More

    Биорефайнинг – окно возможностей для российской лесной промышленности

    Выставки

    Эдуард Львович Аким, заведующий кафедрой технологии целлюлозы и композиционных материалов ВШТЭ, доктор технических наук, профессор, рассказал в интервью о реализации программы биорефайнинга, новых технологиях, а также сотрудничестве с индустриальными партнерами.

    Эдуард Львович, поделитесь, как продвинулось направление биорефайнинга за последнее время?

    Наша кафедра технологии целлюлозы и композиционных материалов была одной из первых трех кафедр в СССР, которые начали готовить специалистов по таре и упаковке. Почему целлюлоза и композиционные материалы? Потому что во всем мире сегодня, с одной стороны, свыше половины объема производимой бумаги и картона используются для производства упаковки. С другой стороны, свыше половины мировой упаковки – это картонно-бумажная тара и упаковка.

    Биорефайнинг – это комплексная глубокая переработка древесины с получением продуктов с высокой добавленной стоимостью. Термин «био­рефайнинг» пришел в лесной сектор из нефтяной промышленности. Глубокая переработка нефти развивалась следующим образом: вначале это прямая перегонка, потом крекинг, термокрекинг, каталитический крекинг, а потом вся совокупность тех методов, которые может предложить современная химия.

    В 1995 году в целлюлозно-бумажной промышленности Соединенных Штатов Америки и Канады возник ряд проблем, для решения которых они разработали так называемую «Agenda 2020» – программу стратегических исследований на 25 лет. И там появляется впервые термин «биорефайнинг». В 2005 году подобную программу разрабатывает Европейский Союз. А в этом же году аналогичная программа появляется и в нашей стране. Ее разрабатывали Владимир Алексеевич Чуйко, Наталья Васильевна Лукина, сегодня она член-корреспондент Российской академии наук и возглавляет научный Совет по лесу, и я.

    Программу начали, как я сказал, в 2005 году. В 2010 году выходит Постановление Правительства РФ №218, которое предусматривает участие предприятий реального сектора экономики в финансировании наиболее важных направлений науки. Вместе с Группой «ИЛИМ» мы принимаем участие в первом туре конкурса по этому постановлению и побеждаем. Так, в 2010 году был запущен проект «Лиственница».
    Уникальность сибирской и даурской лиственницы заключается в том, что она имеет высокую плотность (до 500 кг/м3) и содержит значительное количество гемицеллюлозы – арабиногалактана (до 30%). Это затрудняет технологический процесс и ограничивает введение лиственницы в варочный котел до 10–15% от общей смеси пород.

    Уникальность сибирской и даурской лиственницы заключается в том, что она имеет высокую плотность (до 500 кг/м3) и содержит значительное количество гемицеллюлозы – арабиногалактана (до 30%).

    Группа «Илим» занималась вопросом освоения лиственницы в промышленных целях на протяжении 25 лет. Совместный проект Группы «Илим» и нашего университета «Лист­венница» позволил создать промышленную технологию получения качественной целлюлозы из сибирской лиственницы и ее смесей с другими породами. В ходе выполнения проекта впервые в мире было установлено, что арабиногалактан содержится в лиственнице не в чистом виде, а в виде его комплекса с водой.

    Биорефайнинг – окно возможностей для российской лесной промышленности

    Также комплекс «АГ-вода» (арабиногалактан-вода) является эвтектическим низкотемпературным пластификатором древесины. Он может быть удален из древесины в полимерной форме. Это дало возможность разработать новые технологии, которые стали настоящим прорывом в отрасли. Созданные в рамках нашего сотрудничества с Группой «Илим» способы получения целлюлозы не имеют мировых аналогов и защищены 19 патентами. Результаты проекта получили высокую оценку не только в России, но и в международных организациях.

    Лиственница – единственный хвойник, который растет в условиях вечной мерзлоты. Мы разработали технологию, по которой, в первую очередь, из лиственницы убирают комплекс «АГ-вода» и используют его потом как один из компонентов биотоплива. И тогда уже все остальное становится просто. В России научились варить лиственницу в любом соотношении с любыми другими породами. Должны были в 2014 году по этому проекту выпустить продукцию на миллиард рублей. В итоге выпустили на полтора, а за первые три года – на сумму свыше 60 миллиардов рублей. Девяносто процентов продукции пошло на экспорт.

    Сегодня 2024 год, и я рассматриваю то, что происходит, как фантастическое окно возможностей для промышленности и науки.

    Какие продукты биорефайнинга стали востребованы предприятиями отрасли и были внедрены на производственных площадках?

