Инновационный потенциал торфяной отрасли Тверской области

В.И. Суворов, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой геологии, переработки торфа и сапропеля Тверского государственного технического университета

          Среди природных ресурсов, требующих комплексного подхода к изучению и освоению, торф и сапропель занимают особое место по разнообразию состава и свойств, наличию широкого класса химических веществ и соединений, что позволяет получать много различных видов продукции на их основе.
Широкая география торфяных и сапропелевых месторождений, сравнительно высокая степень доступности, экологическая чистота и ценность таких ресурсов являются побудительными мотивами повышенного интереса к их освоению во многих регионах страны и за её пределами. Поэтому одним из главных компонентов формирования технологической и инвестиционной региональной политики является комплексное и эффективное использование торфяных и сапропелевых ресурсов, перевод торфяной отрасли из добывающей в добывающе-перерабатывающую.
В центральном экономическом районе Тверская область занимает ведущие позиции по данным видам сырьевых ресурсов. В области насчитывается 2660 (20,5 %) торфяных месторождений общей площадью в границах промышленной залежи 522,5 тыс. га (37,6 %) и запасами торфа 2182,8 млн. т (43,7 %) влажностью 40 %.
            Из этих месторождений 1458 относятся к следующим категориям:
    - эксплуатируемые – 103 шт., 44,1 тыс. га, 186 млн. т;
    - резервные – 288 шт., 68,8 тыс. га, 270 млн. т;
    - перспективные – 1067 шт., 103,7 тыс. га, 377 млн. т.
            По типам торфа в области насчитывается:
    - 753 верховых месторождения площадью 289,1 тыс. га и промышленными запасами 1278 млн. т;
    - 329 переходных (31,5 тыс. га, 116 млн. т);
    - 1544 низинных (169,8 тыс. га, 654 млн. т);
    - 34 смешанных (31,8 тыс. га, 134 млн. т).
           Общие запасы данных отложений озер оцениваются (с разной степенью детальности) в 1,2 млрд. т сапропелевого сырья при влажности 60 %. Прогнозные запасы озерного сапропеля 4 млрд. м3. Наибольшие запасы выявлены в северо-западном (28,2 %) и западном (46,4 %) районах области.
        Такой значительный сырьевой потенциал требует разработки научно-обоснованных подходов к решению задач по их вовлечению в активный хозяйственный оборот по целому ряду приоритетных направлений, отвечающих требованиям инновационной привлекательности и устойчивости развития на ближайшую и длительную перспективы.
        Базовой основой формирования нового технологического уклада, придания торфяной отрасли «локомотивной» роли в региональной политике является научно-технический потенциал высшей школы, которая призвана обеспечить опережающие темпы технологических разработок, исследований фундаментального и прикладного уровней, вести целевую подготовку инженерных кадров для организаций различных форм собственности, специализирующихся в товаропроизводящей сфере производства.
        Тверская область является практически единственным регионом России, располагающим и сохраняющим научно-производственный, информационный, кадровый потенциалы, позволяющие решать любые задачи в области добычи и переработки торфа и сапропеля, готовящий специалистов такого профиля. Свидетельством такой сложившейся уникальности является, в частности, востребованность научных, технических и технологических разработок, предложения о сотрудничестве с нашими учеными и специалистами, поступающими из многих регионов не только России. Такие контакты инициируются административными органами управления, объединениями, отдельными организациями Великого Новгорода, Санкт-Петербурга, Нижневартовска, Сургута, Омска, Челябинска, Калининграда, Биробиджана, Москвы, Нижнего Новгорода, Томска, Ижевска и многих других городов и регионов.
        Значительную роль в повышении рейтинга Тверской области играют ежегодные научно-производственные конференции, инвестиционные форумы, рекламно-информационная деятельность, участие наших ученых и специалистов в федеральных, отраслевых научно-технических программах и т.п.
            Закрепление и развитие статуса Твери как одного из ведущих регионов России в области торфяного производства требует проведения скоординированной политики администрации, различных комитетов, вузов, производственных объединений в организационном, финансовом, кадровом, материально-техническом плане.
            Анализ отечественной и зарубежной информации показывает, что приоритетными направлениями использования таких природных ресурсов, как торф и сапропель являются следующие.
