Направления использования древесных отходов на основе экотехнологий

Введение

Экотехнологии – это набор мер по выпуску товаров и предоставлению услуг, которые позволяют оценивать, предотвращать, ограничивать, исправлять или снижать до минимума ущерб, причиняемый окружающей среде и человеку [7]. Таким образом, промышленность не только приводит к загрязнению окружающей среды, но и помогает решать экологические проблемы.

Предпосылки для развития экоиндустрии заключаются в росте промышленного производства и совершенствовании законодательства. Иными словами, предприятия и общество в лице государства должны не только желать решать экологические проблемы, но, что самое главное, иметь экономическую возможность их решать. На сегодняшний день экотехнологии – это один из основных трендов экономического развития. В России нашли применение следующие актуальные направления:

— возобновляемые источники энергии – выработка чистой электроэнергии без расходования невосполнимых природных ресурсов (гидроэнергетика, ветряная, солнечная, атомная энергетика);

— управление отходами и рециклинг – раздельный сбор и вторичная переработка отходов (металл, пластик, бумага, стекло и т.д.);

— «зеленое» строительство – использование технологий, которые позволяют экономить воду, электричество;

— выработка электричества и тепла из мусора – технологии переработки различного вида мусора и отходов в топливо;

— экотранспорт – изготовление топливных элементов, позволяющих работать двигателю без вредных выбросов в атмосферу;

— замкнутый цикл очистки сточных вод – реконструкция очистных сооружений на предприятиях тяжелой промышленности.

Актуальность данной тематики определяется тем, что использование экотехнологий в различных отраслях промышленности России позволит снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Приоритетными являются отрасли, где в качестве сырья в большей степени используются природные ресурсы (лесопромышленный комплекс, нефте- и газодобывающая промышленности, тяжелое машиностроение, сельское хозяйство и т.д.). Использование ресурсов лесопромышленного комплекса на данном этапе развития технологий является нерациональным в виду образования большего объема отходов, низкого процента выхода готовой продукции, большого срока восстановления лесных ресурсов и сокращение запасов лесных насаждений. Все вышеперечисленное в совокупности оказывает негативное влияние на экологическую ситуацию.

Исследованию вопроса применения инновационных и эко-технологий по переработке сырья и древесных отходов посвящены работы Л.П. Гончаренко [1] А.А. Зырянова, Н.Г. Чистовой [2, 3] Иванов И.С. [4] и др. Основным направлением является поиск путей повышения уровня максимального использования древесных отходов.

Цель статьи – рассмотрение и систематизация направлений переработки древесных отходов на основе экотехнологий.

Научная новизна публикации заключается в рассмотрении экологических технологий различных отраслей как инструмента переработки древесных отходов в разные продукты топлива, строительные материалы или компоненты для иных изделий и т.п.

Авторская гипотеза – использование технологий производства различных материалов предоставляют широкие возможности для утилизации отходов древесины.

Методология исследования заключается в оценке текущего состояния и тенденций развития лесопромышленного комплекса Красноярского края; выявлении причин возрастания объемов древесных отходов; анализе актуальных направлений переработки древесных отходов; систематизации направлений переработки древесных отходов на основе экотехнологий; выявлении причин, препятствующих полному переходу ЛПК на экологические технологии.

Основная часть

Красноярский край очень богат лесными ресурсами. Леса, расположенные на территории Красноярского края, характеризуются большой протяженностью и разнообразием лесных пород, в преобладающем большинстве хвойных. Общий запас древесины на территории Красноярского края по данным государственного лесного реестра составляет более 11 млрд. м³, из них хвойных – 9,5 млрд. м³. [11]. Самый распространенный вид использования лесов – заготовка и переработка древесины. По официальным данным на 2020 год на Красноярский край приходится до 12% заготовки древесины по Российской Федерации и 36% – по Сибирскому федеральному округу. Доля лесопромышленного комплекса Красноярского края в российском экспорте лесной продукции составляет 5%. Удельный вес продукции из древесины в объеме экспорта составляет более 12%. В большей части экспорт сконцентрирован на странах дальнего зарубежья – 70%. На страны дальнего зарубежья в общем объеме экспорта в 2019 г. приходилось 92,5% экспортных поставок из Красноярского края, а на ближнее зарубежье – 7,5% [10]. Предприятия ЛПК края в большей степени ориентированы на ведение лесозаготовительной деятельности (19%), а также организацию лесопильного (33%) и деревообрабатывающего производств (16%), что общем итоге составляет около 45% предприятий комплекса [11]

Согласно «Стратегии развития Красноярского края до 2030 года» для сохранения конкурентоспособности лесопромышленного комплекса региона ключевой задачей в развитии ЛПК края должно стать максимально эффективное использование лесосырьевой базы. К 2030 году доходы, получаемые с кубометра заготавливаемого леса, необходимо увеличить в 2,5-3 раза, что позволит краю достичь доходности лесопереработки в ведущих странах – производителей лесопромышленной продукции США, Канады, Швеции, Финляндии. Повышение эффективности производства необходимо обеспечить за счет увеличения глубины переработки древесины и внедрения механизмов комплексной переработки с вовлечением в производство мелкотоварной и низкокачественной древесины и отходов деревообработки [1, 4].

