Wartość opałowa drewna

Drewno staje się coraz bardziej preferowanym źródłem energii cieplnej. Kominek we własnym domku jednorodzinnym nie jest już luksusem, ale raczej elementem prawie że obowiązkowym, a rozmowy ze zdunami stawiającymi obecnie kaflowe piece wykazują, że na brak pracy wspomniani specjaliści nie narzekają i kaflowy piec – chciałoby się powiedzieć: przeżytek – wraca do łask.

Podobnie jest w branży związanej z drewnem opałowym. Firm sprzedających drewno kominkowe, czy po prostu drewno opałowe, przybywa jak grzybów po deszczu, wszelakich publikacji na temat drewna opałowego (w większości pisanych w celach marketingowych) – również. Wskutek tego w prasie, Internecie, ulotkach i/lub materiałach reklamowych wielu firm w różny sposób związanych z drewnem opałowym/kominkowym terminy „wartość opałowa drewna”, „ciepło spalania”, „kaloryczność” pojawiają się wielokrotnie. Niestety jednak zazwyczaj… w kompletnej abstrakcji od rzeczywistych ich definicji. Przyczyny tego stanu rzeczy omówimy sobie w treści artykułu.

Aby dojść do sedna sprawy, musimy przybliżyć sporą porcję wiedzy o drewnie jako materiale opałowym, przy okazji weryfikując inne, nie raz głoszone poglądy.

Ogólny podział drewna

Drewno dzielimy na: drewno liściaste, drewno iglaste oraz drewno krzewów. Drewno krzewów ma marginalne znaczenie jako drewno opałowe, a i inne zastosowania tego surowca są bardzo specyficzne (np. drewno trzmieliny jest najlepszym surowcem do wytwarzania węgla drzewnego będącego komponentem wkładów ołówkowych).

Pozostaje wybór pomiędzy drewnem iglastym i liściastym. Można przyjąć, że drewno opałowe iglaste jest tańsze od drewna opałowego liściastego, biorąc pod uwagę cenę jednostkową za jednostkę objętości. Jednak po pierwsze to nie cena za 1m3 jest tu kluczowa (ważniejsza jest ilość energii uzyskiwanej z jednego „kubika”), a po drugie nie wszystkie instalacje są przygotowane do spalania drewna iglastego zawierającego żywicę. Kominki wszelkiego rodzaju to najlepszy przykład – nie za bardzo wskazane jest spalanie w nich drewna gatunków iglastych zawierających w drewnie żywicę.

Na marginesie – nie wszystkie drzewa iglaste zawierają w drewnie żywicę. Jeżeli drewno jodłowe pozbawimy kory (bo tylko kora jodłowa żywicę zawiera) – możemy palić nim w kominku do woli. Rewelacyjny opał to nie będzie, ale nic złego naszemu kominkowi się nie stanie, a wiedza taka może czasem po prostu okazać się przydatna.

Od czego zależy wartość opałowa drewna?

Poszczególne gatunki drewna mają mniej więcej zbliżoną wartość opałową. Generalnie możemy uznać, że wartość opałowa gatunków iglastych jest o około 6 proc. wyższa w stosunku do gatunków liściastych, a spośród głównych rodzimych gatunków drewna najwyższą wartość opałową wykazuje sosna, a najniższą – grab! Wynika to ze sposobu wyrażania tego parametru – wartość opałowa wyrażana jest w przeliczeniu na 1kg drewna.

Poszczególne gatunki drewna charakteryzują się różną gęstością. Gatunki o dużej gęstości (w granicach 650-800 kg/m3) to dąb, buk, wiąz, grab, jesion i robinia (popularnie akacja), gatunki o lekkim drewnie (około 400-500 kg/m3) to topole, wierzby, olsze i gatunki iglaste z wyjątkiem modrzewia, gęstość w granicach 600 -640 kg/m3 mają brzoza, klon i modrzew.

