Assessing the availability and quality of biomass is a key approach to understanding its potential for use across various sectors of the domestic industry. The article examines ways to expand biomass potential for sustainable use in the public interest.
biomass, logging residues, processing, renewable biofuel
Использование биомассы в России значительно возросло за последние несколько десятилетий. Хотя основными категориями биомассы являются лесные ресурсы и сельскохозяйственные культуры, небольшой процент, включая остатки лесозаготовок и энергетические культуры, используется для производства энергии.
Значительная часть территории нашей страны покрыто лесами, что делает лесную биомассу вероятным источником существенного увеличения использования возобновляемой энергии и устойчивого производства биогаза.
Оценка доступности и качества биомассы является важным подходом к пониманию ее потенциала использования в различных секторах отечественной промышленности. В существующих публикациях [1, 9] прогнозируется развитие потенциала биомассы в отношении биоэнергетики.
Российский лесной сектор продолжает стремиться к росту в мировой биоэкономике посредством исследований и разработок. На основе инициативных программ исследований в области лесного хозяйства намечены приоритеты лесного сектора, которые включают в себя:
– поддержание конкурентоспособности существующих производственных мощностей для сохранения прибыльности, а также для финансирования разработки новых биопродуктов и процессов;
– увеличение доступности лесного сырья при сохранении устойчивого лесопользования [3];
– разработка новых продуктов на биологической основе для замены современных материалов и изделий, изготовленных из ископаемого топлива;
– стимулирование увеличения объемов промышленного строительства из древесины для достижения большей экологичности зданий.
Классификация биомассы имеет важное значение для понимания различных типов биомассы и ситуаций. В целом, биомассу можно классифицировать на основе ее происхождения, характеристик, состава и методов утилизации.
Растительная биомасса может быть подразделена на природную, остаточную и энергетическую биомассу. Природная и энергетическая биомасса представляют собой первичные культуры, в то время как остаточная биомасса далее подразделяется на лесную, сельскохозяйственную, промышленную и бытовую биомассу.
Доступность лесной биомассы зависит от адекватных экономических и экологических условий [6]. В зависимости от климата и графика сбора урожая могут существовать сезонные ограничения доступности биомассы и значительная ежегодная изменчивость урожайности ресурсов на местном уровне. Неблагоприятные условия окружающей среды могут оказывать значительное негативное или позитивное влияние на ежегодную доступность ресурсов.
Для оценки доступности лесной биомассы [4] используются различные процессы. Некоторые оценки определяют потенциал биомассы для устойчивого использования, а также социальные, экологические и экономические последствия, связанные с производством и использованием ресурсов. Другие оценки анализируют потенциал биомассы с использованием подробной базы данных лесной инвентаризации, учитывая ограничения, которые снижают доступность биомассы для различных сценариев ее получения.
Лес не только обеспечивает пиломатериалы и балансовую древесину, но и предоставляет отходы лесопромысла, остатки лесозаготовок и подлесок, используемые в секторе биоэнергетики. Эти ресурсы могут иметь некоторую сезонную изменчивость, но, как правило, остаются на постоянном уровне в большинстве районов. Они также, как правило, пространственно сконцентрированы [7]. Сектор биоэнергетики также использует всевозможные отходы и побочные продукты лесопереработки и балансовой древесины. Эти остатки используются для производства биотоплива для выработки тепла и электроэнергии, а также для производства пеллет для отопления и жидкого биотоплива для транспорта.
К лесной биомассе, которая может быть преобразована в энергопроизводящие ресурсы, относятся, помимо прочего, следующие виды работ [2, 5, 10]:
– обрезки деревьев;
– лесозаготовка;
– прореживание леса;
– остатки лесоперерабатывающих предприятий, такие как опилки, кора и древесная щепа;
– другие органические вещества.
Замена традиционных видов топлива на возобновляемые биотоплива, производимые из древесины, также может помочь снизить риск лесных пожаров, поскольку это приведет к удалению легковоспламеняющихся материалов, таких как кустарник, деревья малого диаметра и поврежденные деревья, которые в противном случае могли бы подпитывать и усиливать лесные пожары.
Благодаря освоению этих новых рынков биотоплива, частные лесовладельцы получают дополнительную возможность для дальнейшего повышения рентабельности своих лесных угодий устойчивым образом.
Перспективным представляется производство древесных гранул – это вид биотоплива, изготавливаемый из спрессованных опилок, древесной стружки и других отходов. Древесные гранулы обладают высокой плотностью энергии, что делает их эффективными для выработки тепла и электроэнергии. Их однородный состав, низкое содержание влаги и высокая теплотворная способность обеспечивают оптимальное сгорание.
