مقالات کشاورزی اندیشه سبز پارسی

" ذغال چوب 1" ؛

“ 1 Charcoal”

گردآوری و تدوین :

اسماعیل پورکاظم ؛ کارشناس ارشد زراعت ،

مدرّس مرکز آموزش کشاورزی گیلان

مقدّمه :

ذغال چوب (charcoal) را از گرمادهی هیمه ها یا هیزم ها در اتاقک ها (chamber) ، بشکه ها (retorts) ، کوره ها (kilns) و یا در قالب توده های زمینی با محدودسازی ورود اکسیژن مورد نیاز برای اشتعال بدست می آورند.

دادن گرمای زیاد به چوب ها به هر طریقی که اِعمال گردد، موجب شکستن ترکیبات شیمیایی چوب ها و تبدیل آنها به : گازها ، قطران (tar) و مواد کربنی جامدی می گردد، که به آن ذغال چوب می گویند. ذغال چوب بدون توجّه به شیوه تولید برای قرن های متمادی پیشین از اهمیّت فراوانی در مناطق روستایی جهان به عنوان یک منبع تأمین انرژی کارآمد و بی خطر برخوردار بوده است (2).

 امروزه بسیاری از کشورهای جهان در صددند تا همچنان از ذغال چوب برای : پخت و پز در منازل ، اهداف تفریحی-تفننی و آشپزی در رستوران ها بهره گیرند. در حال حاضر ساکنین زمین مقادیر بسیار زیادی از ذغال چوب را بعنوان سوخت در فعالیت های تفریحی و تفننی (recreational) مصرف می کنند لذا چنین کاربردهایی می توانند به تشویق تولید صنعتی آن در مقادیر وسیع منجر گردند.

از ذغال چوب همچنین برای تهیّه : دی سولفید کربن (carbon disulfide) ، تتراکلرید کربن (carbon tetrachloride) ، سیانید سدیم (sodium cyanide) و دیگر ترکیبات شیمیایی صنعتی سود می جویند. بیشترین مقدار ذغال چوب را در صنایع به صورت کربن فعال (activated carbon) بکار می برند. سایر کاربردهای ذغال چوب در صنایع عبارت از : ذوب فلزات (steel heating) ، افزایش سختی فلزات (metal casehardening) و گدازش غیر فلزات (non-ferrous smelting) می باشند (2).

محققین معتقدند که تهیّه نیمه صنعتی ذغال چوب را می توان با مشارکت عامۀ مردم و در سطوح سرمایه گذاری های کوچک انجام داد و بدین طریق موجب اشتغال زائی در مناطق روستائی گردید. بررسی ها نشان می دهند که افراد محلی با سرمایه گذاری مشترک قادرند، هر حجم معین یا کورد (cord) از کوره های ذغال سازی را با 35-2 هزار دلار راه اندازی نمایند (2).

در واقع طی فرآیند ذغال سازی با گرمادهی به حذف ترکیبات چوب بغیر از کربن اقدام می ورزند لذا گرمادهی موجب می شود که گازها و ترکیبات فرار به صورت دود درآیند.

 دود حاصل از عملیات ذغال سازی چوب ها را در شیوه های جدید می توان : جمع آوری (captured) ، تغلیظ (condensed) و سپس به تولیدات فرعی قابل استفاده تبدیل (converted) نمود. فرآیند تهیّه ذغال چوب از هیزم ها و ضایعات کشاورزی نهایتاً منجر به تولید ماده ای قابل اشتعال و پاک می گردد، که کمترین شعله و دود را طی مراحل احتراق و اشتعال موجب می شود (2).

بطور کلی موفقیّت های ذغال سازی بستگی به عوامل زیر دارند :

1) دسترسی به منابع خام (raw material sources)

2) قیمت مواد خام (raw material cost)

3) دسترسی و مزد کارگران (labors : availability & cost)

4) وجود بازارهای فروش (sound marketing)

5) کارآیی تولید (operational efficiency) (2).

