи карбонизации работают со сдвигом фаз, непрерывно обеспечивая теплогенератор газовым топливом.

Опилки, высушенные до влажности 3-4% в кольцевом аэродинамическом реакторе в среде перегретого пара, осаждаются в циклоне и через шлюзовый затвор поступают на шнековый конвейер, который подает сухие опилки в бункер прессов. Специально разработанный пресс-экструдер для опилок, прошедших сушку с гидротермической обработкой, развивает производительность до 2 т/ч. На пресс установлен двигатель 75 кВт. Влажность производимых опилочных брикетов 2-3%.

Выходящий из пресса брикетный рукав попадает в желоб охлаждения и автоматической пилой нарезается в размер. Опилочные топливные брикеты выпускаются шириной 70 мм, их теплотворная способность 19,4 MДЖ/кг. Теплотворная способность древесно-угольных брикетов 31 МДЖ/кг.

Торрефицированные брикеты характеризуются гидрофобностью и теплотворной способностью 22 MДж/кг.

В зимнее время в ЕС отмечается повышение спроса и цены на топливные брикеты, но существенно дорожает топливная щепа, которая сжигается в теплогенераторе сушильной установки опилок.

Основной объем угольных и топливных брикетов реализуется в торговых сетях стран Прибалтики. Хорошо продается упаковка древесно-угольных брикетов весом 1,5 кг, поскольку ее достаточно для поддержания жара в мангале в течение часа.

Торговые сети покупают древесно-угольные брикеты по 50000 руб. за тонну. В фуру можно загрузить до 22 т брикетов, что обеспечивает выгодную логистику в сравнении с древесным углем, отличающимся небольшим весом.

Промышленность испытывает большую потребность в недорогом чистом и высококалорийном возобновляемом топливе и восстановителе. Большой интерес к древесно-угольным брикетам проявляют европейские металлурги - производители феррохрома и ферромарганца.

В 2019 году успешно прошли промышленные испытания выплавки металлургического кремния с использованием 600 т древесно-угольных брикетов.

Производство пеллет из отходов деревообработки

Оборудование для переработки древесных отходов

Качество получаемой продукции при переработке древесины зависит от выбора оборудования. Его выбор зависит от продукции, которую требуется получить, объема производства и ряда других параметров.

• Измельчители древесных отходов. Используются для первичной обработки древесины. При работе на лесозаготовительных предприятиях часто применяются компактные установки.
• Ножевые дробилки. Используются для переработки дерева в щепу. При этом можно регулировать ее фракцию. Измельчение древесины осуществляется с помощью дисковых ножей. Ножевые дробилки позволяют измельчать свежую и использованную древесину.
• Молотковые дробилки. Для работы такого оборудования используется принцип расщепления волокон. Процедура проводится с помощью стальных молотков, которые ударяются о диски.
• Печи. В печах поддерживается высокая температура, которая приводит к переработке древесины на летучий газ и уголь.
• Станки. Используются для производства мелких опилок, которые в дальнейшем используются для производства вискозы и целлюлозы.

Надежное и качественное оборудование позволяет переработать разные виды древесины. При промышленном подходе требуется использовать разные типы установок. В некоторых случаях целесообразно использовать мобильные установки.

Все технологические процессы, связанные с переработкой древесины, не обходятся без использования всевозможных станков - обрезных, круглопильных, торцовочных, токарных, шлифовальных и других.

Во время обработки древесины образуются отходы - стружки, опилки, древесная пыль, куски коры и некондиционная древесина различной формы и размеров.

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

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.

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.

С помощью печей для утилизации щепы можно не только избавиться от непригодного сырья, но и создавать тепло для обогрева помещений и сушки изделий из древесины. Оборудование обладает простой конструкцией и принципом работы.

Во время работы линии торцовки пиломатериалов остаются мелкие отходы и крупные - это древесная пыль и куски некондиционной древесины.

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.

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.

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.

ALB Group реализует комплексные линии по производству пеллет, а также предлагает отдельные виды оборудования для гранулирования.

Компания «АЛБ Групп» имеет большой практический опыт реализации линий для заказчиков из деревообрабатывающей промышленности.

Технология работы с необработанной древесиной более проста, так как она не загрязнена лакокрасочными покрытиями, клеями, металлическими элементами и т. д.