Производство древесного угля технология: Древесный уголь: производство и применение

Содержание

Древесный уголь: производство и применение

Одной из альтернатив «традиционного» угля сегодня является древесный уголь. Но в отличие от своего сородича, это экологически чистый и более безопасный в использовании продукт.

Как и его изготавливают и почему не применяют для выработки электроэнергии?

Производство древесного угля

Древесный уголь имеет общее происхождение с каменным углём. Они оба образуются из древесины, только каменный уголь формируется в результате разложения древесной породы, которое длится долгие века. А вот древесный уголь получают методом термического разложения древесины — пиролиза.

Предварительно высушенную древесную породу помещают в реторту — замкнутую стальную ёмкость, в которую не поступает воздух. Затем ёмкость устанавливается в специальную печь, где и происходит процесс нагревания. Под воздействием высоких температур материал в бескислородной среде разлагается, превращаясь в древесный уголь.

Пиролиз древесины. Фото: synergy-dream.com

После пиролиза материал обязательно подвергается прокалке. Этот процесс также проводится в печи: его суть заключается в отделении от полученного угля лишних газов и смол. На заключительном этапе реторту достают из печи, а уголь отсеивают от мелких фракций и пыли.

В зависимости от выбора «исходного материала» производят разные виды древесного угля. Также они отличаются друг от друга разной степенью содержания нелетучего углерода.

Чёрный уголь (марка А) получают из мягких пород древесины – например, тополя, липы, осины. Он считается высшим сортом древесного угля: в материале содержится как минимум 90% нелетучего углерода и не более 2,5% золы.

Из берёз, дубов, ясеней и других твёрдых пород образуется так называемый белый уголь первого сорта (марка Б), а хвойные породы (сосна, ель или лиственница) дают красный древесный уголь (марка В).

Свойства биотоплива

В результате пиролиза древесины получают уголь с большим количеством микроскопических полостей, за счёт которых он приобретает высокую поглощающую способность.

Благодаря кислороду, попадающему в поры, топливо легко горит и выделяет много тепла. Даже небольшое количество биотоплива даёт длительный жар, причём при сжигании практически не выделяется дым. Ко всему прочему, древесный уголь не склонен к самовозгоранию.

Древесный уголь. Фото: openbusiness.ru

Полученный древесный уголь состоит из углерода, водорода и кислорода. Их доля в материале зависит от температуры обугливания: чем она выше, тем выше содержание углерода и ниже – кислорода и водорода.

В среднем в древесном угле содержится около 80% углерода, причём как летучего, так и не летучего. Доля остальных веществ такова: кислорода – от 5 до 15%, водорода – порядка 4,5%.

Доля летучих веществ в продукте составляет не более 20%, золы – не более 3%, влаги – от 2-4% до 7-15% (если хранить материал в закрытых складах).

Калорийность или удельная теплота сгорания древесного угля варьируется в диапазоне от 7000 до 8000 Ккал/кг.

О характерных свойствах «классических» видов угля – бурого, каменного и антрацита – в нашем материале «Виды угля: какое топливо эффективней?».

Кому и зачем?

Древесный уголь применяют во многих сферах– к примеру, в пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Также он используется для очистки промышленных стоков и газовых выбросов предприятий, а для выплавки ценных и редких металлов он просто необходим.

Помимо этого, древесный уголь используется в качестве топлива. Например, из угольной пыли, которая вырабатывается в процессе пиролиза, производят древесно-угольные брикеты.

Древесно-угольные брикеты. Фото: farpost.ru

Материал смешивают с каким-либо сырьём (как правило, это крахмальный клейстер), после чего отправляют на механический пресс, там их обжигают под высоким давлением и сжимают в бруски определённой формы и размеров.

Брикеты из древесного угля прогорают равномерно и полностью, при этом они превращаются в золу. Теплотворная способность такого топлива составляет свыше 8000 Ккал/кг.

В основном древесный уголь, как и брикеты, используется для отопления частных домов, а не ТЭС.

Дело в том, что стоит биотопливо практически в два раза дороже, чем, например, каменный уголь.

Технология производства древесного угля

Производство древесного угля

Технология производства древесного угля относительно проста, но все-таки требует определенной культуры производства и владения особенностями технологических процессов. Несоблюдение технологических процессов приводит к снижению выхода угля, уголь получается с трещинами, мелкий, пахнущий смолами, недожженный. 

 

Для получения угля из древесины, она должна пройти процесс пиролиза, разложения без доступа кислорода. Древесина разлагается, под воздействием нагрева, в

 реторте – стальной емкости с плотно закрывающимися загрузочными отверстиями, нагрев происходит путем помещения реторты в специальную печь.

 

Газы, которые выделяются в процессе пиролиза, отводятся через специальную трубу от реторты в топочную камеру и там сжигаются. За счет постоянного поступления выделяемого газа в топку, происходит минимальный расход дров для поддержания горения. Пиролиз можно разделить на три основных этапа, которые отличаются между собой по контрольным замерам и видимым признакам.

Сушка древесины – это первый этап. Она происходит при температуре менее 150°С , из сырья выходит влага. Технический процесс как раз начинается с того, что измельченные до нужного размера березовые дрова кладут в реторту, закрывают загрузочное отверстие и ставят в сушильную камеру.Сырье должно соответствовать ГОСТ 24260-80.

Для измельчения заготовок до оптимального размера, длина не более 0,5 м и диаметр не более 0,1-0,15 м используют специальный станок — электрической дровокол колун.

После того как древесина прошла сушку, реторту, с помощью грузоподъемного механизма (например кран-балки) , перемещают в пиролизную камеру. Там происходит второй этап — собственно пиролиз, сухая  перегонка.

Из-за того что древесина состоит из целого комплекса органических соединений, процесс распада древесины получается весьма сложным. Органические соединения имеют разный  молекулярный вес, поэтому происходящие между ними химические реакции тоже различны. В рамках данного сайта имеет смысл описать лишь в общих чертах эти реакции, так как рассчитывать или детально описывать все эти реакции будет трудно .

 

В общем, в процессе пиролиза проходят последовательные и параллельные химические реакции, которые приводят к появлению новых и разрыву старых, существовавших до термической обработки, связей. Получившиеся в результате новые вещества начинают взаимные реакции.

Первым начинает распадаться ксилан, при температуре 150°С, процесс продолжается и при 250°С и более. Этот процесс ведет к обр азованию таких веществ, как уксусная кислота, фурфулол и газы.

Кроме этого, на поверхности древесины при температуре 170-200°С начинают расщепляться гемицеллюлозы.

Следующим начинает распадаться лагнин, при температуре 200°С , что ведет к высвобождению летучих низкомолекулярных соединений. А при 300°С разлагается целлюлоза.


На этом этапе можно выделить период называемый экзотермическим, он очень важен для всего процесса углевыжигания в целом. В этом периоде пиролиз проходит энергично, выделяется реакционное тепло, это происходит при температуре около 280°С. Температура древесины начнет увеличиваться самопроизвольно, пока все тепло экзотермы не выделиться.

Для следующего этапа, прокалки угля, снова потребуется подвод внешнего тепла.

Третий этап – прокалка угля. Если на предшествующем этапе происходило образование угля, то на этом смолы в небольшом количестве и много неконденсируемых газов отделяются от образовавшегося угля.

Это происходит при температурах от 350 °С  и до 550°С . Прокалка проходит все в той же пиролизной камере.

  Завершаюий этап — охлаждение, упаковка, хранение. После того как процесс пиролиза закончился реторты с готовым углем с помощью кран-балки вынимают из пиролизной камеры поочередно или попарно, и устанавливаются в кассету для остывания. Время охлаждения изменяется в зависимости от внешних факторов (время года, наличия или отсутствия ветра, осадков).

Остывшие реторты опять поднимают и вывешивают над фасовочной установкой, после открытия нижних разгрузочных отверстий — опорожняются. Далее уголь проходит отсев от мелких фракций и пыли, фасуется, взвешивается и пакеты с углем зашиваются.

Упакованная продукция хранится на складе до дальнейшей отгрузки потребителям.

Освобожденные от угля реторты снова заполняются дровами и помещаются в сушильную камеру.

 

Смотрите также:

Бизнес план производства древесного угля с расчетами

Производство древесного угля, ориентированное на местный (локальный) рынок, с мощностью выпуска до 500 тонн в год, предполагает использование небольшой численности персонала. Этот вариант реализуем, если используется современное оборудование, в том числе и средства малой механизации. Все это потребует достаточно подготовленного к работе с техникой персонала.

Общая схема штатного расписания компании по выпуску древесного угля, с мощностью выпуска товарной пакетированной продукции до 50 т в месяц, выглядит следующим образом:

Постоянные расходыОкладКоличество сотрудниковСуммаСредняя з/п в месяц на сотрудника
Управляющий35 000135 00049 812
Мастер-технолог30 000130 00044 812
Оператор25 0006150 00025 000
Водитель-экспедитор28 000128 00028 000
Страховые взносы

64 500
Итого ФОТ

307 500

В данной схеме штатного расписания предусмотрено следующее распределение обязанностей среди персонала:

1. Управляющий (он же владелец бизнеса)  кроме того, что ответственен за общую схему организации труда, он также обязан вести первичную управленческую и финансовую отчетность, вести учет рабочего времени персонала, соблюдения им техники безопасности. Кроме этого на управляющем лежит вся работа с поставщиками сырья, компаниями-контрагентами, ключевыми клиентами, а также с различными государственными, муниципальными контролирующими и надзорными органами власти. В круг обязанностей управляющего входит работа с рекламным бюджетом, он ответственен за все маркетинговые мероприятия.

2. Мастер-технолог. На мастере-технологе лежит полная ответственность за обеспечение технической части производства, исправность, как основного оборудования — печей для обжига древесины, так и соответствующего технического снаряжения — средства малой механизации, автотранспорт, системы вентиляции и пожарного контроля. Кроме этого мастер-технолог следит за технологической дисциплиной, предусматривающей соблюдение всех необходимых стандартов и норм производства древесного угля.

3. Оператор (сменный) — в течение своей рабочей смены обеспечивает соблюдение всех технологических стандартов и требований по циклу производства древесного угля. Работа у операторов сменная — 2 дня через 2 со скользящей сменой рабочего графика.

4. Водитель-экспедитор — осуществляет доставку древесного сырья и готовой продукции, согласно технологическому графику работы компании и режима поставки основным клиентам.

Система труда (режим рабочего дня), оплаты и премирования сотрудников состоит из 2 частей.

Первая часть связана с тем, что управляющий и мастер-технолог, работают в режиме ненормированного рабочего дня. Такой режим обусловлен тем, что на этих двух ключевых должностных позициях лежит вся ответственность за деятельность компании, и как бизнеса, и как технологического производства. Для них предусмотрена оплата труда, которая строится по схеме — «оклад + премия в виде % от суммы ежемесячных продаж древесного угля».

Вторая часть определяется тем, что штатные позиции операторов и водителя экспедитора работают по сменному графику — 2 дня через 2 дня.

Для всех штатных сотрудников предусмотрена система оплаты — «оклад плюс премия», начисляемая периодически (каждые 3, 6 и 12 месяцев) по результатам работы компании по производству ДУ.

Для обеспечения финансового и налогового сопровождения деятельности производства предусмотрено использование услуг бухгалтера по отдельному договору (аутсорсинг).

Производство древесного угля

Мало кого можно удивить тем, чтобы использовать в качестве топлива древесный уголь. В магазинах давно продаются мешки с древесным углем для шашлыка, и каждый уважающий себя дачник и турист хоть раз покупал их, чтобы приготовить мясо или рыбу на мангале. Без этого не обходится ни один пикник на природе.

Подробная информация от производителя угля на странице Древесный уголь

Но применение древесного угля не ограничивается приготовлением продуктов на углях. Древесный уголь эффективный абсорбент, поэтому его используют в медицине, на производстве фильтров, в химической промышленности. Еще древесный уголь подходит для каминов. Древесный уголь эффективней, чем дрова, занимает меньше места, дает хороший жар, не образует искр и пламени. Тлеющие в камине угли представляют собой приятную картину тепла и уюта. Также свойства древесного угля можно использовать для ковки металла. На производстве и в промышленности тоже часто используют древесный уголь. В домашних условиях измельченный древесный уголь можно использовать для выращивания комнатных цветов. Добавляя порошок из березового древесного угля в землю можно повысить гигроскопичность и предотвратить закисание почвы в цветочном горшке.

Древесный уголь – микропористый высокоуглеродистый продукт, образующийся при пиролизе древесины без доступа воздуха. Древесный уголь применяется в производстве кристаллического кремния, сероуглерода, чёрных и цветных металлов, активированного угля и т. д., а также как бытовое топливо (удельная теплота сгорания 31,5 – 34 МДж/кг). Древесный уголь классифицирован в системе стандартов – ГОСТ 7657-84 «Уголь древесный».

Производители древесного угля

Спрос на рынке формирует предложение. Появилось много компаний и частных хозяйств, которые специализируются на производстве древесного угля. Все дело в том, что процесс изготовления древесного угля достаточно прост. При наличии качественного оборудования для древесного угля можно легко производить большие партии товара на продажу. Производители углевыжигательных печей для производства древесного угля предлагают широкий ассортимент разнообразных модификаций, которые отличаются друг от друга объемом камеры, количеством камер, это могут быть ретортные печи и соответственно ценой на оборудование. На рынке представлены малогабаритные мобильные модели печей для изготовления древесного угля для бытового использования и большие углевыжигательные комплексы с двумя или тремя камерами, которые позволяют организовать непрерывный цикл производства древесного угля.

Подробная информация от производителя печей углежжения на странице Углевыжигательные печи

Пиролизом, или сухой перегонкой, называется разложение органических веществ путём нагревания без (или с ограничением) доступа воздуха, чтобы предотвратить горение. Также пиролиз – первый процесс, происходящий при горении древесины. Языки пламени образуются за счёт горения не самой древесины, а газов – летучих продуктов пиролиза. При пиролизе древесины (450 – 500 °C) образуется ряд веществ: древесный уголь, метанол, уксусная кислота, ацетон, смолы и др.

Оборудование для производства древесного угля

Современные углевыжигательные печи для древесного угля безопасны для окружающей среды, в них предусмотрена система дожига пиролизных газов, что позволяет в разы снизить вредные выбросы в атмосферу. Печи для производства древесного угля обладают высокой производительностью, поэтому они высокорентабельны. Вложенные средства быстро окупаются, и оборудование в скором времени начинает приносить стабильный доход. Производство древесного угля отличная идея для бизнеса с учетом наличия бесперебойной поставки качественного сырья. В качестве сырья для углевыжигательных печей используют дрова. Дрова можно закупать готовые или колоть самостоятельно. Для колки дров можно приобрести дровокольное оборудование, которое позволит быстро и без лишних усилий заготовить достаточный объем дров. Дровокольные станки мощные, обладают высокой производительностью, подходят для любых пород древесины.

Технология производства древесного угля

Технология производства древесного угля основана на бескислородном пиролизе древесины или сжигании дров без доступа кислорода. Он достигается использованием герметичных печных камер, выполненных из толстых листов железа. Если в углевыжигательную печь будет попадать кислород, то на выходе объем древесного угля будет ниже, чем планировалось. Цикл производства древесного угля состоит из нескольких этапов: загрузка дров в камеру печи, розжиг дров в топочной камере, сушка древесины, пиролиз древесины с дожигом пиролизных газов, остывание готового древесного угля, выгрузка угля, фасовка угля по пакетам. Вместо дров для углежжения можно использовать древесные брикеты, изготовленные из отходов древесины. Это снижает стоимость готового продукта, позволяет получать качественный древесный уголь.

Производство древесного угля | Металлургический портал MetalSpace.ru

Лишь один элемент, благодаря тому, что растения, используя энергию солнца, аккумулируют его из атмосферы и используют для строительства клеток, находится в состоянии, позволяющем ему окисляться с выделением тепла. Человек давно оценил эту данную природой возможность, что позволило ему выжить в суровой дикой природе, постепенно улучшить условия своего существования, а позднее – производить из руд металлы, построить индустриальную цивилизацию и обеспечить комфортный уровень жизни.

Технологию производства древесного угля можно по праву считать самой консервативной в истории человечества – она просуществовала практически в неизменном виде несколько тысяч лет, со времени своего зарождения до середины XIX века.

Вряд ли когда-нибудь будет достоверно установлено, когда и в какой части планеты человек впервые установил, что обугливание древесины без её сгорания позволяет получить топливо, гораздо более удобное в использовании и функциональное – древесный уголь. Разделение эндотермического процесса обугливания (удаления из древесины влаги, кислорода и водорода) и экзотермического процесса горения, которые в условиях костра происходят одновременно, позволило при применении древесного угля снизить потери тепла и получить существенно более высокую температуру.

Использование древесного угля, особенно совместно с применением принудительного воздушного дутья, привело к увеличению «температурного потенциала» цивилизации, что способствовало развитию производства керамики и стекольного дела[1]. Благодаря тому, что, в отличие от дров, древесный уголь является относительно малодымным топливом, он нашёл широкое применение в быту при приготовлении пищи и обогреве помещений с использованием открытых жаровен. Наконец, именно благодаря древесному углю человечество получило возможность выплавлять из руд медь и железо[2].

Технологию производства древесного угля можно по праву считать самой консервативной в истории человечества – она просуществовала практически в неизменном виде несколько тысяч лет, со времени своего зарождения до середины XIX в. Причём на протяжении многих веков это производство было самым масштабным – ведь оно поставляло топливо для всех производств, требующих высоких температур, а также для многочисленных домашних хозяйств.

К сожалению, о технологии углежжения в период зарождения и становления металлургического производства известно только благодаря археологическим раскопкам в местах концентрации древних производств. При этом исследователи, как правило, основное внимание уделяют непосредственно производству керамики, стекла и металла, а вот вопросам производства металлургического топлива посвящено совсем немного специальных исследований.

Известно, что древесный уголь широко применялся при получении и обработке металлов в Древнем Египте. Образцы его найдены археологами в захоронениях, относящихся к раннединастическому (4000 – 2680 гг. до н.э.) периоду и периоду I династии (3050 – 2850 гг. до н.э.)[3]. Особенно масштабным производство древесного угля было в Аравийской пустыне и на Синайском полуострове. Это привело к практически полному сведению лесов на этих территориях. Существует версия, что именно истощение запасов топлива, а не руд, вынудило египтян перенести производство металлов на периферийные территории государства с последующей транспортировкой готовых слитков в метрополию (например, медь в основном выплавляли в Тимне, недалеко от современного г. Эйлата в Израиле).

В Месопотамии древесный уголь, в частности, применялся в качестве пигмента при раскраске гончарных изделий. При этом он всегда представлял существенную ценность в этом бедном лесами регионе. Найдено письмо вавилонского царя Хаммурапи (1793 – 1750 гг. до н.э.) к его слуге Син-идиннаму, в котором он даёт распоряжение о скорейшей поставке дров для производства металла из поселения при рудниках Дур-гургурри в Вавилон, чтобы тамошние металлурги «не сидели с пустыми руками». При этом царь обращал особое внимание на то, чтобы поставлялся только свежесрубленный лес, без сухих деревьев[4].

В местностях, бедных лесом, в качестве заменителя древесного угля использовались верблюжьи кизяки и кусты колючки. Греческий историк и географ Гней Помпей Страбон (ок. 64 г. до н.э. – ок. 23 г. н.э.) упоминает о том, что мастера по бронзе использовали финиковые косточки в качестве заменителя древесного угля. Гай Плиний Секунд (Плиний Старший, 23 – 79 гг. н.э.) в «Естественной истории» пишет об использовании в Египте корней папируса для замены угля при кузнечной обработке железа.

Первое описание свойств и способов использования древесного угля принадлежит перу (а точнее – стилосу) древнегреческого философа и естествоиспытателя Тиртама. Тиртам – ученик Платона, а позднее – любимый ученик, друг и преемник Аристотеля. Именно Аристотель наградил его прозвищем, под которым он остался в памяти потомков – Теофраст, то есть «божественный оратор». За свою долгую и плодотворную жизнь (372 – 287 гг. до н.э.) Теофраст написал свыше 200 трудов по естествознанию, среди которых две книги о растениях: «История растений» и «Причины растений». Помимо основ классификации и физиологии растений, эти труды содержат описание горючих свойств различных видов древесины и получаемого из них угля. Кроме того, в сочинении «Об огне» Теофраст поясняет, почему «приготовленный» (древесный) уголь более чёрный, чем ископаемый, и даёт рекомендации по более эффективному его сжиганию, а в сочинении «О камнях» упоминает о том, что ископаемый уголь активно используется в кузнечном деле.

Теофраст отмечает, что самый лучший уголь получается из деревьев плотных пород, в частности из дуба и земляничного дерева. Такие угли горят дольше и позволяют достичь более высоких температур, поэтому их охотно используют в процессе производства серебра «для первой переплавки руды»[5]. При этом из всех плотных углей дубовый содержит самое большое количество золы, что ограничивает его применение при производстве металлов. По словам Теофраста, в случае если требуется мягкий уголь, например, при производстве железа, «когда оно уже расплавилось»[6], используют уголь из эвбейского ореха, а при производстве серебра[7] – уголь из алеппской сосны. Кузнецы предпочитают сосновый уголь дубовому, поскольку его легче разжечь, и, хотя он и даёт меньше жара, но горит ярким пламенем, а не тлеет[8].

