Kísérleti kéreg szigetelő panelok

A tartamos erdőgazdálkodás évente nagy mennyiségű megújuló nyersanyagot állít elő. A világon évente kitermelt hengeres faanyag mennyiségét mintegy 3,8 milliárd m3-re becsülik. A kéreg részaránya a fatesthez képest változó: 5 és 28% között változhat. A kéreg számos funkcióval rendelkezik, miközben maga is változik a fa élete során. A kéreg igen változatos, egy-egy fafajra jellemző formát ölt, vastagsága függ a fafajtól, a kortól és az ökológiai tényezőktől, sőt a fa egyes részeiben is más és más lehet. A világon az évente keletkező kéreg mennyisége átlagos 10% kéreghányaddal számolva közelítőleg 380 millió m3. Már a XX. század közepén is nagy problémát jelentett a fakitermelésnél és fafeldolgozásnál keletkező hatalmas kéregmennyiség elhelyezése, melyet a legtöbb esetben szeméttelepekre hordtak vagy elégettek. A magyarországi erdőkben kitermelt faanyagról eltávolított kéreg mennyisége évente országosan eléri az 5-600 ezer köbmétert, melynek kezelése csak részben megoldott. Kézenfekvőnek tűnik a kéreg mulcsként való hasznosítása, azonban talajtakarásra, annak kémhatása és összetétele miatt csak a nyitvatermők, fenyők kérge alkalmas, a lombos fajoké kevésbé.

A Magyarországon kitermelt faanyag nagy része azonban lombos fajokból áll, így azok kérge mulcsozásra nem használható. Különösen a fafeldolgozó üzemekben bevált gyakorlat a különféle technológiákhoz szükséges hő előállításához a hulladék faanyag elégetése mellett a kéreg energetikai hasznosítása is. Ennek több hátránya is van: egyrészt a kéreg hamutartalma jóval magasabb, mint a faanyagé, másrészről a kéreg sűrűsége sok esetben elmarad a faanyagétól, így az egységnyi térfogatra vetített fűtőérték jóval kisebb lehet, mint fa esetében. Harmadrészt nedvességtartalma gyakran magas, ami tovább csökkenti a hasznosítás hatásfokát.

A különböző fafajok kérgét sokféleképp hasznosítják. Így vannak olyan fajok, melyek kérgét az orvostudomány hasznosítja, egyes fajok kérge alkalmassá tehető víz- és légtisztításra, míg másokból különféle vegyi anyagok nyerhetők ki. Régóta próbálkoznak forgácslemezben és farostlemezben történő hasznosítással is. Mivel a kéregnek a környezet felé van egyfajta szigetelő feladatai is - különösen azon fajok esetében kifejezett ez, melyek környezetében gyakoriak a bozóttüzek -, kézenfekvőnek tűnt az alacsonyabb hővezetési képesség kihasználhatóságának vizsgálata. Ezek alapján a Soproni Egyetem Innovációs Központjában kéreg alapanyagból kéreg lemezeket készítettünk, elsősorban hőszigetelési céllal.

Száradó kéregapríték

Mivel a magyarországi fakitermelés mintegy 88%-a lombos, azon belül is az akác és a nyár képviseli magát legnagyobb mennyiséggel, kutatásunkhoz a hibrid nyárak Pannónia nevű klónját választottuk, melyből jelentős ültetvények vannak az országban. A kérget a TAEG Zrt. soproni Fafeldolgozó Üzemében gyűjtöttük, majd előszárítottuk, 15%-os nedvességtartalom elérése után kalapácsos aprító berendezésben aprítottuk. A külső és belső kérget (héjkéreg és szíjács) nem különítettük el. A 0,5 mm-nél kisebb darabokat szitálással eltávolítottuk. Az őrölt kérget tovább szárítottuk 6-8%-os nedvességtartalomra. 4% UF ragasztót használtunk, valamint ammónium szulfát edzőt. Az apríték és a ragasztó egyenletes elkeverése után terítéket képeztünk, majd laboratóriumi présben 500×500×20 mm-es lapokat készítettünk, 350 kg/m3 célsűrűséggel.

