Древесное топливо (или дрова ) — это такое топливо, как дрова , древесный уголь , щепа , листы, пеллеты и опилки . Конкретная используемая форма зависит от таких факторов, как источник, количество, качество и применение. Во многих регионах древесина является наиболее доступным видом топлива, для сбора валежной древесины не требуются инструменты или мало инструментов, хотя, как и в любой отрасли, были разработаны специализированные инструменты, такие как трелевочные тракторы и гидравлические дровоколы. механизировать производство. Отходы лесопиления и побочные продукты строительной промышленности также включают различные формы отходов лесоматериалов.
Открытие того, как добывать огонь для сжигания древесины, считается одним из важнейших достижений человечества. Использование древесины в качестве источника топлива для отопления появилось гораздо раньше цивилизации и, как предполагается, использовалось неандертальцами . Сегодня сжигание древесины является крупнейшим использованием энергии , получаемой из твердой топливной биомассы . Древесное топливо можно использовать для приготовления пищи и отопления , а иногда и для заправки паровых двигателей и паровых турбин , генерирующих электроэнергию . Древесину можно использовать в помещении в печи, печи или камине или на открытом воздухе в печи, костре или костре .
.jpg/1280px-Charbon_-_charcoal_burning_(3106924114).jpg)
Древесина использовалась в качестве топлива на протяжении тысячелетий. Исторически его использование было ограничено только распространением технологий, необходимых для создания искры. Тепло, получаемое из древесины, до сих пор распространено во многих странах мира. Ранние примеры включали костер, разведенный внутри палатки. Костры разводили на земле, а дымовое отверстие в верхней части палатки позволяло дыму выходить за счет конвекции.
В постоянных постройках и в пещерах сооружались или устраивались очаги — поверхности из камня или другого негорючего материала, на которых можно было развести огонь. Дым выходил через дымовое отверстие в крыше.
В отличие от цивилизаций в относительно засушливых регионах (таких как Месопотамия и Египет), греки, римляне, кельты, бритты и галлы имели доступ к лесам, пригодным для использования в качестве топлива. На протяжении веков произошла частичная вырубка климаксных лесов, а оставшиеся превратились в поросли со стандартными лесными массивами в качестве основного источника древесного топлива. Эти лесные массивы включали в себя непрерывный цикл сбора новых стеблей со старых пней с ротацией от семи до тридцати лет.
Одной из первых печатных книг по управлению лесными массивами на английском языке была книга Джона Эвелина «Сильва, или беседа о лесных деревьях» (1664 г.), в которой землевладельцам давались советы по правильному управлению лесными владениями. Х. Л. Эдлин в книге «Лесные ремесла в Британии», 1949 г., описывает необычайные используемые технологии и ассортимент изделий из древесины, которые производились из этих управляемых лесов с доримских времен. И все это время предпочтительным видом древесного топлива были срезанные ветки поросли, связанные в хворост . Более крупные, изогнутые или деформированные стебли, которые не приносили никакой другой пользы лесным мастерам, превращались в древесный уголь .
Как и в большинстве стран Европы, эти управляемые лесные массивы продолжали снабжать свои рынки вплоть до конца Второй мировой войны. С тех пор большая часть этих лесных массивов была превращена в широкомасштабное сельское хозяйство. Общий спрос на топливо значительно увеличился с промышленной революцией , но большая часть этого возросшего спроса была удовлетворена за счет нового источника топлива — угля , который был более компактным и больше подходил для более крупных масштабов новых отраслей промышленности.
В период Эдо в Японии древесина использовалась для многих целей, и потребление древесины побудило Японию разработать политику управления лесами в ту эпоху. [1] Спрос на лесные ресурсы рос не только для топлива, но и для строительства кораблей и зданий, и, следовательно, вырубка лесов была широко распространена. В результате произошли лесные пожары, наводнения и эрозия почвы. Примерно в 1666 году сёгун ввел политику сокращения вырубки леса и увеличения посадки деревьев. Эта политика постановила, что только сёгун или даймё мог разрешить использование дерева. К 18 веку Япония разработала подробные научные знания о лесоводстве и плантационном лесном хозяйстве .