В целях развития отрасли планируется расширение ассортимента производимой продукции путем модернизации существующих производств, внедрения инвестиционных проектов и формирования инновационного лесного кластера, который будет включать организацию глубокой механической переработки древесины, производство продукции целлюлозно-бумажной промышленности, создание инновационной продукции из древесного сырья. Основным источником для внедрения инновационных производств являются древесные отходы.

Лесная отпасть Красноярского края и тенденции развития ЛПК Методология

Большинство лесозаготовительных и деревоперерабатывающих предприятий оставляют после производства готовой продукции от 25-40% отходов от общего объема сырья. В 2019 г. суммарные отходы ЛПК края составили 15,84 млн.м³ – это более 50% от совокупного объема заготовкидревесины. При этом на отходы деревообработки приходится около 55% от общего объема отходов (рисунок 1) [11, 12].

Основные потери (20-25% от общего объема) приходятся на древесную зелень (лесосечные отходы), кору (отходы деревообработки), а также опилки и стружки (отходы лесопиления). Запасы отходов лесодобычи и лесопереработки в нашей стране чрезвычайно велики. В частности, согласно имеющимся оценкам, объем только древесной зелени спелых древостоев превышает 3 млрд т, из которых 30,4 млн тонн являются экономически доступными [11].

Рисунок 1 – Структура использования древесного сырья, 2020 год,%

Составлено авторами на основе [10, 11, 12]

Отходы образуются практически на всех стадиях лесозаготовительного и деревоперерабатывающего процессов. По месту образования отходы можно разделить на лесосечные и отходы переработки древесины. Лесосечные отходы образуются в процессе заготовки древесины и в большинстве случаев оставляются в лесу. К основным причинам возрастания объемов древесных отходов на предприятиях ЛПК края можно отнести:

— территориальную разобщенность мелких лесопильно-деревообрабатывающих предприятий;

— сложность сбора отходов и организации мест их промежуточного хранения;

— отсутствие необходимого промышленного оборудования для переработки древесных отходов;

— несовершенство нормативно-правовой базы в сфере переработки древесных отходов;

— отсутствие моральных и материальных стимулов;

— нежелание вкладывать инвестиции и откладывать срок получения дохода.

В России проблема утилизации растительных отходов относится к числу наиболее актуальных, так как в настоящее время при существующих методах уровень переработки древесины в задействованных технологических процессах низок. Переработанные древесные отходы способны стать недорогим сырьем для производства множества полезных материалов. Вопрос переработки и использования древесных отходов не теряет своей актуальности. Проводится большое количество опытов, экспериментов и исследований по поиску направлений переработки древесных отходов.

Наиболее известным и востребованным направлением переработки древесных отходов является производство различных видов прессованной древесной продукции [2]. В то же время данные технологии не являются экологичными в полной мере, так как в производственном процессе используются формальдегиды, смолы и прочие связующие вещества.

В ряде работ рассматривается направление использования древесных отходов с различными добавками в качестве сорбента для очистки сточных вод. При этом отработанный сорбционный материал можно использовать в последующем в качестве добавки при изготовлении органических удобрений, содержащих микроэлементы без вреда для экологии [5, 9].

Также актуально такое направление переработки древесных отходов как производство топливных брикетов, гранул и евродров. Исследования в области применения углеродсодержащих отходов в качестве альтернативного топлива в настоящее время относятся к числу приоритетных научно-технических задач. Применение термических методов утилизации таких отходов позволяет получать тепловую и электрическую энергию. В настоящее время достаточно развиты технологии по термохимической переработке древесных отходов. Посредством внедрения данных технологий осуществляется производство горючего газа, порошкообразного древесного угля, торфа, композитных материалов, смолы, уксусной кислоты и метанола.

Исследователи Томского политехнического университета разработали альтернативное топливо для малой энергетики. Они предложили использовать древесные опилки в качестве экологически эффективной добавки для производства смесевых угольных пеллет. Во многих регионах РФ успешно работают котельные на биотопливе, но их процент очень низок (1-2%) и о полном переходе в масштабах всей страны на источники энергии, которые возобновляются, речи в России пока нет [4]. Наряду с этим даже несколько биотопливных котельных могут служить примером для предприятий, как собственного региона, так и в целом всей страны по эффективному использованию биомассы.Известнырезультаты по оценке возможности комбинированного использования древесных и растительных отходов (отходов сельского хозяйства) в различных соотношениях для производства биотоплива, что несет большое экологическое значение [6, 8].

