Ugljen

S Vikipedije, slobodne enciklopedije

Drveni ugljen.
Gorenje drvenog ugljena.

Ugljen, drveni ugalj ili ćumur se dobija suvom destilacijom drveta, sagorevanjem uz minimalnu količinu kiseonika (karbonizacija). U zavisnosti od odabira sirovina i načinom proizvodnje dobija se: ugljen za crtanje (ugalj za crtanje), medicinski ugalj (najčešće za regulisanje varenja), i industrijski ili kovački ugljen ili ćumur.

Drveni ugljen je gorivo koje nastaje pri termičkoj razgradnji suhog drva (13 do 18% vlage) bez kiseonika pri zagravanju iznad 275°C (piroliza). Drveni ugljen je mešavina organskih jedinjenja sa 81 do 90% ugljenika, 3% vodonika, 6% kiseonika, 1% azota, 6% vlage i 1-2% pepela. Drveni ugljen daje odličnu toplotu, a vrlo malo dima i plamena. Drveni ugljen se upotrebljava i u druge korisne svrhe: prilikom izrade plinskih maski, filtera za pročišćavanje vode, za izradu olovaka, za premaze za polituru, za zubne paste i u medicini. To je crna spužvasta masa koja ostaje kad organska materija, životinjskog ili biljnog podrekla, delimično izgori. To je, tako reći, skoro čisti ugljenik. Komadi drvenog ugljena, načinjena od vrbe, službe umetnicima kao olovke za crtanje.[1]

Istorija[uredi | uredi izvor]

Aktivni ugalj.
Štapići ugljena
Prirodan i Presovan
Ugljen u obliku olovke
Presek kroz karbunicu.
Slaganje drva u krug u dva ili tri nivoa pre pokrivanja s lišćem i travom, i samog paljenja. (oko 1890.)
Stara napuštena peć za dobivanje drvenog uglja (u blizini Vokera, Arizona, SAD).
Razne vrste slikarskog ugljena.
Drveni ugljen dobiven od piljevine.
Zrnca bezdimnog baruta imaju oko 15% drvenog ugljena.
Mala bioelektrana na drvni otpad u Austriji instalirane snage 1 MW.
Kamion pogonjen drvnim gasom.

Drveni ugljen, ugalj, karbun, ćumur, koristio se tokom gotovo čitave istorije čovečanstva, a prvi tragovi potiču još od pre 30 000 godina, kada su njime nacrtani prvi pećinski crteži. Njegova proizvodnja datira još iz bronzanog doba i bila je ključna za razvitak metalurgije (plitko ognjište) sve do prelaza na fosilni ugljen početkom 18. veka (koks). Međutim, drveni ugljen (lat. carbo vegetabilis), i kao sirovina i kao gorivo, još se i danas koristi širom sveta u različite svrhe: u metalurgiji pri proizvodnji ferolegura; u hemijskoj industriji kao tehnološki važan materijal za dobijanje aktivnog uglja; u medicini (još ga je Hipokrat preporučivao kao antitoksin); u vojnoj industriji (barut); u domaćinstvima i ugostiteljstvu najčešće kao gorivo za roštilje.

Priprema[uredi | uredi izvor]

Ugljen se može praviti od drveta ili od životinjskih kostiju kad ih spaljuju ili zagrevaju da bi se iz njih izdvojila voda i isparljive materije. Ugljen koji se dobija od kostiju zove se životinjski ugalj i vrlo je korisno sredstvo za pravljenje filtera (jer upija nečistoće), za bojadisanje predmeta i za odstranjivanje neprijatnog mirisa.

Jedna vrsta crnila za spravljanje štamparske boje u stvari je čađ koja se dobija sagorevanjem smole, terpentina, katrana, ulja ili masti uz minimalno prisustvo vazduha.

Postoje tri načina spravljanja drvenog uglja.