Развитие дымохода и камина позволило более эффективно отводить дым. Каменные обогреватели или печи пошли еще дальше, улавливая большую часть тепла огня и выхлопных газов в большую тепловую массу, становясь намного более эффективными, чем один только камин.
Металлическая печь была технологическим достижением, совпавшим с промышленной революцией . Печи представляли собой изготовленные или сконструированные части оборудования, которые сдерживали огонь со всех сторон и обеспечивали средства контроля тяги — количества воздуха, попадающего в огонь. Печи изготавливаются из самых разных материалов. Чугун является одним из наиболее распространенных. Использовались мыльный камень ( тальк ), плитка и сталь . Металлические печи часто облицовываются огнеупорными материалами, такими как огнеупорный кирпич , поскольку в самой горячей части дровяного огня сталь сгорает в течение нескольких лет использования.
Печь Франклина была разработана в США Бенджамином Франклином . Это был скорее искусственный камин, чем печь, он имел открытую переднюю часть и теплообменник сзади , который был предназначен для забора воздуха из подвала и нагревания его перед выпуском по бокам. Теплообменник никогда не был популярной функцией и в более поздних версиях его исключили. Так называемые печи «Франклина» сегодня изготавливаются в самых разных стилях, но ни одна из них не напоминает оригинальный дизайн.
1800-е годы стали расцветом чугунной печи. Каждый местный литейный завод разрабатывал свой собственный дизайн, и печи строились для множества целей: печки для салонов, коробчатые печи, походные печи, железнодорожные печи, переносные печи, кухонные печи и так далее. Тщательно продуманные модели с никелированной и хромированной окантовкой довели дизайн до совершенства, с литыми орнаментами, ножками и дверцами. В печах можно было топить дрова или уголь, и поэтому они были популярны более ста лет. Действие огня в сочетании с едкостью пепла привело к тому, что печь со временем распалась или треснула. Таким образом, требовалось постоянное снабжение печами. Уход за печами, необходимость их чернения, их дымность и необходимость колки дров означали, что предпочтение отдавалось масляному или электрическому нагреву.
Герметичная печь , изначально изготовленная из стали, позволяла лучше контролировать горение, поскольку была более плотно прилегана, чем другие печи того времени. Герметичные печи стали обычным явлением в 19 веке.
Популярность использования дровяного отопления снизилась по мере роста доступности других, менее трудоемких видов топлива. Древесное отопление постепенно было заменено углем , а затем мазутом , природным газом и пропаном , за исключением сельских районов с имеющимися лесами.
После нефтяного эмбарго 1967 года многие жители США впервые использовали древесину в качестве топлива. Агентство по охране окружающей среды предоставило информацию о чистых печах, которые горят гораздо эффективнее. [2]
Кратковременное возрождение популярности произошло во время и после энергетического кризиса 1973 года , когда некоторые считали, что ископаемое топливо станет настолько дорогим, что его использование станет невозможным. Последовал период инноваций, когда многие мелкие производители производили печи на основе старых и новых конструкций. Известные инновации той эпохи включают обогреватель Ashley, печь с термостатическим управлением и дополнительным перфорированным стальным корпусом, предотвращающим случайный контакт с горячими поверхностями. В этом десятилетии также было создано несколько двухтопливных печей и котлов, в которых использовались воздуховоды и трубопроводы для подачи тепла по всему дому или другому зданию.
Рост популярности дровяного отопления также привел к разработке и сбыту большего разнообразия оборудования для резки, раскалывания и переработки дров. Гидравлические дровоколы потребительского класса были разработаны для работы от электричества, бензина или от ВОМ сельскохозяйственных тракторов. В 1987 году Министерство сельского хозяйства США опубликовало метод производства дров, высушенных в печи, исходя из того, что лучшая теплоотдача и повышенная эффективность сгорания могут быть достигнуты с помощью бревен с более низким содержанием влаги. [3]
Журнал «Wood Burning Quarterly» издавался несколько лет, прежде чем сменил название на «Home Energy Digest» и впоследствии исчез.
