زغال چوب ماده شکننده، سبک و سیاه رنگ است و از سوختن اندام گیاه یا حیوان، به دست می آید. تقریبا می توان آن را کربن خالص دانست.

علتِ آن که از داغ کردن یا سوزاندن چوب یا استخوان حیوان، زغال پدید می آید؛ این است که آن ها بر اثر حرارت، آب و گازهای نهفته در خود را از دست می دهند، و فقط جسم جامدی از خود بر جای می نهند.

کاربرد های زغال چوب

زغال چوب کاربردهای فراوانی در زندگی روزمره ی ما دارد که از جمله آن می توان به ایجاد شعله برای پخت غذا و استفاده در شومینه و غیره اشاره کرد. همچنین برای ساخت ماسک ضدگاز نیز کاربرد دارد.

داروهای زغال چوب در پزشکی که به صورت قرص یا پودر وجود دارند، برای جذب سم از دستگاه گوارشی مورد استفاده اند.

عوامل موثر بر خصوصیات زغال چوب

ارزش واقعی زغال های چوب بر اساس معیارهای کمّی و کیفی آنها سنجیده می شود.

کمیّت زغال های چوب را به صورت وزنی تعیین می کنند ولیکن بهای زغال ها توسط عوامل دیگری نیز بیان می شوند نظیر:

 خصوصیات فیزیکی شامل :

•    سختی
•   تُردی
•   تراکم

 خصوصیات شیمیایی شامل :

•   مقدار کربن تثبیتی
•   خاکستر
•   مواد تبخیر شونده

خصوصیات شیمیایی زغال چوب:

خصوصیات شیمیایی زغال چوب با ویژگی های چوب مصرفی مرتبط است زیرا چوب ها از نظر علمی مرکب از دو پیش ماده ذیل می باشند :

• سلولز
• لیگنین

بنیان اصلی دو پیش ماده سلولز و لیگنین را دی اکسید کربن اتمسفر تشکیل می دهد زیرا عنصر کربن در اثر واکنش های فتوسنتزی با نیدروژن حاصل از آب در گیاهان ترکیب می شود و به شکل گلوکز در می آیند، که نهایتا تبدیل به سلولز می گردند.
در طی این واکنش ها اتم اکسیژن بعنوان یک ماده زائد آزاد می شود، تا اساس تنفس هوازی را تشکیل دهد.
عنصر کربن در سرتاسر جنگل ها و درختستان های جهان به فرم چوب تثبیت می شود، تا نهایتا در اثر پوسیدگی  یا سوزاندن درختان مجدداً آزاد شود و به جو زمین باز گردد. در صورتی که چوب را در دماهای بالا ولیکن شرایط کنترل شده ای با اکسیژن کم قرار دهند آنگاه تبدیل به زغال می گردد.

هر قطعه از چوب های سوخته بیانگر وقوع یک سری 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 ۳۰ درصد در ترکیب دارند امّا با فرآیند زغال سازی درگیر نبوده اند.
3.  بخش هایی که تحت تأثیر فرآیندهای کربونیزاسیون واقع گردیده اند. اینگونه بخش های سیاهرنگ در واقع همان زغال چوب یعنی کربن خالص هستند.

بنابراین زغال 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 بسوزند. این فرآیند اصطلاحا اشتعال یا احتراق  نامیده می شود و در طی آن چندین عنصر آزاد می شوند که عبارتند از :

1.  روشنائی
2.   گرما
3.   بخار آب
4.   دی اکسید کربن

تهیه زغال چوب از ضایعات کشاورزی

زغال چوب پایدار ( sustainable charcoal) به عنوان یک نوع سوخت می تواند در کاهش جنگل زدائی مؤثر واقع گردد. زیرا با تهیه زغال چوب از ضایعات خشک کشاورزی بعنوان یک نوع منبع سوخت  می توان از قطع درختان جلوگیری کرد  و از این نظر فواید مختلفی را برای محیط زیست ببار آورد.

