FAIPARI SZÁRÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A XXI. SZÁZAD KÜSZÖBÉN TAMÁSYNÉ BÁNÓ MARGIT

Átírás

1 Összefoglaló FAIPARI SZÁRÍTÁSI TECHNOLÓGIÁK A XXI. SZÁZAD KÜSZÖBÉN TAMÁSYNÉ BÁNÓ MARGIT Nyugat-Magyarországi Egyetem Faipari Mérnöki Kar, Fa- és Papírtechnológiai Intézet 9400 Sopron, Bajcsy Zs. u. 4. Tel: , Fax: mtambano@fmk.nyme.hu A XX. században alakult ki a fának nagyüzemi feldolgozása miatt szükségessé vált technikai szárítása. A hagyományos technológiákat csak az utolsó évtizedekben kezdték felváltani az energiafelhasználás csökkentését, a környezetvédelmi szempontokat, majd a tartamos fejlődéselvű szemléletet előtérbe helyező újonnan kifejlesztett szárítási eljárások. Az elmúlt időszakban megváltozott az a szemlélet is, hogy a faipari szárító berendezések komplett fejlesztése szigorúan a gyártó cégen belül történhet, ezért megszűnt a hagyományos szállító cégek egyeduralmi piaci helyzete, és a kutatás-fejlesztés tekintetében is létrejött a nemzetek közötti együttműködés. Európában az EU bővülésével olyan munkacsoportok jöttek létre, mint pl. a COST Action E15, amely jelenleg 21 európai ország képviseletével azon dolgozik, hogy az egyes kutatóhelyek eredményeit, a felhasználók tapasztalatait és a gyártók fejlesztéseit mindenütt ismertté és felhasználhatóvá tegyék. Hasonló módon működik a IUFRO nemzetközi szervezet egyik albizottsága is, ahol kétévente megrendezett konferenciákon tájékozódhatunk a világ egészének faipari szárítási kutatási eredményeiről. Hazánkban hiányzik a megfelelő fórum, ahol a nemzetközi eredményekről széleskörűen tájékozódhatnánk (angol nyelvtudás hiánya, szakfolyóiratok átalakulása kereskedelmi fórummá, stb.). Erre ad alkalmat az immáron 4. Alkalommal megrendezett Magyar Szárítási Szimpózium is, ahol ez a jelenlegi technológiai fejlesztésekről és kutatási eredményekről szóló előadás elhangozhat. Bevezetés Európában évente 75 millió m 3 fát termelnek ki. Ennek a mennyiségnek kb. 80 %-át a mesterségesen szárítják a fűrészüzemekben és más nagyvállalatoknál telepített sok ezer nagyméretű szárítókamrában. A szárítóberendezések döntő hányada még mindig a hagyományosnak nevezett fűtött levegő üzemű konvekciós eljárással üzemel, C hőmérsékleten. Néhány un. magas hőmérsékletű szárítási technológiát is találunk, de ez nem jellemző szárítási módszer Európában. Az utóbbi időben azonban itt is egyre nő a vákuum szárítók alkalmazása. A faipari szárítók kifejlesztése évvel ezelőtt az egyes szárítóberendezést szállító cégeknél történt. A faipari szárítás, mint mérnöki tudomány csak a gyakorlati tapasztalatok utólagos értelmezésével kezdődött, mint ahogyan az épületgépészet gyakorlati alkalmazása is jóval megelőzte az 50-es években kialakuló egyetemi szintű elméleti oktatást. Az egyes nagynevű szárító cégek titokban tartották a fejlesztési eredményeiket, legalábbis a publikált anyagok jobbára csak reklámszerű általánosságokat tartalmaztak. Nem is állt érdekükben a fejlesztés, mert egyeduralkodók voltak a piacon.

2 2 Az előző század közepén indult meg az ipari nagyméretekben történő gyártás korszaka, amikor a mennyiség növelése és ezzel együtt a szárító kapacitásának jobb kihasználása volt a cél, ezért az egyetlen meghatározó versenyelv az volt, hogy ki tud viszonylag elfogadható minőség mellett legrövidebb szárítási időt ajánlani. Az alacsony anyagárak nem késztették a felhasználókat arra, hogy minőségi szempontok alapján ítéljék meg az egyes technológiákat. Abban az időben a távhőellátás még nem volt szokásban, a kőolaj és gáz energiahordozók sem terjedtek el, viszont a szárítóberendezések mellett a fűrészüzemben keletkezett nagy tömegű fa hulladék speciális kazánokban történő elégetésével ingyen állt rendelkezésre a szárítóberendezésekhez szükségest meghaladó mennyiségben is a hőenergia. Ezért nem kellett az energiával sem takarékoskodni. A szárítás un. menetrendjét a gyártók a laboratóriumaikban a különböző fafajok száradás közbeni tulajdonságait figyelve kísérleti úton határozták meg. A folyamatszabályozás csupán abból állt, hogy az ajánlott menetrend egyes szakaszainak időtartamát állították be, és megadták az ebben a szárítási szakaszban előírt mérhető száraz és nedves hőmérő hőmérsékletet. Amikor elterjedt a nedves faanyag elektromos tulajdonságain alapuló nedvességmérési módszer, akkor alakultak ki a fanedvességet követő menetrendek. Ekkor már a szárítási fokozat (szárítási potenciál), illetve az egyensúlyi fanedvesség volt a menetrendet meghatározó paraméter. A szabályozórendszerek fejlődése sokkal gyorsabb volt, mint a szárítási technológia fejlődése. Ezzel az a furcsa helyzet állt elő, hogy ugyanazt a szárítóberendezést évekig forgalmazták újabb és újabb automatikával, ezért egyre növekvő áron. Ugyanakkor a szárítás minőségére az ajánlott menetrend betartása esetén sem vállalt egyetlen cég sem garanciát. A felelősség az un. szárítást vezető vállán volt, aki a legtöbbször a hosszú idő alatt elsajátított és a gyakorlatban nagyon jól bevált műszaki érzékkel, de magasabb műszaki képzettség nélkül irányította a szárítókamrák üzemét. Ily módon a szárítással kapcsolatos igények a szállító felé gyakran meg sem fogalmazódhattak. A faipari szárítást kutató helyek kialakulása A XX. század elején az európai központi faipari kutatások az erdészeti tudomány részeként jelentek meg, ily módon a természettudományos szemlélet uralkodott el, és kevésbé érvényesült a szárítási technológiák mérnöki megítélésen alapuló kutatása. Meg kell említeni az egyik leghíresebb német erdészeti kutatóintézetet (Bundesforschungsanstalt für Forst- und Holzwirtschaft), amit a Berlin melletti Eberswalde-ban alapítottak a két világháború között. Itt született meg a IUFRO (International Union of Forest Research Organization) gondolata, ami azóta is összefogja az erdészeti kutatásokat az egész világra kiterjedt szakosított hálózat rendszerével. A faipari szárítás területén végzett kutatási eredményeket ma a Division munkacsoport koordinálja az általa kétévente megrendezett International IUFRO Wood Drying Conference útján. Az intézet a II. világháború után Hamburgban az egyetem mellett, azzal közösen végzi a kutató- és oktató munkát. A század közepén a faipari szárítással kapcsolatos fejlesztés sokkal fontosabb volt, mint bármilyen elméleti kutatás. Amint már korábban említettem, a szárítóberendezéseket gyártó cégek maguk alakították ki a saját kutató-fejlesztő intézményüket, és ezek egymástól elkülönülten fejlesztették a berendezéseiket, inkább a gyártási technológiát, mint magát a száradási folyamat fizikai alapjainak kutatását. Az utóbbi harminc évben egyre másra bezárták ezeket az ipari kutatóhelyeket (vélhetően az energiaválság kialakulását követő megváltozott szemlélet hatására).

3 3 Európában a kutatás-fejlesztés részben az egyetemeken kialakuló szaktanszékek irányítása alá került, illetve önálló állami kutatóintézetek alakultak a megnőtt igények kielégítésére. Ez nagyban elősegítette a felsőfokú oktatás mérnöki szemléletű átalakítását is, hiszen a korábbi természettudományos alapokkal nem lehetett megoldani a felmerülő műszaki problémákat, mint az optimalizálás, a gazdaságossági kérdések, minőségellenőrzés, biztonságtechnikai megoldások, tervezési problémák, környezetszennyezési gondok, amik mindegyike csakis más műszaki társtudományokkal közösen oldhatók meg. Sajnálatos, hogy az ipari kutatóhelyek bezárásával az iparnak nem állt érdekében a kutatások anyagi támogatása, hiszen egy-egy új kutatási eredményből nem a szárítóberendezéseket gyártó cégek profitálhattak, sokkal inkább az azokat alkalmazók. Sokszor volt tettenérhető a kutatás akadályozása is, pl. az eredmények megvásárlása és fiókba zárása útján. Ez a kutatók munkájának alábecsüléséhez vezetett és végül sok kiválóan működő kutatóintézet megszűnéséhez is. Az egyetlen kiút a nemzetközi összefogás volt, amelynek keretében megszűnhettek a párhuzamos kutatások, a kutatási eszközök jobban kihasználódtak, a kutatási munkába az egyetemi hallgatókat is bevonták, megvalósítva az ideális műszaki oktatás-kutatás egymástól elválaszthatatlan egységét, ugyanakkor az egyetemen folyó kutatómunka anyagi támogatásáról, a kutatók bérezéséről az oktatásra fordítható pénzek csökkentésével mintha megfeledkezett volna a világ. Érdekes, hogy az Egyesült Államokban már 1922-ben megalakult az agrár tárcához kapcsolt kutatóhálózat, amelynek központi laboratóriumában (USDA Forest Products Laboratory, Madison Wisconsin) a faipari szárítással kapcsolatos kutatások alapján igen komoly elméleti eredményeket és ennek alapján fejlesztési javaslatokat dolgoztak ki. Az általuk kiadott szárítási kezelési utasítások (Drying Manuel) a mai napig jól használhatók a gyakorlatban a bennük lévő adatok teljessége és megbízhatósága miatt. Természetesen a szárításra vonatkozó adatok az Amerikában előforduló fafajokra vonatkoznak. Ugyanilyen kezelési útmutatók készültek Ausztráliában a CSIRO kutatóintézetek faipari laboratóriumaiban az ausztrál és tasmániai fafajokra is. Itt azóta is jobbára a központi laboratóriumokban végzik a kutatásokat az ipari vagy állami megrendelésekre. Nemzetközi együttműködés és információcsere a faipari szárítás területén Néhány európai országban a központi kutatóintézetek továbbképzéseket szerveznek a faipari szárítókat kezelő személyzet részére. Általában a résztvevők száma igen kevés. Ennek sok oka lehet, de azok megszüntetése nem kecsegtet sok eredménnyel. Valószínű, hogy a szárítókezelők hosszabb távolléte esetén nem megoldható helyettesítéssel a folyamatos üzem, a tulajdonos nem nézi jó szemmel az ő kárára történő továbbképzést. Lehet, hogy nem sikerül a résztvevők számára megfelelő előadásokat, vagy előadókat szervezni, vagy úgy ítélik meg a résztvevők, hogy a kifizetett részvételi díj túl nagy összeg a kapott információért cserébe. Ha ezek az előadások olyan helyen vannak, pl. egyetemen, vagy kutatóközpontban, ahol nem lehet élesben egy valódi szárítókamrán tanulmányozni az elhangzottakat, az is visszatarthatja a résztvevőket. Talán beválik a nálunk a közeli jövőben tervezett szárítási rendezvény, amelyet az egyik fűrészüzemben tervezünk részvételi díj nélkül az ottani szárítóberendezést szállító cég anyagi támogatásával nemcsak kezelőknek, hanem fűrészüzem vezetőknek is. Az elméleti és gyakorlati témákat felölelő előadásokat követően a résztvevők egy szimulátor segítségével maguk gyakorolhatnák be a szárítás irányítását. Főleg a skandináv országokban, de Angliában is pár éve igen sikeresen működnek az úgy nevezett faipari szárító klubok (Kiln Club), ahol.a gyártók, felhasználók, fejlesztők, és kutatók bizonyos időközönként kicserélik tapasztalataikat. A klubok képviselői részt

4 4 vesznek a nemzetközi konferenciákon is, és az ott elhangzottakról tájékoztatják társaikat. Az ipari szakemberek ritkán tudnak időt és pénzt áldozni egy tudományos konferenciára, amikor az ott elhangzottak csak kis részben érdeklik közvetlenül őket. A kutatók közötti információcsere igen jól működik a IUFRO kétévente más országban megrendezett faipari szárítási konferenciája révén. Az idén júliusban volt a 7-ik ilyen konferencia ezúttal Japánban. Ennek a szervezetnek 1992 óta magyar résztvevője is van, aki ha nem is tudja kellő hatékonysággal a behozott információt terjeszteni, de azokat bárki rendelkezésére bocsátja. A kilenc év alatt azt tapasztaltuk, hogy az érdeklődés igen csekély, aminek elsőrendű oka az angol nyelvtudás hiánya, illetve az elméleti kutatások csökkenése lehet. Aki részt vesz kutatásban, azt már nem teheti meg egymagában, csakis nemzetközi kutatócsoport tagjaként. Ebben az esetben pedig tud angolul, és maga is beszerezheti az információkat. Az egyes előadáskötetek könyvtárakban való elhelyezése sem biztosítja azt, hogy az abban foglalt információk eljuthatnak az érdeklődőkhöz, mert senki nem tudja kiterjeszteni a figyelő szolgáltatást az ilyen kötetekre. Az információ csere lehetősége belföldön a faipari szárítási témákat illetően igen sok félreismert, vagy magyarázott érdek miatt megszűnt, illetve kereskedelmi érdekek szolgálatába szegődött. Ma már az is gondot jelent, hogy a hallgatóinkat megtanítsuk a könyvtárak használatára, mert a szakmai irodalomkutatás legelemibb feltételei hiányoznak. Az is gond, hogy egy jobb képességű hallgató, vagy doktorandusz munkáját hol tudjuk elhelyezni a szakmai folyóiratok hiánya miatt. Így egyre kevesebb a remény a kutatói gárda utánpótlás nevelésére. Európában csak 1999-ben indult meg egy tudományos információk cseréjére alapított együttműködés az EU keretein belül 5 éves időtartamra szervezett munkacsoport COST Action E15 néven. Ennek is van magyar delegált tagja, miután Magyarország sikeresen pályázott a felvételre. A szervezetben 21 ország képviselője dolgozik, évente két alkalommal tartanak megbeszélést. Ennek a munkacsoportnak a működése elismerten az egyik legsikeresebb COST Action. Most van a tevékenységük félideje, de már három sikeres nemzetközi konferenciát rendezett, az egyiket éppen Sopronban. A munkacsoport két alapvető témakört dolgoz ki. Az egyik a szárítás ipari problémáival és fejlesztési kérdésekkel foglalkozik, a másik pedig az elméleti kutatásokat, illetve az abból kapott információkat dolgozza fel. A tevékenység befejeztével egy összefoglaló könyvet jelentetünk meg, amelyben naprakész információkat szeretnénk a szárítási kutatások eredményeiből közreadni. Sajnálatos tény, hogy az itthon nehezen beszerzett információk bedolgozása a rendszerbe, majd a kapott információk itthoni közreadása (fordítás, postaköltség, telefonköltség, adminisztrátori teendők ellátása) semmilyen módon nem támogatott. A COST magyarországi titkársága úgy gondolja, hogy egy egyetemnek testhezálló és megtisztelő feladat a munkacsoportban való tevékenység. Ez talán így is van, de lehetőséget eddig az egyetem semmilyen formában nem tudott biztosítani, és így a munkában való részvétel sikere kizárólag a résztvevő szakértő lelkesedésén múlik. Hozzá kell tenni, hogy a részvételi lehetőségért a magyar kormány komoly pénzösszeget fizet évente az EU-nak. (A szakértők munkadíjat nem kapnak, az utazási költségeket pedig öt hat hónap időtartamra saját maguk előlegezik meg). A faipari szárítási technológiák várható alakulása a jövőben A szárítókamrák méretének csökkenése. A közelmúltban megszűntek a nagyméretű és tömeggyártásra kialakított üzemek, és helyükbe léptek az öt-hat embert foglalkoztató kisméretű asztalos üzemek, amelyek a saját szárítási igényüket saját kisméretű szárítóberendezéssel tudják gazdaságosan megoldani. Ezekhez a kisebb méretű kamrákhoz

5 5 újabb technológiák jelentek meg, amelyek elsősorban a jó minőségre fektetik a hangsúlyt, ezért általában alacsonyabb szárítási hőmérsékletekkel dolgoznak. Máris megjelentek a kisméretű konvekciós üzemű szárító dobozok, ami a műhelyen belül is elhelyezhető. Ugyanilyen kis dobozok hőszivattyús üzemmódban is működtethetők, ami tekintettel a helyi kis műhelyekben szokásos energiaellátásra, a legolcsóbban villamos bekötéssel helyezhető üzembe, de energiafelhasználása minimális. Bizonyára hamar megjelennek majd a kisméretű vákuumszárítók is. Energiafelhasználás csökkentése. Az egyik legfontosabb területe a faipari szárítással kapcsolatos fejlesztéseknek a szárítás energiafelhasználásának csökkentése. Ez akár az üzemi hőmérsékletek helyes megválasztásával, vagy a távozó levegő hőtartalmának visszanyerésével is elérhető. Elméletileg kidolgozott a minimum energia felhasználáson alapuló szárítási menetrend készítése is. A faipari üzemen belül pedig a technológiák életcikluselemzése során találhatók meg a rendszerben lévő energiatakarékos üzemet adó lehetőségek. Ide sorolom a Pinch-technológia alkalmazását is. Az energiatakarékosság kiterjed a légtechnikai berendezések, ventilátorok átalakítására is. Kamra építészeti kialakítása Az elmúlt években sokat fejlődött a kamrák kialakítása, és a korábban felhasznált szerkezeti anyagok helyett alkalmazott új anyagok alkalmazása. A modern szárítóberendezéseket gyártó cégnek egyre kevésbé érdeke az, hogy a nagy munkaigényű és drága szerkezeteket ne szállítsa együtt a kamra berendezéseivel. Ezért pl. ajánlatokat és terveket készítenek a kamra építmény házilagos kivitelezéséhez. Ezért a drága építési technológiájú vasbeton szerkezetek helyett a hagyományos téglafalazást, illetve a legújabb elképzelés szerint fapanelekből épített kamrákat ajánlanak. Ez utóbbi az egyik legtetszetősebb ötlet a környezetbarát technológiák alkalmazására. Az elektronikus információs hálózat felhasználása A gyártó cégek egyre másra készítik el honlapjaikat, amin mindenki számára hozzáférhető módon közlik a berendezések műszaki adatait, a működtetéshez értelmező leírásokat, kezelési utasításokat, a berendezés kiválasztásához segítséget nyújtó szempontokat, stb. A szárítókat előállító cégek közösen működtetik ezt a rendszert (Kiln Drying Associations), amely a faipar számára on-line állandóan frissített információkat szolgáltat a faszárítás elméleti kérdéseiről, a kamrakialakításról, a szerelési megoldásokról, az üzemeltetésről. Ezen kívül komplett szárítókamra építési és szerelési tervdokumentációt is ajánlanak annak megkönnyítésére, hogy az építtetők olcsóbban valósíthassák meg a szárítóüzemüket. Az egyes berendezések, hőcserélők, ventilátorok, kazánok, stb beszerzésére az azokat gyártó cégekhez irányítják a vevőket, ezzel is csökkenthető a bekerülési összeg. A megépült berendezés üzembe helyezése a szakcég irányításával történik, amely egyúttal a működésre is kiterjedő garanciát is eredményez. A kamra automatika által rögzített paraméterek számítógépes feldolgozása azt is jelenti, hogy az eladó állandó Internet kapcsolatban állhat az egyes telephelyeken üzemelő berendezésekkel, és így felhívja a figyelmet az esetleges helytelen üzemmódra, vagy be is avatkozhat a programba és ezzel javít az üzemmódon. Egy ilyen web oldal található a címen.

6 6 Minőségbiztosítási kérdések a faipari szárításban A faipari fűrészárú, vagy más termék szárítása egy értéknövelő technológia. Az azonban nagyon nehezen határozható meg, hogy milyen fizikai tulajdonságokkal jellemezhetőek számszerűen ezek az értékek, vagyis a minőség. Az EU egyik tíz éve folyamatban lévő projektje foglalkozik az igen nehezen konkretizálható minőségi paraméterek meghatározásával. A korábban érvényben lévő szabványok sem érték el a célt, mert a faanyag fizikai tulajdonságai is nehezen számszerűsíthetők, illetve a technológiai folyamat végén nem garantáltan biztosítható paraméterek (szín, erezet, belső feszültség állapot, stb.). Nem utolsó sorban a faanyag humáncélú felhasználása miatt az a jó minőség, amit a vevőnek megfelel. Erre igen nehéz műszaki megalapozottsággal meghatározott minőségi követelményrendszert készíteni. Irodalom Welling, J., (2001) Drying quality is there a need for action? Proceedings of the 3 rd European COST E15 Workshop on Wood Drying. /6/.pp Salin, J.G., (2001) Determination of the most economical drying schedule and air velocity in softwood drying. Proceedings of the 3 rd European COST E15 Workshop on Wood Drying./7/ pp.1-10 Negri, M., Allegretti O., Travan L., (2000) Overwiew on Italian manufacturers of drying plants. Proceedings of the 2 nd COST E15 Workshop on Quality Drying of Hardwood in Sopron. /7/ pp.1-8 Perre, P., (2001) The drying of wood: the benefit of fundamental research to shift from imrovement to innovation?, Proceedings of the 7 th International IUFRO Wood Drying Conference in Tsukuba Japan, pp.1-13