Статья Промышленные Ведомости про наши технологии

Новые древесные материалы с адаптивными физическими свойствами

ГАЛКИН В.А.,
генеральный директор ООО «ЯТК АМО ЗИЛ»

Ещё 1990-е годы в ООО «Ярцевская технологическая компания» (сейчас ООО «ЯТК АМО ЗИЛ») начались исследования по разработке и внедрению в промышленное производство новых изделий из древесины. А более 20 лет назад, были созданы первые установки для обработки древесины газообразным аммиаком. Применение этой технологии способствует увеличению биостойкости и твёрдости древесины и снижению её разбухания при эксплуатации. При этом также выявляется текстура древесины и изменяется ее цвет, в частности, берёза приобретает цвет орехового дерева, дуб – цвет морёного дуба, а ясень – красный цвет. Материал известен под торговой маркой Лигнамон. Он оказался востребованным для производства пожаробезопасного паркета, незначительно впитывает влагу и имеет привлекательный товарный вид.

После этого компания продолжала исследовать возможности улучшения свойств изделий из древесины и разрабатывать оборудование для их производства. Целью было получить новый материал с заданными физическими характеристиками и эксплуатационными свойствами, которые пожелает иметь в своём изделии заказчик. Эту проблему компания решила, и созданный новый материал назван «Древесный массивный материал с адаптивными физическими свойствами». В частности, он несгораем и влагостоек, его плотность составляет от 650 до 2000 кг/м3 (у обычной древесины от 350 до 850 кг/м3), следовательно, его удельная прочность превышает прочность сталей, при этом его биостойкость обеспечивает вековую продолжительность эксплуатации.

Технология производства нового материала основана на пропитке исходных заготовок древесины модификатором, то есть водным раствором карбамида с функциональными добавками, и последующую термообработку заготовок в автоклаве. Карбамид характеризуется синергией, а именно - способностью в несколько раз усиливать свойства добавок при незначительном их количестве. От номенклатуры и количества добавок зависят конечные свойства обработанной древесины. Процесс её обработки длится от 7 до 12 суток в зависимости от породы древесины и толщины заготовки, при затратах электроэнергии до 400 кВт *ч на кубометр. При этом проявляется ее текстура, а также изменяется цветовая гамма - от жёлтого, красного и коричневого цветов до чёрного. Разработаны способы окраски древесины в другие цвета и химическая защита от воздействия солнечных лучей. В качестве сырья применимы хвойные и лиственные породы деревьев. Технология позволяет производить обработку как массивной древесины любой толщины – бревен диаметром до 250 мм, так и пиломатериалов – бруса размерами до 200 х 200 мм, при неизменности их физических свойств.

Технология и новое промышленное оборудование, на которые получен ряд патентов, испытывались и доводились до кондиции на опытно-промышленном участке компании. Технические испытания и сертификация проводились в ООО «Рустехэкспертиза». Ниже для примера приведены усредненные характеристики сосновых бревен, пропитанных раствором-модификатором, характеристики непропитанной сосны указаны в скобках:

• слабогорючая - класс Г1
• слабовоспламеняющаяся - класс В1
• слабораспространяющая пламя – класс РП1
• со слабой дымообразующей способностью – класс Д2 (эти характеристики из-за показателя дымообразования Д2 соответствуют классу пожароопасности КМ2, у обычной сосны – КМ4);
• по токсичности - умеренно опасные – класс Т1
• плотность 650 кг/м3 (520);
• влажность 4% (12%);
• влагопоглощение за 30 суток – 14% (21,5)%;
• разбухание за 30 суток - 3,5% (10,5%);
• изгибная прочность - 130 МПа (82);
• модуль упругости при изгибе - 20 ГПа (11,8);
• прочность при скалывании - 8,5 МПа (6);
• потеря массы от древесных грибков - менее 5% (27%).