تاریخچه تولید ذغال چوب :

سابقه تهیّه ذغال چوب بر طبق برخی مستندات تاریخی به بیش از 5500 سال قبل می رسد. اوّلین دستاوردهای بشر در زمینه ذوب فلزاتی چون : برنز ، مس ، آهن ، نقره و همچنین تهیّه شیشه ها با کمک ذغال چوب حاصل گردیده اند.

ذغال چوب بعنوان ماده ای سبک شمرده می شود، که تنها 15 درصد (1/6) وزن چوب مصرفی با حجم معادل را دارا است لذا چوب را ابتدا در محل قطع درختان یا حوالی آن به ذغال تبدیل می کنند سپس به مناطق مصرف منتقل می سازند. ذغال چوب احتمالاً محصول نهایی اکثریت درختانی است، که در منطقه مدیترانه ای اروپا قطع (cut down) می گردند (7).  

در یونان باستان برای چوب ها ارزش زیادی قائل بودند، آنچنانکه در زمان وقوع جنگ ها و در مواجهه با هجوم دشمنان با برداشتن درب ها و پنجره های خانه هایشان می گریختند.

تولید سنتی آهن و مس نیاز فراوانی به مصرف چوب داشت بطوریکه تخمیناً برای بدست آوردن حدود 60 پوند شمش مس می بایست 4 ایکر از درختان جنگلی را قطع می کردند، تا به مصرف برسانند.

باستان شناسان طی سال های اخیر موفق به کشف بقایای یک کشتی قدیمی در سواحل قبرس شده اند، که حاوی بیش از 200 شمش طلا و نقره بوده است.

بعلاوه اکثر مردمان قدیم از ذغال چوب برای گرم کردن منازل و پخت و پَز استفاده می نمودند، بطوریکه اجاق ها و منقل هایشان (brasier) همواره روشن می مانده است (7).

شواهد تاریخی حاکی از آن هستند که تقاضا برای ذغال چوب در قرن 13 میلادی بسیار اوج گرفت زیرا جنگ های بسیاری رُخ می دادند و بدین ترتیب نیاز شدیدی به پودر ذغال برای تهیّه باروت وجود داشت لذا تعداد کوره های ذغال سازی و شاغلین این حرفه به شدت افزایش یافتند.

با پیشرفت صنایع فلزی، در پایان قرن پانزدهم به ساختن توپ های جنگی با لوله یک پارچه پرداختند. بعلاوه تقاضا برای الوار جهت ساختن کشتی ها و منازل افزایش یافت، تا جائیکه دولت های اروپائی در پایان قرن هفدهم با کمبود چوب ها و در نتیجه کمبود ذغال مواجه گردیدند. بعنوان مثال منطقه "ساسیکس" به تنهایی دارای 140 کوره آهنگری (forges) بود، که هر کدام به میزان 5 تن ذغال چوب در هفته مصرف می نمودند (7).

قطع درختان برای حصول ذغال چوب آنچنان ادامه می یافت، که به جنگل زدائی (deforestation) منتهی می گردید. درختان را معمولاً در زمستان ها قطع می کردند، تا پس از خشک شدن (seasoned) در طی تابستان برای تولید ذغال چوب سوزانده شوند.

برای تولید ذغال چوب ابتدا توده های هیزم و چوب های ضایعاتی را فراهم می سازند سپس سطح توده را با کاه و خاک می پوشانند و یک ساختار دودکش مانند (chimney) را فراهم می سازند آنگاه توده را آتش می زنند و اجازه می دهند تا به مرور بسوزد.

کنترل فرآیند سوختن تودۀ چوب ها را با مسدودسازی مناسب دودکش و حفره هایی که در جوانب توده شده اند، انجام می دهند. فرآیند سوختن تودۀ هیزم و چوب های مازاد برای چندین شبانه روز تداوم می یابد.

