Авторский состав:

Крылов В.Н. – к.т.н., доцент, Заместитель директора Инновационного центра СПБГЛТУ

Мамматов В.О. – Научный сотрудник Инновационного центра СПБГЛТУ

Андреев С.В. – Директор ООО «УРМАНЭКО» (производитель биочара)

Биочар поправит климат и накормит население Земли

Биочар – утилизатор органических отходов, климатический продукт (депонент углерода), мелиорант и удобрение, инструмент повышения урожайности сельхоз растений и кормовая добавка в животноводстве. Среднегодовой темп роста производства биочара специалисты маркетологи обозначают в ближайшее десятилетие (до 2034 года) в объеме около 13% (12,89%).

Биочар – сокращенное название biological charcol (биологический уголь). В российском перевод можно понимать, как уголь, полученный из растительного сырья, в первую очередь из древесных отходов. Истинное значение изначального корневого слова bios (древнегреческий – «жизнь»), тогда слово биочар можно расшифровать, как «жизненный уголь», то есть уголь, дающий жизнь.

Ключевыми факторами бурного роста мирового рынка биочара являются многофакторный синергизм от его производства до использования. Многофакторность следующая – утилизация избыточного растительного сырья (отходы переработки древесины, сельхоз растений и многие виды растительных материалов), улавливаемое секвестирование углерода во время проведения пиролиза с последующим сохранением (депонированием) его на длительный срок (до 500 лет) при использовании в качестве мелиоранта, удобрения и оздоровления почв, а также в качестве кормовой добавки для сельскохозяйственных животных (снижение выбросов метана). Соответственно возникает огромный интерес к производству биочара с получением разноэтапной прибыли, начиная от выгодной утилизации отходов и использованием биочара для выращивания объемной сельскохозяйственной продукции на любом континенте с высокой урожайностью и премиальной ценой реализации и дополнительной прибыли с продажей углеродных единиц, так как производство и потребление биочара являются климатическими проектами. При утилизации органических отходов, существуют социально-экономические выгоды от получения биочара из растительных отходов, такие как снижение экологического вреда, из-за сопутствующего выброса двуокиси углерода в атмосферу. Повышение урожайности пищевой продукции для населения Земли, изменение в положительную сторону структур почв, оздоровление их и улучшение агромелиорантных и агрохимических свойств сельскохозяйственных почв, а также получение дополнительной прибыли от сельскохозяйственных культур высокой урожайности и животноводства от снижения себестоимости производства мяса. К 2050 году население Земли составит 9,8 млрд против 8,2 млрд в 2023 году (прирост 22%). Уже сегодня во многих регионах планеты наблюдаются нехватка пищи и даже голод. Одна из причин – дефицит пахотных земель высокого качества для производства сельскохозяйственной продукции. Повсеместное применение биочара, в особенности на песчаных и глинистых почвах позволит получать дополнительные объемы пищи, и нейтрализовать дефицит ее.

Ключевым, конечно, фактором является уменьшение содержания двуокиси углерода (от депонирования биочара в сельскохозяйственных почвах) и метана, в качестве кормовой добавки в животноводстве. Фактически, в настоящее время нет другой продукции, которая смогла бы не только секвестировать углерод, но и депонировать его на многие сотни лет. Именно это обстоятельство стало причиной создания специальных программ производства биочара во всех странах мира. Планируется построить 360 тыс установок производства биочара до 2050 года, результатом использования которых должно стать похолодание климата на 2 С⁰. Образовано 3 международных ассоциации (Европейская, Международная и Мировая) производства биочара с четырьмя действующими стандартами его качества (Эдинбургский, Европейский, Международный и Итальянский). За последние пять лет в Европе вступило в действие 60 таких установок. По географии можно выделить четыре группы стран, которые приступил к реализации производства и использования биочара для увеличения сельскохозяйственного производства и выполнением политики устойчивого развития, то есть оздоровление климата. Кратко перечислим их: в Европе – все страны, в Азиатском Тихоокеанском регионе – Китай, Япония, Индия, Южная Корея, Индонезия, Таиланд, Вьетнам, Австралия и Новая Зеландия, Африка – ЮАР. Основные игроки на мировом рынке биочара – КОАЛТЕК ЭНЕРДЖИ (США), Farm2Energy Privat Limited, Фронтлайн биоэнергия, ProActiveAgroculture, Айрекс Энерджи Инк.

