НАЙТИ В ЛЕСУ ЛЕС

Дерево — это не только десятки килограммов бумаги, как все привыкли думать, но и дорогостоящие наукоемкие материалы. А в будущем древесина способна потеснить даже традиционные нефтепродукты, необходимые для выпуска топлива. Это подтверждает глобальный мировой тренд — развитие химической переработки отходов лесного хозяйства. Единственная в нашей республике лаборатория лесохимических продуктов и технологий создана в Институте химии новых материалов (ИХНМ) Национальной академии наук Беларуси.

ГЛАВНЫЕ РОЛИ У СКИПИДАРА И КАНИФОЛИ

Продукты, получаемые из природного сырья, востребованы в ключевых отраслях промышленности: автомобильной, машиностроительной, целлюлозно-бумажной, резинотехнической, лакокрасочной. Но Беларусь, имеющая значительные объемы возобновляемого лесохимического сырья (в частности, сосновой живицы), только начинает обращать внимание на глубокую переработку его первичных продуктов — канифоли и скипидара. А ведь их модификация дает широкий спектр ценных веществ и композиций, которые сейчас наша страна закупает за рубежом, что, в свою очередь, влечет за собой зависимость от иностранных поставщиков и повышение импортной составляющей в выпускаемой продукции на 2—5%.

— Необходимость развития лесохимической промышленности очевидна, — убежден академик Владимир Агабеков. — Во-первых, это связано с наличием собственных возобновляемых видов сырья — лес занимает около 40% территории нашей страны, т.е. 9,5 млн гектаров насаждений. Во-вторых, в республике есть много специалистов, способных управлять процессами углубленной химической переработки такого сырья, которая позволяет выпускать инновационные лесохимические продукты.

Но получение и использование только первичных продуктов переработки — скипидара и канифоли — экономически невыгодно, подчеркивает ученый. Если в Беларуси скипидар применяют, как правило, в качестве растворителя на лакокрасочных производствах, то за рубежом предпочитают пускать его на вторичную переработку. Во многих странах для получения ценных компонентов на основе скипидара используют до 97% общего объема его производства. Владимир Агабеков приводит такой пример: ассортимент транснациональной компании GLIDCO Chemical включает свыше 150 наименований веществ. Коммерческий спрос на мировом рынке на подобные продукты растет. По сравнению с аналогами из нефтехимического сырья они выигрывают по экологичности и себестоимости.

Канифоль тоже может давать вторичные терпеноидные продукты, в том числе индивидуальные химические соединения с комплексом ценных свойств, необходимые для электротехнической, лакокрасочной, полимерной, деревообрабатывающей и другой промышленности.

БИОТОПЛИВО ИЗ СОЛОМЫ

В качестве исходного сырья можно использовать не только живицу, объемы добычи которой, кстати, в последние годы резко сократились. Ученые предлагают задействовать также древесную зелень — листву и хвою. Результатом их химической переработки становятся экстракты, хвойный воск, бальзамы и т.д. 

— Использование древесных опилок в смеси с гудроном и мазутом позволяет применять их в технологиях комплексной переработки тяжелых нефтяных остатков для выпуска легких и средних дистиллятов (углеводородных фракций), — рассказывает Владимир Агабеков. — Они, в свою очередь, могут стать сырьем для нефтехимического синтеза и производства высококачественных топлив. Над этой задачей мы давно работаем совместно с коллегами из Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН.

Вместе с тем в Беларуси можно перерабатывать и отходы сельскохозяйственной продукции, которые в своем составе имеют соединения, аналогичные находящимся в древесном сырье, — целлюлозу, лигнин и другие.

— Теоретически из лигноцеллюлозной биомассы можно производить до 2 млн т биотоплива. Это с учетом того, что в нашей стране ежегодно необходимо утилизировать более 8 млн т соломы зерновых культур, свыше 1 млн т рапсовой соломы, 1,2—1,4 млн т листостебельной массы кукурузы, возделываемой на зерно, около 500 тыс. т свекловичного жома, — продолжает руководитель ИХНМ.

Одним из наиболее перспективных подходов к использованию растительных отходов Владимир Агабеков называет их комплексную переработку с тяжелыми нефтяными остатками. По его словам, данный подход позволит увеличить глубину переработки нефти до 92—95%, уменьшить на 20—30% расход сырой нефти и дополнительно получить 10—15% светлых углеводородных фракций, а также продукты для нефтехимического синтеза за счет использования возобновляемого и альтернативного сырья. Внедрение новых технологий изменит эффективность заводов нефтепереработки и повысит конкурентоспособность экспортируемой продукции на мировом рынке.

