تولید زغال ‌حرارتی از ضایعات کشاورزی

دخالت انسان در محیط زیست پیامدهای نامطلوبی به همراه داشته است که آثار و نتایج آن را می‌توان به صورت تبدیل محیط‌های طبیعی به زمین‌های سنگلاخی و جایگزینی گیاهان مرغوب با گیاهان مهاجم و علف‌های هرز مشاهده کرد. بدون تردید آلودگی‌های زیست‌محیطی مهم‌ترین عامل ایجاد‌کننده بحران‌های زیست‌محیطی در سال‌های اخیر هستند. اگرچه انقلاب صنعتی نقش بسیار مهمی در افزایش و بهبود سطح رفاه زندگی انسان‌ها داشته است، اما با وقوع انقلاب صنعتی بتدریج محیط زیست به زباله‌دانی بزرگ مبدل شده که مدفن انواع مختلفی از آلودگی‌ها و مواد زائد صنعتی بوده است. علی‌رغم اقدامات گسترده‌ای که برای انتقال مواد آلاینده به مناطق دورتر به منظور به حداقل رساندن اثرات زیست‌محیطی ناشی از آنها انجام شده است باید پذیرفت که این راهکار چندان اصولی و تاثیرگذار نخواهد بود و باید بتدریج راهکارهایی را با عنوان فناوری‌های سبز جایگزین راهکارهای سنتی کنیم تا بتوانیم میزان آلودگی‌ها را به حداقل برسانیم. در کشورهای در حال توسعه، سالانه جنگل‌های بسیار زیادی به منظور استفاده از چوب‌های جنگلی در زمینه‌های مختلف و از جمله تولید زغا‌ل‌چوب مورد نیاز مردم آن کشور از بین می‌روند؛ در حالی که این کشورها سهم بسیار زیادی در افزایش انتشار دی‌اکسیدکربن دارند و به این ترتیب از متهمان اصلی آلودگی هوا و افزایش سطح گازهای گلخانه‌ای در محیط محسوب می‌شوند. همان‌طور که می‌دانید درختان و به طور کلی گیاهان، دی‌اکسید کربن محیط را جذب می‌کنند و آلودگی هوا را کاهش می‌دهند.

هرچه تعداد درختان کمتر باشد به همان نسبت جذب دی‌اکسید کربن کاهش و آلودگی هوا افزایش خواهد یافت. در آفریقا هر سال بیش از 300 میلیون تن هیزم و زغا‌ل‌چوب سوزانده می‌شود که به از بین رفتن 200 میلیون هکتار از جنگل‌های منطقه منجر خواهد شد. جنگل‌زدایی یکی از اقداماتی است که نه‌تنها سبب افزایش میزان انتشار دی‌اکسید کربن در محیط خواهد شد بلکه سبب فرسایش خاک و همچنین کاهش تعداد حیوانات بومی این جنگل‌ها و تغییرات آب و هوایی می‌شود. با توجه به این‌که امروزه بیشترین جنگل‌زدایی در کشورهای در حال توسعه اتفاق می‌افتد باید اقداماتی به منظور حمایت از این کشورها از طرف کشورهای پیشرفته انجام شود تا آنها نیز بتوانند به کمک فناوری‌های جدید و براساس شیوه‌های پایدار در توسعه کشاورزی، مدیریت جنگل‌ها را در کشور خود عهده‌دار شوند. استفاده از زغا‌ل‌چوب برای مصارف داخلی در بسیاری از نقاط دنیا همچنان اهمیت دارد و این در حالی است که ذرات دود حاصل از سوخت زغا‌ل‌چوب به میزان زیادی بر سلامت مردمی که در معرض انتشار آن هستند تاثیر می‌گذارد. جالب است بدانید براساس اعلام سازمان صلح سبز، استفاده از محصولات سوختی زغال‌سنگ و زغا‌ل‌چوب سالانه بیش از 360 میلیارد یورو به سلامت انسان‌ها و محیط زیست آسیب می‌رساند و در صورتی که صدمات ناشی از آن بر تغییرات جوی را نیز مورد بررسی قرار دهیم، میزان این صدمات بیش از میزان برآورد شده خواهد بود. موضوع جایگزین کردن سوخت‌های فسیلی مانند گاز، نفت و زغال‌ با سوخت‌های سبز که از گیاهان و فرآورده‌ها و محصولات گیاهی تهیه می‌شوند، از 2 دیدگاه مختلف قابل بررسی است. اگرچه این طرح به بهانه و هدف کاهش تولید گاز‌های گلخانه‌ای در محیط مطرح شده است، اما نابودی جنگل‌ها را افزایش می‌دهد که این موضوع نیز به خودی خود پیامدهایی را به همراه خواهد داشت که خطر آن کمتر از انتشار گازهای گلخانه‌ای نخواهد بود. در این طرح تحقیقاتی که با همکاری محققان مرکز رشد اردبیل انجام شده است از ضایعات کشاورزی همچون خاک اره برای تولید زغال‌چوب استفاده شده که هم از دود حاصل از آن برای تولید فرآورده‌های با ارزش استفاده می‌شود و هم تخریب جنگل‌ها را نیز به همراه نخواهد داشت.