زمانیکه کربونیزاسیون (carbonization) یا ذغال سازی تکمیل شد آنگاه با پاشیدن آب به خاموش کردن و خنک نمودن کوره کمک می نمایند (7).

کارشناسان معتقدند ؛ بهترین درختانی که برای تهیّه ذغال چوب بکار می روند، از انواع درختان "سخت چوب" (hard woods) نظیر گونه های زیر می باشند :

1) راش (beech)

2) بلوط (oak)

3) زبان گنجشک (ash)

4) ممرز (horn beam) (7).

با جمع آوری چوب های ضایعاتی در داخل یک گودال (pit) و سوزاندن آنها می توان به ذغال چوب (charcoal) و محصولات فرعی (by-products) حاصل از دود نظیر : قطران (tar) و ماده غلیظ قیر مانند (pitch) دست یافت.

مصریان باستان از قطران چوب برای فرآیند مومیائی سازی (mummification) بهره می گرفتند.

قطران همچنین برای ضد آب کردن بدنه کشتی ها و جلوگیری از کرم زدگی الوارهای بدنه آنها ضروری بود(7).

در دوره هایی که تهیّه ذغال و قطران در اروپا با کمبودهایی مواجه می گردید، تاجران به واردات آنها از قاره آمریکا مبادرت می ورزیدند.

قطران را که از سوزاندن کنده ها و زوائد درختان حاصل می آمد، از سوئد و اسکاتلند به بریتانیا وارد می نمودند، تا بواسطه دارا بودن انواع فنل ها برای گندزدائی (antiseptic) بکار روند (7).

در طی سال های 1700 میلادی که قیمت ذغال چوب روبه فزونی گذاشت آنگاه مالکان کارگاه های ذوب فلزات (smelters) در جستجوی مواد جایگزین برآمدند لذا فردی به نام "آبراهام داربی" به انجام آزمایشاتی در مورد بکارگیری ذغال سنگ (coal) پرداخت، که در آن زمان بسیار ارزان بود.

بدین ترتیب ذغال سنگ را طی فرآیندهایی با ذغال چوب بکار گرفتند و به ماده ای به نام "کُک" (coke) دست یافتند، که برای افروختن کوره های استخراج فلزات (furnaces) بسیار ضرورت دارد (7).

کشف "کُک" بنحو چشمگیری به کاهش تقاضا برای ذغال چوب انجامید و به موازات آن تولید صنعتی "کُک" به شدت توسعه یافت. "کُک" صنعتی نه تنها در صنایع ذوب آهن بکار گرفته شد، بلکه تولیدات جانبی حاصله توانستند، متشابهاً جایگزین قطران حاصل از ذغال چوب گردند (7).

تدریجاً روش های سوزاندن ذغال چوب بهبود یافتند، بطوریکه حجم بیشتری از فلزات را با مقدار معینی از ذغال چوب می گداختند، تا بدین ترتیب صنایع ذوب فلزات مقرون به صرفه تر گردند.

با گذشت زمان قطران را با سهولت بیشتری تولید کردند و در صنایع شیمیایی بکار گرفتند.

به موازات تهیّه "کُک" از ذغال سنگ توانستند، به تولید گاز ذغال سنگ (coal gass) موفق گردند و از آن برای ایجاد روشنائی سود جویند.

با مرور ایام، استفاده مداوم از قطران های ذغال چوب و ذغال سنگ موجب آزاد شدن ضایعات حاصله به درون رودخانه ها شد، که آلودگی های بسیار خطرناکی را بر محیط زیست تحمیل کرد (7).

زمانیکه الکتریسیته توانست جایگزین گاز ذغال سنگ برای تولید روشنائی منازل و معابر گردد آنگاه از قطران برای تهیّه : جوهرهای رنگی (aniline-dyes) ، فنل ها و پلاستیک هایی نظیر "بیک لایت" (Bakelite) سود جستند. "بیک لایت" نوعی پلاستیک است که از "فرمالدئید" و فنل ساخته می شود. بدین منوال متعاقب اینکه قطران صنعتی حاصل از ذغال سنگ جایگزین سوزاندن ذغال چوب شد آنگاه گاز طبیعی ونفت توانستند، باعث کسادی بازار ذغال سازان شوند (7).

