الخشب المعدل حرارياً

الخشب المُعدَّل حراريًا هو أي خشب خضع لمعالجة حرارية، حيث تم تعديله بعملية تحلل حراري مُتحكَّم بها ، يتم فيها تسخينه إلى درجات حرارة أعلى من 180  درجة مئوية في جو خالٍ من الأكسجين . تُغيِّر هذه العملية التركيب الكيميائي لمكونات جدار الخلية الخشبية - اللجنين والسليلوز والهيميسليلوز - مما يُقلِّل من استرطابه، وبالتالي يزيد من ثبات أبعاده. [ ^{1 ] ويمنع} انخفاض محتوى الأكسجين الخشب من الاحتراق عند هذه الدرجات الحرارة العالية. تستخدم العديد من التقنيات المختلفة وسائط مختلفة ، بما في ذلك غاز النيتروجين والبخار والزيت الساخن. تُؤدِّي جميع هذه العمليات إلى تدهور قوة ومتانة الخشب المُعالَج بدرجة ما.

في عام 1946، أجرت دائرة الغابات الأمريكية تجارب ناجحة جزئياً عن طريق غمر الخشب في سبيكة معدنية سائلة (الزنك والرصاص والكادميوم) لإنتاج منتج مستقر حرارياً (اقتراح تسميته ستاي وود ) وخلصت إلى ما يلي:

يمكن إضفاء درجة ملحوظة من الثبات الأبعاد ومقاومة التلف على الخشب باستخدام الحرارة الجافة. ويمكن تحقيق ذلك ضمن نطاق واسع من درجات الحرارة والأوقات، حيث يقل وقت التسخين بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة. إلا أن هذه المعالجة الحرارية تُسبب فقدانًا كبيرًا في خصائص القوة، وخاصة المتانة ومقاومة التآكل. فعند تسخين الخشب تحت سطح معدن منصهر، يكون فقدان القوة، بغض النظر عن كفاءة مقاومة الانكماش، أقل منه عند تسخينه في الهواء. ومع ذلك، يظل فقدان القوة كبيرًا جدًا بحيث لا يجعل هذه الطريقة قابلة للتطبيق تجاريًا لتحقيق الثبات الأبعاد للخشب، باستثناء ربما بعض الاستخدامات غير العادية التي تكون فيها القوة ذات أهمية ضئيلة نسبيًا. ^{[ 2 ]}

تم وصف عملية التعديل الحراري للخشب المضغوط ذي المحتوى الرطوبي المتوسط ​​في ورقة بحثية من قبل بورميستر في عام 1973. ^{[ 3 ]}

توجد اليوم خمس عمليات مختلفة للمعالجة الحرارية. تنتج فنلندا خشبًا معالجًا حراريًا يُعرف أيضًا بالخشب الممتاز . وتستخدم فرنسا عملية Les Bois Perdure Retification، بينما تستخدم هولندا عملية Plato، وتستخدم ألمانيا المعالجة الحرارية بالزيت. أما عملية Westwood وعمليات AlphaInterloc فهي تقنيات معالجة خاصة بالولايات المتحدة الأمريكية. ^{[ 1 ]}

تُجرى ثلاث من هذه العمليات في خطوة واحدة، باستخدام الزيت (المعالجة الحرارية بالزيت)، والنيتروجين (خشب ريتي)، والبخار (خشب لو بوا بيردور). ^{[ 1 ]} تتكون عملية ثيرمو وود من التجفيف والمعالجة الحرارية والتبريد/التكييف، وتستغرق ما يصل إلى 72 ساعة. ^{[ 4 ]} أما عملية بلاتو فتتكون من التحلل الحراري المائي والتجفيف الجاف والتكييف، وقد تستغرق ما يصل إلى 7 أيام. يعتمد الوقت اللازم على نوع الخشب وعرضه ومحتواه الأولي من الرطوبة. ^{[ 5 ]}

عملية ألفا إنترلوك

عملية ألفا إنترلوك هي عملية كيميائية حرارية متطورة، تفاعل طارد للحرارة، وهي عملية مسجلة الملكية الفكرية قيد الانتظار وحقوق النشر محفوظة لعام ٢٠٢٢. تستخدم هذه العملية عملية ميكانيكية حرارية متخصصة. وتُعدّ عملية ألفا إنترلوك تقنية صديقة للبيئة بالكامل. ^{[ ٧ ]}

