Из всех природных энергетических ресурсов лес, пожалуй, играл главную роль в становлении и развитии нашей цивилизации. Даже сейчас, в век НТР и атомной энергетики, 47% заготавливаемой в мире древесины сжигается в качестве топлива, что заменяет 1 млрд т нефти.
Но сжигание дров – далеко не самый эффективный способ получения энергии из древесины. Об этом знали еще наши предки, пережигавшие дрова и древесные отходы для получения древесного угля.
Впрочем, уголь жгли не только в быту. По-настоящему широкое использование его, как топлива, горящего без пламени и дыма, началось с появлением металлургии.
Свойства древесного угля зависят от текстуры древесины, из которой он получен. Уголь из определенных пород деревьев (дуб, арча) ценился выше, чем из других. По-видимому, древние металлурги хорошо знали, какие породы деревьев, какого возраста, из каких мест произрастания требовались для выжигания угля, необходимого для выплавки высококачественной стали. Не в этом ли заключен до сих пор не разгаданный секрет булатной оружейной стали?
Ради получения древесного угля сводились леса на огромных площадях. «Лес предшествовал человеку, пустыня следовала за ним», – заметил французский мыслитель Ф.Шатобриан. Многотысячелетняя история цивилизаций Востока – история обезлесения гор и предгорий Передней и Средней Азии. По свидетельству арабских и других историков густые арчовые, фисташковые, кленовые леса покрывали склоны предгорий и гор Копетдага, Тянь-Шаня, Памира. Сейчас, глядя на безлесные горы трудно представить, что здесь когда-то шумели густые леса, в которых Александр Македонский, по свидетельству К.Руфа и А.Арристовула, устраивал охоту на львов и «других благородных зверей». Еще в XIX в. А.Ф. Миддендорф и А.П. Федченко встречали густые фисташковые и арчовые леса в верховьях Заравшана, от которых к настоящему времени осталась лишь кустарниковая растительность. Арча – среднеазиатская разновидность можжевельника, живущая до 2000 лет. Теперь она сохранилась лишь в немногих местах, в наиболее труднодоступных и малопроходимых ущельях.
Широко применялось углежжение и в России – вплоть до 30-х гг. XX в. В числе зимних отхожих промыслов оно было составной частью уклада русского крестьянина. Двухметровые ямы, в которых выжигался уголь, до сих пор встречаются в долине р. Малая Истра в Московской области.
Со временем ямное углежжение сменилось костровым, а затем и печным. При последнем стало возможным получение и других продуктов сухой перегонки древесины – различных смол, древесного уксуса, спирта и т.д.
Советская металлургическая промышленность на Южном Урале в начале 30-х гг. ощущала дефицит коксующихся углей. В 1933 г. здесь была пущена непрерывно действующая углевыжигательная печь. В сутки она пережигала свыше 80 м3 дров, из которых выходило 7,4 т угля, если дрова были из хвойных пород, и 8,8 т – из березовых дров. Печь эта эксплуатируется в отечественной металлургии до сих пор. Промышленные масштабы приобрело углежжение и в странах Запада, особенно в США.
Сейчас производство древесного угля всюду сокращается. Значение его как топлива практически сошло на нет. Используется оно для производства электроугольных изделий, дымного пороха, антикоррозийных порошков, различных ферросплавов.
Однако в ряде стран в последнее время вновь возрос интерес к энергии, получаемой от переработки древесных отходов и фитомассы (пока для получения энергии человечество использует в основном стволовую древесину). В США подсчитали, что стоимость такой энергии составляет всего 25–30 долларов за тонну условного топлива, в то время как стоимость энергии, получаемой при сжигании угля, – 50–60, а нефти – 150–160 долларов.
Из лесных отходов можно даже получать органические соединения, аналогичные тем, что содержатся в нефти, и газообразное топливо. В штате Орегон (США) построен завод по выпуску «нефти» из древесной щепы. Из одной тонны сырья, влажностью не более 4% термохимической обработкой здесь получают до 300 кг «нефти». Лесодобывающая промышленность Великобритании использует энергоустановки, тоже работающие на древесных отходах. КПД таких паровых мини-двигателей (до 65%) мощностью около 5 кВт делает их вполне конкурентоспособными с дизелями или электродвигателями.
В Италии идет усиленный поиск культур, которые обеспечивали бы наивысший ежегодный прирост фитомассы. Среди них некоторые сорта ивы, тополя, дающие годовой прирост до 60 м3 древесины на 1 га. По-видимому, недалеко то время, когда будут создаваться энергетические плантации из таких пород, способные в максимальной степени аккумулировать в процессе фотосинтеза солнечную энергию.
Широкое внедрение в практику отечественного лесного хозяйства работающих на отходах леса небольших и мобильных ретортных установок и печей для получения древесного угля, смолы и горючих газов не потребует крупных ассигнований, долгостроя. Они не будут угрожать человечеству экологическими катастрофами. Реализовать такую «малую» энергетическую программу могли бы лесные кооператоры, работающие в условиях долгосрочной аренды и самоокупаемости. При таком эколого-энергетическом лесопользовании древесные отходы и опад фитомассы могут стать дополнительным источником энергии, особенно в регионах, удаленных от энергосистем страны.
Ценность представляют не только энергетические свойства древесного угля. Высокая пористость, а значит и большая удельная поверхность, определяет его выраженную адсорбционную способность. Пористость угля полученного, к примеру, из осины и тополя, составляет 70%, тогда как у кокса – только 37–57%. Еще в прошлом древесный уголь применяли для очистки вод от органических примесей. И сейчас еще многие водоочистные станции используют для дезодорации воды активированный уголь. Но для очистки современных промышленных стоков и сточных вод уголь используют мало – в первую очередь из-за его нехватки. Между тем, интенсивнее всего поглощаются углем газы, наиболее растворимые в воде, а значит, и сильнее ее загрязняющие. Не следует ли сейчас, в связи с обострением экологических проблем, расширить использование древесного угля для очистки загрязненных вод? Пока же ежегодно свыше 60 млн т древесных отходов, которые могли бы быть переработаны в вещество для очистки воды, сами создают реальную угрозу органического загрязнения наших рек и озер.