ویژگی های طبیعی ذغال چوب :

حرارت درون کوره ها طی 2 مرحله سبب تبدیل چوب ها و ضایعات کشاورزی به ذغال می گردد :

1) مرحله خشک کردن (drying stage)

2) مرحله ذغال شدن (coaling stage) (2).

بخارات و گازهای جاصل از سوختن چوب ها به صورت دود از دودکش یا دودکش های (stacks) کوره خارج می گردند. ذغال چوب را که به عنوان کربن ناخالص می باشد، می توان از انواع چوب ها حاصل نمود.

اصولاً فرآیند ذغال سازی (carbonization ، coaling) موجب پالایش بقایای چوب ها از مواد غیرکربنی در اثر گرمادهی می شود، بطوریکه هر چه  حرارت کمتری در فرآیند مزبور بکار گرفته شود، باعث برجاماندن مقادیر بیشتری از مواد بخارشدنی (ناخالصی) در پیکره ذغال حاصله می گردد، که این موضوع در هنگام سوزاندن ذغال ها به تولید دودهای بیشتری می انجامد (2).

بطور کلی عملکرد تولید ذغال چوب بستگی به عوامل زیر دارد :

1) مقدار کربن چوب ها (amount of carbon)

2) شرایط ذغال سازی (carbonization condition) (2).

تقریباً 50 درصد وزن خشک چوب ها را ترکیبات کربن تشکیل می دهند. کمترین میزان کربن در پوست درختان "نرم چوب" (softwood) و بیشترین مقدار کربن در مغز چوب درختان "سخت چوب" (hardwood) وجود دارند.

ذغال هایی که از کیفیت مناسب برخوردارند، می توانند به ازای هر پوند ذغال به تولید گرمایی معادل 13000 واحد گرمایی بریتانیا یا BTU (British Thermal Units) برابر با 14000 کیلو ژول یا 39/0 لیتر نفت چراغ بپردازند، که معادل 2/1-1 برابر وزن چوب خشک است.   

ذغال چوب پس از سوختن به تولید 3-2 درصد خاکستر می انجامد و این موضوع آنرا برای صنایع ذوب فلزات و همچنین بعنوان سوخت های خانگی مناسب می سازد. فقط مقادیر بسیار اندکی از عناصر گوگرد (سولفور) و فسفر در ذغال چوب یافت می شوند که این موضوع می تواند بر ارزش ذغال چوب جهت مصرف در صنایع ذوب فلزات بیفزاید (2).

ذغال هایی که تحت شرایط کربونیزاسیون کنترل شده حاصل می گردند، در صورت مالش در دست دارای ویژگی های زیر هستند :

1) سخت (hard) در قیاس با حالت نرم (soft)

2) تُرد و شکننده (brittle) در قیاس با حالت خُرد شدن و پاشیدن (crumbly) (2).

ذغال چوب های تولیدی از نظر وزنی می توانند در دو طیفی زیر قرار گیرند :

1) نسبتاً سنگین

2) کاملاً سبک (2).

ویژگی وزن ذغال چوب بستگی به وزن چوب های خشک مصرفی دارد. گونه هایی از انواع اینگونه درختان عبارتند از :

الف : درختان سنگین (heavy) شامل :

الف-1) افرای شیرین (sugar maple)

الف-2) راش (beech)

الف-3) بلوط (oak)

الف-4) غان زرد (yellow birch)

الف-5) کاج برگ دراز آمریکائی (longleaf pine)

الف-6) گردوی آمریکائی (kickories)

تمامی درختان سنگین چوب دارای متوسط وزن مخصوص حدود 63/0 می باشند (2).

