Камыш как ресурс для производства экологических продуктов
Сегодня мы все чаще обращаемся к продуктам и товарам, изготовленным из экологически чистых природных материалов, что позволяет нам защитить себя от вредных воздействий и сохранить больше ископаемых природных ресурсов, тем самым внести свой посильный вклад в сохранение окружающей среды.
Авторами статьи рассмотрены технологии ресурсного обеспечения производства экологически безопасных продуктов, которые позволяют использовать камыш в изготовлении топливных пеллет и корма для скота.
Производство экологически безопасных продуктов питания, как и любое производство, нуждается в энергоносителях – электрической и тепловой энергии, кормах для животных и т.д. Сельскохозяйственное производство Волгоградской области не плохо обеспечено основным российским энергоносителем – газом.
Газоснабжение имеют почти 70% сельских территорий и это значение имеет тенденцию к росту [1]. Но производство экологически безопасной с/х продукции требует использования «чистых» (не имеющих применения химических средств в истории землепользования) территорий. В большинстве случаев такие земли не имеют сетевого газоснабжения, что предполагает использование местных энергоресурсов. Могут быть использованы, в частности, растительные природные полимеры, имеющие в своем составе горючие элементы – углерод и водород. К таким энергоносителям, широко представленным в Волгоградской области, следует отнести камыш.
375 000 рублей за машину камыша в месяц без копейки вложений ч.25
Исторически камыш – не только носитель энергии, но и составная часть местной экосистемы. Сегодня в Волгоградской области камыш часто обозначается источником пожаров и поэтому воспринимается как сорняк, который требует уничтожения [2]. Основных причин этого явления две.
Первая – выполнение ирригационных сельскохозяйственных работ, что создает условия для расширения ареалов обитания камыша. Вторая – бесконтрольное образование разного рода свалок, также меняющее водообменный режим на территории. При этом площади бесхозного произрастания камыша в Волгоградской области измеряются тысячами гектар; только в областном центре перед пожароопасным периодом камыш уничтожается на 700 га [3].
С другой стороны, есть зарубежные примеры противоположного свойства — промышленного культивирования камыша для целей энергоснабжения [4]. Установлено, что через два-три года после посадки камыша в болоте можно получить первый урожай, пригодный для использования камыша в качестве топлива. А затем болото становится постоянным поставщиком топлива для малых электростанций. Производительность камышового болота – (10…20) т камыша с гектара. Можно оценить количество камыша, которое можно добывать ежегодно с площадки 1 тыс. га в Волгоградской области: 15 тыс. т естественной влажности.
При сравнении таких принципиально разных подходов появляется вопрос о современных отечественных возможностях хозяйственного использования камыша. Известно, что камыш может применяться не только в качестве источника тепла. Из него могут изготавливаться строительные материалы, корм для скота, удобрения для почвы. Ранее камыш успешно использовался для производства бумаги. Камыш используется в народной медицине, может применяться в кулинарии, в производстве спирта, молочной кислоты, глицерина, ацетона, дубильных веществ, газового или жидкого дизельного топлива.
ПРИБЫЛЬНЫЙ БИЗНЕС В ДЕРЕВНЕ/ЗАРАБОТОК НА ТРОСТНИКОВОЙ ТРАВЕ И КАМЫШЕ!
Из известных вариантов использования камыша отметим случаи применения, которые сегодня могут встречаться чаще всего: в изготовлении печного топлива и корма для скота. При выборе подходящих для этого технологий учтем сравнительно малую плотность энергии, запасенную в камыше, как и любом другом растительном сырье [5].
По этой причине после сбора камыша появятся логистические ограничения на транспортировку сырья к местам его переработки – (20…30) км. Эти ограничения могут быть существенно снижены благодаря применению транспортабельных технологий автономной энергетики. Тогда с места добычи сырья будет вывозиться готовый товар или полуфабрикат, но в любом случае – продукт с повышенной добавленной стоимостью. При низких эксплуатационных расходах на обслуживание такого оборудования это положительно скажется на экономике всего процесса использования камыша конечным потребителем.
