مشکلات زیست محیطی ناشی از استفاده بی‌رویه از چوب و کمبود این ماده اولیه در صنایع چوب و کاغذ اصلی‌ترین چالش این صنایع در کشور محسوب می‌شود. جمعی از کارشناسان منابع طبیعی و جنگل، برای رفع کمبود مواد اولیه استفاده از منابع پسماندهای کشاورزی موجود در کشور که علاوه بر تأمین مواد اولیه این صنعت، موجب توسعه پایدار بخش کشاورزی نیز می‌شود اعتقاد دارند پسماندهای کشاورزی نظیر باگاس، ساقه پنبه، کلزا، کاه گندم، برنج، جو و سایر منابع جایگزینی خوبی برای استفاده در مواد اولیه صنایع چوب و کاغذ است. استفاده از این پسماندها می‌تواند باعث کاهش در مقدار مصرف ماده اولیه و انرژی شود و محصولات با کارایی بالاتر و قیمتی پایین‌تر را روانه‌ی بازار مصرف کند.
کاغذ یک پاره اصلی تمدن طی سال‌های گذشته است و از منابع گیاهی تهیه می‌شود و از نظر فیزیکی، شیمیایی و مورفولوژی ماده پیچیده‌ای است که در صنعت کاغذسازی ماده اولیه تولید کاغذ چوب است. امروزه در بسیاری از اوقات آتش‌سوزی جنگل‌ها، مراتع و اراضی کشاورزی، آلاینده‌های خروجی از خودروها، کارخانجات، فاضلاب‌های صنعتی و خانگی موجب آلودگی و تخریب هرچه سریع‌تر محیط‌زیست و کمبود در ماده اولیه صنایع خمیر و کاغذ می‌شود.
با توجه به تنوع و کاربرد فراورده‌های حاصل از چوب و کاغذ تقاضا برای این محصولات به‌شدت افزایش یافته و عواملی مانند رشد جمعیت، کمبود منابع چوبی و افزایش نرخ تقاضا، استفاده از پسماندهای کشاورزی مانند باگاس، کلزا، کاه گندم و غیره اهمیت ویژه‌ای پیدا کرده است.
بر اساس آمارهای موجود در ایران تقریباً نیمی از پسماندهای کشاورزی در مراحل مختلفی سوزانده و از بین می‌روند که از دلایل آن می‌توان به پایین بودن سطح آگاهی مردم، عدم دسترسی به ماشین‌های مناسب و آسان بودن این کار اشاره کرد اما با توجه به تحقیقات زیادی که در زمینه‌ی استفاده از پسماندهای کشاورزی صورت گرفته و وجود منابع قابل‌توجه از این پسماندها در کشور باید به فکر جایگزینی این مواد لیگنو سلولزی به جای چوب‌های جنگلی بود.
استفاده از پسماندهای کشاورزی در صنعت چوب و کاغذ ایران
استفاده از پسماند کشاورزی به عنوان منابع جایگزین در صنایع چوب و کاغذ پذیرفته شده زیرا به عنوان منابعی تجدیدپذیر که تضمین‌کننده تداوم صنعت چوب و کاغذ در کشور هستند، محسوب می‌شوند. استفاده بی‌رویه از منابع جنگل‌ها و رشد چشمگیر کارخانجات صنایع چوب و کاغذ، استفاده از پسماندهای کشاورزی را امری اجتناب‌ناپذیر ساخته است.
شکل ۱- سهم پسماند قابل استحصال محصول‌های مختلف در کشور طی سال‌های ۸۱ تا ۸۴
کاه گندم
یکی از محصولات کشاورزی که در سطح وسیعی در مزارع کشور کشت می‌شود کاه گندم است که در سال‌های اخیر تولید آن به ۱۲ میلیون تن رسیده است که با این احتساب ۱۸ میلیون تن کاه گندم به صورت پسماند در مزارع باقی می‌ماند. کاه گندم به علت لیگنین پایین‌تر، قیمت پایین‌تر از چوب، سلولز برابر با درختان، وسعت بسیار زیاد کشت و در دسترس بودن آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. وجود سیلیس و عدم وجود یک سیستم مخصوص منطبق با شرایط موردنیاز صنایع چوب از معایب کاه گندم است.
بررسی تولید خمیر CMP از کاه گندم
در ابتدا ویژگی‌های بیومتریک الیاف و ترکیبات شیمیایی ساقه کاه گندم تعیین می‌شود، سپس پخت‌ها با استفاده از دو ترکیب ماده شیمیایی سود سوزآور خالص و مخلوط سولفیت سدیم و کربنات سدیم به نسبت یک به یک دوم در سه سطح ۶، ۸ و ۱۰ درصد و زمان در سه سطح ۲۰، ۳۰ و ۴۰ دقیقه مجموعاً ۱۸ تیمار مختلف در سه تکرار انجام می‌گیرد.
تیمار در شرایط حمام آبی (C 98-95) و فشار یک اتمسفر و نسبت مایع پخت به کاه ۱۰ به ۱ انتخاب می‌شود. به طور کلی پخت‌های با سولفیت دارای بازده و مصرف انرژی پالایش زیادتر از سود سوزآور هستند زیرا سود سوزآور فعال‌تر از سولفیت سدیم بوده و در طی پخت لیگنین و پلی ساکاریدهای بیشتری را حل می‌کند.
به همین دلیل بازده تولید خمیر کاغذ حاصل از آن کمتر است و الیاف کاه گندم بهتر تفکیک می‌شود و درنتیجه وازده الک کمتری به دست می‌آید. بر اساس ویژگی‌های خمیر کاغذهای حاصله و شرایط پخت آن‌ها ۶ تیمار متشکل از پخت‌های ۳۰ دقیقه‌ای برای ساخت کاغذ و مقایسه ویژگی‌های مقاومتی آن‌ها انتخاب می‌شود و سپس خمیر کاغذها تا درجه روانی ۲۵±۳۵۰ میلی‌لیتر (C.S.F) پالایش می‌شوند. مقاومت‌های کاغذهای حاصل از پخت با سود سوزآور به طور قابل‌توجهی بیشتر از سولفیت است؛ همچنین مقدار مصرف ماده شیمیایی اثر مستقیمی بر مقاومت‌ها (مقاومت بر ترکیدن) می‌گذارد.
باگاس
باگاس پسماند سلولزی است که پس از عصاره‌گیری از نیشکر به صورت خشک و فیبری و تراشه‌های ریز باقی می‌ماند که ترکیب کلی آن فیبر، رطوبت و مواد جامد است. باگاس قسمت اصلی بافت گیاهان را تشکیل می‌دهد (سلولز یک پلی‌ساکارید).
فیبر باگاس ترکیب غیرمحلول در آب دارد که بیشتر از سلولز، پنتوزان و لیگنین تشکیل شده است. از باگاس استفاده فراوانی می‌شود که از آن جمله می‌توان به جایگزینی با هیزم، تولید برق، زغال، متانول، گاز متان، گاز خانگی، سوخت تولید بخار و خمیر کاغذ می‌توان اشاره کرد. باگاس بیشتر در استان خوزستان و کمتر در گیلان و مازندران کشت می‌شود و از تفاله نیشکر حاصل از هر هکتار می‌توان ۵/۱ تن تخته فیبر یا تخته خرده چوب تولید کرد.
متأسفانه این ماده به دلیل داشتن مواد قندی و الکل پس از چند روز دچار خودسوزی شده و به تدریج دود شده و همچنین بدون بهره‌گیری مفید از آن، در مزارع سوزانده می‌شود. در حال حاضر دو واحد تولیدکننده کاغذ چاپ و تحریر و روزنامه در کشور فعال‌اند که فعالیت‌های تولیدی واحد بزرگ‌تر (شرکت چوب و کاغذ مازندران) متکی به مقطوعات جنگلی شمال است و دیگری (کاغذ پارس) از باگاس استفاده می‌کند.
هزینه تولید یک تن خمیر کاغذ از چوب جنگلی حدوداً ۱،۲۰۰،۰۰۰ ریال و از باگاس حدود ۱۴۰،۰۰۰ ریال است (منبع مورد استفاده محاسبات خود را در ۱۳۸۳ انجام داده اما نسبت قیمت‌ها مهم است که کماکان معتبر محسوب می‌شود). با توجه به تولید فراوان باگاس در کشت و صنعت‌های نیشکر خوزستان، باگاس نه‌تنها بهترین جایگزین جنگل‌های شمال کشور برای تولید کاغذ است، بلکه ناجی این جنگل‌ها نیز هست.
کاه و کلش برنج
ساقه برنج یا کاه و کلش یکی از اجزای گیاه برنج است که دارای برگ‌های کشیده نازک است، دانه‌های برنج در انتهای ساقه قرار دارند و منابع مناسبی برای تأمین مواد اولیه صنایع چوب و کاغذ است. استان‌های مازندران، گیلان، گلستان، فارس و خوزستان بیش‌ترین ضایعات کاه و کلش برنج را تولید می‌کنند. متداول‌ترین روش برای تولید خمیر کاغذ از کلش برنج، روش سودا است.
تولید خمیر کاغذ از کلش برنج به علت وجود سیلیس محدودیت‌های بسیار زیادی در بخش‌های مختلفی نظیر آماده‌سازی اولیه، رنگبری خمیر کاغذ، تجهیزات غربال و غیره ایجاد کرده است، به همین منظور مطالعات زیادی برای کاهش سیلیس موجود در لیکور سیاه انجام شده است که در سه گروه کاملاً متفاوت شامل اصلاح و بهبود فرآیندهای خمیرسازی متداول، فرآیند خمیرسازی جدید و استفاده از روش سیلیس‌زدایی مناسب بیان شده است.
از مزایای استفاده از کاه و کلش برنج در صنایع چوب می‌توان به متمرکز بودن در مناطق خاص جغرافیایی، رنگ روشن آن، مناسب نبودن جهت خوراک دام به میزان زیاد، دارا بودن مقاومت طبیعی نسبت به قارچ‌ها، حشرات و حیوانات مخرب به علت وجود سیلیس فراوان اشاره کرد.
کنف
الیاف کنف از ساقه‌ی گیاه کنف استخراج می‌شوند. کنف گیاهی است یک‌ساله، دولپه‌ای و گل‌دار، با ریشه‌هایی متراکم، عمیق و سفیدرنگ. ساقه این گیاه نسبتاً علفی و اکثراً بدون انشعاب است. طول ساقه این گیاه به ۳ متر و قطر آن تا ۲ سانتیمتر می‌رسد.
یکی از مهم‌ترین مزایای خمیر کاغذسازی از کنف مصرف بسیار پایین انرژی در مرحله پالایش است به طوری که خمیرهای حاصل از کنف در مقایسه با چوب برای رسیدن به درجه روانی یکسان به انرژی پالایش بسیار کمتری نیاز دارند. از طرفی خمیرهای تولیدی از کنف برای بهبود خصوصیات مقاومتی به پالایش کمتری احتیاج دارند. تولید خمیر کاغذ از کنف کوتاه‌تر و ساده‌تر بوده و به مواد شیمیایی کمتری در مرحله رنگبری نیاز دارد زیرا کنف دارای مواد استخراجی و لیگنین کمتر است. در نهایت کاهش آلودگی محیط‌زیستی در کنار دیگر عوامل ذکر شده موجب شده است که خمیرسازی از کنف بسیار مقرون به صرفه و مورد توجه خاص قرار گیرد.
نتایج خمیر کاغذسازی نشان می‌دهد که بهترین روش تهیه خمیر از کنف فرآیند سودا-انتراکینون در قلیائیت ۱۸ درصد است. در این غلظت یون هیدروکسید برای لیگنین‌زدایی کافی بوده و عمل لیگنین‌زدایی در دو ساعت کامل می‌شود و به مرحله نهایی لیگنین‌زدایی می‌رسد؛ بنابراین فرآیند سودا-انتراکینون در قلیائیت ۱۸ درصد مناسب‌ترین شرایط است.
مزایا و معایب پسماندهای کشاورزی
- مزایا
- ایجاد توسعه پایدار در بخش کشاورزی و صنعت چوب و کاغذ؛
- جلوگیری از آلودگی زیست‌محیطی به دلیل عدم تأثیر؛
- قیمت پایین‌تر نسبت به چوب خام و درنتیجه صرفه‌جویی در هزینه مواد اولیه؛
- ایجاد ارزش افزوده بیشتر در بخش کشاورزی؛
- مصرف انرژی کمتر نسبت به چوب.
- معایب
- فصلی بودن گیاهان یک‌ساله؛
- حجم بالا؛
- هزینه ذخیره‌سازی و حمل‌ونقل بالا؛
- احتیاج به انبار سرپوشیده و مجهز.
بیشتر بخوانید: بازیافت و ۵ کشور برتر بازیافت در دنیا
نتیجه‌گیری
کشور ایران با توجه به کمبود منابع جنگلی با مشکلات جدی تأمین مواد اولیه موردنیاز برای صنایع چوب و کاغذ مواجه است. سالانه میلیون‌ها تن گیاهان زراعی یک‌ساله در ایران برداشت می‌شود که شاخص‌ترین مصرف عمده این مواد در زنجیره غذایی دام‌ها در فصول سرد است. از این پسماندهای کشاورزی می‌توان به عنوان یکی از منابع مهم لیگنوسلولزی به منظور جبران کمبود ماده اولیه موردنیاز برای صنایع چوب و کاغذ کشور استفاده کرد. با توجه به کمبود منابع جنگلی و استفاده نادرست از آن‌ها بهترین جایگزین برای چوب در صنعت کاغذسازی پسماند و ضایعات سلولزی کشاورزی است.
پسماند کشاورزی به دلیل فراوانی و ارزانی در تولید خمیر کاغذ هزینه تمام شده کمتری نسبت به خمیر حاصله از چوب خواهند داشت. مهم‌ترین منابع غیرچوبی که در داخل کشور می‌توان از آن‌ها به عنوان ماده اولیه خمیر کاغذ استفاده کرد شامل کاه و کلش گندم یا جو، کاه و کلش برنج، ساقه ذرت، ساقه کلزا و باگاس می‌شوند.
می‌توان چنین نتیجه گرفت که این پسماندها می‌توانند جایگزین مناسبی برای چوب و حل بحران کمبود مواد اولیه موردنیاز صنایع چوب و کاغذ کشور باشند. در انتها با توجه به وضعیت جنگل‌ها و آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از سوزاندن پسماندها در مزارع باید استفاده از این منابع تجدیدپذیر را در اولویت قرار داده و تحقیقات کاربردی را برای استفاده از این منابع ارتقاء بخشید.
سودا پورعلی
دانشجوی کارشناسی مهندسی صنایع چوب و کاغذ، گروه منابع طبیعی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی
پسماندهای کشاورزی
