بررسي امكان استفاده از پسماندهای کشاورزی استان گلستان در ساخت کامپوزیت­های چوب­پلاستیک

چکیده

از دیر‌‌باز مواد حاصل از کشاورزی و به‌ویژه پسماند محصولات زراعی به‌ عنوان مواد اولیه فیبری ارزان و فراوان خصوصاً در صنایع چوب و کاغذ مطرح بوده‌ است. در دهه­های اخیر بدلیل کمبود مواد اولیه چوبی و کاهش شدید منابع جنگلی، روی آوردن به استفاده از پسماندهای کشاورزی به نظر اجتناب ناپذیر می‌رسد. بنابرین لزوم یافتن جایگزینی مناسب و اتکا به سایر منابع و مواد برای صنعت چوب و کاغذ و صنایع سلولزی خود نمائی می­کند. اين نكات باعث شده است که در سال‌هاي اخير، در سطح جهان و به تبع آن در کشور ما تحقیقات و پژوهش‌های زيادي در ساخت مواد چندسازه بر پايه استفاده از انواع پلیمرهای گرمانرم و منابع لیگنوسلولزی تجديد پذير از جمله الياف طبيعي حاصل از پسمانده‌های کشاورزی انجام بگيرد. تمامی این مسایل همه و همه نشانگر مزیت نسبی و اهمیت گسترش این صنعت در کشور می باشد. چندسازه­های چوب پلاستیک ( WPC) به عنوان فرآورده­ای جدید در سال های اخیر به دلیل انعطاف پذیری بالا در ساخت و استفاده از پسماندهای لیگنوسلولزی و همچنین بازیافت زباله های پلاستیکی، مورد توجه بسیاری از صاحبان صنایع در داخل و خارج کشور قرار گرفته است. در سال 89-88  کل تولید محصولات زراعی استان  3014404 تن  (11/4 در صد کل تولید ورتبه 10تولید کل کشور ) بوده که از این میزان  2026683 تن  (2/67  در صد ) به تولید کشت  آبی  و 987721  تن  (8/32 درصد ) آن به تولید کشت دیم اختصاص دارد سهم استان از تولید کشت آبی کشور معادل 22/3 درصد و رتبه 12 تولید آبی وسهم استان از تولیدکشت دیم کشور معادل 48/9  درصد و  رتبه 2  کشور را به خود اختصاص داده است. بنابرین باتوجه به تولید حجم بالای محصولات زراعی در استان گلستان، پسماندهای حاصل از این محصولات می تواند پشتوانه خوبی برای تولید کامپوزیت چوب پلاستیک در استان باشد.

واژه های کلیدی: مواد اولیه، پسماندهای کشاورزی، چندسازه چوب پلاستیک، استان گلستان

 

1-  مقدمه

تنوع اقليمي استان گلستان به لحاظ برخورداري از آب و هواي كوهستاني ، معتدل مديترانه اي و نيز آب و هواي نيمه خشك ، زمينه ساز توليد محصولات زراعي و باغي زيادي در استان شده است . بطوريكه حدود ، 92 قلم محصول ( 52 زراعي و 40 قلم محصول باغي ) در اين استان توليد مي شود .استان گلستان يكي از استانهاي حاصلخيز و مناسب براي كشت انواع محصولات كشاورزي مي باشد بخش كشاورزي به دليل موقعيتهاي مناسب اقليمي وطبيعي از جايگاه ويژه اي در سطح كشور برخوردار بوده و به عنوان يكي از قطبهاي كشاورزي  محسوب مي گردد بيش از 610  هزار هكتار از اين اراضي زير كشت محصولات زراعي و باغي قرارداشته كه با احتساب كشت   مجدد سطح زير كشت استان به 733123  هكتار مي رسد كه  از این مقدار  38241  هکتار(2/5در صد از كل اراضي زراعي وباغي استان) با تولید 224936.4 تن مربوط اراضی باغی  مي باشد.  در سال89-88  سطح زير كشت  محصولات زراعی استان  694882 هکتار (46/5 در صد کل سطح و رتبه 8 سطح زیرکشت  کشور ) بوده که از این میزان  355421 هکتار (1/51 در صد ) به کشت  آبی  و 339461 هکتار (9/48 درصد ) آن به کشت دیم اختصاص دارد سهم استان از سطح زیر کشت آبی کشور معادل 6/5 در صد ورتبه 4 سطح زیر کشت اراضی آبی وسهم استان از سطح زیر کشت دیم کشور معادل 32/5 درصد ورتبه10کشور را به خود اختصاص داده است. در سال 89-88  کل تولید محصولات زراعی استان  3014404 تن  (11/4 در صد کل تولید ورتبه 10تولید کل کشور ) بوده که از این میزان  2026683 تن  (2/67  در صد ) به تولید کشت  آبی  و 987721  تن  (8/32 درصد ) آن به تولید کشت دیم اختصاص دارد سهم استان از تولید کشت آبی کشور معادل 22/3  در صد ورتبه 12 تولید آبی وسهم استان از تولیدکشت دیم کشور معادل 48/9  درصد و  رتبه 2  کشور را به خود اختصاص داده است.