Рассмотрим свойства камыша подробнее.
Камыш (лат. Scírpus) — многолетнее растение, достигающее двухметровой высоты. На территории Волгоградской области представлены, в основном, два вида камыша – камыш болотный и камыш лесной. Камыш содержит до 45% целлюлозы, 25% лигнина, 22% гемицеллюлозы, около 9% белка и минеральные компоненты.
Соотношение между компонентами меняется в зависимости от частей растения (корни, стебель, листья, цветы) и времен года. Как и у большинства растений, в твердой части стебля камыша целлюлозные волокна собраны в длинные жгуты, окружены и переплетены гемицеллюлозами. Целлюлоза – почти кристаллическое вещество, гемицеллюлоза – аморфное. Всё это переплетение залито лигнином — твердой полифенольной смолой. Такая конструкция растения определяет его вертикальную ориентацию и прочность.
Отметим технологии, которые могут быть использованы в переработке камыша в печное топливо и корм для скота.
Камыш – печное топливо
Современным видом твердого топлива, пригодного к использованию в системах автоматического отопления, являются топливные гранулы (пеллеты). Как показано в обзорной работе [6], гранулы из камыша приближаются по основным характеристикам к древесным (теплота сгорания, примерно, 19 МДж/кг, зольность в среднем 4%), а себестоимость производства ниже, в первую очередь, за счет сравнительно дешевого сырья.
Мобильная линия пеллетирования в состоянии полной заводской готовности выпускается отечественным предприятием ЛесИнТех (С.-П.). Энергообеспечение пеллетного производства в полной мере может быть обеспечено расположенным рядом агрегатом для гидротермальной деструкции части срезанного камыша сверхкритической водой. Особенности такого агрегата отмечены, например, в [7].
Есть возможность производства на месте и высококалорийных пеллет — с теплотворной способностью 23 МДж/кг [8]. Для этого часть камыша должна быть подвергнута гидрокарбонизации и полученный при этом уголь подмешан в камышовую шихту перед прессованием. Аппаратно гидрокарбонизация может быть осуществлена в устройстве [6], но с докритичными параметрами температур и давлений воды.
Работа оборудования потребует измельчения камыша до частиц с характерным размером 1 мм и последующей сепарации измельченной массы на ситах. При этом более мелкие частицы (несколько десятых долей мм) будут направлены в аппараты со сверхкритической водой, одномиллиметровые – в гидрокарбонизацию, а более крупные – в шихту для пеллет.
Камыш – корм для скота
Питательная ценность камыша в полтора-два раза ниже, чем у зеленых луговых растений. Основная причина этого заключается в недоступности целлюлозы камыша расщеплению её в желудках животных до питательной глюкозы – недоступности работе ферментов-целлюлаз и микроорганизмов.
Эта проблема была решена в 30-х годах прошлого века в США Мейсоном при увеличении питательной ценности соломы. Разработанный Мейсоном процесс получил его имя. Сегодня аналогичные процессы чаще именуются «паровым взрывом». Применительно к камышу организация парового взрыва означает, что водная суспензия измельченного камыша разогревается и выдерживается под давлением.
Камыш при этом насыщается водой с растворенным в ней воздухом, после чего давление резко сбрасывается. Вода вскипает и пузырьки воздуха разрывают связи между волокнами целлюлозы, гемицеллюлозой и лигнином. Лигнин имеет плохую реакционную способность и будет выводиться из организма животного. А целлюлоза станет доступной для ферментации, благодаря чему питательная ценность камыша ожидаемо увеличится (как и у сена в процессе Мейсона).
