Παρασκευή, 1 Αυγούστου 2014


Η ξήρανση του ξύλου Φάκελος Ξύλο: ένα μεγάλο δώρο της φύσης Η ξήρανση του ξύλου Δρ Μιχάλης Σκαρβέλης, Εντεταλμένος Ερευνητής Ινστιτούτο Μεσογειακών Δασικών Οικοσυστημάτων & Τεχνολογίας Δασικών Προϊόντων Στον καθένα είναι γνωστό και εύκολα κατανοητό ότι για να φθάσουν στα χέρια του κάποια έτοιμα ή ημιέτοιμα προϊόντα – παράγωγα του ξύλου (πριστή ξυλεία, μοριοσανίδες, αντικολλητά, κουφώματα, έπιπλα κ.ά.), πρέπει το ξύλο να υποστεί διάφορες κατεργασίες αμέσως μετά τη μεταφορά του από τον τόπο παραγωγής του (δάσος) μέχρις ότου πάρει την τελική του μορφή. Τέτοιες επεξεργασίες είναι η πρίση, η επανάπριση, το πλάνισμα, η διαμόρφωση πάχους, η μορφοποίηση άκρων στοιχείων, το τρύπημα, η μορφοποίηση συνδέσμων και συναρμολόγηση, η λείανση, ο εμποτισμός, ο θρυμματισμός, η εκτύλιξη, η συγκόλληση κ.ά., ανάλογα με το επιδιωκόμενο αποτέλεσμα. Μέρος από τις διαδικασίες αυτές υλοποιείται στις δασικές βιομηχανίες και μέρος στις μονάδες δευτερογενούς επεξεργασίας (επιπλοποιεία, ξυλουργεία). Απόλυτα απαραίτητη σε κάθε περίπτωση -αν και λιγότερο γνωστή – είναι η διαδικασία της ξήρανσης του ξύλου, ειδικά αν πρόκειται να χρησιμοποιήσουμε συμπαγές («μασίφ») ξύλο για εσωτερικές κατασκευές. Η αναγκαιότητα για ξήρανση προκύπτει από το γεγονός ότι το ξύλο, ως βιολογικό προϊόν και ως «ζωντανό» υλικό στο δένδρο, περικλείει μεγάλες ποσότητες νερού, υπό μορφή α) υγρού ή «ελεύθερου» νερού στις κοιλότητες των κυττάρων του, β) υδρατμών στις κυτταρικές κοιλότητες και γ) ως δεσμευμένο νερό στα κυτταρικά τοιχώματα. Η αρχική ποσότητα του νερού αυτού μπορεί να κυμαίνεται από 30% έως και 300% σε σύγκριση με το ξηρό βάρος του ξύλου, ανάλογα με το είδος, τη θέση μέσα στο δένδρο, την εποχή κ.ά. Το νερό αυτό αρχίζει να αποβάλλεται από τη μάζα του ξύλου ευθύς μόλις γίνει η υλοτομία του δένδρου, δυστυχώς όμως αυτή η διαδικασία αποβολής διαρκεί για μακρύ χρόνο και – το κυριότερο – συνοδεύεται από ακανόνιστη μείωση των διαστάσεων του. Όταν η υγρασία του ξύλου πέσει κάτω από ένα όριο (περίπου 30% – σημείο ινοκόρου), τότε έχει εξατμιστεί το νερό που είναι ελεύθερο στις κυτταρικές κοιλότητες και ξεκινά η απώλεια νερού από τα τοιχώματα των κυττάρων. Τότε ακριβώς αρχίζουν να ελαττώνονται και οι διαστάσεις του ξύλου (ρίκνωση) ενώ παράλληλα μεταβάλλονται και οι λοιπές φυσικές και μηχανικές ιδιότητές του. Το χειρότερο απ’ όλα είναι ότι αυτή η μεταβολή των διαστάσεων προκύπτει με διαφορετικό τρόπο στις τρεις αυξητικές διαστάσεις του (αξονικά, ακτινικά, εφαπτομενικά) ενώ ισχύει και το αντίστροφο φαινόμενο (διόγκωση) σε περίπτωση που το ξύλο για κάποιο λόγο αποκτήσει εκ νέου υγρασία. Γίνεται επομένως αντιληπτό ότι αν το ξύλο αξιοποιηθεί σε κάποια χρήση έχοντας υγρασία περισσότερη ή λιγότερη από αυτήν στην οποία τελικά θα ισορροπήσει, επηρεαζόμενο από τις συνθήκες θερμοκρασίας και σχετικής υγρασίας του περιβάλλοντος χώρου, τότε θα έχουμε και μεταβολή των διαστάσεών του που θα προκύψει ανομοιόμορφα στις διαστάσεις του και μπορεί να έχουμε παραμόρφωση της κατασκευής. Όλοι έχουμε δυσάρεστες εμπειρίες από τους αρμούς ενός επίπλου που «άνοιξαν», από ένα συρτάρι που «σφήνωσε» το χειμώνα ή μια πόρτα σε νεόδμητη κατοικία που «φράκαρε». Το παραπάνω χαρακτηριστικό, χωρίς να είναι το μόνο, αποτελεί το βασικό μειονέκτημα που εμφανίζει το ξύλο έναντι άλλων -ανταγωνιστικών σε αυτό-υλικών, που αντιστρατεύεται σημαντικά τα πλεονεκτήματά του (αισθητική υπεροχή, ανανεώσιμος χαρακτήρας, ποικιλία χρήσεων, μικρή κατανάλωση ενέργειας για τη μεταποίησή του κ.ά.). Το φαινόμενο αντιμετωπίζεται με τεχνικές όπως η αναδιανομή των δομικών στοιχείων του ξύλου, η επικάλυψη με ανθυγροσκοπικές ουσίες ή ο εμποτισμός με ουσίες που το διατηρούν σε κατάσταση μόνιμης διόγκωσης. Σε κάθε περίπτωση όμως ο πλέον κατάλληλος τρόπος είναι η εκ των προτέρων ξήρανση του ξύλου, σε υγρασία ανάλογη με αυτή που θα αποκτήσει στο χώρο χρήσης του. Η υγρασία αυτή για τα ελληνικά δεδομένα πρέπει να είναι για εξωτερικές κατασκευές 12-15%, για ημιυπαίθριες κατασκευές 10-12%, για πατώματα, έπιπλα (εσωτερικές κατασκευές) 8-9%. Τα παραπάνω αποτελούν το βασικό λόγο ξήρανσης της ξυλείας, ωστόσο δεν είναι και ο μοναδικός, καθώς μια σειρά ακόμη πλεονεκτημάτων ανακύπτουν με την ξήρανση, όπως: μειώνεται το βάρος, οπότε διευκολύνεται κατά πολύ ο χειρισμός και η μεταφορά, η κατεργασία (πλάνισμα, κοπή κ.λπ.) γίνεται καλύτερα, με τη μείωση της υγρασίας αυξάνονται οι μηχανικές ιδιότητες, οπότε η αντοχή του ξύλου σε εξωτερικές δυνάμεις (κάρφωμα, βίδωμα) αυξάνεται, η συγκόλληση και το φινίρισμα (τρίτομο, βάψιμο) γίνονται επίσης καλύτερα, προσβολές από σηπτικούς – χρωστικούς μύκητες σταματούν, όταν η υγρασία πέσει κάτω από 20%. Σε περίπτωση ξήρανσης με θερμοκρασίες άνω των 50° – 55°C επέρχεται και αποστείρωση της ξυλείας από μύκητες και έντομα που τυχόν προϋπήρχαν. Παράλληλα με τα προηγούμενα, ανακύπτουν και οικονομικά κυρίως μειονεκτήματα σχετιζόμενα με την ξήρανση, όπως είναι οι χρονικές καθυστερήσεις μέχρις ότου ολοκληρωθεί η ξήρανση, η δέσμευση κεφαλαίων και χώρων, αυξημένο εργατικό κόστος (για στοίβαξη, αποστοίβαξη, μεταφόρτωση, παρακολούθηση), κόστος αγοράς εξοπλισμού και κόστος λειτουργίας και συντήρησης εγκαταστάσεων ξήρανσης. Μέθοδοι ξήρανσης Τρεις είναι οι βασικοί παράγοντες για την πρόκληση ξήρανσης στο ξύλο: η θερμοκρασία, η σχετική υγρασία και η κίνηση του αέρα που περιβάλλει την ξηραινόμενη ξυλεία. Η βασική διάκριση μεταξύ των μεθόδων ξήρανσης είναι αυτή μεταξύ φυσικής και τεχνητής ξήρανσης. Στη φυσική εκμεταλλευόμαστε τη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία και την κίνηση του αέρα του περιβάλλοντος. Στην τεχνητή δημιουργούμε ελεγχόμενες συνθήκες σε κλειστούς θαλάμους, ανάλογα με την ακριβή μέθοδο που ακολουθείται, με αποτέλεσμα η ξήρανση να είναι ταχύτερη και ποιοτικά ελεγχόμενη. Ο ανεξέλεγκτος (γρήγορος) ρυθμός ξήρανσης προκαλεί σφάλματα έως και ολική καταστροφή της ξυλείας, επομένως και η τεχνητή ξήρανση πρέπει να υπακούει σε κάποιους κανόνες. Εξυπακούεται ότι ο ρυθμός (χρόνος) ξήρανσης επηρεάζεται και από το είδος και τις διαστάσεις (πάχος) του ξύλου, την αρχική και την επιθυμητή τελική υγρασία, την αναλογία σομφού – εγκάρδιου ξύλου, τη θέση του ξύλου στη στοιβάδα κ.ά. Η φυσική ξήρανση Η φυσική ξήρανση είναι η παλαιότερη και απλούστερη μέθοδος, που παραμένει πάντα σε ευρεία χρήση ειδικά σε χώρες με θερμό – ξηρό κλίμα όπως η δική μιας. Αντίθετα, σε χώρες με υγρό – ψυχρό κλίμα αξιοποιείται μόνο στα αρχικά στάδια της ξήρανσης, ως μέθοδος προξήρανσης πριν από την τεχνητή ξήρανση. Η ξυλεία τοποθετείται σε υπόστεγα, σε στοιβάδες με διαχωριστικούς πήχεις ανάμεσα σε κάθε στρώση ξύλων και με μικρά διάκενα ανάμεσα σε σανίδες της ίδιας στρώσης, για να κυκλοφορεί απρόσκοπτα ο αέρας. Ως μέθοδος διαρκεί αισθητά περισσότερο από την τεχνητή, γεγονός που προκαλεί δέσμευση κεφαλαίων και χώρων, χωρίς αυτό να σημαίνει, ότι η ξυλεία είναι κατώτερης ποιότητας. xiransi Παράδειγμα κακής στοίβαξης ξυλείας για φυσική ξήρανση (απ’ ευθείας έκθεση στον ήλιο, βλάστηση στο έδαφος που δυσχεραίνει την ξήρανση). Τα προβλήματα από την κακή ξήρανση είναι ορατά στην ποιότητα των σανίδων. Στην Ελλάδα και ειδικά τους θερινούς μήνες, η φυσική ξήρανση είναι ταχύτατη. Σε ορισμένες περιοχές με ξηρό κλίμα (π.χ, Αττική) η υγρασία μπορεί να κατέλθει και σε 8%, γεγονός που κάνει την ξυλεία κατάλληλη για κάθε χρήση. Το γεγονός αυτό, σε συνδυασμό και με το υψηλό κόστος που απαιτείται για την προμήθεια και λειτουργία εγκαταστάσεων τεχνητής ξήρανσης, έχει ως αποτέλεσμα την υποτίμηση της ανάγκης για προσεκτική και επιμελημένη ξήρανση. Η ξυλεία πολλές φορές παραμένει πρόχειρα και προσωρινά στοιβαγμένη σε ακάλυπτους χώρους, για να στεγνώσει όσο είναι δυνατόν μέχρι να χρησιμοποιηθεί, με αποτέλεσμα άλλοτε να βρέχεται και να επανυγραίνεται, άλλοτε να μένει εκτεθειμένη απ’ ευθείας στην ηλιακή ακτινοβολία και να δημιουργούνται ραγάδες και στρεβλώσεις στις εξωτερικές στρώσεις κ.ά. Σε παραλλαγή της μεθόδου (δυναμική φυσική ξήρανση) χρησιμοποιούνται ανεμιστήρες μεγάλης διαμέτρου, που διευκολύνουν – επιταχύνουν την κίνηση του αέρα μέσω της στοιβάδας, συμβάλλοντας στην εξάτμιση και απομάκρυνση της υγρασίας. Η τεχνητή ξήρανση Στην προκειμένη περίπτωση η ξήρανση πραγματοποιείται σε ειδικά διαμορφωμένους θαλάμους, με έλεγχο των συνθηκών ξήρανσης. Οι σύγχρονοι θάλαμοι είναι κατασκευασμένοι συνήθως από πρόκατασκευασμένα πλαίσια αλουμινίου με μόνωση. Υπάρχουν όμως σε χρήση και θάλαμοι κατασκευασμένοι από τούβλα και σκυρόδεμα. Η ξυλεία τοποθετείται σε στρώσεις με διαχωριστικούς πήχεις ανάμεσα, χωρίς πλευρικά διάκενα μεταξύ των σανίδων της ίδιας στρώσης. Η ανύψωση της θερμοκρασίας είναι σταδιακή και πραγματοποιείται με την καύση πετρελαίου αλλά και υπολειμμάτων ξύλου, όταν αυτά υπάρχουν σε αρκετές ποσότητες. Η σχετική υγρασία ελέγχεται με ψεκασμό ατμού ή νερού (για αύξηση) και ανεμιστήρες εξαερισμού (για μείωση) ενώ η κυκλοφορία του αέρα πραγματοποιείται με τη βοήθεια ανεμιστήρων, κατάλληλα τοποθετημένων πάνω ή στα πλάγια της στοιβαγμένης ξυλείας. Η όλη διαδικασία ακολουθεί ένα πρόγραμμα ξήρανσης, κατάλληλα διαμορφωμένο για κάθε είδος και πάχος ξύλου. Παλαιότερα η εφαρμογή του προγράμματος ξήρανσης βασιζόταν στις παρατηρήσεις και την εμπειρία του χειριστή του ξηραντηρίου ενώ σήμερα υπάρχουν πλήρως αυτοματοποιημένα συστήματα ελέγχου της πορείας της ξήρανσης. Μολονότι τα τελευταία χρόνια δίνονται αρκετά κίνητρα στις επιχειρήσεις για επένδυση σε εγκαταστάσεις ξήρανσης, δεν υπερβαίνουν το 10% του συνόλου οι επιχειρήσεις πρωτογενούς κατεργασίας ξύλου στην Ελλάδα που διαθέτουν ξηραντήριο. Οι λόγοι αναφέρθηκαν ήδη ενώ θα πρέπει να προσθέσουμε σε αυτούς και το γεγονός ότι η τεχνητή ξήρανση είναι αρκετά ενεργοβόρος. Υπολογίζεται ότι πάνω από το μισό (60-70%) της απαιτούμενης ενέργειας για την παραγωγή πριστής ξυλείας, καταναλώνεται στη διαδικασία της ξήρανσης, εφόσον η μονάδα διαθέτει εγκαταστάσεις τεχνητής ξήρανσης. Το ξύλο άλλωστε δεν απαιτεί ιδιαίτερα μεγάλα ποσά ενέργειας για τη μεταποίησή του (αισθητά μικρότερα ποσοστά σε σχέση με τα ανταγωνιστικά του υλικά), οπότε η ποσοστιαία συμμετοχή της τεχνητής ξήρανσης εμφανίζεται μεγάλη. Η χρήση του φυσικού αερίου από τις επιχειρήσεις στο προσεχές μέλλον αναμένεται να μειώσει αυτό το κόστος και να αποτελέσει κίνητρο για επενδύσεις στον τομέα της ξήρανσης του ξύλου. Παρ’ ότι η συγκεκριμένη μέθοδος βρίσκεται σε εφαρμογή σχεδόν 100 χρόνια και παρά τις όποιες τεχνολογικές εξελίξεις στον τομέα της ξήρανσης, εξακολουθεί να είναι η δημοφιλέστερη μέθοδος τεχνητής ξήρανσης γι’ αυτό και αποκαλείται και συμβατική τεχνητή ξήρανση. Υπάρχουν σήμερα και άλλες μέθοδοι τεχνητής ξήρανσης, με περιορισμένη διεθνώς και ελάχιστη ή και καθόλου διάδοση στη χώρα μας, κυριότερες από τις οποίες είναι η αφύγρανση, η ξήρανση με πολύ υψηλές θερμοκρασίες, η ξήρανση σε κενό, η ξήρανση με υψίσυχνα ρεύματα, η ξήρανση με υψίσυχνα και κενό. Όλες σχεδόν απαιτούν αποκλειστική χρήση ηλεκτρικής ενέργειας ή/και ξήρανση μεγάλων ποσοτήτων ξυλείας, πράγμα που δεν προσιδιάζει στα ελληνικά δεδομένα. Η ηλιακή ξήρανση Παραλλαγή της συμβατικής τεχνητής ξήρανσης, με αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας που είναι άφθονη στην Ελλάδα, αποτελεί η ηλιακή ξήρανση που έχει δοκιμαστεί επιτυχώς στη χώρα μας τα τελευταία 15 χρόνια από το Ινστιτούτο Μεσογειακών Δασικών Οικοσυστημάτων & Τεχνολογίας Δασικών Προϊόντων (ΙΜΔΟ & ΤΔΠ). Σύμφωνα με τη συγκεκριμένη μέθοδο η απαιτούμενη ενέργεια για την ανύψωση της θερμοκρασίας στο θάλαμο ξήρανσης προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία και πραγματοποιείται με τη βοήθεια ηλιακών συλλεκτών αέρος. Η λοιπή διαδικασία είναι ανάλογη με αυτήν που ακολουθείται στη συμβατική τεχνητή ξήρανση, από την οποία υπολείπεται στο γεγονός ότι η παροχή ηλιακής ενέργειας είναι από τη φύση της διακοπτόμενη. Αυτό μπορεί να αντιμετωπιστεί εν μέρει με τη χρήση συστημάτων συσσώρευσης ενέργειας στη διάρκεια της η μέρας (π.χ. σκυρόστρωση του δαπέδου μέσα από την οποία κυκλοφορεί ένα μέρος του αέρα), είτε με τη χρήση συμπληρωματικών συστημάτων παροχής ενέργειας (π.χ, καυστήρας υπολειμμάτων ξύλου, σε λειτουργία τις νυχτερινές ώρες και τις νεφοσκεπείς ημέρες). Από το εργαστήριο Τεχνολογίας Δασικών Προϊόντων του ΙΜΔΟ & ΤΔΠ κατασκευάστηκε πειραματικό ηλιακό ξηραντήριο με 5 εξωτερικούς ηλιακούς συλλέκτες αέρα, πλήρως αυτοματοποιημένο στην τελική του μορφή, στο οποίο έγινε ξήρανση ξυλείας 4 ελληνικών δασοπονικών ειδών (ελάτη, μαύρη πεύκη, οξυά και δρυς) με παράλληλη φυσική ξήρανση ίδιου είδους ξυλείας σε παρακείμενο χώρο, για συγκριτικούς λόγους. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι: Η ηλιακή ξήρανση (όπως είναι λογικό) είναι ταχύτερη τους θερινούς μήνες σε σχέση με τους χειμερινούς, ταυτόχρονα όμως είναι 2 έως 10 φορές ταχύτερη της φυσικής ξήρανσης, ανάλογα με το είδος και το πάχος του ξύλου και την εποχή. Η υπεροχή αυτή είναι μεγαλύτερη τους χειμερινούς μήνες σε σύγκριση με το καλοκαίρι. Η ηλιακή ξήρανση είναι 1,4 έως 4,5 φορές βραδύτερη της συμβατικής τεχνητής ξήρανσης στα είδη που εξετάστηκαν. Οι χρονικές διαφορές ήταν μικρότερες τους καλοκαιρινούς μήνες και στα δύσκολα ξηραινόμενα είδη (οξυά, δρυς). Η φυσική ξήρανση δεν μπορεί να κατεβάσει την υγρασία στα ίδια χαμηλά επίπεδα σε σχέση με την ηλιακή. Στα δύσκολα ξηραινόμενα είδη οι διαφορές υπέρ της ηλιακής ξήρανσης ήταν εντονότερες. Η θερμοκρασία στο ηλιακό ξηραντήριο ήταν κατά μέσο όρο 20,4°C ψηλότερη από αυτή του περιβάλλοντος. Οι διαφορές θερμοκρασίας θαλάμου – περιβάλλοντος είναι εντονότερες το χειμώνα, σε σύγκριση με το καλοκαίρι. Γενικά η θερμοκρασία σε ένα ηλιακό ξηραντήριο επηρεάζεται από την εποχή, τη διαθέσιμη ηλιακή ακτινοβολία, τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, την υγρασία του ξύλου, το σχεδίασμά του ξηραντηρίου και την ένταση του εξαερισμού. Με κατάλληλο σύστημα ελέγχου στην ηλιακή ξήρανση επιτυγχάνεται καλύτερη ποιότητα ξήρανσης, απ’ ότι στη φυσική ξήρανση. Η ύπαρξη πηγής ύγρανσης του αέρα στο θάλαμο, παρέχει τη δυνατότητα διόρθωσης των σφαλμάτων που ανακύπτουν λόγω βεβιασμένης ξήρανσης. Υπάρχουν οι δυνατότητες και για απλούστερες κατασκευές ηλιακών ξηραντηρίων από τη συγκεκριμένη, χωρίς εξωτερικούς συλλέκτες και με διαφανή ή ημιδιαφανή τοιχώματα, με περιορισμένη ή καθόλου μόνωση των τοιχωμάτων, αποκαλούμενες γι’ αυτό «τύπου θερμοκηπίου» ή «ημιθερμοκηπίου». Υπερτερούν στο μειωμένο κόστος κατασκευής, μειονεκτούν στους χρόνους και τη δυνατότητα πλήρους ελέγχου της πορείας ξήρανσης. Μπορούν ωστόσο να αποτελέσουν λούσεις εκεί που δεν υπάρχουν άλλες δυνατότητες. Σε κάθε περίπτωση η επιμελημένη ξήρανση, στο κατάλληλο -ανάλογα και με την τελική χρήση- ποσοστό υγρασίας, είναι μια διαδικασία η οποία δεν πρέπει να παραμελείται και συμβάλλει στην καλύτερη αξιοποίηση αυτού του ανεκτίμητου φυσικού πόρου, του ξύλου.