Древесный уголь: производство, свойства, применение

Человек издавна использует древесный уголь в качестве топлива. Несмотря на появление множества более эффективных источников энергии, уголь из древесины по-прежнему востребован — в первую очередь как экологически чистое, безопасное сырье. На нем удобно готовить еду, его можно использовать в домашних условиях (например, в каминах) — поскольку он не выделяет дыма. Материал находит широкое применение в промышленности, медицине и других областях.

Особенности производства древесного угля

Ключевая особенность производства древесного угля заключается в том, что древесина, выступающая исходным материалом, сжигается без доступа кислорода. В процессе производства дерево тлеет, но не возгорается. Это позволяет сохранять уникальную древесную структуру —с большим количеством капилляров и пор. Данная структура и определяет важнейшие свойства древесного угля, используемого в качестве источника тепловой энергии.

О том, как сделать из дров уголь, люди догадались очень давно. В старину, когда современного оборудования не было, использовали традиционные способы. А именно: выкапывали ямы, брали дрова, и закладывали их в полученные «печи». Древесина поджигалась, но сверху яма забрасывалась землей — перекрывался доступ кислорода. В полученных условиях дерево медленно тлело, превращаясь в уголь.

Современная технология производства древесного угля предполагает использование промышленного оборудования. Основной метод, который применяют, чтобы сделать уголь — пиролиз. Для этого используются специальные пиролизные котлы, в которых происходят процессы горения газов. Сама же древесина не горит, а обугливается.

Пиролиз не единственный способ, с помощью которого делают древесный уголь — применяется также сушка древесины под высокой температурой и финишная прокалка.

Поэтапное изготовление угля методом пиролиза

Основные этапы производства древесного угля:

1. Сушка дерева.
2. Пиролиз (сухая перегонка).
3. Прокалка.

Пиролиз называют также сухой перегонкой древесины. В качестве сырья используют только тщательно высушенные дрова. Для этого сырье первоначально помещают в углевыжигательный блок, где оно подвергается газовой обработке. При температуре свыше 150 С влажность материала сокращается до 5%.

Высушенное дерево помещается в специальные пиролизные котлы, или бочки. По сути, это печи, внутри которых отсутствует кислород.

В процессе пиролиза дерево нагревается уже до 300 С. В таком состоянии из древесины уходит вся влага. Кроме того, происходит химическая реакция разложения, в результате которой вещество теряет элементы H (водород) и O (кислород). Остается практически чистый углерод (C), его количество в древесном угле достигает 90%.

На финальном этапе полученный уголь подвергается дополнительной прокалке — при еще более высокой температуре, свыше 500 С. При таком условии из материала выходят оставшиеся ненужные смолы и газы. В результате образуется чистый продукт.

Какое сырье используют в производстве угля?

Существует стандарт ГОСТ, регламентирующий изготовление древесного угля. В соответствии с ним, сырьем для получения угля может выступать только древесина твердолиственных деревьев. Наиболее часто используют такие породы как береза, клен, ясень, бук, дуб и вяз.

Допустимо использовать хвойные деревья: сосна, ель, лиственница, кедр, пихта. Мягколиственные породы используются значительно реже: тополь, яблоня, груша, слива.

В производство идет только качественное сырье. Стандарт допускает не более 3% гнили в общем составе древесины. Дрова должны быть достаточно сухими. Их заготавливают в соответствии с типовыми размерами: длина — не более 125 см, толщина — до 18 см.

Варианты самостоятельного изготовления угля

Если требуется сравнительно небольшое количество угля (например, для мангала), можно изготовить его самостоятельно, в бытовых условиях.

Для изготовления древесного угля может использоваться:

• яма;
• бочка;
• печь.

Чтобы использовать яму, следует выкопать в земле – на значительном удалении от строений – небольшой котлован. Его глубина должна превышать 1,5 метра, а ширина должна быть порядка 1 метра. Сперва в яме разводят костер из дров, а затем ее накрывают и оставляют дерево тлеть в течение нескольких дней.

Чтобы подготовить угли в бочке, следует взять железную емкость и уложить на дно дрова. Дерево поджигается, а сверху на него кладется металлическая решетка с деревянными заготовками. По мере того как заготовки прокаливаются, из них образуется уголь.   

Можно использовать домашнюю печь: внутрь топливного отсека помещают дрова, после чего печка нагревается до температуры свыше 500 С. Когда дерево накаливается до красного цвета, его вынимают из печи щипцами и охлаждают. 

Свойства древесного угля

Уголь, изготовленный из древесины, обладает высокой пористостью. Материал легко вступает в реакцию горения, и выделяет значительное количество тепловой энергии. Это удобное в использовании топливо, которое образует сравнительно мало дыма. После сгорания остается небольшая масса золы.

Древесный уголь горит при температуре порядка 1200 С. На нем можно жарить мясные продукты, вялить овощи, готовить и подогревать еду. Это альтернативное топливо в условиях, когда нет основных источников энергии.

Благодаря высокой пористости материал имеет выраженные сорбционные свойства. Он активно впитывает влагу, жидкость, газы, а вместе с ними — разнообразные вещества, примеси.

Применение древесного угля

Уголь из древесины, в основном, используется в качестве топлива. В домашних условиях с его помощью разжигают камины. На природе и в кафе его используют в мангалах (барбекю). Для бытового применения угли, как правило, предлагаются в расфасованном виде — в мешках по 3, 5 и более кг. В таком виде материал удобно хранить, транспортировать (например, в багажнике авто) и использовать.

Древесный уголь находит применение в промышленности. Он используется в черной и цветной металлургии, в производстве кремния и стекла, красок и полимеров. Материал применяется в приборостроении, полиграфии, при изготовлении пороха. Его используют в пищевой индустрии. Уголь выступает в роли разделителя веществ, применяется как средство очистки, фильтрации, поглощения влаги и воды.

В медицине широкое распространение получил активированный уголь. Он отпускается без рецепта, и используется для выведения из организма токсинов, ядов, газов и т. д. Угольный компонент входит в состав многих косметических средств.

В сельском хозяйстве материал находит применение в качестве компонента удобрений. Из него делают подкормку для сельскохозяйственных, а также комнатных растений. Кроме того, его включают в рацион ряда сельскохозяйственных животных (рогатого скота, птиц).

На очистных станциях угольная фракция играет роль адсорбента в процессе фильтрации воды. Здесь используется уникальная впитывающая способность угля: он захватывает примеси и загрязнения, поглощает их и выводит в виде осадка.

Широкая сфера применения материала обусловлена, в том числе, длительным сроком его хранения. Он может храниться до 10 лет без потери основных свойств.