ЕЛ МЕДИА - направление СТРОИТЕЛСТВО ЕЛ МЕДИА - направление СЕЛСКО СТОПАНСТВО
ЕЛ МЕДИА - направление ИНДУСТРИЯ

ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина III, брой 5, август 2011

Пауловния

още едно решение за биоенергетиката

Пауловния

Биомасата е една от основните алтернативи за Европа в преодоляването на енергийната є зависимост от изкопаемите горива. Преди 6 години ЕС прие План за действие за биомасата като първа съвместна стъпка, с която се определят необходимите мерки за стимулиране използването на биомаса в транспортния сектор, за отопление и производство на електрическа енергия, следвани от взаимно свързани мерки за доставка на биомаса, финансиране и проучвания. За да преодолее зависимостта си от внос на енергийни ресурси, България трябва да положи усилия за разрастване потенциала на биомасата и за по-ефективното є усвояване. Тук значително може да помогне по-широкото използване на екзотичното дърво Пауловния, което е сред най-ценните енергийни култури в света.

Ясно изразена тенденция в световен мащаб е нарастването на потреблението на биомаса, особено на дървесина за енергийни цели. Това се дължи на предимствата, които има този вид възобновяем енергиен източник. Още по време на разработване на План за действие за биомасата през 2005г. Европейският парламент отбеляза, че биомасата има много предимства в сравнение с конвенционалните енергийни ресурси, както и пред много ВЕИ, поради сравнително ниската си цена, независимост по отношение на климатични фактори, създаване на условия за развитие на регионалните икономически структури и осигуряване на допълнителни доходи на местно ниво. България, като страна, чиято зависимост от внос на енергийни ресурси е над 70% (при отчитане на ядрената енергия като вносен енергиен ресурс), може да промени тази картина чрез увеличаване обема на използваема дървесина и ефективното є оползотворяване.

Националната дългосрочна програма за насърчаване използването на биомасата в периода 2008-2020г. предвижда увеличаване на дърводобива с 50% до 2020г. спрямо добитите количества за 2005г. Това е синхронизирано и с Националната стратегия за устойчиво развитие на горския сектор в България.

Според Националния план за действие за енергията от ВЕИ в България разпределението между различните видове източници е неравномерно, като най-голям дял притежават хидроенергията (~31%) и биомасата (~36%). Това предполага добра основа за развитие на биоенергетиката у нас.

Изграждането на инфраструктура за оползотворяване на биомасата във вид на топлина, електричество и горива става само след като са гарантирани сигурни доставки, на добри цени и то в дълъг период от време. Освен с използване на битови отпадъци, отпадъчна биомаса от производства и селско стопанство и прираст от устойчиво горско стопанство, доставките могат да се гарантират и със специалните енергийни култури.

Растителните енергийни култури се отглеждат специално за енергийни цели. Те могат да бъдат едногодишни или многогодишни, тревни или дървесни видове, които се използват за получаване на различни горива, електричество и топлина. В България се работи по въпросите за използване на една много ценна дървесна енергийна култура – Пауловния. Тя ще даде шанс за още по-голямо увеличаване на добива на дървесина за енергийни цели у нас.

Пауловния като енергийна култура
Според таксономичната йерархия Пауловния (Paulownia) е род, обединяващ няколко дървесни вида, които се отнасят към семейство Paulowniaceae. Те произхождат от Китай, на юг до Северен Лаос и Виетнам. Дълги години са култивирани в Япония, Корея и САЩ, а по-късно и в Европа. Видовете от род Пауловния са бързо развиващи се, с кратко сеитбообръщение, с твърда дървесина и големи размери. Те се отнасят към дърветата, осигуряващи висок добив на биомаса и дървесина на декар, или така наречените HDSR (high-density, short-rotation) видове. Докато преди години тези дървета се използваха предимно за производство на хартия и мебели, днес на тях се гледа все повече като на енергийни култури, т.е. комерсиализират се за производство на биомаса, която се конвертира в биогорива и биоенергия.