Дерево для производства угля должно быть свежим и не старым (о том же писал Хаммурапи). Лучший уголь получается из зрелых деревьев, у которых плотность, влажность и количество золы находятся в оптимальных пропорциях. Что касается собственно выжига угля, то Теофраст рекомендует выбрать гладкие и прямые поленья, чтобы сложить их как можно плотнее в кучу, укрыть её дёрном, поджечь и периодически «помешивать» шестами. Также он даёт подробное описание выделения газов при сжигании и обугливании различных пород дерева и рекомендации по использованию дров и изготовлению деревянного огнива.

Практически идентичные рекомендации по технологии производства древесного угля даёт и Плиний Старший в «Естественной истории». Кроме того, он подробно описывает технологии производства различных металлов и, в том числе особенности использования древесного угля. Также он описывает возможности использования смолы, выделяемой при производстве древесного угля, особенно из деревьев хвойных пород[9]. Об использовании смолы пишет и Теофраст – по его словам она использовалась в качестве связующего для брикетирования угольной мелочи.

Благодаря римлянам, технология кучного (как вариант – ямного) выжига древесного угля постепенно распространилась по всему Pax Romana (римскому миру). Кроме того, римляне осуществляли торговлю углём, производимым в «промышленных центрах» в Греции, Македонии, Галлии и других областях, что позволило жителям Империи оценить удобство этого вида топлива по сравнению с деревом.

Мы уже упоминали, и в дальнейшем ещё не раз вернёмся к проблеме воздействия производства топлива на окружающую среду, а особенно, когда дело касается древесного угля, к проблеме уничтожения лесов – обезлесиванию. Отметим, что если рассматривать средиземноморский регион в античное время в целом, то, в первую очередь, растительности наносили урон бесчисленные овечьи стада. Что касается угля, то, по свидетельству Страбона, только его производство для выплавки меди и серебра позволило привести в порядок заросший дикими лесами Кипр. Однако в окрестностях крупных производственных центров дело обстояло иначе. Так, на острове Эльба – крупнейшем римском центре по производству железа – леса были вырублены ещё во времена Республики, и по этой причине добытую на острове руду перевозили в Популонию, расположенную рядом с богатыми лесом Лигурийскими горами.

Плиний отмечал, что, вследствие сведения лесов в Галлии приходится производить второй обжиг руды с помощью древесного угля (привезённого из других мест) вместо дров, что, безусловно, удорожает производство. Он также отмечал недостаток древесного угля для обеспечения металлургии в области Кампанья. Несмотря на это, производство в этих областях продолжалось в течение сотен лет без каких-либо изменений за исключением роста себестоимости металла из-за увеличения затрат на перевозку топлива[10].

После падения в 476 г. Западной Римской Империи на протяжении всего Средневековья технология производства древесного угля не претерпевала существенных изменений. Так, описание процесса выжига в изданном в 1540 г. труде «Пиротехния» (Pirotechnia) итальянского инженера и учёного Ванноччо Бирингуччо (Biringuccio, 1480 – 1539 гг.) мало чем отличается от аналогичных описаний Теофраста и Плиния Старшего.

Бирингуччо, также как и его предшественники, даёт наставления по выбору древесины для производства металлургического угля, характеризует её свойства в зависимости от условий произрастания деревьев, описывает технологию подготовки и обугливания дров, а также приводит советы по использованию различных сортов древесного угля. В частности, Бирингуччо рекомендует использовать ямный уголь только в кузнечных операциях, а для плавки руд применять кучной[11].

Отметим, что технология углежжения с использованием в качестве покровных материалов дёрна и земли могла применяться только в тех областях, где эти материалы имелись в наличии (в частности, в Европе). На Ближнем Востоке и в Египте в регионах с песчаными почвами обугливание древесины осуществляли, по-видимому, в ямах. Также проблема отсутствия качественных покровных материалов решалась путём сооружения специальных печей из камня. Кроме того, на ближнем Востоке активно применяли заменители древесного угля, в частности при тигельном производстве стали использовался камыш и сухие ветки некоторых кустарниковых растений, что позволяло достичь достаточно высоких температур.

При этом следует иметь в виду, что печи для выжига древесного угля стоило применять только там, где не было другого способа изолировать тлеющие дрова от контакта с атмосферным воздухом. На первый взгляд это странно – ведь капитально построенная печь, в отличие от «кустарно» покрытой кучи, обеспечивает более высокое качество угля, существенно снижает трудоёмкость процесса, предъявляет менее строгие требования к технологической дисциплине и, наконец, сводит к минимуму риск для жизни и здоровья углежогов.

Дело в том, что строить капитальное сооружение при работе на дровах не имело никакого смысла – ведь окружающие лесные ресурсы довольно быстро истощались, а транспортировка готового угля требует гораздо меньше затрат, чем перевозка дров. При истощении леса углежоги просто переходили на другое место, где лес рос в изобилии, и продолжали там свою деятельность. При переходе на новое место пришлось бы бросать печи и строить новые, что, конечно, существенно повысило бы затраты на производство.

Результатом неизбежного удаления угольного производства от металлургического, как уже говорилось выше, было постепенное удорожание угля, поскольку к нему добавлялась стоимость транспортировки, но другого выхода не было. В качестве примера можно отметить, что в конце XIX в., в заключительный период существования уральской древесноугольной металлургии, транспортировать дрова для обеспечения заводов топливом приходилось сплавом по реке, поскольку на заводах имелись печи для выжига угля. Это существенно снижало их, и без того крайне низкую, экономическую эффективность.

Производство древесного угля в кучах представляет многофакторный процесс: для того, чтобы получить качественный древесный уголь, мастеру требовалось учитывать буквально всё – от свойств используемого дерева до погодных условий. У «певца Урала» Павла Бажова в коротком рассказе «Живинка в деле» есть два предложения, которые очень точно характеризуют эту особенность: «По нонешним временам, при печах-то, с этим попроще стало, а раньше, как уголь в кучах томили, вовсе мудрёное это дело было. Иной всю жизнь колотится, а до настоящего сорта уголь довести не может» [12].

Рассмотрим подробно кучное углежжение второй половины XIX в. Несмотря на то, что в это время, в результате внедрения изобретений Бессемера, Томаса и Мартена стремительно увеличивались объёмы металлургического производства, а каменноугольный кокс также стремительно вытеснял древесный уголь из доменного производства, именно этот период можно считать наивысшим расцветом технологии выжига древесного угля.

Процесс производства древесного угля начинался с выбора древесины. Древесные породы подразделялись углежогами на «твёрдые» («тёмные» или «тяжёлые»), «мягкие» («белые» или «лёгкие») и «смолистые». Твёрдые породы давали самый прочный и плотный уголь, выделяющий при горении больше тепла.

Значительное влияние на качество угля оказывало состояние дерева – оно не должно быть слишком молодым или старым, червоточным или подгнившим. В этом случае уголь получался хрупким, и выход его был низким. Существенное значение имела система рубки. Оборот древесины, т.е. время, через которое можно возобновлять рубку леса, составляет 60 – 100 лет для смолистых, 20 – 60 лет для твёрдых (бук и граб – 120 лет) и 18 – 20 для мягких пород. Рубка должна была производиться таким образом, чтобы ежегодный прирост компенсировал количество вырубленного леса. В частности, рубка леса в России производилась на «заводских дачах» (приписанных к заводу участках леса) площадями, расположенными вокруг завода в шахматном порядке так, чтобы среднее расстояние перевозки угля было бы примерно одинаковым.

Поскольку вопрос сбережения и воспроизводства лесных ресурсов стоял очень остро – от этого зависело само существование заводов, ему всегда уделялось самое пристальное внимание. В частности, российский министр финансов Е. Ф. Канкри́н (1774 – 1845 гг.), руководивший горнозаводской отраслью в течение 20 лет, считал «науку лесного хозяйства» на заводах не менее важной, чем собственно горные науки. Его перу принадлежит «Инструкция об управлении лесной частью на горных заводах хребта Уральского, по правилам лесной науки и доброго хозяйства», призванная служить «руководством к исполнению существующих узаконений».

В качестве основы своей системы Канкрин использовал практику управления лесным хозяйством, принятую в Германии. В европейской практике считалось, что лучше всего заготавливать дрова зимой, когда деревья бедны соком, либо осенью, в этом случае они лучше сохнут. Порядок заготовки дров в России имел свои особенности. Ещё со времён Виллима де Геннина (1676 – 1750 гг.) на Урале было заведено, что на рубку леса крестьян созывали к 20 марта. Реально работа начиналась с апреля, потому что глубокий снег не позволял подбираться к стволам так, чтобы не оставлять высоких пней. Рубка продолжалась весь апрель, чтобы «с мая месяца для пахоты и посеву хлеба отпущать крестьян из дровосеков в домы». Позже окончание заготовки приурочили к началу страды (Петров день, 12 июля (29 июня по старому стилю).

Заготовка дров заключалась в валке деревьев, очистке их от веток и сучьев с последующим распилом на поленья определённой длины. В российской практике с поленьев, называемых «ёлтылями», также снимали кору – «облысивали». Корни иногда корчевали и также использовали для углежжения, однако, отдельно от поленьев. После этого поленья складывали для просушки в вентилируемые поленницы, специальные отапливаемые помещения или (на Урале) в виде пирамид-скоростен. Для просушки в естественных условиях выбирали сухое, возвышенное место. Сушка продолжалась в течение полугода. Оптимальной считалась средняя степень просушки – слишком сухое дерево быстро обугливалось, в результате чего сильно угорало и давало лёгкий уголь, а из влажных дров уголь получался трещиноватый. Приступали к выжигу угля в России осенью, а в Европе – в середине лета.

Подготовка к выжигу заключалась в организации площадки, сложении дров в кучу специальным образом и покрытии кучи дёрном и землёй для изоляции от атмосферного воздуха.

В состав бригады угольщиков, как правило, входило 8 – 10 чел. Мастер и помощник подготавливали место для углежжения, покрывали кучу, наблюдали и регулировали процесс углежжения, разбирали кучу с готовым углём. Двое или трое настильщиков перевозили дрова и складывали в кучу. Четверо или более работниц занимались плетением щитов из соломы и веток, которые использовались для укрепления «покрышки» кучи. Такая бригада одновременно обслуживала 8 – 12 куч диаметром в основании до 5 м.

Работа углежога была одной из самых трудных и опасных в металлургическом производстве – она требовала постоянного напряжения и внимания в течение длительного времени, углежог постоянно вдыхал химические продукты, выделяемые древесиной при перегонке, кроме того, обслуживание кучи требовало периодического нахождения углежога на её поверхности, в результате чего он в любую минуту мог оказаться в огненном пекле. При этом плата за готовый уголь была невысокой, что в условиях горнозаводского Урала провоцировало периодические выступления и даже бунты углежогов, особенно в те годы, когда из-за неблагоприятных погодных условий снижался выход годного угля. Известно, например, что углежоги были одними из самых активных сторонников Емельяна Пугачёва.

Для начала требовалось подобрать особое место – «курень». Оно должно было удовлетворять следующим условиям: удобно располагаться по отношению к запасам древесины, иметь свободные площади для операций разгрузки, складирования и погрузки, быть защищенным от ветра. Рядом должна была иметься вода, рыхлая почва и дёрн, а сам грунт под кучей должен был пропускать воздух (но не чрезмерно) и жидкие продукты процесса. Последнее условие – самое важное, при его несоблюдении в брак уходило от пятой до четвёртой части выжигаемого угля[13]. Поэтому, глинистые и песчаные грунты были непригодны для углежжения.

После выбора места готовили площадку (она называлась «ток») – удаляли дёрн и корни, утрамбовывали грунт и придавали ему лёгкий наклон от центра по радиусу. В случае влажного места делали настил, а в случае песчаного грунта – увлажняли и перемешивали с глиной или землёй. Если имелась возможность осуществлять дешёвую транспортировку леса издалека (сплавом по реке или зимой по санному пути), то устраивали постоянные токи. В этом случае площадка выкладывалась кирпичом с наклоном по радиусу от центра, либо, наоборот – к центру, в этом случае также сооружали резервуар для сбора жидких продуктов перегонки. Впрочем, такие токи использовались нечасто, поскольку при наличии возможности недорогой доставки дров выгоднее было выжигать уголь в печах, а не в кучах.

Следующей важной операцией была кладка кучи (в России её называли «кабан»). Очень образно описана эта операция у Бажова: «Как стали плахи в кучи устанавливать, дело вовсе хитрое пошло. Мало того, что всякое дерево по-своему ставить доводится, а и с одним деревом случаев не сосчитаешь. С мокрого места сосна – один наклон, с сухого – другой. Раньше рублена – так, позже – иначе. Потолще плахи – продухи такие, пожиже – другие, жердовому расколу – особо. Вот и разбирайся. И в засыпке землёй тоже».

При формировании кучи требовалось складывать дрова как можно плотнее для устранения циркуляции воздуха внутри кучи. Если этого нельзя было обеспечить вследствие неправильной формы брёвен, то промежутки засыпали древесной или угольной мелочью. Крупные сучковатые поленья, которые невозможно было расколоть, ставили в центр кучи, где процесс шёл интенсивнее и дольше. Также к центру клали самые сухие и смолистые поленья, поскольку разжигание кучи производилось от центра.

Поленья ставили по возможности вертикально (при этом качество угля было выше), однако небольшой наклон был необходим для поддержания покрышки кучи. В двух нижних ярусах кучи поленья ставили толстой частью вверх, а выше – толстой частью вниз. При этом поленья ориентировали так, чтобы их сердцевина была обращена к центру кучи. Эти условия были необходимы для уменьшения пустого пространства между поленьями, а последнее – также для ускорения процесса. Нежелательно было смешивать плотные и мягкие породы дерева, поскольку скорости их обугливания существенно различаются. Если все же приходилось добавлять твёрдое дереву к мягкому или наоборот, то твёрдое клали ближе к центру. Диаметр кучи составлял от 3 до 15 м, в основном использовались кучи диаметром 6 – 9 м, высота составляла от трети до половины диаметра. В зависимости от длины поленьев, они складывались в 3 – 4 яруса. Небольшие кучи были легче в управлении, однако потери в них были больше.

Существовало несколько способов сложения дров в кучу (они использовались в разных регионах)[14]: валлонский (Бельгия) способ – в этом случае в центре ставили три жерди, которые после распорки и перевязки образовывали трубу. Вокруг неё складывали хорошо просушенные дрова, щепки и головни от предыдущих операций углежжения, чтобы обеспечить быстрое зажигание. Далее вокруг концентрическими окружностями почти вертикально устанавливались поленья, причём наклон постепенно увеличивался для поддержания покрышки. Для поддержания купола (головы) кучи верхний ряд поленьев клали плашмя, ориентируя их по радиусу. Если куча была большого размера, то в средний ярус клали самые толстые поленья, поскольку температура там выше, если куча была маленькая, то она состояла из одного яруса; итальянский способ – отличался от валлонского тем, что верхний ярус состоял из коротких поленьев, расположенных наклонно. Кроме того, куча при этом способе обычно располагалась на деревянном настиле; тирольский (Австрия) способ – в этом случае брёвна настила располагались не радиально, а по касательной и размещались на лежаках из радиально расположенных брёвен. Зажигание производилось не через трубу, а через специально устроенный канал в настиле (располагался с наветренной стороны). Характерной особенностью этого способа также является ось, составляемая из поленьев разной толщины; суксунский (Россия) способ – схож с тирольским, однако ось в этом случае была не составной, а цельной; уральский или славянский (Россия) способ – при нём настил не использовался, а труба делалась не из кольев, а из дров, сложенных клеткой (колодцем). В подошве кучи располагался горизонтальный зажигательный канал.

После сложения кучи необходимо было выровнять её поверхность, заделав все щели и промежутки между поленьями, для чего использовали щепу, угольную мелочь и прочий древесный мусор; на Урале также использовали «хвою» – мелкие ветки, в большом количестве образующиеся при заготовке дров, и хворост, производятаким образом очистку леса и снижая риск возникновения лесных пожаров. Затем производили операцию дернения, то есть обкладывали поверхность кучи обращённым внутрь дёрном, а поверх укладывали второй слой покрышки – трамбованную землю. В голове кучи толщину покрышки увеличивали.

При тирольском и итальянском способах вместо дёрна и земли для покрышки использовали увлажнённый угольный мусор от предыдущих операций углежжения. Для предотвращения осыпания покрышки использовали подпорки различной конструкции. Если место или сезон были ветреными, то с подветренной стороны ставился забор.

Зажигание кучи производили на рассвете – это давало возможность в течение всего дня осуществлять контроль процесса и внести коррективы, если что-то пойдёт не так. Для зажигания, если использовалась куча с трубой, в неё бросали раскалённые угли, а после того, как дрова разгорались, полностью заполняли холодным углем. Аналогичным образом зажигали и кучу с каналом у основания, только в этом случае горящий материал помещали в центр кучи с помощью длинного шеста.

Иногда зажигание производили не от центра, а с головы кучи, для этого использовалась короткая труба. Разница состояла в том, что при обугливании от центра, образовавшийся там уголь измельчается вышележащей массой и окисляется, однако процесс в этом случае идёт быстрее. При зажигании же с головы угар меньше, зато процесс идёт дольше.

Обугливание в кучах, ямах и печах представляло собой процесс частичного горения в отличие от перегонки древесины в реторте при полном отсутствии воздуха. Поэтому искусство управления процессом заключалось в том, чтобы, проделывая отверстия (обычно черенком лопаты) в покрышке кучи, обеспечивать сгорание части дров для повышения температуры, но при этом предотвратить сгорание готового угля путём своевременного заделывания отверстий. Здесь снова уместно процитировать Бажова: «По этим вот ходочкам в полных потёмочках наша живинка-паленушка и поскакивает, а ты угадывай, чтоб она огнёвкой не перекинулась либо пустодымкой не обернулась. Чуть не доглядел – либо перегар, либо недогар будет. А коли все дорожки ловко улажены, уголь выйдет звон-звоном».

Первые сутки после зажигания были самыми опасными и ответственными. В это время выделяющиеся из дров монооксид углерода, водород и некоторые органические соединения, скапливаясь под покрышкой и смешиваясь с воздухом, образовывали гремучую смесь, которая часто взрывалась, срывая часть покрышки. При этом углежог должен был как можно быстрее восстановить повреждённый участок. Для предотвращения взрывов увеличивали приток воздуха в кучу для «дожигания» вышеупомянутых соединений. С началом выделения из поленьев влаги процесс образования гремучей смеси прекращался.

Второй опасностью были пустоты, образующиеся под покрышкой при сгорании и усадке дров, особенно при неплотном их сложении. Следствием этого мог стать провал головы кучи, поэтому углежоги пытались их обнаружить с помощью специальной колотушки (по звуку) или щупа. Если удавалось обнаружить пустоту, производилась операция «кормления» – покрышка удалялась, далее выгребали уголь и дрова и заполняли пустоту дровами, углём, мусором, после чего покрышку восстанавливали. Кроме того, куча постепенно оседала, что приводило к образованию трещин в покрышке, которые требовалось периодически заделывать.

Собственно процесс обугливания делился на три периода. Первый — «Потение» или «парение» – в этот период (примерно через 1 – 2 суток после зажигания) начинается активное удаление влаги из основной части дров, при этом водяной пар и продукты разложения конденсируются в непрогретых частях кучи и могут её потушить. Для предотвращения этого устраивают многочисленные отверстия-отдушины в покрышке, через которые происходит удаление влаги и газов, вплоть до полного открытия подошвы кучи. Выделяющийся газ при этом плотный, стелящийся по земле вблизи кучи, цветом от жёлто-серого до жёлто-чёрного.

Продолжительность этого периода составляет от нескольких дней до недели и более, в зависимости от размера кучи. Его по возможности старались сократить, поскольку в течение всего периода необходимо было обеспечивать приток воздуха в кучу, что приводило к угару. Об окончании потения сигнализировало изменение дыма, который становился прозрачным и лёгким. Уголь в период парения, согласно исследованиям французского химика Ж. Эбельмана, образовывал перевёрнутый конус, в нижней части кучи (кроме центральной её части) находились необугленные дрова.

Второй — «Перегонка» – собственно период обугливания сухих дров в течение 2 – 4 суток. В начале периода углежог укрывает подошву кучи и в течение всего периода следит за целостностью покрышки и равномерности обугливания (ориентируясь по жару, исходящему от кучи с разных сторон). Если обугливание идёт неравномерно, для его регулирования проделывают и заделывают отверстия в покрышке. Также необходимо обеспечить свободный выход продуктов разложения древесины.

Третий — «Поджигание» – этот период длится 4 – 8 суток, а при больших размерах кучи и более. В этот период необходимо обуглить дрова, расположенные вблизи поверхности кучи, особенно у подошвы. Для этой цели в покрышке проделывают несколько десятков отверстий для локального повышения температуры. При этом отверстия делают по окружности, начиная сверху, постепенно спускаясь к подошве. На следующий уровень спускаются, когда дым из отверстий становится бледно-голубым. Когда в отверстиях появляется пламя, их заделывают, покрышку усиливают, и кучу оставляют примерно на сутки для охлаждения, после чего приступают к «разломке».