ب : درختان نیمه سنگین (medium) شامل :

ب-1) نارون (elm)

ب-2) توسکا (alder)

ب-3) افرای نرم (soft maple)

ب-4) زبان گنجشک (ash)

ب-5) درخت صمغ (gum)

ب-6) درخت لاله (yellow poplar)

ب-7) کاج داگلاس (douglas fir)

ب-8) کاج کانادائی (jack pine)

تمامی درختان متوسط چوب از میانگین وزن مخصوص حدود 48/0 برخوردارند (2).

پ : درختان سبک (light) شامل :

پ-1) کبوده (aspen)

پ-2) درخت چوب پنبه (cottonwood)

پ-3) اکثر درختان نرم چوب (softwood)

این قبیل درختان دارای متوسط وزن مخصوص حدود 39/0 هستند (2).

ذغال هایی که بخوبی تولید می گردند، از نظر وزنی در حدود 1/6- 1/3 وزن چوب های مصرفی می باشند ولیکن از نظر حجمی فقط 1/2 آن هستند.

ذغال ها از نظر شکل ظاهری (form) و ساختار داخلی با چوب مصرفی مشابه هستند.

وزن مخصوص ظاهری (apparent specific gravity) ذغال های چوب در محدودۀ 5/0-2/0 است و بستگی به وزن مخصوص چوب های مصرفی دارد (2).

شاخص های سنتی بیانگر کیفیت ذغال چوب شامل موارد زیر هستند :

1) ایجاد طنین فلزی در اثر ضربات محکم (metallic ringing sound)

2) ایجاد سطوح صاف در مقاطع شکسته شده (piece`s smooth fracture)

3) عاری از بو و مزه (taste & odor free)

4) فاقد خاک (undue soiling)

5) احتراق بدون دود (without smoking)

6) تمایل به خرد شدن در حالت مالش (tends to crumble)

7) تبدیل 10-5 درصد از ذغال های چوب در حین تخلیه کوره و حمل و نقل به پودر

8) تمایل به جذب گازها، رنگ ها و بوها

9) داشتن تخلخل (porous) (2).

ذغال های چوب را بعنوان ماده ای بی اثر (inert) و بادوام (stable) می توان در مکان های خشک برای دوره های طولانی انبار نمود. 

با برخی تیمارهای شیمیایی می توان ذغال های معمولی را به ذغال فعال تبدیل نمود، که تمایل زیادی به جذب گازها در موارد خاص دارد (2).

خصوصیات شیمیائی ذغال چوب :

خصوصیات شیمیائی ذغال چوب (charcoal chemistry) با ویژگی های چوب مصرفی مرتبط است زیرا چوب ها از نظر علمی مرکب از دو پیش ماده (substance) ذیل می باشند :

الف) سلولز (cellulose)

ب ) لیگنین (lignin) (7).

بنیان اصلی دو پیش ماده سلولز و لیگنین را "دی اکسید کربن" (CO2) اتمسفر تشکیل می دهد زیرا عنصر کربن در اثر واکنش های فتوسنتزی با ئیدروژن حاصل از آب در گیاهان ترکیب می شود و به شکل گلوکز (glucose) در می آیند، که نهایتاً تبدیل به سلولز می گردند.

در طی این واکنش ها اتم اکسیژن بعنوان یک ماده زائد (waste product) آزاد می شود، تا اساس تنفس هوازی را تشکیل دهد (7).

عنصر کربن در سرتاسر جنگل ها و درختستان های جهان به فرم چوب تثبیت می شود، تا نهایتاً در اثر پوسیدگی (rot) یا سوزاندن (burnt) درختان مجدداً آزاد شود و به جو زمین باز گردد.

در صورتیکه چوب را در دماهای بالا ولیکن شرایط کنترل شده ای با اکسیژن کم قرار دهند آنگاه تبدیل به ذغال می گردد (7).

