استفاده از ضایعات ذرت

چكيده:

در شرايط فعلي كه به اعتقاد اغلب كارشناسان مهمترين معضل صنايع چوب كشور تامين مواد اوليه است پسماند مواد زراعی به عنوان آلترناتيو چوب، برای تولید بسياري از چندسازه‌ها منابع بسیار مناسبی هستند، زیرا رویش، برداشت و مصرف آنها بر محیط زیست اثر مخربی ندارد، اين مواد در مقايسه با چوب خصوصيات متفاوتي دارند كه بعضا ممكن است به عنوان امتيازاتي مهم نيز تلقي شوند. مواردي همچون دسترسي آسان‌تر در بسياري از نواحي كشور، قيمت پايين‌تر، عملكرد بهتر در برخي جنبه‌ها، صرفه‌هاي زيست محيطي و... مي‌توانند امتيازات استفاده از پسماند كشاورزي به جاي چوب در توليد محصولات چندسازه باشند. به دليل حجم بالاي پسماند زراعي گياه ذرت در كشور(سالانه در حدود 5/2 ميليون تن)؛ در این مطالعه میزان تولید ساقه ذرت از آمار رسمی وزارت جهاد کشاورزی استخراج شده و سپس میزان پسماند آن، براساس شاخص برداشت (HI) و میزان عملکرد اقتصادی(GY) محاسبه و برآورد گردید تركيبات شيميايي آن نيز، شامل سلولز 53/54 درصد، لیگنین 3/21 درصد ، خاکستر6/6 اندازه‌گیری شدند؛ ميزان مواد استخراجی محلول در آب، حلالهاي آلي، و محلول سود ‌1% نيز به ترتيب 8/9 ، 26/13 و % 2/38 اندازه‌گيري شدند. متوسط طول، قطركلي ، قطرحفره سلولی و ضخامت دیواره سلولی الیاف ذرت در نمونه‌هاي تهيه شده از ارتفاع 10سانتي متري ساقه به ترتیب برابر 1613، 4/29، 5/21، 95/3 میکرون تعیین شدند؛ و نهايتا ضرايب در هم رفتگي، انعطاف پذيري و رانكل نيز به ترتيب 86/54 12/73و 74/36 به‌دست آمدند به نظر مي‌رسد كه به دليل خواص ذاتي اين ماده ليگنوسلولزي می‌توان استفاده از الياف ساقه ذرت دانه‌اي‌، را به عنوان فاز تقويت كننده و يا آرد ساقه را به عنوان پر‌كننده در صنعت توليد چند سازه چوب-پلاستيك توصیه نمود. البته در اين مسير، چند چالش‌ مهم پيش رو خواهد بود از جمله هزينه سنگين حمل ساقه از مزرعه به واحد صنعتي به دليل دانسيته حجمي پايين، رطوبت بالاي ساقه‌ها و تحميل هزينه خشك كردن، جداسازي ناخالصي و به‌ويژه مغز اسفنجي ساقه‌ها و در نهايت مساله چگونگي ذخيره سازي براي مصرف تدريجي در طول سال، پرسش‌هايي هستند كه بايد براي هريك پاسخي مناسب يافت.

كلمات كليدي: مواد اوليه صنايع چوب- پسماند زراعي – ساقه ذرت - چند سازه چوب پلاستيك

مقدمه:

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؛ با اين شرايط، در صورتی که تنها جنگل‌های صنعتی شمال مورد بهره برداری قرارگیرد، سالانه نزدیک به 800 هزار متر مکعب چوب از جنگل‌ها استحصال خواهد شد و در صورت افزودن دو میلیون مترمکعب برداشت چوب از صنوبرکاری و باغات و عرصه‌های خصوصی به 800 هزار مترمکعب برداشت مجاز فوق‌الذکر (بدون احتساب برداشت‌های غیرمجاز)، جمعاً دو میلیون هشتصد هزار متر مکعب چوب در سال تولید می‌شود. اگر مصرف سرانه چوب 17/0 مترمکعب در نظر گرفته شود، برای جمعیت 70 میلیونی، سالانه حدود 11 میلیون مترمکعب چوب نیاز خواهد بود.. لذا با توجه به میزان تولید و مصرف چوب در کشور، سالانه 8 میلیون و دویست هزار مترمکعب کمبود چوب وجود دارد (اميدوار، 1388). بروز مشکلات کمبود چوب باعث شده است که برای رفع خلأهای موجود راه‌کارهای متنوعی مدنظر کارشناسان و صاحبان صنایع چوب و کاغذ قرار گیرد. یکی از روشهای پیشنهاد شده تأمین مواد اولیه از خارج از کشور است با در نظر گرفتن اینکه واردات چوب به دلیل هزینه حمل و نقل بالایی که دارد موجب تحمیل هزینههای گزافی به صنعت چوب و کاغذ کشور می‌شود و این عامل به افزایش قیمت تمام شده محصول نهایی منجر می‌شود. بنابراین واردات چوب به عنوان ماده اولیه در صنایع چوب و کاغذ کشور در بسیاری موارد و مناطق جغرافیایی از لحاظ اقتصادی قابلیت توجیه ندارد. راهکار دیگری که مطرح بوده و میباشد، کاشت گونه‌های سریعالرشد از قبیل پالونیا و انواع اکالیپتوسها و صنوبرها و خرید چوب از نقاط مختلف اعم از چوب‌های باغی و غیرمثمر است که در سالهای اخیر از طرف صاحبان صنایع تولیدی به اجرا در آمده است، از جمله آنها بوده است. استفاده از پسماند محصولات زراعی دیگر راهکار موجود است که صنایع چوب و کاغذ کشور به صورت ناگزیر باید به سمت آن سوق یابند

در حال حاضر بخش اعظم صنایع چوب و کاغذ در منطقه شمال کشور واقع شده اند؛ این موضوع، افزایش میزان تقاضا برای برداشت چوب و متعاقب آن تخریب عرصه‌های جنگلی را در پی دارد. در تدوین یک راهبرد توسعه، جهت اطمینان یافتن از ذخیره مطمئن و پایدار منابع فیبری، متغیرهای بسیار مهمی وجود دارند که باید مورد توجه قرار گیرند. در گذشته برای تولید کاغذ و چندسازه‌ها به جنگل وابسته بودیم. این وضعیت کماکان و به طور نسبی در بسیاری از کشورهای جهان ادامه دارد. اما در کشورهای فقیر از نظر منابع چوبی مانند هند، الیاف منابع کشاورزی در مقیاس وسیعی به جای چوب به کار می روند]9 [. نكته اميدوار كننده اين است كه با افزايش جمعيت به ناجار براي تامين مواد غذايي غلات در حجم بيشتري كشت شده و به تبع آن ميزان توليد پسماند نيز افزايش خواهد يافت. ایجاد موقعیت‎‌هایی برای استفاده از الیاف انواع محصولات زراعی به طراحی دقیق و ترکیب شدن مناسب تحقیق و توسعه در صنايع مصرف كننده مواد ليگنوسلولزي نیاز دارد. راه‌های زیادی جهت به‌دست آوردن فیبر از منابع زراعی برای ساخت چندسازه‌ها وجود دارد، که نیازمند بررسی دقیق نمونه‌های موفق و توسعه آگاهانه فناوری‌های نوین می باشد، که سرانجام ممکن است به تولید فرآورده‌های جدید و یا توسعه محصولات متعارف، فعلی منتهی گردد. ]9 [

این امر در کشورهای پیشرفته اروپای غربی و امریکا تا اندازه ای مورد توجه قرار گرفته است که در حال حاضر ده‌ها کارخانه در این مناطق صرفاً از ضایعات کشاورزی نظیر کاه گندم و جو ، و ساقه برنج و ذرت و... به عنوان مواد اولیه استفاده می کنند و تعداد بیشتری نیز این مواد را به عنوان درصدی از مواد اولیه مصرف می کنند . میزان تولید این مواد از نظر وزنی حداقل برابر و حداکثر تا چهار برابر میزان تولید محصول آن گیاه است و اگر فرض شود كه از این میزان در حدود 50% به مصارف روستایی (دامی و کشاورزی) رسيده و در حدود 10% نیز هنگام جمع آوری و حمل از بین برود از این میزان حداقل 30% کاملا قابل برنامه ریزی برای استفاده صنعتی است]9 [.

در این مطالعه میزان تولید ساقه ذرت از آمار رسمی وزارت جهاد کشاورزی استخراج شده و سپس میزان پسماند آن پس از مشاوره با متخصصان و مرور تحقیقات داخلی صورت گرفته، براساس شاخص برداشت (HI) و میزان عملکرد اقتصادی(GY) محاسبه و برآورد گردید

در حال حاضر دركشور ما، به‌دليل وسعت كم مزارع ، عدم تمركز و پراكندگي نسبي مناطق‌كشت ذرت و سطح پايين مكانيزاسيون در بخش كشاورزي، امكان بهره‌برداري گسترده از پسماند ذرت فراهم نمي‌باشد و كماكان ساقه ذرت به مصارف سنتي كه عمدتا تغذيه دام است مي‌رسد و در برخي نقاط نيز بلا استفاده در مزرعه رها شده و بعضا جهت پاك كردن و آماده سازي زمين براي كشت بعدي در مزرعه سوزانده مي‌شود.

سابقه تحقيق:

در زمينه ساخت فراورده‌هاي چند سازه‌ سنتي و حديد ، از پسماند ذرت در گذشته تحقيقات اندكي انجام شده كه حاكي از توليد محصول تخته خرده و تخته فيبر با خواص مناسب هستند. در اوايل قرن بيستم در ايالت ايوا براي توليد صفحات عايقي از ساقه ذرت آسياب شده استفاده شد . همچنين در حدود 65سال پيش در چكسلواكي بعد از جنگ دوم جهاني براي مدت كوتاهي صفحات فشرده سه لايه با لايه مغزي از ساقه ذرت و روكش چوبي در دو سطح توليد و عرضه گرديد.

(کارگر فرد و همکاران 1386) با استفاده از ساقه ذرت دانه ای در اختلاط با خرده چوب صنوبر در چهار تیمار 0-100 ، 75-25 ، 50-50 و25-75 درصد اقدام به ساخت تخته خرده چوب کرده و به این نتیجه رسیدند که استفاده از 25 تا 50 درصد ساقه ذرت دانه‌ای به عنوان ماده لیگنوسلولزی جهت تولید تخته خرده چوب با خواص استاندارد، قابل توصیه می باشد .

(كريمي، ف و همكاران 1387) براي بررسي امكان استفاده از ساقه ذرت در ساخت تخته فيبر دانسيته متوسط، از مخلوط الياف ساقه ذرت و الياف صنعتي به نسبت 0/100، 15/85 ،30/70 ، 45/55 و با به‌كارگيري زمان پرس در دو سطح 5 و 7 دقيقه تخته‌هاي آزموني ساخته شدند. نتايج به دست آمده از اندازه‌گيري ويژگي‌هاي فيزيكي و مكانيكي تخته‌ها نشان داد كه افزايش ميزان الياف ساقه ذرت در تخته‌ها، موجب كاهش مقاومت خمشي و مدول‌الاستيسيته گرديده است در حالي كه چسبندگي داخلي، واكشيدگي ضخامت و جذب آب بعد از 2 و 24 غوطه‌وري آنها افزايش پيدا كرده است. افزايش زمان پرس سبب بهبود چسبندگي داخلي تخته‌ها گرديد. در نهايت مي‌توان ، بهترين تيمار در اين مطالعه استفاده از 15 درصد الياف ساقه ذرت ، در زمان پرس 7 دقيقه مي‌باشد

در يك بررسي( فخريان‌روغني.ع و همكاران1377) ساخت خمير كاغذ كرافت و سودا از ساقه ذرت دانه‌اي مورد مطالعه قرار دادند. بدين منظور مقداري ساقه ذرت دانه‌اي از مزرعه تحقيقاتي مركز تحقيقات البرز جمع‌آوري و در محيط آزمايشگاه خشك شد. طول و قطر 50 ساقه اندازه‌گيري و ميانگين آنها به ترتيب برابر با 173/33 سانيتمتر و 2/51 سانتيمتر محاسبه شده است . ميانگين كلي طول، قطر، قطر حفره سلولي و ضخامت ديواره سلولي الياف ساقه ذرت به ترتيب برابر با 0/91 ميلي‌متر و 20/12 و 10/43 و 5/3 ميكرون اندازه‌گيري شد. از دو فرآيند سودا و كرافت جهت توليد خميركاغذ استفاده شد. شرايط پخت سودا شامل درجه حرارت 165 درجه سلسيوس ، زمان پخت 30 دقيقه و قليائيت فعال 14 درصد(برمبناء NaOH) بود كه نسبت مايع پخت به ساقه 6 به 1 انتخاب شد و شرايط پخت كرافت نيز مشابه شرايط سودا بوده و سولفيديته آن 25 درصد انتخاب گرديد . بازده، عدد كاپا و درجه رواني قبل از پالايش خمير كاغذ سودا به ترتيب 40/5 درصد، 64/9 و 601 ميلي‌ليتر(استاندارد كانادايي) و مقادير مشابه براي خمير كاغذ كرافت به ترتيب 47/5 درصد و 73/5 و 597 ميلي‌متر تعيين شده است . از هر دو خمير كاغذ سودا و كرافت ، كاغذ دست‌ساز با وزن پايه 120 گرم بر مترمربع ساخته شده و مقاومت‌هاي آنها نيز اندازه‌گيري شد. طول پاره شدن خمير كاغذ كرافت زيادتر از خمير كاغذ سودا تعيين شده و ساير مقاومت‌ها مشابه است .

(ولتاتون و همکاران 2008) کامپوزیتی هیبرید بر پایه الیاف ميكرو كريستالين شده ذرت (در اثر پيش تيمار) و پلیمر PVA ساختند، آنها اعلام داشتند که تیمار شیمیایی کاه و ساقه ذرت، طی اتانول‌گیری تحت تاثیر فرایند ، ترکیبات و جزء جزء سازی مکانیکی قرار می‌گیرند و اين عمل تا جدي ادامه مي‌يابد اغلب الیاف به ابعاد میکروسلولزی درآمده و از بین رفتن نواحی آمورف موچب تولید الیاف با درجه کریستالیته بالا شده که در نهایت خواص کاربردی و چسبندگی سطحی بین الیاف و ماتریس پلیمری را تقویت می‌کند

(لاورنس و همکاران2007) پس ساخت فرآورده کامپوزیتپلي پروپيلن - الیاف ذرت تاثیر میزان مالئیک انیدرید پیوند خورده به پلی پروپیلن بر خواص مقاومتی آن را بررسی كرده و بيان داشتند كه چندسازه فوق خواص مقاومتي وكاربردي مطلوب را داشته است همچنين ايشان نتیجه گرفتند که با استفاده از مالئیک انیدرید پیوند خورده به PP ، خواص مکانیکی کامپوزیت به صورت مشخصی تقویت می شود.

مواد و روش‌ها

نمونه ساقه‌هاي ذرت مورد استفاده در اين مطالعه ، از مزرعه‌اي واقع در منطقه نوكنده در غرب استان گلستان تهیه گردید و پس از جدا كردن برگها به مدت يك ماه به فضاي مسقف منتقل شده تا به تعادل رطوبتي با محيط برسد؛ سپس مغز اسفنجي ساقه‌ها جدا شده و توسط آسياب كارگاهي آرد ساقه با مش بندي مورد نياز براي انجام آزمايش، تهيه گرديد. جهت مطالعه بيومتري الياف، ديسك‌هايي از ساقه در دو ارتفاع 10 و 150 سانتي متري تهيه و مطابق با روش فرانكلين وابري شدند. در هر تيمار 50 فيبر سالم اندازه‌گيري شده و اندازه‌گيري‌هر یک از دو تيمار فوق 3 مرتبه تکرار شد، در هر مورد میانگین، انحراف معیار و ضریب تغییرات محاسبه گردید.

1- محاسبه ضرایب بیومتریک

برای محاسبه ضرایب بیومتریک از روابط زیر استفاده شد:

(1) <?mso-application progid="Word.Document"?>12L/D'> = ضریب در هم رفتگی(لاغري)

(2) <?mso-application progid="Word.Document"?>12 C/D Ã—100'> = ضریب انعطاف پذيري ( نرمش)

(3) <?mso-application progid="Word.Document"?>12 2P/C Ã—100'> = ضریب رانكل (مقاومت به پارگي فيبر(

در اينجا L طول فيبر، D قطر فيبر، C قطر حفره سلولي و P ضخامت ديواره سلولي مي باشد.

2- خصوصیات شیمیایي

مطالعه خواص شيميايي نيز بر اساس استانداردهای TAPPIو به شرح زیر انجام شد:

نوع آزمون شماره استاندارد

------------------------------------- ----------------------

T267-Om 85 آرد تهیه چوب

T207-Om 97 عاری از مواد استخراجي آرد چوب

T211-Om 93 میزان خاکستر

T207-Om 97استخراجی میزان مواد

T264-OM 88 نیتریک اسید به روش سلولز میزان

T222-Om 98 میزان لیگنین

ضریب تبدیل محصولات زراعی:

برای تعیین ضایعات استحصالی با استفاده از شاخص برداشت HI = GY/BYکه در ان HI شاخص برداشت GY عملکرد اقتصادی و BY عملکرد بیولوژیک است، استفاده شد. منظور از میزان پسماند قابل استحصال، میزان پسماندهایی است که پس از برداشت محصول باقی میماند البته به جز ریشه و بنساقه که در خاک قرار دارد (طبرسا 1381) به دلیل اینکه قسمتهای تحتانی ساقه و ریشه قابل استحصال نیستند، مقدار 15% از عملکرد غیر اقتصادی(NGY) کسر شده و در نهایت میزان پسماند قابل استحصال از روابط 1 و 2 محاسبه گردید.

(رابطه شماره5-1) NGY= GY × (1- HI) / HI

(رابطه شماره 5-2) NGY – (NGY× 0.15%)= میزان پسماند قابل استحصال

میزان ضریب برداشت Harvesting Index (HI) برای گیاه ذرت در حدود 35%تا40% برای ارقام مختلف متفاوت است؛ بدین معنی که از یک واحد گیاه ذرت حدود 35% وزنی دانه و مابقی توده زيستي گياه ساقه و کاه می باشد (9).

(جدول 5-1) شاخص برداشت (HI) سه محصول عمده زراعي(9)

محصول شاخص برداشت (%)

گندم 42

برنج 50

ذرت دانه اي 39

نتایج

سلولز

درصد

ليگنين

درصد

خاكستر

درصد

مواد استخراجي (در آب داغ)

درصد

مواد استخراجي (در استون- اتانول)

درصد

مواد استخراجي(در NaOH1%)

درصد

53/54

3/21

6/6

8/9

26/13

2/38

سلولز

درصد

ليگنين

درصد

خاكستر

درصد

مواد استخراجي (در آب داغ)

درصد

مواد استخراجي (در استون- اتانول)

درصد

مواد استخراجي(در NaOH1%)

درصد

53/54

3/21

6/6

8/9

26/13

2/38

ميزان توليد ذرت در ايران :

به گفته قائم مقام معاون زراعت و مجري طرح‌هاي ويژه وزارت جهاد كشاورزي در کشور ما این گیاه ذرت دانه ای بیشتر مورد کشت قرار می گیرد (4) و (5) مطابق با آمار وزارت جهاد كشاورزي در سال1385 به میزان2166130 تن، دانه ذرت دانه ای تولید شده که به ترتیب استانهای فارس – خوزستان – کرمانشاه - قزوین و کرمان بیشترین سهم تولید را به خود اختصاص داده اند (تصوير شماره3-5)

كشت ذرت دانه اي در كشور سابقه‌اي كمتر از 40 سال دارد. در سال 1352 سطح زير كشت ذرت يك هزار هكتار و ميزان توليد 2 هزار تن بود كه به مصرف دام و طيور مي‌رسيد. در آن زمان كل نياز ذرت مورد نياز كشور از منابع خارجي تأمين مي‌شد.

در اوايل انقلاب توليد ذرت به 25 هزار تن رسيد كه حاكي از رشد كند اين محصول بود، اما در سال 71 سطح زير كشت ذرت به 60 هزار هكتار با توليد 200 هزار تن و در سال 80 با 5 برابر افزايش به يك ميليون و 60 هزار تن رسيد. اين ميزان توليد در سال گذشته به 2 ميليون تن افزايش يافت. در سال جاري نيز 360 هزار هكتار از اراضي كشاورزي زير كشت اين محصول رفته است و پيش بيني مي‌شود در سال88 دو ميليون و 750 هزار تن توليد داشته باشيم. نگاهي به روند توليد ذرت دانه اي طي دهه گذشته نشان مي‌دهد كه توليد اين محصول بيش از 10 برابر افزايش يافته است . مدير كل دفتر محصولات اساسي، غلات، و حبوبات وزارت جهاد كشاورزي در مصاحبه با خبر گزاري ها اعلام كرد كه پيش‌بيني مي‌شود 2.5 ميليون تن ذرت دانه‌اي براي سال زراعي 88-89 در كشور توليد شود (ذبيحي1388).

(تصوير شماره 1) سهم استان‌ها ازميزان كلتوليدذرتدانه‌اي كشوردرسال86 .]7 [

2.5. برآورد مقدار تولید سالانه پسماند ذرت در كشور:

(جدول 5-2) ميزان توليد برخي منابع لیگنوسلولزی ( ضایعات کشاورزی )

کاه گندم ........................................................................... 18000 هزار تن

کاه وکلش برنج .................................................................. 6800 هزار تن

ساقه ذرت .......................................................................... 3100هزار تن

با توجه به اينكه هيچ‌گونه اطلاعات و آمار قابل استنادي در اين زمينه مصارف فعلي وجود ندارد، اگر فرض كنيم از این میزان عظیم پسماند ذرت در حدود 50% به مصارف روستایی (دامداري‌هاي صنعتي و سنتي) ‌رسيده و 10% نيز جهت تقويت خاك در مزارع رها شوند در حدود 10% نیز هنگام جمع آوری و حمل از بین می رود لااقل 30% کاملا قابل برنامه ریزی برای استفاده صنعتی است. با اين حساب ميزان كل پسماند ذرت قابل دسترس براي استفاده به عنوان ماده اوليه در صنايع توليد چند سازه حدودا يك ميليون تن خواهد بود :

1000،000 تن =30% ×3000،000 تن

كه پس از كسر رطوبت اضافي و مواد زايد (برگها و مغز ساقه) به عدد 300 هزار تن پوست خشك ساقه ذرت در سال خواهيم رسيد :

300،000 تن = 30% ×1000،000 تن

ساير پسماندهاي ذرت:

البته ضایعات صنعتی ناشی از فراری گیاه ذرت در کارخانجات گلوتن و نشاسته گیری را نیز به میزان فوق باید افزود که متاسفانه آمار دقیقی از آن در دسترس نیست؛ در این گروه از پسماندها عمده‌ترین نوعی که برای استفاده در ساخت کامپوزیت به نظر قابل استفاده می رسد، سبوس ذرت یا همان پوسته است؛ پوسته به صورت لفافی بر روی حبه‌ها قرار گرفته است؛ در طی فرایند نشاسته گیری از حبه‌ها جدا می شود. مزيت مهم اين مادهاين است كه به‌صورت ذرات خرد شده و خشك در تمام طول سال از كارخانه‎هاي توليد گلوتن و نشاسته ذرت قابل دريافت مي‌باشد پوسته ذرت از نظر شکل فیزیکی مشابه سبوس سایر غلات می باشد. مغزی بلال که به چوب بلال (cob ) نیز موسوم بوده و حبه‌ها بر روی آن قرار دارند را نیز، برای استفاده نباید از نظر دور داشت

مسائل اقتصادي استفاده پسماند ساقه ذرت:

1.6. هزينه حمل:

متغيرهايي همچون قيمت ساقه ذرت جهت استفاده به عنوان بخشي از جيره غذايي براي تغذيه دامها و هزينه جمع‌آوري، در هر سال زراعي و هر منطقه كشور متفاوت است و نمي‌توان براي آنها حكم واحدي صادر كرد؛ ولي برخي از عوامل، مثل هزينه حمل و نقل، انبار، خشك كردن جدا كردن مغز اسفنجي ساقه‌ها، تقريبا ثابت هستند.

مطابق بررسي‌هاي مقدماتي صورت گرفته (مصطفوي و همكاران) ، هزينه "حمل و نقل بين شهري محصولات كشاورزي" با توجه به مسافت بارگيري و نوع وسيله نقليه حدود 150 الي350 ريال به ازاي هركيلوگرم‌ مي‌باشد هزينه حمل محصولات از مراكز عمده فروش به مراكز خرده فروشي داخل شهري نيز با توجه به فاصله مراكز، نوع وسيله نقليه، ميزان بار و غيره 75 ريال تا 250 ريال به ازاي هر كيلوگرم است اين هزينه در مورد كالاهاي حجيم و سبك (مثل ساقه ذرت با دانسيته هوا خشك ) به مراتب بيشتر از مقادير ذكر شده خواهد بود. و در بسياري از موارد بعد مسافت و هزينه سنگين حمل مواد اوليه بيشترين سهم هزينه توليد را به خود اختصاص مي‌دهد. در صورتي‌كه فاصله از حد مشخصي فراتر رود اساسا توليد صرفه اقتصادي نخواهد داشت؛ لذا همواره نزديكي صنايع مصرف كننده الياف كشاورزي به مزارع وسيع كشت محصول اهميت حياتي دارد و به دليل اينكه چنين پسماندهايي تا دانسيته حجمي بيش از Kg/m3135 فشرده نمي شوند امكان تهيه اين مواد در منطقه اي به‌شعاع حدكثر 30 تا 40 كيلومتر محدود مي‌شود. با توجه به اينكه حجم قابل بارگيري در كاميونت‌هاي متداول حدودا 20متر مكعب است

20 m3 135 Kg/m3 2700 = Kg

با فرض اينكه هزينه حمل با كاميونت براي چنين مسيري حدودا 20 هزار تومان است.هزينه حمل براي هركيلو ماده اوليه مرطوب برابر است با :

2700 / 20000تومانKg / تومان 7،2= Kg

با احتساب اينكه ساقه ها در حالت مرطوب حدودا داراي 15درصد وزني برگ و 60 درصد مغز و 125درصد رطوبت هستند در حقيقت 3/2 ماده اوليه خريداري شده، آب و مواد اضافي شامل برگ و مغز ساقه است لذا هزينه حمل و نقل براي هر كيلو‌گرم ماده خشك پوست ساقه به ازاء هر كيلو گرم حدودا معادل 11 تومان خواهد بود.

/ 7،2تومان)Kg ( / (3/1) 3،24تومان = / kg

2.6. هزينه ذخيره‌سازي و انبار:

در ابتدا بايد خاطر نشان گردد كه نکته بسیار مهم در مورد پسماند كشاورزي خرید ، جمع آوری و ذخیره سازی به موقع این مواد است . زیرا به دلیل فصلی بودن امکان تهیه مواد محدود به يك دوره كوتاه است ( در مورد ذرت معمولا يك ماه تا چهل روز )، در ضمن این مواد به شدت مستعد تجزیه، تخریب شیمیایی و آتش سوزی هستند. البته در مناطقي كه صنايع تبديلي ذرت از جمله كارخانه‌هاي توليد گلوتن و نشاسته گيري وجود دارد، امكان به‌كار‌گيري ضايعات صنعتي فراورش ذرت نيز بايد مورد بررسي قرار گيرد چنين ضايعاتي محاسن زيادي دارند كه ناخالصي و رطوبت كمتر و نيز دسترسي دائم در طول سال مهمترين آنها به‌شمار مي‌روند.

به دليل اينكه امكان انبار كردن ساقه‌هاي سبز( با رطوبت بالاتر از 100% ) وجود ندارد و مواد سريعا مورد حمله عوامل مخرب بيولوژيكي قرار مي‌گيرند لازم است در بدو ورود مواد به انبار، ميزان رطوبت به دقت كنترل شده و در صورت نياز مواد در خشك كن به رطوبت كمتر از 20% برستد. به دليل تركيبات نشاسته‌اي و قند نسبتا بالا در ساقه ذرت، اين ماده به شدت مستعد تخريب بيولوژيكي است و در صورت انبار كردن نياز به تهويه مناسب بوده و لازم است كه به صورت مرتب و دوره‌اي مواد بازرسي شوند و در صورت مشاهده پوسيدگي و تخريب در اسرع وقت ساقه‌هاي آلوده خارج شده، محل و نواحي اطراف با محلول‌هاي مناسب ضدعفوني گردد.

هزينه تمام شده ماده اوليه

با فرض اينكه محصول با قيمت هر كيلو 50 تومان از زارعين خريداري شود قيمت تمام شده مواد اوليه براي هر كيلو گرم ماده خشك برابر خواهد بود با:

/ تومان 50)Kg ( / (3/1)150 تومان =

1،174تومان =150 تومان + 24،3تومان

هزينه آسياب كردن ، خشك كردن، ذخيره سازي و انبار نيز به قيمت فوق بايد افزوده شود كه به ميزان بسياري به هزينه حاملهاي انرژي، قيمت زمين و هزينه‌ كارگري در هر منطقه وابسته است؛ كه در جاي خود مي‌تواند تعيين كننده بسياري از مسائل ديگر باشد.

اگر فرض شود كه هزينة خشك كردن، آسياب و ذخيره سازي به ازاي هر كيلوگرم 35 تومان باشد هر كيلو ماده سلولزي آماده مصرف هزينه‌اي معادل 210 تومان براي هر كيلوگرم خواهد داشت كه با توجه به قيمت تمام شده براي آرد چوب در بازار (بين 150 تا300 تومان) قابل رقابت مي‌باشد.

210تومان = 35تومان + 175تومان

به عنوان نمونه:

يك واحد بسيار كوچك توليد كننده كامپوزيت چوب-پلاستيك با ظرفيت سالانه 1500 تن با فرض اينكه از آرد چوب و آرد ساقه ذرت به نسبت مساوي و با تركيب آميزه 28% پليمر و 70 درصد پودر سلولزي، سالانه به 525 تن ساقه ذرت، نياز دارد:

1500تن (50% ) (70%) 525تن

525تن 200Kg/m3 4400 m3

با احتساب متوسط دانسيته خشك اين مقدار ساقه ذرت حجمي معادل 4400 متر مكعب خواهد داشت با عنايت به‌اينكه در كشور ما مدت برداشت ذرت در يك منطقه كشاورزي حدودا چهل روز است. لذا به دليل محدود بودن زمان تهيه، به فضاي انباري با گنجايشي معادل 5000 متر مكعب نياز است؛ كه براي يك واحد توليدي با اين ظرفيت توليد، انباري بسيار بزرگ و گران محسوب مي‌شود.

با توجه به حجم ساقه‌ها با در نظر گرفتن تراكم 65% در هر متر مكعب بين 2500 تا 3000 ساقه مي‌گنجد كه با توجه به دانسيته هواخشك به دست آمده براي ساقه‌ها در هر متر مكعب ساقه انبار شده، در حدود 125 كيلوگرم پوست ساقه و حدود 40 كيلو‌گرم مغز اسفنجي موجودمي‌باشد. البته براي ذخيره همين مقدار ماده اوليه در سيلو به‌صورت پودر پوست ساقه (با دانسيته 32/0)، فضاي مورد نياز به 1700 متر مكعب كاهش مي‌يابد...

با توجه به مسائل فوق به نظر مي‌رسد گرايش به سمت جداسازي برگ و پوست و تبديل ساقه به پودر در مزارع كم هزينه ترين روش باشد. ضمن اينكه از برگها و مغز اسفنجي ساقه براي تغذيه دام و تقويت خاك مزرعه مي‌توان استفاده نمود. به اين شكل هم موجب كاهش در هزينه حمل و نقل شده و هم فضاي انبار مورد نياز كاهش مي يابد بهتر است صنايع مصرف كننده از ساقه ذرت به صورت مخلوط با آرد چوب استفاده كنند.

اگر ساقه به‌صورت كامل و همراه با برگ و مغز وارد كارخانه شده به نظر مي‌رسد بهتر است در اسرع وقت برگ‌ها و مغز جدا سازي شوند و تا قبل از انجام اين مرحله مي‌توان ساقه‌ها را در فضاي سرباز دپو كرد تا در ضمن ميزان رطوبت آنها كاهش يابد. به دليل محدوديت ظرفيت خشك كن‌ها آسياب و سيلو لازم است كه انبار داراي سه بخش زير باشد:

1- فضاي باز جهت دپو كردن اوليه ساقه‌هايي كه به‌صورت كامل وارد مي‌شوند .

2- فضاي انبار سر پوشيده براي ساقه‌هاي هواخشك كه برگهاي و ساير ناخالصي‌ها از آن جدا شده است

3- سيلوهايي جهت ذخيره سازي پودر خشك آماده مصرف در فرايند توليد

اگر ساقه ها به صورت خرد شده وارد شوند مي‌توان آنها را مستقيما به خشك‌كن منتقل كرده و پس از كاهش رطوبت، مواد ناخالصي از آن جدا شده و ذرات آسياب شده پودر پوست ساقه جهت ذخيره سازي به سيلو منقل گردند.

. مصرف انرژي جهت خرد كردن :

طبق بررسي‌هاي انجام شده جهت تبديل يك تن شاخه و تنه درختان به ذرات كوچتر حدودا 50كيلو وات انرژي الكتريكي مصرف مي‌شود . در مورد پوست ساقه ذرت به دليل مغز اسفنجي و شكنندگي بيشتر بافت پوست ساقه اين ميزان مشابه با ديگر پسماند زراعي در حدود نصف مقدار فوق الذكر براي چوب، ارزيابي مي شود.]6[ ولي از سوي ديگر مصرف انرژي الكتريكي جهت جدا سازي مغز اسفنجي ساقه‌ها اين مساله را جبران كرده و هزينه انرژي مصرفي براي تبديل مكانيكي ساقه‌ها تفاوت چنداني با چوب نخواهد داشت خروج مواد اضافي و ناخالصي‌ها از جمله برگ، مغز ساقه و احيانا ميوه‌هاي باقيمانده به كاهش فضاي لازم جهت ذخيره سازي كمك شاياني مي‌كند و خرد كردن سريع ساقه ها نيز موجب تسريع در زمان خشك سدن و كاهش احتمال تجزيه و تخريب را به دنبال دارد و علاوه بر آن انبار كردن در سيلو امكان پذير خواهد بود و فضاي انبار مورد نياز نيز به ميزان قابل توجهي، كاهش مي يابد.

2.7. خشك كردن:

خواه ماده اوليه به صورت ساقه خرد شده توسط چاپر و خواه به صورت ساقه كامل وارد كارخانه شود در هر دو شكل، مهمترين مساله رساندن رطوبت آنها به حدي است كه براي انبار كردن قابل قبول باشد. بديهي است كه هرچه ساقه‌ها ذرات با ابعاد كوچك‌تري داشته باشند سريع‌تر و با صرف انرژي حرارتي كمتري خشك مي‌شوند. به نظر مي‌رسد ميزان انرژي حرارتي لازم براي خشك كردن پوست ساقه ذرت در ابعاد برابر، با چوب تفاوت چشمگيري نداشته باشد ضمنا اغلب خشك كن‌هايي و فناوري‌هاي متداول ( حشك كن‌هاي استوانه‌اي ، نواري، جابه جايي با جريان هوا گرم و... ) كه به صورت معمول در صنايع توليد انواع ديگر پانلهاي چوبي اسفاده مي‌شوند، در اين مورد هم مي‌توانند به كار گرفته شوند و در اينباره مساله و مشكل خاصي به نظر نمي‌رسد..

3.7. برخي مشكلات مربوط به ماده اوليه:

آغشتگي مواد اوليه به سموم دفع آفات نباتي چالشي جدي به‌شمار مي‌رود واكنش اين تركيبات در هنگام فرايند كردن محصول، ممكن است بخارات و گازهايي را توليد كند كه علاوه بر افت شديد كيفيت محصول، با افزايش فشار در داخل دستگاه حتي احتمال خطر انفجار ماشين اكسترودر را نيز به دنبال خواهد داشت؛ از ديگر سو واكنش مواد فوق الذكر با قسمتهاي ‌فلزي حساس در ماشين آلات، تخريب و خوردگي احتمالي تجهيزات فرايند نيز، بايد مورد توجه و بررسي قرار گيرد. ذرت هم مانندچوب داراي واريته‌ها و ارقام زيادي مي باشد كه هر يك خواص ويژه‌اي دارند حتي در قسمتهاي مختلف ساقه يك گياه هم خواص الياف متفاوت مي‌باشد؛ لذا در هنگام وارد شدن مواد به كارخانه و قبل از آماده سازي براي مصرف بهتر است مواد با منشاء متفاوت (واريته‌ها و ارقام مختلف ذرت ) دسته بندي و حتي‌‍المقدور جدا از هم فرايند شوند.

4.7. جداسازي مغز از ساقه:

به دليل اختلاف شديد در دانسيته حجمي مغز و پوست ساقه(پوست چهار برابر سنگين‌تر از مغز است) براي جداسازي مغز اسفنجي ساقه مشكل زيادي پيش رو نخواهد بود جهت جداسازي ذرات خرد شده مغز و سافه از دو روش زير مي‌توان استفاده نمود

1. با استفاده از نيروي مكانيكي كه در اين روش ذرات سبكتر به دليل داشتن جرم كمتر مسافت كوتاه تري را طي كرده و ذرات سنگين تر نيز به دليل برخورداري از جرم بيشتر مسافت بيشتري را طي كرده و دورتر سقوط مي‌كنند در اين روش از رابطه مستقيمي كه بين انرژي جنبشي و جرم وجود دارد، استفاده مي‌شود.

2. در روش ديگر كه از جريان باد براي جداسازي ذرات سبك و سنگين استفاده مي‌شود، اساس كار بر رابطه معكوس بين دانسيته و سطح ويژه استوار است به اين شكل كه ذرات سبكتر به دليل داشتن جرم كمتر و سطح ويژه بيشتر، در اثر نيروي باد مسافت بيشتري را طي كرده و دورتر مي افتند و ذرات سنگين تر به دليل سطح ويژه كمتر مسافت زيادي را طي نخواهند كرد.

ايجاد و تقويت قطب‌هاي كشاورزي در مناطق مستعد و تاسيس مجتمع‌هاي كشت صنعت ذرت مي‌تواند در توليد اقتصادي و استفاده بهينه از تمام اجزاء اين محصول، بسيار موثر باشد. به هر حال و با همين وضعيت موجود، در برخي از نقاط كشور از جمله استانهاي فارس، خوزستان كرمانشاه، كرمان و قزوين كه از نظر ميزان توليد و سطح زير كشت جزو مناطق اصلي توليد ذرت دانه‌اي در كشور به شمار مي‌روند، استفاده از پسماند ساقه ذرت، به عنوان ماده اوليه سلولزي براي صنايع چوب-پلاستيك مستقر در همان مناطق، از نظر اقتصادي قابل توصيه به نظر مي‌رسد؛ البته لازم است كه بسته به مورد در هر منطقه، پس از ارزيابي‌هاي اوليه، طي مطالعات گسترده‌‌تر، كليه جوانب اقتصادي، فني و تكنيكي موضوع، به دقت مورد بررسي قرار گيرد.

منابع:

1. آبخارکی،م بررسی علل سوزاندن بقایای گیاهی در کشور اولین همایش علمی کاربردی مدیریت بقایای گیاهی با تاکید بر نقش تخریبی سوزاندن. دفتر محیط زیست و توسعه پایدار تهران1383، 4 صفحه

2. ابولفتحی،م. حامدی نژاد،ا. روند نوسانات تولید چوب و توسعه صنایع‌چوب کشور در نیم قرن گذشته. مجموعه‌مقالات اولین همایش ملی تامین مواد اولیه و توسعه صنایع چوب و کاغذ کشور آذر ماه 87 گرگان دانشگاه علوم کشاورزی منابع طبیعی 40 صفحه

3. اکبریان،ماسیس. سلسله مقالات تحت عنوان « كامپوزيتها » مجله علوم و تکنولوژی پلیمر ، سال اول شماره 1 تا 4.

4. امیدی،ش.تاثیر سوزاندن بقایای محصولات کشاورزی بر محیط زیست. اولین همایش علمی کاربردی مدیریت بقایای گیاهی با تاکید برنقش تخریبی سوزاندن دفتر محیط زیست و توسعه پایدار تهران 1383. 7 صفحه

5. برزگر شيري،مصطفي. چندسازه‌هاي چوب پلاستيك پايان نامه مقطع كارشناسي.دانشگاه شهيد رجايي. ص 65- 81 تهران.1386

6. پارساپژوه،داوود. تكنولوژي چوب. انتشارات دانشگاه تهران . انتشارات دانشگاه تهران . چاپ چهارم. 1379.صص 260تا 270.

7. دفتر فن آوری و آمار وزارت جهاد کشاورزی آمار نامه سال‌هاي 86 - 61 . معاونت امور برنامه ریزی و اقتصادی دفتر آمار و فن آوری وزارت جهاد کشاورزی تهران .1387.

8. دوست حسینی،کاظم. فن‌آوری تولید و کاربرد صفحات فشرده چوبی. چاپ دوم. انتشارات دانشگاه تهران. 1385. 712 صفحه.

9. رول.ر .یانگ،ر. رول،ج . کاغذ و مواد چند سازه از منابع زراعی (ترجمه) پارساپژوه.د، فائزی پور.م، کبورانی.ع چاپ اول. انتشارات دانشگاه تهران.573 صفحه 1381.

10. حسین خانی ،حسین جایگاه تحقیقات در استفاده از منابع سلولزی غیرچوبی برای صنعت چوب و کاغذ مجموعه مقالات اولین همایش ملی تامین مواد اولیه و توسعه صنایع چوب و کاغذ کشور آذر ماه 87 گرگان دانشگاه علوم کشاورزی منابع طبیعی 16صفحه

11. جزایری،م. خواص ومنابع تامین الیاف طبیعی و نقش آنها در تولید کامپوزیت از مجموعه مقالات سمینار کامپوزیت WPC دانشگاه صنعتی امیر کبیر تهران خرداد ماه 1385

12. طبرسا،تقي. گزارش طرح تحقیقاتی پتانسیل های جدید صنایع سلولزی استان گلستان با استفاده از ضایعات کشاورزی 1381 سازمان صنایع و معادن استان گلستان 63 صفحه

13. مدهوشی،م. هاشمی،م. کامکار،ب. بررسی کمی میزان پسماندهاي زراعی استان گلستان در مقایسه با استانهای همجوار جهت مصرف در صنعت چوب پلاستیک. مجموعه مقالات اولین همایش ملی تامین مواد اولیه و توسعه صنالیع چوب وکاغذ. گرگان دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. 1387 . 14صفحه

14. مصطفوي مصطفي. تجريشي مسعود. بابايي نژاد سيدمهدي. مقاله بررسي فني و اقتصادي ضايعات در صنعت كشاورزي روزنامه همشهري. چهارشنبه 24 مهر 86

15. ورد، سعيد. بررسی بازار چوب پلاستیک در ایران و جهان و مطالعه پتانسیل‌های بازار ایران و جهان. مجموعه مقالات سمینار کامپوزیت WPCدانشگاه صنعتی امیر کبیر تهران خرداد ماه 1385

16. وب‌سایت انجمن‌صنفی کارفرمایان صنایع‌چوب ایران "آمار واردات و صادرات کاغذ و انواع چوب‌آلات و اوراق فشرده چوبی در سال 1387 "http://www.iranwoodind.com

17. برزگر شيري، مصطفي. اخلاقي اميري.زين العابدين پيرايش.حميدرضا استفاده از پسماند غلات براي توليد فراوردههاي چندسازه چوبي، همايش ملي كشاورزي پاك. دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان خردادماه 1388. 12ص.

18. Michael A Fuqua, Chad A Ulven Rhode Island, Preparation and Characterization of Polypropylene http://www.asabe.org

19. Composites Reinforced with Modified Lignocellulosic Corn Fiber .June 29 July 2, 2008 084364 Published by the American Society of Agricultural and Biological Engineers, St. Joseph, Michigan

20. M. Husseien, A.A. Amer, Azza El-Maghraby and Neama Hamedallah A comprehensive characterization of corn stalk and study of carbonized corn stalk in dye and gas oil sorption Journal of Analytical and Applied Pyrolysis September 2009

21. Peng GUO, Xiaofen WANG, Wanbin ZHU, Hongyan YANG, Xu CHENG and Zongjun CUI Degradation of corn stalk by the composite microbial system of MC1Journal of Environmental Sciences Volume 20, Issue 1,2008

22. P. Cinelli, E. Chiellini, J.W. Lawton and S.H. Imam Foamed articles based on potato starch, corn fibers and poly (vinyl alcohol) Western Regional Research Center, ARS, USDA, Albany, CA 94710, USA2007

23. Rose Marie Garay M. Mَnica Rallo de la B. René Carmona C. y Jaime Araya C. Characterization of Anatomical, Chemical, and Biodegradable Properties of Fibers from Corn, Wheat, and Rice Residues Chilean journal of agricultural research June 2008

24. Injection molded hybrid composites based on corn fibers and poly(vinyl alcohol)Patrizia Cinelli, John W. Lawton, Sherald H. Gordon, Syed H. Imam, Emo Chiellini. Agricultural Research Service, U.S.D.A., 1815 North University Street, Peoria, Illinois 61604, USA

25. Industrial & engineering chemistry research. American Chemical Society, Washington, DC, ETATS-UNIS (1987) (Revue) 2003, vol. 42, n26, pp. 6765-6773 [9 page(s) (article)]

26. 8th Interregional Corn Conference, Maryland NEC-29, Northeastern Corn Improvement Conference NCR-25, North Central Corn and Sorghum Disease Research Committee NCR-167, North Central Corn Breeding Research Committee Baltimore 21- 23 February 2000

27. WU Qiangxian; SAKABE Hiroshi; ISOBE Seiichiro; Processing and properties of low cost corn gluten meal/wood fiber composite Food Engineering Division, National Food Research Institute, 2-1-12 Kannondai, Tsukuba, Ibaraki, 305-8642, JAPON

28. Melinda Gáspár, Gergely Kálmán and Kati Réczey.Corn fiber as a raw material for hemicelluloses and ethanol production Hungarian Ministry of Education (NKFP-OM 00231/2001) and the Hungarian Scientific Research.2007

29. Long Yu, Katherine Dean, Lin Li. Polymer blends and composites from renewable resources 2006

30. Yao-Ting Fan, Yan Xing, Hong-Cui Ma, Chun-Mei Pan, Hong-Wei Hou Enhanced cellulose-hydrogen production from corn stalk. International Journal of Hydrogen Energ Volume 33, Issue 21, November 2008, Pages 6058-6065

31. http://waynesword.palomar.edu

32. http://agron.scijournals.org

33. http://www.fao.com

34. http://forum.pacyrus.com

گرداورنده:

مصطفي برزگر شيري 1 اصغر اميدوار 2

1 دانشجوي كارشناسي ارشد فراورده‌هاي چندسازه چوبي دانشگاه علوم كشاورزي و منابع طبيعي گرگان

استفاده از ضایعات ذرت

مطالب مشابه :

استفاده از ضایعات ذرت

سفرنامه ی بهمن احمدی امویی به ترکیه

قیمت روز انواع کشنده و کامیون و کامیونت-اردیبهشت ۹۲-قیمت کشنده البرز-قیمت اسکانیا