Като енергийна култура Пауловния има изключително добри качества. Това е може би най-бързо растящият вид с твърда дървесина. Ако се отглежда при подходящи условия може да достигне 4м височина за 6 месеца. Някои видове насаждения Пауловния се развиват толкова бързо, че са готови за добив на дървесина само след 5-8 години, след което се възстановяват от останалата коренова система. Поради този факт Пауловния си е спечелила наименованието дърво-феникс. Друго предимство е, че дървото не е претенциозно към почвените и климатичните условия. Добре се развива върху техногенни, замърсени, обезлесени и ерозирали почви, както в по-северни, така и в по-южни райони, с което дава решение на два проблема. От една страна се използва за фиторемедиация - бързо залесяване на нарушени терени, оказвайки положителен екологичен ефект върху структурата и качеството на почвите, качеството на въздуха и микроклимата. От друга страна добрата є приспособимост към неблагоприятни условия позволява да се използва повсеместно и най-вече без да се заемат обработваеми плодородни земи. Това означава, че суровината може да е достъпна на всяко място, в предвидимо количество без зависимост от транспортиране на дълги разстояния или от климатични условия. Освен това не е необходимо да избираме между храна и горива. Тук се избягва противопоставянето с хранителните селскостопански култури, защото Пауловния няма да се конкурира с тях за земя, за разлика от много тревни енергийни култури.

Пауловния има огромен потенциал като източник на биомаса, защото превъзхожда други енергийни култури по доста показатели. Мощната коренова система спира ерозията на почвата и извлича различни замърсители от нея. Короната е голяма и плътна с широки петури на листата. Това означава голяма фотосинтезираща площ и голямо количество обезвреден СО2. Дървесината е плътна и качествена и може да се използва в съпътстващи производства – целулозно, хартиено, мебелно и други. Има проекти, в които успоредно с биомасата като енергийна суровина, Пауловния се използва дори за добив на мед, вино и субстанции за фармацевтичната индустрия. Освен това насажденията Пауловния толерират широк кръг екологични и климатични условия, обуславящи нисък риск от пожари. Едно от най-важните качества на дървото, които го определят като ценна енергийна култура, е високият процент на преобразуване на хранителните вещества, въглерода и други елементи в дървесна тъкан. Това гарантира бърз прираст на енергийно калорична биомаса.

От друга страна адаптивните особености на Пауловния я правят силно инвазивен вид, с койот трябва да се внимава при внасянето в чужди ареали, местообитания и екосистеми, за да не представлява заплаха за биоразнообразието. Ето защо за енергийни цели се налага използването на стерилни видове, които не произвеждат жизнеспособни плодове и семена. Днес много университети и компании по света работят по проекти за получаване на разсади Пауловния чрез тъканно култивиране. Така една малка лаборатория може да даде стотици хиляди бройки посадъчен материал, получени по метода ин витро.

В България през последните години също е постигнат успех в тази област. По метода ин витро микроразмножаване, в съответствие със собствена патентно защитена технология, фирма BIO TREE произвежда посадъчен материал от повече от 10 разновидности от чисти и хибридни видове Пауловния. Те са с отлични екологични, технологични и енергийни качества. Фирмата има за цел да се превърне в основен източник на висококачествен, немодифициран на генетично ниво посадъчен материал на Пауловния.

Какво печелим, ако използваме Пауловния?
От употребата на Пауловния могат да спечелят собственици на земя, инвеститори на инсталации за конвертиране на биомаса в енергийни суровини, общините, държавата, природата и всички ние – потребителите на горива, топло- и електроенергия. Както вече споменахме, това е дърво с всестранно приложение и с доказан принос във възстановяване и поддържане на екологичното равновесие. Отличавайки се от много други енергийни култури, Пауловния премахва дебата храна срещу гориво. Биомасата от тези дървета има богато съдържание на органичен въглерод и ниско пепелно съдържание, което я прави добър възобновяем енергиен източник. За разлика от други ВЕИ, Пауловния дава разнообразие от енергийни продукти – брикети, пелети, биогорива, синтетичен газ, водород, електричество и топлина. Практически може да е налична навсякъде, за разлика от други източници на енергия, които са ограничени географски или зависят от климата. В допълнение, технологиите за енергийна конверсия на дървесина са сред най-рентабилните и надеждните.

Фактът, че след отрязване на дървото то израства от корена и това може да се повтори до 12 цикъла, означава спестени труд, време и средства за обработка на земята и поддържане на културите. Има възможност и за съвместно отглеждане на други видове култури. Въпреки че при изгарянето на биомасата и биогоривата се получава CO2, тяхното използване съвсем справедливо се приема за екологично. Това е така, защото освободеният в атмосферата CO2 не е повече от този, който преди това е бил уловен във фотосинтезата. С други думи използваме горива с нулев въглероден ефект.

