Ґрунтово-кліматичні умови більшості регіонів України є сприятливими для вирощування як високопродуктивних енергетичних, так і сільськогосподарських культур, які в процесі переробки можуть слугувати джерелом для виробництва біопалива. В розрізі обсягів енергетичної біомаси відходи сільськогосподарського виробництва становлять близько 4,8%, але їх особливістю є те, що вони щороку поновлюються і є ресурсом, який мало використовують.
Якщо розглянути види високопродуктивних енергетичних культур, що можуть бути використані для виробництва твердого біопалива, то до них належать:
- багаторічні злакові культури (міскантус, просо лозоподібне, костриця й ін.), з терміном збирання і використання через 2–3 роки;
- дерев’янисті культури (гібридні верби, тополі й ін.). Як правило, ці культури швидкорослі, як порівняти із широколистяними деревами, й можуть бути використані протягом 10–20 років після садіння;
- сільськогосподарські культури (відходи виробництва та переробки). Обсяг біологічних відходів сільськогосподарських культур є значним, а питома вага їх залежить від виду, способів збирання, переробки тощо.
На останньому з видів енергетичних культур, сільськогосподарських, слід зосередити особливу увагу в подальшому використанні, бо вони мають низку суттєвих переваг перед аналогами, а саме:
- щорічне поновлення й мало використовуваний ресурс;
- не потребують спеціальних технологій для їх вирощування, бо є побічною продукцією;
- мінімальні капітальні витрати на придбання засобів механізації для заготівлі побічної продукції;
- низька собівартість побічної продукції сільськогосподарських культур як основної сировини для виробництва біопалива.
Отже, переваги використання відходів виробництва та переробки сільськогосподарських культур для виробництва біопалива є беззаперечними, однак слід звернути увагу на вибір технологій й обладнання для енергетичного використання біомаси, які визначають величину майбутніх капітальних витрат на технічне забезпечення технології виробництва твердого біопалива (паливних гранул).
Солому зернових культур, стебла кукурудзи й соняшнику тощо можна ефективно використовувати, якщо вони розташовані на невеликій відстані від об’єкта опалення й мають достатню для потреб кількість.
Біомаса сільськогосподарських культур, що використовується як пальне, має низку особливостей, які відрізняють її від традиційних енергоресурсів, що застосовуються для опалення. Деякі з характеристик твердого біопалива, у першу чергу зовнішні (щільність, розміри часток, специфічність поверхні), за допомогою подрібнення й ущільнення можуть бути змінені. Водночас його основні паливно-технологічні характеристики заведено розглядати як сталі.
Найважливішою паливно-технологічною характеристикою біомаси, що використовують як тверде біопаливо, є її теплотворна здатність, яка залежить від багатьох чинників: генетичних особливостей енергетичних рослин, впливу навколишнього середовища, умов зберігання, вологості тощо.
Таблиця 1. Характеристика енергомісткості твердого біопалива залежно від технологій його попереднього приготування до спалювання
Солому спалюють у вигляді брикетів, пресованих рулонів круглого чи тюків прямокутного перерізу або подрібненою. Водночас заготівля соломи найефективніше здійснюється із застосуванням пресування в рулони або тюки. Застосування фіксації форми рулонів сіткою полегшує їх енергетичне використання.
Спалювання біомаси є найстарішим і найпростішим способом отримання енергії, однак у багатьох випадках цей спосіб уважають найбільш економним. Велика неоднорідність біомаси, з погляду хімічного складу та фізичних властивостей викликає певні труднощі як у процесі спалювання, так і емісії компонентів, що є побічними продуктами процесу.
Важливим чинником якості твердого біопалива є технологія приготування біомаси до спалювання. Вона зумовлює конструктивно-технологічне виконання теплотехнічного обладнання, істотно впливає на економічні показники його роботи й визначає величину капітальних витрат.
Отже, спалювання соломи через нерівномірний уміст вологи, велику кількість попелу (до 10%), низьку щільність і значний уміст летких складників (до 70–80%), зумовлене низкою технічних ускладнень:
- низькою питомою теплотою згорання на одиницю маси;
- значними коливаннями фізико-хімічних властивостей;
- труднощами контролю швидкості горіння та забезпечення постійного дозування;
- великою площею складування та проблемами транспортування;
- значною емісією токсичних елементів.
Процес спалювання потребує забезпечення доступу кисню (повітря), кількість якого залежить від маси та властивостей сировини, що спалюється.
Подрібнення біомаси дозволяє покращити контакт кисню з паливними компонентами, що сприяє кращому спалюванню. Вологомісткість спалюваної сировини знижує теплоту згорання, впливаючи на теплоефективність процесу горіння.
Найпоширенішими біоенергетичними технологіями переробки біомаси у тверді енергетичні продукти є пряме спалювання, піроліз і газифікація. Енергетичні продукти, які можуть бути отримані внаслідок використання зазначених біоенергетичних технологій, наведено в табл. 2.
Таблиця 2. Енергетичні продукти біоенергетичних технологій
Процес широкого впровадження біоенергетичних технологій, виходячи з умов можливості швидкої зміни природного газу для виробництва теплової енергії з найнижчими інвестиційними затратами та найкоротшими термінами окупності, треба розпочинати із запровадження сучасного обладнання для спалювання відходів деревини, соломи й торфу у вигляді гранул і брикетів.
На сьогодні у світі існують кілька економічно доцільних технологій підготовки та переробки біомаси, особливо перспективним є метод гранулювання, що дозволяє підвищити ефективність отримання енергії у вигляді твердого палива. Паливні гранули — це високопродуктивне пальне, вироблене в результаті переробки біомаси методом пресування під великим тиском у спеціальній матриці. Завдяки цьому процесу енергія, нагромаджена в первинній сировині, значно ущільнюється й збільшуються енергетичні показники. Окрім того, паливні гранули мають відповідні параметри, які роблять процес спалювання ефективнішим і стабільнішим. Вони мають меншу об’ємну масу, не втрачають паливних властивостей упродовж зберігання, що значно здешевлює процес транспортування гранул від виробників до споживачів.
Таблиця 3. Характеристика органічних видів палива
Найвищі значення теплоти 
згорання серед біопалив мають паливні гранули та брикети, що становить відповідно 18 та 17 МДж/кг, або 4500 та 4040 Ккал/кг, до того ж витрати пального для виробництва 1 Гкал тепла мають найнижчі значення і становлять 261 та 281 кг відповідно, що доводить про доцільність проведення етапів підготовки рослинної біомаси сільськогосподарських культур (брикетування та гранулювання) у виробництві біоенергетичних продуктів (паливних гранул, паливних брикетів).
Ураховуючи економічну доцільність використання біопалива в ущільненому стані у вигляді гранул (значення теплоти згорання та витрати палива для виробництва 1 Гкал тепла), виникає потреба в проведенні подальших досліджень, спрямованих на розробку нових і вдосконалення наявних технологій заготівлі рослинної біомаси та виробництва твердого біопалива у вигляді паливних гранул із рослинної біомаси сільськогосподарських культур.
Олег ГАЙДЕНКО, вчений секретар, завідувач відділу маркетингу та наукового забезпечення
трансферу інновацій ІСГС НААН, канд. техн. наук, ст. наук. співроб., дорадник із питань
механізації сільського господарства та економіки сільськогосподарського виробництва
