Τέφρα ξύλου

Η τέφρα ξύλου (αγγλ. wood ash) είναι υπόλειμμα σε σκόνη που παραμένει μετά την καύση του ξύλου, όπως π.χ. καύση καυσόξυλων σε τζάκι, φωτιά ή σε βιομηχανική μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας. Αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από ενώσεις του ασβεστίου μαζί με άλλα άκαυστα ιχνοστοιχεία που ανευρίσκονται με φυσικό τρόπο στο ξύλωμα των δέντρων. Η τέφρα αυτή έχει χρησιμοποιηθεί και αξιοποιηθεί για πολλούς σκοπούς σε όλη την ανθρώπινη ιστορία στον πλανήτη μας.

 Αναλύσεις της σύνθεσης της τέφρας ξύλου από διαφορετικά είδη δέντρων έχει πραγματοποιηθεί από τον ερευνητή Emil Wolff, μεταξύ των άλλων. Διάφοροι παράγοντες που έχουν σημαντικό αντίκτυπο στη σύνθεση, είναι οι εξής: Λεπτή τέφρα: Ορισμένες μελέτες περιλαμβάνουν τα στερεά που διαφεύγουν μέσω του καπναγωγού κατά την καύση. Είναι τέφρα πολύ μικρών διαστάσεων. Θερμοκρασία καύσης. Η απόδοση της περιεκτικότητας σε τέφρα μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας καύσης, που προκαλεί ουσιαστικά δύο άμεσες επιπτώσεις:Διάσπαση: Η μετατροπή ανθρακικών, σουλφιδίων κ.λπ. σε οξείδια δεν έχει ως τελικό αποτέλεσμα τον άνθρακα, θείο, ανθρακικά ή σουλφίδια. Ορισμένα μεταλλικά οξείδια (π.χ. οξείδιο του υδραργύρου) διασπώνται ακόμη και στη στοιχειακή τους κατάσταση ή εξατμίζονται πλήρως σε θερμοκρασίες της κυρίως καύσης του ξύλου (600 °C (1,112 °F)). Πτητικοποίηση: Σε μελέτες στις οποίες δεν μετράται η διαφυγή τηςτέφρας, ορισμένα προϊόντα καύσης ενδέχεται να μην υπάρχουν καθόλου. Το αρσενικό για παράδειγμα δεν είναι πτητικό, αλλά το τριοξείδιο του αρσενικού είναι (λ.χ. έχει σημείο βρασμού: 465 °C (869 °F)). Πειραματική διαδικασία: Εάν οι στάχτες εκτεθούν στο περιβάλλον μεταξύ της καύσης και της ανάλυσης, τα οξείδια μπορεί να μετατραπούν ξανά σε ανθρακικά άλατα αντιδρώντας με το διοξείδιο του άνθρακα στον αέρα. Οι υγροσκοπικές ουσίες εν τω μεταξύ μπορεί να απορροφήσουν την ατμοσφαιρική υγρασία. Ο τύπος, η ηλικία και το περιβάλλον ανάπτυξης του ξύλου επηρεάζουν τη σύνθεσή του (π.χ. ξύλο από κωνοφόρα vs. ξύλο από πλατύφυλλα), και συνεπώς την τέφρα. Τα ξύλα από τα πλατύφυλλα είδη (π.χ. δρυς, οξιά, πουρνάρι) παράγουν συνήθως περισσότερη τέφρα από τα κωνοφόρα ξύλα (π.χ. έλατο, πεύκο) με τον φλοιό και τα φύλλα να παράγουν πολύ περισσότερη από τα εσωτερικά μέρη του κορμού. Σύμφωνα με έρευνα, κατά μέσο όρο, η καύση του ξύλου έχει ως τελικό αποτέλεσμα περίπου 6-10% σε στάχτη. Η υπολειμματική τέφρα 0,43% και 1,82% της αρχικής μάζας καμένου ξύλου (σε ξηρή βάση, w/w) παράγεται για ορισμένα ξύλα εάν υποστεί πυρόλυση μέχρι να εξαφανιστούν όλα τα πτητικά συστατικά και καεί στους 350 °C (662 °F) για 8 ώρες.Επίσης οι συνθήκες της καύσης επηρεάζουν τη σύνθεση και την ποσότητα της υπολειμματικής τέφρας, επομένως η υψηλότερη θερμοκρασία θα μειώσει την απόδοση τέφρας. Η τέφρα ξύλου περιέχει τα ακόλουθα κύρια στοιχεία: Άνθρακας (C), 5-30% Ασβέστιο (Ca), 7-33% Κάλιο (K), 3-4% Μαγνήσιο (Mg), 1-2% Μαγγάνιο (Mn), 0,3-1,3% Φώσφορος (P), 0,3-1,4% Νάτριο (Na), 0,2-0,5% και άλλα Καθώς το ξύλο καίγεται, παράγει διαφορετικές ενώσεις ανάλογα με τη θερμοκρασία. Ορισμένες μελέτες αναφέρουν το ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) ως το κύριο συστατικό, άλλες δεν ανιχνεύουν καθόλου ανθρακικό, αλλά αντ' αυτού το οξείδιο του ασβεστίου (CaO). Το τελευταίο παράγεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες (βλ. πύρωση).Η αντίδραση ισορροπίας CaCO3 → CO2 + CaO έχει την ισορροπία της μετατοπισμένη προς τα αριστερά στους 750 °C (1,380 °F) και υψηλή μερική πίεση CO (όπως στην φωτιά με ξύλα) αλλά μετατοπίζεται προς τα δεξιά στους 900 °C (1,650 °F), ή όταν η μερική πίεση CO μειώνεται.Μεγάλο μέρος της τέφρας του ξύλου περιέχει ανθρακικό ασβέστιο (CaCO3) ως το κύριο συστατικό του, που αντιπροσωπεύει το 25% ή ακόμη και το 45% του συνολικού βάρους της τέφρας. Στους 600 °C (1,112 °F), CaCO3 και K2CO3 εντοπίστηκαν σε μία περίπτωση. Λιγότερο από 10% είναι ποτάσα και λιγότερο από 1% είναι φωσφορικά. Ανευρίσκονται επίσης ιχνοστοιχεία σιδήρου (Fe), μαγγανίου (Mn), ψευδάργυρου (Zn), χαλκού (Cu) και ορισμένων βαρέων μετάλλων. Οι συγκεντρώσεις τους στην τέφρα ποικίλλουν εξαιτίας της θερμοκρασίας καύσης.Η αποσύνθεση των ανθρακικών αλάτων και η εξάτμιση του καλίου (K), του θείου (S) και των ελάχιστων ποσοτήτων χαλκού (Cu) και βορίου (B) μπορεί να προκύψουν από την αυξημένη θερμοκρασία. Μελέτη διαπίστωσε ότι σε αυξημένη θερμοκρασία τα στοιχεία: K, S, B, το νάτριο (Na) και ο χαλκός (Cu) μειώθηκαν, ενώ τα στοιχεία Mg, P, Mn, Al, Fe και Si δεν μεταβλήθηκαν σε σχέση με το ασβέστιο (Ca). Όλα αυτά τα ιχνοστοιχεία υπάρχουν, ωστόσο, με τη μορφή οξειδίων σε υψηλότερη θερμοκρασία καύσης. Ορισμένα στοιχεία της τέφρας ξύλου (όλα τα κλάσματα δίνονται σε μάζα/μάζα) περιλαμβάνουν: Fe 1,6-55‰ Si 6-170‰ Al 1,2-45‰ Mn 1-20‰ As 0,6-50ppm Cd 0,18-60ppm Pb 2-500ppm Cr 12-280ppm Ni 10-140ppm V 1.8-120ppm Μελέτη που έγινε πρόσφατα, έδειξε ότι για ξύλο που καίγεται αργά (100–200 °C (212–392 °F)), οι εκπομπές τυπικά περιλαμβάνουν 16 αλκένια, 5 αλκαδιένια, 5 αλκύνια και αρκετά αλκάνια και αρένες σε διάφορες αναλογίες.Το αιθένιο, το ακετυλένιο και το βενζόλιο ως ενώσεις αποτελούσαν ένα σημαντικό μέρος στην αποτελεσματική καύση. Η αναλογία των αλκενίων C3 - C7 βρέθηκε να είναι υψηλότερη όταν λαμβάνει χώρα αργή καύση (λ.χ. το ξύλο να σιγοκαίει). Το βενζόλιο και το 1,3-βουταδιένιο αποτελούσαν περίπου το ~10-20% και το ~1-2% κατά βάρος των συνολικών υδρογονανθράκων, εξαιρουμένου του μεθανίου. Η τέφρα του ξύλου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως λίπασμα που μέγιστα αξιοποιείται για τον εμπλουτισμό του γεωργικού εδάφους. Σε αυτόν τον ρόλο, η τέφρα του ξύλου χρησιμεύει ως πηγή καλίου και ανθρακικού ασβεστίου, με το τελευταίο, να ενεργεί ως ασβεστοποιητικό παράγοντα για την εξουδετέρωση των όξινων εδαφών (βλ. υψηλό pH). Η τέφρα ξύλου μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί ως βελτιωτικό για οργανικά υδροπονικά διαλύματα, αντικαθιστώντας γενικά ανόργανες ενώσεις που περιέχουν ασβέστιο, κάλιο, μαγνήσιο και φώσφορο. Η τέφρα ξύλου δύναται να απορριφθεί συνήθως σε χώρους υγειονομικής ταφής, αλλά με το αυξανόμενο κόστος διάθεσης, και έτσι φιλικές προς το περιβάλλον εναλλακτικές λύσεις, όπως π.χ. το κομπόστ για γεωργικές και δασικές εφαρμογές γίνονται όλο και πιο δημοφιλείς. Επειδή η τέφρα ξύλου έχει υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως παράγων ελέγχου της οσμής, ειδικά σε εργασίες κομποστοποίησης. Η τέφρα του ξύλου έχει πολύ μακρά ιστορία χρήσης σε κεραμικά γλάσουρα (βλ. γάνωμα στάχτης), ιδιαίτερα στις παραδοσιακές κουλτούρες χωρών με μακραίωνη ιστορία, όπως της Κίνας, της Ιαπωνίας και της Κορέας, αν και χρησιμοποιείται πλέον από πολλούς αγγειοπλάστες. Λειτουργεί ως ρευστό, μειώνοντας το σημείο τήξης του γλάσου. Για χιλιάδες χρόνια, η τέφρα από καύση ξύλων ξεπλύνονταν με νερό για να αποδώσει ένα ακάθαρτο διάλυμα ανθρακικού καλίου. Αυτό το προϊόν θα μπορούσε να αναμειχθεί με έλαια ή λίπη για να παραχθεί ένα «μαλακό σαπούνι» ή παρόμοιο προϊόν σαπουνιού, όπως γινόταν στην αρχαία Σουμερία, την Ευρώπη και την Αίγυπτο. Ωστόσο, μόνο ορισμένοι τύποι φυτών (δέντρων) θα μπορούσαν να παράγουν ένα σαπούνι που πραγματικά αφρίζει.Αργότερα τον Μεσαίωνα, οι Ευρωπαίοι σαπωνοποιοί επεξεργάστηκαν το διάλυμα τέφρας ξύλου με σβησμένο ασβέστη, το οποίο περιέχει υδροξείδιο του ασβεστίου, για να πάρουν ένα διάλυμα πλούσιο σε υδροξείδιο για την σαπωνοποιία. Ωστόσο, μέχρι την εφεύρεση της διαδικασίας Leblanc, το υψηλής ποιότητας υδροξείδιο του νατρίου μπορούσε να παραχθεί μαζικά, καθιστώντας παρωχημένες τις προηγούμενες μορφές σαπουνιού που χρησιμοποιούσαν ακατέργαστο ξύλο ή τέφρα από φυτά. Αυτή ήταν μια επαναστατική τεχνική που διευκόλυνε πολύ τη σύγχρονη βιομηχανία της σαπουνοποιίας. Οι εκτομοκορριζικοί μύκητες Suillus granulatus και Paxillus involutus -αν εισαχθούν σε τέφρα και εκτεθούν- μπορούν να απελευθερώσουν στοιχεία από τέφρα του ξύλου. Η τέφρα ξύλου χρησιμοποιείται μερικές φορές στη διαδικασία της νιξταμαλοποίησης, όπου το καλαμπόκι εμποτίζεται και μαγειρεύεται σε αλκαλικό διάλυμα για να βελτιωθεί το θρεπτικό περιεχόμενο και να μειωθεί ο κίνδυνος μυκοτοξινών. Το αλκαλικό διάλυμα έχει παρασκευαστεί ιστορικά από τέφρα ξύλου. Πρώιμο ζυμωτό ψωμί ψήθηκε ήδη από το 6000 π.Χ. από τους Σουμέριους τοποθετώντας το ψωμί σε θερμαινόμενες πέτρες και καλύπτοντάς το με καυτή στάχτη. Τα μέταλλα στη στάχτη του ξύλου θα μπορούσαν να συμπληρώσουν το θρεπτικό περιεχόμενο της ζύμης καθώς ψήνεται.Σήμερα η ποσότητα της περιεκτικότητας σε τέφρα ξύλου στο αλεύρι ψωμιού, όπως μετράται από τον αλβεόγραφο Chopin, ρυθμίζεται αυστηρά σε αρκετές χώρες, όπως π.χ. στη Γαλλία.