Mokslininkai ištyrė degimo produktus, išsiskiriančius deginant klijuotos medienos plokščių atraižas pramoniniame ir buitiniame šildymo katiluose.

Aplinkos ministerijos užsakymu mokslininkai įvertino galimybes mūsų šalyje gaminti šilumos energiją deginant medienos apdirbimo pramonės įmonėse susidarančias klijuotos medienos plokščių atraižas.  Tokį vertinimą atliko UAB „Ekokonsultacijos" ekspertai, bendradarbiaudami su Kauno technologijos universitetu. Šios išvados turėtų būti įdomios ir tiems, kurie linkę savo krosnis ar židinius kūrenti bet kokiomis atliekomis.

Medienos kompozitai naudojami statybose ir pramonėje

Eksperimento metu buvo tiriami degimo produktai, išsiskiriantys deginant natūralią medieną ir įvairias klijuotos medienos, kuri vadinama medienos kompozitais, liekanas. Tai medienos drožlių (MDP) ir medienos plaušų (MPP) plokštės, fanera, orientuotų skiedrų plokštės (OSB), cementu surištos smulkinių plokštės, baldinės medienos masyvo plokštės (medienos masyvo ir faneruotės), vidutinio tankio medienos plaušų plokštės (MDF), didelio tankio medienos plaušo plokštės (HDF). Medienos kompozitų pagrindinės sudedamosios dalys yra medienos pluoštai, dulkės, plaušai, skiedros ar lakštai, suklijuoti sintetine derva (klijais, dažniausiai formaldehidinių dervų pagrindu).

Kompozituose esančių dervų kiekis gali skirtis priklausomai nuo reikiamų produkto savybių ir net gali būti skirtingas skirtinguose kompozito sluoksniuose. Dervos kiekis paprastai sudaro nuo 5  iki 10 proc. galutinio produkto. Lentelėje pateikta neapdorotų MDP, OSB ir MDF plokščių sudėtis, įskaitant priedus ir drėgmę.

Taip pat buvo bandyta deginti daugelio baldų gamyboje naudojamo  aukšto slėgio laminato HPL (angl. High Pressure Laminate) arba CPL (angl. Countinuously Pressed Laminate arba HPL compact) plokštes. Tai lakštinė daugiasluoksnė medžiaga, gaminama aukšto slėgio ir aukštos temperatūros sąlygomis presuojant kelis sluoksnius popieriaus: fenolio dervose mirkyti popieriaus lakštai, dekoratyvinis popierius impregnuotas melamino derva, o viršutinis dekoratyvinis sluoksnis padengtas permatoma melamino plėvele, suteikiančia paviršiui stiprumo. HPL sudaro daugiau kaip 60-70 proc. popieriaus, o likusius 30-40 proc. - fenolio formaldehido ir melamino-formaldehido dervos. Abi dervos priklauso termoreaktingų dervų klasei, kurios presavimo metu sukuria negrįžtamus cheminius ryšius ir gaunama chemiškai neaktyvi ir stabili medžiaga, kurios savybės skiriasi ir yra geresnės už atskirų sudėtinių dalių savybes.

HPL dažniausiai naudojamas virtuviniams stalviršiams bei sienelėms gaminti, baldams, durų apdailai. Idealiai tinka biuro baldų intensyvaus naudojimo paviršių apdailai.

Degimo bandymai

Tyrimams reikiamos medžiagos (apie 60-90 kg) buvo surinktos įvairiose Lietuvoje veikiančiose įmonėse (granulių gamintojai, plokščių gamintojai ir tiekėjai (importuotojai), baldų gamintojai, kt.), atsižvelgiant į jų sudėtį, apdorojimui naudojamas apdailos medžiagas ir kitą prieinamą informaciją. Prieš deginimą kompozitai buvo smulkinami ir sijojami iki 5-10 mm dydžio dalelių. Deginamų medžiagų drėgnumas - 9-10 proc., kuris būdingas kompozitų plokštėms ir medienos bei kompozitų granulėms dėl gamybos technologijos, o kitos bandomosios kuro rūšys (medienos drožlės, žievė) buvo specialiai džiovinamos iki šios reikšmės. Taip buvo siekiama, kad visos bandomosios kuro rūšys būtų vienodo drėgnumo ir drėgmė neturėtų reikšmingo poveikio tyrimų rezultatams

Deginimui susmulkintos plokštės: kairėje - MDP dengta dažytu melamino popieriumi, dešinėje - baldinė MPP (MDF dengta vandeniniais dažais).