Общая продолжительность процесса составляла от 6 суток для куч диаметром 3 м, до 14 – 17 суток для куч диаметром 7 – 9 м и до месяца и более для куч диаметром 12 – 15 м. Сырое дерево или погода увеличивали продолжительность на неделю. Кроме того, по уральскому способу кучу охлаждали в течение 2 – 3 суток, а по суксунскому – разбирали сразу же после заделки всех отверстий.

По внешнему виду кучи после окончания обугливания можно было судить о качестве угля – если куча оседала неравномерно, была сильно деформирована, это говорило о неравномерном ходе процесса и большой доле брака. Помимо мастерства углежога, существенную роль здесь играли погодные условия.

Разбирали кучу сверху, сгребая граблями и засыпая тлеющий в куче уголь землёй; по другому способу разборка осуществлялась концентрическими окружностями от подошвы к голове. Вынутый уголь также засыпали землёй или заливали водой и складировали в виде невысокого вала вокруг тока, сортировали, а затем грузили в короба для транспортировки. Разломка кучи продолжалась 8 – 10 дней.

При сортировке различали следующие сорта угля: крупный уголь – самый плотный, иногда представлял собой целое обугленное полено. Применялся в доменном производстве и других шахтных печах; горновой уголь – также плотный, но более мелкий, величиной с кулак, из средней части кучи между трубой и покрышкой. Использовался в кузнечных и кричных горнах; центральный уголь – мелкий и неплотный из-за частичного выгорания угля от оси кучи; угольная мелочь – размером 2 – 3 см3; угольный порошок – образовывался при разломке и перевозке, вместе с мелочью использовался для обжига руд, извести и т.п.; угольный мусор – смесь порошка с землёй, использовался при последующих выжиганиях, например, для покрышки; бурый уголь и головни – «недопеченный» уголь, применялся для уплотнения или для «кормления» при последующих выжиганиях.

Для больших куч при нормальном ходе процесса отношение первых двух сортов к остальным составляло 11 к 1, а для маленьких – 6 к 1. Хороший «чёрный»[15] древесный уголь должен был обладать глубоко-чёрным цветом, не пачкать руки, быть звонким и хорошо выдерживать статическую нагрузку. Масса угля при выжиге составляла 20 – 26 % от массы дров. Содержание углерода увеличивалось приблизительно от 45 % (масс.) в древесине до 85 % (масс.) в древесном угле.

Помимо выжига угля в «стоячих» кучах существовал способ обугливания в «лежачих» кучах – балаганах. Уголь при таком способе получался высокого качества, в частности, отсутствовал центральный уголь, однако требования к древесине были существенно выше – фактически требовался не дровяной, а строевой лес – что ограничило применение этого способа. Использовался он преимущественно в Швеции и Австрии.

Также для производства древесного угля применялись стационарные каменные печи различных конструкций. В этом случае роль отверстий в покрышке играли отверстия в кладке, которые можно было открывать и закрывать.

Перевозился уголь в коробах объёмом не более 3 м3 для снижения потерь от разрушения кусков, при отсутствии хороших путей сообщения использовали кули объёмом 0,2 м3, перевозимые мулами или гужевым транспортом.

Для использования в доменном производстве уголь должен был пролежать несколько месяцев для поглощения из атмосферы 10 – 12 % (масс.) влаги[16]. При этом снижался его расход, и пропадала опасность в жаркую погоду перегреть печь. При содержании влаги более 20 % (масс.) уголь рассыпался в ходе доменной плавки. С учётом всего этого, доменные производства должны были иметь специальные угольные сараи для хранения в оптимальных условиях запаса угля на 8 – 10 месяцев работы. При соблюдении условий хранения уголь мог быть использован и через два года после производства.


[1]Иванов Вяч. Вс. История славянских и балканских названий металлов – М.: Наука, 1983.
[2]Малинова Р., Малина Я. Прыжок в прошлое: Эксперимент раскрывает тайны древних эпох. Пер. с чеш. – М.: Мысль, 1988.
[3]Forbes R.J. Studies in ancient technology. vol. 8, Leiden, Netherlands, 1971.
[4]Forbes R.J. Studies in ancient technology. vol. 8, Leiden, Netherlands, 1971.
[5]Имеется в виду первая стадия производства серебра – выплавка его из руды, а дальнейшие операции по его очистке от примесей предъявляли менее строгие требования к качеству топлива.
[6] Описывается стадия процесса плавки, когда уже произошло разделение на металл и шлак и требуется меньше тепла.
[7] Речь идёт о стадии очистки серебра от примесей.
[8]Феофраст. Исследование о растениях. Перевод с древнегреческого и примечания М.Е. Сергеенко. Редакция И.И. Толстого и Б.К. Шишкина. М.: Изд-во АН СССР, 1951. – Классики науки.
[9]The Natural History of Pliny in 6 volumes // Translated by John Bostock and H.T. Riley. London, 1854 – 1857
[10]Greek and Roman Technology: A Sourcebook. Annotated translations of Greek and Latin texts and documents.John W. Humphrey and others.Routledge, 1998
[11]The Pirotechnia of VanoccioBiringuccio: the classic sixteenth-century treatise on metals and metallurgy / translated from the Italian by Cyril Stanley Smith and Martha Teach Gnudi. Reprint. Dover Publications, New-York, 1990
[12]П.П. Бажов. Собрание сочинений в трех томах. Том 2. // Под общей редакцией В.А. Бажовой, А.А. Суркова, Е.А. Пермяка. М.: Государственное Издательство художественной литературы, 1952 г.
[13]Руководство к металлургии. Часть I. Выпуск I. Горный инженер А. Добронизский. Санкт-Петербург, типография И. Маркова и Ко, 1865.
[14]Руководство к металлургии. Часть I. Выпуск I. Горный инженер А. Добронизский. Санкт-Петербург, типография И. Маркова и Ко, 1865.
[15]Существовал также «красный» уголь – не полностью обугленное дерево. Этот уголь получался при «оптимальном» обугливании, когда процесс прекращали до его естественного завершения, снижая за счёт этого угар. Однако широкого распространения этот способ не получил.
[16]Металлургия чугуна. Сочинение Валериуса. Переведено и дополнено В. Ковригиным. Санкт-Петербург, типография Иосафата Огризко, 1862

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Как сделать древесный уголь своими руками в домашних условиях, технология производства древесного угля

Среди различных видов твердого топлива особый интерес представляет древесный уголь, состоящий на 80—90% из чистого углерода. Это делает его в первую очередь эффективным биотопливом, практически бездымным и экологичным. Его сфера применения достаточно широка как в различных отраслях промышленности, так и для домашнего применения. В данной статье мы рассмотрим, как можно выжигать древесный уголь своими руками и как это происходит в условиях промышленного производства.

Технология производства

Уголь из древесины в больших объемах потребляют предприятия металлургии, где он применяется для производства сплавов высокой степени чистоты, а также для насыщения металла углеродом, в результате чего повышаются его физические свойства.

В химической отрасли данный продукт используется при изготовлении стекла, различных пластмасс и даже красок. Не обошел уголь стороной и пищевую промышленность, в продуктах питания он часто выступает натуральным красителем, что отображается на их упаковке под кодом Е153.

Такой значительный спрос требует соответствующих объемов производства, поэтому печи для древесного угля, как правило, размещают вблизи либо на территории деревообрабатывающих предприятий. Это понятно, ведь там в большом количестве имеются крупные отходы дерева самых разных пород, что служат сырьем для углежжения.

Если пояснять простыми словами, то технология производства древесного угля призвана решить задачу по получению из древесины углерода как можно более высокой степени чистоты. Для этого все остальные органические и неорганические вещества нужно удалить, что достигается с помощью реакции пиролиза. Ее суть заключается в выделении из сырья всех лишних соединений методом термического разложения при недостаточном количестве кислорода. Но пойдем по порядку.

Всего этапов производственного процесса – четыре (не считая предварительной подготовки сырья):

  • сушка при температуре до 150 ºС. Процесс пиролиза, проходящий при более высоких температурах, требует минимального количества влаги в сырье;
  • пиролиз, проходящий при температуре 150—350 ºС и недостатке кислорода. Происходит термическое разложение веществ и начинает образовываться уголь. Выделяются пиролизные газы;
  • горение (прокалка) при нагреве до 500—550 ºС. На данном этапе из угля выделяются смолы и остатки веществ в виде газов;
  • восстановление (охлаждение).

По сути, установка для производства угля представляет собой печь, где протекают все вышеописанные реакции. Ниже на рисунке представлена схема технологического процесса:

Печь для древесного угля

Печь для углежжения достаточно сложна, повторить её конструкцию в домашних условиях весьма затруднительно. Корпус цилиндрической или прямоугольной формы имеет топочную камеру, поверх которой загружаются 2 закрытые емкости, заполненные сырьем – реторты. Нагрев древесины происходит извне, через стенки реторты, при этом в нем используется тепло, выделяемое деревом в процессе реакций. Работа печи на различных режимах показана на схеме:

Промышленная печь для изготовления древесного угля устроена таким образом, что пока в одной емкости проходит пиролиз, то во второй идет сушка, пиролизные газы дожигаются и проходят сквозь реторту с влажным сырьем. Такая очередность соблюдается и дальше, до получения конечного продукта. Получается, что внутренний объем каждого сосуда разделяется на зоны, в каждой из которых протекает определенный процесс:

После прокаливания емкости с углем выгружаются и в печь ставятся новые. Перед фасовкой и отправкой на склад изделие проходит операцию дробления до необходимого размера фракции, а при необходимости и брикетирование. Аппарат, где все операции выполняются по данной технологии — это печь для производства древесного угля непрерывного действия. Однако, есть и другая технология, но она более сложная и дорогостоящая, хотя и обеспечивает высокую производительность.

Изготовление древесного угля в домашних условиях

Информация о домашнем углежжении интересна тем людям, кто занимается ковкой металла с небольших мастерских. Такое чистое биотопливо, как древесный уголь, издавна считается самым лучшим для работы кузнечного горна. Ну и о том, как хорош уголь для шашлыков и барбекю, давно известно всем, только покупать его в магазине выходит дороговато. Исходя из того, что оборудование для производства древесного угля отличается сложностью, дороговизной и громоздкостью, предложим два давно проверенных домашними умельцами способа:

  • выжигание угля в бочке;
  • углежжение в яме.

Способ изготовления угля в бочке, как и в яме, предполагает тот же технологический процесс пиролиза в замкнутом пространстве при недостатке кислорода. Только в подобных условиях продукт получается не столь чистым по вполне понятным причинам. Большую роль играет и сноровка исполнителя, первые 2—3 порции могут просто выгореть (что случается чаще) или, наоборот, недожечься. Но все приходит с опытом.

Способ углежжения в бочке считается более удобным и технологичным. Итак, чтобы сделать древесный уголь самому, нужна собственно сама металлическая бочка емкостью 200 л, да еще старый пылесос. Подойдет любая другая цилиндрическая емкость из металла, желательно с толстыми стенками, она прослужит дольше. В самом низу емкости просверливают отверстие и врезают штуцер. К нему присоединяется шланг от пылесоса, это будет подача первичного воздуха в зону горения.

Немаловажно подыскать для бочки герметичную крышку. Если таковой нет, надо приспособить для этой цели лист металла, асбестоцемента или другого материала. Еще потребуется длинная стальная кочерга для шуровки дров. Касательно последних, стоит отметить один важный момент. Поскольку в домашних условиях древесный уголь делают подручными средствами, то технология не всегда соблюдается, но вот выдержать невысокую влажность дров – обязательно.

Важно! Свежесрубленная или насыщенная влагой древесина для углежжения не подойдет, будет много дыма, а процесс пиролиза не начнется или будет протекать очень вяло. В результате получите золу либо недожженные дрова. Древесина должна быть сухой.

С дерева снимают кору (она сильно дымит, а угля дает крайне мало) и пилят на чурки длиной до 40 см, чтобы их плотно укладывать в бочку. Затем на ее дне разводят небольшой огонь и включают пылесос, иначе костерок начнет сильно дымить.

По мере того как дрова будут разгораться, надо подкладывать очередную порцию. Следует отметить, что производство древесного угля таким способом – процесс тонкий, тут надо верно уловить момент, когда сырье хорошо разгорелось, но не дать ему прогореть до золы, а добавлять новую древесину. При необходимости можно на время отключать пылесос, а при загрузке более половины емкости трубу подачи воздуха лучше вставить сверху.

Когда бочка заполнена, то она накрывается крышкой, пылесос отключается, а штуцер закрывается заглушкой. Теперь надо выждать, пока процессы внутри закрытого сосуда не закончатся, открывать крышку можно лишь после полного остывания стенок емкости. Удобство бочки в том, что ее можно просто перевернуть и спокойно рассортировать полученный продукт. Часть древесины останется недожженной, но это не беда, она пойдет на следующую загрузку. Остальной уголь просеивают и складывают в мешки.

Углежжение в яме

Самостоятельно сделать древесный уголь в домашних условиях или прямо в лесу можно просто в яме. Для получения 2 мешков угля надо вырыть круглую яму ориентировочно 80 см в диаметре и полметра глубиной.

Дно утаптывается ногами, а стенки подчищаются, чтобы топливо не смешивалось с землей. Последнюю не надо отбрасывать далеко, она пригодится в конце.Разница с «бочковым» выжиганием заключается лишь в отсутствии принудительного наддува пылесосом. Дрова берут сухие, длиной 30 см и не больше 7 см в поперечнике, из них на дне ямы раскладывают небольшой костер.

Дальнейшие действия – как в случае с бочкой, сырье подкладывается по мере необходимости. Яму, полную дров, перекрывают листьями или травой, потом присыпают землей и утрамбовывают. Приходить за углем можно через 2 суток, к тому времени он точно остынет.

Заключение

Конечно, древесный уголь, выжженный своими руками, по качеству не сравнить с топливом заводского изготовления. Но ведь и домашние требования не столь высокие, как на производстве, уголек вполне сгодится для мангала или кузнечного горна. Надо лишь позаботиться о том, чтоб не нанести вреда окружающим от задымления или не устроить пожар в лесу.

Технологии изготовления древесного угля, история производства

Сейчас в кузницах повсеместно пользуются каменным углем, но это сравнительно недавняя практика. Кузнецы издавна работали на древесном угле и были всегда привязаны к лесу — источнику дров. С наступлением промышленной революции каменный уголь начали добывать в шахтах, и он стал общедоступным.

Рассмотрим преимущества древесного угля, по сравнению с каменным углем:

• Древесный уголь не загрязняет атмосферу, он чист — в нем нет серы и фосфора;

• На нем можно работать, при медленном дутье — металл будет гораздо меньше подвергаться окислительному воздействию, которое губит сталь при высоких температурах;

• Это возобновляемый ресурс, если его использовать разумно.

• Лес — растет, а природные запасы каменного угля рано или поздно закончатся.

Березовый древесный уголь — это чистое, экологически безопасное топливо, содержащее около 80 % углерода, сгорает практически необразуя сажи и копоти, длительное время сохраняя жар.

Известно, что ресурсы полезных ископаемых не бесконечны. В отличие от нефти, газа и каменного угля древесина возобновляема, поэтому она может рассматриваться как источник получения углерода — ионного сырья для химической промышленности, а пиролиз — один из возможных путей получения этого углерода.

Производство древесного угля, история и практика.

Когда деревья погибают по естественным причинам и их биомасса разлагается, углекислота вновь переходит в свободное состояние. Поэтому образование углекислоты при сжигании, а также при термических и химических превращениях древесины не включается в баланс общих выбросов и рассматривается как естественный фон. Эта ситуация сформировала мировую тенденцию к вытеснению каменного угля и нефтепродуктов, которые традиционно использовались в энергетике и технике, древесиной, выступающей теперь и как топливо, и как сырье для химических превращений.

Белая Книга ЕС ставит целью утроить использование биоэнергии. Наши соседи поэтому проявляют большой интерес к возможностям экспорта из России древесных отходов и полученных из них товарных продуктов.

Получение продуктов из древесины путем воздействия высокой температуры относится к древнейшим технологиям человечества. Археологические раскопки показывают, что еще пещерные люди знали древесный уголь. Его собирали на пожарищах или делали специально, засыпая золой тлеющие головни, и, прячась в пещере от непогоды, использовали как топливо, не вызывая чаду. Наверное, первый металл был выплавленный случайно, когда камни, которыми обложили очаг с горящими углями, оказались рудой. С начала бронзового века древесный уголь стал одной из основ развивающейся цивилизации .

Потребление древесного угля на душу населения в год в европейских странах превышает 20 кг, в скандинавских — 25 кг, в Японии — 60 кг. В России этот показатель менее 100 грамм.

Есть несколько разновидностей древесного угля, связанных с различной технологией изготовления и особенностями сырья. Например, в Японии очень большой спрос на так называемый «Белый уголь», выжигаемый из дальневосточного железного дуба. Некоторые зарубежные фирмы изготавливают в качестве топлива для каминов и грилей «Красный уголь», получаемый мягким углежжением при невысокой температуре. Лучшим сырьем для обугливания является твердолиственная древесина, поскольку из нее получается более прочный и плотный уголь. Между тем в новых условиях сырьем для обугливания чаще становятся отходы хвойных пород, осина, кустарниковые. Сделать из них качественный уголь можно, если проводить его по отработанной технологии и измельчение.

Древесный уголь производили еще издревле. У словян существовала такая профессия — углежоги, а древесный уголь продавался в рогожных шарах. Профессия углежоги была очень распространенной в европейских странах и в Азии. У многих народов Африки до сих пор в очагах для приготовления пищи применяется только древесный уголь, и его заготавливают традиционными способами. Основным его потребителем была черная металлургия и прочая промышленность, в том числе пищевая.

Древесный уголь был отходом при топке русской печи. Перед закрытием печной заслонки и вьюшки трубы недогоревшие угля с пода печи выметали и помещали в плотно закрытый чугунок .

Практически каждая русская деревня не могла обходиться без кузницы. Все кузнечные горны работали на древесном угле. Наиболее распространенными ранними способами получения угля были кучево и Ямное обугливание .

Именно эти способы производства обеспечивали углем многочисленные кузницы, существовавшие почти в каждом селе. Вариантами кучного были » стог» и » кабан» .

Когда возникает разовая потребность в угле, Ямное и кучево обугливание используют и в наше время. Эти виды обугливание не требуют вообще никаких материалов, кроме дров, дерна и воды.

Но все эти технологии были достаточно примитивными, весь процесс мог длиться до месяца и требовал постоянного контроля и обслуживания. Все газообразные и жидкие (в парах) продукты распада (а это около двух третей от исходной массы абсолютно сухой древесины) выбрасывались в атмосферу. Массовое производство угля по таким технологиям было возможно только в 17-18 веке, когда плотность населения была низкой и многие территории неосвоены.

В городах древесный уголь покупали не только кузнецы и трактирщики. Грели самовары и рядовые обыватели. Углежоги настолько активно переводили дерево на уголь, что царь Алексей Михайлович вынужден был запретить этот промысел вокруг Москвы во избежание полного сведения лесов.

С 19 века в России стали внедряться простые кирпичные печи для изготовления угля. Урал принято считать первой родиной промышленного производства древесного угля в России. Демидовское чугунно — литейное производство поднялось только за счет древесного угля. Все решетки и другие виды чугунного литья, украшавшие Петербург, были сделаны на Урале. В первые годы Советской власти произошло возвращение к кучному обугливанию. Этот переход был вызван из-за развала промышленности. Уже после были построены крупные углевыжигательные заводы (Сява, Верхняя Синячиха), которые обеспечивали относительно экологически чистое производство угля. Одновременно, особенно на Северном Урале продолжали работать разные модификации простейших кирпичных печей. Новый виток с появлением многочисленных вариантов экологически грязных металлических печей пришелся на постперестроечный период. Ослабление санитарного контроля, бесконтрольные вырубки стали основой развития кустарного обугливание в железных «бочках» с пристроенными топками различной модификации. В условиях бесконтрольности это дело стало привлекательным и им занялось многие предприниматели. Некачественный уголь проводился с очень низким выходом, но пользовался спросом.

В 21 веке наступает новый этап угольного производства. Создается ряд крупных предприятий по производству кристаллического кремния. Им нужно каждому на несколько порядков больше угля, чем производят кустарные установки. Их требования к качеству угля высоки. Их потребности могут быть удовлетворены только за счет грамотно организованного, достаточно крупного и экологически чистого производства.

*****

Древесный уголь широко применяется в промышленности как восстановитель. Его состав уникален: от любых других восстановителей древесный уголь отличается полным отсутствием серы и фосфора, присутствие которых меняет свойства восстановленных материалов.

Древесный уголь применяют также в медицине и в сельском хозяйстве. Сорбиционние свойства угля используются при лечении некоторых отравлений и желудочно — кишечных заболеваний. В медицинских целях из него изготавливают таблетки или порошки для приема внутрь. В сельском хозяйстве измельченный древесный уголь вводят в рацион птиц, молодняка крупного рогатого скота. Угольная пыль вводят в почву при посадке корнеплодов и луковичных. Это дешевый и высокоэффективный способ борьбы с болезнями растений.

Производные от переработки древесного угля применяются для очистки воды, напитков и спиртосодержащей продукции и многое другое.