Печь на пеллетах — это прибор, который сжигает гранулы прессованной древесины или биомассы . Дровяное отопление продолжает использоваться в районах, где много дров. Для серьезных попыток обогрева, а не просто создания атмосферы (открытые камины), сегодня чаще всего используются печи, каминные топки и печи. В сельских и лесных районах США автономные котлы становятся все более распространенными. Они устанавливаются на открытом воздухе, на некотором расстоянии от дома, и подключаются к теплообменнику в доме с помощью подземного трубопровода. Беспорядок из дерева, коры, дыма и золы остается снаружи, и риск возгорания снижается. Котлы достаточно велики, чтобы поддерживать огонь всю ночь, и могут сжигать более крупные куски дерева, поэтому требуется меньше резки и раскалывания. Нет необходимости переоборудовать дымоход в доме. Однако уличные дровяные котлы выделяют больше древесного дыма и связанных с ним загрязняющих веществ, чем другие дровяные приборы. Это связано с особенностями конструкции, такими как заполненная водой рубашка вокруг топки, которая охлаждает огонь и приводит к неполному сгоранию. Наружные дровяные котлы также обычно имеют небольшую высоту дымовой трубы по сравнению с другими дровяными приборами, что способствует повышению уровня твердых частиц в окружающей среде на уровне земли. Альтернативой, популярность которой растет, являются котлы для газификации древесины, которые сжигают древесину с очень высоким КПД (85-91%) и могут быть размещены в помещении или в пристройке. Существует множество способов переработки древесного топлива, и количество изобретений сегодня увеличивается с каждой минутой.
Древесина до сих пор используется во многих местах для приготовления пищи: в печи или на открытом огне. Он также используется в качестве топлива во многих промышленных процессах, включая копчение мяса и изготовление кленового сиропа .
В качестве устойчивого источника энергии древесное топливо также остается пригодным для производства электроэнергии в районах с легким доступом к лесным продуктам и побочным продуктам.
В метрической системе дрова обычно продаются кубическими метрами или стерами (1 м³ ≈ 0,276 шнуров).
В США и Канаде дрова обычно продаются по шнуру объемом 128 футов³ (3,62 м³), что соответствует поленнице шириной 8 футов и высотой 4 фута из бревен длиной 4 фута. Шнур юридически определен законом в большинстве штатов США. «Бросенный шнур» — это дрова, которые не были сложены в стопку и имеют размеры 4 фута в ширину, 4 фута в высоту и 10 футов в длину. Дополнительный объем призван сделать его эквивалентным стандартному сложенному шнуру, в котором меньше пустого пространства. Также часто можно увидеть древесину, продаваемую по «лицевому шнуру», который обычно не имеет юридического определения и варьируется в зависимости от региона. Например, в одном штате куча бревен шириной 8 футов и высотой 4 фута из бревен длиной 16 дюймов часто продается как «лицевой шнур», хотя его объем составляет лишь одну треть шнура. В другом штате или даже другой территории того же штата, объем лицевого шнура может существенно отличаться, поэтому покупать древесину, продаваемую таким образом, рискованно, поскольку сделка не основана на юридически закрепленной единице измерения.
В Австралии он обычно продается тоннами, но обычно рекламируется как продаваемый тачкой (тачкой), ковшом (1/3 ведра м3 типичного мини-погрузчика ), ютом или мешком (примерно 15–20 тонн). кг).
Обычная лиственная древесина, красный дуб, имеет энергосодержание ( тепловую ценность ) 14,9 мегаджоулей на килограмм (6388 БТЕ на фунт) и 10,4 мегаджоулей , которые можно восстановить при сжигании с эффективностью 70%. [4]
Управление устойчивого развития энергетики (SEDO), входящее в состав правительства Западной Австралии, заявляет, что энергосодержание древесины составляет 16,2 мегаджоулей на килограмм (4,5 кВтч/кг). [5]
По данным Центра биоэнергетических знаний , энергетическая ценность древесины более тесно связана с ее влажностью, чем с ее породой. Содержание энергии улучшается по мере уменьшения содержания влаги. [6]
В 2008 году древесина для топлива стоила 15,15 долларов за 1 миллион БТЕ (0,041 евро за кВтч). [7] [ ненадежный источник? ]
Как и при любом пожаре , при сжигании древесного топлива образуются многочисленные побочные продукты, некоторые из которых могут быть полезными (тепло и пар), а другие — нежелательными, раздражающими или опасными.