  • Prvi način: gomila drva se prekrije zemljom ili busenjem, zapali i ostavi da tiho tinja. Ovaj način upotrebljava se već stotinama godina po šumama severne Evrope. Međutim, tu ostaju neiskorišćeni gasovi koji se tom prilikom stvaraju.[2]
  • Drugi način: drva se naslažu u gvozdene posude koje se smeste u ogromne pećnice. Kad se vatra razgori, smanji se dovod vazduha. Drva se polako pretvaraju u drveni ugalj. Gasovi, koji se tom prilikom oslobađaju, sakupljaju se u drugoj komori u kojoj se zgusnu u stvaraju korisne proizvode kao što su drvni alkohol i sirćetna kiselina.
  • Treći način: Odseći grančicu vrbe i ostaviti u tihoj vatri , ili na žaru više-manje 3 minuta u zavisnosti od jačine vatre i debljine vrbine grančice. Tako se dobija ugljeni štapić.

Zanatlije koje su se bavile zanatskom proizvodnjom ugljena ili ćumura se nazivaju „ćumurdžije”.[3]

Tradicionalna proizvodnja drvenog ugljena[uredi | uredi izvor]

Tradicionalna proizvodnja drvenog ugljena trenutno je prevladavajuća tehnika proizvodnje, koja se ne iskazuje u količinama proizvedenog drvenog ugljena, već u broju ljudi koji rade u proizvodnji. Količina tradicionalno proizvedenog drvenog ugljena, u kojoj je angažirano više od 800 ljudi, manje ili više je jednaka količini koju proizvede jedan industrijski pogon za proizvodnju drvenog ugljena s 26 zaposlenih.

Tradicionalna proizvodnja drvenog ugljena uglavnom se odvija u ruralnim područjima u blizini sirovine (šumska područja). Postoje dve podgrupe tradicionalnih proizvođača. Obe potiču iz porodične tradicije. U jednoj su grupi ostali povremeni proizvođači, a drugu čine registrovani proizvođači drvenog ugljena kojima to predstavlja poslovnu delatnost. Tradicionalna proizvodnja drvenog ugljena u ciglenim pećima je radno intenzivna delatnost. Treba napomenuti kako je na pećima zabeležen znatan broj pojedinačnih poboljšanja. Poboljšanja su izvršena u cilju poboljšanja delotvornosti karbonizacije ili skraćenja postupka proizvodnje drvenog ugljena (na 3 dana).

Tradicionalni proizvođači predložili su podelu tradicionalne male i srednjevelike proizvodnje drvenog ugljena, s privrednog gledišta, na četiri glavna dela:

Pod srednjevelikom proizvodnjom smatra se kada jedan proizvođač proizvodi drveni ugljen u najmanje dve ciglene peći.[4]

Izgradnja ciglene peći[uredi | uredi izvor]

Za gradnju peći koriste se stare pune opeke, čelična mreža, čelik za armiranje, čelična vrata i pokrovna ploča, cement, kreč, šljunak, pesak i glina. Na temelju iskustva tradicionalnih proizvođača drvenog ugljena, životni vek ciglenih peći se procenjuje na 8 godina, uz jedan proizvodni ciklus mesečno. Količina drvne ulazne sirovine po jednoj peći iznosi otprilike 27,51 m3, a količina dobijenog drvenog ugljena 4 680 kilograma.

Prikupljanje i priprema drva[uredi | uredi izvor]

Drveni ugljen se proizvodi iz različitih vrsta drva, vrlo često od bukve i graba. Zanimljivo je primetiti kako neregistrovani proizvođači znaju da se upotrebom isključivo bukve i graba za proizvodnju drvenog ugljena dobija drveni ugljen najviše kakvoće. U postupku optimizacije proizvodnje oni mešaju dve navedene vrste drva s ostalima u odnosu 70:30, kako bi dobili drveni ugljen tržišne kakvoće. Nadalje, ulazno drvo se takođe meša i prema obliku, kako bi se postiglo sagorevanje s poželjnim svojstvima. Drvo se kupuje na javnim rasprodajama ili se prikuplja iz šume uz dopuštenje šumara. Izvlačenje drva iz šume uobičajeni je deo prakse upravljanja šumama kada proizvođači drvenog ugljena čiste šumu nakon preborne seče u mladim šumama (20 – 30 godina). Uobičajena naknada za njihov rad je prikupljeno drvo, bez naplate. Postupak se može razdeliti na dva dela: seča drva i priprema te prevoz. Proizvođači drvenog ugljena radije prikupljaju drvo iz šuma umesto kupovine na javnim licitacijama, budući da se utrošeni rad često ne smatra troškom.