В современном мире, где царит постоянный дефицит свободного времени и ведется борьба за экологию древесный березовый уголь все чаще применяется для приготовления продуктов — гриль на открытом огне: в ресторанах, предприятиях общественного питания и на отдыхе. Древесный уголь идеален для приготовления разнообразных гастрономических блюд, наилучшим образом подходит для приготовления шашлыков (из мяса, рыбы, птицы и др. ) Используется на мангалах, грилях, барбекю, в шашлычницах, каминах, и печах любых видов, в том числе в твердотопливных котлах систем отопленияю и для разжигания самоваров.

Производство и потребление древесного угля для бытовых целей в наше время резко возросла и имеет тенденцию к устойчивому росту. Это обусловлено рядом его неоспоримых преимуществ перед традиционными видами топлива:

• Экономичность, компактность при хранении

• Отсутствие трудозатрат по подготовке, быстрый розжиг угля (для приготовления различных блюд не требуется ждать, когда дрова перегорят — ведь древесный уголь это уже готовое топливо)

• Высокая пожаробезопасность (древесный уголь не подвержен самовозгоранию), бездымный

• При горении не выделяется никаких вредных веществ (смола, деготь, метан и т.д.) .

• Уникальный березовый запах. Блюда приготовленные на березовом угле имеют свой неповторимый аромат. А если вы топите баню, то всем извесно, что лучше всего это делать на березовых углях.

• Высокая теплоотдача, продолжительное время горения (березовый уголь пылает ровно и значительное время сохраняет жар, гарантирует хорошую прокаливания продуктов и исключает их подгорания)

Это интересно!

Сон о древесном угле предвещает неприятные ситуации и несчастья. Если уголь горит и светится, такой сон обещает обогащение и большие радости.

***

С именем династии Демидовых связано не только развитие металлургии на Урале, но и обугливание. На древесном угле получается высококачественный ковкий, пластичный чугун. Его особые свойства позволили создать замечательные чугунные ограды и многие памятники Петербурга. До сих пор этот чугун варят на Урале для художественного литья.

***

В начале Великой Отечественной войны боеспособность авиации во многом зависела от выработки этилацетата — основы самолетного лака. Этилацетат делали из уксусной кислоты, полученной при газификации древесины. За разработку технологии улавливания этого соединения трое ЛЕСОХИМИК — Деревягин, Ливеровский и Лямин — в разгар войны получили Сталинскую премию первой степени наравне с конструкторами оружия, создателями брони и взрывчатых веществ. Для того времени это была высшая мера признания заслуг и вклада в дело обороны.

По материалам: http://zhitomirua.com

(PDF) Сравнение результатов различных технологий производства древесного угля

Криста Клявиня и др. / Окружающая среда. Технологии. Ресурсы, (2015), Том II, 137-140

140

Содержание получаемого голья при карбонизации

Диапазон температур от 140 до 200 ° C от 21,5 до

23,3 МДж / кг, с использованием осадка сточных вод в качестве сырья . [12]

В исследовании Álvarez-Murillo et al. [13] оливковый

камня использовались в качестве исходной биомассы.Гидротермальная карбонизация

дала топливо с максимальной теплотворной способностью

от 22,2 до 29,6 МДж / кг. Это

, аналогичный результат в исследовании, упомянутом ранее.

Основным преимуществом этого метода является энергетическое уплотнение

, которое в противном случае было бы распределено в теле

влажного ила, давая возможность

восстановить ценную энергию.

В исследовании Lench Nowicki и Maciej

Markowski [14] выполняется пиролиз высушенного осадка сточных вод в реакторе с неподвижным слоем

, и полученный уголь

имеет теплотворную способность 5.6 и 9,8 МДж / кг, с содержанием золы

85,6 и 69,1 мас.%. Пиролиз

проводили при 1000 ° С. Хотя характеристики исходного материала

, использованные в экспериментах по гидротермальной карбонизации

, не приводятся, можно предположить, что для

биомассы с очень высоким содержанием влаги в виде осадка сточных вод

гидротермальная карбонизация возвращает уголь с теплотой сгорания

. подходит для использования в качестве топлива.

IV ВЫВОДЫ

Качество производимого древесного угля напрямую связано с

материалом, который используется в качестве сырья. Тем не менее

выбранная технология пиролиза также существенно влияет на получаемый продукт. В печах периодического действия можно заподозрить неоднородное качество продукта

.

Преимущество пиролизной реторты непрерывного типа

из экспериментальной оценки выделяется высокой долей массового преобразования

около 60%, в то время как

более 30% для традиционных периодических технологий.

Отсутствуют данные для заключения

для сравнения качества полученного древесного угля, так как

используемый материал имеет такое большое влияние.Экспериментальная оценка промышленного производства

в реторте непрерывного действия

выявила удовлетворительные результаты по качеству полученного древесного угля

. Уплотненная энергия

в древесном угле делает его подходящим для использования в качестве заменителя

или добавки в топливную смесь для интенсивного производства энергии

, такого как плавка металлов.

Однако следует учитывать повышенную зольность

при работе с древесным углем.

В БЛАГОДАРНОСТИ

Работа была поддержана Национальной исследовательской программой

«Энергоэффективные и низкоуглеродные решения

для безопасной, устойчивой и климатической

изменчивости, снижающей энергоснабжение (LATENERGI)».

VI ССЫЛКИ

[1] Европейская комиссия, «Climate Action: The 2015

international agreement», 2015. [Online]. Доступно:

http://ec.europa.eu/clima/policies/international/negotiations/fu

ture / index_en.htm. [Доступ: 6 марта 2015 г.].

[2] М. Го, В. Сун. Дж. Бухайн, «Биоэнергетика и биотопливо:

История, состояние и перспективы», «Возобновляемые и устойчивые источники энергии»

Energy Reviews, vol. 42, стр. 712-725, 2015.

[3] Стандарты Латвияс, «Твердое биотопливо — Определение влажности

содержание — Сухой метод в печи — Часть 2: Общая влажность —

Упрощенный метод», 2010.

[ 4] Latvijas standarts, «Твердое биотопливо — Определение содержания золы

», 2010 г.

[5] Latvijas standarts, «Твердое биотопливо — Определение теплотворной способности

», 2010 г.

[6] М. Спарревик, К. Адам, В. Мартинсен, Джубаеда, Г.

Корнелиссен, «Выбросы газы и частицы из

Производство древесного угля / биоугля на целых территориях с использованием средних

традиционных и улучшенных «ретортных» печей, «Биомасса и

Биоэнергетика, т. 72, pp. 65-73, 2015.

[7] В. Бустаманте-Гарсия, А. Каррильо-Парра, Х.González-

Rodríguez, R.G. Рамирес-Лозано, Х.Дж. Corral-Rivas, F. Garza-

Ocañas, «Оценка процесса производства древесного угля из

лесных остатков Quercus sideroxyla Humb. И Bonpl. В бразильской печи для ульев

«, Industrial Crops and Products, vol. .

42, стр. 169-174, 2013.

[8] Р. Байлис, К. Ружанавеч, П. Двиведи, А. де Оливейра Вилела,

Х. Чанг, Р.С. де Миранда, «Инновации в производстве древесного угля

: сравнительная оценка жизненного цикла двух печей

технологий в Бразилии», Энергия для устойчивого развития,

том.17, pp. 189-200, 2013.

[9] С. Сюн, С. Чжан, К. Ву, Х. Го, А. Донг, К. Чен,

«Исследование хлопковых стеблей и бамбуковых опилок

.

Карбонизация для приготовления древесного угля для барбекю, Биоресурс

Технология, т. 152, pp. 86-92, 2014.

[10] I.G. Харуна, О. Саного, Т. Дахо, С.К. Уиминга, А. Дан-

Маза, «Определение процессов, подходящих для хлопкового стебля

карбонизации и торрефикации путем частичного сжигания с использованием печи для обжига металла

«, Энергия для устойчивого развития, т.24, pp.

50-57, 2015.

[11] А. Демирбас, «Определение теплотворной способности биогардов

и пиролизных масел при пиролизе коры ствола бука», Journal of

Analytical and Applied Пиролиз, т. 72, pp. 215-219, 2004.

[12] П. Чжао, Ю. Шен, С. Ге, К. Йошикава, «Рециркуляция энергии

из осадка сточных вод путем производства твердого биотоплива с гидротермальной карбонизацией

», Преобразование энергии и

Менеджмент, т.78, pp. 815-821, 2014.

[13] А. Альварес-Мурильо, С. Роман, Б. Ледесма, Э. Сабио, «Изучение

переменных в энергетическом уплотнении оливкового камня за счет гидротермальной карбонизации

. , «Журнал аналитического и

прикладного пиролиза», стр. Статья в прессе, 2015.

[14] Л. Новицки, М. Марковски, «Газификация гольцов пиролиза

из осадка сточных вод», Топливо, т. 143, pp. 476-483, 2015.

Технология — CharcoTec — Производство древесного угля

Технология CharcoTec направлена ​​на устранение недостатков традиционного древесного угля без создания «новых» недостатков для местной экономики, связанных с меньшей занятостью, слишком высокой потребностью в капитале и зависимостью от импортных материалов.В то же время, однако, это дает преимущества современной технологии с точки зрения более высокой эффективности (больше древесного угля на кг вводимой биомассы), с точки зрения потенциального использования иных, чем древесные материалы, в качестве источника и, следовательно, меньшей вырубки леса. Это также предотвратит ущерб окружающей среде и здоровью за счет улавливания вредных паров, их сжигания и, таким образом, повторного использования потерянной в противном случае энергии в нем, тем самым снижая стоимость топлива для процесса автомобильного угля.

Печь CharcoTec, скорее всего, единственная печь на рынке, которая может быть практически полностью произведена на месте, может производиться с широким диапазоном мощности и, следовательно, по стоимости, проста в эксплуатации — во многом схожа с традиционными печами — и практически не требует каких-либо обслуживание, как и в случае с традиционными печами.

Однако всегда требуется два отдельных реактора (что следует понимать как сложное определение технологического пространства и выглядит как простой шкаф или грузовик), куда дрова помещаются, сушатся и затем карбонизируются. Разделение этих двух подпроцессов оптимизирует повторное использование энергии и приводит к наивысшей эффективности, возможной с помощью технологии, сохраняя при этом простую концепцию эксплуатации.

Экономические преимущества печи CharcoTec таковы, что предприниматели в области производства древесного угля во всем мире могут позволить себе эту технологию, поскольку вложенные деньги могут быть возвращены в течение одного эксплуатационного года, и перспективы таковы, что финансирование можно легко найти.

CharcoTec разработала технологию, протестировав первый прототип на практике на сайте в Боснии, а затем в Нидерландах для улучшения и фактически демонстрационной версии, которую все еще можно посетить сегодня.

На правой картинке отчетливо видно качество производимого древесного угля ресторанного (красивые большие комки) качества.

На основе принципов процесса CharcoTec первая пилотная установка была спроектирована и построена еще в 2014 году с целью проверки рабочих функций и качества продукции, а также для улучшения конструкции коммерческого предприятия.

Пилотная установка состояла из пропановой горелки и двух небольших корпусов реактора, помещенных в морской контейнер с внутренней изоляцией. Биомассу помещали в два цилиндрических контейнера, похожих на клетки, которые размещали сверху в реакторах; в дальнейшем реакторы закрываются крышкой с песочной заглушкой.Реакторы запускаются путем пропускания горячего дымового газа от пропановой горелки вдоль стенок реакторов. Отходящие газы из обоих реакторов направляются в пропановую горелку по газовой трубе для сжигания всех углеводородов (без выбросов опасных компонентов) и использования теплотворной способности отходящего газа. В нескольких точках реакторов и контейнеров были измерены температуры.

Испытания проводились с бревнами, щепой и торфяными брикетами. Практические испытания были подтверждены термогравиметрическим анализом в лабораторных условиях для определения свойств использованной биомассы при сушке и карбонизации.Образцы анализировали на приборе TGA при температуре от 30 ° C до 900 ° C. Результаты показаны ниже

Деревянные профили TGA и DTG

Результаты были такими, как ожидалось, сначала биомассу сушили при температуре около 100 o ° C с последующей потерей веса из-за карбонизации, начиная с температуры прибл. 250 o C Поведение пилотной печи во время испытаний оказалось аналогичным.

Результаты были такими, как ожидалось, сначала биомассу сушили при температуре около 100 o ° C с последующей потерей веса из-за карбонизации, начиная с температуры прибл.250 o C Поведение пилотной печи во время испытаний оказалось аналогичным.

Температуры на графиках измерены в различных местах реактора. Из T2 видно, что температура в центре реактора остается на уровне прибл. 100 o C до тех пор, пока бревна не высохнут. После этого температура в реакторе относительно быстро повышается до температуры в контейнере. Из этих тестов становится очевидным, что большая часть общего времени процесса уходит на сушку биомассы; в зависимости от размера частиц до нескольких часов.После начала процесса карбонизации теплотворная способность выделяемых газов достаточна для поддержания технологической температуры в реакторе; подача пропана была прекращена. Эффективность (от сухой биомассы до древесного угля) составляет ок. 35%. Было обнаружено, что качество древесного угля соответствует стандартам для древесного угля для барбекю.

Обжиговая печь Гронингена

Основываясь на результатах этих испытаний и поддерживаемых теорией, компания CharcoTec построила вторую испытательную печь или, лучше, первую демонстрационную печь, которая эксплуатируется на площадке недалеко от города Гронинген в Нидерландах. Установка состоит из двух газонепроницаемых контейнеров, двух топок и дровяной печи. В периодическом режиме один из двух контейнеров используется для сушки свежей древесины, тогда как другой контейнер используется для карбонизации высушенной древесины.

Работа печи сравнима с работой традиционного угля. Свежая влажная древесина вручную загружается в контейнер, который затем закрывается и помещается в свободную печь, которая подключена к газовой линии для удаления газов, выходящих из процесса производства древесного угля во время работы: вначале водяной пар во время сушки горючие и опасные для здоровья отходящие газы во время карбонизации.Отходящий газ используется для преобразования энергии сгорания в сушку и / или карбонизацию перед тем, как отвести его при относительно низких температурах в окружающую среду через дымоход или дровяную печь.

Процесс начинается как традиционная печь с сжигания биомассы в дровяной печи. Поскольку эффективность печи выше, дров будет сжигаться меньше, чем в обычной печи. После завершения процесса контейнер для карбонизации отключается от линии отходящего газа и перемещается наружу для охлаждения.Новый контейнер, заполненный влажной древесиной во время обработки первой партии, затем помещается в печь. При переключении нескольких клапанов две отдельные печи меняют свою работу, сушилка становится карбонизатором и наоборот, и производство полукокса продолжается, что делает процесс почти непрерывным, добавляя к процессу один дополнительный сосуд или печь.

В сентябре 2015 года была введена в эксплуатацию демонстрационная установка на территории Штайнкёльн в городе Гронинген. Завод состоит из двух печей (изолированные 10-футовые контейнеры), дровяной печи, четырех реакторов по 3,5 м 3 и дымовой трубы.

Во время работы одна печь используется для сушки свежей древесины, а другая печь работает как печь для карбонизации. Горячие дымовые газы дровяной печи используются для нагрева печи карбонизации. Реакторы в печи карбонизации нагреваются косвенно за счет пропускания горячих дымовых газов вдоль закрытых деревянных шкафов, содержащих свежую высушенную древесину. Затем дымовые газы проходят через сушильную печь и дымоход.

Летучие вещества из реакторов карбонизации направляются в дровяную печь и сжигаются.Таким образом, не происходит выброса вредных газов, и в то же время содержание энергии летучих веществ используется для поддержания процесса карбонизации при желаемой температуре.

Отходящие газы (водяной пар) от процесса сушки удаляются. Установка оборудована рядом термопар для контроля процесса.

Демонстрационная установка используется для создания и оптимизации рабочих условий для производства высококачественного древесного угля из биомассы различных типов и размеров.Биомассы из различных источников (например, древесина различного происхождения и гранулометрического состава, сельскохозяйственные остатки, такие как солома, тростник и сено, а также торф) уже включены в программу, и испытания продолжаются, и их можно расширить с помощью других материалов в качестве источник в любое удобное для клиента время.

Энергия на древесине

Развитие технологий производства древесного угля

H. E. Стассен

Хуберт Э.Стассен — консультант компании Stassen Consultants, Энсхеде, Нидерланды.

Люди производили и использовали древесный уголь в качестве топлива для приготовления пищи и гриля с каменного века, а для производства металлических орудий — с бронзового века. В развивающихся странах древесный уголь по-прежнему широко используется городскими и сельскими жителями в качестве бездымного домашнего кулинарии и топлива для гриля с высокой теплотворной способностью. В развитых странах растет спрос на древесный уголь в качестве топлива для барбекю.В больших количествах древесный уголь используется в производстве меди и цинка, а также драгоценных металлов.

Нагревание древесины в отсутствие воздуха приводит к образованию древесного угля, летучих смол и смеси газов. Относительное количество этих трех типов продуктов зависит от используемого оборудования и характеристик исходной древесины. Влажность — особенно важный параметр. Сухая древесина дает больше древесного угля, чем влажная древесина.

В домашних условиях или в барбекю важно остающееся содержание смол (или летучих) в древесном угле.Чем выше содержание связанного углерода, тем меньше смолы и меньше дыма при сгорании. Для металлургических применений также важны зольность, размер и прочность древесного угля на раздавливание.

Производство традиционного древесного угля

До начала двадцатого века практически весь древесный уголь производился традиционными методами. Дерево закладывали в выкопанные земляные ямы, освещали и засыпали землей. При сгорании части древесины выделялось достаточно тепла, чтобы обугливать оставшуюся часть.В качестве альтернативы, груды древесины засыпали землей и дерном и освещали через отверстия в земном покрове (обжиговые печи). Эти отверстия можно было разумно открывать и закрывать, а также можно было сделать новые, чтобы контролировать поступление воздуха. Этот метод позволил несколько больше контролировать горение и карбонизацию, чем метод ямы. Оба метода используются по сей день во многих развивающихся странах, главным образом потому, что они дешевы. Однако они часто дают очень низкий выход (обычно 1 кг древесного угля от 8 до 12 кг или более древесины), непостоянное качество (потому что трудно поддерживать равномерную карбонизацию) и загрязнение окружающей среды из-за выделения смол и ядовитых газов.

Улучшенные традиционные методы

В 1970-х и 1980-х годах были предприняты усилия по совершенствованию традиционного производства древесного угля путем оснащения земляных печей дымоходами, сделанными из масляных бочек (печи Казаманса), и внедрения небольших печей для обжига стали или кирпича. Все эти методы основаны на частичном сжигании древесной загрузки для получения тепла, необходимого для карбонизации; поэтому урожайность сильно зависит от влажности древесины. При правильной практике возможен выход 1 кг древесного угля от 4 до 5 кг высушенной на воздухе древесины.Урожайность 1 кг древесного угля от 6 до 8 кг древесины более обычна. Преимущество процессов с использованием твердой крышки (из металла, кирпича или бетона) проистекает из герметичного уплотнения, обеспечиваемого такой крышкой, которое сводит к минимуму эффект плохого контроля и дает более стабильные результаты. Обжиговые печи для стали и кирпича менее трудоемки, чем (улучшенные) земляные насыпи. Однако они могут быть менее доступными для мелких производителей традиционного древесного угля из-за их более высокой стоимости. В большинстве случаев следует поощрять усовершенствованные традиционные мелкомасштабные методы.

Технологии промышленного производства

Промышленный спрос на древесный уголь в двадцатом веке вызвал появление новых крупномасштабных технологий, в основном направленных на повышение урожайности и качества. Были спроектированы различные типы периодических обжиговых печей для кирпича или металла или реторт непрерывного действия, которые значительно увеличили выход продукции (обычно 1 кг древесного угля от 5 до 7 кг древесины) и позволили получить гораздо более однородный древесный уголь с более высоким содержанием фиксированного углерода.

Многие фабрики этого типа все еще работают в Европе, а также в Северной и Южной Америке. Однако существует постоянная проблема с загрязнением. Угольные фабрики выделяют большое количество дыма, сажи и смолистых частиц, а также неприятный запах, и они считаются опасными для здоровья.

Новые высокопроизводительные системы с низким уровнем выбросов

Текущая тенденция в производстве древесного угля направлена ​​на улучшение экологических характеристик оборудования при сохранении и / или повышении выхода и качества древесного угля.Стальные сосуды или реторты заполняются предварительно высушенной древесиной и помещаются в печь для карбонизации, облицованную керамическим кирпичом, нагретую до 900 ° C. Смолы и газы, образующиеся при нагревании древесины, направляются в отдельную высокотемпературную камеру сгорания. Дымовой газ из этой камеры сгорания используется для нагрева печи карбонизации, а оставшееся тепло от печи используется для предварительной сушки древесины. Очень хорошее управление теплом этого типа оборудования позволяет производить 1 кг древесного угля из 3–4 кг древесины.

Из-за очень высокой температуры камеры сгорания все частицы, смолы и газы полностью сгорают. В Нидерландах оборудование этого типа сертифицировано на соответствие строгим стандартам выбросов для установок сжигания. Выбросы смол, оксида углерода и оксида азота, а также компонентов запаха находятся в установленных законом пределах.