    ВШТЭ СПбГУПТД совместно с Лесной технологической компанией, Высшей школой экономики, Федеральным исследовательским центром химической физики им. Н. Н. Семенова РАН разработали и внедрили новую технологию переработки опилок лиственницы и производства целлюлозных композитов для энергетических целей – древесных брикетов плотностью до 1 300–1 320 кг/м3. Брикеты обладают высокой плотностью и могут подвергаться процессам торрефикации и карбонизации с образованием высококалорийных гидрофобных продуктов: торрефицированных брикетов и карбонизированных брикетов. Специфика разработанной технологии и возникающие изменения в структуре полимеров позволяют использовать ее не только для переработки опилок, но и для утилизации пластиковых отходов и гидролизного лигнина со свалок. Древесные брикеты высокой плотности, торрефицированные и карбонизированные брикеты и пеллеты, фактически являются биотопливом третьего поколения.

    Большую роль в развитии отечественной науки в части повышения научно-образовательного потенциала университетов и научных организаций играет государственная программа «Приоритет-2030». Какие достижения Вы можете отметить в этом направлении?

    В рамках программы «Приоритет-2030» нами были созданы новые виды биоразлагаемой упаковки. Дело в том, что сама бумага биоразлагаема. Но в тот момент, когда на нее наносится полиолефиновое покрытие, которое защищает от влаги воздуха и воздействия дождя, материал за счет синтетического полимера становится не био­разлагаемым. Наша команда ученых в рамках проекта «Лиственница» показала, что введение арабиногалактана в любые синтетические полимеры придает им биоразлагаемость. Кроме этого, в рамках программы «Приоритет-2030» реализуется проект «Развитие производства биоразлагаемой упаковки на предприятиях целлюлозно-бумажной промышленности». С одной стороны, это продолжение работ по биорефайнингу лиственницы и осины, а с другой – этап на пути к углеродной нейтральности российского ЛПК.

    Доцент нашей кафедры Александр Андреевич Пекарец запатентовал новый способ получения биотоплива сверхвысокой плотности – 1 320 кг на кубометр, когда плотность кристаллической решетки целлюлозы 1 500 кг на кубометр. В России работает пять установок по его технологии. И одна установка, спонсированная Евросоюзом, сделана и работает в Риге. Я считал и считаю, что надо не только заниматься воспроизводимыми источниками энергии, но и реально использовать их в нашем хозяйстве. Китайцы и индусы сделали фантастический скачок в ветряной и солнечной энергетике.

    Биорефайнинг – окно возможностей для российской лесной промышленности

    Расскажите о потенциальном развитии производства биоэнергии и биопродуктов из сельскохозяйственных материалов?

    Когда мы говорим о реализации любых разработок, мы должны рассматривать всю цепочку поставок. И это именно то, чем занимается наша кафедра. Мы занимаемся сегодня и проблемами роли лесов в жизни планеты Земля, роли лесов в жизни мегаполисов, роли лесов в жизни малых и средних городов и роли биотоплива в решении, например, проблемы утилизации (или переработки) ТКО (твердых коммунальных отходов). С «мусорной» проблемой очень интересно. Недавно я выступал онлайн в РГУ им. А. Н. Косыгина, и мой доклад был посвящен текстильным отходам и переходу к циркулярной биоэкономике.

    В ЦБП сегодня по миру используется 60% вторичного волокна и 40% первичного. И если бумажное волокно проходит 7–8 циклов переработки, то в текстильной промышленности вторичное использование составляет менее 1%. В синтетических полимерах чуть-чуть больше – отсюда и пластиковое загрязнение планеты Земля. Сегодня мы начинаем заниматься тем, что из текстильных отходов извлекаем целлюлозный компонент. В мире производится ежегодно 450 млн тонн бумаги и картона, 60% – из вторичного волокна.

    Для сравнения: в мире производится 100–110 млн тонн текстильных волокон, 25 млн – это хлопковое волокно, 5 млн тонн – это вискозное волокно, 0,5–1 млн тонн – это так называемое морфолиноксидное волокно, 50 млн тонн – это полиэфирное волокно. Мы обрабатываем обрезки тканей и оттуда извлекаем прекраснейшие волокна. Новое – это хорошо забытое старое. То, что мы извлекаем, мы будем использовать на материалы XXI века, на наноцеллюлозу во всех ее многообразиях, нанокристаллическую целлюлозу, нанофибриллярную и так далее. Это то, чем мы занимаемся сегодня и будем заниматься дальше.

    текст и фото: UpackUnion, get.pxhere.com

    Читайте также: