Του Βασίλη Χατζηγιάννη*

Το ξύλο είναι ένα από τα πιο πολύτιμα υλικά που προσφέρει η φύση στον άνθρωπο.
Για την ανάπτυξη του ανθρώπινου πολιτισμού η πιο ενδιαφέρουσα χρήση του ξύλου συνδέεται με την ανακάλυψη της φωτιάς της οποίας η χρήση ως πηγή ενέργειας επέτρεψε στον πρωτόγονο άνθρωπο να μαγειρεύει την τροφή του και να θερμαίνεται.
Το ξύλο και τα ξυλοκάρβουνα ήταν τα μοναδικά καύσιμα μέχρι το 1700 μ.Χ.
Όταν διαδόθηκε η χρησιμοποίηση του ορυκτού άνθρακα έγινε δυνατό στην Αγγλία του δεκάτου ενάτου αιώνα, να αναπτυχθούν σε μεγάλη κλίμακα οι εφαρμογές της ατμομηχανής και να ξεκινήσει η « βιομηχανική επανάσταση». Ακόμη και σήμερα ο ορυκτός άνθρακας θεωρείται από τις πλέον χρησιμοποιούμενες πηγές ενέργειας αλλά συνδέεται με σημαντική επιβάρυνση του περιβάλλοντος.
Το ξύλο ήταν η κυριότερη πηγή ενέργειας κατά τη διάρκεια του δευτέρου παγκόσμιου πολέμου. Στη συνέχεια με την ομαλοποίηση της καταστάσεως και την οργάνωση του Ελληνικού κράτους προχωρήσαμε στην κατασκευή συστημάτων κεντρικής θέρμανσης με πηγή θερμότητας το πετρέλαιο τύπου Diesel ή και μαζούτ.
Με την σημερινή δραματική μείωση των εισοδημάτων ο Έλληνας πολίτης αναγκάζεται να χρησιμοποιεί και πάλι το ξύλο ως πηγή ενέργειας τόσο και κυρίως για τη θέρμανσή του αλλά και για το μαγείρεμα του φαγητού χρησιμοποιώντας διάφορες συσκευές όπως τα τζάκια τις ξυλόσομπες, τα μαγκάλια κλπ. αλλά με επιβάρυνση του περιβάλλοντος και του χώρου διαβίωσής του, όπως θα δούμε παρακάτω.
Η καύση του ξύλου
Το ξύλο είναι μια αποθήκη ηλιακής ενέργειας. Τα φύλλα των δένδρων λειτουργούν ως μικρά ηλιακά πάνελ που απορροφούν την ενέργεια που ακτινοβολεί ο Ήλιος, χρησιμοποιώντας την για να μετατρέψει το νερό, το διοξείδιο του άνθρακα, και διάφορα ορυκτά σε οργανική ύλη, δηλαδή το ξύλο. Ανάβοντας μια φωτιά από ξύλα σημαίνει να ελευθερώσομε αυτή την ενέργεια.
Δύο πράγματα είναι απαραίτητα προκειμένου να μπορέσει να καεί το ξύλο : το οξυγόνο και η υψηλή θερμοκρασία.
Η καύση του ξύλου περνά μέσα από τρείς διαφορετικές φάσεις:
1. Την εξάτμιση της υγρασίας του ξύλου με τη δράση της θερμοκρασίας που αναπτύσσεται. Το ποσοστό της υγρασίας εξαρτάται από το είδος του ξύλου και από το βαθμό αποξήρανσής του. Επειδή μέρος της θερμότητας που αναπτύσσεται καταναλώνεται για την εξάτμιση της υγρασίας, είναι κατά πολύ συμφερότερο, αλλά και ολιγότερο επιβαρυντικό για το περιβάλλον, να χρησιμοποιούνται ξύλα με υγρασία μέχρι 20% παρά να χρησιμοποιούνται ξύλα πράσινα, που έχουν υγρασία πάνω από 50%. Η φάση αυτή ολοκληρώνεται όταν το ξύλο αποκτά την θερμοκρασία των 100 βαθμών Κελσίου (σημείο βρασμού του νερού).
2. Αυξάνοντας τη θερμοκρασία το ξύλο διαχωρίζεται σε πτητικά αέρια και σε άνθρακα. Το ξύλο καίεται στη θερμοκρασία των 260 και 315 βαθμών Κελσίου καίοντας και μια μικρή ποσότητα των παραγόμενων αερίων. Πάντως η μεγαλύτερη ποσότητα των παραγόμενων αερίων διαφεύγει από την καπνοδόχο στην ατμόσφαιρα εκτός και αν η θερμοκρασία στην χρησιμοποιούμενη εστία καύσης είναι ικανοποιητικά υψηλή για να τα κάψει. Όμως μια ποσότητα αερίων παραμένει στο δωμάτιο όπου γίνεται η καύση όταν το δωμάτιο δεν αερίζεται επαρκώς και ο ελκυσμός (τράβηγμα) της καμινάδας δεν είναι επαρκής.
3. Τα αέρια και τα κάρβουνα συνεχίζουν να καίονται εκλύοντας θερμότητα μεταξύ των 540 και 705 βαθμών Κελσίου καταλήγοντας σε στάχτη. Στη φάση αυτή παράγεται το μεγαλύτερο μέρος της εκμεταλλεύσιμης θερμότητας . Τα πτητικά αέρια αναφλέγονται σε θερμοκρασίες μεταξύ των 600 και 650 βαθμών Κελσίου αρκεί να υπάρχει αρκετό οξυγόνο. Τα αέρια σπάνια φτάνουν τις θερμοκρασίες αυτές, εκτός και αν γειτνιάζουν με μια επιφάνεια του θαλάμου καύσης όπου αναπτύσσονται οι θερμοκρασίες αυτές.
Είναι πολύ σημαντικό να μην χρησιμοποιούμε για καύση σκουπίδια, διάφορα υλικά για πέταμα και κυρίως βαμμένα ξύλα όπως παλαιά ξύλινα παράθυρα, κασαλίκια, παλαιά έπιπλα, μελαμίνες, πλαστικά κ.λπ. διότι παράγονται επικίνδυνα αέρια και σκόνες των οποίων οι κοκκομετρικές διαστάσεις είναι τέτοιες που τις καθιστούν αναπνεύσιμες με αποτέλεσμα την απειλή της υγείας των ανθρώπων και γενικά τη επιβάρυνση του περιβάλλοντος αλλά και την καλή λειτουργία της εγκατάστασης.
Θερμική απόδοση
του ξύλου
Η θερμική απόδοση του ξύλου εκφράζεται γενικά σε kcal/kg (θερμίδες ανά κιλό ξύλου) και δείχνει την ποσότητα της θερμότητας που ελευθερώνεται από την πλήρη καύση ενός κιλού ξύλου. Η θερμική απόδοση εξαρτάται σημαντικά από την ποιότητα του ξύλου, από το ποσό της υγρασίας που περιέχει και κυρίως από το βαθμό απόδοσης της συσκευής που το καίει (σόμπα, τζάκι, λέβητας κ.λπ.).
Η θεωρητική θερμική απόδοση ξύλου που έχει στεγνώσει στον αέρα είναι 2.800 έως 3.700 kcal/kg (θερμίδες ανά κιλό). Αν το ξύλο είναι τελείως στεγνό μπορεί να μας δώσει 4.000 έως 4.300 Kcal/kg. Αξίζει να αναφερθούμε και στα ξυλοκάρβουνα που παράγονται θερμαίνοντας κομμάτια ξύλων χωρίς να έρχονται σε επαφή με τον αέρα και των οποίων η θερμική απόδοση κυμαίνεται από 5.000 έως 7.000 kcal/kg ανάλογα αν προέρχονται από μαλακά ή σκληρά ξύλα.
Για να έχομε ένα μέτρο σύγκρισης με το πετρέλαιο τύπου Diesel που χρησιμοποιούμε στις σόμπες και στην κεντρική θέρμανση αναφέρομε ότι η θεωρητική θερμική απόδοση του πετρελαίου είναι 10.000 kcal/kg και η εκμεταλλεύσιμη ενέργεια εξαρτάται σημαντικά από το βαθμό απόδοσης του συστήματος καυστήρα – λέβητα.
Τα κατάλοιπα
της καύσης του ξύλου
Το ξύλο, όποια και αν είναι η προέλευσή του, αποτελείται από ένα μέρος οργανικής καύσιμης ύλης, της οποίας η χημική σύνθεση είναι κατά μέσο όρο 50% άνθρακας, 42,5 % Οξυγόνο, 6,5% Υδρογόνο και 1 % Άζωτο. Αποτελείται επίσης από ένα μέρος αδρανούς ορυκτής ύλης και από νερό. Οι οργανικές ουσίες, με την δράση της οξείδωσης σε υψηλές θερμοκρασίες, κατά την καύση, υφίστανται σοβαρές χημικές μεταβολές ελευθερώνοντας ενέργεια και παράγοντας κατάλοιπα τα κυριότερα των οποίων είναι :
Οι στάχτες που αποτελούν το 2 έως 3 % της άνυδρης μάζας του ξύλου και είναι το κατάλοιπο της ορυκτής ύλης (πυρίτιο, μαγνήσιο, ασβέστιο, κάλιο, θειικό οξύ κ.λπ.). Αποτελούν δε ένα άριστο λίπασμα και παλαιότερα χρησιμοποιούντο και για την παρασκευή σαπουνιών.
Οξείδια το Αζώτου που δημιουργούνται με την ένωση των μορίων του οξυγόνου και του αζώτου που προφανώς υπάρχουν στον αέρα και με την επίδραση των υψηλών θερμοκρασιών.
Οξείδια του θείου. Τα ξύλα περιέχουν πάντοτε ελάχιστες ποσότητες θείου ( θειάφι), και επομένως κατά την καύση του δημιουργείται μονοξείδιο του Θείου (SO) το οποίο αναμιγνυόμενο με τους υδρατμούς, που προέρχονται από την υγρασία του ξύλου αλλά και από τις καμινάδες με κακή μόνωση, δημιουργούν μικρές ποσότητες θειικού οξέως, H2SO4, (βιτριόλι) που μαζί με τα οξείδια του αζώτου προκαλούν την όξινη βροχή.
Οξείδια του άνθρακα. Αυτά αποτελούν την κύρια μάζα των αερίων της καύσης ξύλων. Το μονοξείδιο του άνθρακα (CO) είναι το πρώτο αποτέλεσμα της καύσης και στη συνέχεια μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα (CO2) λόγω περαιτέρω οξυγόνωσης. Αν λοιπόν η καύση γίνεται με έλλειμμα οξυγόνου, αυτή (η καύση) δεν σταματά εντελώς αλλά συνεχίζει παράγοντας μονοξείδιο του άνθρακα και όχι διοξείδιο που είναι το φυσικό αποτέλεσμα μιας σωστής καύσης. Η διαδικασία αυτή εκτός του ότι είναι αντιοικονομική, επειδή μειώνει κατά πολύ την παραγόμενη θερμική ισχύ, είναι και ιδιαίτερα επικίνδυνη επειδή το μονοξείδιο του άνθρακα είναι ένα ισχυρότατο και ύπουλο δηλητήριο. Είναι ισχυρότατο επειδή έχει χημική συγγένεια με την αιμοσφαιρίνη του αίματος και ύπουλο επειδή κατά τη χημεία είναι άχρουν, άγευστο, και άοσμο (χωρίς χρώμα, γεύση και μυρωδιά) και η παρουσία του διαπιστώνεται μόνο από τα συμπτώματα που προκαλεί και που είναι : πονοκέφαλος, ίλιγγος, νύστα, στη συνέχεια κώμα και θάνατος. Τα ατυχήματα που προέρχονται από τη χρήση των ξύλων ως καύσιμη ύλη οφείλονται στην κακή κατάσταση και σχεδιασμό της σόμπας ή του τζακιού και κυρίως της καπνοδόχου. Μια σόμπα ή ένα τζάκι αλλά και η καμινάδα τους που έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί σύμφωνα με τους κανόνες της τέχνης και της επιστήμης είναι απολύτως ασφαλή.
Όταν σε ένα δωμάτιο λειτουργεί μια συσκευή που καίει ξύλα ή πετρέλαιο ή και αέριο, πρέπει το δωμάτιο αυτό να αερίζεται καλά κατά τη διάρκεια της καύσης. Η νοοτροπία να έχομε κλείσει ερμητικά όλα τα παράθυρα, τις πόρτες και κάθε άλλο άνοιγμα, για να μη χάνεται η ζέστη, είναι άκρως επικίνδυνη και θανατηφόρα διότι λόγω του ελλείμματος οξυγόνου κατά την καύση και δημιουργείται περισσότερο μονοξείδιο του άνθρακα και μειώνεται ο ελκυσμός της καμινάδας.