Одним из побочных продуктов сжигания древесины является древесная зола , которая в умеренных количествах является удобрением (в основном калийным ), вносящим минеральные вещества, но является сильнощелочной , поскольку содержит гидроксид калия [8] (щелочь). Древесную золу также можно использовать для производства мыла .
Дым , содержащий водяной пар , углекислый газ и другие химические вещества и аэрозольные частицы, включая летучую золу едкой щелочи , которая может быть раздражающим (и потенциально опасным) побочным продуктом частично сгоревшего древесного топлива. Основным компонентом древесного дыма являются мелкие частицы, которые могут составлять значительную часть загрязнения воздуха твердыми частицами в некоторых регионах. В более прохладные месяцы на дровяное отопление приходится до 60% мелких частиц в Мельбурне , Австралия . [9]
Значительные количества летучих органических соединений выделяются при сжигании дров . В процессе горения высвобождаются большие количества более мелких видов оксигенатов , а также органических веществ, образующихся в результате реакции деполимеризации лигнина , таких как фенольные соединения, фураны и фураноны. [11] Также было показано, что при сжигании дров многие органические соединения переходят в аэрозольную фазу. [12] Было показано, что при сжигании топливной древесины высвобождаются органические компоненты в диапазоне летучести, превышающем эффективные концентрации насыщения C *, от 10 1 -10 11 мкг м -3 . Было показано , что выбросы от проб топливной древесины , собранных в районе Дели в Индии, в 30 раз более активны по отношению к гидроксильным радикалам, чем выбросы от сжиженного нефтяного газа . Кроме того, при сравнении 21 полициклического ароматического углеводорода , выделяемого из одних и тех же образцов топливной древесины из Дели , выбросы топливной древесины были примерно в 20 раз более токсичными, чем выбросы сжиженного нефтяного газа . [10]
Печи медленного сгорания повышают эффективность дровяных обогревателей, сжигающих дрова, но также увеличивают производство твердых частиц. Печи с низким уровнем загрязнения/медленного сгорания являются текущей областью исследований. [ нужна цитация ] Альтернативный подход заключается в использовании пиролиза для производства нескольких полезных биохимических побочных продуктов и чистого горения древесного угля или чрезвычайно быстрого сжигания топлива внутри большой тепловой массы, такой как каменный обогреватель. Это позволяет топливу полностью сгореть без образования твердых частиц, сохраняя при этом эффективность системы. [ нужна цитата ]
В некоторых из наиболее эффективных горелок температура дыма повышается до гораздо более высокой температуры, при которой дым сам сгорает (например, 609 °C [13] для воспламенения газообразного угарного газа). Это может привести к значительному снижению опасности задымления, а также к обеспечению дополнительного тепла от процесса. Используя каталитический нейтрализатор , можно снизить температуру получения более чистого дыма. В некоторых юрисдикциях США запрещена продажа или установка печей без каталитических нейтрализаторов. [ нужна цитата ]
В зависимости от плотности населения, топографии, климатических условий и используемого оборудования для сжигания дровяное отопление может существенно способствовать загрязнению воздуха , особенно твердыми частицами . Условия, в которых сжигается древесина, сильно влияют на содержание выбросов. [ нужна цитата ] Загрязнение воздуха твердыми частицами может способствовать возникновению проблем со здоровьем человека и увеличению количества госпитализаций по поводу астмы и сердечных заболеваний. [9]
Технология прессования древесной массы в пеллеты или искусственные бревна может снизить выбросы. Сгорание происходит чище, а повышенная плотность древесины и пониженное содержание воды позволяют избежать некоторого объема транспортировки. Ископаемая энергия, потребляемая на транспорте, сокращается и составляет небольшую долю ископаемого топлива, потребляемого при производстве и распределении печного топлива или газа. [14]
Большая часть древесного топлива поступает из местных лесов по всему миру. Плантационная древесина редко используется в качестве дров, поскольку она более ценна в виде древесины или древесной массы , однако некоторое количество древесного топлива собирается из деревьев, посаженных среди сельскохозяйственных культур, что также известно как агролесоводство . [15] Сбор или заготовка этой древесины может иметь серьезные экологические последствия для территории сбора. Проблемы часто специфичны для конкретной области, но могут включать в себя все проблемы, которые возникают при регулярном ведении журналов . Интенсивная вырубка древесины из лесов может привести к разрушению среды обитания и эрозии почвы . Однако во многих странах, например в Европе и Канаде, лесные остатки собираются и перерабатываются в полезное древесное топливо с минимальным воздействием на окружающую среду. Учитывается питание почвы, а также эрозия. Воздействие использования древесины в качестве топлива на окружающую среду зависит от способа ее сжигания. Более высокие температуры приводят к более полному сгоранию и уменьшению количества вредных газов в результате пиролиза. Некоторые могут считать сжигание древесины из устойчивого источника углеродно-нейтральным . Дерево в течение своей жизни поглощает столько же углерода (или углекислого газа), сколько выделяет при горении.
