Теплотворная способность деструктированной стволовой древесины ели Picea abies (L.)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Популярность биоэнергетики в свете развития зеленой экономики и стремления к достижению углеродной нейтральности производств возрастает. В связи с этим рассматриваются различные виды энергетического сырья, его свойства и возможности утилизации отходов. Цель исследования заключается в оценке теплотворной способности древесины ели, поврежденной дереворазрушающими грибами. Для измерения теплотворной способности стволовой древесины ели применяли автоматизированный бомбовый калориметр АБК-1В. Отдельно из древесины, коры и сучков прессовали пеллеты, высушивали их в сушильном шкафу при температуре 105 °С. Пеллеты сжигали в абсолютно сухом состоянии. Массу золы определяли как разницу между массой тигеля с остатками после сжигания образца в калориметрической бомбе и массой пустого тигеля. Теплотворная способность здоровой древесины ели составляет 20 180–20 232 Дж/г. В поперечном сечении ствола ели теплотворная способность изменяется в диапазоне от 18 900 до 21 700 Дж/г. Наименьшие значения характерны для предраневой зоны деструктированной древесины. Древесина, поврежденная коррозионной гнилью, отличается меньшей теплоемкостью по сравнению со здоровой на 1,5–6,2 % (18 926–19 868 Дж/г). Теплотворная способность древесины, поврежденной деструктивной гнилью, превышает показатель для здоровой древесины на 1,5–10,5 % (20 487–22 301 Дж/г). С увеличением стадии деструктивной гнили древесины ели ее теплотворная способность возрастает. Теплотворную способность пеллет из деструктированной древесины ели можно оценить по внешнему виду. Желтая и пестрая окраска прессованного сырья указывают на значимо меньшую теплотворную способность по сравнению с пеллетами бурого и оранжевого цветов. Зольность деструктированной древесины разных типов находится на одном уровне. Зольность древесины, поврежденной коррозионной гнилью 3-й стадии, значимо больше, чем у здоровой древесины и древесины предшествующих стадий разложения на 96–129 %. У коры поврежденных гнилью стволов ели теплотворная способность находится на уровне теплотворной способности здоровой древесины, а зольность выше в 3 раза. У сучка теплотворная способность больше показателя здоровой древесины на 7 %, а зольность остается на одном уровне.

Об авторах

О. Н Тюкавина

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

Email: o.tukavina@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4024-6833
ResearcherId: H-2336-2019
д-р с.-х. наук, доц. Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002

С. А Васькин

Филиал ФБУ «Рослесозащита» – «Центр защиты леса Архангельской области»

Email: serzh.vaskin.2015@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-6160-5140
ResearcherId: AHB-7358-2022
канд. с.-х. наук, вед. инженер ул. Никитова, д. 13, г. Архангельск, Россия, 163062

Д. Ю Корепин

Филиал ФБУ «Рослесозащита» – «Центр защиты леса Архангельской области»

Email: korepin.mitya@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0003-0063-3879
ResearcherId: KYR-2226-2024
инженер ул. Никитова, д. 13, г. Архангельск, Россия, 163062

П. А Феклистов

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАН

Email: pfeklistov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8226-893X
ResearcherId: AAC-2377-2020
д-р с.-х. наук, проф. Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики им. академика Н.П. Лавёрова УрО РАН, просп. Никольский, д. 20, г. Архангельск, Россия, 163020

В. И Мелехов

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова

Email: v.melekhov@narfu.ru
ORCID iD: 0000-0002-2583-3012
ResearcherId: Q-1051-2019
д-р техн. наук, проф. Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002

С. С Макаров

Российский государственный аграрный университет – Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева

Email: s.makarov@rgau-msha.ru
ORCID iD: 0000-0003-0564-8888
ResearcherId: AAK-9829-2021
д-р с.-х. наук ул. Тимирязевская, д. 49, Москва, Россия, 127550