هر قطعه از چوب های سوخته بیانگر وقوع یکسری از مراحل تجزیه شدن است و بستگی به درجه ای از سوختگی دارد، که تحمل نموده است. این درجات به قرار زیر می باشند :

1) بخش هایی از چوب که در معرض حرارت و لاجرم سوختگی قرار نگرفته اند و هنوز حاوی درصد بالائی از آب هستند.

2) قسمت هایی که در معرض گرما واقع شده و به چوب خشک تبدیل گردیده اند لذا مقدار آب کمتری (30> درصد) در ترکیب دارند امّا با فرآیند ذغال سازی درگیر نبوده اند.

3) بخش هایی که تحت تأثیر فرآیندهای کربونیزاسیون واقع گردیده اند. اینگونه بخش های سیاهرنگ در واقع همان ذغال چوب یعنی کربن خالص هستند (7).

بنابراین ذغال چوب زمانی آشکار می شود، که تمامی آب و گازهای تبخیر شونده از بدنه چوب ها خارج گردند. بسیاری از اینگونه گازها می توانند در اثر افروختگی چوب با اکسیژن ترکیب شوند و در اثر واکنش های حرارت زا (exothermic) بسوزند. این فرآیند اصطلاحاً اشتعال یا احتراق (combustion) نامیده می شود و در طی آن چندین عنصر آزاد می شوند که عبارتند از :  

1) روشنائی (light)

2) گرما (heat)

3) بخار آب (water)

4) دی اکسید کربن (CO2) (7).

با تکمیل فرآیند سوختن چوب فقط ترکیبات معدنی آن به شکل خاکستر (ash) باقی می مانند لذا برای تولید ذغال چوب باید فرآیند سوختن را به خوبی تحت کنترل در آورد.

زمانیکه چوب در دمای 150-100 درجه سانتیگراد قرار می گیرد و به مرحله اشتعال می رسد آنگاه آب موجود در کالبد چوب به حالت بخار (vapour) در می آید و به شکل دود از آن خارج می گردد. دود حاصل از اشتعال چوب بدواً بسیار غلیظ ، مرطوب و متمایل به سفید است.

چوب با افزایش دمای اشتعال به 450-350 درجه سانتیگراد به مرحله ذغال شدن یا کربونیزه (carbonized) دست می یابد، که ضمن آن ترکیبات آلی نیز به بخار تبدیل می شوند و به شکل دود داغ و زننده ای با رنگ خاکستری متمایل به آبی خارج می گردند. در صورتیکه چنین دمائی پابرجا بماند و یا شروع به تزاید یابد آنگاه تمامی کربن چوب می سوزد و تبدیل به خاکستر می شود (7).

کربن چوب تمایل زیادی به ترکیب شدن با اکسیژن دارد، تا بتواند کاملاً بسوزد و تولید روشنائی و گرما نماید. بطور کلی کربن چوب می تواند در شرایط اکسیژن کافی بخوبی بسوزد و دما را تا 1000 درجه سانتیگراد افزایش دهد.

در صورتیکه میزان دما و اکسیژن در حین سوختن چوب بخوبی کنترل شوند آنگاه به ذغال چوب دست خواهند یافت. ذغال چوب ساختار اصلی چوب را تا سطح سلولی حفظ می کند درحالیکه اندکی چروکیده می شود و وزن خود را تا حدود 1/6 از دست می دهد (7).

تبخیر مواد آلی چوب ها ضمن فرآیند کربنیزاسیون (carbonization) برای بشر بسیار آشنا می باشد زیرا هزاران سال است که از حاصل این فرآیند به شکل شعله استفاده می کند.

چوب محتوی گازهای CO2 و متان می باشد، که "ارزش انرژی" (calorific value) آن در حدود 1/3 گاز طبیعی است. این گازها در صورتیکه نسوزند، می توانند خنک و متراکم گردند (7).

