Енергетичне використання деревини: чи виправдана критика?

796

Редактори
Баварського державного інституту лісівництва та лісництва

Турбуючись про енергопостачання, багато людей звертаються до деревини як палива. Проте повідомлення ЗМІ надали енергетичному використанню деревини негативний імідж. Чи доводиться мати погану совість, опалюючись дровами? LWF розглядає пункти критики та наводить дані та факти.

Зміст:

Небезпека для здоров’я через виділення дрібного пилу

За даними Федерального агентства з охорони навколишнього середовища (UBA), викиди дрібнодисперсного пилу (PM 2,5, тобто зважених частинок пилу діаметром < 2,5 мкм) впали з 202 000 тонн у 1995 році до 81 000 тонн у 2020 році, тобто на 60%. Викиди дрібного пилу домогосподарствами та малими споживачами також знизилися з 40 900 до 21 800 тонн за цей період, що відповідає зменшенню на 47%. У цю величину включені всі побутові печі, в тому числі нафтові та газові.

Справа в тому, що повітря в Німеччині за останні кілька десятиліть стало чистішим і чистішим – змінилися лише вимоги до чистоти повітря, і вони стали все жорсткішими. Іншим фактом є те, що спалювання деревини є причиною майже однієї п’ятої викидів дрібного пилу в Німеччині (рис. 1).

причиною викидів твердих частинок — Рис. 1: Причини викидів твердих частинок (джерело: Deutsches Pelletinstitut GmbH згідно з Федеральним агентством з навколишнього середовища 2019, дані за 2017 рік (з базових даних Bioenergie Deutschland 2021)).

Пиловідділювачі або інші технічні оптимізації в нових дров’яних печах значно зменшують викиди пилу та дрібного пилу або майже повністю усувають їх. З іншого боку, помилки в експлуатації однокімнатних дров’яних обігрівачів, особливо в процесі розпалювання або при використанні палива, яке не висушене, готове до печі, можуть спричинити високі викиди твердих частинок. Помилки, спричинені контролем повітря, тепер можна технічно звести до мінімуму завдяки автоматичному регулюванню повітря для горіння. Центр Технологій та Промоції (TFZ) опублікував серію відеороликів, що пояснюють правильну роботу систем опалення дровами.

Сучасні котли центрального опалення, що працюють на пелетах або деревній трісці, практично не виділяють дрібний пил. При опаленні дровами це залежить від того, яка система використовується, як вона працює та чи використовується відповідне паливо. Викиди твердих часток не є основним аргументом для виключення спалювання деревини.

Нещодавно граничні значення викидів були значно посилені декількома федеральними постановами про контроль викидів (BImSchV). 1-й BImSchV регулює зобов’язання щодо заміни, методи вимірювання, типові випробування та граничні значення викидів для малих і середніх печей з номінальною тепловою потужністю від 4 кВт до 1000 кВт. Навпаки, 13-й BImSchV містить правила для великих спалювальних установок з тепловою потужністю понад 50 МВт. 44-й BImSchV також діє з кінця 2018 року. Він встановлює граничні значення для систем з тепловою потужністю 1-50 МВт. Опитування 1000 приватних домогосподарств у рамках дослідження ринку енергетичної деревини 2020 показало, що норми BImSchV ефективні, а заміна старих дров’яних печей на сучасні системи йде повним ходом.

Мал. 2: В’язка дров – хороша сушка дров необхідна для зменшення викидів дрібного пилу під час спалювання (Фото: Michael Friedel).

Вплив викидів CO₂ від спалювання деревини на клімат

На рисунку 3 показані викиди від спалювання деревини, що впливають на клімат, у порівнянні з іншими системами опалення: Очевидно, що викиди на кіловат-годину тепла для всіх трьох типів спалювання деревини мають порядок величини сонячної енергії та значно нижчі. ніж з нафтою або природним газом, але також і з тепловими насосами. Викиди, які відбуваються у ланцюзі вище за течією, тобто під час рубки, транспортування та обробки, також відносяться до спалювання деревини. Поки запаси вуглецю в лісі не зменшуються, а залишаються такими ж або продовжують збільшуватися, як і раніше, викиди CO ₂ від спалювання деревини не обтяжують кліматичний баланс.

Кліматичні викиди від теплопостачання — Рис.3: Кліматичні викиди від забезпечення теплом (Джерело: FNR 2022, UBA 2021: Баланс викидів відновлюваних джерел енергії 2020 (з базових даних Bioenergie Deutschland 2021))

Енергетичне використання деревини в Європі підлягає суворому контролю сталого розвитку. Наприкінці 2021 року в Німеччині набув чинності Указ про стале використання електроенергії з біомаси. Це імплементація на національному рівні статті 29 Європейської директиви про відновлювані джерела енергії (скорочено RED II).