Новый материал при его производстве не выделяет вредных веществ в атмосферу. Так как срок службы изделий из него вековой, это позволяет сократить вырубку лесов, используя при этом все породы древесины, а не только деловые. Леса, как известно, поглощают вредные газы и выделяют кислород. Применяемые для обработки древесины вещества - карбамид и добавки модификатора тоже экологически безвредны. Поэтому изделия, изготовленные из нового материала - мебель, кухонная утварь и др., пригодны для применения в жилых помещениях

Помимо производства массивных древесных материалов путем пропитки их модификатором, компания производит древесные плиты переработкой отходов деревообработки в виде щепы и опилок, их пропиткой тем же модификатором с последующим экструдированием. Пропитанные раствором опилки просушиваются, и затем под воздействием высокой температуры и давления прессуются в плиты. Однако производительность их изготовления низкая и эффективен этот способ только при изготовлении крупногабаритных плит размером более 3х5 метров. Для этого разработана технология экструзии отходов при повышенной температуре с уплотнением и профилированием изделий. Производительность экструдирования - более 5 м/мин, ширина изделия - до 1,2 м, плотность нового материала от 650 до 800 кг/м3, геометрия изделия ограничена только профилем фильеры. Класс эмиссии вредных веществ нового материала – Е0, то есть выделение токсинов составляют менее 0,04 мг на 100 грамм изделия. Достоинства этого способа очевидны: опилки малоценны, модифицирующий раствор пропитывает их за малое время и не требует специального смешивающего оборудования, да и стоимость химикатов составляет проценты от стоимости дорогих смол или органических наполнителей для экструдирования, например, древесно-полимерных композитов. Материал древесных плит запатентован.

Широкое производство древесных материалов с адаптивными физическими свойствами могло бы за небольшой промежуток времени решить проблемы деревообрабатывающей промышленности и домостроения Дальнего Востока, Приморья, Хабаровского края и Амурской области. На этих территориях находится около 50% лесов России. Так как за последние десятилетия деревопереработка там была сосредоточена только на лесопилении и отправке брёвен в Китай, введение ограничений по отправке кругляка на экспорт негативно повлияло на местную лесодобычу. Внедрение там предлагаемой технологии позволит эффективно решить назревшие проблемы.

Древесина с адаптивными физическими свойствами, которыми можно управлять в соответствии с техническими требованиями её заказчика, имеет очень большой экспортный потенциал. В то же время самая «распиаренная» в мире древесина марки Accoya, обработанная уксусным ангидридом, имеет строго определённые свойства. При этом один кубометр российской адаптивной по свойствам древесины в коммерческом (среднем) варианте стоит 100 тысяч рублей, а марки Accoya идёт в ценовом промежутке от 2,5 до 5 тысяч евро.

Помимо низкой по стоимости новой отечественной древесины нами предлагается экономически выгодная логистическая модель ее распределенной во времени транспортировки. Модули по пропитке исходных заготовок в виде брёвен предлагается обрабатывать в местах, где расположены лесопилки и запасы леса. Бревна после пропитки не трескаются и не гниют, и могут долго храниться на открытых площадках в штабелях. Затем пропитанные брёвна транспортируются на территории расположения железных дорог и электростанций, так как последующая термообработка является энергетически затратной частью техпроцесса. После неё уже глубоко переработанные брёвна могут быть отправлены, допустим, в тот же Китай, но уже по цене, которая предполагает большую маржинальную составляющую.

При этом общие капзатраты окажутся сравнительно небольшими. Одна пропитывающая установка стоит порядка 17 млн. рублей и позволяет обрабатывать в сутки до 15 кубометров древесины. Термообрабатывающая установка стоит примерно 14 млн. рублей и на десяти таких установках можно получить до 3600 кубометров обработанной древесины в год. Одна пропитывающая установка обеспечит работу на месяц до 10 установок термообработки. Это составит производственный модуль производительностью 300 кубометров в месяц, который будут обслуживать круглосуточно посменно 10 рабочих. Модуль полностью автоматизирован и допускается его дистанционное управление, ручной является только загрузка-выгрузка бревен и готовой продукции.