گازهای متصاعده از فرآیند کربونیزاسیون چوب ها محتوی طیف گسترده ای از مواد آلی ارزشمند می باشند، که مجموعاً با نام "اسید پیرولیگنیوس" (pyroligneous acid) شناخته می شوند.  این ماده آبگونه ای سرخ رنگ مایل به قهوه ای می باشد، که اکثریت آنرا اسید استیک تشکیل می دهد.

"اسید پیرولیگنیوس" را می توان از تقطیر چوب ها بدست آورد. این ماده را می توان به حالت مخلوطی آبدار در آورد و برای استخراج : متانول ، اسید استیک ، سرکه چوب ، اسید فورمیک ، اسید پروپیونیک ، اسید بوتیریک ، فنل ها و قطران (tar) بکار برد.

سنگین ترین مواد حاصل از "اسید پیرولیگنیوس" را قطران و "تفاله قیر مانند" قطران (pitch) تشکیل می دهند (7).

کمیّت ذغال تولیدی برای وزن معینی از چوب ها را می توان با بالا بردن دما تا 2 برابر افزایش داد زیرا دمای تولیدی در اثر سوختن ذغال های تولیدی می تواند تا بیش از 1000 درجه فارنهایت برسد و ذغال سازی را سریع تر و آسان تر سازد.

از این روش در ازمنه گذشته برای قرون متمادی جهت فرآیندهای "فلزگری" (metallurgy) یعنی استخراج فلزات از سنگ های معدنی (ores) بهره می گرفتند.

در دوران پیشین با وزاندن هوا و رساندن اکسیژن کافی به ذغال های در حال سوختن به دماهای بالاتر جهت ذوب فلزات از سنگ های معدنی دست می یافتند. ذغال چوب به دلیل تمایلی که به ترکیب شدن با اکسیژن نشان می دهد، می تواند فلزاتی که به فرم اکسید فلزی در سنگ های معدنی وجود دارند، به حالت خالص آزاد نماید.

از ذغال چوب می توان برای تهیّه فلزاتی چون : روی ، آهن ، مس ، سرب ، نقره و طلا از سنگ های معدنی آنان سود برد (7).

از ذغال چوب در سراسر گیتی بوفور در امور آشپزی و تولید گرما بهره می گیرند.

از ذغال چوب برای تولید شیشه (glass) و باروت (gunpowder) نیز استفاده می برند.

امروزه به تهیّه صنعتی-شیمیائی کربن خالص از چوب ها می پردازند و از آن به عنوان : ماده تصفیه کننده (filter) و عامل رنگبری (decolourising) گازها ، جذب بوهای نامطلوب آب ها (water smells) و رنگ زدای طبیعی (natural bleach) استفاده می کنند (7).

مبانی تولید ذغال چوب :

منابع بیوماس خشکی های جهان را سالانه در حدود 120 گیگاتن تخمین می زنند.

سالانه حدود 5/5 گیگاتن کربن در اثر اشتعال سوخت های فسیلی آزاد می گردد، که معادل مصرف 5/7 گیگاتن ذغال سنگ می باشد (1).

ذغال چوب از احتراق ناقص بیوماس (biomass) درختان و سایر بقایای گیاهان حاصل می آید.

بیوماس  از تولیدات گیاهی و تجدیدپذیر ناشی از واکنش های فتوسنتزی است.

بیوماس قابل مصرف در ذغال سازی را می توان از موارد زیر بدست آورد :

1) درختان

2) گراس ها

3) محصولات کشاورزی

4) بقایای تولیدات کشاورزی

5) ضایعات دامی

6) ضایعات شهری (1).

تغییرات شیمیایی بیوماس یا "پیرولیزیس" (pyrolysis) به شکل تجزیه حرارتی است، که در غیاب اکسیژن رُخ می دهد.

بعبارت دیگر حرارت های بالاتر از 300 درجه سانتیگراد باعث می گردند، که ترکیبات پلیمری شکسته (depolymerization) شوند و مواد فرار به شکل بخار یا دود یعنی مولکول های کوچکتر گازی (fragmentation) بگریزند (1).