Воздействие биочара на почву многофункционально и многогранно. В качестве мелиоранта биочар изменяет структуру почв, делая их влагонасыщенными, что очень необходимо в период засухи, особенно для супесчаных и песчаных почв, что поддерживает рост и развитие растений, произрастающих на них. В глинистых почвах биочар обеспечивает достаточную воздухопроницаемость для корней растений. Из-за развитой внутренней поверхности биочара в форме микро-, мезо- и мегапор, достигающих до 1500 см² в одном грамме, любая частичка, внесенного в почву биочара, служит жилищем для сотни тысяч микроорганизмов в организованном микробиоме, отличного от почвенного биотопа. Биочарный микробиом создается и взаимодействует с почвенным, как предполагает ряд исследователей, в результате обмена на электронном уровне, создавая при этом разные микробные провода, обеспечивая условия питания для корней, снабжая растения микроэлементами, содержащимися в биоугле. Одновременно, биочарный микробиом подавляет рост патогенных грибов, например корневой гнили. Если повторно насыщать почву биочаром, в нем, несомненно, увеличивается содержание углерода и фосфора. В качестве примера приведем черные земли, под названием Terra Preta, находящиеся в Амазонии в Латинской Америке. Развитая цивилизация несколько сотен лет назад длительный срок специально вносила биоуголь в эту почву, для повышения ее урожайности. И сейчас в этой почве содержание углерода достигает планки 9%, фосфора 2%, а урожайность сельскохозяйственных выращиваемых культур выше, чем на других почвах в этом регионе.

Российские крестьяне также на протяжении нескольких веков, как и сейчас современные дачники, вносят печную золу от сжигания дров в приусадебные огороды, помогая росту растений и предохраняя их от целого ряда заболеваний. Разнообразие типов почв, выращиваемых на них различных видов и сортов растений, а также изменчивость погодных условий в вегетационном периоде не позволяют создать общую стройную теорию механизма влияния биочара на рост и продуктивность выращиваемых растений, что и подтверждается огромным числом публикаций на эту тему (более двадцати тысяч за последние десять лет). Чрезвычайно важна функция аккумулирования микро-, мезо- и мегапорами частицами биочара растворов, вносимых в почву азотных, фосфорных и калейных удобрениях (NPK). В отсутствии биочара большая дождевых часть дождевых растворов этих удобрений опускается ниже корнеобитаемого слоя выращиваемых сельскохозяйственных культур. В результате эти удобрения потеряны для роста растений, и возникает необходимость внесения их в последующий год.

Биочар при этом служит своеобразным аккумулятором внесенных минеральных удобрений, обеспечивая гарантированное развитие сельскохозяйственных культур. Дополнительно укажем, что постоянное использование биочара изменяет кислотность почвы на щелочную, увеличивает процент прорастания семян в более ранние сроки и, соответственно, повышает урожайность. Оздоравливает зараженную почву химикатами, нефтепродуктами, тяжелыми металлами и т.д., возвращая эти почвы в сельскохозяйственный оборот.

Размер статьи не позволяет подробно рассмотреть более десяти положительных воздействий биочара на почву, но главное из них - это секвестирование при пиролизе углерода, и последующее его многолетнее депонирование (до 500 лет), что смягчает отрицательные последствия изменения климата из-за повышающегося содержания двуокиси углерода и метана, одновременно с экономически прибыльной, а не убыточной, утилизацией основных видов растительных отходов (от древесины до соломы). В результате население Земли, достигшее уровня 8,2 млрд, будет обеспечиваться дополнительным питанием из-за повышенной урожайности выращиваемых сельскохозяйственных культур при использовании биочара. Повторим, что пиролиз растительных отходов, с получением биочара, является климатическим проектом, что позволяет, после регистрации его и определения объема получаемых «углеродных единиц», получать дополнительную прибыль от их продажи на специальных уже работающих трех биржах. В прошлом году объем продаж всех углеродных кредитов от действующих климатических проектов (2023 год) составил $780 млрд.

Немаловажно, что сегодня основные игроки на мировом рынке биочара разрабатывают и выполняют ключевые Стратегии развития бизнеса производства и использования биочара. Например компания Coaltec Energy USA в Америке в 2021 году запустила завод производства биочара в Арканзасе, используя местные лесные отходы для переработки их в экологически чистый биоуголь (биочар), с целью создания устойчивой модели переработки отходов биомассы дерева, с намерением воспроизвести ее в лесной промышленности США, где годовой объем заготовок равняется 480 млн куб м, что в два с половиной раза больше, чем в России. ВВП лесного сектора США составляет $1,08 трлн, а в РФ $22 млрд.

В 2022 году компания ProActive Agriculture заключили партнерские отношения с компенсанционными агрегаторами климатических проектов, чтобы предоставлять им, как производителям, право на получение углеродных кредитов от внесения биочара в почву, что обеспечивает дополнительный доход для стимулирования использования его на фермах по выращиванию сельхоз культур.

В 2021 году Farm2Energy Private Limited (Индия) инициировала бизнес модель, использующая децентрализованную систему пиролиза для преобразования остатков местных сельхоз культур в биочар, который некоторые производители возвращают фермерам, в качестве удобрения для почвы. Этот проект направлен на демонстрацию преимуществ биоугля, при создании сельской экономики замкнутого цикла.

А что в России? Несколько сотен статей на тему биочара, десяток защищенных диссертаций по лабораторным исследованиям и единичным полевым испытаниям, а также начата продажа несертифицированного порошкового угля, якобы биочара, через маркетплейсы для дачников. Нет российской сертификации биочара, для чего необходимо создать собственный российский ГОСТ. Основная причина – обеспечить безопасность биочара, через стандартизацию его химического состава. Наличие в биочаре опасных веществ, в особенности при производстве его из растительных остатков, источником которых является бытовой мусор, который несомненно может быть опасным для здоровья человека без сертификации.