Отдельно отметим синтез-газ, который можно использовать в газовых турбинах, двигателях внутреннего сгорания или котлах для выработки электроэнергии или тепла, обеспечивая более чистое сгорание топлива с меньшими выбросами, чем традиционные ископаемые виды топлива. Перед использованием синтез-газ обычно проходит процессы удаления примесей, твердых частиц и соединений серы для обеспечения оптимальной производительности и снижения потенциального воздействия на окружающую среду. Затем его можно использовать непосредственно для сжигания или дополнительно перерабатывать в жидкое топливо для использования в транспорте.
Еще один способ получения биотоплива из лесной биомассы – анаэробный процесс. При этом методе бактерии разлагают органические вещества в отсутствие кислорода, производя возобновляемый биогаз. Затем этот биогаз может пройти дополнительные процессы очистки для получения биометана, который может быть закачан в газораспределительную сеть или использован в качестве транспортного топлива.
Помимо производства топлива, растет интерес к развитию других биоперерабатывающих предприятий для разработки экономически жизнеспособных продуктов и химикатов в качестве заменителей тех, которые производятся на традиционных нефтеперерабатывающих заводах. Побочные продукты целлюлозно-бумажной промышленности используются на этих биоперерабатывающих предприятиях для производства химикатов с добавленной стоимостью и потребительских товаров.
Энергетические культуры представляют собой важную биомассу, выращиваемую специально для производства биоэнергии, и в основном культивируются на переходных пастбищах. К энергетическим культурам относятся, как правило, быстрорастущие древесные виды, такие как ива и тополь, с периодом севооборота 5…10 лет. После выращивания вся биомасса используется для производства энергии.
Как уже отмечалось выше, лесная биомасса имеет широкий спектр применения, включая традиционное промышленное использование для производства пиломатериалов и целлюлозно-бумажной продукции, а также в энергетическом секторе для комбинированного производства тепла и электроэнергии. Кроме того, она представляет значительный интерес для развития непрерывного крупномасштабного производства современных жидких и газообразных биотоплив [8, 11]. Таким образом, лесная биомасса представляет собой важную составляющую в рамках доступных местных, национальных и региональных поставок возобновляемого сырья.
Использование биомассы в качестве сырья для биохимического производства обусловлено стремлением сократить выбросы ископаемого углекислого газа, обеспечить безопасность энергоснабжения и желанием оживить сельские районы.
Лесные отходы также являются важными источниками сырья для биохимической промышленности. Остатки лесных насаждений состоят не только из целлюлозы и гемицеллюлозы, которые могут быть ферментированы до полезных молекул, но и из лигнина. Поэтому одной из задач является поиск способов использования не только целлюлозы и гемицеллюлозы, но и лигнина для получения ценных соединений в процессе биопереработки. В России существует потенциал для значительного увеличения использования остатков лесных насаждений по сравнению с нынешним уровнем. Однако определенная часть должна быть возвращена в лес, чтобы избежать деградации органического углерода и питательных веществ почвы. Кора ствола и листва являются основными носителями микроэлементов, а листва – основными носителями макроэлементов. Это жизненно важные остатки экосистемы, и они должны соответствовать определенным экологическим ограничениям для достижения устойчивого производства и использования биомассы в качестве возобновляемого материала. Экологический баланс и продуктивность экосистемы зависят от состава и количества извлеченной биомассы. Поэтому вопрос экологической устойчивости использования остатков лесных насаждений в качестве сырья на биопереработке все еще находится на перспективном рассмотрении.
В связи с существующим мнением о том, что использование древесины в качестве сырья не приводит к высоким выбросам парниковых газов, древесина и древесные продукты обычно считаются углеродно-нейтральными. Как правило, углекислый газ, выделяющийся при вырубке деревьев, поглощается окружающими лесами, что делает древесный материал климатически нейтральным. Это мнение подтверждается тем, что вся удаленная биомасса из лесов, управляемых на принципах устойчивого развития, будет снова поглощена в будущем. Аналогично, увеличение биомассы деревьев означает увеличение поглощения углерода. Благодаря поглощению углекислого газа леса обычно рассматриваются как поглотители углекислого газа. Их также можно считать углеродно-нейтральными, поскольку углекислый газ, поглощенный с начала их жизненного цикла, высвобождается при вырубке лесов. Древесные продукты из лесной биомассы будут продолжать действовать как значительные поглотители углерода, и это может продолжаться до тех пор, пока древесина не разложится или не сгорит.
Таким образом очевидно, что имеющаяся в России биомасса может быть использована для обеспечения устойчивого снабжения материалами (например, древесиной, целлюлозой, бумагой и бумажной продукцией, химикатами, биокомпозитами и другими строительными материалами) для текущих и будущих потребностей. Устойчивое управление лесной биомассой будет и впредь предоставлять возможности для экономического роста и повышения производительности, а также способствовать созданию углеродно-нейтральной биоэкономики.
