Технології для переробки деревини в біогаз і біонафту: можливості та перспективи

Abstract

The article considers the process of wood pyrolysis as an effective technology for converting biomass into renewable energy sources with high energy potential. Pyrolysis, which involves the thermal decomposition of organic materials in the absence or minimal oxygen content, allows obtaining three main products: bio-oil (liquid fuel), biochar (carbon-containing residue) and synthetic gas (a mixture of hydrogen, carbon monoxide and methane). Each of these products has its own characteristics, advantages and areas of application. Bio-oil can be used as a substitute for diesel fuel in power plants, biochar as a soil improver, fertilizer, activated carbon or sorbent, and synthetic gas as a fuel for electricity generation or raw material for chemical synthesis, in particular during the production of methanol, ammonia, hydrogen.

The article provides basic equations and formulas for calculating the energy potential of biomass depending on its moisture content, density, calorific value and chemical composition. Methods for estimating the yield of pyrolysis products depending on the temperature regime, heating rate, process duration and type of wood are also presented. The average calorific value of each product is considered separately, which allows assessing their energy efficiency and feasibility of use in various technological conditions. It is shown that the pyrolysis process allows for a significant reduction in CO₂ emissions compared to direct combustion of wood or fossil fuels, which makes it an attractive alternative.

У статті розглядається процес піролізу деревини як ефективна технологія перетворення біомаси на відновлювані енергоносії з високим енергетичним потенціалом. Піроліз, що передбачає термічне розкладання органічних матеріалів за відсутності кисню або за мінімального його вмісту, дозволяє отримати три основні продукти: біоолію (рідке паливо), біочар (вуглецевмісний залишок) та синтетичний газ (суміш водню, оксиду вуглецю та метану). Кожен з цих продуктів має свої особливості, переваги та галузі застосування. Біоолія може використовуватись як замінник дизельного пального в енергетичних установках, біочар – як покращувач ґрунту, добриво, активоване вугілля або сорбент, а синтетичний газ – як паливо для генерації електроенергії або сировина для хімічного синтезу, зокрема під час виробництва метанолу, аміаку, водню.

У статті наведено базові рівняння і формули для розрахунку енергетичного потенціалу біомаси залежно від її вологості, щільності, теплотворної здатності та хімічного складу. Також подано методики оцінки виходу продуктів піролізу залежно від температурного режиму, швидкості нагрівання, тривалості процесу та типу деревини. Окремо розглянуто показники середньої теплоти згоряння кожного з продуктів, що дозволяє оцінити їхню енергетичну ефективність та доцільність використання в різних технологічних умовах. Показано, що процес піролізу дозволяє суттєво знизити викиди CO₂ порівняно з прямим спалюванням деревини або викопного палива, що робить його привабливою альтернативою.

Особлива увага приділяється екологічним перевагам та можливостям інтеграції піролізних технологій у сучасні агросистеми. Біочар, отриманий у процесі піролізу, може слугувати довготривалим джерелом стабільного вуглецю в ґрунті, покращуючи його структуру, водоутримувальні властивості, мікробіологічну активність, буферну здатність, а також загальну родючість. Результати дослідження свідчать про перспективність широкого впровадження піролізу деревини як складової частини циркулярної економіки, орієнтованої на зниження антропогенного навантаження на навколишнє середовище, розвиток екологічно чистої енергетики та підвищення стійкості природних ресурсів.