Новые заводы по производству древесного угля с высоким выходом и низким уровнем выбросов имеют более высокие инвестиционные затраты, чем старые печи для обжига кирпича или стали или реторты.Однако во многих случаях повышенная урожайность более чем компенсирует более высокие инвестиции, поэтому улучшенные выбросы являются бесплатным бонусом. В результате эта относительно новая технология получила распространение за последние два года не только в экологически сознательных странах Европейского Союза (Франция, Нидерланды), но также в Восточной Европе (Эстония) и в развивающихся регионах (Китай, Гана, Южная Африка). Завод карбонизации для производства древесного угля из городских отходов строится в Сингапуре.

Усовершенствованное традиционное производство древесного угля: кирпичная печь бразильского типа на Кубе

П. ЖИРАР


Улучшение производства древесного угля с использованием печи для обжига металла, Сенегал

М.А. ТРОССЕРО


Современное промышленное производство древесного угля в Нидерландах соответствует строгим стандартам выбросов

М.А. ТРОССЕРО

Инновации в производстве древесного угля: сравнительная оценка жизненного цикла двух печных технологий в Бразилии

Резюме

В этой статье представлен сравнительный анализ воздействия на окружающую среду в промышленной угольной промышленности Бразилии в результате перехода от печей с горячим хвостом, которые являются наиболее распространенными обжиговыми печами, используемыми в промышленности, для обжиговых печей с металлическими контейнерами. Печи с горячим хвостом выводят выбросы пиролиза непосредственно в атмосферу, но контейнерные печи позволяют легко улавливать пиролизные газы, которые могут использоваться в качестве побочных продуктов, повышая стоимость производства древесного угля и снижая воздействие на окружающую среду за счет вытеснения других продуктов и / или процессы.В этом анализе используются печи с горячим хвостом в качестве эталонного сценария и рассматриваются четыре альтернативных сценария использования контейнерных печей, в которых пиролизные газы используются по-разному. Мы обнаружили, что контейнерные печи улучшают экологические характеристики по сравнению с печами с горячим хвостом по ряду показателей, включая выбросы парниковых газов (ПГ), спрос на воду, окупаемость инвестиций (EROI), потенциал разрушения озонового слоя (ODP), фотохимические окисление (PCO), подкисление и эвтрофикация. Сокращение выбросов парниковых газов составляет от 28% до 119% (10–43 тыс. Тонн CO 2 экв. В год) в зависимости от использования конкретных побочных продуктов.Потребление воды последовательно снижается на 25% во всех сценариях, а EROI улучшается на 24–157%. ODP также улучшается от 30% до 300%. Однако контейнерные печи не демонстрируют улучшений в других категориях воздействия: PCO увеличивается на 20–58%, в то время как потенциал как подкисления, так и эвтрофикации увеличивается в 20-40 раз. Это увеличение воздействия на окружающую среду происходит в основном из-за NO x и выбросов неметановых углеводородов, которые увеличиваются, когда производство древесного угля сочетается с когенерацией с использованием пиролизных газов и / или древесных отходов.Этих дополнительных выбросов можно избежать с помощью существующих технологий контроля.

Основные факты

► Бразилия — крупнейшая страна-производитель древесного угля, использующая в основном печи с горячим хвостом. ► Металлические «контейнерные печи» проходят испытания как более эффективная альтернатива. ► Контейнерные печи позволяют использовать пиролизные газы для производства тепла и электроэнергии. ► LCA показывает, что контейнерные печи работают лучше с точки зрения потребления энергии, выбросов парниковых газов и воды.

Ключевые слова

Бразилия

Древесный уголь

Совместное производство

Эвкалипт

Оценка жизненного цикла

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Copyright © 2012 International Energy Initiative.Опубликовано Elsevier Inc. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Frontiers | Маргинализация устойчивого производства древесного угля в политике модернизации африканской нации

Введение

Мировое производство древесного угля утроилось за последние 50 лет с 17,3 миллиона тонн в 1964 году до 53,1 миллиона тонн в 2014 году (FAO, 2016). Шестьдесят один процент текущего мирового производства приходится на Африку (FAO, 2016), в первую очередь для удовлетворения спроса на топливо для приготовления пищи городских и пригородных домохозяйств (Mwampamba et al., 2013; д’Агостино и др., 2015). С учетом прогнозируемого удвоения населения Африки в период с 2015 по 2050 год (ООН, 2015) и увеличения миграции из сельских районов в города в ключевых странах-производителях, включая Танзанию, Эфиопию и Нигерию (ФАО, 2016), прогнозируется рост спроса на древесный уголь. В то время как прогнозируется рост спроса на древесный уголь в Африке (IEA, 2014), доступность древесной биомассы снижается из-за широко распространенной чистой вырубки лесов (Hansen et al., 2013).

Древесный уголь можно производить без постоянной вырубки леса или деградации лесных массивов, путем защиты убранных площадей от возделывания, интенсивного выпаса скота и пожаров, что обеспечивает естественное восстановление.Мы используем термин «вырубка леса» для обозначения долгосрочного или постоянного удаления лесного покрова и перехода к землепользованию без лесов (Watson et al., 2000), в то время как мы следуем определению ФАО (2003), что лес Деградация означает долгосрочное сокращение общего потенциального предложения выгод от леса, которое включает углерод, древесину, биоразнообразие и другие товары и услуги. Как заявили Чидумайо и Гамбо (2013), леса во многих тропических странах, включая Танзанию, восстановятся в течение 8–30 лет после рубки деревьев на древесный уголь.Аналогичным образом Woolen et al. (2016) обнаружили, что районы лесных массивов Мопане в Мозамбике, в которых ведется долгосрочное производство древесного угля, продолжали предоставлять большую часть экосистемных услуг, пока лесные виды продолжали доминировать в этом районе.

Устойчивое производство древесного угля требует, чтобы владельцы естественных лесных массивов поддерживали лесной покров с течением времени, а не переводили его для других видов землепользования, таких как сельское хозяйство. В этом документе мы предполагаем, что производство древесного угля с большей вероятностью будет устойчивым, если страны, зависящие от древесного угля, примут и осуществят политику, которая явно поддерживает устойчивое производство и стимулирует лесовладельцев поддерживать естественные лесные массивы для устойчивого производства древесного угля.Мы предполагаем, что устойчивое производство с большей вероятностью будет достигнуто в лесных массивах с надежным владением, формализованным управлением и планами лесозаготовок, разработанными для поддержания широких экосистемных функций леса или лесной местности. Это предположение подтверждается данными из Нигера и Сенегала, где внедрение формализованного общинного производства древесного топлива привело к увеличению лесных запасов (de Miranda et al., 2010). Напротив, в Танзании и во многих других странах Африки, являющихся ведущими производителями древесного угля, производственно-сбытовые цепочки древесного угля в основном неформальны, а производство продолжается в отсутствие устойчивых планов заготовки (Sander et al., 2013; Schure et al., 2013). Неформальное производство, особенно отсутствие формализованных и устойчивых лесозаготовок, способствовало повсеместной деградации лесов и, в меньшей степени, обезлесению, особенно в непосредственной близости от концентрированных рынков, таких как большие городские районы (Chidumayo and Gumbo, 2013). Роль национальной политики в этом контексте состоит в том, чтобы задокументировать намерение страны управлять естественными лесами для устойчивого производства древесного угля, с инструментами политики более низкого уровня, устанавливающими детали того, как политика должна быть реализована.Таким образом, национальная политика обеспечивает основу для формализации устойчивого производства древесного угля и выделения лесных угодий для этой цели. Если эти предположения верны, то мы можем сделать вывод, что включение устойчивого производства древесного угля в национальную политику поможет защитить леса и предоставляемые ими экосистемные услуги. Однако мы также признаем, что формализация не гарантирует устойчивости (Schure et al., 2013), и что есть примеры попыток правительства контролировать предложение, которые, вместо этого, нарушили предложение (Ribot, 1999), и неформального производства, в котором услуги лесных экосистем поддерживаются (Ribot, 1999; Woolen et al., 2016). Мы также признаем, что в настоящее время существует немного примеров формализованного устойчивого производства древесного угля на практике (de Miranda et al., 2010; Zulu and Richardson, 2013). Актуальность включения устойчивого производства древесного угля в национальную политику и риски отказа от него исследуются на протяжении всего документа. Несмотря на потенциальные выгоды от устойчивого производства древесного угля, национальная политика многих африканских стран не учитывала эту практику даже в странах с программами развития и исследованиями, способствующими устойчивому производству [World Bank, 2009; Оуэн и др., 2013; Sander et al., 2013; CamCo Clean Energy (Tanzania) Limited, 2014].

Существуют различные причины, по которым устойчивое производство древесного угля было отодвинуто на второй план в национальной политике. Mwampamba et al. (2013) выявили пять неправильных представлений об древесном угле, которых придерживаются политики и другие заинтересованные стороны, несмотря на доказательства, противоречащие этим представлениям. К ним относятся убеждения, что: древесный уголь является источником энергии в первую очередь для бедных; что использование древесного угля для приготовления пищи будет автоматически уменьшаться по мере того, как страна становится более развитой; что производство древесного угля вызывает вырубку лесов; что угольный сектор экономически неактуален; и что улучшенные печи для приготовления пищи на древесном угле уменьшают вырубку лесов.Авторы подчеркивают, что нехватка данных о торговле древесным углем помешала попыткам выработать более детальное понимание торговли среди некоторых политиков, и что в результате эти убеждения привели к неправильной политике. В этом документе также исследуется вопрос, почему политики исключили устойчивое производство древесного угля в свою национальную политику.

Различные авторы, включая Mwampamba et al. (2013) и Sander et al. (2013), подчеркнули связанные с политикой препятствия на пути повышения устойчивости производства древесного угля в Танзании.В этом исследовании мы сохраняем акцент на Танзании, но при этом более точно определяем барьеры, связанные с политикой. Мы описываем, как древесный уголь в настоящее время используется в политике в области энергетики, лесного, сельского, водного и земельного хозяйства Танзании. Мы также обновляем предыдущие анализы, добавляя Национальную энергетическую политику 2015 г. (URT, 2015b) и проект Национальной лесной политики 2014 г. (URT, 2014), а также расширяя объем анализа, чтобы рассмотреть землю, сельское хозяйство и водная политика. Мы оцениваем степень, в которой различные отраслевые политики учитывают устойчивое управление естественными лесными массивами для производства древесного угля.Помимо рассмотрения содержания политики, мы также кратко рассматриваем более широкий цикл политики, чтобы определить другие факторы, которые повлияли на обращение с древесным углем в национальной политике. Применяя мышление взаимосвязи, мы исследуем межотраслевые последствия текущей политики. Мы подчеркиваем взаимосвязь между устойчивым производством древесного угля, управлением естественными лесными массивами, экосистемными услугами и секторами энергетики, лесного, сельского, водного и земельного хозяйства, особенно если рассматривать их через призму изменения климата.

Документ посвящен политике Танзании, пятого по величине производителя древесного угля в Африке (FAO, 2016). Танзания выделяется с точки зрения степени, в которой древесный уголь способствовал вырубке лесов в стране. Например, в исследовании 17 стран с самыми высокими темпами обезлесения в мире средняя доля обезлесения, связанная с использованием древесного угля, составляла 6,9 ± 2,3%, причем самая высокая доля приходилась на Танзанию — 33,16% (Chidumayo and Gumbo, 2013). Однако допущения, лежащие в основе этой оценки, слабо подтверждены с точки зрения взаимодействия между древесным углем и производством сельскохозяйственных культур, особенно в районах, где производство древесного угля происходит во время перехода землепользования от леса к пахотным землям.Bailis et al. (2015) подсчитали, что на заготовку древесного топлива приходится не более 20% невозобновляемой биомассы, собираемой в Танзании. В этом документе мы раскрываем некоторые связанные с политикой движущие силы обезлесения и деградации лесов. Мы также призываем разработчиков политики в таких странах, как Танзания, которые претерпевают быстрые экономические изменения и изменения в землепользовании, переоценить компромиссы в землепользовании, которые достигаются между сельским хозяйством и естественными лесами, и принять политику, способствующую устойчивому производству древесного угля. и управление естественными лесными массивами.

Древесный уголь и энергетика

Связь между древесным углем и энергетическим сектором во многих африканских странах, включая Танзанию, основана на его преобладании в национальном энергоснабжении. Древесное топливо, включая древесный уголь и топливную древесину, обеспечивает 85–90% энергоснабжения Танзании (Всемирный банк, 2009 г .; URT, 2015b). В городских районах 71% домохозяйств зависят от древесного угля, в то время как дрова используются преимущественно в сельских районах [CamCo Clean Energy (Tanzania) Limited, 2014]. Городское население Танзании увеличилось с <1 до 12 миллионов за последние 50 лет (FAO, 2016).Прогнозируется, что эта тенденция роста сохранится с одновременным увеличением доли населения, использующего древесный уголь (Sander et al., 2013).

Древесный уголь и лесное хозяйство

Представления о взаимосвязи древесного угля и леса были сосредоточены на лесах как вкладе в производство древесного угля и их влиянии с точки зрения обезлесения и деградации лесов (Msuya et al., 2011; Mwampamba et al., 2013; Owen et al. ., 2013). Меньше внимания уделялось возможности использования древесного угля для получения доходов от устойчивого управления естественными лесными массивами, тем самым способствуя сохранению лесного покрова.Это можно объяснить низким уровнем усилий, которые были предприняты для устойчивого управления лесными массивами для производства древесного угля. Это создало «порочный круг», в котором статус-кво , незапланированного производства, воспринимается как единственная серийная модель. Это заставляет политиков маргинализоваться, а иногда и пытаться запретить древесный уголь (Mwampamba et al., 2013), тем самым упуская возможность получения доходов для инвестиций в устойчивое управление, в том числе в контексте общинного управления лесами.Отсутствие инвестиций в управление лесным хозяйством увековечивает незапланированную производственную модель и тем самым усиливает ее негативное воздействие на базу лесных ресурсов. С точки зрения изменения климата, отсутствие устойчивого лесопользования приводит к выбросу парниковых газов в результате обезлесения и деградации лесов (Bailis et al., 2015).

Древесный уголь и сельское хозяйство

Связь между древесным углем и сельскохозяйственным сектором основана на распределении земли, рабочей силы и чистого первичного производства.Результат взаимосвязи между сельским хозяйством и древесным углем имеет важные последствия для лесов, учитывая, что сельское хозяйство обычно приводит к превращению лесов в пахотные земли, то есть к вырубке лесов, в то время как производство древесного угля чаще является движущей силой деградации лесов (Ribot, 1999; Chidumayo and Gumbo , 2013; Woolen et al., 2016). На одном уровне сельское хозяйство и производство древесного угля конкурируют друг с другом за землю, рабочую силу и чистую первичную продукцию, хотя и для общей цели — накормить людей.Однако, в то время как устойчивое производство древесного угля требует послеуборочного восстановления лесных массивов, растениеводство приводит к вырубке лесов. Устойчивое производство древесного угля из естественных лесных массивов экзистенциально зависит от постоянной доступности этих лесных массивов и, по умолчанию, от экосистемных услуг, создаваемых этими лесными массивами (Рисунок 1).

Рис. 1. Карта взаимосвязи для секторов энергетики, сельского хозяйства и лесного хозяйства, выделяющая компромиссы ресурсов и петли обратной связи.

Хотя данные о доле обезлесения, вызванной конкретными факторами, недоступны во многих странах (Hosonuma et al., 2012), есть много доказательств того, что сельское хозяйство является основной движущей силой обезлесения в Африке, даже в странах, таких как как Танзания, где древесный уголь также был признан важным фактором вырубки лесов (Gibbs et al., 2010; Chidumayo and Gumbo, 2013; Krausmann et al., 2013; Willcock et al., 2016). Вопрос о том, вызывается ли вырубка лесов производством древесного угля и в какой степени, поднимался несколькими авторами (Ribot, 1999; Mwampamba et al., 2013) и поднимает сложные семантические вопросы (Lund, 2015), а также выявляет пространственно неоднородное взаимодействие движущих сил изменения землепользования. Доступность изображений с более высоким разрешением и более частое получение изображений дистанционного зондирования помогает генерировать более надежное и более точное понимание изменений в землепользовании, включая обезлесение (Hansen et al., 2013).

Хотя растениеводство является основной движущей силой обезлесения, оно также зависит от экосистемных услуг, предоставляемых лесами, таких как регулирование качества и стока воды, защита почв от эрозии и обеспечение среды обитания для опылителей и хищников вредителей сельскохозяйственных культур ( Foley et al., 2005; Нинан и Иноуэ, 2013). Таким образом, леса играют связывающую роль в связке между древесным углем и сельским хозяйством, особенно когда мы рассматриваем гидрологию сельскохозяйственных территорий. Связи между лесным покровом и гидрологией района сложны и варьируются в зависимости от водосбора (Brown et al., 2005; Price, 2011). Сохранение лесного покрова снижает риск и силу наводнений во многих водосборах (Bradshaw et al., 2007) и поддерживает основные потоки в некоторых водосборах, особенно в тех, которые подвержены образованию твердой поверхности и уплотнению почвы при обезлесении (Bruijnzeel, 1988; Price, 2011).Таким образом, обезлесение имеет последствия для сельскохозяйственного производства, находящегося ниже по течению, особенно для орошаемых земель. В связи с изменением климата риски для сельскохозяйственного производства из-за колебаний стока в засушливый сезон, вероятно, возрастут с увеличением продолжительности и засушливости сезона, прогнозируемого некоторыми климатическими моделями для частей Африки, включая части Танзании (de Wit and Stankiewicz, 2006; Watkiss и др., 2011). Таким образом, политика, поощряющая стимулы к сохранению лесного покрова, включая устойчивое использование древесного угля, также может способствовать сохранению ирригации в засушливый сезон в сельскохозяйственных районах, расположенных ниже по течению.

Связь между производством древесного угля и растениеводством еще больше связана с их общей рабочей силой. По оценке CamCo Clean Energy (Tanzania) Limited (2014), в Танзании производством древесного угля занимаются 300 000 домашних хозяйств.

Большинство производителей древесного угля также являются фермерами, которые занимаются производством древесного угля в сухой сезон (Zulu and Richardson, 2013). Производство древесного угля также обеспечивает экономическую безопасность фермерам в случае неурожая или других потрясений для жизни домохозяйства ( там же, ; Jones et al., 2016). Это указывает на потенциал устойчивого производства древесного угля для повышения жизнестойкости сельских домохозяйств, уязвимых к потрясениям, связанным с изменением климата.

На компромисс между производством древесного угля и сельским хозяйством также влияет земельная политика. Устойчивое производство древесного угля требует национальной земельной политики, которая продвигает устойчивое управление лесными угодьями как землепользованием и способствует безопасному владению лесами в масштабе времени, пропорциональном 8–30-летнему циклу восстановления лесных массивов.В этой статье мы исследуем эту связь между древесным углем, энергией, лесами, сельским хозяйством, землей и водой, а также степень, в которой эти связи отражены в национальной политике.

Методы

Мы применяем интерпретирующий подход к анализу политики (Yanow, 2007), в частности внимательно читаем политические документы. Мы выбрали Танзанию в качестве примера из-за ее высокой зависимости от древесного угля среди городских домохозяйств, высокого потенциала для расширения устойчивого производства древесного угля с учетом обширных лесных массивов в стране, а также из-за того, что авторы знакомы с торговлей древесным углем в Танзании благодаря участию в текущий проект «Преобразование сектора древесного угля Танзании», финансируемый правительством Швейцарии.

Мы рассмотрели всеобъемлющую национальную политику, включая конституцию (URT, 1977), видение развития (URT, 1999) и национальную стратегию изменения климата (URT, 2012). Мы рассмотрели национальную политику в области энергетики, лесного хозяйства, сельского хозяйства, земельных и водных ресурсов. Мы рассмотрели каждый документ национальной политики на предмет ссылок на устойчивое производство древесного угля, естественное управление лесами, древесный уголь, лесную продукцию, древесное топливо, энергию биомассы и / или другие термины с аналогичным значением. Для тех отраслевых политик, которые относятся к любому из этих терминов, мы рассмотрели дополнительные инструменты политики, включая постановления, приказы, руководящие принципы, стратегии и планы.Текст, относящийся к этим терминам, сравнивался с целью выявления сходства и различий между политиками. Мы сравнили способы, которыми эти термины представлены или не представлены в описаниях политики, проблемах, целях и заявлениях. В нашем сравнении мы также искали заявления о межотраслевых связях, связанных с устойчивым лесопользованием и / или торговлей древесным углем. Список рассмотренных нами программных документов представлен в Таблице 1. Мы сосредоточились на древесном угле, произведенном из естественных лесных массивов, а не на древесном угле с плантаций или топливных брикетах.Мы последовали FAO (2004) в определениях древесного угля и топливной древесины. Однако мы используем узкое определение древесного топлива для обозначения твердого прямого древесного топлива, в частности древесного угля и дров.

Таблица 1. Обзор Танзанийских политических документов.