مواد حاصل از "پیرولیزیس" چوب ها در سه فاز شکل می گیرند :

1) فاز جامد به شکل : ذغال چوب (charcoal)

2) فاز مایع به شکل : آب و مواد ارگانیک

3) فاز گازی شامل : CO ، CO2 ، CH4 و H2O (1).

ذغال چوب تولید جامد حاصل از تغییرات شیمیائی (پیرولیزیس) بیوماس یا "زیست توده" در اثر حرارت های بالاتر از 300 درجه سانتیگراد می باشد.  

ذغال چوب دارای رنگ سیاه و خصوصیات ظاهری مشابه ماده اولیۀ آن است و نوع مرغوب آن بدون ایجاد شعله می سوزد (1).

"جدول1) تأثیر میزان حرارت بر مواد حاصل از پیرولیزیس چوب (1):"

عوامل مؤثر بر عملکرد ذغال چوب عبارتند از :

1) مقدار خاکستر ، سلولز ، همی سلولز و لیگنین (feedstock properties)

2) حرارت پیرولیزیس (pyrolysis temperature)

3) فشار فرآیند (process pressure)

4) مدت دوام بخار (vapour residence time)

5) اندازه قطعات چوب (particle size)

6) سرعت و مقدارگرمایش سیستم (heating rate)

7) دمای مراحل پایانی فرآیند (heat integration ، biomass burn off) (1).

"جدول2) فرآیندهای پیرولیزیس بیوماس (1):"

ذغال چوب مشتمل بر مواد زیر می باشد :

1) کربن (C) به میزان بیش از 70 درصد

2) مواد فرار (volatiles) شامل :

2-1) هیدروژن (H)

2-2) نیتروژن (N)

2-3) گوگرد (S)

3-3) اکسیژن (O)

3) خاکستر (ash) : حدود 3 درصد (1).

مصارف ذغال چوب و محصولات فرعی آن در سال 2007 میلادی به شرح زیر بوده است :

1) مصرف کل جهان                   45 مگاتن

2) مصرف قاره آفریقا                  23 مگاتن

3) مصرف آمریکای جنوبی            17 مگاتن

4) تولید جهانی اتانول                  60 مگاتن

5) بهای جهانی هر تن ذغال چوب    400-100 دلار (1).

مهمترین کاربردهای کنونی ذغال چوب در جهان عبارتند از :

1) سوخت (fuel)

2) کربن فعال (activated carbon)

3) ذوب فلزات (metallurgy) (1).

روش های افزایش عملکرد ذغال چوب عبارتند از :

1) مقادیر زیاد همی سلولز ، لیگنین و خاکستر در بیوماس

2) حرارت "پیرولیزیس" کم (400>  درجه سانتیگراد) : باعث تثبیت مقادیر کمتر کربن می شود.

3) فشار زیاد در فرآیند (1 مگاپاسکال) : غلظت بالاتر بخار "پیرولیزیس" باعث افزایش واکنش های ثانویه می شود.

4) زمان طولانی بقای بخار در سیستم : افزایش دوام بخار در تماس با مواد جامد می تواند باعث افزایش واکنش های ثانویه منجر به تشکیل ذغال گردد.

5) سرعت گرم شدن کم : شکل گیری و فرار با تأنی بخارهای آلی

6) اندازه درشت قطعات چوب : هدایت دمائی کم در بیوماس منجر به سرعت کم انتقال حرارت به درون قطعات چوب می شود.

7) مناسب بودن حرارت مراحل پایانی فرآیند : خاموش شدن بیوماس باید در زمان کوتاه صورت پذیرد (1).

"جدول3) نقش گرما در تولید ذغال چوب (1):"

"ادامه این مطلب را می توانید در بخش دوّم مقاله مطالعه نمائید."