1. Belyaev S.V. O roli biomassy v povyshenii toplivno-energeticheskogo potenciala regionov / S. V. Belyaev, M. Levina // Resources and Technology. – 2019. – T. 16, № 4. – S. 25-36. – DOIhttps://doi.org/10.15393/j2.art.2019.4882. EDN: https://elibrary.ru/OLWVUO
2. Sovershenstvovanie tehnologiy i tehniki dlya raschistki ploschadey ot nezhelatel'noy drevesno-kustarnikovoy rastitel'nosti / M.V. Drapalyuk, V.N. Korotkih, A.A. Platonov [i dr.] // Lesa Rossii i hozyaystvo v nih. – 2025. – № 3(94). – S. 136-146. – DOI:https://doi.org/10.51318/FRET.2025.94.3.014. EDN: https://elibrary.ru/RNOFGI
3. Platonov A.A. Analiz kriteriev ocenki kachestva rabot po udaleniyu nezhelatel'noy porosli / A.A. Platonov // Nauka. Tehnika. Tehnologii (politehnicheskiy vestnik). – 2022. – № 1. – S. 177-181. EDN: https://elibrary.ru/LQJWQR
4. Platonov A.A. Voprosy utilizacii nezhelatel'noy rastitel'nosti pri soderzhanii ohrannyh zon trass VL / A.A. Platonov // Voronezhskiy nauchno-tehnicheskiy Vestnik. – 2020. – T. 1, № 1(31). – S. 95-102. EDN: https://elibrary.ru/QIVPMB
5. Platonov A.A. Issledovanie i sistematizaciya suschestvuyuschih tehnologicheskih processov udaleniya nezhelatel'noy rastitel'nosti / A.A. Platonov // Sistemy. Metody. Tehnologii. – 2020. – № 3(47). – S. 63-73. – DOI:https://doi.org/10.18324/2077-5415-2020-3-63-73. EDN: https://elibrary.ru/CWIFZA
6. Platonov A.A. Kompleksnoe upravlenie lesnoy rastitel'nost'yu: etapy i perspektivy razvitiya / A.A. Platonov // Lesotehnicheskiy zhurnal. – 2023. – T. 13, № 2(50). – S. 142-157. – DOI:https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2022.3/8. EDN: https://elibrary.ru/KEAUGH
7. Platonov A.A. O mestah vozdeystviya na nezhelatel'nuyu rastitel'nost' pri ee udalenii s territoriy transportnyh infrastruktur / A.A. Platonov // Aktual'nye problemy razvitiya lesnogo kompleksa: Materialy XVII Mezhdunarodnoy nauchno-tehnicheskoy konferencii, Vologda, 03 dekabrya 2019 goda / Otvetstvennyy redaktor Yu.M. Avdeev. – Vologda: Vologodskiy gosudarstvennyy universitet, 2019. – S. 216-218. EDN: https://elibrary.ru/YKPBZG
8. Tatarenko I.R. Issledovanie vliyaniya usloviy hraneniya biodizel'nogo topliva na ego svoystva / I.R. Tatarenko, N.A. Serdyukova, A.A. Shevcov // Sovremennyy lesnoy kompleks strany: innovacionnye razrabotki i issledovaniya: Materialy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferencii, Voronezh, 03 oktyabrya 2024 goda. – Voronezh: Voronezhskiy gosudarstvennyy lesotehnicheskiy universitet im. G.F. Morozova, 2024. – S. 105-110. – DOI:https://doi.org/10.58168/MFCC2024_105-110. EDN: https://elibrary.ru/SEAGFJ
9. Tehnologicheskie aspekty povysheniya effektivnosti ispol'zovaniya energeticheskogo potenciala biomass Rossii / E.V. Arbuzova, S.E. Scheklein, A.A. Holmakov [i dr.] // Mezhdunarodnyy nauchnyy zhurnal Al'ternativnaya energetika i ekologiya. – 2012. – № 3(107). – S. 82-88. EDN: https://elibrary.ru/OXTYGN
10. Platonov A.A. Modern state of technical means to remove uncontrolled vegetation / A.A. Platonov // Lesnoy Vestnik. Forestry Bulletin. – 2021. – Vol. 25, № 1. – rr. 115-122. – DOI:https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-1-115-122. EDN: https://elibrary.ru/FMPPNC
11. Serdyukova N. Biodiesel production technology using low-potential energy / N. Serdyukova, A. Shevtsov // BIO Web of Conferences. – 2024. – Vol. 145. – P. 04011. – DOI:https://doi.org/10.1051/bioconf/202414504011. EDN: https://elibrary.ru/FVPQRR