Изучая содержание политики, мы сосредоточили внимание в первую очередь на стадии формулирования политики и принятия решений в политическом цикле и, в меньшей степени, на этапах определения повестки дня и реализации. Политический цикл обеспечивает концептуальную основу, основанную на упрощенной хронологии политического процесса.Ян и Вегрих (2007) представляют модель цикла из 5 этапов, включающую: определение повестки дня, формулирование политики и принятие решений, реализацию, оценку и прекращение. Постановка повестки дня — это процесс, с помощью которого вопросы выбираются или отклоняются для включения в определенную политику. Исследования по формированию повестки дня могут смотреть на то, как политики выбирают вопросы для включения в национальную политику или исключения из нее и в какую политику включать эти вопросы. Исследования по формированию повестки дня также затрагивают политические вопросы с точки зрения того, чьи проблемы входят в политическую повестку дня и кто определяет эти вопросы.Это переходит в этап формулирования политики и принятия решений, который включает в себя выбор цели политики и общей стратегии, которую необходимо проводить для достижения этих целей. После того, как политика определена, следующим шагом будет ее реализация, включая определение нормативных, финансовых и организационных деталей, а также принятие стратегий и планов. Исследование реализации политики включает в себя изучение способа реализации политики, включая ее влияние, рентабельность и взаимосвязь с другими политиками.Этапы оценки и завершения цикла политики охватывают процесс обзора политики и последующие шаги по изменению политики. В действительности, шаги часто совпадают, особенно если рассматривать такую ​​проблему, как древесный уголь, который затрагивает несколько секторов, каждый из которых следует своему собственному уникальному политическому циклу. Структура политического цикла подвергалась критике за чрезмерную упрощенность, нисходящую структуру и нечувствительность к контексту. Он также сохранился в политических исследованиях как эвристический прием, в рамках которого может применяться множество количественных и качественных методов.Признавая его недостатки, мы считаем его полезной основой для размещения наших исследований.

Результаты

Видение развития Танзании как фактор, определяющий политику сектора

Национальная политика предназначена для того, чтобы сектор мог играть свою роль в достижении более широкого национального видения. В контексте обзора отдельных секторов в документе важно понимать видение развития Танзании как ключевой фактор, определяющий содержание политики. «Видение развития Танзании до 2025 года» направлено на достижение « высококачественных средств к существованию для своего народа, достижения надлежащего управления посредством верховенства закона и развития сильной и конкурентоспособной экономики » (URT, 1999).

С точки зрения экономического развития, предполагается, что к 2025 году « Экономика будет преобразована из низкопроизводительной сельскохозяйственной экономики в полуиндустриализованную… » Что касается экономических целей, в Видении говорится, что к 2025 году будет « диверсифицированная и полуиндустриальная экономика со значительным промышленным сектором, сопоставимым с типичными странами со средним уровнем дохода ». Также предполагается, что « будет стремиться к быстрому росту, эффективно обращая вспять текущие неблагоприятные тенденции в утрате и деградации экологических ресурсов (таких как леса, рыболовство, пресная вода, климат, почвы, биоразнообразие) .«Национальная концепция развития получила дальнейшее развитие в текущем пятилетнем плане развития Танзании, который включает цели« сократить потребление древесного угля в городских районах на 30% к 2020/21 году и на 60% к 2025/26 годам », а также« продвигает… технологии возобновляемой зеленой энергии (биогаз, сжиженный нефтяной газ, солнечная энергия) ». В целом, это видение приравнивает современность к отходу от статус-кво , когда 75% рабочей силы занято в сельскохозяйственном секторе, где преобладает натуральное хозяйство, мелкомасштабное растениеводство (URT, 2013a) и в сторону индустриализации и более высокого уровня. качество жизни.

Древесное топливо и древесный уголь в национальной политике

Мы обнаружили, что на политическом уровне ни одна текущая национальная политика не включает цели или заявления, дающие конкретные указания по устойчивому производству древесного угля. Слово «древесный уголь» встречается в Национальной лесной политике 1998 г. (URT, 1998) ( N = 2) и в Национальной энергетической политике 2015 г. (URT, 2015b) ( N = 5) семь раз. Шесть из этих семи случаев присутствуют в описании сектора и подчеркивают общую важность древесного угля как энергоносителя в Танзании или его роль в ухудшении состояния окружающей среды.В одном из направлений лесной политики содержится конкретная ссылка на ограничение экспорта древесного угля. Эти заявления цитируются в Таблице 2. Экологическая политика 1997 года использует более широкий термин «древесное топливо», а не древесный уголь, и предоставляет наиболее полное руководство, включая цели политики « минимизировать потребление древесного топлива и развивать альтернативные источники энергии и энергоэффективность древесного топлива. и способствовать рациональному использованию лесных ресурсов в сочетании с программами лесовосстановления и облесения… для внутреннего потребления и экспорта … »Термины древесный уголь и древесное топливо не встречаются в конституции и концепции развития, а также в политике в области сельского хозяйства, животноводства, земли или водных ресурсов .В целом, существует согласованность между энергетической, лесной и экологической политикой, которая представляет древесный уголь как экологическую проблему, которую необходимо решить в первую очередь за счет перехода на другой вид топлива. В таблице 3 представлен обзор и график политики и других ключевых нормативных документов, включенных в этот обзор.

Таблица 2. Заявления о национальной политике, которые включают термин «древесный уголь».

Таблица 3. Хронология ключевых политических документов, обобщающих их позицию по экологически безопасному использованию древесного угля.

Рассмотрение сквозных вопросов, включая окружающую среду, стало стандартным компонентом национальной политики в Танзании после 2003 г. (URT, 2003). Таким образом, более старые стратегии, такие как политика в отношении земли, леса и воды, не включают разделы, посвященные сквозным вопросам, в то время как более свежие стратегии в области сельского хозяйства, животноводства и энергетики включают политические цели и заявления, касающиеся окружающей среды как перекрестного проблема резки.

Устойчивое производство древесного угля и национальная энергетическая политика

Акцент на переходе на другой вид топлива проиллюстрирован в миссии Национальной энергетической политики, 2015 (URT, 2015b), которая заключается в том, чтобы «предоставлять надежные, доступные, безопасные, эффективные и экологически чистые современные энергетические услуги для всех, обеспечивая при этом эффективное участие. танзанийцев в секторе.«Современная энергия определяется как« энергия, основанная на нефти, электричестве или любых других формах энергии, которые имеют коммерческие рыночные каналы, более высокую ценность тепла или содержания энергии, чем традиционная энергия ». В его заявлениях о политике биомасса включена только в связи с целью повышения эффективности использования возобновляемых источников энергии, чтобы увеличить ее вклад в диверсификацию ресурсов для производства электроэнергии (URT, 2015b). Акцент на переходе с биомассы на другие энергоносители оставался неизменным в национальной энергетической политике Танзании на протяжении последних 25 лет.Однако политика 2015 года отличается от политики в области энергетики 1992 и 2003 годов тем, что исключает любую цель, связанную с устойчивым производством древесного топлива, кроме как в контексте производства электроэнергии. Например, Национальная энергетическая политика 2003 г. (URT, 2003) содержала руководящее заявление «продвигать эффективные технологии преобразования биомассы и конечного использования в целях экономии ресурсов; снизить скорость обезлесения и деградации земель; и минимизация угроз, связанных с изменением климата ».

В период с 2010 по 2014 год правительство Танзании разработало стратегию и план действий по использованию энергии биомассы при финансовой поддержке Европейского Союза.Основная цель стратегии заключалась в следующем: « Сделать энергию биомассы устойчивой в Танзании ». В стратегии предложено пять групп мероприятий, направленных на « обеспечение устойчивости энергии биомассы в Танзании по всей цепочке создания стоимости », включая устойчивое производство древесного угля. Однако по состоянию на май 2017 года стратегия не была принята. Были также разработаны проекты политики в отношении нефти, природного газа и возобновляемых источников энергии, из которых политика в отношении природного газа была одобрена, а другие остались в форме проекта.Затем эти политики были объединены в Национальную энергетическую политику 2015 г. (URT, 2015b; Muhongo, 2016). Энергия твердой биомассы была исключена из национальной энергетической политики на заключительных этапах процесса пересмотра политики. Консультативный проект национальной энергетической политики включал политическую цель « для увеличения производства и рационального использования ресурсов твердой биомассы » и политическое заявление « Поощрять устойчивое производство твердой биомассы » (URT, 2015a). Во время процесса консультаций с заинтересованными сторонами организации гражданского общества Танзании попросили, чтобы политика содержала еще больше рекомендаций по древесному углю, и представили конкретные предложения по тексту, который будет включен в политику (TFCG, 2015a).Однако вместо предоставления более подробных указаний по древесному углю цель по ресурсам твердой биомассы была впоследствии сужена, и теперь она будет относиться исключительно к биомассе в контексте производства электроэнергии. Результатом является политика, которая, с одной стороны, гласит: « Национальный энергетический баланс указывает на преобладание использования биомассы в форме древесного угля и дров, и его вклад в общее национальное потребление энергии составляет около 85 процентов », и , с другой стороны, не дает никаких конкретных указаний о том, как управлять этим энергоносителем.

Устойчивое производство древесного угля и национальная лесная политика

Национальная лесная политика, 1998 г. (URT, 1998), также признает важность древесного топлива для национальной экономики, одновременно продвигая переход на другой вид топлива, в том направлении, в котором: « Использование альтернативных доступных источников энергии будет продвигаться посредством исследований и добавочный номер ». Кроме того, лесная политика способствует созданию « частных лесных участков и плантаций для производства древесного топлива .Национальная лесная политика Танзании, 1998 г. (URT, 1998), пересматривается с 2008 г., когда нулевой проект был разослан заинтересованным сторонам для комментариев, еще один проект был разослан для комментариев в 2014 г., а комитет был сформирован для доработки политики в 2017 г. Длительный процесс пересмотра частично отражает промежуточную передачу ответственности за управление лесным хозяйством от Управления лесного хозяйства и пчеловодства более автономному Агентству лесных служб Танзании (TFS), которое было создано в 2010 году.В этом документе рассматриваются как политика 1998 года, так и проект стратегического документа 2014 года. Несмотря на то, что в форме проекта, политика 2014 г. актуальна как указание на рассматриваемое направление политики.

Четыре общие цели политики 1998 года включают: «Обеспечение устойчивого предложения лесных товаров и услуг путем сохранения достаточной площади лесов под эффективным управлением»; и «Обеспечение стабильности экосистемы за счет сохранения биоразнообразия лесов, водосборов и плодородия почв.«Политика включает политические цели и заявления, отражающие приверженность плановому устойчивому лесопользованию как средству поставки различных лесных продуктов и экосистемных услуг, включая древесный уголь. Целью проекта лесной политики 2014 года, который практически не изменился с 2008 года, является «усиление вклада лесного сектора в устойчивое развитие Танзании, а также сохранение и управление ее лесными ресурсами на благо нынешнего и будущих поколений».Из четырех целей наиболее актуальной целью проекта политики 2014 года является «Обеспечение устойчивого предложения лесных товаров и услуг путем сохранения достаточного количества лесов при эффективном управлении». Как и в случае с политикой 1998 года, проект лесной политики 2014 года поддерживает управление лесным хозяйством на уровне общин, включая устойчивое производство древесного угля и других лесных продуктов.

URT (2002) и вспомогательные постановления, руководства и приказы обеспечивают дополнительную политическую поддержку устойчиво управляемых продуктивных лесных резервов, включая сельские земельные лесные резервы.Например, Закон о лесах 2002 года наделяет сельские советы (через назначенный деревенский комитет) полномочиями создавать производственные лесные угодья в деревнях и выдавать разрешения на добычу лесной продукции, включая древесный уголь, при условии наличия планов устойчивого управления. С 1990-х годов было создано более 530 лесных заповедников сельских земель (TFS, 2012 плюс данные TFCG), включая 2,4 миллиона га лесов и лесов, однако до 2012 года ни один из них не включил устойчивое производство древесного угля в свои планы управления.Частично это можно объяснить отсутствием руководящих принципов по реализации политики, при этом руководящие принципы политики по заготовке лесной продукции в сельских лесных заповедниках сосредоточены на древесине, а не на древесном угле (TFS, 2013a). С 2012 года в рамках проекта в регионе Морогоро, возглавляемого Танзанийской группой по сохранению лесов (TFCG), осуществляется пилотное внедрение устойчивого производства древесного угля, встроенного в общинное лесопользование, в качестве демонстрации масштабирования масштабов распространения лесов на другие сельские земли.

В контексте древесного топлива в проекте Национальной лесной политики 2014 г. (URT, 2014) говорится, что «Создание частных лесных участков и плантаций, посадка деревьев на фермах для производства древесного топлива, эффективные технологии преобразования и использования древесной энергии и альтернативные источники энергии. энергия будет продвигаться.«Как и в случае с другими политиками, основное внимание уделяется переходу на другой вид топлива и посадке деревьев. Что касается лесного хозяйства, пятилетний план развития Танзании включает цель увеличения площади лесов на 130 000 га к 2020/21 году и на 160 000 га к 2025 году за счет посадки деревьев, для чего он указывает бюджет в 150 миллиардов сомони и цель в 280 миллионов. деревьев в год, для реализации Правительством (URT, 2016a). Обязательство по расширению плантаций также отражено в стратегическом плане TFS на 2014/19 год, который включает цель создания 50 000 га новых плантаций к 2019 году (TFS, 2013b).В 5-летнем плане развития указано, что все другие мероприятия в лесном секторе, включая создание потенциала и управление природными заповедниками, должны оплачиваться партнерами по развитию (URT, 2016a). Хотя политика поощряет посадку деревьев в качестве древесного топлива, в действительности большинство плантаций ориентировано на рынок древесины, учитывая более высокую цену за кубический метр древесины, продаваемой как древесина, чем как древесный уголь. Таким образом, замена древесного угля из естественных лесных массивов древесным углем с плантаций может быть успешной только тогда, когда древесный уголь становится более прибыльным конечным продуктом, чем древесина для владельцев плантаций.Рентабельность древесного угля с плантаций и лесных участков по сравнению с рентабельностью древесины и других лесных товаров часто упускается из виду теми, кто предлагает использовать посаженные деревья для производства древесного угля.

Устойчивое производство древесного угля и национальная сельскохозяйственная политика

Миссия Сельскохозяйственной политики 2013 года заключается в том, чтобы «способствовать преобразованию сельскохозяйственного сектора в современный, коммерческий и конкурентоспособный сектор с целью обеспечения продовольственной безопасности и сокращения бедности за счет увеличения объемов конкурентоспособной продукции растениеводства» (URT, 2013a).Акцент на преобразовании сельского хозяйства от традиционного производства сельскохозяйственных культур для натурального хозяйства к более интенсивной, коммерциализированной системе согласуется с Национальным видением развития. Национальная политика в области сельского хозяйства гласит, что «по определению сельскохозяйственный сектор состоит из подсекторов растениеводства, животноводства, рыболовства, лесного хозяйства и охоты», а затем ограничивается сфера его применения «растениеводством». Производство древесного угля и лесное хозяйство не входят в сферу действия политики. В то время как политика не предусматривает явного содействия преобразованию лесов или лесных массивов в сельское хозяйство, в ее точке зрения подразумевается, что 440 000 км 2 земель в Танзании «подходят для сельскохозяйственного производства.Аналогичным образом, Национальная политика в области животноводства (URT, 2006) включает 200 000 км 2 «залежей и лесных угодий» в оценку национальных ресурсов пастбищных угодий. Свидетельства того, что это предполагает преобразование лесных угодий в сельское хозяйство, также отражены в Национальном рамочном плане землепользования на 2013–2033 годы, который включает площади лесных угодий в категории земель, предназначенных для расширения и интенсификации сельского хозяйства (URT, 2013b).

Наряду с косвенным поощрением перехода от лесных земель к сельскому хозяйству, Национальная сельскохозяйственная политика включает в себя цель увеличения площади орошаемых сельскохозяйственных земель с нуля до нуля.От 4 до 7,1 млн га (URT, 2013a). Расширение орошения представлено как стратегия снижения рисков для сельского хозяйства, связанных с изменением климата. Зависимость сельского хозяйства от услуг лесных экосистем признана в рамках сквозных вопросов, и есть одно политическое заявление: « должно быть усилено эффективное использование возобновляемых природных ресурсов ».

Устойчивое производство древесного угля и национальная земельная политика

Танзания сохранила структуру землевладения, которая намеренно исключает понятие «безусловное владение» и вместо этого основывается на принципе, что вся земля является государственной землей, где право владения определяется с точки зрения «права владения».«Национальная земельная политика 1997 года (URT, 1997b) определяет пять важных характеристик, включая условия застройки, которые возлагаются на землевладельцев. Цели политики включают: « Обеспечение наиболее продуктивного использования земли для содействия быстрому социально-экономическому развитию страны и защиты земельных ресурсов от деградации для устойчивого развития ». Политика основана на принципе «используй или потеряй», где права владения привязаны к условиям застройки.Это важно в контексте понимания взаимосвязи между земельной политикой и древесным углем, поскольку владение землей связано с землепользованием. Однако понятие «использование» не определяется как включающее или исключающее устойчивое лесопользование, включая производство древесного угля. Напротив, прямо охвачены другие виды использования, включая сельское хозяйство, как для выращивания сельскохозяйственных культур, так и для животноводства, добычи полезных ископаемых и поселений. Нет примеров передачи прав владения частным землевладельцам для устойчивого производства древесного угля из естественных лесных массивов.

В 2015 году правительство Танзании начало пересмотр национальной земельной политики. В проекте Национальной земельной политики 2016 года (URT, 2016b) сохранены важные элементы политики 1997 года, включая концепцию прав владения и категоризацию земель на сельские, общие и зарезервированные земли. В проекте политики не упоминается устойчивое производство древесного угля, хотя он включает цель « эффективной защиты, сохранения и устойчивого использования экологически уязвимых районов », которые, как определено, включают леса.Политика подчеркивает формализацию землевладения, включая широкую выдачу предоставленных и обычных прав владения. Содействие приватизации землевладения контрастирует с ориентацией лесной политики на лесные резервы общинных земель села.

Устойчивое производство древесного угля и национальная водная политика

В водной политике не упоминается термин «древесный уголь», а термин «энергия» приравнивается к электричеству. Национальная водная политика признает взаимосвязь между лесами и водными ресурсами и заявляет, что « лесов оказывают важное влияние на сохранение водных ресурсов. Далее в политике говорится, что при нынешних темпах роста населения Танзания переместится с 2700 кв.м. 3 на человека в год на 1200 кв.м. 3 на человека в год в период с 2000/1 по 2025 год. Согласно критериям, это представляет собой переход к дефициту воды, который в широком смысле определяется как 1000 м 3 на человека в год (Falkenmark et al., 2007).

Обсуждение

Результаты нашего анализа политики Танзании в области энергетики, лесов, сельского хозяйства, земли и воды показывают маргинализацию устойчивого производства древесного угля в рамках национальной политики, несмотря на потенциальные экономические, социальные и экологические преимущества устойчивого управления естественными лесными массивами для производства древесного угля. .Наши выводы систематически фиксируют пробелы в политике, связанные с устойчивым производством древесного угля, и обеспечивают углубленный и обновленный анализ более широкой политической среды.

Маргинализация древесного угля наиболее ярко проявляется в энергетической политике Танзании, где в Национальной энергетической политике 2015 года (URT, 2015b) современная энергия определяется как антоним древесному топливу, как традиционный носитель энергии. Политика тогда касается исключительно современной энергетики. Это отражает глубоко укоренившееся представление о том, что древесный уголь является частью традиционного образа жизни, который видение национального развития стремится изменить, и ему нет места в модели современности, предусмотренной для страны.Отсутствие политической цели или заявления об устойчивом производстве древесного угля в Национальной энергетической политике означает, что на протяжении всего этого политического цикла не существует обязательств высокого уровня по более устойчивому производству древесного угля и топливной древесины, а также по обеспечению стратегического надзора за их поставками. или качество. Учитывая прогнозируемый рост спроса на древесный уголь и учитывая, что большинство танзанийцев полагается на древесное топливо, это упущение в политике означает, что Национальная энергетическая политика не содержит рекомендаций по основному энергоносителю Танзании, что может привести к сохранению неконтролируемого производства и сопутствующему негативному воздействию на окружающую среду. .Даже если проект стратегии Танзании по энергии биомассы будет возрожден, в отсутствие цели политического уровня в отношении древесного топлива эта стратегия не будет иметь якоря в национальной политике, что приведет к риску дальнейшей маргинализации. Это подтверждает выводы Mwampamba et al. (2013) относительно того, в какой степени глубоко укоренившиеся неправильные представления об древесном угле привели к тому, что политики выбрали политику, направленную на исключение древесного угля из национального энергобаланса, а не на использование устойчивых методов производства.