Список литературы

  1. Доклад. Состояние и охрана окружающей среды Архангельской области за 2023 год / отв. ред. Э.В. Шашин. Архангельск: 2024. 505 с. Report: Environmental Status and Protection in the Arkhangelsk Region in 2023. Ed. by E.V. Shashin. Arkhangelsk, 2024. 505 p. (In Russ.).
  2. Коптев С.В. Фаутность северотаежных ельников // Изв. вузов. Лесн. журн. 1992. № 2. С. 20–26. Koptev S.V. Fautiness of North Taiga Spruce Forests. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 1992, no. 2, pp. 20–26. (In Russ.)
  3. Кулак М.И., Федоренчик А.С, Леонов Е.А. Прогнозирование хранения запасов топлива в условиях лесоэнергетических терминалов // Наука и инновации. 2012. № 7(113). С. 69–72. Kulak M.I., Fedorenchik A.S., Leonov E.A. Forecasting the Storage of Fuel Reserves in Forest Energy Terminals. Nauka i innovatsii = Science and Innovations, 2012, no. 7(113), pp. 69–72. (In Russ.).
  4. Лебедев А.В., Иванова Э.А. Патология ели в древостоях разного состава // Изв. вузов. Лесн. журн. 2001. № 3. С. 47–50. Lebedev A.V., Ivanova E.A. Spruce Pathology in the Stands of Different Composition. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2001, no. 3, pp. 47–50. (In Russ.).
  5. Леонов Е.А., Клоков Д.В., Гарабажиу А.А., Духовник А.А. Влияние сроков хранения древесного сырья и топливной щепы на их теплотворную способность // Тр. БГТУ. 2020. Сер. 1, № 2. С. 186–191. Leonov E.A., Klokov D.V., Garabazhiu A.A., Dukhovnik A.A. Influence of the Wood Raw Materials and Fuel Chips Storage Terms on Their Heating Ability. Trudy BGTU = Proceedings of BSTU, 2020, series 1, no. 2, pp. 186–191. (In Russ.).
  6. Остроухова Л.А., Федорова Т.Е., Онучина Н.А., Левчук А.А., Бабкин В.А. Определение количественного содержания экстрактивных веществ из древесины, корней и коры деревьев хвойных видов сибири: лиственницы (Larix sibirica L.), сосны (Pinus sylvestris L.), пихты (Abies sibirica L), ели (Picea obovata L.) и кедра (Pinus sibirica Du Tour.) // Химия растит. сырья. 2018. № 4. С. 185–195. Ostroukhova L.A., Fedorova T.E., Onuchina N.A., Levchuk A.A., Babkin V.A. Determination of the Quantitative Content of Extractives from Wood, Roots and Bark of Coniferous Trees in Siberia: Larch (Larix sibirica L.), Pines (Pinus sylvestris L.), Fir (Abies sibirica L), Spruce (Picea obovata L.) and Cedar (Pinus sibirica Du Tour.). Khimija Rastitel’nogo Syr’ja, 2018, no. 4, pp. 185–195. (In Russ.). https://doi.org/10.14258/jcprm.2018044245
  7. Рипачек В. Биология дереворазрушающих грибов. М.: Лесн. пром-сть, 1967. 276 с. Ripachek V. Biology of Wood-Destroying Fungi. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1967. 276 p. (In Russ.).
  8. Серков Б.Б., Сивенков А.Б., Тхань Б.Д., Асеева Р.М. Тепловыделение при горении древесины // Лесн. вестн. 2003. № 5. С. 74–79. Serkov B.B., Sivenkov A.B., Than’ B.D., Aseeva R.M. Heat Release during Wood Combustion. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin, 2003, no. 5, pp. 74–79. (In Russ.).
  9. Стороженко В.Г. Состояние и пораженность дереворазрушающими грибами коренных ельников подзоны северной тайги // Тр. КарНЦ РАН. 2013. № 6. С. 153–158. Storozhenko V.G. The Condition and Scope of Damage by Wood-Attacking Fungi in North Taiga Pristine Spruce Forests. Trudy Karel’skogo nauchnogo tsentra Rossijskoj akademii nauk = Proceedings of the Karelian Research Centre of the Russian Academy of Sciences, 2013, no. 6. pp. 153–158. (In Russ.).
  10. Стороженко В.Г., Засадная В.А. Структура древесного отпада девственных ельников северной и южной тайги Европейской части России // Сиб. лесн. журн. 2019. № 2. С. 64–73. Storozhenko V.G., Zasadnaya V.A. Structure of Woody Debris of Virgin Spruce Forests of the Northern and Southern Taiga in the European Part of Russia. Sibirskij lesnoj zhurnal = Siberian Journal Forest Science, 2019, no. 2, pp. 64–73. (In Russ.). https://doi.org/10.15372/SJFS20190206
  11. Тюкавина О.Н. Направления использования сосновых горельников // Лесная наука современности: материалы VI Мелеховских науч. чтений, посвящ. 115-летию со дня рождения выдающегося ученого-лесовода, акад. Ивана Степановича Мелехова. Архангельск: САФУ, 2020. С. 62–69. Tyukavina O.N. Directions for the Use of Pine Burnt Wood. Modern Forest Science: Proceedings of the VI Melekhov Scientific Readings Dedicated to the 115th Anniversary of the Birth of the Outstanding Scientist-Forester, Academician Ivan Stepanovich Melekhov. Arkhangelsk, Northern (Arctic) Federal University Publ., 2020, pp. 62–69. (In Russ.).