ضایعات کشاورزی را از طریق مراحل زیر به زغال پایدار تبدیل می کنند :

1.  ابتدا آنها را با استفاده از کوره های ساده می سوزانند و به کربن تبدیل می کنند.
2. سپس کربن حاصله را لِه  می کنند و به صورت پودر در می آورند.
3.  پودرها را با ماده همبند یا چسباننده به همدیگر متصل می سازند.
4. ماده حاصله را با قالب های مخصوص به شکل دلخواه در می آورند.

موضوعاتی که بعنوان چالش در رابطه با تهیه زغال از ضایعات کشاورزی مطرح می گردند عبارتند از :

•  نوع مواد ضایعاتی مصرفی
• طرح کوره زغال سازی
•  روش سوزاندن
•  اندازه قالب ها
• طراحی کوره و میزان فشار بکار رونده از اهمیّت بسیار زیادی برای وثوق به حصول زغال چوب با کیفیت برخوردار است.

مراحل تشکیل زغال چوب

درحالیکه چوب در کوره ایستاده فلزی(Retort) حرارت داده می شود در طی مسیرش تا تبدیل شدن آن به زغال چوب مراحلی را می گذراند.

تشکیل زغال چوب تحت شرایط آزمایشگاهی مطالعه گردید و مراحل زیر در فرایند تبدیل آن به زغال چوب تشخیص داده شده اند:

-در دمای بین ۲۰ تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد:

چوب گرما را جذب نموده به صورتی که رطوبت خود را به صورت بخار آب (Steam/ Vapor) از دست داده و خشک می گردد.

دمای آن در ۱۰۰ درجه سانتیگراد یا کمی بالاتر ثابت باقی می ماند تا اسکلت چوب خشک گردد.

– در دمای بین ۱۱۰ تا ۲۷۰ درجه سانتیگراد:

مقادیر چزئی نهایی آب ، چوب را ترک نموده و چب شروع به تجزیه شدن و از دست دادن برخی از ترکیبات مانند منو اکسید کربن (CO)، دی اکسید کربن(CO2)، اسید استیک(CH3COH)، متانول(CH3OH) نموده و گرما جذب می شود.

– در دمای بین ۲۷۰ تا ۲۹۰ درجه سانتیگراد:

این نقطه ای است که تجزیه اگزوترمیک در چوب آغاز شده، گرما نمو یافته و تخریب خودبخود بطور پیوسته رخ داده و چوب در زیر این دمای تجزیه خنک نمی گردد.

– در دمای بین ۲۹۰ تا ۴۰۰ درجه سانتیگراد:

تخریب ساختار چوب همچنان ادامه یافته، بخارات خروجی از آن مرکب از گازهای قابل احتراقی مانند منو اکسید کربن (CO)، هیدروژن(H2)، و متان(CH4) همراه با گاز دی اکسید کربن(CO2) و مقادیر قابل توجهی از بخارات مانند آب، اسید استیک، متانول، استن و غیره و مواد قیری(Tars) بوده که با افزایش دما مقدارش افزایش یافته و مستولی می گردد.

– در دمای بین ۴۰۰ تا ۵۰۰ درجه سانتیگراد:

در دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد عملاً تبدیل چوب به زغال لیمو کامل می شود.

در این دما هنوز زغال چوب حاوی مقادیر قابل محسوسی از مواد قیری (Tars) شاید تا ۳۰% وزنی است که در ساختار آن به دام افتاده است.

کیفیت زغال چوب :

مهمترین شاخصه های کیفی انواع زغال چوب به شرح زیر می باشند :

•  رطوبت  در حدود ۴ – ۲ درصد
•  مواد تبخیر شونده در حدود ۲۳ – ۱۸ درصد
•  خاکستر  در حدود ۴ – ۱ درصد
•  کربن تثبیتی در حدود ۸۱ – ۷۴ درصد

زغال هایی که نسبتا دارای مواد تبخیر شوندۀ کمتر و مقادیر تثبیتی بیشتری هستند، معمولاً برای مصارف صنعتی مطلوب ترند. تولید اینگونه زغال ها به دماهای بیشتر از معمول( ۹۵۰-۸۵۰ درجه فارنهایت)نیازمندند.

