Тенденции развития производства композиционных материалов из отходов древесины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Воронежский государственный лесотехнический университет

им. Г. Ф. Морозова

Ухтинский государственный технический университет

Тенденции развития производства композиционных материалов из отходов древесины

Сушков Олег Сергеевич

Научный руководитель Бурмистрова О.Н.

Сложившаяся ситуация в области образования, накопления, использования, хранения и утилизации отходов промышленного производства ведет к опасному загрязнению окружающей среды, нерациональному использованию природных ресурсов и, как следствие, к значительному экономическому ущербу.

Биомасса отходов перерабатывающих производств является масштабным источником загрязнения окружающей среды. Непрерывное образование и накопление этих отходов -- это серьезнейшая экологическая проблема. отходы экологический утилизация лесной

Оставшаяся древесина используется в качестве дров. Балансы, образовавшиеся после раскряжевки, не только не находят место в дальнейшей переработке, а зачастую остаются на лесосеке.

Отходы лесопиления и деревообработки, в лучшем случае, просто сжигаются, в худшем -- сваливаются в непосредственной близости от предприятия, неблагоприятно воздействуя на экологическую обстановку и нарушая естественный баланс в локальной экосистеме.

Ежегодно образуется большое количество отходов деревопереработки, требующей незамедлительной утилизации вследствие их быстрой потери важных с технологической точки зрения свойств.

Если говорить о России в целом, то исследования, проведенные институтом энергетической стратегии по качественному и количественному анализу этой сырьевой базы, показали, что в настоящее время ежегодный объем производимых органических отходов по всем регионам России в сумме оставляют почти 700 млн. тонн. Из этого количества отходов ежегодно можно получать млрд. куб. м биогаза, млн. тонн пеллет и «сингаза», который можно конвентировать в 160 млрд. куб. м. водорода и т.д. Анализ ситуации показывает, что на фоне неуклонного сокращения запасов природных ископаемых, роста их себестоимости, постоянного роста тарифов на энергоресурсы и железнодорожные перевозки, возникла необходимость скорейшей сырьевой переориентации, промышленных секторов экономики на новые источники энергии. Исходя из данных условий, можно говорить о том, что поиск возможных путей переработки отходов и их экономическая оценка имеет огромное значение.

Отходами деревообрабатывающей и лесной промышленности является часть сырья, которая не попадает в основную продукцию предприятий. Древесные отходы образуются в значительных количествах практически на многих этапах технологической цепи переработки: лесозаготовка - лесопиление - деревообработка.

Утилизация отходов лесной промышленности, изучение и исследование процессов получения из них экологически чистых материалов является очень перспективным направлением как развития современной промышленности, так и улучшения экологического баланса, охраны окружающей среды.

Практически все деревоперерабатывающие процессы предусматривают удаление коры, так называемую окорку, с последующим измельчением ее на более мелкую фракцию. Отходами этих технологических процессов являются: кора, заболонные слои древесины, и, конечно, опилки, образующиеся при механической обработке. Однако, несмотря на большие объемы образующей в деревообработке коры ее использование в качестве добавок к различным видам продукции, биотопливу требует большой осторожности по разным причинам. Например, кора накапливает в десятки раз больше радиоактивных элементов, чем сама древесина [1]. С этим фактом без сомнений необходимо считаться и проводить дополнительный радиационный контроль коры в производственных условиях.

Образующиеся отходы, как правило, складируются в непосредственно вблизи самих деревоперерабатывающих производств. Незначительное их количество используется в виде топлива. Это обычно отходы от столярных и мебельных производств, шлифовальная пыль, имеющие низкую влажность.

Остальная часть отходов остается невостребованной, хотя имеет множество направления переработки. Так, например, в России на многих крупных целлюлознобумажных комбинатах и деревообрабатывающих предприятиях имеется значительное количество коры и других древесных отходов (опилки, стружка, щепа, торф), образовавшихся в процессе производства продукции. Это осложняет экологическую обстановку на площадках предприятий и близлежащих территорий. Тем более что эти предприятия, как обычно находятся в черте городов, и запасы отходов постоянно пополняются.

Суммарный объем производимой ими продукции в виде целлюлозы и тароупаковочных видов бумаги оценивается в 440 тыс.тонн/год.

Также имеется большое количество различных деревообрабатывающих предприятий находящихся вдали от городов и широких транспортных инфраструктур, которые не имеют возможности эффективно перерабатывать образующиеся отходы (щепа, стружка, шлифовальная пыль, опилки, древесная кора) в связи с нецелесообразностью грузоперевозки из экономических соображений.

Рациональная утилизация древесных отходов даст возможность снизить вред окружающей среде, послужит источником экономии средств, получения дополнительной прибыли за счет реализации новых видов продукции.

Большие объемы перерабатываемой древесины влекут за собой очевидную проблему утилизации отходов от этого вида промышленности. Такие же проблемы испытывает и сельское хозяйство нашей страны.

Очевидных путей решения проблемы переработки древесины и сельскохозяйственных растений несколько:

1) Переработка в энергоносители различных составов, назначения и свойств (пеллеты, брикеты, спирты, эфиры и т.д.).

