Вводные замечания. Отходы неизбежно появляются при переработке древесины и других природных ресурсов [58]. Проблема заключается в разработке технологий, обеспечивающих минимизацию отходов и их использование как вторичных ресурсов для получения энергии и материалов. Например, отходы лесопиления могут использоваться в качестве вторичного сырья для получения топливных брикетов, в производстве древесно-стружечных плит и древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства [4, 60]. Эти примеры не исчерпывают всех направлений использования отходов переработки древесины. Количество отходов зависит от технологий заготовки и переработки древесины, от свойств сырья и характеристик оборудования.

В данном обзоре внимание фокусируется на некоторых работах, выполненных в данной области в Петрозаводском государственном университете. Цель обзора заключается в систематизации этих работ, опубликованных в разрозненных источниках.

Использование отходов в виде коры. Доля коры у разных деревьев может составлять от 6 до 25 % от объема ствола [20]. Большие объемы отходов в виде коры образуются на стадии древесно-подготовительного цикла целлюлозно-бумажных комбинатов (ЦБК). Например, три ЦБК в Республике Карелия рассчитаны на переработку круглых лесоматериалов в объеме примерно трех миллионов куб. м в год [46]. Соответственно, объемы отходов в виде коры составляют, по меньшей мере, 180000 куб. м [25]. Кора используется по следующим направлениям: компостирование и переработка на удобрение; сжигание как биотоплива; производство древесно-стружечных плит; производство биологически активных веществ, а также дубильных, красящих и других веществ [20]. Ресурсосберегающие технологии утилизации древесной коры как сырья для получения биогумуса рассмотрены в статье [22, 23].

В производстве бумаги на фильтрах водоочистных сооружений ЦБК накапливается так называемый «скоп» – масса, состоящая из частиц коры, целлюлозных волокон, органических и неорганических примесей [20]. Эти отходы появляются как результат очистки древесины от коры в установках барабанного типа [14, 18, 19]. Перспективным способом утилизации скопа является его использование в качестве сырья для строительных материалов, например, плит несъёмной опалубки и теплоизоляционных плит [http://www.parmatech.org/sushka-skopa.html]. В работе [45] исследована  возможность применения скопа как компонента древесно-цементного строительного материала [45].

Использование отходов лесопиления. В настоящее время сохраняет свою актуальность проблема рационального использования отходов лесопиления. Масштаб проблемы характеризуют следующие данные. Как известно [50], объем мирового производства пиломатериалов составляет примерно 400 млн. куб. м. На долю России приходится около 20 млн. куб. м. В зависимости от способа пиления от 11 до 19% объема пиловочного сырья превращается в опилки [50].

Вопросы рационального использования отходов лесопиления в качестве вторичного сырья в производстве древесно-цементных материалов для малоэтажного строительства рассмотрены в работах [1, 2, 3, 4, 35].  В этих работах получены новые данные о прочности древесно-цементных материалов в зависимости от соотношения опилок и стружки как компонентов этих материалов [4], а также о влиянии полимерно-минеральной добавки на прочность древесно-цементного материала [2]. До появления работы [24], эта добавка использовалась только в дорожном строительстве [47].

Выполнены экспериментальные исследования древесно-цементных материалов, полученных с применением отходов лесопиления в сочетании с отходами камнеобработки [7]. В экспериментах на сжатие установлено, что добавка отходов в виде порошка стеатита повышает прочность древесно-цементного материала при относительно большой скорости деформирования (180 мм/с). Этот эффект позволяет рекомендовать данный материал для использования в зданиях при сейсмических и техногенных динамических воздействиях  [6, 7].

Комплексному решению проблемы рационального использования отходов лесопиления в качестве вторичного сырья способствует исследование сравнительной прочности при сдвиге цементно-песчаных и клеевых швов, соединяющих блоки из древесно-цементного материала [5, 59].

Новое направление в исследованиях древесно-цементных материалов связано с применением методов обработки изображений с целью прогнозирования его механических свойств без разрушения образцов [15, 27, 28].

Технические и технологические аспекты ресурсосбережения. Новые технологические решения для реализации потенциала ресурсосбережения при переработке круглых лесоматериалов на щепу рассмотрены в монографии [12], в которой, в частности, впервые исследован вопрос о влиянии изменения длины баланса, измельчаемого в дисковой рубительной машине, на размеры частиц древесной щепы.

Смежные вопросы и технические решения для совершенствования технологий переработки древесины, рассмотрены в ряде других работ. Например, в [11, 26] на основе производственных экспериментов установлено, что для уменьшения количества отходов при производстве щепы целесообразно уменьшать долю короткомеров в потоке балансов. Чтобы уменьшить указанную долю короткомеров были предложены технические решения для интенсификации сортировки транспортируемых рольгангом круглых лесоматериалов по критерию длины при их подготовке к измельчению на щепу [9, 13].

На комплексное решение проблемы ресурсосбережения ориентировано исследование технологического процесса фракционирования полидисперсного сыпучего материала методом рассева на установках с ярусной компоновкой сит [16, 37].  Таким материалом является древесная щепа на выходе из рубительной машины. Техническое решение для повышения эффективности фракционирования сыпучих полидисперсных материалов предложено в работе [38].

Измельченная древесина, как известно, используется в качестве основного сырья в производстве древесно-стружечных плит. Новая клеевая композиция с наномодификатором для древесностружечных плит предложена в работах [53, 56].

Отходы в виде хвои сосны обыкновенной могут использоваться в качестве сырья для изготовления теплоизоляционных плит [32, 33], что, однако, требует продолжения исследований [34].

Обсуждение и заключение. Совершенствование технических и технологических решений [12] в области рационального использования древесины предполагает проведение не только экспериментальных исследований, но и применение новых информационных технологий, что отражено в работах [14, 21, 22, 27, 30]. Эффективность применения математического моделирования с учетом результатов экспериментов показывает, например, работа [40]. В этой работе теоретически обосновано, что при совместной обработке в корообдирочном барабане балансов неодинакового диаметра более интенсивному воздействию подвергаются балансы меньшего диаметра по сравнению с балансами большего диаметра. Установлена закономерность, показывающая, что уменьшение степени очистки от коры пропорционально квадрату увеличения диаметра. Адекватность результатов исследования подтверждена известными по литературе данными экспериментальными данными [24]. По результатам данной работы обоснована практическая рекомендация: в целях уменьшения потерь древесины необходимо сортировать балансы по диаметру до загрузки в корообдирочный барабан и обрабатывать балансы в барабане группами, чтобы минимизировать различие диаметров балансов, которые соударяются друг с другом в барабане.

Проблемы рационального использования ресурсов требуют для своего решения учета не только технических и технологических аспектов, но также экологических и социально-экономических граней проблемы [42, 43, 44, 58, 62], рассмотрение которых, однако, выходит за рамки данного обзора.

Завершая обзор, который, не являясь исчерпывающим, позволяет констатировать, что в работах, выполненных в Петрозаводском государственном университете и опубликованных в 2008-2014 годах, получены, в частности, нижеследующие новые результаты в области рационального использования отходов в виде коры и опилок.

Исследованы возможности применения скопа в качестве вторичного сырья для получения строительных материалов [45].

Разработана методика численного моделирования соударений балансов в корообдирочном барабане. В этой методике соударения балансов рассматриваются как источник контактной задачи. Решение данной задачи необходимо для прогнозирования силы соударений балансов друг с другом и с корпусом корообдирочного барабана. С применением конечно-элементной модели и энергетического критерия очередности перехода односторонних связей в действительное состояние [41] контактная задача сведена к поиску решения линейной задачи дополнительности [35, 48]. Исследован вопрос о совместной обработке в корообдирочном барабане балансов неодинакового диаметра и установлено, что при этом более интенсивному воздействию подвергаются балансы меньшего диаметра по сравнению с балансами большего диаметра. Обоснована закономерность, показывающая, что уменьшение степени очистки от коры пропорционально квадрату увеличения диаметра [40].

Экспериментально исследовано влияние новой полимерно-минеральной добавки на прочность древесно-цементного материала для малоэтажного строительства [1, 2], а также влияние соотношения количества опилок и стружки в древесно-цементном материале и обоснованы рекомендации для практического использования [4].

Новизна и практическая значимость представленных выше результатов прикладных исследований в области рационального использования древесины подтверждена патентами РФ [17, 32, 33, 38, 39, 53, 56].