Биоуголь («черные пеллеты») или торрефакция древесных отходов

В последние годы в мировой биотопливной отрасли популярность приобретают технологии, которые в англоязычной литературе называются torrefaction.  Англоязычный термин является заимствованием от французского torrefaction, что означает дословно «обжаривание, сушку в сушильной печи, обжигание». Строго говоря, официального русскоязычного аналога на сегодняшний день не существует; наиболее распространен перевод этого процесса как «торрефикация», что представляется неверным. Более адекватным лингвистическим аналогом ИАА Cleandex видится термин «торрефакция».

Торрефакция изначально представляет собой «мягкий» пиролиз (т. е. нагрев без доступа воздуха) биомассы, который протекает при температурах 200–320С и атмосферном давлении. Для сравнения характерная температура пиролиза, например, на заводах по утилизации бытовых отходов составляет 400–600С. Скорость нагрева торрефакции обычно ниже 50С/мин, время процесса – 10–30 мин. При торрефакции используется прямой и косвенный нагрев.

 В процессе торрефакции из биомассы извлекается влага, а также летучие вещества, образующиеся в ходе частичного разложения цепочек полимеров – целлюлозы и лигнина. Это уменьшает массу материала на 20–30% и одновременно приводит к увеличению удельной теплоты сгорания.

Получаемый сухой остаток называют «биоуглем» (bio coal), обычно в форме пыли. Пыль впоследствии пеллетизируется по аналогии с древесными топливными гранулами. В России для этой продукции прижилось красивое определение «черные пеллеты».

Биоуголь является промежуточным продуктом между древесиной и древесным углем (char coal), и он обладает следующими характеристиками:

• он обладает лучшим показателем энергоемкости по сравнению с пеллетами: низшая теплота сгорания составляет 20–25 МДж/кг, в то время как для пеллет – 17,5–19,5 МДж/кг;
• он в заметно меньшей степени по сравнению с пеллетами подвержен биологическим процессам гниения;
• он гидрофобен, что позволяет хранить его на открытом воздухе.

Биоуголь по сравнению с древесными пеллетами более приспособлен для совместного сжигания с углем. Этот материал, как и уголь, является хрупким, что позволяет создавать однородную топливную массу и, как следствие, добиваться стабильности характеристик топлива и процесса сжигания.

Еще одно полезное свойство хрупкости – значительно меньшие энергетические затраты при пеллетизации по сравнению с процессом получения древесных гранул (до 70–90%).

Таким образом, биоуголь представляет собой альтернативу древесным пеллетам, лучшую с точки зрения транспортных характеристик и использования при совместном сжигании. Собственно один из актуальных заводов заключается в размещении оборудования торрефакции на действующих пеллетных заводах с целью повышения транспортных характеристик материала.

Проблемы и узкие места торрефакции

С технологической точки зрения процесс торрефакции на сегодняшний день обладает следующими особенностями:

• современные технологии чувствительны к подготовке сырья и однородности его характеристик. Например, разная влажность исходного сырья в разных партиях может привести к сильном различию в энергетических характеристиках продукции. Относительно крупные куски древесины могут неполностью быть преобразованы в биоуголь, а малые, наоборот, затруднять циркуляцию воздушных масс;
• требуется контроль процесса на всех стадиях;
• при пеллетизации при высоких температурах биоугля существует опасность возгораний и взрывов.

Производители оборудования

Технология торрефакции биомассы известна сравнительно давно – одни из первых цитируемых на сегодняшний момент исследований относятся к началу века, к тому же периоду относятся первые предложения промышленного оборудования.

На сегодняшний день основные поставщики оборудования:

• Integro Earth Fuels (США). Компания поставляет оборудование мощностью до 4 тыс. тонн в месяц. Характерная теплота сгорания составляет 22,1–25,6 МДж/кг. В качестве сырья на пилотном заводе используется сосна.
• Thermya (Франция). Компания первой из европейских компаний представила в 2010 году процесс TORSPYD. Температура процесса составляет менее 240С. Характерная производственная мощность от 100 кг/час до 5000 кг/час.
• Agri-Tech Producers (США). Компания представила в 2010 году технологию торрефакции Torre-Tech 5.0 при температуре 300–400С и незначительном объеме кислорода. Мощность пилотной установки – 5 тонн/час.
• 4Energy Invest (Бельгия). Компания предложила технологию Torr-Coal мощностью до 4.5 тонн/час.
• Energy research Centre of Netherlands (Нидерланды). Центр на протяжении 30 лет разрабатывает технологию, которая первоначально предназначалась для металлургического производства. Технология называется BO2. Пилотный завод был построен в начале 2008 года, его мощность – 60 кг/час по сырью.

В последнее время сообщалось также об интересе к теме Ассоциации древесных пеллет Канады, одного из крупнейших экспортеров древесных гранул.

Ссылки по теме:

1. Bergman, P. и Kiel, J. 2005. Torrefaction for biomas upgrading. Energy Research Centre of the Netherlands. Publication No. ECN-RX-05–180.

2. Gerhauser, H и др. (ECN) Torrefaction-based BO2-technlogy, an enabling technology for entrained-flow gasification of biomass, ссылка.

3. Hein, T. Torrefaction Technologies. Canadian Biomass, ссылка.

4. Mitchell, D. (USDA Forest Service) Torrefaction? What's that. Fueling th Future: 2010 Council on Forest Engineering Annual Meeting, June 6–9, 2010; Auburn, Alabama.