Според Енергийната стратегия на Република България до 2020 година използването на биогорива и биомаса следва да води до намаление на емисиите на парникови газове при тяхното производство с поне 35% в краткосрочен план. От 01 януари 2017г. това намаление следва да бъде поне 50%, а от 01 януари 2018г. - поне 60% за биогоривата и течните горива, произведени в инсталации, в които производството е започнало след 01 януари 2017г. Предвидено е сериозно място за биомасата, биогоривата и биоенергията в енергетиката на България в бъдеще и Пауловния може да заеме решаваща роля в това бъдеще. Тя открива привлекателна възможност за покриване на енергийните нужди на местно ниво и преодоляване на зависимостта от изкопаеми горива и внос на енергийни продукти. При това с редуциране на парниковите емисии.

Технологии за енергийно преобразуване
Ако вече сме Ви убедили в изключителните заслуги на Пауловния като енергийна култура, да видим как енергийният резерв във биомасата є може да се конвертира в използваема за нас енергия. Тук могат да се използват всички технологии и инсталации, приложими за биомаса и дървесина. Технологиите са химични, биохимични, термични и комбинации от тях.

При термичните технологии доминиращият механизъм на преобразуване е високата температура. Такива са изгаряне, овъгляване (печене), пиролиза и газификация. При изгаряне на дървесина за получаване на енергия, обикновено се използва паров котел. Дървесината се запалва, а получената пара при горенето се използва за генериране на електричество. Биомасата може да се изгаря и съвместно с изкопаеми горива. Така тя може да се оползотворява много по-изгодно във вече налични инсталации за изгаряне на въглища, например. Необходимo ще е само добавяне на котел за изгаряне на двата вида горива. Преди изгарянето дървесината може да се обработи с цел подобряване на горивните є характеристики. Това става при нейното сушене, раздробяване, печене и получаване на пелети, брикети и дървени въглища. Пелети от дървесина на Пауловния могат да се получават при пресоването на дървесни стърготини, получени като отпадъчни продукти в производство на мебели, хартия, дървени къщи, лодки и други от дървесината на този вид.

Печенето или овъгляването на дървесината може да се приеме като лека форма на пиролиза, протичаща при температури между 200-320°С и липса на кислород. По време на процеса водата и летливите вещества се отстраняват, а биополимерите се разлагат частично Така се получават био-въглища - по-качествено гориво с енергийно съдържание 20-25GJ/t, което по-късно се включва в горене или газификация. При овъгляването дървесината намалява значително обема си, което улеснява транспортирането. Освен това се елиминира биологичната активност на биомасата и тя може да се съхранява по-дълго. Основно предимство на био-въглищата е, че с тях се постигат по-високи температури на горене в сравнение с дървесината.

Пиролизата на дървесина протича в пиролозини котли при много високи температури – до 800°С, без кислород или при контролирани концентрации на кислород, водород и вода. По този начин освен дървени въглища се получават много газове, течности, масла и пепел. Най-ценни са така нареченият био-нефт, пиролизно масло или био-масло, метан и водород. Био-маслото е тъмно кафява течност, синтетично гориво, заместител на нефта, което може да се използва за производство на електричество и синтетичен газ. Може да се изгори в дизелов двигател, газова турбина или пещ. Газовата фракция може да се използва за двигатели с вътрешно горене, котли и газодвигателни електростанции. Газификацията е оптимизирана форма на пиролиза, при която се отделят предимно газообразни горива – дървесен газ, карбуриран газ или сингаз, богат на въглероден окис, водород и метан.

Други варианти са химичните и биохимичните трансформации. Анаеробното разграждане се използва за получаване на биогаз, богат на метан и водород. Алкохолната ферментация пък дава етанол като основен продукт от ферментацията на захарите. Етиловият алкохол се използва активно като компонент на горива за автомобили в САЩ и Бразилия, а вече навлиза и в Европа. Възможности дава и трансестерификацията – процес на обмен на естерни и алкохолни групи във въглеродните вериги, често катализиран от биокатализатори липази. Използва се за производство на метанол и биодизел. Съществуват и други методи, върху които учени и технолози продължават да работят, главно с цел подобряване на ефективността на процесите, намаляване на инвестициите и повишаване на екологосъобразността.