سوخت سبزی از نوع زغالی

به گفته مهندس شهریار رحمانی، دانش آموخته کارشناسی ارشد متالوژی و مجری این طرح تحقیقاتی، زغال‌چوب از گذشته‌های دور مورد استفاده مردم بوده است و مردم باستان از سوختن مواد ‌آلی در مجاورت اکسیژن ضعیف زغال‌چوب تولید می‌کردند. اگر چه چوب در مقایسه راحت‌تر می‌سوزد، حمل آن آسان‌تر است و همچنین بوی حاصل از سوختن آن بسیار مطبوع است، اما زغال‌چوب نسبت به حرارت و گرمایی که تولید می‌کند حجم کمتری دارد و حرارت آن خیلی هدر نمی‌رود و به همین علت برای ایجاد حرارتی ملایم و یکنواخت از زغال‌چوب استفاده می‌شود. زغال‌چوب حرارت بالایی دارد، دود نمی‌کند و کمترین وزن را به عنوان سوخت‌ دارد. اگر چوب در مجاورت هوای مناسب بسوزد، به طور کامل آتش می‌گیرد و در صورتی که هوای اطراف آن محدود شود، دود نخواهد کرد. در این مواقع آتش به اصطلاح خفه شده و چوب به زغال تبدیل می‌شود. اگر برای تولید زغال‌چوب فشرده از خاک اره یا دیگر ضایعات کشاورزی استفاده شود، از تخریب جنگل‌ها جلوگیری خواهد شد. علاوه بر این، از دود حاصل از این فرآیند برای تولید سرکه چوب استفاده می‌شود که در زمینه‌های مختلف کاربرد دارد. زغال‌چوب تولیدی نیز نه‌تنها از استحکام بالایی برخوردار خواهد بود بلکه زمان حرارت‌دهی آن در مقایسه با زغال‌چوب معمولی افزایش خواهد یافت.

قطعات این زغال هم شکل و هم‌اندازه بوده و با وجود حفره‌ای در وسط قطعات زغال، هنگام استفاده از آن دیگر نیازی به باد زدن برای افزایش اکسیژن‌رسانی هنگام سوخت نخواهد بود؛ همچنین بسته‌بندی و نگهداری این نوع زغال‌چوب بسیار راحت‌تر خواهد بود.

برای تهیه زغال‌چوب فشرده از خاک اره، ابتدا خاک اره و دیگر پسماندهای چوبی کارخانجات دانه‌بندی شده، سپس وارد دستگاه فشرده‌سازی هیدرولیک می‌شوند. به دلیل فشار بسیار زیاد اعمال‌‌شده در این فرآیند، ذرات خاک اره و پودر چوب بدون نیاز به هیچ نوع ماده افزودنی و عامل چسباننده، بخوبی به همدیگر می‌چسبند و به این ترتیب خاک اره پس از فشرده شدن به شکل استوانه یا چهارگوش‌ یا مستطیلی به قطعات کوچکتر و مجزایی تقسیم می‌شود. خاک اره فشرده شده از قابلیت استفاده در شومینه‌های هیزمی با طول عمری 3 برابر هیزم‌های معمولی برخوردار است. در مرحله بعدی، خاک‌‌اره فشرده شده و شکل گرفته در کوره‌‌های کنترل شده و بدون وجود هوا به زغال‌چوب تبدیل می‌شود. دود حاصل از تبدیل خاک اره به زغال‌چوب به سرکه چوب تبدیل می‌شود. از آنجا که در این روش برای تولید زغال‌چوب از ماده اولیه ارزان‌قیمت و بدون نیاز به مواد افزودنی دیگر و ماده چسباننده استفاده می‌شود، هزینه تولید این نوع زغال‌چوب در مقایسه بسیار کمتر خواهد بود؛ بعلاوه این نوع زغال نوعی زغال‌چوب با شکل خاص و یکسان و همچنین مدت زمان حرارت‌دهی آن تا 3 برابر زغال‌های معمولی است و از استحکام بیشتری نیز برخوردار است. با توجه به این که فرآیند تولید زغال در کوره‌های الکتریکی انجام می‌شود، زغال‌چوب تولیدی نیز بدون بو و بدون گاز خواهد بود که در صورت حمایت از اجرای این طرح، قابلیت تولید انبوه‌ سالانه بیش از 60 هزار تن و صادرات به کشورهای دیگر را نیز خواهد داشت.