Стоимость создания предприятия в виде одного модуля оценивается в 200 млн. рублей по сегодняшним ценам. Если учесть, что расход химикатов на кубометр древесины составляет сегодня около 2500 рублей, себестоимость одного кубометра древесины с адаптивными физическими свойствами не превысит 50-52 тысячи рублей. Тогда чистая прибыль составит 130 миллионов рублей в год и производство окупится за два, максимум за 2,5 года. Размещение пропиточных установок на удаленных лесодобывающих территориях позволит создать новые рабочие места в деревнях и даст дополнительный импульс развития лесопромышленному комплексу.

Сейчас доля лесопромышленного комплекса в ВВП страны составляет 0,9%. Между тем у России имеется 21% мировых запасов леса, готовых к переработке, а добываем и перерабатываем только 5%, тогда как США располагает 8% мировых запасов, но перерабатывает до 46%. Мы не скоро создадим новое производство сушилок и деревообрабатывающих станков нового поколения, а вот часть производства автоклавов у нас ещё сохранилась. Все это нужно для предлагаемой нами технологии. Мы связались с 11 заводами по выпуску автоклавов, как в России, так и в Белоруссии, и пришли к выводу, что сегодня ни один из них не может выполнить предлагаемую нами программу по их выпуску объёме, который необходим для выполнения проекта. Поэтому нужно создать либо кооперацию этих предприятий или построить завод нового технологического оборудования.

Говоря про объёмы необходимых автоклавов, мы руководствовались следующими соображениями. Добыча древесного сырья в России составляет в среднем 200 миллионов кубометров в год. Если хотя бы половину этих запасов перенаправить для производства древесины с адаптивными физическими свойствами, то понадобится более 20 тысяч автоклавов, производство которых в таком количестве будет способствовать подъёму металлургии и машиностроения в стране. Для производства в объёме 100 миллионов кубометров необходимо восемь миллионов тонн карбамида. Его получают из природного газа, следовательно, увеличится потребление газа внутри страны, а химическая промышленность получит дополнительный импульс к развитию.

Древесина с адаптивными физическими свойствами имеет высокую прочность, не горит и незначительно разбухает при воздействии влаги, а, следовательно, она станет важным конструкционным материалом для строительства. Сейчас разрабатываются строительные нормы и правила для многоэтажных деревянных домов, и мы готовы сотрудничать с разработчиками этого направления. Как строительный материал древесина с адаптивными физическими свойствами будет востребована при дальнейшем освоении Арктики, в зонах подтопления, вблизи береговых линий и др.

Производство адаптивной по характеристикам древесины – долгосрочное и выгодное вложение капитала. Спрос на модифицированную древесину по данным ВТО в мире растёт на 9,8% в год. Так в Германии ее доля в 2019 году составляла 40% от использованной в стране. Следует учесть, что ресурсы деловой древесины резко сокращаются, а технология изготовления древесного материала с адаптивными физическими свойствами пока единственная, которая позволит использовать неделовой лес. Заметим, что рост производства пиломатериалов в России в основном направлен на экспорт. Если раньше Китай в основном закупал лес-кругляк, то в настоящее время его больше интересуют пиломатериалы, особенно стойкие к биоповреждениям.

Наша компания запланировала строительство на своей территории комплекса для производства изделий из нового древесного материала с адаптивными физическими свойствами. Запланировано также строительство цеха по экструдированию опилок из древесных отходов и производству плит по новой технологии. Оборудование предполагается закупать непосредственно у его производителей. Остается актуальной и обработка пиломатериалов из древесины с ее пропиткой аммиаком, и изготовление необходимого для этого оборудования. Внедрение всех этих производств предполагается осуществить совместно с инвесторами, которых мы сейчас подыскиваем.

Предлагаемые новые промышленные технологии позволят решить многие проблемы лесодобывающего комплекса и деревообрабатывающей промышленности, они будут способствовать глубокой переработке древесины и, тем самым, эффективному лесосбережению.