Istnieje dość powszechny pogląd, że drewno twarde (o dużej gęstości) posiada wyższą wartość opałową. Jest to nieprawda. Drewno gatunków o dużej gęstości ma niższą wartość opałową, ale ma większą masę przy tej samej objętości w porównaniu z drewnem lekkim, czym należy tłumaczyć wspomniany powyżej potoczny pogląd. Zabrzmi to trochę komicznie, ale drewno ciężkie ma po prostu więcej „drewna w drewnie”, czyli więcej substancji palnej w tej samej jednostce objętości. W Polsce drewno póki co bardzo rzadko sprzedawane jest według masy, a głównie według objętości. Mimo to ta sama objętość twardego drewna liściastego (o większej gęstości) jest jednak z reguły sporo droższa, wskutek czego nawet w przeliczeniu na jednostki masy kilogram lekkiego drewna opałowego gatunków iglastych (np. sosny) przeważnie i tak bywa tańszy niż kilogram drewna o większej gęstości (np. brzozowego).

Prawdą natomiast jest, że drewno gatunków o dużej gęstości posiada wyższą opałową wartość właściwą, czyli wartość energii zawartej w jednostce objętości (wyrażaną w MJ/m3), co część osób błędnie interpretuje jako wartość opałową. Dość często w przypadku określania ilości energii zawartej w drewnie określa się też terminu „kaloryczność”, który w słowniku języka polskiego zdefiniowany jest jako „miernik wartości odżywczej artykułów żywnościowych”…

Puentując żartobliwie: o kaloryczności drewna mówić można – ale najlepiej w kontekście diety owadów drewnem się odżywiających…

Chemiczne składniki drewna

Palna substancja drzewna zbudowana jest głównie z celulozy i ligniny. Aby przybliżyć możliwą do uzyskania ze spalania drewna ilość energii, konieczne jest wprowadzenie terminu „ciepło spalania” (jego znaczenie rozszyfrujemy za chwilę).

Ciepło spalania celulozy wynosi około 17-18MJ/kg, a ligniny około 25,5MJ/kg. Im więc wyższy udział ligniny, tym wyższe ciepło spalania. Stosunek obu substancji w drewnie nie jest stały i zależy m.in. od gatunku drzewa (np. osika i wierzba mają wyższy udział celulozy niż dąb czy grab), co jest pierwszym czynnikiem wpływającym na ciepło spalania danego rodzaju drewna.

Drugim czynnikiem jest obecność żywic w drewnie. Ciepło spalania żywic wynosi 35-38MJ/kg (2 razy więcej niż samej masy drzewnej!). W związku z tym ciepło spalania drewna żywicznego jest dużo wyższe niż analogicznego drewna nieżywicznego. Typowy dla drewna sosnowego udział żywic wynosi 2,5 proc., jednak w skrajnych przypadkach może on wzrosnąć do ponad 40 proc., co spowoduje wzrostem ciepła spalania drewna o około 25 proc.

Ciekawym gatunkiem pod względem żywicy jest świerk. Dużo rzadziej ma on typowe dla sosny przeżywiczenia, natomiast ma wyjątkowo dużo nagromadzeń żywicy w postaci soczewkowatych szczelin pomiędzy słojami rocznymi, tzw. pęcherzy żywicznych, które w trakcie spalania drewna świerkowego charakterystycznie i głośno „strzelają”, pryskając płonącą żywicą. Przy otwartym palenisku w domu mogą nawet wywołać pożar.

Kiedyś ze smolnych polan sosnowych wytwarzano tzw. łuczywo, którym oświetlano domostwa, dziś żywiczne/smolne drewno sosnowe jest świetnym materiałem na rozpałkę, a kawałki takiego drewna, służącego do zainicjowania procesu palenia, popularnie nazywane są smolakiem/drzazgą/łuczyną.

Ciepło spalania a wartość opałowa

Ciepło spalania i wartość opałowa to podstawowe parametry charakteryzujące drewno jako materiał opałowy. Ciepło spalania jest to ilość energii (wyrazimy ją w megadżulach [MJ]), jaka powstaje przy spaleniu 1 kg suchego paliwa i ochłodzeniu powstających spalin do temperatury otoczenia. Podczas ochładzania spalin ulega skropleniu para wodna, oddając tzw. ciepło utajone. Pełną wartość ciepła spalania udaje się uzyskać jedynie w laboratorium (warunkach domowych nie mamy bowiem możliwości odzyskiwać energii poprzez ochładzania spalin). Ciepło spalania waha się dla drewna suchego w granicach 20MJ.