تتمثل الميزة الرئيسية في إمكانية استخدام الأخشاب اللينة في التطبيقات التي تتطلب متانة عالية. ويمكن الحصول على فئات المتانة من 1 إلى 3، وفقًا للمعيار الأوروبي EN 350-2، من أنواع الأخشاب اللينة غير المتينة (الفئة 5). ^{[ 16 ]}

تتمثل العيوب الرئيسية في انخفاض المتانة نتيجة لارتفاع درجات الحرارة. وبشكل عام، تنخفض مقاومة الانحناء بنسبة تصل إلى 30%، مع انخفاض أكبر عند درجات الحرارة المرتفعة. ^{[ 17 ]}

تتحسن المقاومة البيولوجية ضد بعض (وليس كل) الكائنات الدقيقة والحشرات. مع ذلك، قد تنخفض الخصائص المضادة للميكروبات في الخشب نتيجة لتحلل المركبات العضوية المتطايرة . ^{[ 18 ]} ويقل الانكماش والتورم بنسبة تصل إلى 50-90%. ^{[ 19 ]} ويصبح لون الخشب المعالج أغمق قليلاً.

من حيث المبدأ، يمكن إجراء عملية المعالجة الحرارية على جميع أنواع الأخشاب.

لم يعد الخشب المُعدَّل حراريًا مجرد موضوع أكاديمي في هذه الأيام، بل إن معالجة الخشب حراريًا قد بدأت بالانتشار في السوق منذ سنوات. في الولايات المتحدة، كان إيغور شترنبرغ (دانشينكو) رائدًا في هذا المجال، حيث أصبحت شركته "ويستوود" أول شركة في البلاد تُطلق إنتاجًا صناعيًا واسع النطاق للأخشاب المُعدَّلة حراريًا في عام 2007. كما تُساهم بعض الصناعات في البحث والتطوير ، إذ يمتلك معهد أبحاث الموارد الطبيعية في جامعة مينيسوتا دولوث فرنًا تجريبيًا لدراسة فعالية التعديل الحراري على أنواع الأشجار في مينيسوتا بهدف توسيع أسواق الأخشاب. ^{[ 20 ]}

في صناعة الغيتار، تُعرف هذه العملية بأسماء عديدة، منها "المعالجة الحرارية" و"الخبز" و"التحميص". ^{[ 21 ]} وقد بدأ بعض مصنّعي الغيتار باستخدام ألواح صوتية للغيتارات الصوتية وألواح أصابع للغيتارات الكهربائية مُعالجة حراريًا للمساعدة في منع التشوّه والتشقّق الشائعين الناتجين عن تقلبات الرطوبة الموسمية. ^{[ 22 ]} ومن الفوائد الثانوية، أن الغيتارات الصوتية تُصدر صوتًا يُشبه صوت الآلات القديمة المُستعملة جيدًا في وقت أقرب بكثير من الغيتارات غير المُعالجة حراريًا. للمزيد، انظر قسم " خشب صناعة الغيتارات: التحضير" .

في أوروبا، تركز إنتاج الأخشاب المعالجة حرارياً على نطاق تجاري بشكل كبير في إستونيا. تقع إستونيا جغرافياً بالقرب من كبرى الشركات الفنلندية المنتجة لأفران التجفيف الحراري، بينما تكاليف العمالة والتكاليف العامة فيها أقل من مثيلاتها في فنلندا أو الدول الاسكندنافية. ظهرت ثلاث شركات إستونية رئيسية منتجة للأخشاب المعالجة حرارياً في أواخر التسعينيات: برينستول، وتري-تيمبر، وها-سيرف. ركزت الشركات الثلاث على توفير مواد الساونا للسوق الفنلندية وأرضيات المنازل - تخصصت برينستول في الأخشاب الصلبة، وتخصصت تري-تيمبر في الأخشاب اللينة. في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، استحوذت برينستول على تري-تيمبر، لتصبح بذلك أكبر منتج للأخشاب المعالجة حرارياً. ^{[ 23 ]}

في ذلك الوقت تقريبًا، شهد سوق الأخشاب المُعالجة حراريًا توسعًا هائلًا، متجاوزًا استخدامها التقليدي في مواد الساونا، ليشمل منتجات خارجية مثل أرضيات التراس ^{[ 24 ]} وألواح التكسية الخارجية ^{[ 25 ]} . وبينما واصلت شركة ها-سيرف تركيزها بشكل أساسي على سوق الساونا الفنلندية، أسست برينستول علامة ثيرموري التجارية وبدأت التصدير إلى جميع أنحاء أوروبا واليابان، وأصبحت ثيرموري العلامة التجارية الأكثر شهرة للأخشاب المُعالجة حراريًا في هذه المناطق ^{[ 26 ]} . ونما سوق المنتجات الخارجية المُعالجة حراريًا بسرعة كبيرة، حيث تزايد بحث المستهلكين الأوروبيين عن بدائل للأخشاب الاستوائية من آسيا وأفريقيا وأمريكا الجنوبية. كما بدأت شركة نوفا وود التركية، وهي شركة إنتاج، بإنتاج الأخشاب المُعالجة حراريًا، وأصبحت لاعبًا رئيسيًا في الأسواق الأوروبية.

في عام ٢٠١٢، أنشأت برينستول شركة تابعة لها في الولايات المتحدة، وهي شركة ثيرموري يو إس إيه، وبدأت بالتوسع بقوة في الأسواق العالمية. وقد رسخت علامة ثيرموري التجارية مكانتها في الولايات المتحدة وكندا، ويتم شحن منتجاتها إلى أكثر من ٥٥ دولة حول العالم. ^{[ ٢٧ ]} وفي عام ٢٠١٦، بلغت إيرادات ثيرموري ٢٩ مليون يورو، مع أرباح صافية قدرها ١.٨ مليون يورو. ^{[ ٢٨ ]}

يستمر ظهور منتجين محليين صغار في كل منطقة، لكن ثمة عوائق كبيرة أمام دخول سوق الأخشاب المعالجة حرارياً، لا سيما الأخشاب الصلبة المعالجة حرارياً. فمعدات المعالجة الحرارية المناسبة باهظة الثمن للغاية. إضافةً إلى ذلك، ونظراً لعدم شيوع هذه التقنية، فإن المعلومات المتاحة للجمهور حول جداول التجفيف شحيحة، ويعاني العديد من المنتجين الجدد للأخشاب المعالجة حرارياً من  نسبة كبيرة من عيوب التجفيف، وتغير اللون، والهشاشة ، وأعطال المعدات (بما في ذلك الحرائق)، وعدم القدرة على تحقيق مستويات المتانة العالية التي حققها منتجون أكثر رسوخاً، مثل برينستول (ثيرموري). في عام ٢٠١٨، استحوذت ثيرموري على ها-سيرف، لتصبح الشركة الرائدة في سوق الأخشاب المعالجة حرارياً. ^{[ ٢٩ ]}

أظهرت أحدث الأبحاث حول عملية التعديل الحراري أن تلون الخشب أثناء المعالجة الحرارية ليس بالضرورة عاملاً أساسياً في متانته واستقراره؛ فالتفاعلات المسؤولة عن تغير اللون أثناء التعديل تختلف عن التفاعلات المسؤولة عن المتانة. لذا، لا ينبغي اعتبار كل خشب بني اللون معدلاً حرارياً. ^{[ 30 ]}

تُجرى أبحاث مستمرة ^{[ 31 ]} لتحسين العمليات الصناعية والمعايير المختلفة لإنتاج هذا الخشب وتطوير تطبيقاته. كما تُجرى أبحاث أخرى لإيجاد عمليات جديدة للمعالجة الحرارية للخشب، بل وتُحاول دمج عمليات تعديل الخشب المختلفة.

شركة AlphaInterloc هي شركة تقوم بتصميم وتطوير هندسة العمليات والمعدات في الولايات المتحدة الأمريكية وأمريكا الشمالية. ^{[ 7 ]}

• الخشب المعالج بالأسيتيل - عملية أخرى لتحسين متانة الخشب، باستخدام الوسائل الكيميائية بدلاً من الوسائل الحرارية
• الخشب المعالج بالفورفوريل - عملية كيميائية أخرى لتحسين متانة الخشب
• ياكيسوجي