           Топливно-энергетический комплекс. В рамках этого приоритета значительное внимание уделяется производству местного коммунально-бытового топлива (КБТ) для объектов малой теплоэнергетики, соцкультбыта, населения, особенно в сельской местности. Основой для развития таких производств являются новые технологические разработки, технические решения, выполненные за последние годы вузовской наукой и специалистами ряда отраслей промышленности.
           С учетом непрерывного роста цен на традиционные виды топлив, которые ввозятся в Тверскую область в значительных объемах, вполне уверенно можно прогнозировать повышенный интерес к производству КБТ из местного сырья, прежде всего, торфа и отходов дерево- и льнопереработки, нефтемаслопродуктов, угольной мелочи и т.п. Сегмент рынка КБТ из такого сырья не подвержен серьезной конкуренции, прежде всего, по цене. Высокое качество новых видов КБТ обеспечивается за счет перехода от полевых к цеховым условиям его производства, а также использования различных способов модифицирования сырья.
           В равной мере это относится как к технологиям получения формованного (кускового), так и прессованного (брикетного) топлива. При этом существенно упрощаются технологии добычи торфа, снижается потребность в подготовке полей для добычи и сушки торфа в полевых условиях, складирования, хранения и транспортировки продукции, зависимость от погодных условий, пожароопасность и т.п. В ряде случаев такие технологии могут быть сведены к маломасштабной добыче торфа экскаваторным способом или фрезерного торфа повышенной влажности. Следовательно, размер капитальных вложений существенно снижается, а инвестиционная привлекательность таких проектов возрастает.
           Предлагаемые проекты производства КБТ на основе торфа, различных отходов разнообразны, поэтому, с учетом реальной ситуации по наличию тех или иных сырьевых компонентов, их объемам, доступности, качеству они легко адаптируются для конкретных территорий, составу потребителей.
            Важно отметить, что реализация новых технологий позволяет решать и ряд иных задач социально-экономического и экологического плана:
    • поэтапная замена привозного топлива на местное;
   • снижение техногенной нагрузки на окружающую среду путем утилизации отходов и снижения вредных выбросов при сжигании топлива;
    • организация новых рабочих мест;
    • формирование замкнутых финансовых потоков;
    • снижение стоимости 1 Гкал в 1,5-2 раза (по сравнению с углем).
        Значительный интерес представляют разработки по низкотемпературной газификации торфа, получению жидкого топлива деструктивногидрогенизационным способом (непиролизная технология). Последнее позволяет использовать получаемый экологически безопасный жидкий продукт в котельных установках, работающих на печном топливе или мазуте.
        Агропромышленный комплекс. Основные усилия ученых и специалистов, работающих в этом направлении, сосредоточены на решение проблем получения новых, высокоэффективных дифференцированных удобрительных составов, мелиорантов, гранулированных удобрений, раскислителей, мульчи, а также питательных грунтов, различных подкормок растений и т.п. на основе торфа и сапропеля, отходов животноводства и птицеводства. Отличительными особенностями технологий производства таких видов продукции является сравнительно небольшие объемы выпуска продукции, цеховые условия производства, сезонные колебания спроса на рынках потребления, которые ориентированы, в основном, на частный сектор и небольшие агропромышленные предприятия. Эти обстоятельства, а также конкуренция производителей такой продукции накладывают определенные условия на качество продукции, экономические показатели работы малого бизнеса.
        Все это, безусловно, влияет и на технологию добычи торфяного сырья, заставляет инвесторов рассматривать и использовать упрощенные и экономически выгодные способы маломасштабной добычи.
          Из разработок ученых и специалистов ТГТУ и других организаций, выполненных за последние годы и имеющих хорошую апробацию, можно отметить такие виды продукции, как торфяные, торфосапропелевые и сапропелево-торфяные удобрения и грунты, учитывающие биологические особенности различных растений («Самара-1», «Альфа», торфозольный грунт, «Куст», «Ягодка», «Овощная» и др.), пастообразные удобрения («Гумби», «Супергумус», «Экогумус»), торфонавозные и торфопометные удобрения, грунты («Кок», «Влада» и др.).
           Спектр продукции такого назначения постоянно расширяется, а устойчивый спрос обеспечивается её высокими эксплуатационными характеристиками, базовой основой которых являются научнообоснованные рецептуры удобрений.