Karbonizacija[uredi | uredi izvor]

Proces karbonizacije traje od 10 do 15 dana, zavisno od vrste drva i udelu vlage. Postupak hlađenja taje 7 do 8 dana, a proizvođači ponekad koriste vodu kako bi ubrzali hlađenje, što značajno snižava kakvoću drvenog ugljena.

Pakovanje i prodaja[uredi | uredi izvor]

Glavna oprema za pakovanje drvenog ugljena je dizalo (elevator) koji, zajedno s papirnim vrećama, predstavlja ukupne materijalne troškove pakovanja.

Novije tehnologije proizvodnje drvenog ugljena[uredi | uredi izvor]

Postoje mnogobrojni postupci karbonizacije drva koji zavise od tradicije, lokalne sredine, vrste ulazne sirovine, klimatskih uslova, dostupnosti i cene radne snage, dostupnih tehnologija, namene drvenog ugljena, potražnji na tržištu, itd. Bez obzira na to, sve tehnike karbonizacije mogu se podeliti prema tri osnovna postupka, a to su:

  • Unutrašnje zagrevanje,
  • Spoljašnje zagrevanje,
  • Zagrevanje s recirkuliranim gasom.

Navedene se tehnike međusobno razlikuju po kriterijima efikasnosti i dužine postupka karbonizacije. Efikasnost proizvodnje drvenog uglja utvrđuje odnos težine iskorišćene ulazne sirovine (ulaz) i dobijenog drvenog uglja (izlaz). Proces karbonizacije uključuje pripremu ulazne sirovine (sušenje), karbonizaciju i hlađenje drvenog uglja.

Unutrašnje zagrevanje[uredi | uredi izvor]

Postupak unutrašnjeg zagrevanja se koristi u tradicionalnoj proizvodnji drvenog ugljena u jamama i pećima, u kojoj se deo ulazne sirovine sagoreva pod kontrolisanim protokom vazduha, kako bi se dobila toplota potrebna za karbonizaciju preostalog drva. Očekivana efikasnost je do 30%, a dužina proizvodnog postupka varira od 6 do 30 dana. Postupkom CML poboljšava se postupak unutrašnjeg zagrejavanja uz skraćivanje proizvodnog postupka na 22 do 24 sata.

Postupak CML se temelji na konvencionalnom sistemu s delomičnim sagorevanjem (piroliza), a povezan je s posebnom jedinicom za obradu gasa, što omogućuje sagorevanje pirolitičkih gasova nastalih karbonizacijom drva. Postupak CML se nadzire automatskim sistemom za kontinuirani nadzor i upravljanje. Ukupni proizvodni kapacitet standardne jedinice od 12 peći je oko 3 000 tona drvenog ugljena godišnje, a energetski sadržaj karbonizacijskog gasa iznosi 3,6 MW/tona. Kapacitet pogona za karbonizaciju se teško povećava nakon izgradnje pogona, budući da su posude obložene vatrostalnim betonom i povezane ćevima sa središnjom komorom za sagorevanje. U praksi broj čeličnih retorti se menja od 4 do 12. Procesni modul se sastoji od 12 povezanih cilindričnih peći, svaka kapaciteta 16 m3. Vaѕduh za postupak karbonizacije u svakoj se peći nadzire ručnim ventilima smeštenim na donjem delu peći. Pirolitičke pare se isisavaju na vrhu.

Postupak spoljašnjeg zagrevanja[uredi | uredi izvor]

Postupak spoljašnjeg zagrevanja često se naziva karbonizacija u retorti, budući da se karbonizacija odvija u retorti koja se greje spolja, a u reaktor ne ulazi kiseonik. Osnovni model obično se sastoji od parova posuda u kojima se prva posuda greje pomoću spoljašnjeg izvora energije. Nakon početka pirolize, pare drvenog octa se prenose u komoru za sagorevanje i sagorevaju, čime se dobiva energija za zagrejavanje druge posude. Nakon početnog paljenja iz spoljnog izvora, postupak koristi vlastitu energiju – ekstrahirane pare iz jedne posude koriste se u procesu karbonizacije koji se odvija u drugoj posudi. Karbonizacija s spoljašnjim zagrevanjem je neprekinuti postupak karbonizacije.