По суті, у розпорядженні зазначено, що когенераційні установки на біомасі із загальною номінальною тепловою потужністю понад 20 МВт потребують сертифікації, щоб і надалі відповідати вимогам. На підставі цього розпорядження з 1 січня 2022 року також необхідно задокументувати стійкість лісової біомаси, яка використовується на таких теплоелектростанціях. Критерії сталості за значенням регламенту включають законність вирубки, стійке відновлення лісів, збереження якості ґрунту та біологічного різноманіття, а також повагу до охоронюваних територій. Нещодавно було прийнято рішення про подальший перегляд Директиви про відновлювані джерела енергії, яка, ймовірно, також вимагатиме доказів стійкості для невеликих установок.

Вплив викидів твердих часток від спалювання деревини на клімат

Все більше поширюється думка, що викиди дрібного пилу, які утворюються при спалюванні деревини, не тільки небезпечні для здоров’я, але й шкідливі для клімату. Тому TFZ порівняв кліматичний вплив опалення за допомогою деревини з іншими системами опалення, припускаючи, що тверді частинки впливають на клімат. TFZ приходить до висновку, що опалення за допомогою деревини має менші викиди парникових газів, ніж інші системи опалення (наприклад, теплові насоси з поточною сумішшю електроенергії), навіть беручи до уваги викиди дрібного пилу.

Тверді частинки насправді гальмують підвищення температури в атмосфері. Тверді частинки є одним з аерозолів. “Аерозолі є (…) антагоністами парникових газів. Вони маскують частину глобального потепління, згідно з IPCC приблизно на – 0,9 Вт/м2 і, таким чином, близько третини радіаційного впливу парникових газів з 1750 року. зниження потепління, спричинене аерозолями, однак за останні десятиліття воно зменшилося. Аерозолі, виражені в значеннях температури, мали найсильніший вплив приблизно в 1980 році з -0,85 °C. У 2010 році він становив лише -0,72 °C, причому лише сульфатні аерозолі сприяли -0,55 °C. Глобальна середня температура 2010 року (…) була б уже досягнута близько 1970 року без аерозолів». (Вікіклімат). Тому тверді частинки, як правило, охолоджують клімат.

ККД деревного палива

Викиди CO2 різних видів палива — _{Рис. 4: Викиди CO 2} різних видів палива залежно від кількості наданої енергії .

Крім того, критики енергетичного використання деревини стверджують, що викиди CO ₂ на одиницю енергії від спалювання деревини перевищать викиди CO ₂ від викопного палива.

Це правда, що при спалюванні природного газу та мазуту виділяється менше CO ₂ на кількість наданої енергії, ніж при спалюванні деревини (рис. 4). Однак викопне паливо — це CO ₂ , який зберігався в землі мільйони років і зараз потрапляє до вуглецевого резервуару атмосфери та біосфери, ще більше надуваючи його. Це не стосується CO ₂ з деревини. Коли викопний вуглець потрапляє в атмосферу та біосферу, його надзвичайно важко видалити. Будь-яке додаткове надходження вуглецю з викопних джерел в атмосферу та вуглецевий фонд біосфери створює довгострокову проблему.

Крім того, необхідно враховувати різне споживання енергії при виробництві палива. Ймовірно, це ще більше змінить співвідношення на користь деревини, особливо якщо порівняти порівняно низьке споживання енергії під час заготівлі деревини з великими промисловими установками для видобутку або подальшої обробки викопного палива.

Облік парникових газів враховує спалювання деревини

У звітності про парникові гази викиди парникових газів не розраховуються в секторі «Енергетика» при використанні біомаси і, отже, також деревини. Однак це не означає, що викиди CO ₂ від спалювання деревини не враховуються у звітності: скоріше, вивезення деревини з лісу, включаючи вивезення деревини для енергетичних цілей, вважається викидом CO ₂ . Цей облік ведеться у секторі «Землекористування, зміни у землекористуванні та лісове господарство» (ЗЗЗЛГ). У секторі LULUCF викиди, спричинені вивезенням деревини, можуть знову компенсуватися зростанням деревини (= зв’язування атмосферного CO ₂ ).