Создание углеродного рынка возникло для сочетания экологической ответственности производителей с финансовым стимулом, для них, в качестве инструмента управления, контроля и сокращения выбросов парниковых газов. Санкционный режим с целью изоляции России на любом Международном экономическом рынке сделали невозможным использовать углеродные единицы (CDR), при выполнении климатических проектов, как дополнительный экономический доход от их продажи. Создавать и выполнять климатические проекты «Общий Запад» не может запретить, тогда как регистрация их в соответствующем государственном реестре считается незаконной, а сертификаты не выдаются. Соответственно тем самым исчезла финансовая привлекательность создания и выполнения климатических проектов для российских производителей, к которым, несомненно, относятся как производства биочара, так и использование его, в качестве мелиоранта, удобрений в почвах и оздоровления самих почв.

Госдума РФ, понимая важность разработки и исполнения климатически проектов для регуляции смягчения климата до 2024 года приняла закон о льготах по НДС для них. Закон предусматривает освобождение от НДС исполнителей климатических проектов по затратам на их развитие (покупка оборудования, модернизация производства и т.д.), что будет способствовать снижению издержек для исполнителей климатических проектов. Таким образом, различие финансовой поддержки между создаваемым международным рынком использования производимых углеродных единиц (CDR) принципиально отличается от российского варианта.

Рынок CDR длительного пользования демонстрирует буйный рост, и закупки его в 2023 году выросли в 7,3 раза (с 0,615 млн тонн в 2022 году до 4,5 млн тонн), индекс цен (CDR.fyi) вырос до $484 за тонну углеродных единиц.

Тормозом развития биочарных проектов является отсутствие российского серийного производства оборудования для пиролиза порошкового биочара. В РФ на сегодня существует всего три вида оборудования непрерывного пиролиза, которое можно использовать для производства биочара. При соответствующем финансировании, возможно за год-два реализовать серийное производство. В мире существует несколько вариантов такого оборудования, даже в форме мобильно-передвижного, для получения биочара непосредственно на сельскохозяйственных полях при уборке урожая или на лесосеках. Наиболее привлекательным соотношении цена-качество для различной производительности оборудованием в стационарном исполнении производится в КНР с линейкой цены от $0,3 млн до $1,5 млн. Китайское оборудование зарекомендовало себя и покупается десятком стран мира, что можно сделать и для российских будущих производств.

Основным тормозом в настоящее время, несомненно, можно считать отсутствие массового рынка биочара, который необходимо развивать с помощью Федеральных правительственных органов и, в первую очередь, в Министерстве сельского хозяйства. Экспортный рынок существует и огромный, но, к сожалению, он намного меньше в дружественных странах, по сравнению с недружественными. Средняя цена биочара составляет на сегодня от $350 до $400 в зависимости от качества, источника сырья и логистики доставки. Для России наиболее привлекательно и просто дополнить остановленные (около двухсот производств) из-за санкций пеллетные (древесные топливные гранулы) заводы, цеха, участки оборудованием для производства непрерывного пиролиза, с получением порошкового угля, который может продаваться, как биочар и ряд других функциональных видов угля, таких как брикетный уголь для металлургии и производства чистого кремния, бытового топлива для мангалов и грилей, очистки воды в водопотреблении, сточных вод, ликероводочных изделий, электрохимии и электронной промышленности, ВПК и т.п. На сегодня для нужд ВПК – 75% потребного угля импортируется из-за рубежа.

Инновационный центр инжиниринга переработки низкокачественной древесины, древесных отходов и биомассы дерева СПБГЛТУ продолжает исследования в этом направлении и заканчивает разработку Федеральной программы развития производств биочара, в том числе и из сельскохозяйственных растительных отходов.

Констатируем, что нет весомых причин не развивать новую отрасль использования любых видов растительных отходов и, конечно, в первую очередь отходов древесины и сельскохозяйственных культур с общим объемом около 200 млн тонн ежегодно. Серийное оборудование разной линейкой объемов производительности возможно купить в КНР и производить в РФ на существующих отечественных инженерных разработках. Несомненно, необходимо срочно модернизировать простаивающие около 200 пеллетных заводов и строить новые цеха и участки сельскохозяйственных населенных пунктов для производства биочара из соломы различных сельскохозяйственных культур (пшеницы, ячменя, риса, гречихи, овса и др.) и обмолота семян. Одним из способов в экономии минеральных удобрений с ежегодным внесением в почву может частично стать создание гранул биочара совместно с минеральными удобрениями, что повысит эффективность их и уменьшит ежегодный объем вносимых в почву минеральных удобрений (NPK).

Остается один спорный ключевой вопрос – создание рынка внутрироссийского потребления биочара. Авторы статьи могут предложить будущим производителям биочара экспортные контракты общим объемом до миллиона тонн продаж в дружественные страны. Но как не хотелось бы это делать?!