Susmulkintos plokštės degintos pramoniniame ir buitiniame ši;ldymo katiluose, realiomis eksploatavimo sąlygomis. Pramoninio katilo modelis dirbo stacionariu režimu, t.y. pastoviai paduodamas kuras, stabiliai tiekiamas oras degimui ir judinamos ardelės. Degimo režimai stabilūs ir degimo laikotarpiu mažai svyruojantys.

Buitinis katilas (granulių režime) eksperimentų metu dirbo taip, kaip ir realiomis sąlygomis eksploatuojami granuliniai katilai:  kuro tiekimo sraigtas dirba kelias ar keletą sekundžių ir vėl įsijungia, kai reikia paduoti kurą į degimo kamerą. Oras tiekiamas nuolatos ir vienodu srautu. Patekus naujai kuro porcijai į degimo kamerą, kuras įšyla ir išsiskiria lakiosios medžiagos, kurios sudega.

Bandymo metu visi dūmų komponentai buvo matuojami dūmų kanale už katilų. Taip pat buvo matuojama degimo produktų (pelenų) sudėtis, nustatant apie 37 komponentų koncentracijų reikšmes. Tai sieros dioksidas, azoto oksidai, kietosios dalelės, anglies monoksidas, formaldehidas  ir kt.

Baldinių plokščių degimo karštis ir intensyvumas

Didžiajai daliai tirtų teršalų susidarymui svarbiausias veiksnys buvo deginimo technologija. Kuro deginimas esant deguonies trūkumui daro poveikį tarpinių degimo produktų formavimuisi - CO, angliavandeniliams, smulkiosioms kietosioms dalelėms (suodžiams). Šių teršalų atveju, degimo efektyvumas yra svarbesnis veiksnys, negu kuro sudėtis. Pramoninio katilo modelis šiuo atveju parodė geresnius rezultatus, nes šių tarpinių degimo produktų susidarė sąlyginai mažiau, netgi deginant medienos kompozitus, palyginti su buitinio katilo.

Vis dėlto pasirodė, jog gerėjant sudegimo efektyvumui, pramoniniame katile didėja azoto oksidų formavimasis, tiek dėl aukštesnės temperatūros, tiek dėl kompozitų sudėtyje esančių dervų, turinčių azoto. Dėl šios priežasties, degimas turi būti optimizuojamas, tiek pagal tarpinių degimo produktų, tiek pagal azoto oksidų emisijas.

Medienos kompozitų sudėtyje esantis chloras, siera, azotas taip pat daro poveikį atitinkamų teršalų emisijai, kuri matoma matuojant bazinius degimo produktus. Tuo pačiu, didėjant kure esančių halogenų ir kt. medžiagų, didėja tikimybė susidaryti nepilno degimo halogenintiems produktams, kurių nustatymas yra sudėtingas, bet toksiškumas didelis.

Žievės degimas (bendrai vertinant įvairių žievių rūšių charakteristikas), lyginant su medienos skiedrų ar granulių kuru, pasižymi ženkliai didesniu (gali siekti 5 kartus) peleningumu, 2-3 kartus didesniu metalų kiekiu, iki 10 kartų didesniu silicio kiekiu ir šiek tiek didesniu sieros, chloro, azoto kiekiu. Atliktų tyrimų metu nepastebėta kokių nors ženklių nuokrypių degimo produktų sudėtyje. Degimo režimas turi didesnį poveikį degimo produktų sudėčiaiį negu žievių sudėties skirtumai.

Buitiniai namų ūkio šildymo katilai yra ciklinio veikimo. Kuras, pvz., malkos sudedamos ant ardelių ir uždegamos. Kai kuras įsidega, tuo metu skiriasi daug lakiųjų medžiagų, kurios sudegti nespėja dėl nepakankamo oro kiekio degimo kameroje ir šaltų kūryklos paviršių, aušinančių liepsną. Didelė dalis lakiųjų medžiagų nesudegusios per kaminą išmetamos į aplinkos orą. Toliau degant išsiskiria vis mažiau lakiųjų medžiagų ir intensyvėja medžio anglies degimas. Degimo produktų sudėtis keičiasi, mažėja angliavandenilių ir pradeda didėti CO koncentracija išmetamosiose dujose, kol galiausiai degimas baigiasi. Tokių katilų galia reguliuojama keičiant degimui tiekimą oro srautą, todėl ciklinio veikimo katilų išmetamosiose dujose visada yra daug tarpinių degimo produktų, kurių koncentracija gali siekti kelis procentus bendro išmetamo dujų kiekio.