هر گاه میزان مواد تبخیر شونده زغال های چوب بیش از ۲۴ درصد باشد، در زمان سوختن به تولید دودهای بیشتری منجر می شوند، که مقبولیت آن را برای مصارف تفریحی- تفننی  کاهش می دهد.

ویژگی های شیمیائی زغال های چوب منحصراً از طریق دستگاه های آنالیز مشخص می شوند. برای تعیین مقادیر دقیق مواد تبخیر شوندۀ زغال باید به انجام آزمایشات دقیق همّت گماشت ولیکن از طریق سوزاندن نمونه هایی از زغال چوب و مشاهده میزان دود حاصله نیز تا حدودی می توان به موضوع پی برد.

انجام آزمایش سختی می تواند کیفیت زغال چوب تولیدی را نشان دهد. برای اینکار قطعه ای از آن را بر روی سطح سفتی می اندازد، تا حلقه ای متالیک ایجاد کند.
زغال سازی سریع  با درجه حرارت های زیاد معمولاً به شکل گیری زغال های ترُد و شکننده ای منتهی می شود، که به سادگی به قطعات کوچک و ظریف شکسته می گردند.

گونه های مختلف چوب مصرفی در کوره ها دارای تأثیرات قابل توجهی بر کیفیت شیمیایی زغال ها نیستند ولیکن خصوصیات فیزیکی زغال ها از ساختار و تراکم چوب ها متأثر می گردند.بعنوان مثال :

چوب هایی که تراکم کمتری دارند، باعث تولید توده های زغال بزرگتری می گردند
درحالیکه چوب های متراکم به تولید زغال هایی می انجامند، که به سادگی خُرد می شوند.
به هر حال باید توجه داشت که زغال های کلوخه ای طی فرآیندهای مطلوب از چوب هایی با تراکم متوسط تا زیاد حاصل می گردند. آنها در اثر حمل و نقل به میزان کمتری می شکنند و خاکه های زغال کمتری تولید می کنند.

اندازه گیری عملکرد زغال های چوب :

مناسب ترین روش برای اندازه گیری عملکرد کوره های زغال آن است، که وزن زغال های چوب حاصله را بر وزن خشک چوب های مصرفی تقسیم نمایند و سپس آن را در عدد ۱۰۰ ضرب کنند، تا درصد چوب قابل تبدیل به زغال حاصل آید. و به عوامل زیر بستگی دارد.

• تراکم گونه های چوب
•  اندازه قطعات چوب
•  فرم چیدمان چوب ها
•  رطوبت چوب ها

دستگاه های لازم در واحدهای تولید زغال چوب قالبی عبارتند از :

•  دستگاه قالب زنی زغال با تغذیه کننده پاروئی
•  آسیاب چکشی
•  تغذیه کننده ذغال با قیف قابل کنترل
•  مخلوط کن پاروئی
•  گدازنده عمودی
•  تغذیه کننده نشاسته یا پمپ
•  خشک کن قالب های ذغال
•  دیگ بخار به قدرت ۳۰ اسب بخار برای ایجاد فشار ۱۵ پوند بر هر اینچ مربع
•  نقاله ها
•  ساختمان  به عرض ۶۰ فوت، طول ۱۲۰ فوت و ارتفاع ۲۰ فوت

بهترین چوب برای تولید زغال

بهترین چوب برای تولید زغال : در ایران به دلیل وجود باغ ها و مراتع پوشیده شده از درخت مرکبات مانند: لیمو، پرتقال و نارنج ، زغال حاصل از این درختان بسیار با کیفیت و مرغوب می باشد.

