Ugrás a tartalomhoz

Mezőgazdasági (növénytermesztés, állattartás, erdészeti) hulladékok kezelése és hasznosítása

Dr. Czupy Imre, Vágvölgyi Andrea (2011)

A faanyag energetikai átalakulása

A faanyag energetikai átalakulása

A faanyag termikus átalakulását befolyásoló tényezők. Belső tényezők:

  • kémiai felépítés, főkomponensek jellege, egymással való kapcsolata;

  • járulékos anyagok;

  • víztartalom, nedvességtartalom;

  • kezelés során bevitt szervetlen anyagok;

  • faanyag anatómiai felépítése;

  • fajlagos felülete;

  • szemcsemérete.

Külső tényezők:

  • Inert gázatmoszféra, vákuum a termikus bomlásfolyamatoknak kedvez;

  • Oxigén jelenlétében az oxidációs reakciók a mérvadóak;

  • Vízgőz, oxidatív és inert gázatmoszférában a hidrolitikus folyamatokat segíti elő (Németh, 1998).

A hő okozta változásokra az alkalmazott hőmérséklet, a hőhatás ideje, valamint a hőmérséklet-emelkedés sebessége van hatással.

A hőmérséklet-emelés sebessége, a hőmérséklet-időprofil is megváltoztathatja néhány jellemző átalakulás hőmérsékletküszöbét.

  • 100 °C-ig a fában lévő vízzel kapcsolatos folyamatok játszódnak le: fagyás, olvadás, szorpció, párolgás. Itt játszódnak le a hidrogénhidas kötésben bekövetkező változások. A fában lévő hemicellulóz üvegesedési hőmérséklete -10 °C körül, a lignintől származó 60 °C körül van, igen erősen a nedvességtartalomtól és a meghatározási feltételektől. A vízvesztés nem azonos a korai és a késői pásztában, de a sejtfal egyes rétegeiben is eltérő lehet. Jelentős az eltérés a géles szerkezetű részek, így a húzott és nyomott fa és a kristályos frakciót nagyobb mennyiségben tartalmazó anatómiai részek között. A víztartalom csökkenése pedig zsugorodással jár.

  • 100-300 °C között hasadnak fel a gyengébb kémiai kötések. Ennek hatására megnő az ecetsav mennyisége, mely a hemicellulóz frakcióból származik, nő az extraktanyagok és néhány szénhidrát mennyisége is. A járulékos alkotó részek ebben a tartományban oxidálódnak, megváltoztatva a fa színét. E hőmérsékleten már előtérbe kerülnek az egyes komponensek eltérő kémiai összetételéből adódó átalakulások.

  • 230-400 °C –on minden fakomponensben kémiai változások zajlanak le, gáz és gőz alakú termékek keletkeznek.

  • 400 °C felett szenesedési folyamatok játszódnak le, a teljes struktúra elbomlásával. A folyamat eredménye a faszén. A faszén szerkezetét az eredeti fa anatómiai felépítése határozza meg. A teljes oxidáció végén a hamualkotók maradnak vissza, oxidált, ill. szén-dioxiddal reagált formában.

A faanyag termikus degradációjában, illetve termikus oxidációjában a főszerepet a cellulóz tölti be mennyiségéből és kémiai változásokhoz kapcsolódó, jól definiált hőeffektusából adódóan. A polióz frakció hőre érzékenyebb, de szerepe a fa termikus hatásokra bekövetkező változásokra igen kicsi.

A lignin jelentősen befolyásolja a faanyag hő hatására bekövetkező változásait. A lignintartalom növekedésével a fa hővel szembeni ellenálló képessége nő. A nagy szénhozammal szenesülő lignin a faanyag hővezető képességét is csökkenti, ezzel is növeli a faanyag hőstabilitását.

A járulékos anyagok közül az aromás szerkezetűek, főleg a tanninok mérsékelt hőmérsékleten stabilizálják a fát hőhatás ellen. A terpének, a gyanták és olajok az ellentétesen viselkednek, a fa gyulladáspontját 30-40 %-kal lecsökkenthetik.