Έστω και αν γίνομαι κουραστικός επαναλαμβάνω: μην ξεχνάμε ποτέ τον ύπουλο φονιά που λέγεται μονοξείδιο του άνθρακα ( CO ).
Η αιθάλη είναι ένα άλλο προϊόν της ατελούς καύσεως και αποτελείται κυρίως από καθαρό κάρβουνο 98 % και προσκολλάται στα τοιχώματα κυρίως της καπνοδόχου δημιουργώντας προβλήματα στη καλή της λειτουργία αλλά και διαφεύγοντας στην ατμόσφαιρα δημιουργεί περιβαλλοντικά προβλήματα ως αιωρούμενα σωματίδια.
Τα υγρά συμπύκνωσης δημιουργούνται καίοντας ξύλα που έχουν υγρασία σε εγκαταστάσεις με καπνοδόχους που δεν έχουν καλή μόνωση. Η πρώτη φάση δημιουργίας αυτών των υγρών αποτελείται κυρίως από τους υδρατμούς που προέρχονται από το γρήγορο στέγνωμα του ξύλου στο θάλαμο καύσεως. Στη συνέχεια, με τη πρόοδο της καύσης, δημιουργούνται υγρά συμπύκνωσης από τους άκαυστους υδρογονάνθρακες που είναι ένα σκούρο, ελαιώδες, δύσοσμο και εύφλεκτο υγρό. Μπορούμε να το αποφύγομε καίοντας καλά ξύλα και σε εγκαταστάσεις σωστής κατασκευής με καπνοδόχο καλώς μελετημένη και κατασκευασμένη.
Διοξίνες παράγονται όταν καίμε πλαστικά και οτιδήποτε συνθετικά υλικά και είναι λίαν επιβαρυντικές για την υγεία κάθε ζωντανού οργανισμού.
Ρύπανση του περιβάλλοντος από την καύση των ξύλων.
Η ρύπανση της ατμόσφαιρας των πόλεων οφείλεται εκτός από τα αέρια που κατά τα παραπάνω παράγονται, και από τα υγρά και στερεά σωματίδια που παραμένουν αιωρούμενα στην ατμόσφαιρα. Από τα σωματίδια αυτά που βρίσκονται στον αέρα που αναπνέομε δεν είναι όλα αναπνεύσιμα, με την έννοια ότι μπορούν να διαπεράσουν τους πνεύμονες, η αναπνευσιμότητά τους εξαρτάται από τις διαστάσεις τους.
Μπορούμε να θεωρήσομε ότι η μεγαλύτερη τιμή της αεροδυναμικής διαμέτρου των αναπνεύσιμων σωματιδίων είναι 5 μ (5 μικρά, δηλαδή 5 εκατομμυριοστά του μέτρου ή 5 χιλιοστά του χιλιοστού). Γίνονται ακόμα μελέτες για να οριστεί η κατώτερη τιμή της αεροδυναμικής διαμέτρου: ορισμένοι ερευνητές δεν παραδέχονται ότι υπάρχει μια τέτοια τιμή, άλλοι την τοποθετούν περίπου στο 0,01 μ έχοντας συμφωνήσει ότι αιωρούμενα σωματίδια μικρότερης αεροδυναμικής διαμέτρου εισπνέονται και εκπνέονται χωρίς να δημιουργούν εναποθέσεις στους πνεύμονες. Επομένως σχεδόν όλα τα προϊόντα της καύσης αερίων, υγρών και στερεών καυσίμων είναι αναπνεύσιμα δηλαδή οι πλέον επικίνδυνοι και ενοχλητικοί ρύποι της ατμόσφαιρας που αναπνέομε.
Μείωση της ρύπανσης μπορούμε να έχομε ρυθμίζοντας τις εστίες καύσης και διατηρώντας σε καλή κατάσταση τις καπνοδόχους. Επίσης τοποθετώντας καπνοσυλλέκτες μπορούμε να κατακρατήσομε την περισσότερη ποσότητα της αιθάλης.

*Ο Βασίλης Χατζηγιάννης είναι Μηχανολόγος – Ηλεκτρολόγος Μηχανικός, Ομότιμος καθηγητής ΑΤΕΙ Κρήτης.