2-  رتبه بندی  برخی از محصولات زراعی استان در سطح کشور (سطح زیر کشت و تولید )

46.4 % سطح زيركشت دانه هاي روغني  (سویا وکلزا - رتبه اول از نظر سطح زيركشت) و 45.6% از توليد دانه هاي روغني كشور (سویا وکلزا -رتبه اول از نظر توليد دانه هاي روغني26.3 % سطح زير كشت  توتون(رتبه اول ازنظرسطح زيركشت توتون) و28.9% از توليد توتون كشور (رتبه اول از نظر توليد توتون كشور) را به خود اختصاص داده است  9.86 % از سطح زيركشت شلتوك (رتبه سوم سطح زير كشت شلتوك)و 9.49 % توليد شلتوك كشور (رتبه چهارم  از نظر توليد شلتوك ) پنبه9.06% سطح زير كشت پنبه كشور ( رتبه چهارم  از نظر سطح زيركشت)واز نظر توليد پنبه7.5% از توليد پنبه كشور(رتبه چهارم  از نظر توليد پنبه)، 5.48% سطح زيرکشت گندم (رتبه دهم ازنظر سطح زيركشت) و7.09% از توليد گندم كشور (رتبه چهارم از نظر توليد گندم) را به خود اختصاص داده است. (آمار نامه کشاورزی استان گلستان 1390)

سطح کل جنگل های ایران ، در گزارش وضعیت جنگل های جهان در سال 2007، 2/14 میلیون هکتار است که در حدود 8/6 درصد از سطح کل کشور را می پوشاند.در مجموع، مساحت جنگل های ایران حدود 28/0درصد از جنگل های جهان را تشکیل می دهد طبق آمارهای موجود در خلال چند دهه گذشته، جنگل های کشور از حدود 18 میلیون هکتار به 2/14میلیون هکتار و سطح جنگل های شمال نیز از حدود 4/3 به 9/1میلیون هکتار کاهش یافته است(میر مهدی و همکاران 1388). کمبود منابع جنگلی و چوبی در کشور ما حقیقتی تلخ و انکار ناپذیر است که به تبع آن شاهد کاهش ظرفیت تولید و حتی در موارد متعدد تعطیلی کارخانجات صنایع چوب را درسالهای اخیر بودیم با نگاهی به وضعیت جنگلهای شمال کشور - که تقریبا 7% مساحت کشور را در برمی گیرد. و با همین وضعیت اصلی ترین منبع داخلی تامین چوب آلات و مواد اولیه مصنوعات چوبی و کاغذی است-  حساسیت و آسیب پذیری آن را به وضوح نمایان شده و لزوم یافتن جایگزینی مناسب و اتکا به سایر منابع و مواد برای صنعت چوب و کاغذ و صنایع سلولزی خود نمائی می کند. در حال حاضر بخش اعظم صنایع چوب وکاغذ کشور دراین منطقه واقع شده اند که این موضوع،  افزایش میزان تقاضا برای برداشت چوب و به تبع آن تخریب عرصه های جنگلی را شدت بیشتری می بخشد.  حجم بالای ضایعات چوبی ، محصولات کشاورزی سلولزی ، ضایعات پلاستیکی و منابع پتروشیمیایی در کشور موید این نکته‌اند که از نظر تامین مواد اولیه اصلی مورد نیاز این صنایع، با مشکلات جدی روبه‌رو نخواهیم بود .

