Кіріспе
Сығымдалған органикалық материалдан жасалған қатты отын
Пелеттік отын (немесе пеллеттер) – сығымдалған органикалық материалдан жасалған қатты отынның бір түрі. Пеллеттер биомассаның бес негізгі санаттарының кез келгенінен жасалуы мүмкін: өнеркәсіптік қалдықтар мен қосымша өнімдер, тамақ қалдықтары, ауыл шаруашылығы қалдықтары, энергиялық дақылдар және өңделмеген ағаш. Ағаш пеллеттері – пелеттік отынның ең көп таралған түрі және әдетте ағаш өңдеуден, ағаш өнімдері мен жиһаз жасаудан, сондай-ақ құрылыстан алынған тығыздалған ара ұнтағы және осыған ұқсас өнеркәсіптік қалдықтардан жасалады. Өнеркәсіптік қалдықтардың басқа да көздеріне жеміс шоғырлары, пальма ядросының қабықтары, кокос жаңғағының қабықтары, сондай-ақ орман шаруашылығы кезінде қалған ағаштардың бастары мен бұтақтары жатады. "Қара пеллеттер" деп аталатын пеллеттер биомассадан жасалады, олар қатты көмірге ұқсату үшін тазартылады және қолданыстағы көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларында пайдалану үшін әзірленген. Пеллеттер олардың жылу беру қабілеті, ылғалдылығы және күлдің мөлшері, сонымен қатар өлшемдері бойынша жіктеледі. Олар электр энергиясын өндіру, коммерциялық немесе тұрғын үйді жылыту және тамақ пісіру үшін отын ретінде қолданылуы мүмкін. Пеллеттер өте тығыз және ылғалдылығы төмен (10%-дан төмен) болады, бұл оларды өте жоғары жану тиімділігімен жағуға мүмкіндік береді. 1980 жылдардың ортасынан бері пеллет пештерінің, орталық жылыту қазандықтарының және басқа да жылыту құрылғыларының кең ауқымы әзірленді және сатылымға шығарылды. 2005 жылдан бері қазба отынының бағасының өсуіне байланысты, Еуропа мен Солтүстік Америкада пеллеттік жылытуға деген сұраныс артты және маңызды өнеркәсіп қалыптасуда. Халықаралық Энергетика Агенттігінің 40-шы тақырыбына сәйкес, ағаш пеллеттерінің өндірісі 2006 мен 2010 жылдар арасында 14 миллион тоннадан астамға, екі еседен астам өсті. 2012 жылғы есепте Биомассалық Энергия Ресурстары орталығы Солтүстік Америкадағы ағаш пеллеттерінің өндірісі келесі бес жылда тағы да екі есеге артады деп күтеді.
Өндіріс
Пеллеттер ағаш материалдарын ығыстыру арқылы жасалады, ол алдымен балғалы диірменнен өтіп, біртекті қамыр тәрізді массаға айналады. Бұл масса преске беріледі, онда ол қажетті өлшемдегі (әдетте 6 мм диаметрлі, кейде 8 мм немесе одан да үлкен) тесіктері бар қалып арқылы сығылады. Престің жоғары қысымы ағаш температурасын күрт арттырады, ал лигнин сәл пластикалық бола түседі, салқындағанда пеллетті бірге ұстап тұратын табиғи "жабысқыш" құрайды. 2012 жылы Нова-Скотия ауыл шаруашылығы департаменті зерттеу орталығында мұнаймен қыздырылатын қазандықты шөп пеллеттеріне ауыстыруды демонстрациялық жоба ретінде жариялады. Күріш қабығынан жасалған отын пеллеттері күріш далаларынан алынған күріш қабығын ығыстыру арқылы жасалады. Олардың қасиеттері ағаш пеллеттеріне ұқсас және шикізат қалдық болғандықтан, қоршаған ортаға тигізетін әсері аз. Энергия мазмұны шамамен 4.2 ккал/кг, ал ылғалдылығы әдетте 10%-дан төмен. Пеллеттердің мөлшері әдетте 6 мм диаметрлі және 25 мм ұзындықты цилиндр пішіндес болады, бірақ ірі цилиндрлер немесе брикеттер де кездеседі. Бұл пеллеттер ұқсас энергиялы пеллеттерге қарағанда арзанға түседі және фермадағы қабықтан өндірілуге болады, бұл үшін арзан жабдықтар жеткілікті. Олар, әдетте, ағаш пеллеттерімен салыстырғанда қоршаған ортаға тигізетін әсері аз. Дүние жүзінде бидай басты азық егісі болып табылатын аймақтарда бидай қабығынан да энергия пеллеттері жасауға болады, олардың қасиеттері күріш қабығы пеллеттеріне ұқсас. CORRIM (Жаңаруға қабілетті өнеркәсіптік материалдарды зерттеу консорциумы) ұйымының ағаш пеллеттерін өндіру және пайдаланудың өмірлік циклы туралы есебінде, егер алдын ала кептірілген өнеркәсіптік ағаш қалдықтары қолданылса, пеллеттерді кептіру, пеллеттеу және тасымалдау үшін қажетті энергия пеллеттердің энергия мазмұнының 11%-нан кем болатыны есептеледі. Егер пеллеттер тікелей орман материалдарынан жасалса, ағаштарды кептіруге 18% энергия, ал тасымалдау мен өндіруге қосымша 8% энергия қажет болады. 