Laza teríték

Mivel az elkészült szigetelő panelok mechanikai tulajdonságai gyengének bizonyultak, különféle megerősítésekkel próbálkoztunk. Egyrészt a felszínen erősítettük meg a lapokat, a felszínre különböző ragasztóval két különböző papírt (egy kétrétegű, újrahasznosított papírt és egy termo-mechanikai őrléssel készült pépből gyártott papírt) ragasztottunk, valamint egy üvegszálból készült hálót, egy üvegszálból készült random szálirányú szövetet és egy üvegszálból készült szőtt szövetet ragasztottunk a felszínre.

"Natúr" kéreglapok, illetve papírral, üveg hálóval és szövettel a felszínen megerősített lapok

Egy másik kísérletben a felszín alá helyeztünk el két különböző rácsméretű, üvegszálból készült hálót, melyet külön ragasztóval nem láttunk el. Vizsgáltuk az így elkészített lapok hővezetését és hajlító szilárdságát is.

Háló a teríték belsejében

A vizsgált lapok átlagos hővezetése a sűrűség függvényében (fehér - kontrol, zöld - papírborítás, kék - belső üvegháló, fekete - külső üvegszálas erősítés)

A kontrol panel 0,067 W.m-1.K-1 hővezetése a különböző faalapú lemezek hővezetési tartományának (0,05 - 0,08 W.m-1.K-1) közepére esik. El kell ismerni, hogy a különböző mesterséges szigetelő anyagok hővezetése sokkal kedvezőbb (0,022-0,045 W.m-1.K-1), de azok környezetterhelése is nagyobb. A különböző típusú kéreglapok átlagos sűrűsége eltért, annak ellenére, hogy a célérték minden esetben 350 kg/m3 volt. Ez két dolognak tudható be: egyrészt a kísérleti jelleg miatt a sűrűségbeli szórás jóval nagyobb, mint ipari körülmények között, másrészt minden esetben ugyanannyi kéreganyagot mértünk ki, melyhez még hozzáadódott a különböző erősítő anyagok súlya, valamint a felszíni erősítésekhez használt ragasztó is. Mivel a hővezetés a sok más befolyásoló tényező mellett leginkább a sűrűséggel van összefüggésben, célszerű a sűrűség függvényében vizsgálni. Az ábra alapján elmondható, hogy ebben a sűrűségtartományban a hővezetés sűrűségfüggése lineáris, a különböző erősítő anyagok és módszerek jelentősen nem befolyásolták a hővezetést, az leginkább a sűrűségtől függött.

A vizsgált lapok átlagos hajlítószilárdsága (fehér - kontrol, zöld - papírborítás, kék - belső üvegháló, sötét szürke - külső üvegszálas erősítés)

A megerősítések minden formája növelte a hajlítószilárdságot. A legkisebb hatása a felszíni papír erősítésnek volt, de annak hatására is legalább 2,5-szeresére nőtt a hajlító szilárdság ugyanakkor a költséget csak nagyon csekély mértékben növelte meg. A vastagabb, erősebb papírnak nagyobb volt a hatása. Hasonló mértékű volt a felszín alá helyezett hálóknak is, melyek között lényeges különbség nem volt. A legnagyobb hatása a felszínre erősített üvegszálas anyagoknak volt, melyek közül kiemelkedett az üvegszálas szőtt anyag, ahol a hajlító szilárdság több, mint nyolcszorosára emelkedett.

Összefoglalásként elmondható, hogy kéregből sikeresen hoztunk létre szigetelő kéreg lemezeket, melyek mechanikai tulajdonságait sikeresen javítottuk különböző erősítő anyagokkal a felszínen és a panelok felszíne alatt.

A tanulmány a "Fenntartható Nyersanyag-gazdálkodási Tematikus Hálózat - RING 2017" című, EFOP-3.6.2-16-2017-00010 jelű projekt részeként a Szechenyi2020 program keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

Forrás: SoE TEKK

Kapcsolódó:

Szigetelőanyag kéregből - ipari partnert keresünk (2019-11-14)