Ввиду пристального внимания мировой общественности к вопросам бережного отношения к окружающей среде активно развивается производство товаров из биоразлагаемого сырья. В условиях введения ограничений на использование пластика растет производство упаковки с применением материалов на основе древесины. По данным FAOSTAT, в 2010 году доля производства упаковочных материалов из бумаги в общем производстве бумажных изделий составляла 24,2%, к 2020 году она выросла уже до 31,2%. По итогам 2020 года уже около 70% стран ограничили или вовсе отказались от использования одноразового пластика [10]. Переработка отходов целлюлозно-бумажной промышленности с точки зрения экологии является более эффективным методом. Отходы, имеющие в своем составе каолин и целлюлозу, могут быть использованы для изготовления отделочных и теплоизоляционных материалов [3]. Лигнин, являющийся компонентом древесины, имеет несколько сфер применения: в качестве компоста для обогащения плодородия почвы, для выращивания грибов, пригодных в пищу, а также может играть роль сорбента азотофиксирующих бактерий. Отходы целлюлозно-бумажного производства применяют и в гидролизной промышленности. С их помощью можно сделать спирт, глюкозу, кормовые дрожжи.

Результаты

Основной идеей использования экологических технологий по производству продукции из древесных отходов является то, что отходы ЛПК могут быть переработаны в разные продукты топлива, строительные материалы или компоненты для иных изделий и т.п. без вреда или с минимальным влиянием на окружающую среду. Таким образом, древесные отходы являются сырьем для производств различных отраслей промышленности (рисунок 2).

Рисунок 2 – Направления переработки древесных отходов на основе экотехнологий

Составлено авторами

Для организации переработки отходов древесины важен региональный подход. Технологии производства различных материалов предоставляют широкие возможности для утилизации отходов древесины именно в масштабе регионов. Не смотря на большое разнообразие экотехнологий переработки отходов лесопромышленного комплекса, существует ряд проблем.

Во-первых, не все виды отходов могут служить в качестве сырья для экопереработки. Связано это с тем, что существует ряд технологических ограничений. Ярким примером являются отходы, получаемые в ходе лесозаготовительной деятельности, которые зачастую остаются брошенными на лесосеках (ветви, пни, древесная зелень и т.д.).

Во-вторых, крупные отходы (горбыль, кора, порубочные остатки) являются основой несанкционированных свалок, как на территориях предприятий, так и за их пределами, что повышает уровень пожароопасности и загрязнения окружающей среды. Решение проблемы образования древесных отходов с помощью сжигания остатков производств оказывает значительный вред на экологию по причине выбросов парниковых газов, образования углеродного следа.

В-четвертых, транспортная удаленность предприятий ЛПК региона приводит к повышенным издержкам на вывоз продукции, что, уже в первом приближении, говорит о превышении цен на конечную продукцию по сравнению с альтернативными товарами на рынке.

Заключение

В настоящее время для предприятий ЛПК становится актуальным вопрос об организации процесса переработки древесных отходов. Данный вопрос может быть решен несколькими путями: сбыт отходов сторонним организациям ЛПК, специализирующимся на переработке древесных отходов, либо организация собственного производства по переработке древесных отходов. Второй вариант при грамотном подходе и рациональном планировании является более выгодным, так как имеет ряд положительных эффектов, среди которых:

Экономические эффекты:

— производство продукции с высокой добавленной стоимостью и получение дополнительной прибыли от реализации продукции из древесных отходов;

— расширение ассортимента производимой продукции и освоение новых рынков сбыта;

— повышение эффективности функционирования ЛПК региона и страны в целом.

Технологические эффекты:

— усовершенствование технологического оснащения перерабатывающих производств и освоение инновационных технологий переработки древесных отходов;

— повышение уровня использования производственного, трудового и инновационного потенциала комплекса;

— создание бизнес-связок как внутри комплекса, так и с предприятиями смежных отраслей (химической промышленности, теплоэнергетической и строительной отрасли, сельским хозяйством).

Экологические эффекты:

— сокращение воздействия на окружающую среду;

— повышение уровня переработки сырья;

— ориентация на принципы устойчивого развития, зеленой и циркулярной экономики.

Социальные эффекты:

— формирование экологической ответственности у населения и представителей бизнес-сообществ;

— создание дополнительных рабочих мест и повышение престижности профессий ЛПК;

— увеличение платежей в ФОМС, ФСС, ПФ России.

Таким образом, ориентация на экологичный подход к использованию древесного сырья соответствует тенденциям развития лесопромышленного комплекса, что находит отражение в документах стратегического планирования развития региона.