      Производство  теплоизоляционных  строительных  материалов. Получению новых тепло- звукоизоляционных материалов из нетрадиционных видов сырья в строительной индустрии уделяется все большее внимание. Применение торфа, сапропеля, массовых отходов промышленности позволяет резко сократить затраты на строительство промышленных и гражданских зданий и сооружений, снизить теплопотери, обеспечить экологическую безопасность как производства, так и эксплуатации теплоизоляции, повысить экономическую эффективность.
          Одним из основных массовых теплоизоляционных материалов остаются минераловатные плиты. Однако технологии производства такой продукции ориентированы на использование синтетических связующих, таких как фенолформальдегидные, карбомидоформальдегидные и другие смолы и составы, отличающиеся канцерогенными свойствами, что накладывает ограничения на области их использования.
       Производство вспененных синтетических полимерных теплоизоляций сдерживается по ряду соображений, среди которых следует выделить дефицитность и высокую стоимость исходных сырьевых компонентов, наличие широкого спектра вредных веществ, достаточно высокие энергетические затраты, металлоемкость.
          Использование торфа в качестве эффективного теплоизоляционного материала имеет давнюю историю и достаточно детально изучено. До середины 60-х годов торфяные плиты применяли для ограждающих конструкций холодильников, изотермических вагонов, трубопроводов, междуэтажных и чердачных перекрытий, межстеновой изоляции. Теплопроводность таких плит находилась в пределах 0,058÷0,061 Вт/м К, плотность от 170 до 275 кг/м3.
            В качестве сырья использовали верховые виды торфа моховой группы (фускум, магелланикум) с R до 10 %. Следует отметить, что сырьевые запасы такого торфа (на эксплуатируемых торфяных месторождениях) в Тверской области в значительной мере выработаны, а резервные труднодоступны по причине значительных капитальных затрат, требующихся на их освоение. Кроме того, такие сырьевые ресурсы имеют и другие, достаточно широкие области применения (подстилка, кипованный торф, горшочки, плиты сухого прессования для закрытых грунтов, сорбенты и т.д.). Эти обстоятельства следует рассматривать как сдерживающие факторы производства теплоизоляционных плит из такого торфа в крупных масштабах. Невысокая механическая прочность, крошимость, гигро- и водостойкость также отрицательно сказываются на развитии таких производств и конкурентоспособности продукции.
           Однако указанные проблемы могут быть легко решены за счет использования различных способов модифицирования торфа, что позволяет получать теплоизоляционную продукцию из различных видов торфа с R > 10-12 %. При этом удается повысить и качественные характеристики теплоизоляций по теплопроводности, прочности, усадке, водостойкости, которые вполне укладываются в требования отраслевых стандартов, предъявляемые к ближайшим аналогам.
        Технология производства теплоизоляционных плит на основе торфа подразделяется на сухое прессование и влажное формование (копровое или экструзионное). В каждом случае используются специфические приемы модифицирования, например, введение связующих добавок, композиционных наполнителей, диспергирование, перемешивание и др. Применение физических способов модифицирования теплоизоляции позволило снизить водопоглотительную способность в 4-5 раз.
           Параметры технологии производства такой продукции оптимизированы с учетом формуемости, усадки и прочности, что позволяет, не прибегая к сложным и длительным экспериментам, определять оптимальные соотношения используемых сырьевых компонентов и влажностной режим формования. Богатый практический опыт в этой области накоплен в ОАО «БОЭЗ» (г. Бежецк).
         Поиск, разработка и внедрение новых строительных материалов затрагивают еще одно важное направление – производство легких бетонов, к которым относятся бетоны на неорганических и органических заполнителях. Исследования и технологические разработки позволили впервые получить легкий заполнитель на основе торфа, который по аналогии с керамзитовым гравием назван торфозитом. Гранулы торфозита получают путем окатывания влажной торфомассы с наполнителями или в чистом виде. Выбор рецептуры определяется требованиями, предъявляемыми к керамзиту отраслевыми стандартами. Так, плотность гранул торфозита может варьировать от 480 до 870 кг/м3 (у керамзита 710-870 кг/м3), насыпная плотность 272-450 и 370-800 кг/м3 соответственно. Прочность на раздавливание составила 1,25-2,70 МПа у «торфозита» (у керамзита 1,34 МПа).