2009 жылы жарияланған Италиядағы Болонья университетінің химия және минералдық инженерия факультеті мен Британдық Колумбия университетінің Таза энергияны зерттеу орталығының экспортталатын ағаш пеллеттерінің экологиялық әсерін бағалау бойынша жасалған зерттеуде, Канада ағаш пеллеттерін Ванкуверден Стокгольмге (Панама каналы арқылы 15 500 км) тасымалдауға жұмсалатын энергия ағаш пеллеттерінің жалпы энергия мазмұнының шамамен 14%-ын құрайтыны анықталды.
Пеллет стандарттары
Еуропадағы қалыпты қолданылатын нормаларға сәйкес келетін (DIN 51731 немесе Ö Norm M 7135) пеллеттердің құрамында 10%-дан кем су болады және олардың тығыздығы біркелкі болады (бір текше метрге 1 тоннадан жоғары, сондықтан олар суда батып кетеді). (Керісінше, пеллеттердің ішіне сіңген ауаны ескергенде, пеллеттер массасының көлемдік тығыздығы шамамен 0,6-0,7 тонна куб метрге тең). Пеллеттердің құрылымдық беріктігі жоғары, сондай-ақ шаң мен күлдің мөлшері төмен. Еуропалық стандарттарға сәйкес келетін, қайта өңделген ағаш немесе басқа да қосымша заттар қамтыған пеллеттер B класты пеллеттер деп саналады. АҚШ-та 2009 жылы басталган жаңа ережелер EPA реттеушілік сараптау процесін аяқтады, ал жаңа ережелердің соңғы нұсқалары 2014 жылдың 24 маусымында пікір алу үшін жарияланды. Америкалық ағаш стандарттары комитеті жаңа пеллет стандарттарын тәуелсіз сертификациялайтын агенттік болады.
Қауіптер
Ағаш пеллеталары сақтау кезінде көп мөлшерде уытты көміртек монооксидін бөліп шығаруы мүмкін. Жеке қоймаларда және теңіз кемелерінде қайғылы оқиғалар болған. Ағаш пеллеталарын қолдағанда, майда ұнтақ пайда болады, ол қауіпті шаң жарылысына себеп болуы мүмкін. Ағаш пеллеталары әдетте үлкен сақтау ыдыстарында (силостарда) көп көлемде сақталады. Пеллеталар өздігінен қызып, тұтанып, тереңде тұтанған, сөндіруге өте қиын отты тудыруы мүмкін. Тұтанған от уытты көміртек монооксиді мен жанғыш пиролиз газдарын бөліп шығарады, бұл сақтау ыдыстарының (силостардың) жарылуына әкелуі мүмкін.
Пелет пешімен жұмыс істеу
Пелетпен жылыту құрылғыларының үш негізгі түрі бар: жеке тұрған пелет пеші, пелет пешінің кіріспелері және пелет қазандықтары. Пелет пеші қазіргі заманғы пештер сияқты жұмыс істейді, онда отын – ағаш немесе басқа биомасса пеллетері – хоппер деп аталатын сақтау ыдысында сақталады. Хоппер құрылғының үстінде, бүйінінде немесе қашықта орналасуы мүмкін. Механикалық бұрғыш пеллеттерді автоматты түрде жану камерасына жеткізеді. Одан кейін олар жоғары температурада, минимал шығарындымен жанады. Жылу алмастыру түтікшелері оттан жылытылған ауаны бөлмеге жібереді. Конвекциялық желдеткіштер ауаны жылу алмастыру түтікшелері арқылы бөлмеге таратады. Пелет пештерінің ішінде термостаттың қызметін атқаратын және температураны реттейтін электрондық тақталар орналасқан. Пелет пешінің кіріспесі – бұл әртүрлі конструкциядағы пешке немесе каминге орнатылатын пеш. Пелет қазандықтары – тұрғын үйлерде, коммерциялық және мемлекеттік мекемелерде дәстүрлі жанар май отынын ауыстыруға арналған дербес орталық жылыту және ыстық су жүйелері. Автоматты пелет қазандықтарына пеллеттерді көп көлемде сақтауға арналған силос, отынды силостан хопперге жеткізетін отын беру жүйесі, бірнеше жылыту аймақтарында температураны реттеуге арналған логикалық контроллер және ұзақ мерзімді автоматты жұмыс істеу үшін автоматты күл шығару жүйесі кіреді. Пелет себеттері пеллеттерді қолданыстағы пештерде немесе каминдерде пайдаланып үйді жылытуға мүмкіндік береді.