  12. Тюкавина О.Н., Клевцов Д.Н., Мелехов В.И., Неверов Н.А. Теплотворная способность фракций надземной фитомассы культур сосны обыкновенной в условиях Северо-таежного лесного района // Лесн. вестн. / Forestry Bulletin. 2024. Т. 28, № 2. С. 27–33. Tyukavina O.N., Klevtsov D.N., Melekhov V.I., Neverov N.A. Calorific Value of Aerial Phytomass Fractions of Scots Pine in North Taiga Forest Region. Lesnoy vestnik = Forestry Bulletin, 2024, vol. 28, no. 2, pp. 27–33. (In Russ.). https://doi.org/10.18698/2542-1468-2024-2-27-33
  13. Тюкавина О.Н., Корепин Д.Ю. Теплотворная способность стволов ели при поражении их еловой губкой // Леса России: политика, промышленность, наука, образование: материалы IX Всерос. науч.-техн. конф. СПб.: СПбГЛТУ, 2024. С. 210–212. Tyukavina O.N., Korepin D.Yu. Calorific Value of Spruce Trunks when They are Affected by a Spruce Sponge. Forests of Russia: Politics, Industry, Science, Education: Proceedings of the IX All-Russian Scientific and Technical Conference. St. Petersburg, St. Petersburg State Forestry University Publ., 2024, pp. 210–212. (In Russ.).
  14. Тюкавина О.Н., Кунников Ф.А., Кошелева А.Е. Влияние гнили на распределение минеральных элементов в древесине тополя бальзамического // Изв. С.-Петерб. лесотехн. акад. 2016. № 214. С. 105–119. Tyukavina O.N., Kunnikov F.A., Kosheleva A.E. The Influence of Rot on the Distribution of Mineral Elements in Balsam Poplar Wood. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii, 2016, no. 214, pp. 105–119. (In Russ.).
  15. Apraku S.E., Shen Y. Biomass Pellet Fuel Production and Utilization in Ghana: A Review. ACS Sustainable Resource Management, 2024, vol.1, iss. 4, pp. 586–603. https://doi.org/10.1021/acssusresmgt.3c00121
  16. Gendek A., Aniszewska M., Owoc D., Tamelová B., Malaťák J., Velebil J., Krilek J. Physico-Mechanical and Energy Properties of Pellets Made from Ground Walnut Shells, Coniferous Tree Cones and Their Mixtures. Renewable Energy, 2023, vol. 122, pp. 248–258. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.04.122
  17. Gendek A., Piętka J., Aniszewska M., Malaťák J., Velebil J., Tamelová B., Krilek J.., Moskalik T. Energy Value of Silver Fir (Abies alba) and Norway Spruce (Picea abies) Wood Depending on the Degree of its Decomposition by Selected Fungal Species. Renewable Energy, 2023, vol. 215, art. no. 118948. https://doi.org/10.1016/j.renene.2023.118948
  18. Gonçalves A.C., Malico I., Sousa A.M.O. Energy Production from Forest Biomass: An Overview. Forest Biomass – From Trees to Energy, IntechOpen, 2021, pp. 1–23. https://doi.org/10.5772/intechopen.93361
  19. Sui H., Chen J., Cheng W., Zhu Y., Zhang W., Hu J., Jiang H., Shao J., Chen H. Effect of Oxidative Torrefaction on Fuel and Pelletizing Properties of Agricultural Biomass in Comparison with Non-Oxidative Torrefaction. Renewable Energy, 2024, vol. 226, art. no. 120423. https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.120423
  20. He H., Wang W., Sun Y., Sun W., Wu K. From Raw Material Powder to Solid Fuel Pellet: A State-of-the-Art Review of Biomass Densification. Biomass and Bioenergy, 2024, vol. 186, art. no. 107271. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2024.107271
  21. Krajnc N. Wood Fuels Handbook. Pristina, Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2015. 31 p.
  22. Librenti I., Ceotto E., Di Candilo M. Biomass Characteristics and Energy Contents of Dedicated Lignocellulose Crops. Proceedings of the Third International Symposium on Energy from Biomass and Waste. Italy, Venice, 2010. 8 p.
  23. Nasser R.A., Aref I.M. Fuelwood Characteristics of Six Acacia Species Growing Wild in the Southwest of Saudi Arabia as Affected by Geographical Location. BioResources, 2014, vol. 9, iss. 1, pp. 1212–1224. https://doi.org/10.15376/biores.9.1.1212-1224
  24. Petráš R., Mecko J., Kukla J., Kuklová M., Krupová D., Pástor M., Raček M., Pivková I. Energy Stored in Above-Ground Biomass Fractions and Model Trees of the Main Coniferous Woody Plants. Sustainability, 2021, vol. 13, no. 22, art. no. 12686. https://doi.org/10.3390/su132212686
  25. Piętka J., Gendek A., Malaťák J., Velebil J., Moskalik T. Effects of Selected White-Rot Fungi on the Calorific Value of Beech Wood (Fagus sylvatica L.). Biomass and Bioenergy, 2019, vol. 127, art. no. 105290. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2019.105290
  26. Zeng W.-s., Tang S.-z., Xiao Q.-h. Calorific Values and Ash Contents of Different Parts of Masson Pine Trees in Southern China. Journal of Forestry Research, 2014, vol. 25, pр. 779−786. https://doi.org/10.1007/s11676-014-0525-3

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).