Экономическое развитие неизбежно ведет к компромиссу между видами землепользования и требует выбора между преобразованием лесов в антропогенные виды землепользования, такие как сельское хозяйство, с одной стороны, и поддержанием естественных лесов с присущими им экосистемными услугами, с другой. (Foley et al., 2005). Наш обзор показал, как видение развития Танзании и отраслевая политика привели к маргинализации варианта рационального использования лесных угодий для деревенских земель. Тот факт, что сельское хозяйство ценится выше естественных лесов, отчасти отражает системные проблемы интеграции сложных концепций, лежащих в основе оценки экосистемных услуг, при принятии решений о распределении земли и природных ресурсов (Martinez-Harms et al., 2015). Точно так же экономическая стоимость торговли древесным углем, оцениваемая в 650 миллионов долларов США, плохо изучена и не отражается в национальных счетах (Sander et al., 2013). Например, официальные национальные данные о доходах государства от натуральных лесных продуктов не различают древесный уголь от других продуктов, включая древесину. В период с 2011/12 по 2014/15 гг. TFS сообщила о 187 млрд сомони (~ 86,5 млн долларов США) в виде роялти за природные лесные товары (TFS, 2016), однако доля, приходящаяся на древесный уголь, не указана.Хотя национальные данные не дезагрегируют доходы от древесного угля, на более низком уровне правительства некоторые зональные отделения TFS дезагрегируют свои доходы по лесной продукции. Данные о доходах зонального правительства показывают, что древесный уголь составлял от 10 до 71% доходов от натуральных лесных продуктов в некоторых зонах (TFCG, 2015b, Lukumbuzya and Sianga, 2016). Отсутствие официальных данных о стоимости торговли древесным углем способствует тому, что она недооценивается как вариант землепользования по сравнению с культурами с хорошо задокументированными данными о торговле.Таким образом, хотя древесный уголь имеет много общего с традиционными культурами, с точки зрения требований к земле, рабочей силе и чистому первичному производству, он не считается культурой в сельскохозяйственной политике и недооценивается при компромиссах в землепользовании. между сельским хозяйством и лесом на деревенской земле.

Точно так же устойчивое производство древесного угля не признается явным образом в качестве землепользования в Национальной земельной политике. Учитывая, что землевладение связано с землепользованием в земельной политике Танзании, отсутствие четкого признания устойчивого производства древесного угля в качестве категории землепользования создает риск маргинализации устойчивого управления лесными угодьями в пользу сельского хозяйства и других упомянутых видов землепользования, особенно с учетом современная тенденция к приватизации сельских земель.

Оптимизация распределения воды между секторами — еще одна важная область, которую должны рассмотреть политики в контексте выбора оптимального сочетания энергоносителей, особенно с учетом прогнозируемого роста населения. Помимо зависимости древесного угля от лесов и поглощения воды лесами, традиционное производство древесного угля предъявляет минимальные требования к водоснабжению. Напротив, производство электроэнергии из ископаемого топлива, как это продвигается в Национальной энергетической политике 2015 года (URT, 2015b), потребляет воду на всех этапах жизненного цикла производства энергии (Mielke et al., 2010). Таким образом, производство древесного угля с использованием обжиговых печей является более эффективным с точки зрения воды источником энергии, чем электричество, что необходимо учитывать в контексте растущего дефицита воды. Относительные потребности в воде различных энергоносителей не рассматриваются ни в национальной водной политике, ни в Национальной энергетической политике.

Учитывая цель Национальной сельскохозяйственной политики 2013 года по увеличению площади орошаемых земель, защита основных потоков, необходимых для орошения в засушливый сезон, становится критически важной для реализации политики.Поэтому устойчивое управление лесными угодьями для производства древесного угля может быть полезным инструментом политики для защиты основных потоков по сравнению с преобразованием лесных угодий в сельское хозяйство на водосборных площадях. Таким образом, политика, благоприятствующая устойчивому ведению лесного хозяйства и создающая стимулы для сообществ к охране лесных ресурсов на своей земле, может способствовать обеспечению основных потоков, жизненно важных для водопользователей, расположенных ниже по течению, а также снижению рисков наводнений.

Было сделано несколько попыток стратегически оценить потенциальный объем производства древесного угля из существующих естественных лесов Танзании.CamCo Clean Energy (Tanzania) Limited (2014) подсчитала, что в 2012 году в Танзании было потреблено 2,3 миллиона тонн древесного угля. По их оценкам, для этого потребовалось 350 000 га лесных угодий, исходя из средней биомассы 50 м 3 / га и эффективности преобразования 19%. Если мы экстраполируем это дальше и предположим, что цикл ротации 24 года для устойчивой системы, для обеспечения устойчивого производства древесного угля под управлением потребуется 8,4 млн га (24 × 350 000 га), чтобы обеспечить уровень предложения 2012 года в течение следующих 20 лет. или так.По данным MNRT (2015), на сельских землях 21,6 млн га лесов, из которых около 10%, или 2,3 млн га, уже включены в районы, находящиеся под общинным управлением лесами (CBFM). Из существующих территорий, охваченных CBFM, значительная часть является слишком экологически уязвимой, чтобы подходить для производства древесного угля, особенно с учетом тенденции проектов CBFM уделять приоритетное внимание районам с высоким биоразнообразием. Тем не менее, это показывает, что значительная часть спроса на древесный уголь может быть удовлетворена за счет устойчивого производства из 21.6 миллионов га лесов, оставшихся на сельских землях, включая часть территории, уже охваченной ОВЛХ. Даже для достижения цели пятилетнего плана развития Танзании по сокращению спроса на 30% все равно потребуется, чтобы большая часть оставшихся лесных массивов на деревенских землях была переведена на устойчивое производство.

Учитывая рост населения Танзании и его рост в городах, очевидно, что устойчивое производство древесного угля само по себе не может удовлетворить прогнозируемые потребности городов в энергии. Несомненно, также необходима смена топлива.Включение устойчивого производства древесного угля в национальную политику поможет заручиться широкой политической поддержкой и заинтересованными сторонами, которые необходимы для преобразования торговли в пользу устойчивого производства.

Исключение из национальной политики устойчивого производства древесного угля отражает три фактора, которые влияют на каждый этап политического цикла. Это отсутствие подробных и точных данных о торговле древесным углем; глубоко укоренившееся негативное восприятие торговли; и слабый организаторский и пропагандистский потенциал производителей, торговцев и потребителей.Отсутствие надежных текущих данных о многих важных характеристиках производственно-сбытовой цепочки древесного угля, а также глубоко укоренившееся негативное восприятие древесного угля среди политиков подчеркивали различные авторы (Mwampamba et al., 2013; Owen et al., 2013 ; Sander et al., 2013). Заявления некоторых министров и других лиц, определяющих политику в нынешнем правительстве, которые сообщаются в танзанийских СМИ и / или наблюдаются авторами, в целом подкрепляют выводы Mwampamba et al. (2013). Например, вера в то, что древесный уголь ответственен за большую часть вырубки лесов в Танзании, обычно цитируется министрами как основная причина исключения древесного угля из энергобаланса Танзании , .Мы предлагаем три другие причины того, почему политики предпочитают маргинализировать устойчивое производство. Во-первых, немногие политики понимают или верят в то, что древесный уголь можно производить экологически рациональным способом. Это отражает то, как мало существует практических примеров устойчивого производства древесного угля. Соответственно, технический опыт в управлении естественными лесными массивами для устойчивого производства древесного угля ограничен в Танзании, где высшие учебные заведения не включили его в свои учебные программы. Во-вторых, мы утверждаем, что роль сельского хозяйства как основной движущей силы обезлесения в Танзании плохо известна среди многих политиков, отчасти из-за неадекватных и недостаточно широко освещаемых эмпирических исследований факторов обезлесения в национальном масштабе.Учитывая примат сельского хозяйства в планах экономического развития Танзании, мы также предполагаем, что политически удобно возложить вину за вырубку лесов на древесный уголь, а не на сельское хозяйство. В-третьих, трудности, связанные с межотраслевой координацией, необходимой для преобразования рынка древесного угля, препятствуют изменениям. Несомненно, политическая экономия торговли древесным углем сложна, и необходимы более глубокие исследования, чтобы более полно понять динамику, имеющую место на этапе определения повестки дня политического цикла.

Пропаганда деятельности участников производственно-сбытовой цепочки древесного угля в Танзании приглушена. Это отражает неформальный характер сектора, в котором производители, перевозчики и торговцы часто плохо образованы, бедны и не имеют координационных сетей для защиты интересов. Это контрастирует с пропагандистской способностью заинтересованных сторон в секторе природного газа, где компании, занимающиеся разведкой и разработкой природного газа, обладали ресурсами, опытом и сетями для интенсивного лоббирования Министерства энергетики и минеральных ресурсов при формулировании Политики в области природного газа и Национальной энергетической политики. .Хотя некоторые организации гражданского общества, включая Группу по охране лесов Танзании, способствовали проведению встреч для освещения вопросов, связанных с производством древесного угля и содействия устойчивому производству древесного угля, этих усилий было недостаточно для того, чтобы убедить правительство Танзании в критической необходимости обеспечения Национальной энергетической политики 2015 направление устойчивого производства древесного угля (URT, 2015b). Слабый голос заинтересованных сторон в сфере древесного угля способствовал исключительному вниманию Национальной энергетической политики к ископаемым видам топлива и производству электроэнергии.

Обзор определил важные приоритеты для исследований, включая: количественные оценки относительного воздействия факторов обезлесения и деградации лесов; тщательные сравнительные исследования затрат и выгод альтернативных энергоносителей и вариантов политики с учетом межотраслевых последствий; экспериментирование с различными моделями устойчивого производства древесного угля; и стратегическая экологическая оценка и анализ рентабельности предложений правительства по посадке деревьев в связи с увеличением инвестиций в управление естественными лесными массивами.

Заключение

Устойчивое производство древесного угля из естественных лесных массивов стало маргинальным вариантом политики во всех секторах Танзании. Маргинализация устойчивого производства древесного угля в энергетическом и лесном секторах усугубляется земельной политикой, не предусматривающей прямого признания устойчивого лесопользования в качестве признанного вида землепользования, а также сельскохозяйственной политикой, направленной на расширение сельскохозяйственных угодий. Если лесные угодья не приносят дохода их владельцам, в том числе общинам, экономическое обоснование преобразования лесных угодий в сельскохозяйственные земли усиливается.Предполагая, что устойчивое производство древесного угля может стимулировать устойчивое управление лесными угодьями, упускается возможность встроить устойчивый механизм финансирования в совместное управление лесными угодьями. Широко распространенное преобразование лесных угодий в сельское хозяйство неизбежно подрывает экосистемные услуги, создаваемые этими лесными массивами, с соответствующими рисками для тех секторов, которые зависят от этих экосистемных услуг, особенно сельского хозяйства. Таким образом, исключение устойчивого производства древесного угля из национальной политики является упущенной возможностью, учитывая его потенциал для внесения вклада в более устойчивые к климату средства к существованию в сельских районах, энергетическую безопасность городов и устойчивое управление лесными массивами с присущими им экосистемными услугами, включая смягчение последствий изменения климата.

На основании этого обзора мы рекомендуем, чтобы политические цели и заявления, поддерживающие устойчивое использование древесного угля, были включены в политику в области энергетики и лесного сектора, в то же время пересматривая политику в области водных ресурсов, сельского хозяйства и земли, чтобы включить цели и заявления, которые продвигают устойчивое управление естественными лесами и сокращают использование сельскохозяйственных вырубка леса. Мы предполагаем, что рынок древесного угля будет поставлять древесный уголь из устойчиво управляемых, общинных и частных лесных массивов в городские домохозяйства. Налоговые поступления будут по-прежнему сохраняться на уровне деревень и районов, чтобы стимулировать и финансировать устойчивое управление естественными лесными массивами.Профессионализм и организованность производителей древесного угля возрастут с сопутствующими экологическими преимуществами с точки зрения соблюдения руководящих принципов эффективности и устойчивости, а также улучшением условий жизни производителей и другими выгодами от развития сельских районов.

Преимущества устойчивого производства древесного угля становятся очевидными, если смотреть с точки зрения нескольких секторов. Подход взаимосвязи к анализу политики, принятый в этом документе, подчеркивает необходимость для политиков учитывать межотраслевые последствия производства древесного угля и разрабатывать более надежные механизмы для оценки экосистемных услуг при выборе компромиссов при распределении земли и природных ресурсов.Анализ также подчеркивает необходимость изменений на протяжении всего политического цикла, включая создание более прочной базы знаний и оценку потребностей и интересов более маргинализированных заинтересованных сторон, включая общины, владеющие лесными угодьями, и производителей древесного угля. Уроки, извлеченные из Танзании, имеют значение для других стран, зависящих от древесного угля из естественных лесных массивов, включая ведущих производителей древесного угля в Африке, Демократической Республике Конго, Эфиопии и Нигерии.

Авторские взносы

ND: ведущий автор, ответственный за концепцию обзора, дизайн исследования, написание рукописи.CM: отвечает за значительный интеллектуальный вклад в дизайн обзора, вводимые данные и подтверждение рукописи для подачи.

Финансирование

Финансирование этого исследования было предоставлено Швейцарским агентством по развитию и сотрудничеству в рамках гранта Танзанийской группе охраны лесов для проекта «Преобразование сектора древесного угля Танзании».

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарят Tuyeni Mwampamba, Bettie Luwuge, Elida Fundi, Charles Leonard и двух рецензентов за их комментарии к черновикам этой статьи.

Сокращения

CBFM, Управление лесным хозяйством на уровне сообществ; MNRT, Министерство природных ресурсов и туризма; TFCG, Группа охраны лесов Танзании; TFS, Агентство лесных служб Танзании; TZS, танзанийский шиллинг; VLFR, Деревенский лесной заповедник.

Сноски

Список литературы

Байлис Р., Дриго, Р., Гиларди, А., Мазера, О. (2015). Углеродный след традиционного древесного топлива. Nat. Клим. Чанг. 5, 266–272. DOI: 10.1038 / nclimate2491

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Брэдшоу, К. Дж. А., Содхи, Н. С., Пех, К. С.-Х., и Брук, Б. В. (2007). Глобальные свидетельства того, что обезлесение увеличивает риск и опасность наводнений в развивающихся странах. Glob. Чанг. Биол. 13, 1–17. DOI: 10.1111 / j.1365-2486.2007.01446.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Браун, А.Э., Чжан Л., МакМахон Т. А., Вестерн А. В. и Вертесси Р. А. (2005). Обзор парных исследований водосборов для определения изменений водоотдачи в результате изменений в растительности. J. Hydrol. 310, 28–61. DOI: 10.1016 / j.jhydrol.2004.12.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bruijnzeel, J. (1988). (Де) лесоразведение и течение засушливого сезона в тропиках: внимательный взгляд. J. Trop. Лесная наука. 1, 229–243.

Google Scholar

CamCo Clean Energy (Tanzania) Limited (2014). Стратегия и план действий Танзании по энергии биомассы . Программа сотрудничества Африки и ЕС в области возобновляемых источников энергии.

Чидумайо, Э. Н., Гамбо, Д. Дж. (2013). Воздействие производства древесного угля на окружающую среду в тропических экосистемах мира: синтез. Energy Sustain. Dev. 17, 86–94. DOI: 10.1016 / j.esd.2012.07.004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

д’Агостино, А. Л., Урпелайнен, Дж., И Сюй, А. (2015). Социально-экономические детерминанты расходов на древесный уголь в Танзании: данные панельных исследований. Energy Econ. 49, 472–481. DOI: 10.1016 / j.eneco.2015.03.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

де Миранда, Р. К., Сепп, К., Секкон, Э., Манн, С., и Синг, Б. (2010). Устойчивое производство коммерческого древесного топлива: уроки и рекомендации двух стратегий . Вашингтон, округ Колумбия: Всемирный банк.

Google Scholar

Фалькенмарк, М., Бернтелл, А., Егерског, А., Лундквист, Дж., Матц, М., и Тропп, А. (2007). На грани новой нехватки воды: призыв к эффективному управлению и человеческому мастерству .Краткое изложение политики SIWI. SIWI.

ФАО (2003 г.). Известия. Второе совещание экспертов по гармонизации определений, связанных с лесом, для использования различными заинтересованными сторонами . Рим: ФАО.

ФАО (2004 г.). Единая терминология по биоэнергетике . Рим: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций.

Фоли, Дж. А., ДеФрис, Р., Аснер, Г. П., Барфорд, К., Бонан, Г., Карпентер, С. Р. и др. (2005). Глобальные последствия землепользования. Наука 309, 570–574.DOI: 10.1126 / science.1111772

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гиббс, Х. К., Рюш, А. С., Ахард, Ф., Клейтон, М. К., Холмгрен, П., Раманкутти, Н. и др. (2010). Тропические леса были основным источником новых сельскохозяйственных угодий в 1980-х и 1990-х годах. Proc. Natl. Акад. Sci. США 107, 16732–16737. DOI: 10.1073 / pnas.05107

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хансен, М.С., Потапов, П.В., Мур Р., Ханчер М., Турубанова С. А., Тюкавина А. и др. (2013). Глобальные карты изменения лесного покрова в XXI веке в высоком разрешении. Наука 342, 850–853. DOI: 10.1126 / science.1244693

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хосонума, Н., Херольд, М., Де Си, В., Де Фрис, Р. С., Брокхаус, М., Вершот, Л. и др. (2012). Оценка факторов обезлесения и деградации лесов в развивающихся странах. Environ. Res. Lett. 7: 4. DOI: 10.1088 / 1748-9326 / 7/4/044009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

МЭА (2014). Международная энергетическая ассоциация. Africa Energy Outlook: фокус на энергетических перспективах в Африке к югу от Сахары . Специальный отчет «Перспективы мировой энергетики», 1–237.

Янн В. и Вегрих К. (2007). «Теории политического цикла», в справочнике по анализу государственной политики: теория, политика и методы , ред. Ф. Фишер, Г. Дж. Миллер и М. С. Сидни (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press), 43–62.

Google Scholar

Джонс Д., Райан К. М. и Фишер Дж. (2016). Древесный уголь как стратегия диверсификации: гибкая роль производства древесного угля в жизнеобеспечении мелких фермеров в центральном Мозамбике. Energy Sustain. Dev. 32, 14–21. DOI: 10.1016 / j.esd.2016.02.009

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Krausmann, F., Erb, K.-H., Gingrich, S., Haberl, H., Bondeau, A., Gaube, V., et al. (2013). Глобальное освоение человеком чистой первичной продукции удвоилось в 20 веке. Proc. Natl. Акад. Sci. США 110, 10324–10329. DOI: 10.1073 / pnas.1211349110

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лукумбузия, К., Сианга, К. (2016). Пересмотр рекомендаций TRAFFIC по совершенствованию управления лесным хозяйством в Танзании . Кембридж: ДВИЖЕНИЕ.

Google Scholar

Лунд, Х. Г. (2015). Определения лесов, обезлесения, облесения и лесовозобновления. Гейнсвилл, Вирджиния: Информационные службы леса.DOI: 10.13140 / RG.2.1.2364.9760

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартинес-Хармс, М. Дж., Брайан, Б. А., Балванера, П., Лоу, Э. А., Родс, Дж. Р., Поссингем, Х. П. и др. (2015). Принятие решений по управлению экосистемными услугами. Biol. Консерв. 184, 229–238. DOI: 10.1016 / j.biocon.2015.01.024

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мильке, Э., Анадон, Л. Д., и Нараянамурти, В. (2010). Потребление воды при добыче, переработке и преобразовании энергоресурсов, обзор литературы по оценке водоемкости добычи энергоресурсов, переработки в топливо и преобразования в электричество. Документ для обсуждения инновационной политики в области энергетических технологий , 2010-15. Гарвардский университет.

Google Scholar

MNRT (2015). Министерство природных ресурсов и туризма . Национальный мониторинг и оценка лесных ресурсов материковой части Танзании: основные результаты.

Мсуя, Н., Масанджа, Э., и Тему, Э. К. (2011). Экологическое бремя производства и использования древесного угля в Дар-эс-Саламе, Танзания. J. Environ. Prot. 2, 1364–1369. DOI: 10.4236 / иен.2011.210158

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мухонго, С. (2016). «Развитие природных ресурсов и энергетики и его вклад в преобразование Танзании к 2025 году, чтобы стать страной со средним уровнем дохода», в Презентация министра энергетики и минералов на Ежегодном Дне инженеров , Конференция города Млимани, Дар-эс-Салам.

Mwampamba, T.H., Ghilardi, A., Sander, K., and Chaix, K.J. (2013). Развенчание распространенных заблуждений для улучшения отношения и взглядов на политику в развивающихся странах. Energy Sustain. Dev. 17, 75–85. DOI: 10.1016 / j.esd.2013.01.001

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нинан, К. Н., Иноуэ, М. (2013). Ценить услуги лесных экосистем: что мы знаем, а что нет. Ecol. Экон. 93, 137–149. DOI: 10.1016 / j.ecolecon.2013.05.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Оуэн, М., ван дер Плас, А., и Сепп, С. (2013). Может ли существовать энергетическая политика в Африке к югу от Сахары без биомассы? Energy Sustain.Dev. 17, 146–152. DOI: 10.1016 / j.esd.2012.10.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Прайс, К. (2011). Влияние топографии водосбора, почв, землепользования и климата на гидрологию базового стока во влажных регионах: обзор. Прог. Phys. Геогр. 35, 465–492. DOI: 10.1177 / 0309133311402714

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рибо, Дж. К. (1999). История страха: представить себе вырубку лесов в лесах засушливых земель Западной Африки. Glob.Ecol. Биогеогр. 8, 291–300. DOI: 10.1046 / j.1365-2699.1999.00146.x

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сандер К., Грос К. и Питер К. (2013). Обеспечение реформ: анализ политической экономии древесного угля в Танзании. Energy Sustain. Dev. 17, 116–126. DOI: 10.1016 / j.esd.2012.11.005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шуре, Дж., Ингрэм, В., Сако Джимбира, М. С., Леванги, П., и Виерсум, К. Ф. (2013). Формализация цепочек добавленной стоимости древесного угля и результатов жизнеобеспечения в Центральной и Западной Африке. Energy Sustain. Dev. 17, 95–105. DOI: 10.1016 / j.esd.2012.07.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

TFCG (2015a). Комментарии организаций гражданского общества к проекту национальной энергетической политики на 2015 год. Группа по сохранению лесов Танзании .