Некоторое количество дров заготавливается на специально отведенных для этой цели « лесных участках », но в густолесистых районах их чаще заготавливают как побочный продукт естественных лесов . Предпочтителен не начавший гнить валежник, так как он уже частично выдержан . Стоячая мертвая древесина считается еще лучше, поскольку она выдержана и меньше гниет. Заготовка этой древесины снижает скорость и интенсивность лесных пожаров . Заготовка древесины на дрова обычно осуществляется вручную с помощью бензопил . Таким образом, более длинные детали, требующие меньше ручного труда и меньше топлива для бензопилы, менее дороги и ограничены только размером топки. Цены также значительно варьируются в зависимости от удаленности от лесных участков и качества древесины. Дрова обычно представляют собой древесину или деревья, непригодные для строительства . Дрова являются возобновляемым ресурсом при условии, что уровень их потребления контролируется на устойчивом уровне. Нехватка подходящих дров в некоторых местах привела к тому, что местное население повредило огромные участки кустарника, что, возможно, привело к дальнейшему опустыниванию .
Сжигание древесины создает больше атмосферного CO2 , чем биоразложение древесины в лесу (за определенный период времени), поскольку к тому времени, когда кора мертвого дерева сгнила, бревно уже было занято другими растениями и микроорганизмами, которые продолжают улавливать CO 2 путем включения углеводородов древесины в их собственный жизненный цикл. Заготовка древесины и транспортные операции вызывают разную степень загрязнения парниковыми газами . Неэффективное и неполное сгорание древесины может привести к повышению уровня парниковых газов, отличных от CO 2 , что может привести к положительным выбросам, когда побочные продукты имеют более высокие эквивалентные значения углекислого газа . [16] В попытке предоставить количественную информацию об относительном выходе CO 2 для производства электроэнергии или отопления помещений, Министерство энергетики и изменения климата Соединенного Королевства ( DECC ) опубликовало комплексную модель, сравнивающую сжигание древесины (древесной щепы) и другие виды топлива на основе 33 сценариев. [17] Производительность модели составляет килограмм CO 2 , произведенного на мегаватт-час поставленной энергии. Например, сценарий 33, который касается производства тепловой энергии из древесной щепы, полученной из небольших круглых лесоматериалов Великобритании, полученных в результате возвращения в производство заброшенных широколиственных лесов, показывает, что при сжигании нефти выделяется 377 кг CO 2 , а при сжигании древесной щепы высвобождается 1501 кг CO 2 на МВт. ч доставил энергию. С другой стороны, сценарий 32 в том же документе, который касается производства тепла из древесной щепы, которая в противном случае была бы переработана в ДСП, выделяет только 239 кг CO 2 на МВт·ч поставленной энергии. Таким образом, относительный парниковый эффект производства энергии из биомассы во многом зависит от модели использования.
Преднамеренное и контролируемое обугливание древесины и ее заделка в почву являются эффективным методом связывания углерода, а также важным методом улучшения почвенных условий для сельского хозяйства, особенно в густо засаженных деревьями регионах. Он составляет основу богатых почв, известных как Терра Прета .
Воздействие сжигания древесного топлива на окружающую среду является спорным. Несколько городов перешли к установлению стандартов использования и/или запрета на использование дровяных каминов. Например, город Монреаль, Квебек, принял резолюцию о запрете установки дровяных каминов в новостройках.
Сторонники сжигания древесины утверждают [ ласковые слова ] , что правильно заготовленная древесина является углеродно-нейтральной, что компенсирует негативное воздействие частиц побочных продуктов, выделяющихся в процессе горения. В контексте лесных пожаров древесина, вывезенная из леса для использования в качестве древесного топлива, может снизить общий объем выбросов за счет уменьшения количества открытой сжигаемой древесины и тяжести ожогов при сжигании оставшегося материала в регулируемых условиях. 7 марта 2018 года Палата представителей США приняла законопроект, который откладывает на три года введение более строгих стандартов выбросов для новых бытовых дровяных обогревателей. [18]
Некоторые европейские страны производят значительную часть своих потребностей в электроэнергии из древесины или древесных отходов. В скандинавских странах затраты на ручной труд при переработке дров очень высоки. Поэтому принято импортировать дрова из стран с дешевой рабочей силой и природными ресурсами. [ нужна цитата ] Основными экспортерами в Скандинавию являются страны Балтии (Эстония, Литва и Латвия). В Финляндии растет интерес к использованию древесных отходов в качестве топлива для отопления домов и промышленных предприятий в виде прессованных пеллет .
Многие страны с низким и средним уровнем дохода используют древесину для производства энергии (особенно для приготовления пищи). Все крупнейшие производители относятся к этим группам доходов и имеют большое население, которое в значительной степени зависит от древесины для производства энергии: в 2021 году Индия заняла первое место с 300 миллионами м³ ( 15 процентов от общего объема производства), за ней следуют Китай с 156 миллионами м3 и Бразилия. со 129 млн м³ ( 8 процентов и 7 процентов мирового производства). [19]
В Соединенных Штатах древесное топливо является вторым по значимости видом возобновляемой энергии (после гидроэлектроэнергии ). [20]
Около 1,5 миллиона домохозяйств в Австралии используют дрова в качестве основного способа отопления домов. [21] По состоянию на 1995 год в Виктории ежегодно использовалось около 1,85 миллиона кубических метров дров (1 м³ соответствует примерно загрузке одного автомобильного прицепа ) , причем половина из них потреблялась в Мельбурне . [22] Это количество сопоставимо с древесиной, потребляемой всеми предприятиями Виктории по заготовке пиловочника и балансовой древесины (1,9 млн м³). [ нужна цитата ]
К породам, используемым в качестве источников дров, относятся:
В 2014 году в Вырумаа , Сымерпалу , Эстония, началось строительство крупнейшего в Балтийском регионе завода по производству пеллет с ожидаемой производительностью 110 000 тонн пеллет в год. В процессе изготовления пеллет будут использоваться разные породы древесины (дрова, щепа, стружка). Завод Warmeston OÜ начал свою деятельность в конце 2014 года. [25] [26] В 2013 году основными потребителями пеллет в Европе были Великобритания, Дания, Нидерланды, Швеция, Германия и Бельгия, говорится в годовом отчете UE по биотопливу. . В Дании и Швеции пеллеты используются электростанциями, домашними хозяйствами и средними потребителями для централизованного теплоснабжения, тогда как в Австрии и Италии пеллеты в основном используются в качестве небольших частных бытовых и промышленных котлов для отопления. [27] Великобритания является крупнейшим рынком-потребителем промышленных древесных гранул, во многом благодаря крупным электростанциям, работающим на биомассе, таким как Drax , MGT и Lynemouth . [28]
Япония и Южная Корея являются растущими рынками промышленных древесных гранул, и ожидается, что по состоянию на 2017 год они станут вторым и третьим по величине мировыми рынками древесных гранул из-за политики правительства, благоприятствующей использованию биомассы в производстве электроэнергии. [28]
Спрос на древесное топливо в Соединенных Штатах в основном обусловлен потребителями отопления жилых и коммерческих помещений. Канада не была крупным потребителем промышленных древесных пеллет по состоянию на 2017 год, но проводит относительно агрессивную политику декарбонизации и может стать значительным потребителем промышленных древесных пеллет к 2020-м годам. [28]
В эту статью включен текст из бесплатного контента . Лицензия CC BY-SA IGO 3.0 (лицензионное заявление/разрешение). Текст взят из World Food and Agriculture – Statistical Yearbook 2023, ФАО, ФАО.
