0536-1036 Известия высших учебных заведений. Лесной журнал Lesnoy Zhurnal (Russian Forestry Journal) ФГАОУ ВО «Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова» 10.37482/0536-1036-2026-4-171-180 https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/2696 ТЕХНОЛОГИЯ ХИМИЧЕСКОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ДРЕВЕСИНЫ И ПРОИЗВОДСТВО ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ TECHNOLOGY OF CHEMICAL WOOD PROCESSING AND PRODUCTION OF WOOD-POLYMER COMPOSITES Комплексный термический анализ торрефиката из древесины лиственницы Comprehensive Thermal Analysis of Torrefied Larch Wood Громов А.А. Громов А.А. Gromov Anton A. gromov.a@edu.narfu.ru 0009-0000-0575-8820 LQK-6780-2024 Иванов М.С. Иванов М.С. Ivanov Michael S. ivanov_ms@vk.com 0009-0002-9507-5496 NGS-2813-2025 Алексеев П.Д. Алексеев П.Д. Alekseev Pavel D. p.alekseev@narfu.ru 0000-0003-0468-2101 KBA-5698-2024 Марьяндышев П.А. Марьяндышев П.А. Maryandyshev Pavel A. p.marjyandishev@narfu.ru 0000-0002-3880-8289 E-7880-2016 Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова (г. Архангельск, Россия) Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov (Arkhangelsk, Russia) 10 08 2026 2026 4 171 180 10 08 2025 11 11 2025 08 11 2025 © Громов А.А., Иванов М.С., Алексеев П.Д., Марьяндышев П.А., 2026 2026 Громов А.А., Иванов М.С., Алексеев П.Д., Марьяндышев П.А. Gromov A.A., Ivanov M.S., Alekseev P.D., Maryandyshev P.A. CC BY 4.0 https://journals.narfu.ru/index.php/fj/article/view/2696

Производство торрефиката – это стратегически важное направление для диверсификации продукции лесного комплекса РФ. Торрефикат получают термохимическим преобразованием биомассы в среде с ограниченным содержанием кислорода. Преимущества торрефиката по сравнению с исходной биомассой – это высокие энергетическая плотность, гидрофобность и устойчивость к биологическому разложению. Цель исследования – комплексный термический анализ энергетического потенциала и характеристик термодеструкции торрефицированного биотоплива из древесины лиственницы. Приведена характеристика торрефиката, его элементный и компонентный состав, содержание оксидов металлов. Пиролитическая газовая хроматография-масс-спектрометрия идентифицировала основные органические соединения в составе пиролизных паров при 5 температурных режимах обработки (от 200 до 600 °C с шагом 100 °C). Методами термогравиметрии и дифференциальной термогравиметрии в инертной (аргон) и воздушной средах при скорости нагрева 10 °C/мин установлены температурные диапазоны процессов потери массы влаги и горения топлива и коксового остатка. Выход высококалорийных компонентов и наибольшее тепловыделение наблюдаются в интервале температур 400–500 °C. Установлено, что торрефикация позволяет получить топливо с повышенной энергетической эффективностью и улучшенными топливными характеристиками в сопоставлении с цельной древесиной. Результаты имеют практическую значимость для оценки перспектив использования торрефиката в качестве высокалорийного твердого биотоплива для энергетической утилизации на биотопливных котельных в Арктическом регионе и дают основу для исследований в данном направлении.

The production of torrefied biomass is a strategically important area for diversifying the Russian forestry sector’s product range. Torrefied biomass is produced by the thermochemical biomass conversion in an oxygen-limited environment. High energy density, hydrophobicity, and resistance to biological degradation are among the advantages of torrefied biomass over raw biomass. The research is aimed at carrying out a comprehensive thermal analysis of the energy potential and thermal degradation parameters of torrefied biofuel produced from larch wood. The paper presents the characteristics of torrefied biomass, its elemental and compositional structure, and its metal oxide content. Pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry determined the main organic compounds present in pyrolysis vapors at five different temperature settings (ranging from 200 to 600 °C with a 100 °C step) during processing. The temperature ranges for moisture loss and the combustion of fuel and coke residue were determined using thermogravimetry and differential thermogravimetry in an inert (argon) and air atmosphere at a heating rate of 10 °C/min. The release of high-calorie components and the greatest heat release occur in the 400–500 °C temperature range. It has been found that torrefaction produces a fuel with higher energy efficiency and improved fuel properties compared to solid wood. The results have practical significance for assessing the potential of torrefied biomass as a high-calorific-value solid biofuel for energy recovery at biofuel boiler plants in the Arctic region and provide a basis for further research in this area.

 Ключевые слова древесина лиственницы лесопромышленный комплекс торрефикат газохроматография пиролиз термогравиметрия Keywords larch wood forest industry complex torrefied biomass gas chromatography pyrolysis thermogravimetry Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации, проект № FSRU-2024-0007. Использовано научное оборудование центра коллективного пользования «Арктика» Северного (Арктического) федерального университета им. М.В. Ломоносова. The research was financially supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation, Project No. FSRU-2024-0007. The Core Facility Center “Arktika” at the Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov provided the scientific equipment for the research. Любов В.К., Цыпнятов И.И. Повышение эффективности энергетического использования биотоплива // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 1. С. 172–185. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-172-185 Мураев И.Г., Сушко О.П. Диверсификация экспорта лесного комплекса Архангельской области // Арктика и Север. 2025. № 58. С. 47–64. https://doi.org/10.37482/issn2221-2698.2025.58.47 Самойлова Ю.В., Сорокина К.Н., Пармон В.Н. Биоуголь из микроводорослей: подходы к получению и свойства // Катализ в промышленности. 2024. Т. 24, № 3. С. 83–90. https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-3-83-90 Терентьева В.Д. Перспективы развития лесопромышленного комплекса РФ в условиях санкций // Бизнес. Образование. Право. 2022. № 3(60). С. 203–208. https://doi.org/10.25683/VOLBI.2022.60.378 Шишелов М.А., Стыров М.М. Адаптация лесного комплекса Республики Коми к санкционному давлению // Проблемы прогнозирования. 2024. № 5. С. 191–202. https://doi.org/10.1134/S107570072470028X Alias A.B., Wan Azlina W.A.K.G. Char and Biochar Production: Technology, Applications, and Major Challenges. Char-based Composites. Ed. by W.A.K.G. Wan Azlina, S.M. Sapuan, M.M. Harussani. Woodhead Publishing, 2025, pp. 33–47. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-15403-4.00002-2 Bergman P.C., Boersma A.R., Zwart R.W.R., Kiel J.H.A. Torrefaction for Biomass Co-Firing in Existing Coal-Fired Power Stations. The Netherlands, 2005. 75 p. Chen W.-H., Peng J., Bi X.T. A State-of-the-Art Review of Biomass Torrefaction, Densification and Applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, vol. 44, pp. 847–866. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.039 Chen W.-H., Ye S.-C., Sheen H.-K. Hydrothermal Carbonization of Sugarcane Bagasse via Wet Torrefaction in Association with Microwave Heating. Bioresource Technology, 2012, vol. 118, pp. 195–203. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.04.101 Hao J., Xu F., Yang D., Wang B., Qiao Y., Tian Y. Analytical Pyrolysis of Biomass Using Pyrolysis-Gas Chromatography/Mass Spectrometry. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2025, vol. 208, art. 115090. https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.115090 Krylova A.Yu., Gorlov E.G., Shumovskii A.V. Production of Biocoal by the Pyrolysis of Biomass. Solid Fuel Chemistry, 2019, vol. 53, pp. 369–376. https://doi.org/10.3103/S0361521919060107 Krylova A.Y., Zaitchenko V.M. Hydrothermal Carbonization of Biomass: A Review. Solid Fuel Chemistry, 2018, vol. 52, no. 2, pp. 91–103. https://doi.org/10.3103/S0361521918050056 Lin S.Y., Dence C.W. Methods in Lignin Chemistry. Berlin, Springer, 1992. 578 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-74065-7 Liu Z., Zhang F.-S. Removal of Lead from Water Using Biochar’s Prepared from Hydrothermal Liquefaction of Biomass. Journal of Hazardous Materials, 2009, vol. 167, iss. 1-3, pp. 933–939. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.01.085 Liu Z., Zhang F.-S., Wu J. Characterization and Application of Chars Produced from Pinewood Pyrolysis and Hydrothermal Treatment. Fuel, 2010, vol. 89, iss. 2, pp. 510–514. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.08.042 Safarian S. Performance Analysis of Sustainable Technologies for Biochar Production: A Comprehensive Review. Energy Reports, 2023, vol. 9, pp. 4574–4593. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.03.111 Seow Y.X., Tan Y.H., Mubarak N.M., Kansedo J., Khalid M., Ibrahim L.M., et al. A Review on Biochar Production from Different Biomass Wastes by Recent Carbonization Technologies and Its Sustainable Applications. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022, vol. 10, iss. 1, art. 107017. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.107017 van der Stelt M.J.C., Gerhauser H., Kiel J.H.A., Ptasinski K.J. Biomass Upgrading by Torrefaction for the Production of Biofuels: A Review. Biomass and Bioenergy, 2011, vol. 35, iss. 9, pp. 3748–3762. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.06.023 Wang S., Dai G., Yang H., Luo Z. Lignocellulosic Biomass Pyrolysis Mechanism: A State-of-the-Art Review. Progress in Energy and Combustion Science, 2017, vol. 62, pp. 33–86. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.05.004 Yildiz M.J., Wurzer C., Robinson T., Wietecha J., Mašek O. Biochar from Pellets: Influence of Binders and Pyrolysis Temperature on Physical Properties of Pyrolyzed Pellets. Sustainable Materials and Technologies, 2025, vol. 43, art. e01327. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2025.e01327 Lyubov V.K., Tsypnyatov I.I. Improving the Efficiency of Energy Use of Biofuels. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2023, no. 1, pp. 172–185. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-1-172-185 Muraev I.G., Sushko O.P. Export Diversification of the Arkhangelsk Oblast’s Forestry Complex. Arktika i Sever = Arctic and North, 2025, no. 58, pp. 47–64. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/issn2221-2698.2025.58.47 Samoylova Y.V., Sorokina K.N., Parmon V.N. Biochar from Microalgae: Production and Properties. Kataliz v promyshlennosti, 2024, vol. 24, no. 3, pp. 83–90. (In Russ.). https://doi.org/10.18412/1816-0387-2024-3-83-90 Terenteva V.D. Prospects for the Development of the Timber Industry of the Russian Federation in the Conditions of Sanctions. Business. Education. Law, 2022, no. 3(60), pp. 203–208. (In Russ.). https://doi.org/10.25683/VOLBI.2022.60.378 Shishelov M.A., Styrov M.M. Adaptation of the Forest Complex of the Komi Republic to Sanctions Pressure. Studies on Russian Economic Development, 2024, vol. 35, no. 5, pp. 745–752. https://doi.org/10.1134/S107570072470028X Alias A.B., Wan Azlina W.A.K.G. Char and Biochar Production: Technology, Applications, and Major Challenges. Char-based Composites. Ed. by W.A.K.G. Wan Azlina, S.M. Sapuan, M.M. Harussani. Woodhead Publishing, 2025, pp. 33–47. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-15403-4.00002-2 Bergman P.C., Boersma A.R., Zwart R.W.R., Kiel J.H.A. Torrefaction for Biomass Co-Firing in Existing Coal-Fired Power Stations. The Netherlands, 2005. 75 p. Chen W.-H., Peng J., Bi X.T. A State-of-the-Art Review of Biomass Torrefaction, Densification and Applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, vol. 44, pp. 847–866. https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.12.039 Chen W.-H., Ye S.-C., Sheen H.-K. Hydrothermal Carbonization of Sugarcane Bagasse via Wet Torrefaction in Association with Microwave Heating. Bioresource Technology, 2012, vol. 118, pp. 195–203. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.04.101 Hao J., Xu F., Yang D., Wang B., Qiao Y., Tian Y. Analytical Pyrolysis of Biomass Using Pyrolysis-Gas Chromatography/Mass Spectrometry. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2025, vol. 208, art. 115090. https://doi.org/10.1016/j.rser.2024.115090 Krylova A.Yu., Gorlov E.G., Shumovskii A.V. Production of Biocoal by the Pyrolysis of Biomass. Solid Fuel Chemistry, 2019, vol. 53, pp. 369–376. https://doi.org/10.3103/S0361521919060107 Krylova A.Y., Zaitchenko V.M. Hydrothermal Carbonization of Biomass: A Review. Solid Fuel Chemistry, 2018, vol. 52, no. 2, pp. 91–103. https://doi.org/10.3103/S0361521918050056 Lin S.Y., Dence C.W. Methods in Lignin Chemistry. Berlin, Springer, 1992. 578 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-74065-7 Liu Z., Zhang F.-S. Removal of Lead from Water Using Biochar’s Prepared from Hydrothermal Liquefaction of Biomass. Journal of Hazardous Materials, 2009, vol. 167, iss. 1-3, pp. 933–939. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.01.085 Liu Z., Zhang F.-S., Wu J. Characterization and Application of Chars Produced from Pinewood Pyrolysis and Hydrothermal Treatment. Fuel, 2010, vol. 89, iss. 2, pp. 510–514. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.08.042 Safarian S. Performance Analysis of Sustainable Technologies for Biochar Production: A Comprehensive Review. Energy Reports, 2023, vol. 9, pp. 4574–4593. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.03.111 Seow Y.X., Tan Y.H., Mubarak N.M., Kansedo J., Khalid M., Ibrahim L.M., et al. A Review on Biochar Production from Different Biomass Wastes by Recent Carbonization Technologies and Its Sustainable Applications. Journal of Environmental Chemical Engineering, 2022, vol. 10, iss. 1, art. 107017. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.107017 van der Stelt M.J.C., Gerhauser H., Kiel J.H.A., Ptasinski K.J. Biomass Upgrading by Torrefaction for the Production of Biofuels: A Review. Biomass and Bioenergy, 2011, vol. 35, iss. 9, pp. 3748–3762. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2011.06.023 Wang S., Dai G., Yang H., Luo Z. Lignocellulosic Biomass Pyrolysis Mechanism: A State-of-the-Art Review. Progress in Energy and Combustion Science, 2017, vol. 62, pp. 33–86. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2017.05.004 Yildiz M.J., Wurzer C., Robinson T., Wietecha J., Mašek O. Biochar from Pellets: Influence of Binders and Pyrolysis Temperature on Physical Properties of Pyrolyzed Pellets. Sustainable Materials and Technologies, 2025, vol. 43, art. e01327. https://doi.org/10.1016/j.susmat.2025.e01327