Таким чином, до тих пір, поки запаси лісу не зменшуються, видалення деревини і, таким чином, також використання деревини для отримання енергії є кліматично нейтральним (нижня смуга на малюнку 5), тому атмосфера не обтяжується додатковим CO _{2 через спалювання деревина.}Якщо видалення деревини менше, ніж зростання деревини, ліс навіть діє як поглинач CO ₂ (середня смуга на малюнку 5). І навпаки, ліс стає джерелом CO ₂ (верхня смуга на малюнку 5), якщо деревини видаляється більше, ніж росте. Вивезення деревини для використання матеріалів розраховується як надходження на склад лісопродукції. Якщо цей приплив більший, ніж відтік із складу деревних виробів, цей склад також діє як поглинач CO _{2 .}

Рис. 5: Баланс парникових газів лісосховища.

Ефект часу

Експерти з питань клімату вважають, що наступні кілька років будуть вирішальними для досягнення кліматичних цілей. Було б важливо негайно зменшити викиди CO₂ . Критики енергетичного використання деревини виступають за викиди в атмосферу трохи менше CO ₂ з викопних джерел, ніж трохи більшу кількість CO ₂ з біосфери за ту саму кількість енергії. Таким чином, вони стверджують, що кількість деревини, яка росте (показана як раковина на малюнку 5), повинна залишатися в лісі, а замість цього використовуватися викопне паливо. Такі міркування цілком виправдані в короткостроковій перспективі – але тільки якщо CO ₂ дійсно залишається в лісі.

Не слід забувати, що мертва деревина, як і лісові залишки, які утворюються під час заготівлі деревини та залишаються в лісі, значною мірою знову розщеплюються мікроорганізмами. Таким чином CO ₂ , який спочатку був зв’язаний у деревині , вивільняється знову. Якщо залишки лісової деревини не використовуватимуться для отримання енергії, а замість цього залишаться в лісі, більша частина CO ₂ дуже скоро потрапить в атмосферу. Але не тільки залишки лісової деревини є важливим джерелом деревного палива.

При розпилі колод на лісопилці виходять не тільки брус і дошки, а й деревні залишки, такі як тирса і тирса. Якщо вони не використовуються для отримання енергії, а натомість компостуються, більша частина CO ₂ також викидається в атмосферу. Отже, відмова від використання деревини для отримання енергії не сприяє збереженню CO ₂ у біосфері. Загалом ця відмова навіть призводить до збільшення викидів CO ₂ : викидів від спалювання викопного палива та від розкладання лісових відходів або відходів обробки деревини організмами.

Навіть повна відмова від використання деревини не приведе до будь-яких позитивних ефектів. Це призведе до того, що вироби з дерева також доведеться замінити іншими матеріалами, а це, у свою чергу, зазвичай буде пов’язано зі значно більшим споживанням викопного палива. Крім того, накопичення CO ₂ у дерев’яних виробах, таких як ферми даху, меблі та дерев’яна підлога, поступово зменшувалося б, якби на заміну їм постійно не вироблялися нові вироби з деревини. Таким чином магазин дерев’яних виробів став би джерелом CO ₂ . Позитивний вплив виведення з експлуатації на сам лісосховище можна очікувати лише за умови можливого розширення лісосховища. Однак, на нашу думку, цей варіант нереальний.

^{Рис. 6 a і b: Немає значення, валя це чи тирса – обидва виділяють CO ₂ ; мертва деревина розщеплюється мікроорганізмами, тоді як тирса або використовується для отримання енергії, або компостується (фото: Геро Брем, AELF FFB (ліворуч); Майкл Лютце, LWF (праворуч)).}

Компенсація накопичувального потенціалу в лісах енергозаміщенням

Ще одним аргументом проти використання деревної енергії є те, що збільшення запасів лісу зв’язує більше CO ₂ , ніж можна уникнути шляхом заміни викопного палива. Однак цей аргумент переоцінює можливість подальшого накопичення та, як наслідок, додаткового зберігання CO ₂ у лісах.

В окремих лісостанах можливе формування запасів понад 1000 м³ деревини на гектар, але не на ландшафтному та державному рівні. На цих рівнинах трапляються лісові насадження різного віку, тому тут нормою є значно нижчі середні насадження. Ми припускаємо, що максимально досяжні запаси деревини на рівні ландшафту становлять близько 400 м³ на гектар. За даними FAO (2015), у світі є лише дев’ять країн, де запаси деревини в лісах перевищують 300 м³ на гектар, включно з Німеччиною. Найбільші запаси в Новій Зеландії – 392 м³ на гектар.