W warunkach normalnego spalania para wodna nie ulega skropleniu, nie oddając ciepła utajonego. Ciepło spalania pomniejszone o ciepło utajone pary wodnej nazywane jest wartością opałową drewna. Za wartość opałową drewna przyjmuje się przy obliczaniu zapotrzebowania na drewno opałowe 15MJ/kg. Taką wartość opałową średnio posiada drewno składowane przez 12-18 miesięcy (w zależności od gatunku).

Wartość opałowa drewna przeliczona na jednostki objętości (np. MJ/m3) nosi nazwę opałowej wartości właściwej. Koryguje ona wartość opałową drewna o gęstość poszczególnych gatunków. Teoretycznie więc gatunki o cięższym drewnie powinny mieć wyższą opałową wartość właściwą. Mają one jednak niższe ciepłe spalania i wskutek tego przykładowo lżejsze drewno sosnowe ma wyższą opałową wartość właściwą w stosunku do cięższego drewna olchowego. Pamiętając zaś o tym, że gatunki iglaste mają średnio kilka procent wyższą średnią wartość opałową, znajdujemy odpowiedź na pytanie, dlaczego cechujący się podobną gęstością do brzozy modrzew ma wyższą od niej opałową wartość właściwą.

Niekiedy może zdarzyć się, że drewno kupować będziemy nie w metrach sześciennych, ale w metrach przestrzennych (np. kupując drewno u pośrednika). Według niektórych źródeł przeliczenie jednych na drugie jest bardzo kłopotliwe. To też swoisty mit!

Drewno opałowe najczęściej (95 proc. przypadków) będzie tzw. drewnem krótkim, czyli o długości do 1,5 m. W tym przypadku kupując drewno stosowe grupy S2, należy pamiętać, że 1 metr przestrzenny [(m3 (p)] to 0,65 metra sześciennego [m3] (dla wszystkich gatunków prócz jodły, świerka, buka i graba, gdzie przelicznik ten wyniesie 0,7). Przy drewnie grupy S4 (czyli drewnie opałowym „z nazwy”) współczynnik 0,7 wystąpi tylko przy świerku i jodle.

Wartość opałowa kory drzewnej

Nie ma prostych zależności pomiędzy wartością opałową drewna i kory. W niektórych przypadkach wartość opałowa kory jest nieznacznie niższa od wartości opałowej drewna (np. drewno sosnowe – różnica 2 proc.), nieznacznie wyższa (np. świerk – różnica 1 proc.), wysoka (drewno olchowe – 12 proc.) lub bardzo wysoka (drewno brzozowe – wartość opałowa kory wyższa o 17 proc. !).

Nie zapominajmy jednak o najważniejszym – kupując drewno bezpośrednio w Lasach Państwowych, płacimy za … samo drewno (kora to „opakowanie”), czyli nazywając rzeczy po imieniu, korę otrzymujemy niejako „za darmo”, co powoduje, że dywagacje o tym, ile który gatunek ma kory nabierają nowego znaczenia.

Można przyjąć w uproszczeniu, że gęstość kory to ok. 2/3 gęstości drewna. Wziąwszy pod uwagę udział korowiny w drewnie dębowym, można powiedzieć, że kupując opałowe drewno dębowe zgodnie z zasadami przyjętymi w LP, otrzymujemy 15 proc. „bonus”. Przy drewnie bukowym czy grabowym ten „bonus” będzie 2,5-krotnie mniejszy.

W związku z tym nie ma żadnych przesłanek, aby kwestionować kwestie udziału kory u gatunków o grubej korowinie, zwłaszcza że z pewnością pozbawione korowiny drewno brzozowe włożone do kominka byłoby chyba jednym wielkim nieporozumieniem. Wbrew pozorom nawet przy drewnie opałowym estetyczne walory drewna są czasem niezmiernie istotne.

W tym miejscu warto powrócić do przyczyn błędnego pojmowania terminu „wartość opałowa drewna”. Zapewne są dwie główne:

  1. W części przypadków z pewnością jest to efekt uproszczeń, które można porównać do popularnego zdania z reklamy, w myśl którego 1 tic-tac to tylko 2 kalorie. W rzeczywistości 1 tic-tac to nie są 2 kalorie, a 2 kilokalorie, czyli 1000 razy więcej. Językowo – jest to pewna forma uproszczenia, z punktu widzenia fizyki – koszmarny błąd. Funkcjonujący w języku potocznym termin „wartość opałowa” też takim uproszczeniem z pewnością jest.
  2. Brak wiedzy! – dlatego warto czytać, a Nauka o drewnie Franciszka Krzysika powinna być Biblią każdego, kto chce o drewnie wiedzieć więcej, niż mówią jedynie reklamy. W oparciu o wspomnianą książkę powstawał także i niniejszy artykuł.

 

Gęstość, wartość opałowa i opałowa wartość właściwa drewna wybranych rodzajów drewna

Rodzaj drewna Gęstość drewna suchego

(do celów porównawczych) [kg/m3]

Wartość opałowa

o wilgotności 15 proc. (stan powietrznie suchy)

[MJ/kg]

opałowa wartość właściwa [GJ/m3] opałowa wartość właściwa [GJ/m3(p)]
brzoza 600 15,6 9,4 6,1
buk 690 15,6 10,8 7,5
dąb 710 15,0 10,7 6,9
grab 770 14,1 10,8 7,6
jawor 630 14,9 9,4 6,1
jesion 710 14,8 10,5 6,8
modrzew 600 16,0 9,6 6,2
olsza czarna 520 15,0 7,8 5,1
sosna 460 16,2 7,4 4,8
świerk 380 16,4 6,2 4,4
topola czarna 450 14,3 6,4 4,2
trześnia 610 15,1 9,2 6,0
robinia 750 15,7 11,8 7,7
wiąz 650 15,9 10,4 6,7
wierzba 460 14,8 6,8 4,4

Tabela obrazuje zależność pomiędzy rodzajem drewna, jego gęstością, wartością opałową oraz opałową wartością właściwą wyrażaną w przeliczeniu na metr sześcienny i (dla ułatwienia) w przeliczeniu na metr przestrzenny.

Powyższe wartości (jak i publikowane powszechnie w Internecie i prasie) pomijają jeden istotny fakt – mówiąc w swoistym uproszczeniu, trzeba dodać, że kupując drewno w LP płacimy wyłącznie za substancję drzewną, a kora jest swoistym „gratisem”. Dla pełnej jasności, obliczając kluczowy dla oceny drewna opałowego parametr – opałową wartość właściwą, należałoby skorygować ją o udział i wartość opałową kory. Dla gatunków o cienkiej korowinie (grab, buk, świerk, jodła), aby w pełni oszacować wartość opałową właściwą, należałoby dodać ok. 5 proc., dla pozostałych ok. 10-15 proc. (wartości z końca zakresu dla robinii i dębu).

Co mówi tabela? Gatunkiem, którego drewno cechuje najwyższa opałowa wartość właściwa jest robinia. Dalej (w zasadzie ex aequo) wymienić można grab, buk, dąb, jesion i wiąz. Kolejne są modrzew, brzoza, jawor i trześnia. Za nimi znajdą się sosna oraz olsza.

Gatunki o drewnie z najmniejszą opałową wartością właściwą to topole, wierzby i świerk. Wysokie walory opałowe posiadają gatunki owocowe. Szczególnie korzystnie wyróżnia się grusza, którą spokojnie zestawić można z dębem.

Problem wilgotności drewna

Świeżo pozyskane drewno ma wilgotność rzędu 80 proc. (jest to wartość wilgotności bezwzględnej, czyli stosunek masy wody zawartej w drewnie do masy substancji drzewnej), natomiast wilgotność pożądana to 15-25 proc. (im mniej, tym lepiej, choć oczywiście „do zera” zejść się nie da.., na wolnym powietrzu drewno wyschnie, powiedzmy, do ok. 15 proc. wilgotności, w suchym pomieszczeniu do ok. 8 proc.).

Drewno o wyższej wilgotności składowane w nieprzewiewnych pomieszczeniach, szczególnie w ciepłej porze roku, niemalże natychmiast ulega niekorzystnym procesom – zaparza się (np.: brzoza, olsza, osika), opanowuje je sinizna (iglaste) i ostatecznie zgnilizna (wszystkie gatunki). Obniżenie poziomu wilgotności jest niezbędne. W celu zmniejszenia ilości wody w drewnie opałowym musi być ono, po rozdrobnieniu na polana, suszone przez okres przynajmniej jednego roku (gatunki o dużej gęstości drewna, zwłaszcza dębu, należy suszyć dłużej). Suszenie jest także niezbędne z innego powodu.

Każdy, kto chociaż raz próbował spalić mokre drewno wie, że pali się ono gorzej niż suche, o ile pali się w ogóle! Są gatunki, których drewno będąc mokre, jest wyjątkowo oporne na spalenie, jak np. świerk, są też takie, które mokre palą się dość dobrze, jak np. topole. Nie zmienia to jednak prawdy podstawowej. Drewno wysuszone każdego gatunku pali się lepiej od swojego mokrego odpowiednika. Dzieje się tak dlatego, ponieważ w drewnie o większej wilgotności znajduje się woda, która się przecież nie pali, a musi zostać z drewna odparowana. Najlepiej ten proces obrazuje gęsty, biały dym (o dużej zawartości pary wodnej) pochodzący ze spalania mokrego drewna. Im drewno bardziej suche, tym dym bardziej przezroczysty.

Ponieważ woda ma niezwykle duże ciepło parowania, potrzeba jest dużo energii do jej przeprowadzenia w stan gazowy. Tak więc oprócz tego, że mokre drewno pali się o wiele słabiej, to dodatkowo występują straty energii w nim zawartej w stosunku do możliwości potencjalnych. Drewno świeże (bezpośrednio po ścince – o wilgotności 80 proc.) ma wartość opałową o około 40 proc. niższą w stosunku do drewna składowanego w bardzo przewiewnym i zadaszonym miejscu przez ponad rok.

Pozostałości po spaleniu drewna

Sole mineralne zawarte w substancji drzewnej nie spalają się i tworzą popiół. Ponieważ stanowią one tylko około 1 proc. budowy drewna, dlatego też ilość popiołu powstającego ze spalania także wynosi 1 proc. w stosunku do wyjściowej masy suchego drewna (ilość ta może wynosić nawet 0,5 proc. w stosunku do suchej masy drewna). Ilość popiołów powstających np. ze spalania węgla jest pięciokrotnie wyższa.

Co możemy zrobić z popiołem drzewnym i czy jest on szkodliwy dla środowiska naturalnego? Najprostszym sposobem utylizacji popiołu powstałego ze spalania drewna jest… użycie go jako nawozu np. do naszych trawników. Popiół drzewny to nic innego, jak sole mineralne, głównie związki wapnia, magnezu, potasu i fosforu, niezbędne dla prawidłowego wzrostu roślin.

Tekst: Edyta Rosłon-Szeryńska

Katedra Architektury Krajobrazu SGGW

Robert Kimbar

autor Wad drewna – kompleksowej publikacji dotyczącej klasyfikacji surowca drzewnego

 


Zamów prenumeratę: gospodarz-samorzadowy.pl/prenumerata
Cały tekst dostępny w wersji papierowej miesięcznika „Gospodarz. Poradnik Samorządowy”
lub na platformach sprzedaży online



Podobne artykuły

  • O bezpieczeństwie pasażerskiego taboru kolejowego

    Przewoźnicy kolejowi dbali o stan techniczny taboru oraz właściwe kwalifikacje maszynistów, kierowników pociągów i konduktorów. Większość urządzeń odpowiedzialnych za wykrywanie …

  • Rządowy Fundusz Inwestycji Lokalnych – reguły podziału

    Przedstawione opracowanie poświęcone jest sposobowi dystrybucji środków z II transzy Rządowego Funduszu Inwestycji Lokalnych, które zostały rozdysponowane w grudniu 2020 …

  • Problemy z odpadami

    O postępowaniu z odpadami komunalnymi po przetworzeniu ich w instalacjach mechaniczno-biologicznych NIK negatywnie oceniła skuteczność monitorowania przez organy administracji publicznej …