Что касается ИХНМ, то в лаборатории лесохимических продуктов и технологий композиционных материалов несколько лет назад создан и действует опытный участок по выпуску смазочно-охлаждающих жидкостей на основе малеинизированной канифоли для металлообрабатывающих предприятий. Здесь можно производить оптически активную добавку для ЖК-композиций, которая применяется в различных системах отображения и преобразования информации, в частности в дисплеях с матричной системой адресации.

ПОДДЕРЖКА ГОСУДАРСТВА 

Для эффективного решения задач, стоящих перед лесохимическим комплексом, в 2016—2020 годах в рамках Государственной программы научных исследований «Химические технологии и материалы» в Беларуси реализуется подпрограмма «Лесохимия» с участием Института леса НАН Беларуси, Научно-практического центра НАН Беларуси по земледелию, Белорусского государственного университета и НИИ физико-химических проблем БГУ, Белорусского государственного технологического университета, Гомельского государственного университета имени Франциска Скорины. Головная организация-исполнитель — ИХНМ НАН Беларуси.

За первые три года пятилетки успешно выполнены 11 заданий. В том числе разработаны:

• — каталитические системы на основе природных алюмосиликатов различных месторождений (иллит, глауконит) для процессов получения терпеноидных продуктов с комплексом ценных свойств (камфоленовый, изо-камфоленовый альдегиды, карвеол, эфиры изоборнеола);
• — биоразлагаемые композиционные материалы на основе смесей полилактид-полигуанидин-наполнитель (отходы лесного и сельского хозяйства);
• — аддукты канифоли, скипидара, терпентина и их производные для применения в качестве эффективных модификаторов эластомерных композиций.

Кроме того, впервые на основе микрораневого метода экспресс-диагностики уровня смолопродуктивности проведены селекционно-генетическая оценка и отбор 25 высокосмолопродуктивных фенотипов сосны обыкновенной в северном лесосеменном подрайоне Белорусского лесосеменного района Двинской экспериментальной базы.

Получены новые полимеры на основе аминоамидов смоляных кислот канифоли с упрочняющим и гидрофобизирующим действием на бумагу и картон.

Исследованы теплоты сгорания и образования функционально замещенных ароматических соединений, моделирующих структурные фрагменты лигнинсодержащих материалов.

Изучены состав и свойства биологически активных веществ, выделенных из лишайников сосновой формации, и др.

В 2019—2020 годах ученые исследуют каталитические превращения вторичных терпеноидных продуктов в присутствии отечественных природных алюмосиликатов, изучают процесс синтеза новых производных терпеноидных кислот с мезогенными группами в качестве компонентов хиральных нематических ЖК-материалов, выявляют физико-химические закономерности получения активированных углей из гидрофобизованного гидролизного лигнина, получают новые полимерные материалы на основе мономеров терпенового ряда, канифоли и др.

В следующей пятилетке, в 2021—2025 годах, в рамках подпрограммы «Создание новых наукоемких отечественных материалов различного функционального  назначения на основе лесохимического и растительного сырья» («Лесохимия — 2») планируется проводить исследования, направленные на разработку научных подходов к созданию наукоемких материалов на основе отечественного лесохимического и растительного сырья с комплексом ценных свойств, установление процессов смолообразования, выявление новых источников сырья из пород лесного фонда для получения биологически активных веществ в интересах медицины и сельского хозяйства; а также на разработку технологии комплексной переработки тяжелых нефтяных остатков с использованием возобновляемого лесохимического сырья для получения легких и средних дистиллятов (углеводородных фракций) как сырья для производства высококачественных топлив и продуктов для нефтехимического синтеза.

БУДУЩЕЕ ЗА ТЕХНОЛОГИЯМИ

В целом будущее лесохимической отрасли академик Владимир Агабеков видит в разработке и внедрении импортозамещающих, экологически безопасных, ресурсо- и энергосберегающих технологий получения востребованных на рынке продуктов на основе углубленной химической переработки отечественной природной сырьевой базы.

— Особая роль отводится технологиям, связанным с переработкой живицы, древесной зелени, отходов деревообрабатывающих производств — опилок, неликвидной древесины, а также быстрорастущих малоиспользуемых пород деревьев — осины, ольхи, березы, — подытоживает академик. — Технологии и материалы, которые мы разрабатываем в рамках госпрограмм, позволят Беларуси существенно снизить объемы импортной продукции на основе канифоли и скипидара, а также увеличить конкурентоспособность товаров, производимых отечественным лесохимическим комплексом.

ФОТО Сергей Дубовик, предоставлены ИХНМ