Дослідження Knoke (1998) у 13 селекційних лісах у Баварському лісі виявило запас 408 м³ на га. Селекційні ліси характеризуються тим, що дерева всіх вікових груп зустрічаються поруч. Цей результат також підтверджується дослідженням Schulze et al. (2022) підтверджено. Вони оцінили дані інвентаризації кількох сотень лісових насаджень і визначили середні запаси трохи більше 400 м³, які також включали запаси сухостою. За даними національної лісової інвентаризації 2012 року (BWI 2012), запас деревини в лісах Баварії становив 396 м³/га. На нашу думку, подальше накопичення збільшить ризики катастроф. Вікова структура лісів свідчить про те, що багато лісів зараз готові або будуть готові до вирубки.

Всупереч наведеній вище оцінці, що можливості подальшого накопичення запасів обмежені, федеральний уряд вирішив продовжити будівництво лісосховищ відповідно до § 3a Закону про захист клімату. До 2045 року має бути досягнуто обсягу поглинання 40 мільйонів тонн еквіваленту вуглекислого газу – у 2,4 рази більше, ніж у 2020 році. Проте федеральний уряд пише у звіті про захист клімату 2021: «Згідно з прогнозами, здатність поглинання лісів може зрости через вікову структуру лісових насаджень та погодні умови пошкодження лісу, а також внаслідок змін зменшення використання деревини». Розбіжність між метою (бажанням) і реальністю загальновідома.

Крім того, на нашу думку, перетворення лісу на більш кліматично стабільні потребує не меншого, а більшого використання деревини. «Сценарій перетворення лісу» був змодельований відділом «Технології лісового господарства, бізнес-адміністрування, деревообробка» LWF за допомогою програми WEHAM: цей сценарій показує, що використання деревини може навіть тимчасово значно збільшитися та може перевищити ріст деревини . Це призведе до незначного зменшення запасів деревини в Баварії. Однак, якщо додаткове використання не відбудеться згідно з планом, все ще можна очікувати додаткового використання або збільшення процесів вимирання через катастрофи.

Лунають заклики припинити управління великими площами лісів на користь збереження природи (див. Національну стратегію збереження біорізноманіття, Стратегію ЄС щодо збереження біорізноманіття). Щоб легше досягти цієї мети, інтереси охорони природи часто поєднуються з інтересами захисту клімату. Програма дій федерального уряду «Захист природного клімату» говорить про синергію між захистом клімату та збереженням природи, і таким чином підкреслює гармонію інтересів охорони природи та захисту клімату. Наприклад, стверджується, що більше вуглецю накопичуватиметься в неконтрольованих лісах.

Дослідження Schulze et al. (2022) не підтверджує цю тезу. При порівнянні запасів (включаючи сухостій) неконтрольованих насаджень із керованими не виявлено істотних відмінностей у запасах деревини живої та мертвої біомаси для хвойних насаджень. У широколистяних лісах, навпаки, запас безгосподарних насаджень був дещо більшим. Проте в обох випадках спостерігався значно більший приріст деревини в керованих насадженнях – очікуваний ефект поглинання некерованих лісів є щонайменше сумнівним. Крім того, запаси лісу в Баварії, як уже було показано, майже досягли свого максимуму.

Крім того, максимізація зберігання вуглецю не може задовольнити всі вимоги щодо захисту клімату одночасно. Чотири вимоги Паризької угоди полягають у зменшенні темпів зростання атмосферного CO ₂ , зменшенні радіаційного дисбалансу у верхній частині атмосфери та зниженні температури приземного шару повітря без зменшення кількості опадів.

Модельні розрахунки Luyssaert et al. (2018) для Європи показали, що жодна форма управління лісами не може відповідати їм одночасно. Один зі сценаріїв передбачав подвоєння площі некерованих лісів, проте вплив на клімат усіх розглянутих форм господарювання був незначним. Тому автори припускають, що в найближчі десятиліття основним завданням управління лісами в Європі має бути не захист клімату, а адаптація лісів до майбутнього клімату. Це призначено для забезпечення надання деревини та екологічних, соціальних і культурних послуг, уникаючи зворотного зв’язку клімату від пожежі, вітру, шкідників і посухи.