2) Производство товаров народного потребления (различного рода композиционные материалы, мебель, декоративные элементы для обустройства помещений различного назначения и т.д.).

3) Использование рассматриваемых отходов в производстве материалов строительного назначения с добавлением цементных связующих (арболит, фибролит, опилкобетон и т.д.).

Остановимся более детально на отходах растительного происхождения, как сырье для производства плитных материалов мебельного и строительного назначения.

Целлюлоза является самым богатым природным биополимером в мире, который возобновляется и поддается биохимическому разложению. Проведенные в последнее время исследования мирового уровня показали, что выделенные из целлюлозы нано и микроволокна имеют более высокие механические свойства, чем единичные волокна [2]. Такого рода волокна ряд ученых предлагает использовать для укрепления некоторых полимеров.

Для получения волокон целлюлозы и агрегатов волокон используются два основных способа: химический - с помощью сильного кислотного гидролиза, а также механический. Способ механической обработки разделяется на ультразвуковую обработку высокой интенсивности, гомогенизирующую обработку под высоким давлением, обработку дроблением под высоким давлением, а также обработку микрофлюидизатором. Продукт, полученный химическим способом, называется целлюлозные усы или нанокристаллы целлюлозы. Продукт, полученный химическим методом, называется микрофибриллы целлюлозы или микрофибрилляты. Исследования нанокомпозитов, полученных из целлюлозы, в последние годы развиваются очень интенсивно. Это обусловлено экологической чистотой технологий и возможностью увеличения прочности материалов. Французские исследователи использовали некоторые натуральные целлюлозные волокна, обработанные ультразвуком высокой мощности при производстве поливинилацетата при комнатной температуре и обнаружили, что при добавлении целлюлозных волокон модуль упругости при растяжении и прочность поливинилацетата увеличены. Однако, дисперсия целлюлозы не была абсолютно равномерной в матрице сечения и были некоторые пробелы между полимерной матрицей и фибриллами. Предварительные исследования группы китайских ученых дали возможность выделить микро/нано фибриллы целлюлозы из древесины тополя и рисовой соломы с помощью фермента и ультразвука высокой интенсивности соответственно. Нанокомпозиты были получены путем соединения микро/нано волокон и полипропилена. Результаты показали, что лучшая совместимость микро/нано волокон и полипропилена достигается путем добавления связующего вещества в композиты. Однако, полученные в настоящее время мировые результаты по выделению микро и нановолокон из сырья растительного происхождения не дают возможность их использования для получения продукции, так как отсутствуют фундаментальные знания по взаимосвязям методов модификации отходов природной целлюлозы и технологий получения новых материалов, обладающих улучшенными свойствами. Решение этой проблемы предполагается в перспективе путем проведения международных научно-практических исследований.

Отходы лесной отрасли, при соответствующей переработке, находят применение как в строительной отрасли, используясь в качестве наполнителей для строительных материалов, основой для стеновых панелей и столярных плит, погонажных изделий для оконных блоков и дверных коробок; в области мебельного производства, превращаясь в дверные полотна, мебельные фасады для кухонь, части кроватей, столов, стульев, паркетных досок. Традиционно отходы лесопродукции применяются для переработки в технологическую щепу и служат основой для производства целлюлозы, тарного картона, ДВП, ДСП; а также переработка отходов в тепловую энергию посредством гидролиза, пиролиза и прямого сжигания.

Все условия для реализации этих путей имеются, однако процесс переоснащения предприятий остается в начальной стадии зарождения. Это обусловлено, неудобными условиями транспортировки, дороговизной модернизации оборудования, приверженностью к традиционным производствам.

Преобразование отходов лесной промышленности в тепловую энергию при помощи производства топливных гранул или пеллет, является приоритетным направлением. Это обусловлено тем, что рост тарифов на традиционные виды топлива, а также, не в последнюю очередь рост влияния экологического фактора, во всем мире заставляют решать вопрос о поиске альтернативных источников и видов топлива. Самым экологически чистым является - пеллеты.

Внедрение на предприятиях лесопромышленного комплекса установок по производству топливной энергии из отходов позволит решить проблему использования нетоварной древесины и древесных отходов, сократить объемы древесных отходов, скапливающихся в отвалах деревоперерабатывающих предприятий, наносящих экологический вред близлежащим водоемам, обеспечить деревообрабатывающие предприятия, лесные поселки, и городские пункты населения дешевой электрической и тепловой энергией, в целом улучшить экологическую обстановку. [3]

Литература

1. Марадудин И.И., Панфилов А.В., Шубин В.А. Основы прикладной радиоэкологии леса. - М., 2001. - 224 с.

2. Cheng, Q., Wang, S., Rials, T. Poly(vinyl alcohol) nanocomposites reinforced with cellulose fibrils isolated by high intensity ultrasonication. // Composites- 2009.- № A 40. - Р. 218 - 244.

3. http://ej.kubagro.ru/2012/01/pdf/35.pdf.

Размещено на Allbest.ru