برای تهیه زغال‌چوب یا زغال نباتی معمولی از چوب درختانی مانند تبریزی و شاه بلوط که در آنها صمغ یا رزین کمتری وجود داشته باشد، استفاده می‌کنند. معمولا برای تهیه زغال‌چوب از 2 روش استفاده می‌شود. در روش اول، مقداری چوب و هیزم را روی هم انباشته می‌کنند و در هوای آزاد آتش می‌زنند. از این روش قرن‌های متمادی برای تولید زغال‌چوب در جنگل‌های شمال اروپا استفاده می‌شده است. یکی از مهم‌ترین معایبش این است که گازهای متصاعد از چوب که می‌توانند برای تولید مواد گوناگون مورد استفاده قرار گیرند در هوا پراکنده شده و به هدر می‌روند. در روش دیگر چوب‌ها را جمع‌آوری کرده و به کوره‌های مخصوصی منتقل می‌کنند. پس از برافروخته شدن آتش، دریچه کوره را می‌بندند و به این ترتیب چوب در فضایی بسته و به صورت تدریجی به زغال تبدیل خواهد شد. گازهای متصاعد شده نیز از راه منفذی که به کوره متصل است، وارد محفظه دیگری می‌شوند تا در آنجا به مواد دیگری مانند الکل چوب، اسید استیک و استون تبدیل شوند. در این طرح باتوجه به این که به جای چوب از خاک اره استفاده شده است، از گازهای متصاعد شده نیز ترکیب دیگری به نام سرکه چوب‌ حاصل می‌شود که در زمینه‌های مختلفی کاربرد خواهد داشت.

سرکه چوب و فرآورده‌های جانبی از این فرآیند

به گفته رحمانی، سرکه چوب، مایع حنایی رنگی است که از 200‌‌نوع ماده بیولوژیکی تشکیل شده است و بوی مطبوعی دارد. PH این ماده حدود 3 است و در این حالت میزان موادآلی این ماده به 8 درصد می‌رسد که علاوه بر این، از قدرت تراوش بالایی برخوردار است. سرکه چوب بدون سم بوده و بی‌ضرر است و فاقد هر نوع باقیمانده خواهد بود. کشور ژاپن یکی از بزرگ‌ترین مصرف‌کننده‌های سرکه چوب در سطح جهان است که علاوه بر تولید داخلی، بخشی از نیاز خود را نیز از واردات این ماده‌ تولید می‌کند. به علاوه این ماده قابلیت جداسازی 200 ماده شیمیایی مختلف را دارد و در کشاورزی و باغبانی برای افزایش سرعت رشد سبزی‌ها و رشد مجدد آنها مورد استفاده قرار می‌گیرد. سرکه چوب قدرت جذب موادغذایی از خاک توسط گیاهان و همچنین توانایی سیستم دفاعی گیاهان را از افزایش می‌دهد. از آنجایی که این ماده از تخریب چوب به دست می‌آید هم موادغذایی مورد نیاز گیاه را دارد و خاک را غنی می‌کند، بنابراین استفاده از آن نه‌تنها کیفیت خاک را افزایش می‌دهد و آفت‌های خاک را از میان می‌برد، بلکه سبب رشد بهتر ریشه، ساقه، جوانه‌ها، برگ‌ها و همچنین میوه‌ها خواهد شد. سرکه چوب به عنوان نوعی تقویت‌کننده، قوی‌تر شدن گیاهان، سبزتر شدن و بزرگ‌تر شدن برگ‌ها و ساقه‌ها را نیز تضمین خواهد کرد. نتایج به دست آمده از تحقیقات انجام شده در زمینه‌ کاربرد این ماده نشان داده است که سرکه چوب قدرت مقاومت گیاه در برابر کم آبی را افزایش می‌دهد و مانع حمله حشرات آفت به گیاه خواهد شد.

برای تهیه سرکه چوب در فرآیند تولید زغال‌چوب از خاک اره از گاز خارج شده از این فرآیند استفاده می‌کنند. همان طور که گفته شد خاک اره فشرده وارد کوره الکتریکی می‌شود. این کوره با اتمسفر کنترل شده و بدون هوا کار می‌کند. ابتدا دمای کوره به حدود 100 درجه سانتی‌گراد می‌رسد تا خاک اره شکل داده شده یا خاک اره فشرده شده خشک شود. با بالا رفتن دما، ورود گاز خارج شده از خاک اره، از بخش فوقانی کوره به سیستم متراکم‌کننده وارد و به این ترتیب سرکه چوب به صورت مایع از آن خارج خواهد شد.

از سرکه چوب به دست آمده با نسبت 2 تا 5 در هزار برای تقویت و ضدعفونی مزارع سبزی‌ها و صیفی‌جات و درختان میوه به صورت اسپری استفاده می‌شود. در این فرآیند، در نتیجه تجزیه حرارتی چوب مواد موجود در آن به صورت بخار خارج وارد سرکه چوب می‌شود که می‌تواند مواد مفید مورد نیاز رشد گیاه را تامین کند.

فرانک فراهانی‌جم