صادرات زغال چوب

صادرات زغال چوب را براساس آخرین آمارها مورد بررسی قرار داده شده . نبض صادرات زغال در اختیار قاره آسیا قرار دارد. در سال ۲۰۱۶ چهارصد و سی و سه میلیون دلار یعنی برابر با ۴۳.۸ درصد از کل فروش جهانی را صادرات زغال در آسیا به خود اختصاص داده است. با سهم ۳۲.۱ درصد اروپایی ها در جایگاه دوم قرار داند.

تفاوت های بسیاری بین زغال چوب و زغال سنگ وجود دارد. فسیل های به جامانده از گذشته به مرور زمان به زغال سنگ تبدیل می شوند. هم چنین گیاهانی هم وجود دارند که در اثر فرسایش و فشار با گذشت سال های طولانی به زغال سنگ تبدیل شوند. امروزه زغال سنگ به عنوان سوخت فسیلی معرفی شده است. در صورتی که زغال چوب بدست انسان و با استفاده از چوب تولید و عرضه می شود. در مقایسه با زغال سنگ ، ذغال چوب گرمای بیشتر و آلایندگی کمتری دارد.

برترین صادرکنندگان زغال چوب در جهان

کشور لهستان ، میزان صادرات : ۹۳.۲ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات زغال جهانی : ۹.۴ درصد
کشور ویتنام ، میزان صادرات : ۴۳.۹ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی : ۴.۴ درصد
کشور کوبا ، میزان صادرات : ۴۳.۵ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی : ۴.۴ درصد
کشور مکزیک ، میزان صادرات : ۳۷.۳ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی : ۳.۸ درصد
کشور مالزی ، میزان صادرات : ۲۶.۱ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی : ۲.۶ درصد
کشور هلند ، میزان صادرات : ۲۵.۱ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی : ۲.۵ درصد
کشور آرژانتین ، میزان صادرات : ۱۹.۱ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی: ۱.۹۳ درصد
کشور اوکراین ، میزان صادرات : ۵۹.۳ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی: ۶ درصد
کشور اندونزی ، میزان صادرات : ۱۹۰.۶ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی : ۱۹.۳ درصد
کشور چین ، میزان صادرات : ۱۰۲.۳ میلیون دلار ، سهم از کل صادرات جهانی : ۱۰.۳ درصد

انبارداری زغال های چوب :

کاهش تقاضای بازار و یا وجود انبارهایی از زغال چوب مازاد می توانند، باعث توقف موقتی فعالیت کوره ها گردند بنابراین دقت و مراقبت های لازم همواره باید در مورد انبارهای نگهداری ذغال های چوب به عمل آیند.
بخاطر اینکه زغال های خنک شده از پایداری و ایمنی لازم برخوردارند ولیکن در زمان جابجائی می توانند مخاطره آمیز باشند. همچنین زمانیکه زغال ها در مجاورت مواد مشتعل قرار گیرند، می توانند خطر آفرین باشند.

توصیه شده است که زغال های چوب را قبل از انبار کردن به خوبی الک نمایند سپس ذغال های کلوخه ای و خُرده های آنها را به صورت مجزا و برای دوره های نسبتا طولانی انبار کنند .

گاها اشتعال خودبخودی در اثر افزایش دمای حاصل از فعالیت های شیمیایی در انبارهای زغال چوب رُخ می دهد. این موضوع بویژه در زمان هایی به وقوع می پیوندد، که زغال های داغ را به انبارها منتقل می سازند.

آتشسوزی ها همچنین می توانند در انبارهایی وقوع یابند، که ذغال ها را با پاشیدن آب سریعا خنک نموده اند.
توصیه شده است، که زغال های تولیدی را قبل از انبار کردن به مدت ۲۴ ساعت در معرض جریان هوا قرار دهند، تا به خوبی خنک گردند.
مکان های خنک کردن زغال های چوب باید سرپوشیده باشند، تا از بارندگی ها مصون بمانند.
باید توجّه داشت که امکان اشتعال بسته های خُرده زغال ها نسبت به پاکت های زغال کلوخه ای بیشتر است.