Энергияның шығыны мен тиімділігі
Ағаш пеллетерінің энергия мазмұны шамамен 4,7 – 5,2 МВт/тонна (~7450 БТҰ/фунт), 14,4 – 20,3 МДж/кг құрайды. Соңғы жылдары жоғары тиімділікке ие ағаш пеллетеріне арналған пештер мен қазандықтар жасалды, олар әдетте 85% астам жану тиімділігін қамтамасыз етеді. Пеллеттік қазандықтардың жаңа буыны конденсациялық режимде жұмыс істей алады, соның салдарынан тиімділік 12% артады. Ағаш пеллетеріне арналған қазандықтар сұйық немесе газды отынмен жұмыс істейтін жүйелерге қарағанда жану процесінің жылдамдығы мен болуын бақылау мүмкіндігі шектеулі; алайда, осы себепті олар гидрондық жүйелерге жақсырақ сәйкес келеді, себебі гидрондық жүйе жылуды сақтау қабілеті жоғары. Мұнаймен жұмыс істейтін қазандықтарға қосымша орнатуға болатын пеллет оттықтары да қолжетімді. Белгілі бір мәселе – ауаға ұсақ бөлшектердің шығарылуы, әсіресе қалаларда, онда пеллеттік жылыту жүйелері немесе көмірмен немесе мұнаймен жылыту жүйелері көп шоғырланған. Ескі пеллет пештері мен қазандықтарынан шығатын PM2.5 бөлшектері жақын аумақта, әсіресе табиғи газға (немесе жаңартылатын биогазға) қарағанда мәселе тудыруы мүмкін, бірақ ірі қондырғыларда электростатикалық тұндырғыштар, циклондық сепараторлар немесе қапшықты сүзгілер дұрыс күтілгенде және пайдаланылғанда бөлшектерді бақылауға болады.
Климаттың өзгеру аспектілері
Ағаш пеллеталарын жағу арқылы жылу немесе электр энергиясын өндірудің жаһандық климат өзгеруіне қандай дәрежеде әсер ететіні, сондай-ақ климатқа тигізетін әсерінің басқа жылу көздерін пайдаланумен салыстырылғаны әлі белгісіз. Бұл белгісіздіктің себептеріне ағаш көзі, өндіріс және тасымалдау кезіндегі, сондай-ақ соңғы жанудан шығатын көмірқышқыл газының эмиссиясы, сонымен қатар қарастыру үшін қандай уақыт аралығының қолайлы екендігі жатады. Бір есеп және ғалымдар есепте назарда ұсталмаған кемшіліктерді көрсетті, бұл климаттық әсерлер есепте көрсетілгеннен де нашар екенін ұсынады. 2008 жылға дейін, тіпті ғылыми мақалаларда да, биомассалық энергия (ағаш пеллеталарын қоса алғанда) көміртегі нейтралды деп есептелді, себебі өсімдіктердің қайта өсуі ауаға шығарылған көміртегін қайтадан сіңіріп, сақтайды деп саналды. Бірақ, биомассаның климатқа тигізетін әсерін зерттеген ғылыми еңбектер пайда болды, олар оның көміртегі нейтралдығы туралы қарапайым болжамды жоққа шығарды. Биомассалық энергия ресурстары орталығының мәлімдемесіне сәйкес, көміртегі нейтралдығы туралы түсінік "жанармайдың қалай жиналатынына, орманның қандай түрлеріне, орманды басқарудың қандай әдістері қолданылатынына және биомассаның уақыт өте келе және кеңістікте қалай пайдаланылатынына байланысты көміртегінің әсеріне назар аударуға өзгерді".
Құны
2005 жылдан бері оның танымалдығының жылдам өсуіне байланысты, пеллеттердің қолжетімділігі мен бағасы мәселе тудыруы мүмкін. Бұл пеллет пеші, қазандық, пеллет себеттері немесе саламатта Брэдли Бёрнер деп белгілі басқа да құрылғыларды сатып алғанда ескеру қажетті мәселе. Дегенмен, қазіргі пеллет өндірісі артып келеді және 2008-2009 жылдары АҚШ-та бірнеше жаңа пеллет зауыттарын іске қосу жоспарлануда. Пеллет бағасына құрылыс циклының әсері бар, бұл арақ шаңын және қалдықтарды жеткізудегі құбылуларға алып келеді. Нью-Гэмпшир Энергетика және жоспарлау кеңсесінің 2015 жылғы 5 қазанда жаңартылған «Отын бағалары» туралы хабарламасына сәйкес, #2 отынның бағасын оның жылу бірліктеріне (BTU) шаққанда, көлемді жеткізілген ағаш пеллеттерінің бағасымен салыстыруға болады: 1 тонна пеллет = 118.97 галлон #2 отын. Бұл бір тонна пеллет 16 500 000 BTU, ал бір галлон #2 отын 138 690 BTU береді деп есептеледі. Егер #2 отынның бағасы 1.90 доллар/галлон болса, пеллеттердің өзіндік құны 238.00 доллар/тоннаны құрайды.
Үндістан
2019 жылы Үндістан астанасы Дели маңындағы көмірмен жұмыс істейтін электр станцияларында биомассалық гранулаларды (түйіршіктерді) қосымша жағуды бастады. Бұл шара егіс алқаптарын келесі егіске дайындау үшін ашық алаңдарда өртеуден туындаған ауа ластануын азайтуға бағытталған. Ел бойынша биомассалық гранулаларды электр энергиясын өндіру үшін пайдалану жоспарлануда, соның арқасында шамамен 145 миллион тонна ауылшаруашылық қалдықтары импортталатын көмірдің орнына электр энергиясын өндіруге жұмсалмақ.
Жаңа Зеландия
Жаңа Зеландияда 2013 жылы ағаш пеллетасының жалпы сатылымы 300 000–500 000 тоннаны құрады. Жаңа ағаш пеллетасы зауыттарының салынуы өндіріс қуатын күрт арттырды. Nature's Flame ағаш пеллетасын өңдеу зауыты 2019 жылдың соңында жылдық өндіріс қуатын 85 000 тоннаға дейін екі есеге көбейтуге жоспарлануда. Azwood Energy Нельсон қаласында ағаш пеллетасын өңдеу зауытын басқарады, ол жыл сайын 1,2 миллион текше метр орман қалдықтарын пайдаланып, тұрмыстық қолдануға, ауруханаларға, мектептерге және сүт өңдеу сияқты өнеркәсіптік процестерге көміртегі бейтарап отынмен қамтамасыз етеді.
Америка Құрама Штаттары
Кейбір компаниялар еуропалық қазандықтарды импорттайды. 2009 жылы шамамен 800 000 америкалық ағаш пеллеталарын жылыту үшін пайдаланды. АҚШ-тың Еуропаға ағаш пеллеталарын экспорттауы 2006 жылы 1,24 миллион тоннадан 2012 жылы 7 миллион тоннаға дейін өсті, бірақ орман алқаптары одан да көп көбейді.
Жылқы төсек-орын
Ағаш пеллетына аз мөлшерде су қосылғанда, олар кеңейіп, қайтадан ұнтаққа айналады. Бұл оларды жылқы төсеуі ретінде пайдалануға ыңғайлы етеді. Сақтау және тасымалдаудың қарапайымдығы дәстүрлі төсекке қарағанда қосымша артықшылықтар береді. Дегенмен, жаңғақ сияқты ағаш түрлерінің кейбіреуі жылқылар үшін улы болуы мүмкін, сондықтан оларды төсек ретінде пайдалануға болмайды. Таиландта жануарлар төсегі үшін күріш қабығынан жасалған пеллеттер өндірілуде. Олардың жоғары сіңіру қабілеті оларды осы мақсатқа өте қолайлы етеді.
Мал азығы
Тамақтандыруға жарамды заттардан жасалған биомасса пеллетері алыс аймақтардағы жем-шөп артықшылығы бар жерлерден импорттау арқылы мал азығы ретінде де қолданылуы мүмкін, бұл жем-шөп тапшылығын шешуге көмектеседі.
Абсорбенттер
Ағаш пеллетері мұнай немесе газ құдықтарын бұрғылау кезінде ластанған суды сіңіру үшін де пайдаланылады.