CTR sistem (eng. Carbo Twin Retort) koristi postupak spoljnog zagrejavanja za postupak karbonizacije. Efikasnost iznosi do 32%, a postupak karbonizacije traje 24 sata.

Postupak zagrejavanja s recirkulisanim gasom[uredi | uredi izvor]

U postupku zagrejavanja s recirkulisanim gasom, pare drvenog sirćeta koje su sagorele u spoljašnjoj komori za sagorevanje, usmeravaju se u reaktor u kom dolaze u neposredni kontakt s ulaznom sirovinom. Efikasnost dostiže i do 34%, a postupak karbonizacije traje od 16 do 20 sati. Najvažniji predstavnici ove tehnologije su Degusa i Lambiot neprekinuti postupci karbonizacije.

Ugljen za crtanje[uredi | uredi izvor]

Ugljen za crtanje se pravi od tankih štapića drveta.

Za pravljenje ugljena za crtanje najbolje je, za proces destilacije, koristiti vrbovo ili brezino drvo - tanki prutići.

Ugljen se koristi za crtanje po papirnoj, malo grubljoj podlozi (najbolji je sivi pakpapir ili akvarel papir) jer on ostavlja suv, mekan i sitno prašinast trag koji se po potrebi može i razmazivati - senčiti - rukom, vatom ili slikarskim puferima. Sitna prašina koja ostaje posle povlačenja ugljena po papiru može, a i ne mora, biti sastavni deo crteža.

Prednost ugljena je u tome što se lako skida - briše sa podloge - pa se mogu, u toku crtanja, vršiti stalne korekcije crteža ili se ta njegova osobina koristi za dobijanje finih prelaza iz svetlog u tamno.

Postoje posebne gumice kojima se briše ugljen, napravljene su od sirove, žive gume (gnjecave gume), pa se njima ne briše ugljen već se jačim pritiskanjem na podlogu ugljen upija u gumu.

Postoje tri vrste ugljena za crtanje:

  • Prirodni mekani ugljen - Tanki prutići mekanog ugljena
  • Presovan ugljen - Kompaktna, tvrda, upresovana prašina ugljena. Ovaj ugljen se teško briše, ali se njime mogu izvlačiti i tanke linije, a senčenje se ne izvodi brisanjem već jačim ili slabijim pritiskom na podlogu.
  • Ugljen u prahu - Ugljena prašina - puder, koja se nanosi i utrljava u podlogu. Utrljavanje se vrši puferima ili urolanim papirom u obliku olovke.

Crtež koji je izveden ugljenom, jer nije postojan materijal - lako se skida, mora se fiksirati za papir. Za fiksiranje se mogu koristiti fiksiri koji se mogu kupiti u radnjama, a može se fiksirati mlekom, lakom za kosu ili špiritusom.

Kovački ugalj ili ćumur[uredi | uredi izvor]

Osim u umetnosti i medicini, drveni ugalj se najviše koristio u metalurške i tradicionalno kovačke svrhe. Prevashodno zbog svoje visoke kalorične vrednosti, dugo se smatrao kao nezamenjivo čvrsto gorivo svakog kovača, mada se takođe koristi i u furunama za pečenje odnosno za roštiljanje ili grilovanje.

Drveni ugalj je slab provodnik toplote, pa se zato upotrebljava kao toplotni izolator. Koristi se u izradi zaštitnih maski (gas-maski), pošto upija štetne gasove.

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ [1] Arhivirano na sajtu Wayback Machine (2. novembar 2010) „Drveni ugljen”, www.drveniugljen.hr, 2012.
  2. ^ Sajt Mondo: "Ovako se pravi ćumur"
  3. ^ Sajt: „Don-iva”
  4. ^ „Ekonomski aspekti proizvodnje drvenog ugljena u Hrvatskoj”[mrtva veza], www.drveniugljen.hr, 2008.

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Ugljen na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Угљен&oldid=27391476”