Термічна деструкція деревини різного віку стовбурів Robinia pseudoacacia L.

Abstract

Екосистемні функції інтродукованих видів, які можуть виявляти інвазійні ефекти, можуть передбачати використання їх надземної біомаси у якості енергетичних ресурсів на регіональному рівні. Одним з таких видів є робінія несправжньоакація (Robinia pseudoacacia L.). У степовій зоні України з цього виду сформовані лісові насадження різного функціонального призначення, переважно протиерозійні. Використання деревини стовбурів робінії у якості дров’яної деревини передбачає знання термічних характеристик надземної біомаси та їх залежностей від віку деревини. У роботі досліджено термічні показники термодеструкції деревини та їх залежність від її віку. Відбір проб було здійснено на ділянках самозарощування R. pseudoacacia покинутих сільгоспугідь Дніпропетровської області. Процес термічного аналізу зразків деревини стовбура робінії досліджено методом термогравіметричного аналізу на дериватографі Q-1500D. Енергія активації термоокиснювальної деструкції зразків деревини була визначена за методом Бройдо. Встановлено, що термічна деструкція біомаси деревини стовбура робінії відбувається у три стадії та має подібний характер для деревини різного віку. На першій стадії відбувається випаровування води та летких сполук; на другій – розкладання основних компонентів деревини – геміцелюлози, целюлози та лігніну. На останньому третьому етапі завершується розкладання лігніну та відбувається окиснення вугілля, яке утворилося на попередній стадії. У температурному інтервалі 50–150 °С деревина стовбурів робінії різного віку втрачає в середньому 1,5–9,0 % маси, найбільше втрачає масу деревина віком 2–6 та 16–20 років. Цей процес супроводжується незначним ендотермічним ефектом. У діапазоні температур 340–600 °С, відбувається остаточне розкладання целюлози та лігніну. Основний етап термодеструкції деревини стовбурів робінії віком від 2 до 14 років закінчується при температурі 400–420 °С. Деревина стовбурів дерев робінії віком понад шести років переважно складена лігніном, що обумовлює їх значну теплотвірну здатність. – The ecosystem functions of the species that may manifest their invasive traits may involve the use of their above-ground biomass as energy resources at regional level. One of these species is Robinia pseudoacacia L. (black locust). The forest plantations with various functional purposes, mainly anti erosion, are formed from black locust in the steppe zone of Ukraine. The application use of black locust trunk wood as firewood requires knowledge of the thermal characteristics of its biomass and their dependence on age. The work investigates the thermal characteristics of wood thermal degradation and their dependence on the age of wood. Sampling was carried out in a black locust plantation in the Dnipropetrovs'k region. The process of thermal analysis of black locust trunk wood samples was studied by thermogravimetric analysis on the derivatograph Q-1500D. The activation energy of thermo-oxidative degradation of wood samples was determined y the Broydo method. It was found that the thermal destruction of black locust trunk wood biomass occurs in three stages and is similar for wood of different ages. The first stage involves the evaporation of water and volatile compounds; the second stage involves the decomposition of the main components of wood – hemicellulose, cellulose, and lignin. The last third stage completes the decomposition of lignin and oxidizes the charcoal formed in the previous stage. It was found that in the temperature range of 50–150 °С, wood of black locust trunks with different ages loses an average of 1.5–9.0 % of its mass, with the greatest mass loss in wood aged 2–6 and 16–20 years. This process is accompanied by a slight endothermic effect. In the temperature range of 340-600 °C, the final decomposition of cellulose and lignin occurs. The main stage of thermal decomposition of black locust trunks aged 2 to 14 years ends at a temperature of 400–420 °C. The trunks wood of the black locust trees older than six years is predominantly composed of lignin, which determines their high calorific value.