Кліматична мийка

Відмивання клімату – це відбілювання кліматичних балансів. У Рамковій конвенції про зміну клімату країни всього світу погодилися збалансувати свої парникові гази окремо за секторами та для кожної країни (джерело та територіальний принцип). Регламент ЄС, який регулює європейську звітність (так зване регулювання моніторингу), говорить: «Коефіцієнт викидів для біомаси дорівнює нулю». Це твердження призвело до того, що деякі європейські країни, особливо прибережні країни, перевели свої електростанції, що працюють на вугіллі, на пелети та імпортували пелети з-за кордону (рис. 7). Це зменшує навантаження на ваш енергетичний сектор , балансуючи викиди викопного CO _{2 .}

Чистий імпорт пелет з країн Європи — Рис. 7: Динаміка чистого імпорту пелет з європейських країн із надлишком імпорту понад 100 000 тонн (джерело: Eurostat і Comtrade).

Вам не потрібно враховувати наслідки використання пелет для зберігання лісу. Це відбувається за рахунок країн-постачальників за кордоном: ці країни повинні враховувати вплив, який постачання пелет має на зберігання лісу, балансуючи свій сектор LULUCF. Це робиться на основі лісових таксацій і є трудомістким. Однак багатьох вчених хвилює те, що країни-постачальники не балансують належним чином запаси лісу. Існує особлива критика, коли цілі дерева збираються виключно для виробництва гранул замість залишків деревини.

З іншого боку, у Німеччині пелети зазвичай виготовляють із залишків деревини, які утворюються під час переробки сирої деревини в продукти для використання в матеріалах. Ця процедура не критикується наукою. Німеччина самозабезпечує себе пелетами, у 2021 році навіть 431 000 тонн деревних пелет було експортовано нетто. Тому звинувачення Німеччини в руйнуванні клімату було б невиправданим.

Каскадне використання

Іншим запереченням проти використання деревини для отримання енергії є те, що деревина є дефіцитною сировиною. Використання деревини в матеріалі довше зберігає зв’язаний вуглець у складі дерев’яних виробів. Заміна енергоємних продуктів, таких як сталь або цегла, виробами з деревини також допомагає заощадити викопну енергію (заміщення матеріалів).

Усі ці твердження правильні. Однак не всі дерева або частини дерев придатні для використання в матеріалах. Крім того, кількість попиту не скрізь є достатньою для переробки всього. Дуже слабка або крива деревина не підходить для пилорами. Цю деревину можна використовувати для виготовлення ДСП або паперу та целюлози. Останніми роками споживання графічного паперу впало, тому в Баварії впала потреба в деревній сировині для виробництва паперу. Споживання необробленої деревини в Німеччині також зменшується у виробництві плит. Тоді місцеве енергетичне використання дрібної деревини є більш доцільним, ніж транспортування на великі відстані до віддалених рослин. Крім того, частини дерев, такі як верхівки ялини, часто рубають і використовують в енергетичних цілях лише з метою захисту лісу,

ялинові вершини — Мал. 9: Матеріал вершини навряд чи придатний для матеріального використання, але не може залишатися в лісі з міркувань захисту лісу (Фото: K. Hüttl, LWF).

Деревина накопичує енергію

Порівнюючи деревину з іншими відновлюваними джерелами енергії, часто не помічають, що деревина являє собою накопичену енергію, до якої можна отримати доступ у будь-який момент часу. Електроенергія, вироблена вітром або фотоелектричною енергією, повинна спочатку зберігатися в батареях або насосних озерах або використовуватися для виробництва водню, якщо вона не використовується негайно. У всіх випадках це призводить до значних втрат при перетворенні.

Дах будинку покритий сонячними панелями — Рис. 10: На відміну від відновлюваних джерел енергії, енергію деревини можна використовувати в будь-який час (Фото: J. Schubert, KoHW)

Деревина є домашнім і тому кризостійким енергоносієм

дрова — Мал. 11: Деревина є домашнім і, отже, стійким до криз енергетичним ресурсом (Фото: S. Großner, LfL).

Війна в Україні показує нам, наскільки Німеччина залежить від інших країн щодо викопного палива. Ці країни часто керуються недемократично, і вони готові використовувати свої ресурси як важіль для відстоювання політичних інтересів. Зрозуміло, що люди, хвилюючись за теплопостачання наступної зими, все частіше переходять на енергетичні дрова. Хоча ціни на деякі види деревного палива також зросли в останні роки – навіть різко в останні місяці – вони все ще є набагато менш мінливими та нестабільними, ніж ціни на нафту.

Крім того, енергію на основі деревини можна закуповувати децентралізовано у регіональних постачальників, а також є можливість самостійно виконувати роботу, напр. Б. забезпечувати шляхом самореклами. Таким чином, енергія на основі деревини є відносно недорогою і є альтернативою іншим джерелам енергії, особливо для домогосподарств з низьким рівнем доходу або структурно слабких регіонів.