Производство биотоплива в ЦБП

Про­из­вод­ство био­топ­ли­ва в цел­лю­лоз­но-бумаж­ной про­мыш­лен­но­сти (ЦБП) явля­ет­ся клю­че­вым эле­мен­том кон­цеп­ции био­ре­фай­нин­га и эко­но­ми­ки замкну­то­го цик­ла. Цел­лю­лоз­но-бумаж­ные ком­би­на­ты (ЦБК) гене­ри­ру­ют мил­ли­о­ны тонн угле­род­со­дер­жа­щих отхо­дов, кото­рые могут пере­ра­ба­ты­вать­ся в твёр­дое, жид­кое и газо­об­раз­ное био­топ­ли­во для обес­пе­че­ния соб­ствен­ных энер­ге­ти­че­ских нужд пред­при­я­тий или ком­мер­че­ской продажи.

Основные виды сырья и получаемого биотоплива

• Чер­ный щелок (суль­фат­ный щелок): Побоч­ный про­дукт вар­ки цел­лю­ло­зы, содер­жа­щий лиг­нин и полу­про­дук­ты рас­па­да дре­ве­си­ны. Он упа­ри­ва­ет­ся и сжи­га­ет­ся в содо­ре­ге­не­ра­ци­он­ных кот­лах (СРК), гене­ри­руя пар и элек­три­че­ство для нужд комбината.
• Коро­д­ре­вес­ные отхо­ды (КДО): Кора, опил­ки, щепа и обрез­ки дре­ве­си­ны. Из них про­из­во­дят топ­лив­ные пел­ле­ты (гра­ну­лы) и бри­ке­ты высо­кой плотности.
• Лигно­суль­фо­на­ты и гид­ро­лиз­ный лиг­нин: Оста­точ­ные про­дук­ты, кото­рые пере­ра­ба­ты­ва­ют­ся в жид­кое био­топ­ли­во. (напри­мер, био­эта­нол или био­ди­зель) с помо­щью мето­дов гид­ро­ли­за и ферментации.
• Осад­ки сточ­ных вод и избы­точ­ный актив­ный ил: Обра­зу­ют­ся на эта­пе био­ло­ги­че­ской очист­ки сто­ков ЦБК. Их исполь­зу­ют для тер­мо­хи­ми­че­ской пере­ра­бот­ки в био­газ (метан) или осу­ша­ют для сжи­га­ния в виде твер­до­го биотоплива.

Технические направления развития производства биотоплива

Миро­вые трен­ды сфо­ку­си­ро­ва­ны на глу­бо­ком хими­че­ском раз­де­ле­нии био­мас­сы, в то вре­мя как в РФ акцент сме­щен в сто­ро­ну тер­мо­хи­ми­че­ской ути­ли­за­ции круп­но­тон­наж­ных отхо­дов и импортозамещения.

В мире:

• SAF (Sustainable Aviation Fuel) из дре­вес­ных отхо­дов: Пере­ра­бот­ка тал­ло­во­го мас­ла (побоч­но­го про­дук­та вар­ки цел­лю­ло­зы) и лиг­ни­на в син­те­ти­че­ский керо­син для граж­дан­ской авиации.
• Био-МЭГ и био­эта­нол 2G: Полу­че­ние жид­ких топ­лив и моно­ме­ров из непи­ще­вой лиг­но­цел­лю­ло­зы мето­дом энзим­но­го (фер­мен­та­тив­но­го) гидролиза.

В России:

1. Тор­ре­фи­ка­ция лиг­ни­на: Тех­но­ло­гия мяг­ко­го пиро­ли­за (обжиг без досту­па кис­ло­ро­да при 300–430 °C). Полу­чен­ный тор­ре­фи­кат (био­уголь) гид­ро­фо­бен, име­ет высо­кую теп­ло­твор­ную спо­соб­ность и внед­ря­ет­ся как заме­ни­тель кок­су­ю­ще­го­ся угля в метал­лур­гии (раз­ра­бот­ки САФУ)
2. Гази­фи­ка­ция чер­но­го щело­ка: Заме­на тра­ди­ци­он­но­го сжи­га­ния в содо­ре­ге­не­ра­ци­он­ных кот­лах (СРК) на гази­фи­ка­цию под дав­ле­ни­ем с полу­че­ни­ем высо­ко­чи­сто­го био-син­тез-газа, мета­но­ла или водорода.
3. Модер­ни­за­ция мно­го­топ­лив­ных кот­лов: Адап­та­ция СРК и ути­ли­за­ци­он­ных теп­ло­вых уста­но­вок рос­сий­ских ЦБК под одно­вре­мен­ное сов­мест­ное сжи­га­ние коро­д­ре­вес­ных отхо­дов (КДО), избы­точ­но­го ила и био­га­за без поте­ри КПД.
4. Пря­мое сжи­га­ние и коге­не­ра­ция: Отхо­ды (кора, шлам, щелок) ути­ли­зи­ру­ют­ся в спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ных мно­го­топ­лив­ных кот­лах. Это поз­во­ля­ет круп­ным ЦБК закры­вать до 70–100% сво­их потреб­но­стей в теп­ло­вой и элек­три­че­ской энергии
5. Пел­ле­ти­ро­ва­ние и бри­ке­ти­ро­ва­ние: Прес­со­ва­ние измель­чен­ных дре­вес­ных отхо­дов под высо­ким дав­ле­ни­ем и тем­пе­ра­ту­рой. Полу­чен­ное топ­ли­во обла­да­ет высо­кой теп­ло­твор­ной спо­соб­но­стью и низ­ким содер­жа­ни­ем золы.
6. Био­тех­но­ло­ги­че­ская фер­мен­та­ция: Исполь­зо­ва­ние фер­мен­тов и мик­ро­ор­га­низ­мов для рас­щеп­ле­ния цел­лю­ло­зы бумаж­но­го шла­ма и отхо­дов до про­стых саха­ров с после­ду­ю­щим сбра­жи­ва­ни­ем в био­эта­нол или биобутанол.
7. Анаэ­роб­ное сбра­жи­ва­ние: Пере­ра­бот­ка влаж­ных осад­ков сточ­ных вод в био­ре­ак­то­рах без досту­па кис­ло­ро­да для полу­че­ния биогаза.

Преимущества для индустрии

• Сни­же­ние угле­род­но­го сле­да: Био­топ­ли­во отно­сит­ся к угле­род­но-ней­траль­ным источ­ни­кам энергии.
• Эко­но­мия на ути­ли­за­ции: Сни­жа­ют­ся затра­ты на содер­жа­ние шла­мо­на­ко­пи­те­лей и вывоз отхо­дов на свалки.
• Энер­го­не­за­ви­си­мость: ЦБК умень­ша­ют закуп­ки иско­па­е­мо­го топ­ли­ва (газа, угля, мазута).
• Дивер­си­фи­ка­ция биз­не­са: Про­да­жа топ­лив­ных гра­нул и био­эта­но­ла на внеш­ние рын­ки созда­ет новый источ­ник дохода

Экономика производства: биотопливо vs ископаемое топливо

Эко­но­ми­че­ская эффек­тив­ность био­топ­ли­ва кри­ти­че­ски зави­сит от сто­и­мо­сти логи­сти­ки сырья, нали­чия суб­си­дий и сто­и­мо­сти тра­ди­ци­он­ных углеводородов

Пря­мое срав­не­ние затрат (на при­ме­ре теп­ло- и электрогенерации)

Кри­те­рий	При­род­ный газ	Камен­ный уголь	Био­топ­ли­во (Пеллеты/КДО)	Жид­кое био­топ­ли­во 2G (Био­эта­нол)
Сто­и­мость энер­гии (теп­ло), руб/кВт·ч	~0.9 – 1.1 (самый дешевый)	~1.2 – 1.5	~0.7 (из лузги/отходов) ~1.4 (дре­вес­ные пеллеты)	Высо­кая (кон­ку­рент­но толь­ко при субсидиях)
Капи­таль­ные затра­ты (CAPEX)	Низкие/Средние	Высо­кие (очист­ные сооружения)	Очень высо­кие (тре­бу­ют­ся спец­кот­лы, скла­ды, сушилки)	Экс­тре­маль­но высо­кие (био­ре­ак­то­ры)
Сырье­вая состав­ля­ю­щая в себестоимости	Высо­кая (рыноч­ная цена газа)	Высо­кая (добы­ча + ж/д тариф)	Нулевая/Отрицательная (если исполь­зу­ют­ся соб­ствен­ные отхо­ды ЦБК)	Сред­няя (затра­ты на сбор биомассы)
Эко­ло­ги­че­ские нало­ги / Угле­род­ный след	Сред­ний	Очень высо­кий	Нуле­вой (угле­род­но-ней­траль­ное сырье)	Нуле­вой

Посты на нашем сай­те по биоэкономике:

• http://декарбонизация, новая экономика
• Стра­те­ги­че­ские цели раз­ви­тия пере­ра­бот­ки дре­ве­си­ны;
• Основ­ные направ­ле­ния био-рефай­нин­га дре­ве­си­ны;
• Зелё­ный водо­род и бумаж­ное производство
• Про­рыв в тех­но­ло­гии про­из­вод­ства бума­ги-зелё­ная водо­род­ная энергетика