Технология парового взрыва слабо востребована сегодня в отечественном сельском хозяйстве, но имеет отличные перспективы применения. Важно и то, что все вышеотмеченные процессы – гидротермальная деструкция камыша в сверхкритической воде, гидрокарбонизация и паровой взрыв — имеют близкие схемы аппаратной реализации и отличаются лишь выбором рабочих параметров (температур, давлений и экспозиций).
Первые технологические переделы камыша – его сбор и измельчение. Основная масса камыша (85…90)% растет на суше. В отдельных случаях, требуемых для сохранения экосистемы, допускается добыча камыша и с воды. При этом плавсредство может агрегатироваться и с илососом (на фотографии это не показано).
Такая комбинация механизмов требуется при изготовлении органоминеральных удобрений на основе камыша. В случае торфяного болота на понтонах может размещаться любое оборудование – измельчительное, сушильное, энергогенерирующее или иное.
Как отмечалось выше, три технологии переработки водной суспензии камыша аппаратно могут быть выполнены на одинаковом оборудовании. Это оборудование разработано целевым образом для исследований деструкции органических веществ сверхкритической водой.
Высокие давления и температуры (сотни градусов и атмосфер), характерные для этих процессов, потребовали соответствующих инженерных решений. Для парового взрыва и гидрокарбонизации, где высокие давления и температуры не требуются, решения могут быть упрощены. Соответственно, будет удешевлена и конструкция аппаратов. Но для отработки технологических режимов использования камыша в разных целях целесообразно использовать единую конструкцию исследовательской машины.
Здесь по краям конструкции, вдоль её высоты, расположены два реактора для водной суспензии камыша. Реакторы имеют циллиндрическую форму, окружены нагревателями и теплозащитой. На фотографии виден лишь внешний (теплозащитный) слой реакторов. Сброс твердой фракции переработанной суспензии осуществляется снизу реакторов, газообразной фракции – сверху.
В центре конструкции виден баллон со сжатым воздухом. Рядом с баллоном находятся конструктивы с силовой и слаботочной автоматикой. Внизу видны клапаны для управления потоками реагентов (суспензии сырья, воздуха) и продуктов реакции. На фотографии не показана система автоматического управления агрегатом, позволяющая менять температуру реакции, давление и экспозицию суспензии в реакторе.
В работах со сверхкритической водой, где водная суспензия камыша используется для получения электричества и тепла, «выходным» продуктом агрегата является высокоэнтальпийная парогазовая смесь. Она используется для задейстWowания парового контура турбины, приводящей электрогенератор. Турбина и генератор разработки ООО «ЭлТА» (Екатеринбург).
Ротор генератора приводится во вращение соосно расположенной паровой турбиной. Электрическая мощность генератора — 30 кВт, осевой размер ротора турбины – 30 см. Оборудование позволяет задейстWowать три электрогенератора. Агрегат со сверхкритической водой и генератором электроэнергии будет использован в энергоснабжении пеллетайзера для прессования топливных пеллет.
Это оборудование с производительностью 600 кг пеллет в час. Время развертывания такого оборудования из транспортного положения в рабочее – 6 часов.
Силосное оборудование для приготовления кормов является типовым и не нуждается в комментариях.
Моторы комбайнов, занятых в уборке и измельчении камыша, работают на дизельном топливе. Заготовители в своей работе руководствуются малотоннажной транспортабельной технологией получения из камыша жидкого и готового к применению топлива уровня «ЕВРО-5». Для этих целей лучшим образом подходит зимний камыш, имеющий влажность 25% и требующий малых энергозатрат на сушку. Подробности работы мобильного комплекса для производства дизтоплива из отходов изложены в журнале «Экологический вестник России» [9].
Рис.1. Взаимосвязи пайщиков кооператива, использующего камыш в производстве экологически безопасных продуктов питания
Реализация обозначенных выше и аналогичных технических решений предполагается в формате потребительской кооперации. На Рис. 1 показана схема взаимосвязей участников кооперации. Различные аспекты использования камыша, имеющего конечной целью получение и распределение экопродукции разрабатываются в рамках соответствующих целевых программ потребительского общества.