          Исследования и разработки, выполненные за последние годы, связаны также с технологиями получения новых адгезионных составов из сырья и отходов органогенной природы. В частности, для минераловатной теплоизоляции разработано связующее на основе сапропеля, использование которого позволяет получать плиты в широком диапазоне плотностей (200-840 кг/м3), заменить такие дефицитные связующие, как крахмал, битумы, синтетические смолы на доступное и сравнительно дешевое сапропелевое связующее.
            Использование других сырьевых ресурсов и отходов производств позволило найти альтернативу таким связующим, как магнезит, бишофит, фенолоспирты, карбамидную смолу и т.п. в технологиях производства плитных изделий (фанера, ДСП, КБТ, костроплита, опилко-брус, картон), причем области применения новых адгезионных составов могут быть существенно расширены и распространены на другие виды продукции. Например, совместное использование активированного торфа и отходов синтетических полимерных материалов (ПС, ПЭТФ, ПП, ПЭ) позволило получить новые виды тары-упаковки с заданным сроком службы, плитные и погонажные строительные материалы. Такой подход позволяет эффективно утилизировать значительные объемы синтетических полимеров, снизить антропогенную нагрузку на природную окружающую среду.
           Защита окружающей среды. Развитие хозяйственной деятельности вызвало резкое повышение количества сточных вод и степени их загрязненности в местах возникновения. Естественная очистка водной среды от различных загрязнителей стала интенсивно замещаться искусственной, которая становится все более сложной и дорогостоящей. Наиболее эффективным методом удаления загрязнений из растворов является адсорбция с помощью различных искусственных и природных материалов.
          Для многих регионов России большую значимость приобретает проблема доочистки воды от растворенных веществ, замена импортируемых дорогостоящих сорбентов на более дешевые, доступные и высокоэффективные поглотители из местного сырья.
            Использование торфа для этих целей показало его высокие сорбционно-ионообменные свойства при докотловой обработке воды. Новые виды гранулированных сорбентов (серия «торфсорб») отличаются простотой модификации исходного торфа, не требуют специальных приемов активации и, как показали испытания в промышленных условиях, отличаются длительным сроком службы. При соответствующей модификации такие сорбенты могут использоваться для очистки воды от солей жесткости и железа, тяжелых металлов, эмульсий нефтемаслопродуктов нитратов, сульфатов и т.д.
        Развитие данного приоритетного направления позволило разработать и внедрить торфяные волокнистые фильтры в системы очистных сооружений промышленных предприятий в Ленинградской и Тверской областях.
            Особое внимание уделяется сорбции торфом пленок нефтемаслопродуктов. Работы ведутся по двум основным направлениям: получению порошкообразных сорбентов с емкостью поглощения 11-12 г/г с.в. и гранулированных высокопористых сорбентов, способных поглощать до 20-30 г/г с.в., что приближает их к синтетическим вспененным полимерным сорбентам. В любом случае утилизация отработанных сорбентов может быть сведена к получению из них КБТ.
            Использование местных сырьевых ресурсов, таких как торф, сапропель, отходов ряда производств позволяет сформировать научно-техническую политику, которая, базируясь на современных достижениях науки, позволяет принципиально по-новому оценивать роль и место таких ресурсов в устойчивом развитии регионов, разрабатывать наукоемкие технологии получения широкого спектра продукции различного назначения. Исходя из этого, можно уверенно прогнозировать развитие торфяной отрасли с учетом современных требований экономического, социально-экологического и технологического уровней.
 

Обсуждение доклада В.И. Суворова (время доклада 19 мин.):

Мокроусова И.В.: Какие торфяные предприятия сейчас добывают торф и в каком виде он используется?
Ответ: Сейчас не более 5-7 предприятий ведут некоторую добычу торфа и его переработку. В начале 1990-х годов работающих торфопредприятий было около 15. Работа ведется по самым простейшим технологиям. Общий объем добычи на сегодня около 70 тыс. тонн в год.

Косов В.И.: В своем докладе Вы много сказали о разработке технологий утилизации отходов, связанных с использованием торфа. С точки зрения геотехнологии, что для Вас первично: решение экологических проблем утилизации отходов или решение проблем технологии добычи торфа как полезного ископаемого?
Ответ: Здесь превалирует экологическая составляющая.

Шадрина Н.И.: Можно определить потери торфа от ежегодно возникающих пожаров на осушенных торфяных болотах?
Ответ: Проблема мониторинга торфяных пожаров одна из наиболее актуальных в настоящее время. К сожалению, количество выгорающего торфа подсчитать довольно трудно.