 

3-    کامپوزیت های چوب پلاستیک

هدف اصلی از ساخت چند سازه ترکیب حداقل دو ماده و رسیدن به ماده جدیدی با کیفیت وخواص بالاترازهر دو ماده قبلی می باشد . مواد مرکب پلیمری دارای مزایایی نظیر: وزن کم ، مدول واستحکام کششی زیاد در راستای الیاف ، قابلیت دستیابی به خواص فیزیکی مورد نظر از طریق جهت دهی به الیاف ، خواص خستگی ، خزش زیاد ومقاومت در برابر اکثر ترکیبات شیمیایی مخرب هستند .مهمترین محدودیتهای مواد پلاستیکی عبارتند از : هزینه نسبتا بالا ، محدودیت دمای کارکرد ، تاثیر منفی رطوبت به ویژه حین فرآیند تولید ، شکنندگی الیاف ودر نهایت مشکلات بازیافت و تجزیه ناپذیری لذا به منظور کاهش محدودیت های فوق الذکر در ساخت پلاستیکهای نفتی از سایر مواد آلی ومعدنی استفاده می شود ؛ پرکننده ها والیاف سلولزی تجدید پذیر کشاورزی ازجمله این مواد هستند دانسیته کمتر ،عدم فرسایش سطوح ، پرکنندگی زیاد ، افزایش سختی ، قابلیت بازیافت و عدم شکنندگی الیاف در خمشهای حین فرآوری از جمله مزایای الیاف سلولزی است ونیز مصارف بسیار زیادی در ساخت کفپوش ، حصار ، انواع پروفیل در وپنجره ، خودرو سازی ،لوازم خانگی و انواع سازه های آبی دارد .  WPC  لفظ مشترکی است که به دو نوع چند سازه متفاوت اطلاق می‌شود ، به ‌فرآورده‌هایی که ازطریق اختلاط انواع پلیمرهای ترمو پلاستیک‌ به عنوان ماتریس با الیاف چوب ویا دیگر مواد « سلولزی» به عنوان فازتقویت‌کننده یا فیلر، ساخته می‌شود چوب پلاستیک گفته می‌شود .

توليد كامپوزيت هاي چوب-پلاستیک تحت تاثيرعوامل مختلفي صورت مي گيرد. اين نوع كامپوزيت هاي پليمري معمولاً از طريق تركيب كردن الياف چوب و پليمرها و يا با افزودن الياف چوب بعنوان پر كننده و تقويت كننده در ماتريس پليمر و به كمك عمل پرس كردن يا قالب ريزي در شرايط دما و فشار توليد می گردند.از جمله مهمترين فاكتورهاي مؤثر در توليد كامپوزيت ها مي توان به اثر عوامل سازگار كننده (جفت كننده)، روش توليد، مواد افزودني، ويژگيهاي فيزيكي و مكانيكي، درصد و نوع الياف سلولزي، درصد و نوع پليمر گرمانرم، شرايط پرس، طول و توزيع و پخش مناسب الياف در توده ماتريس، نوع اتصال، جهت يابي الياف و… اشاره نمود. اكثر پليمرها بويژه گرمانرمها بعنوان جايگزين شونده هاي غيرقطبي (آب گريز)سازگاري با الياف سلولزي قطبي (آب دوست) سازگاري ندارند. بنابراين در چنين سازه هايي اتصال ضعيفي ميان پليمر و الياف چوب بوجود مي آيد. جهت ارتقا اتصال بين الياف سلولزي و گرمانرم ها در فرآيند توليد، بناچار از عوامل جفت كننده شيميائي استفاده مي شود . عوامل جف تكننده در مقادير كم جهت فرآوري و آماده سازي سطوح چسبندگي ميان گرمانرم ها و سطح الياف سلولزي عمل مي كنند. عوامل جفت كننده بين الياف چوب و پليمرهاي گرمانرم با مكانيسم هاي كووالانسي، پيچيده تر شدن زنجيره پليمري، فعاليت قوي تر شوندگي اتصال بوجود مي آورند. در اين راستا محققان زيادي در چگونگي چسبندگي بين الياف پليمرها در روشهاي شكل گيري به روش قالب گيري و جريان بادي(ريزش كيك) تحقيقاتي را انجام داده اند.

 

4-    استفاده از الیاف لیگنوسلولزی پسماندهای کشاورزی در چند سازه چوب پلاستیک

در مورد مزایای بهره گیری از الیاف یک ساله کشاورزی برای پرنمودن یا تقویت پلاستیک ها می توان به دانسیته پایین، سختی بالا و سطوح پرکنندگی مطلوب اشاره کرد.ویژگی های دیگر شامل بازیافت آسان، شکستن الیاف طی عملیات، تجزیه پذیر بودن توسط عوامل زیستی،گستره بسیار زیاد این الیاف در سراسر جهان، ایجاد مشاغل روستایی، رونق کشاورزی و اقتصادی،مصرف انرژی کم، قیمت تمام شده پایین تر و افزایش میزان طراحی های جدید تر می باشد.(مدهوشی و همکاران1387)

شاکری و همکاران (1384) با بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت های پلی استر- کاه ساقه برنج نشان دادند که کامپوزیت تهیه شده با 15 درصد وزنی الیاف استحکام کششی، خمشی و ضربه ای بیشتری نسبت به سایر نمونه ها داراست و کامپوزیت های دارای 10 درصد وزنی الیاف حداکثر مدول کشسان کششی و خمشی را دارند.با افزایش درصد الیاف موجود در نمونه بدست آمده وزن مخصوص آن کاهش می یابد.

شاکری و همکاران(1384) با بررسی اثر نوع، مقدار و اندازه ذرات کاه بر خواص مکانیکی کامپوزیت های پلی اتیلن سنگین – کاه غلات اعلام کردند که افزایش کاه (گندم و ساقه برنج) تا مقدار 30 درصد وزنی موجب بهبود استحکام کششی و خمشی کامپوزیت شده، ولی در 40 درصد وزنی سبب کاهش این خواص می شود. استحکام ضربه ای نمونه های شکاف دار کامپوزیت با افزایش کاه کاهش می یابد.کامپوزیت های تهیه شده از کاه گندم در مقادیر یکسان نسبت به کاه ساقه برنج خواص مکانیکی بهتری نشان می دهند.

گرجانی و همکاران(1385) با بررسی فرایند ساخت و خواص مکانیکی چندسازه پلی اتیلن بازیافتی-کاه گندم نشان داد که افزایش درصد ارد گندم تا سطح ۳۰ ٪ مقاومت هاي كششي و خمشي را افزايش داده و تا سطح ۴۰ ٪ موجب بهبود مدول الاستيسيته کششي چند سازه شده است. اما بر روي مقاومت به ضربه تأثير چنداني نداشت.همچنين استفاده از ذرات ريز آرد كاه گندم مقاومت به ضربه و مدول الاستيسيته کششي و خمشي را افزايش داد اما اندازه ذرات كاه براستحكام كششي و خمشي تاثير معني دار نداشت.بهترين مقاومتهاي مكانيكي در چند سازه حاصل از ۳۰ ٪ آرد كاه گندم و ۷۰ ٪ پلي اتيلن سنگين بازيافتي مشاهده شد.

عبدالرسول ارومیه اي(1389) مطالعه خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیتهاي پلی پروپیلن پرشده با الیاف چوب، باگاس و پوست برنج نشان داد که استحکام کششی نمونه ها تا مقدار 50 % افزایش و سپس کاهش می یابد. مقاومت ضربه اي و کرنش کششی نمونه ها تا مقدار 50 %کاهش و سپس افزایش نشان داد. کامپوزیت هاي PP  و الیاف برنج مقاومت ضربه کمتر و مقدار جذب آب بالاتري در مقایسه با دیگرکامپوزیت ها نشان داد . کامپوزیت هاي PP  و الیاف باگاس مقاومت ضربه بالاتري را در 60 % الیاف نشان دادند. با افزایش میزان الیاف استحکام خمشی و مدول کامپوزیتها زیاد شده ولیکن کرنش خمشی کم می شود. کامپوزیت هاي PP   و الیاف چوب  استحکام خمشی بالاتري را در مقایسه با دیگرکامپوزیت ها نشان داد.

با توجه به موارد ذکر شده و تحقیق های به عمل آمده در مورد ساخت چندسازه چوب پلاستیک با استفاده از پسماندهای کشاورزی و اهمیت این مواد در تامین مواد اولیه صنایع، در این تحقیق به بررسی و برآورد میزان پسماندهای قابل استحصال از بخش منابع زراعی کشور و استان گلستان به عنوان یک پتانسیل قوی که می تواند در بخش صنعت چوب-پلاستیک مستقر در این استان استفاده شود پرداخته شده است.

 

5-    مطالعه و برآورد میزان پسماند قابل استحصال

منظور از پسماند های کشاورزی ضایعاتی است که بعد از برداشت محصول در زمین زراعی باقی می ماند.با توجه به فاکتور شاخص برداشت(HI) که در منابع ذکر شده است(طبرسا، 1381) و پس از تهیه مقادیر عملکرد اقتصادی (GY) از سازمان جهادکشاورزی استان گلستان، عملکرد غیر اقتصادی(NGY) به شرح زیر برآورد شد.

با استفاده از فرمول 1 میزان عملکرد غیر اقتصادی(NGY) محصولات محاسبه شد.

(فرمول 1 )                               

15 درصد از عملکرد غیر اقتصادی به دلیل عدم محاسبه بقایای ریشه و بخش هایی از گیاه که قابل برداشت نیست کسر گردید.

(فرمول 2)                                  ) 0.15 * NGY ) - NGY  = میزان پسماند قابل استحصال

 

جدول 1. میزان تولید و سطح زیر کشت محصولات کشاورزی در استان گلستان

 

 

86-1385

1387-1386

1388-1387

1389-1388

سطح زيركشت (هكتار)

ميزان

 توليد

(تن)

سطح زيركشت (هكتار)

ميزان توليد

(تن)

سطح زيركشت (هكتار)

ميزان توليد

(تن)

سطح زيركشت (هكتار)

ميزان توليد

(تن)

گندم

380156

1198590

302661

547757

379012

1101556

385387

1065735

جو

74197

146616

46133

44538

98513

188459

8225

189849

ذرت دانه‌اي

4

25

1050

6105

720

3601

815

4052

شلتوک

61827

269878

57905

260148

50650

207209

55545

217166

آفتابگردان

6301

9818

9356

11667

6775

10888

6351

8013

سویا

56068

134863

60359

147802

54678

130312

57732

120043

پنبه

15302

32377

13569

25512

12500

18700

8243

17418

کلزا

68119

138484

33186

64917

22516

41207

31906

45684

 

جدول 2. شاخص برداشت گونه های نختلف زراعی(طبرسا، 1381)

 

گیاه زراعی

شاخص برداشت

گندم

0.42

جو

0.40

ذرت

0.29

شلتوک

0.50

آفتاب گردان

0.25

سویا

0.31

پنبه

0.30

کلزا

0.27

 

جدول 3. براورد میزان پسماند کشاورزی قابل استحصال در استان گلستان(تن)

 

86-1385

1387-1386

1388-1387

1389-1388

جمع کل

گندم

1406916.3

642962.38

1293016.92

1250969.88

4593865.48

جو

186935.4

56785.95

240285.22

242057.47

726064.04

ذرت دانه‌اي

52.02

12704.71

7493.8

843235.16

863485.69

شلتوک

229396.3

221125.8

176127.65

18459.11

645108.86

آفتابگردان

25035.9

29750.85

27764.4

20433.15

102984.3

سویا

255152.09

279631.84

246541.18

227113.6

1008438.71

پنبه

64214.38

50598.8

37088.33

34545.7

186447.21

کلزا

318256.74

149188.88

94699.78

104988.6

667134

جمع کل

2485959.13

1442749.210

2123017.280

2741802.670

8793528.29

6-    نتیجه گیری

با توجه به  وضعیت جنگل های جهان در سال 2007( 2/14 میلیون هکتار)،که در حدود 8/6 درصد از سطح کل کشور را می پوشاند.در مجموع، مساحت جنگل های ایران حدود 28/0درصد از جنگل های جهان را تشکیل می دهد طبق آمارهای موجود در خلال چند دهه گذشته، جنگل های کشور از حدود 18 میلیون هکتار به 2/14میلیون هکتار و سطح جنگل های شمال نیز از حدود 4/3 به 9/1میلیون هکتار کاهش یافته است.

مقدار پسماند های حاصل از محصولات کشاورزی استان گلستان که از سال 86-1385 به بعد تقریبا سیر صعودی را داشته و در طی چهار سال اخیر مقدار 8793528.29  تن تولید شده است آمارها نشان می دهد مقداری زیادی از پسماندهای حاصل از محصولات کشاورزی در زمین های کشاورزی سوزانده می شود و با توجه مصوبه مجلس شوراي اسلامی، در سال‌های اخیر با هدف حفظ و احیاء جنگل‌ها، از هر هکتار جنگل سالانه، نباید بیش از یک متر مکعب چوب برداشت شود بنابراین  پسماندهای کشاورزی می تواند پتانسیل خوبی برای صنایع چوب و کاغذ کشور باشد. از آنجایی که در کامپوزیت های چوب پلاستیک مواد اولیه لیگنوسلولزی به صورت آرد استفاده می شود می توان از این پسماندها به خوبی استفاده کرد.

مراجع

]1[ معاونت برنامه ریزی و امور اقتصادی اداره آماروفناوری اطلاعات. اطلاعات آماری و عملکردی 10 ساله بخش کشاورزی استان گلستان. 1390

]2[ مدهوشی، م. م، هاشمی خبره. ب، کامکار. بررسی کمی میزان پسماندهای زراعی استان گلستان در مقایسه با استان های مجاور جهت مصرف در صنعت چوب-پلاستیک آن. اولین همایش ملی تامین مواد اولیه و توسعه صنایع چوب و کاغذ کشور در گرگان. 1387

]3[ شاکری، ع. تقی،  طبرسا. علیرضا،طبری. بررسی خواص مکانیکی کامپوزیت های پلی استر – کاه ساقه برنج.مجله علوم و تکنولوژی پلیمر.شماره 6. صفحه382-377. 1384

]4[ گرجانی، ف. ا، امیدوار. بررسی فرایند ساخت و خواص مکانیکی چندسازه پلی اتیلن بازیافتی – کاه گندم.مجله پژوهش و سازندگی. شماره 72. صفحه88-84 پاییز 1385

]5[ ارومیه ای، ع.مطالعه خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت های پلی پروپیلن پر شده با الیاف چوب،باگاس و پوست برنج. نخستین همایش ملی فن آوری های نوین در صنایع چوب و کاغذ . اردیبهشت 1389

]6[ طبرسا، ت. خ، منصوری. کاه گندم به عنوان پتانسیل بالقوه برای ساخت تخته خرده چوب. اولین همایش ملی تامین مواد اولیه و توسعه صنایع چوب و کاغذ کشور در گرگان. 1387

تاریخ ارسال: 1393/2/16
تاریخ بروزرسانی: 1393/2/16
تعداد بازدید: 2939
ارسال نظر