TFCG (2015b). Анализ экологической и финансовой устойчивости управления естественными лесами в Танзании . Группа по сохранению лесов Танзании. Технический документ TFCG 48, 1–49.

ТФС (2012 г.). Совместное управление лесами в Танзании: факты и цифры . Департамент политики и планирования МПРТ. Агентство лесных служб Танзании.

TFS (2013a). Правила ведения рубок в сельских угодьях лесного фонда , 1–8. Агентство лесных служб Танзании, Дар-эс-Салам.

TFS (2013b). Стратегический план Агентства лесных услуг Танзании, июль 2014 г. — 19 июня . Агентство лесных служб Танзании.

ТФС (2016). Маэлезо Кухусу Вакала ва Худума за Миситу, Танзания: Маджукуму, Мафаникио, Чангамото На Микакати (2011–2015) .Министерство природных ресурсов и туризма, Агентство лесных служб Танзании, 1–25.

ООН (2015). Перспективы народонаселения мира: обзор 2015 г., основные выводы и предварительные таблицы . Организация Объединенных Наций (ООН), Департамент по экономическим и социальным вопросам, Отдел народонаселения. Рабочий документ № ESA / P / WP.241.

УРТ (1977). Конституция Объединенной Республики Танзании . Cap 2. Объединенная Республика Танзания.

URT (1997a). Национальная экологическая политика .Объединенная Республика Танзания.

URT (1997b). Национальная земельная политика . Объединенная Республика Танзания.

URT (1998). Национальная лесная политика . Объединенная Республика Танзания.

URT (1999). Видение развития Танзании . Объединенная Республика Танзания.

URT (2002). Закон о лесах. Объединенная Республика Танзания.

URT (2003). Национальная энергетическая политика . Объединенная Республика Танзания.

URT (2006). Национальная политика в области животноводства . Объединенная Республика Танзания.

URT (2012). Национальная стратегия борьбы с изменением климата . Объединенная Республика Танзания.

URT (2013a). Национальная сельскохозяйственная политика . Объединенная Республика Танзания.

URT (2013b). Национальный рамочный план землепользования на 2013–33 годы . Объединенная Республика Танзания.

URT (2014). Национальная лесная политика (проект) .Объединенная Республика Танзания.

URT (2015a). Проект национальной энергетической политики . Объединенная Республика Танзания.

URT (2015b). Национальная энергетическая политика . Объединенная Республика Танзания.

URT (2016a). Национальный пятилетний план развития на 2016 / 17–2020 / 21 . Объединенная Республика Танзания.

URT (2016b). Национальная земельная политика (проект) . Объединенная Республика Танзания.

URT (2016c). Национальная экологическая политика (проект) .Объединенная Республика Танзания.

Уоткисс П., Даунинг Т., Дисински Дж., Пай С., Сэвидж М., Гудвин Дж. И др. (2011). Экономика изменения климата в Объединенной Республике Танзании . Отчет перед группой партнеров по развитию и Министерством международного развития Великобритании.

Уотсон, Р. Т., Нобл, И. Р., Болин, Б., Равиндранат, Н. Х., Верардо, Д. Дж., И Доккен, Д. Дж. (2000). Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство . Кембридж: Издательство Кембриджского университета.

Google Scholar

Уиллкок, С. Л., Филлипс, О. Л., Платтс, П. Дж., Светнам, Р. Д., Балмфорд, А., Берджесс, Н. Д. и др. (2016). Изменение земного покрова и выбросы углерода за 100 лет в горячей точке биоразнообразия Африки. Glob. Сменить Биол. 22, 2633–2956. DOI: 10.1111 / gcb.13218

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Woolen, E., Ryan, C., Baumert, S., Vollmer, F., Grundy, I., Fisher, J., et al. (2016). Производство древесного угля в лесах Мопане в Мозамбике: каковы компромиссы с другими экосистемными услугами? Philos.Пер. R. Soc. В 371: 20150315. DOI: 10.1098 / rstb.2015.0315

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Всемирный банк (2009 г.). Экологический кризис или возможность устойчивого развития? Преобразование древесного угля в Танзании . Примечание о политике. Отдел окружающей среды и природных ресурсов Африканского региона.

Янов Д. (2007). «Качественно-интерпретирующие методы в исследовании политики», в справочнике по анализу государственной политики: теория, политика и методы , ред. Ф.Фишер, Г. Дж. Миллер и М. С. Сидн (Бока-Ратон, Флорида: CRC Press), 405–416.

Google Scholar

Зулу, Л. К., Ричардсон, Р. Б. (2013). Древесный уголь, средства к существованию и сокращение бедности: данные из Африки к югу от Сахары. Energy Sus. Dev. 17, 127–137. DOI: 10.1016 / j.esd.2012.07.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Производство древесного угля — Appropedia: Вики по вопросам устойчивости

В этой статье рассказывается о производстве древесного угля .Существует несколько методов обработки древесных остатков, чтобы сделать их более чистыми и простыми в использовании, а также их легче транспортировать. Наиболее распространено производство древесного угля.

Здесь стоит упомянуть, что преобразование древесного топлива в древесный уголь не увеличивает энергосодержание топлива — фактически, энергосодержание снижается. Древесный уголь часто производится в сельской местности и перевозится для использования в городских районах.

Температура пиролиза, по-видимому, является решающим фактором, определяющим выход полукокса отвыход энергии (компромисс). Разрабатываются установки гибкого пиролиза, которые могут быть настроены либо на выход угля, либо на выход газификации. Сухая биомасса может быть подвергнута пиролизу при нормальном атмосферном давлении. Для влажной биомассы может потребоваться пиролиз при более высоком давлении («сверхкритическом»), что потребует более сложной технической установки.

Когда в качестве сырья используются большие куски древесины, древесный уголь может потребоваться измельчить перед использованием (будьте осторожны: взрыв угольной пыли!). Многие виды сельскохозяйственного сырья и опавшие листья не нужно измельчать в порошок, но они сами легко развалятся на более мелкие кусочки.Для получения информации о мелкомасштабном садоводстве, пожалуйста, обратитесь к FAQ по садоводству с помощью Biochar, отличному ресурсу.

Древесный уголь можно приготовить в различных печах.

Изображение 1: Традиционная земляная печь для производства древесного угля Изображение 2: Обжиговая печь на древесном угле, Кения © Heinz Muller / Practical Action Изображение 3 Улучшенная печь для обжига древесного угля найдена в Бразилии, Судане и Малави

Процесс можно описать, рассматривая процесс сгорания, рассмотренный выше. Древесина нагревается в отсутствие достаточного количества кислорода, что означает невозможность полного сгорания.Это позволяет происходить пиролизу, удаляя летучие газы и оставляя углерод или древесный уголь. Удаление влаги означает, что древесный уголь имеет гораздо более высокое удельное энергосодержание, чем древесина. Другие остатки биомассы, такие как стебли проса или кукурузные початки, также могут быть преобразованы в древесный уголь.

Древесный уголь производится в печи или яме. Типичная традиционная печь для обжига земли (см. Изображение 1) будет содержать топливо для карбонизации, которое складывается в стопку и покрывается слоем листьев и земли.После начала процесса сгорания печь герметизируют, и только после завершения процесса и охлаждения древесный уголь может быть удален.

Простое усовершенствование традиционной печи также показано на рисунке 3. Дымоход и воздуховоды были введены, что позволяет создать сложную систему циркуляции газа и тепла, и при очень небольших капитальных вложениях достигается значительное увеличение урожайности.

В традиционном британском методе использовался зажим, который сам по себе является относительно продвинутой печью, но ее можно построить на месте.По сути, это груда деревянных бревен (например, выдержанного дуба), прислоненная к дымоходу (бревна кладутся по кругу). Дымоход состоит из 4 деревянных кольев, удерживаемых веревкой. Бревна полностью засыпаны землей и соломой, поэтому воздух не проникает внутрь. Его нужно зажечь, заправив горящее топливо в дымоход; поленья горят очень медленно (холодный огонь) и превращаются в древесный уголь за 5 дней горения. Если почвенное покрытие порвалось (потрескалось) из-за пожара, на трещины закладывают дополнительный грунт.По окончании горения дымоход перекрывается для предотвращения попадания воздуха. [3] Современные методы используют герметичный металлический контейнер, так как за ним не нужно следить, чтобы огонь не пробил покрытие.

Самодельная печь для обжига древесного угля из масляного барабана

Можно сделать несколько (относительно недорогих) печей для обжига древесного угля, которые можно использовать для производства древесного угля / см. Проекты на Biochar-international стр. 1 и стр. 2. Для большинства из них требуются по крайней мере некоторые детали, которые нельзя найти в естественной среде (т. Е. металлические части).С другой стороны, такие детали обычно служат дольше и могут быть более эффективными. Также существуют очень простые конструкции, состоящие всего из нескольких металлических частей (например, 2 бочек), см. Низкотехнологичную печь для обжига в Лэнгли Исследовательского центра НАСА.

Технологические изыскания при производстве древесного угля: Патентное исследование

Автор

Перечислено:
  • Rodrigues, Thaisa
  • Брагини Джуниор, Альдо

Abstract

Древесный уголь — важный источник возобновляемой энергии, имеющий большое промышленное значение в качестве биотермо-восстановителя при производстве чугуна и стали.Чтобы повысить качество и выход древесного угля, необходимо вкладывать средства в постоянное улучшение обжиговых печей для карбонизации и в контроль процесса карбонизации. Однако исследований для характеристики технологий, используемых в настоящее время при производстве древесного угля, нет. Настоящая статья направлена ​​на восполнение этого пробела в исследованиях путем поиска патентных документов на печи, используемые во всем мире для производства древесного угля. В общей сложности было получено 172 патента на обжиговые печи для обугливания, большинство из которых содержат технологические усовершенствования.Особое внимание было уделено следующему: информация о конструкции печи, средствах механизации загрузки и разгрузки печи, повторном использовании газов и паров процесса карбонизации, управлении процессом карбонизации, быстрому охлаждении произведенного древесного угля, пока он еще находится. внутри печи и возможные преимущества применения таких технологий. Однако, несмотря на эти технологические достижения, большая часть производимого в мире древесного угля по-прежнему производится с использованием низкотехнологичных традиционных печей, что приводит к более низкому выходу и изменчивому качеству древесного угля.Также обсуждаются причины отсутствия консолидации в производственной среде технологий, предложенных патентами на печи, учитывая тот факт, что они могут повысить выход и качество древесного угля и, следовательно, снизить спрос на древесину.

Предлагаемое цитирование

  • Родригес, Таиса и Брагини Джуниор, Альдо, 2019. « Технологические изыскания при производстве древесного угля: Патентное исследование ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.111 (C), страницы 170-183.
  • Обозначение: RePEc: eee: rensus: v: 111: y: 2019: i: c: p: 170-183
    DOI: 10.1016 / j.rser.2019.04.080

    Скачать полный текст от издателя

    Поскольку доступ к этому документу ограничен, вы можете поискать его другую версию.

    Ссылки на IDEAS

    1. Мохаммад И. Джахирул и Мохаммад Г. Расул и Ашфак Ахмед Чоудхури и Нанджаппа Ашват, 2012 г. « Производство биотоплива путем пиролиза биомассы — технологический обзор », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol.5 (12), страницы 1-50, ноябрь.
    2. Суели Де Фатима де Оливейра Миранда Сантос и Кассиано Моро Пекарски и Касия Мария Ли Угая и Данило Баррос Донато и Альдо Брагини Хуниор и Антонио Карлос Де Франсиско и Ана Марсия Маседо Ладейра Ca, 2017. « Анализ жизненного цикла производства древесного угля в каменных печах с и без процесса карбонизации, сжигание образующегося газа », Устойчивое развитие, MDPI, Open Access Journal, vol. 9 (9), страницы 1-20, сентябрь.
    3. Адам, Дж.С., 2009. « Улучшенная и более безопасная для окружающей среды система производства древесного угля с использованием недорогой реторты-печи (эко-уголь) », Возобновляемая энергия, Elsevier, vol. 34 (8), страницы 1923-1925.
    4. Суопаярви, Ханну и Понграц, Ева и Фабрициус, Тимо, 2014. « Использование биовосстановителя в финском доменном производстве чугуна — Анализ потенциала сокращения выбросов CO2 и затрат на смягчение последствий », Прикладная энергия, Elsevier, т. 124 (C), страницы 82-93.
    5. Суопаярви, Ханну и Понграц, Ева и Фабрициус, Тимо, 2013.« Потенциал использования восстановителей на основе биомассы в доменной печи: обзор технологий термохимического преобразования и оценки, связанные с устойчивостью ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 25 (C), страницы 511-528.
    6. Peláez-Samaniego, M.R. & Garcia-Perez, M. & Cortez, L.B. И Розилло-Калле, Ф. и Меса, Дж., 2008. « Улучшения бразильской индустрии карбонизации как часть создания глобальной экономики биомассы », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.12 (4), страницы 1063-1086, май.
    Полные ссылки (включая те, которые не соответствуют элементам в IDEAS)

    Цитаты

    Цитаты извлекаются проектом CitEc, подпишитесь на его RSS-канал для этого элемента.


    Цитируется:

    1. Зола, Фернанда Кавиккьоли и Колменеро, Жоао Карлос и Арагао, Франциели Велозо и Родригес, Тайса и младший, Альдо Брагини, 2020. « Многокритериальная модель для выбора угольной печи ,» Энергия, Elsevier, т.190 (С).

    Самые популярные товары

    Это элементы, которые чаще всего цитируют те же работы, что и эта, и цитируются в тех же работах, что и эта.
    1. Suopajärvi, Hannu & Umeki, Kentaro & Mousa, Elsayed & Hedayati, Ali & Romar, Henrik & Kemppainen, Antti & Wang, Chuan & Phounglamcheik, Aekjuthon & Tuomikoski, Sari & Norberg, Nicklas & Andefors, 2018. « Использование биомассы в сталеплавильном производстве — Статус-кво, будущие потребности и сравнение с другими технологиями производства стали с низким содержанием CO2 », Прикладная энергия, Elsevier, т.213 (C), страницы 384-407.
    2. Зола, Фернанда Кавиккиоли и Колменеро, Жоао Карлос и Арагао, Франсили Велозо и Родригес, Тайса и младший, Альдо Брагини, 2020. « Многокритериальная модель для выбора угольной печи ,» Энергия, Elsevier, т. 190 (С).
    3. Abdul Quader, M. & Ahmed, Shamsuddin & Dawal, S.Z. & Нукман Ю., 2016. « Настоящие потребности, недавний прогресс и будущие тенденции в области энергоэффективного производства стали со сверхнизким содержанием двуокиси углерода (CO2) (ULCOS)». Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.55 (C), страницы 537-549.
    4. Перейра, Эмануэле Грасиоза и Мартинс, Марсио Аредес и Печенка, Ральф и Карнейро, Анджелика де Касия О., 2017. « Горелки пиролизных газов: устойчивость для комплексного производства древесного угля, тепла и электроэнергии ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 75 (C), страницы 592-600.
    5. Абоагье, Д., Банадда, Н., Киггунду, Н., Кабенге, И., 2017. « Оценка наличия отходов апельсиновой корки в Гане и потенциального выхода бионефти с использованием быстрого пиролиза ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.70 (C), страницы 814-821.
    6. Таккар, Джигнеш и Кумар, Амит и Гхатора, Соня и Кантер, Кристина, 2016. « Энергетический баланс и выбросы парниковых газов от производства и связывания древесного угля из сельскохозяйственных остатков ,» Возобновляемая энергия, Elsevier, vol. 94 (C), страницы 558-567.
    7. Taghizadeh-Alisaraei, Ahmad & Assar, Hossein Alizadeh & Ghobadian, Barat & Motevali, Ali, 2017. « Потенциал производства биотоплива из фисташковых отходов в Иране ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.72 (C), страницы 510-522.
    8. Кумар Н., Саси и Греков, Денис и Пре, Паскалин и Алаппат, Бабу Дж., 2020. « Микроволновый режим нагрева при приготовлении пористых углеродных материалов для адсорбции и накопления энергии — Обзор ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 124 (С).
    9. Маес, Воутер Х. и Вербист, Бруно, 2012. « Повышение устойчивости домашнего приготовления пищи в развивающихся странах: последствия для политики ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.16 (6), страницы 4204-4221.
    10. Zetterholm, J. & Ji, X. & Sundelin, B. & Martin, P.M. И Ван, К., 2017. « Динамическое моделирование печи горячего дутья ,» Прикладная энергия, Elsevier, т. 185 (P2), страницы 2142-2150.
    11. Фабиан Варгас, Армандо Перес и Рене Дельгадо, Эмилио Эрнандес и Хосе Алехандро Суастеги, 2019. « Анализ производительности двигателя с воспламенением от сжатия с использованием смеси биодизельного топлива Palm и дизельного топлива », Устойчивое развитие, MDPI, Open Access Journal, vol.11 (18), страницы 1-26, сентябрь.
    12. Невес, Ренато Крус и Кляйн, Бруно Коллинг и да Силва, Рикардо Жустино и Резенде, Милен Кристина Алвес Феррейра и Функе, Аксель и Оливарес-Гомес, Эдгардо и Бономи, Антонио и Масиэль-Филью, Рубенс, 2020. « Видение термохимических путей преобразования биомассы в жидкости (BTL) на интегрированных заводах по переработке сахарного тростника для производства топлива для биореактивных двигателей », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 119 (С).
    13. Джухара, Х.И Нанноу Т. И Ангилано, Л., Газаль, Х., Спенсер, Н., 2017. « Установка по переработке бытовых отходов на основе тепловых трубок для рекуперации энергии в домашних условиях ,» Энергия, Elsevier, т. 139 (C), страницы 1210-1230.
    14. Камель, Салах и Эль-Саттар, Хода Абд и Вера, Давид и Хурадо, Франциско, 2018. « Биоэнергетический потенциал из отходов сельского хозяйства для производства энергии в Египте », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 94 (C), страницы 28-37.
    15. Кавале, Харшал Д.И Кишор, Нанда, 2019. « Производство углеводородов из зеленых водорослей (Oscillatoria) с исследованием их топливных характеристик в различных реакционных атмосферах ,» Энергия, Elsevier, т. 178 (C), страницы 344-355.
    16. Суопаярви, Ханну и Понграц, Ева и Фабрициус, Тимо, 2013. « Потенциал использования восстановителей на основе биомассы в доменной печи: обзор технологий термохимического преобразования и оценки, связанные с устойчивостью ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.25 (C), страницы 511-528.
    17. М. Н. Уддин, Куаанан Течато и Джунтакан Тавикун, М. Д. Мофиджур Рахман, М. Г. Расул, Т. М. И. Махлия и С. М. Ашрафур, 2018. « Обзор последних разработок в технологиях пиролиза биомассы ,» Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 11 (11), страницы 1-24, ноябрь.
    18. Санчес М., Клиффорд Б. и Никсон Дж. Д., 2018. « Моделирование и оценка системы солнечного пиролиза ,» Возобновляемая энергия, Elsevier, vol.116 (PA), страницы 630-638.
    19. Сантос Далолиу, Фелипе и да Силва, Жадир Ногейра и Карнейру де Оливейра, Анджелика Касия и Феррейра Тиноко, Ильда де Фатима и Кристиам Барбоза, Рубен и Резенде, Майкл де Оливейра и Тейшейра Альбино, 2017. « Подстилка для домашней птицы как энергия биомассы: обзор и перспективы на будущее ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 76 (C), страницы 941-949.
    20. Самиран, Нор Афзанизам и Джафар, Мохаммад Назри Мохд и Нг, Джо-Хан и Лам, Су Шиунг и Чонг, Ченг Тунг, 2016.« Прогресс в технологии газификации биомассы — с акцентом на биомассу малайзийской пальмы для производства синтез-газа », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 62 (C), страницы 1047-1062.

    Исправления

    Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами. Вы можете помочь исправить ошибки и упущения. При запросе исправления укажите дескриптор этого элемента: RePEc: eee: rensus: v: 111: y: 2019: i: c: p: 170-183 .См. Общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.

    По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, названия, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь: (Haili He). Общие контактные данные поставщика: http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/600126/description#description .

    Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь.Это позволяет связать ваш профиль с этим элементом. Это также позволяет вам принимать потенциальные ссылки на этот элемент, в отношении которых мы не уверены.

    Если CitEc распознал ссылку, но не связал с ней элемент в RePEc, вы можете помочь с этой формой .

    Если вам известно об отсутствующих элементах, цитирующих этот элемент, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого элемента ссылки. Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле службы авторов RePEc, поскольку там могут быть некоторые цитаты, ожидающие подтверждения.

    Обратите внимание, что исправления могут занять пару недель, чтобы отфильтровать различные сервисы RePEc.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *