История человечества, как утверждают археологи, насчитывает около трех миллионов лет. За этот срок человек одолел путь от примитивных деревянных и каменных орудий до компьютеров и космических кораблей, от первобытных костров до атомных электростанций. И на этом пути человеку не менее 500 000 лет сопутствует огонь, а следовательно, древесина. И хотя со временем ее значение для развития цивилизации стало снижаться, древесина и сегодня может в немалой степени содействовать прогрессу.

«Деревянный» огонь

У прекрасной древнегреческой легенды о Прометее, принесшем людям огонь с Олимпа, есть аналоги в мифах многих других народов, что неудивительно. Ведь первый огонь появился у человечества, так сказать, в готовом виде — от удара, например, молнии в сухое дерево, или от вулканической лавы, или, скажем, от самовозгоревшегося торфа. И лишь существенно позже люди научились добывать огонь сами.

Каким именно способом они это поначалу делали — высеканием искр при ударе камня о камень или трением одна о другую сухих деревяшек, — достоверно не известно, но в любом случае первый огонь наверняка был «деревянным». Горела и несла тепло людям древесина, и именно дрова положили начало будущему техническому прогрессу.

Перекочевав впоследствии в простейший, сложенный из камней очаг, а затем в печь —  сначала в глинобитную, а затем в кирпичную, дрова на протяжении многих тысячелетий оставались единственным источником тепловой энергии. Не обходились без них ни скромные деревенские бани, ни грандиозные купальные сооружения Древнего Рима, в том числе знаменитые термы Каракаллы, где одновременно могли принимать водные процедуры 2300 человек. Дровами топились и камины, и украшенные изразцами голландские печи, и «мастерицы на все руки» — знаменитые русские печи, которые и дом обогревали, и хлеб выпекали, и одежду сушили. А при необходимости служили даже домашней банькой: в ней, хоть и сгибаясь в три погибели и рискуя замазаться сажей от стенок, все же можно было помыться.

Но не только для бытовых нужд использовались дрова — они играли важнейшую роль во многих технологических процессах. Прежде всего — в металлургии, поскольку выплавка металла без них была так же невозможна, как без руды. Примечателен в этом отношении факт из весьма древней истории. Археологи установили, что около трех тысяч лет назад в Древнем Египте внезапно прекратилась выплавка меди. Заинтересовавшись причиной такого явления, они обнаружили, что примерно к этому времени в окрестностях крупного месторождения меди были полностью вырублены все пальмовые леса, в результате чего исчез получаемый из пальм древесный уголь. Из-за нехватки топлива плавильные печи гасли одна за другой, и в конце концов производство необходимого населению металла совсем заглохло.

Обратная этому ситуация сложилась в России в XVIII веке, когда она вышла на первое место в мире по выплавке чугуна, обогнав лидировавших до этого Англию и Швецию. К  концу века производство чугуна в России выросло, по сравнению с началом, более чем в 60 раз. Причиной тому были отнюдь не только богатства горных месторождений Урала и мастерство отечественных металлургов, но и неисчерпаемое количество древесного угля, производимого из древесины окрестных лесов. Ведь для выплавки одного пуда чугуна требовалось сжечь от трех до пяти пудов древесного угля, то есть 0,3—0,5 кубометра дров.

Крупными потребителями древесины были и солеварни: кубическая сажень, то есть почти 10 кубометров дров, требовалась для производства 30 пудов соли. Не могли работать без дров и гончарные мастерские, кирпичные, стекольные, сахарные и мыловаренные заводы, печи для выжигания известняка и т.п.

В XVIII веке на Западе появился в использовании каменный уголь, но и после этого пароходы и паровозы еще долго работали на древесном топливе. И только в начале XX века транспорт в значительной мере перешел на нефтепродукты, однако в России — во время гражданской войны — он все же работал в основном на дровах. На древесное топливо была переведена тогда и вся действовавшая в то время промышленность, а жилые дома отапливались только дровами. Аналогичное положение сложилось в нашей стране и во время Великой Отечественной войны, а в какой-то мере и после нее: на древесных чурках работали даже автомобили.

Древний человек поджигал костер либо высеканием искр из камня, либо трением одна о другую сухих деревяшек, но в любом случае горела и давала ему тепло древесина

Чтобы выплавить железо, древние египтяне использовали горн с мехами самой простейшей конструкции: в него они загружали руду

Древесное топливо — не только дрова

И все же в основном дрова утратили свое монопольное положение на топливном рынке еще в позапрошлом столетии, а в последнее время они вытесняются с него совсем, и не только каменным углем, но прежде всего нефтью и природным газом. Сегодня в мировом энергетическом балансе доля дров не превышает 3,5%, а в России — даже 1%. Это тем более примечательно, что еще в 1950 году она составляла 9%, а в 1913 году — и вовсе 21 %.

Есть, впрочем, и теперь государства, в которых дрова поныне — основной вид топлива. В странах Африки, например, на дрова идет 88% всей заготовленной древесины, в Южной Америке — 68%, а в Индии и Индонезии — 91 и 80% соответственно.

Вполне естественно, что и в этих странах, по мере развития в них газификации и электрификации, доля потребления дров будет сокращаться, а со временем достигнет обычного для индустриальных стран уровня в 3—5%. Но это вовсе не означает, что роль древесины в энергетике будет сведена к минимуму. Напротив: она может резко возрасти, хотя совсем в ином качестве.

Дело в том, что древесина, уступающая своим конкурентам в теплотворной способности, имеет перед ними весьма серьезное преимущество. Она — единственный на Земле возобновляемый источник энергии, тогда как ресурсы всех прочих видов топлива — нефти, газа, каменного угля — постоянно и неизбежно сокращаются.

Разведанные запасы нефти, например, могут быть, по оценкам экспертов, израсходованы еще до конца следующего столетия, природный газ — в течение 150 лет, а каменный уголь — в течение 350. И хотя в будущем могут быть открыты другие — пока неизвестные — месторождения, но рано или поздно будут исчерпаны и они. Тем более, что нефть широко используется не только как топливо, но и как технологическое сырье для получения многих ценных химических продуктов и что именно о ней еще в начале века Д.И.Менделеев сказал: «Нефть — не топливо. Топить можно и ассигнациями...»

Неудивительно, что сегодня крупнейшие нефтяные компании мира выделяют значительные средства для исследования альтернативных нефти и газу энергоносителей — прежде всего, солнечной энергии, а также древесной и растительной биомассы. Эксперты Мирового энергетического союза не предвидят технологического прорыва в этой области по крайней мере в ближайшие 10—15 лет, но по мере сокращения запасов нефти ситуация, безусловно, будет меняться.

Количество же древесины на Земле, как это ни удивительно, растет: общий годовой прирост в лесах планеты составляет в среднем 5,5 миллиарда кубометров, то есть примерно в 1,5 раза больше годового объема лесозаготовок. Это, однако, вовсе не означает безграничных возможностей при использовании древесины как топлива, поскольку спрос на пиломатериалы, древесные плиты, фанеру, целлюлозу и бумагу тоже увеличивается. И в перспективе, видимо, источником тепловой энергии станут уже не дрова, а разного рода отходы, образующиеся при заготовке и переработке древесины: сучья, ветки, верхушки деревьев, кора, опилки, куски дерева, горбыль, рейки и т.п.

Для их сжигания уже разработаны конструкции специальных топок, и в Швеции, например, на таком топливе сегодня работает более 200 районных теплоцентралей. А в США, по прогнозам специалистов, количество используемых в энергетике древесных отходов увеличится в ближайшие 30 лет не меньше чем в 2,5 раза.

Для удобства употребления таких отходов из них в ряде стран прессуют топливные брикеты, а с некоторых пор подобное производство стали налаживать и в России. Брикеты эти удобны по форме, хорошо горят, их плотность гораздо выше, чем у исходной биомассы, да и тепла они выделяют в 1,5 раза больше.

И все же основные перспективы применения древесины в качестве топлива связаны не с брикетами и не с дровами, а с переработкой древесной биомассы в жидкое и газообразное топливо. Накопленный в этой области опыт важен для этих перспектив ничуть не меньше, чем сам фактор восстановления лесных массивов.

Возвращение газогенератора

Еще в двадцатые годы порлого столетия в нашей стране появились первые автомобили, топливом для которых служили деревянные чурочки. В то время это было более чем актуально, поскольку с бензином дела обстояли из рук вон плохо, а лесов у нас было предостаточно. А уже в 30-х годах был налажен серийный выпуск таких автомашин и организовано несколько их автопробегов из Москвы: в Ленинград, Среднюю Азию и на Дальний Восток. Тем самым была убедительно доказана возможность успешной эксплуатации газогенераторных автомобилей как в летних, так и в зимних условиях.

В 1940 году в леспромхозах работало более 4000 газогенераторных автомобилей и тракторов, а во время Великой Отечественной войны к этому парку добавилась значительная часть машин, переведенных с жидкого топлива на древесное. Это позволило экономить бензин для нужд военной техники.

На древесных чурках работал и созданный в 1949 году первый в мире трелевочный трактор КТ-12. Мощность его была невелика — в два раза меньше, чем у современных «Жигулей», но, обладая очень неплохой проходимостью, он вполне успешно справлялся со своими обязанностями. В 1955 году на лесозаготовках работало более 20000 газогенераторных тракторов.

Трелевочный трактор КТ-12

Трелевочный трактор КТ-12

Однако эксплуатация и особенно техническое обслуживание газогенераторных машин были очень трудоемкими и весьма сложными. Узлы часто выходили из строя, а сам генератор довольно скоро требовал капитального ремонта. Да и чурочки для него годились не всякие: надо было подбирать и тип древесины, и ее влажность, и размеры чурочек. Куда проще было иметь дело с бензиновым или дизельным двигателем: заправил бак горючим — и никаких проблем. Поэтому в дальнейшем газогенераторные автомобили и тракторы распространения не получили, и их выпуск был прекращен.

Но самими газогенераторами специалисты занимаются до сих пор — как у нас, так и за рубежом. Правда, не теми, что устанавливаются на транспортных средствах, а другими — предназначенными главным образом для отопления помещений. Особенно нужны такие установки в сельских районах, расположенных вдали от магистральных газопроводов. В Бельгии, например, создана малогабаритная газогенераторная установка, способная обогревать помещение объемом до 200 кубометров, то есть площадью около 80 квадратных метров.

Разрабатываются конструкции газогенераторов и для промышленных целей, и в перспективе, по мнению американских специалистов, подобные установки станут широко использоваться в топочных устройствах производственных предприятий. И прежде всего тех, что связаны с переработкой древесины, а следовательно, с появлением большого количества древесных отходов.

Автомобиль на алкоголе

И все же генераторный газ — не самое выгодное топливо из древесины. Его теплотворная способность гораздо меньше, чем у каменного угля, природного газа и тем более нефти. И с этой точки зрения куда более эффективна переработка древесины не в газовое, а в жидкое топливо — этанол (этиловый спирт) и метанол (метиловый спирт). Теплотворная способность первого из них в 6 раз больше, чем у генераторного газа, а второго — в 4,5 раза. Есть у жидкого топлива и другие преимущества. Его, например, можно возить любым видом транспорта, тогда как генераторный газ приходится использовать там, где его производят, — на лесозаготовительном или лесоперерабатывающем предприятии.

И наконец, жидкое топливо из древесины существенно менее вредно с точки зрения экологии: содержание в выхлопе токсичных веществ снижается при его применении на 25%. А это особенно актуально сегодня, когда на дорогах нашей планеты курсирует более 6 миллиардов автомашин, выбрасывающих в атмосферу за час езды от 3 (легковые) до 7 (грузовые) килограммов окиси углерода и помимо того массу иных токсичных веществ: сернистый газ, окись азота, соединения свинца и т.п. Между тем мировой ежегодный выпуск автомобилей уже достиг 40 миллионов. Непрерывно растет и парк сельскохозяйственных и всякого рода дорожных машин, тоже работающих на двигателях внутреннего сгорания. Угроза задохнуться выхлопными газами становится для человечества все более реальной. И переход на топливо, при котором токсичность выхлопа снижается хотя бы на четверть, был бы весьма целесообразен. По мнению многих специалистов, спирты — сравнительно недорогие и экологически более безвредные — заменят со временем хоть частично горючее, получаемое из нефти.

С 1923 года и до конца 40-х годов ходили по нашит дорогам автомобили ГАЗ-42, топливом для которых служили деревянные чурочки. А вместо бензобака был ящик для них, расположенный между кузовом и кабиной — прямо за ее задним стеклом. Справа от этого ящика виден фильтр, а слева — газогенератор, перерабатывающий чурочки в газ для двигателя

Из древесины можно получать не только твердое топливо, но и жидкое, и газообразное

Метанол, который имеет еще одно название — древесный спирт, производят сухой перегонкой древесины с последующей ректификацией (очисткой), а этанол — при помощи гидролиза. Из тонны дерева можно при этом получить до 180 литров спирта и попутно ряд ценных продуктов: кормовые дрожжи, фурфурол, жидкую углекислоту, топливный лигнин и пр. В последние годы этанол широко применяется в Бразилии, где на нем работает уже несколько миллионов автомобилей. Производят его там из отходов сахарного тростника, бамбука, сорняковых кустарников и т.д. В нашей стране тоже разработаны интересные технологии получения жидкого горючего из древесины. Особенно значительной представляется разработка специалистов НПО «Энергомаш», которая позволяет получать из отходов лесозаготовок и лесопереработки диметиловый эфир. Теплотворная способность этого эффективного топлива на 48% выше, чем у метанола, и на 15% выше, чем у этанола, а по экологической безопасности он и вовсе превосходит все традиционные виды моторного топлива, полностью отвечая требованиям европейских стандартов. При разработке технологии его получения использован ряд новейших отечественных достижений науки и техники, в том числе в области ракетостроения.

«Энергетические» плантации

Особый интерес к древесине как к источнику энергии возник в конце 1970-х годов в результате очередного энергетического кризиса. Именно тогда начали всерьез изучать альтернативные нефти энергоносители, а в ряде стран занялись поиском эффективных технологий энергетического использования древесины. Но для внедрения этих технологий потребовалась бы мощная сырьевая база, и в США, например, в 1979 году была для этой цели разработана специальная программа. Она предусматривала создание так называемых «энергетических» плантаций с применением густой посадки быстрорастущих лиственных деревьев: тополя, эвкалипта, ольхи и т.п. По расчетам, предполагалось занять под эти плантации до 10% территории всей страны.

От традиционных лесонасаждений «энергетические» отличаются даже с виду: ведь обычно деревья отстоят одно от другого довольно далеко и вырастают до необходимых размеров в течение 30—80 лет. Размеры же деревьев, растущих на «энергетических» плантациях, никакой роли не играют, и потому их можно на одной и той же площади выращивать в гораздо большем количестве, а оборот вырубки сократить до 20 лет. Продуктивность биомассы растущих в таких условиях деревьев оказывается, по подсчетам американских лесоводов, в несколько раз больше, чем у обычных.

Так выглядят «энергетические» плантации

Первый опыт создания «энергетических» плантаций получен в Швеции, где для этих целей выделены переувлажненные и иные неудобные участки, непригодные для выращивания товарной древесины. Исследования показали, что при загущенной посадке, например, ольхи, ивы или березы можно всего лишь через три года снимать вполне сносный урожай древесины — до 10—15 тонн сухой биомассы с гектара. Такое количество позволяет сэкономить 4—5 кубометров нефти. Подсчитано, что, засадив такими плантациями примерно 7% территории Швеции, можно обеспечить 2/3 ее годовой потребности в энергии.

В России проблема «энергетических» плантаций пока не стоит. Образующиеся в процессе лесозаготовки и лесопереработки древесные отходы уже составляют достаточно мощную сырьевую базу для потребностей нашего энергетического хозяйства. Вот только наладить бы их тщательный сбор и утилизацию!

Греться у костра, слушать потрескивание его поленьев и любоваться постоянно меняющимся пламенем будут наверняка и самые отдаленные наши потомки

У камина в третьем тысячелетии

Экономический и технологический аспекты использования древесины не исчерпывают, однако, ее будущего. Ведь существует еще аспект сугубо психологический. И вряд ли наши потомки откажут себе в удовольствии погреться у костра на лесной опушке, приготовить на тлеющих древесных углях шашлык или просто посидеть у печки или камина, наблюдая за игрой огня и слушая веселое потрескивание дров. Не зря же в самых благоустроенных и дорогих коттеджах, оснащенных всякого рода автоматикой для поддержания постоянного уровня температуры и влажности, непременно находится место для традиционного камина.

Древесина и энергетика — эти понятия неразрывно связаны как в прошлом, так и в настоящем. И есть серьезные основания полагать, что в следующем тысячелетии древесина тоже будет играть в мировой энергетике весьма заметную роль.