Стратегический инвестор предоставляет потребительскому обществу займ для реализации этих программ. Потребительское общество предоставляет субзаймы разработчикам целевых программ, в т.ч. – разработчику, изготовителю и поставщику оборудования для использования камыша (ООО «ТРИВИМ Лтд).
При этом формируется тридцатипроцентный финансовый резерв для компенсации рисков и пополнения оборотных сумм пайщиков кооператива. Оборудование для использования камыша (пай ТРИВИМа) перемещается в организацию, занимающуюся эксплуатацией оборудования и поддержанием технологий — машинно-технологическую станцию.
Пай станции (её работа) перемещается в кооперативные участки, которые занимаются растениеводством, животноводством и переработкой их продукции. Полученные экопродукты распределяются транспортно-логистическим центром между пайщиками кооператива и внешним рынком. Вырученные от продажи на внешнем рынке деньги направляются в потребительское общество, при необходимости – пайщикам кооператива и формируют налогооблагаемую базу. Потребительское общество компенсирует затраты стратегического инвестора и координирует деятельность кооперативных участков. Качество экопродукции гарантируется сертификацией всех технологических переделов (от почвы до склада готовой продукции).
Приведенная выше информация показывает техническую и организационную осуществимость заявленных технологических решений. Ближайшая задача в продвижении проекта – выбор стратегического инвестора потребительского общества.
Литература и источники
7. В.А. Морозов, А.В. Морозов. Малотоннажная технология переработки отработавших автомобильных шин в энергоносители для тепличного хозяйства. Ж. «Экологический вестник России», 2017, № 4, с. 26-31.
8. В.А. Морозов и др. Пеллеты из прессованной биомассы. Патент РФ от 08.08.2014.
9. В.А. Морозов и др. Мобильный комплекс для производства дизтоплива из древесных отходов. Ж. «Экологический вестник России», № 4, 2010, с.50.
Е.И. Базаров,
д.т.н., профессор, академик Международной Академии
член-корреспондент Российской Инженерной Академии,
В.А. Морозов,
директор, ООО «ТРИВИМ Лтд», академик Международной
Экологической Академии (МЭА),
г. Саров, Нижегородская обл.,
А.В. Морозов,
г. Саров, Нижегородская обл.
Источник: ecovestnik.ru
Производство дсп из камыша — инновации в производстве плит
Доброго времени уважаемые читатели Блога Андрея Ноака. Сегодня поговорим о инновациях, как делают в Турции дсп из соломы, камыша и стеблей подсолнечника.
Из чего сегодня только не пытаются производить продукты деревообработки и если даже ранее были излишки опилок, щепы, различного отлетника и горбыля на производстве, то сегодня встает вопрос о нехватки данного сырья для производственных мощностей. Особенно актуальны данные проблемы для стран с маленькими запасами леса. Но потребность есть потребность и ее каким то образом необходимо удовлетворять. Допустим в Турции нашли выход и попробовали в производство дсп кроме отходов деревообработки добавлять стебли подсолнечников, солому и камыш!
- 1 Новое сырье для дсп — эксперимент
- 2 Результаты эксперимента с сырьем для производства дсп
- 3 Не стандартные виды сырья для производства дсп
- 4 Видео по теме
Новое сырье для дсп — эксперимент
Специалисты одного из заводов по производству дсп из отходов деревообработки, к древесной смеси из тополя (Populus alba L.), добавили стебли подсолнечника (Helianthus annuus L.), соломы и камыша. Кстати кто видел высушенные стебли подсолнечника и камыша, те знают что это довольно жесткий материал, который сложно сломать или раздавить руками. Было проведено три опыта с использованием 25%, 50% и 75% стеблей подсолнечника, комыша и соломы по массе. Масса распределялась равномерно между этими тремя видами сырья.
Производилась плита плотностью 700 кг/м3, применялась смола мочевиноформальдегидная (она же карбамидоформальдегидная), плита трехслойная. Полученные в результате прессования плиты были протестированы на физикомеханические свойства и было определено качество готовой дсп:
- Определение соответствия плотности.
- Определения статического изгиба.
- Модуль упругости.
- Разрыв плиты.
- Выдергивание шурупов.
- Разбухание и водопоглощение.
Результаты эксперимента с сырьем для производства дсп
Результаты показали что все плиты полученные во время эксперимента удовлетворяют показаниям Турецких стандартов, кроме этого при увеличении содержания древесных частиц тополя, все свойства плиты улучшаются.
Сочетания стеблей подсолнечника, камыша, соломы и частиц тополя могут быть смешаны в различных соотношениях (указанных выше) и получаемые плиты могут быть использованы как плиты общего назначения. Этот интересный результат доказывает, что разные отходы сельского хозяйства могут в будущем быть альтернативным сырьем для плитной промышленности.
Первое производство плит уходит корнями в 19 век. Именно в это время люди пробуют использовать отходы деревообработки, а это опилки. Постепенно спрос на древесину начинает расти в связи с растущим населением земли и желанием людей повысить качество жизни, при этом на потребление деловой древесины оказываются значительные давления, и стоимость данной древесины из за постоянно растущего спроса резко возрастает.
Данные факты вызывают необходимость изучения переработки не только отходов древесины, но и использование каких либо ее заменителей. В голову ученым приходит мысль использования отходов сельскохозяйственной промышленности. Использование данных материалов может быть пользой не только для окружающей среды но и для социально-экономического развития, поскольку данные отходы только выкидывались или сжигались загрязняя окружающую среду. При этом затраты на клей увеличиваются незначительно.
Не стандартные виды сырья для производства дсп
Было проведено несколько опытов для определения оптимального сырья в производстве плиты. Вот примерный список изученных отходов для производства плиты:
- Кенаф.
- Стебли пшеницы.
- Соломинки хлопка.
- Стебли подсолнечника.
- Чайные листья.
- Пальмовые листья.
- Кожура арахиса.
Конечно же данные отходы для получения необходимого качества необходимо использовать в смеси с древесной стружкой, при этом соотношение должно строго регламентироваться как и требования к качеству древесины и сельскохозяйственным «заменителям». В настоящий момент существует около 30 заводов в мире, использующих сельскохозяйственные отходы в производстве плиты.
В данном случае и Турция столкнулась с проблемой нехватки древесного сырья, так как большую часть своих лесов пока не является возможным отправлять в переработку. Около 700 га в настоящее время используется для подсолнечника и ежегодно в отходы отправляется 3-3,5 млн. тонн стеблей. Конечно Турция не первая попробовала применять данное сырье для производства плиты, еще в 1970-х годах студенты Университета Миннесоты производили аналогичные опыты, но к стеблю также добавлялась и пустая головка, в качестве древесины использовалась осина. Смола была карбамидоформальдегидная и фенолформальдегидная.
При этом производители плит из сельскохозяйственных отходов также делают акцент на то что их дсп может использоваться не только в мебельной промышленности, но и в как изоляция, декоративных целях, упаковки, так как имеется возможность получения плиты довольно низкой плотности.
Единственные изменения внесенные в производству плиты это измельчение, стебли подсолнечника комыша соломы и древесина тополя сначала были измельчены в молотковых мельницах для грубых частиц, с крупной ячеистой сеткой. Затем было повторное измельчение в молотковой мельнице с более мелкой ячеей. Далее все происходило по стандартной технологии дсп.
Недавно вышла в свет книга «СовершенстWowание технологии производства древесных плит» от моего коллеги Сергея Угрюмова. Более подробно с книгой можно ознакомиться тут .
Видео по теме
Удачи и до новых встреч!
Источник: andreynoak.ru
Бизнес на камышах
Кемеровчанин Яцек Тахмазян давно хотел построить свой дом. Однако не было подходящего участка. В этом году, зимой, ему наконец удалось найти отличное место для строительства. Правда, все мечты «утонули» с приходом весны.
Засохшая трава, камыши в человеческий рост и запах сырости. Яцек Тахмазян выиграл этот участок на аукционе в феврале 2013 года. Объявление о сдаче в аренду «хорошей» земли, как было указано в характеристике, мужчина увидел в интернете. И сразу, не раздумывая, подал заявку на участие и выиграл торги. «Меня пригласили в администрацию на подписание документов.
Я приехал, подписал, начал платить аренду, — говорит Яцек, — заплатил за март и апрель. Потом, когда снег растаял, я приехал сюда, чтобы начать строить дом, и обнаружил, что участок затопленный». По результатам торгов, в течение трех лет мужчина должен выплатить 1,5 миллиона — по 40 тысяч в месяц. За это время нужно построить дом, иначе землю заберут назад.
Оказывается, улица Пархоменко расположена на месте затопленной шахты. Соседи рассказывают, что все дома здесь должны снести по программе переселения из аварийного жилья. Участок номер 26, который взял в аренду Яцек, — натуральное болото. Эти фотографии были сделаны в июне. На них видно, как трактор, который пытался выкопать яму под фундамент, увяз в трясине.
Прошло уже полгода, а ситуация не изменилась. Сейчас здесь все заросло травой, местами проросла ива.
Когда арендатор участка окончательно убедился, что почва не высохнет даже летом, он обратился в Комитет по управлению госимуществом. Попросил, чтобы ему вернули деньги или хотя бы поменяли землю. Но там ответили — обращайтесь в суд! Прошло уже несколько заседаний.
В ходе судебных разбирательств выяснилось, что, перед тем как участок выставить на торги, его никто не проверял на пригодность для строительства. Однако в акте передачи земли от КУГИ указано обратное, зачитывает мама Яцека Людмила Тахмазян: «Состояние земельного участка пригодно для его использования в соответствии с пунктом 1.3 договора».
Чтобы разъяснить ситуацию, мы обратились в Комитет по управлению госимуществом Кемеровской области. В письме нам ответили так:
«Комитет не располагает доказательствами того, что указанный земельный участок действительно расположен именно в болотистой местности. Это обстоятельство должно быть установлено соответствующими уполномоченными органами. А именно Управлением архитектуры и градостроительства администрации города Кемерово.
ПраWowых оснований для возврата заявителю денежных средств за истекший период действия договора аренды комитет не усматривает, поэтому гражданину Тахмазяну Я.Г. было предложено обратиться в суд, этим правом он воспользовался в настоящее время».
Юрист Данил Волынский советует не тянуть в таких случаях, а сразу обращаться за помощью: «В данной ситуации необходимо получить заключение из соответствующей службы, возможно, это геология или геодезия. Получив данное заключение о том, что земельный участок не пригоден для строительства, с ним необходимо обратиться к арендатору, который предоставил этот участок. Если они добровольно откажутся расторгнуть этот договор, этот вопрос можно решить в судебном порядке.
Здесь дело не в том, что обманули или не обманули, так действительно могло получиться, потому что не все земельные участки, которые выдаются, они предварительно проверяются. То есть вполне возможна ситуация, что действительно никто не знал, что этот земельный участок мог быть непригодным».
На последнем судебном заседании вынесено решение о том, что арендатору участка нужно доказать, действительно ли земля находится в болотистой местности. Экспертизу Яцек Тахмазян будет проводить за свои деньги. Он уже подал заявку в геологическую службу. Если непригодность земли для строительства подтвердится, то арендатор намерен требовать компенсацию уже выплаченных денег или замену земельного участка.
Источник: sibdepo.ru