Medienos plokščių pelenų sudėtis

Tyrime taip pat buvo siekiama nustatyti, ar galima medienos kompozitų pelenus naudoti žemės ūkio ar miškų reikmėms - tręšimui, dirvos pagerinimui. Mokslininkai atliko cheminę pelenų analizę. Lentelėje raudona spalva pažymėtos DLK (didžiausios leistinos koncentracijos) viršijančios žemės ūkyje arba miškų ūkyje leistinas elementų koncentracijas. Visuose bandiniuose pasitaikė bent pora sunkiųjų metalų, kurių koncentracijos viršijo DLK. Tas pasakytina ir apie katilinių, kuriuose buvo deginamos neapdorotos MDP atliekos.

Buitiniame katile degintų MDP ant ardyno bei plokščių atliekų granulių mišriuose pelenuose 4 cheminių elementų koncentracijos viršijo DLK, tačiau koncentracijos nebuvo itin didelės. Reiktų atkreipti dėmesį, kad MDP su HPL danga bei dažytos MDP ir lakuotos faneros pelenuose As, B, Cr, Cu, Ni, Zn koncentracijos DLK viršijo nuo 1.5 iki 47 kartų. Veikiausiai, metalai šiuose kompozituose yra dažų pigmentuose ar impregnavimo priemonėse. Reiktų atkreipti dėmesį, kad ir biokuro pelenuose pasitaiko atvejų, kuomet yra viršijamos DLK.

Cheminių medžiagų koncentracijos pelenuose

Padaryta išvada, jog atsižvelgiant į padidintas sunkiųjų metalų koncentracijas medienos kompozitų pelenuose, kai kuriais atvejais ženkliai viršijančias DLK, tirtų medžiagų pelenai nerekomenduotini kaip dirvos trąša.

Galimi pelenų panaudojimo būdai: sąvartynų perdengimo sluoksniuose, kelių statybai, nuotekų dumblo kompostavimo procese, silikatų pramonėje .

Dalis iš medienos drožlių ar skiedrų pagamintų plokščių atraižų gali būti užterštos chloro junginiais, sunkiaisiais metalais ir kitomis cheminėmis medžiagomis. Kadangi leistina tarša jas naudojant šilumai gaminti yra nepakankamai reglamentuota, kyla grėsmė, kad tokias liekanas deginant neefektyviai veikiančiuose katiluose (krosnyse) gali išsiskirti pavojingų teršalų.

Tyrimai patvirtino, kad buitiniuose katiluose deginti klijuotą medieną yra labai pavojinga. Nesudarius reikiamų degimo sąlygų, išmetamosiose dujose anglies monoksido (smalkių) koncentracija net 15 kartų buvo didesnė nei išmestose iš pramoninio katilo. Todėl nerekomenduojama deginti tokių liekanų ir iš jų pagaminto kuro buitiniuose ir mažos šiluminės galios pramoniniuose katiluose, kuriuose sudėtinga palaikyti tinkamas degimo sąlygas.

Pramoniniuose didesnės šiluminės galios katiluose užtikrinus geras degimo sąlygas, deginant klijuotą medieną (neužterštą pavojingomis medžiagomis) išmetamo anglies monoksido ir kitų tarpinių degimo produktų koncentracija išmetamosiose dujose yra daug mažesnė ir beveik prilygsta natūralios medienos degimui.

Siekiant sudaryti galimybes medienos apdirbimo pramonės liekanas deginti saugiu aplinkai ir sveikatai būdu, mokslininkai siūlo jas deginantiems įrenginiams taikyti anglies monoksido ribinę vertę ir juose įrengti papildomų priemonių degimo parametrams stebėti ir registruoti. Tai leistų nuolat kontroliuoti degimo sąlygas.

Remdamasi šio mokslinio vertinimo rezultatais ir siūlymais, Aplinkos ministerija numato peržiūrėti kurą deginantiems įrenginiams taikomus reikalavimus ir juos atnaujinti, be to, siūlyti Energetikos ministerijai naujomis nuostatomis papildyti Lietuvoje kietajam biokurui taikomus reikalavimus.

ASA.LT informacija, parengta pagal „Mokslinis medienos kompozitų (plokščių) gamybos ir naudojimo atliekų panaudojimo įvairaus pajėgumo kurą deginančiuose įrenginiuose, įskaitant naudojamus namų ūkiuose būstams šildyti, galimybių įvertinimas, siekiant nustatyti kietojo kuro kokybės rodiklius",  projekto vadovas prof. dr. Dainius Martuzevičius