Drewno wokół nas i jego perspektywy w XXI wieku

Drewno jest właściwie jedynym z powszechnie znanych materiałów w pełni odtwarzalnym przez przyrodę. Jego masa przybywa bez żadnych ujemnych skutków dla środowiska i człowieka. Przy właściwie prowadzonej gospodarce leśnej jest to proces ciągły, choć powolny. Można wręcz zaryzykować twierdzenie, że produkcja drewna dzięki procesowi fotosyntezy jest bezpłatna, a pozostałe koszty związane z pielęgnacją lasu, pozyskaniem drewna i jego obróbką tartaczną są stosunkowo niskie.

Drewno od zawsze

Obok kamienia i gliny drewno jest najstarszym materiałem budowlanym, z jakim człowiek zżył się przez stulecia swojej egzystencji. Trudno polemizować ze stwierdzeniem, że drewno jest wszechobecne w otoczeniu człowieka. Nasze powiązania z nim mogą być postrzegane w różny sposób. Niektórzy twierdzą, że są to związki atawistyczne, inni że historyczne a nawet genetyczne – bo podobno z drzewa zeszliśmy na ziemię. Żyjemy więc w otoczeniu drzew, dających – latem cień i chłód, jesienią i zimą – ciepło powstałe w efekcie spalania drewna. Mieszkamy w domach z drewna, wśród sprzętów, do produkcji których wykorzystano drewno. Niewiele więc przesady w stwierdzeniu, że drewno towarzyszy człowiekowi od kolebki do trumny. Drewno jest właściwie jedynym z powszechnie znanych materiałów w pełni odtwarzalnym przez przyrodę. Jego masa przybywa bez żadnych ujemnych skutków dla środowiska i człowieka. Przy właściwie prowadzonej gospodarce leśnej jest to proces ciągły, choć powolny. Można wręcz zaryzykować twierdzenie, że produkcja drewna dzięki procesowi fotosyntezy jest bezpłatna, a pozostałe koszty związane z pielęgnacją lasu, pozyskaniem drewna i jego obróbką tartaczną są stosunkowo niskie. Obok kamienia i gliny drewno jest najstarszym materiałem budowlanym, z jakim człowiek zżył się przez stulecia swojej egzystencji. Istnieje przecież pojęcie drewna archeologicznego, którego czasy datuje się na okres setek lat przed Chrystusem, jak choćby drewno dębu znalezione w Biskupinie, które zostało ścięte z przeznaczeniem na konstrukcje około 300 lat przed naszą erą (drewno zachowało swoje cechy dzięki przechowywaniu w środowisku wodnym). W Jeziorze Legnickim zidentyfikowano konstrukcje 300 metrowego mostu łączącego ląd z wyspą, na której badacze doszukują się początków państwa polskiego. Badania trwają nadal, a archeologowie wciąż znajdują archaiczne sprzęty domowe, broń i wyroby z drewna.

Drewno jako surowiec

Drzewo jest wspaniałą rośliną o wyjątkowych walorach przyrodniczych, kulturowych, estetycznych, ochronnych (erozja gleby, ochrona wód powierzchniowych, zalesianie terenów pokopaliskowych, poprawa struktury gleby). Człowiek do swoich celów może wykorzystać praktycznie wszystkie elementy drzewa. Ścięty pień daje kłody, które są podstawą do przerobu tartacznego – uzyskuje się z nich belki, bale, deski itp. To, czego człowiekowi nie uda się przerobić podlega naturalnemu rozkładowi i w ten sposób cykl ekologiczny zamyka się. Z drzewa uzyskujemy surowiec drzewny zaś odpady mogą być przerobione na opał i co za tym idzie - ciepło. Wydzielający się przy spalaniu CO₂ (mniej groźny niż związki siarki powstające przy spalaniu węgla) pochłaniany jest przez rośliny zielone i przerabiany na tlen. Pozostałości – jak popioły, kora czy liście, zasilają glebę i stanowią humus lub są dodatkiem do kompostów. Recykling odbywa się zatem w sposób naturalny. Zarówno w skali krajowej jak i światowej zużycie drewna nie maleje a rośnie. Przyrosty masy drewna w skali rocznej są wyższe niż jego zużycie. Z ogólnej liczby pozyskanego na świecie drewna, około 53% to drewno nie przemysłowe. Produkcja leśna i tartaczna pozostawia odpady takie jak gałęzie, pniaki, okorki, które trafiają do dalszego przerobu na zrębki.

Wybrane właściwości drewna

Popularność stosowania drewna wynika z jego unikalnych cech, możliwości odnowienia bazy i łatwej dostępności. Energochłonność potrzebna do wyprodukowania 1m³ drewna jest niewielka, wielokrotnie niższa niż ta potrzebna produkcji stali, aluminium, betonu, czy tworzyw syntetycznych. Ciekawe materiały przedstawia K. Rykowiski (1995) cytując za niemieckimi źródłami:

 "Jeśli do wyhodowania drewna, jego pozyskania, obróbki i wmontowania jako elementu konstrukcyjnego potrzeba 1 jednostki energii to, odpowiednio dla innych materiałów potrzeba:

• cement – 4
• surowce syntetyczne – 6
• stal – 244
• aluminium – 126 "

Drewno jako materiał naturalny ma niejednorodną budowę i barwę. Barwy drewna są stonowane, spokojne, niemal od bieli do ciemnego brązu. Te cechy plastycznie wykorzystywane są w kształtowaniu struktur przestrzennych i elementów architektury. Niektóre gatunki są szczególnie podatne na obróbkę rzeźbiarską. Znamy je więc ze starych rzeźb i snycerki - tutaj zastosowanie najczęściej znajdowały lipa i jawor. Drewno posiada naturalny zapach szczególnie intensywny w przypadku drewna świeżego. Jest to zapach żywicy albo olejków aromatycznych. Jednym z takich "aromatycznych" gatunków jest cedr libański. Na rynku ukazały się ostatnio deseczki do zawieszania w szafach które poza walorami zapachowymi podobno posiadają właściwości zabezpieczające przed molami. Drewno posiada także dobre właściwości izolacyjne: termiczne i akustyczne, wykorzystywane w starym budownictwie drewnianym, saunach, boazeriach, wyrobach stolarki budowlanej. Warto zwrócić uwagę na współczynnik jakości wytrzymałościowej, który jest odniesieniem cech wytrzymałościowych do gęstości. Przy mniejszej gęstości, drewno posiada lepsze parametry wytrzymałościowe (samozerwalność) nawet niż metale. Spełnia więc warunek zachowania odpowiedniej lekkości przy wznoszeniu różnorakich konstrukcji.

Odkształcalność drewna może być różna, w zależności od kierunków usłojenia, wilgotności czy gatunku drewna. Odnosząc jednak te parametry do tworzyw np. wykorzystywanych w produkcji stolarki okiennej, jest ona dużo niższa. Drewno ma także większe ciepło właściwe co oznacza, że w mniejszym stopniu ulega nagrzewaniu. Inną budzącą kontrowersje cechą drewna jest jego palność. Badania i praktyka wykazały, że w momencie pożaru najistotniejsza dla bezpieczeństwa jest tzw. odporność ogniowa, czyli okres czasu w którym konstrukcja trwa w ogniu, nim runie. Czas w jakim drewno się pali i traci swoje pierwotne właściwości pozwala na skuteczną akcję ratunkową, ewakuację ludzi, sprzętu czy zwierząt, ponieważ nie spalona środkowa część belek nadal przenosi obciążenia, zapobiegając zawaleniu się budynku. W wyniku pożaru ciepło stopniowo przenika w głębsze warstwy drewna. Dzieje się tak miedzy innymi dlatego, że spalona otulina drewna staje się jednocześnie izolatorem. Prędkość zwęglania drewna mieści się w granicach 0,38-1,1 mm/min. Jak podaje B. Ościsłowska (2002), drewno w 200^oC. wykazuje wprawdzie ubytki masy, ale porównywalnie – PVC już w temperaturze 110-130°C wykazuje całkowite odkształcenia i rozpoczyna proces płynięcia. Bardzo istotne zagrożenie w pożarze stanowią dymy i wydzielające się gazy. Palące się tworzywa emitują zabójczy chlorowodór i wykazują większą szybkość rozprzestrzeniania się ognia aniżeli drewno.

Drewno w budownictwie

Dawniej z drewna litego budowano wiele prestiżowych obiektów takich jak: kościoły wyznań katolickich, ewangelickich, prawosławnych, wiatraki, mosty, domy. Współczesne budownictwo nadal korzysta z drewna, lecz najczęściej stosuje je do konstrukcji wielkowymiarowych lub szkieletowych. Nie zmienia to faktu, że dzisiejsze budownictwo pochłania największe od lat ilości drewna, stając się stymulatorem rozwoju stolarki budowlanej, przemysłu meblarskiego i innych. Istniejąca obecnie w polskim budownictwie mieszkaniowym recesja przedstawia skrzywiony obraz stosowania i zapotrzebowania na drewno. Wspomagające budownictwo przemysły, w tym drzewny, także znajdują się w swoistym letargu.

Drewno jako element architektury wnętrz

Wnętrze mieszkalne kształtowane jest przez określone czynniki, takie jak przestrzeń, światło, barwa, przedmioty. Do ich uzyskania i podkreślania drewno wykorzystywane jest bardzo często. Można je więc znaleźć we wnętrzu w postaci posadzek, boazerii, sufitów, stolarki i w końcu nieodzownych w każdym pomieszczeniu mieszkalnym – mebli. Tradycyjna posadzka wykonana jest z litych desek podłogowych przybijanych do legarów. Deski, mimo że we współczesna stylistyka zmieniła ich szerokość, grubość a także technologię ich mocowania, stosowane są do dziś. Nowoczesne techniki osadzania posadzek zamieniły natomiast popularne niegdyś gwoździowanie na klejenie, a nawet na tzw. "podłogi pływające". Do materiałów wymagających stosowanie zapraw klejących należą popularne parkiety, mozaiki, deski klejone warstwowo, a także płyty i panele podłogowe. Specjalistycznych klejów wymagają w szczególności okładziny z coraz powszechniej stosowanego drewna egzotycznego, którego właściwości znacznie odbiegają od cech naszego rodzimego drewna. Bez kleju nie obejdzie się także przy mocowaniu prawie wszystkie akcesoriów dodatkowych – takich jak listwy wykańczające itp.

Boazerie to rodzaj wykonanych z drewna wykładzin ściennych. Z ich pomocą można w łatwy sposób kreować wnętrze, zmieniając optycznie jego wymiary, wystrój, kolorystykę i klimat. Boazerie stanowią także warstwę ochronną dla ścian oraz rodzaj wewnętrznej izolacji termicznej. Najczęściej spotykane typy tej okładziny to: boazerie ramowo – płycinowe, płytowe i deskowe. Poza drewnem litym, do ich produkcji coraz częściej stosuje się materiały tworzywowe jak MDF, HDF i całkowicie wykończone panele np. naśladujące stare drewno. Od kilku lat na rynku dostępne są także panele całkowicie tworzywowe, z przeznaczeniem do stosowania na zewnątrz budynków.

Stolarka budowlana stanowi stałe wyposażenie wnętrza i sprowadza się najczęściej do okien i drzwi. Wymiary stolarki, ich rozmieszczenie i kolor dobierane są w zależności od wielkości i przeznaczenia pomieszczenia. Stosowanie drewna w tym zakresie w ostatnich latach niestety uległo ograniczeniu. Jest to wynikiem działającej na niekorzyść drewna reklamy. Można by na jej podstawie wnioskować, że z drewna nie da się zrobić dobrego okna. Nie jest to prawdą – jedynym problem w stolarce drewnianej jest jej wciąż niedoskonała konserwacja. Kiedyś okna uchodziły za element sztuki zdobniczej – dziś stolarka drewniana straciła na popularności a w produkcji najczęściej łączy się je z innymi materiałami, takimi jak metal albo tworzywo sztuczne.

Meble są jednym z mobilnych elementów wnętrza. Drewno jako materiał konstrukcyjny zawsze było i nadal jest popularnym materiałem do ich produkcji. Innowacyjność w konstruowaniu oraz postęp w poszukiwaniu nowej formy dla mebli, najłatwiej zauważyć oglądając współczesne meble szkieletowe np. autorstwa Franka Gehry. Bardziej tradycyjną formę prezentują meble skrzyniowe. Czasem, mimo iż człowiek przez stulecia dopasowywał wymiary i kształty mebli do swojej wygody i "potrzeb" swoich codziennych sprzętów (ubrań, naczyń, książek), w poszukiwaniach nowej formy cechy użytkowe mebli przestają być cechami nadrzędnymi.

Instrumenty - często także wykonywane z drewna. Na przestrzeni stuleci rozwinęła się cała dziedzina sztuki tworzenia instrumentów strunowych, oparta na drewnie - lutnictwo. Z drewna produkuje się zarówno małe jak i wielkie instrumenty - od niewielkich piszczałek począwszy a skończywszy na monumentalnych organach.

Schody poza innymi materiałami do dziś wykonywane z drewna. Do ich tworzenia i szczegółowego rozrysowania obecnie wykorzystuje się skomplikowane techniki komputerowe. Ich konstrukcje i formy cały czas ewoluują - łatwo to zauważyć porównując prostą formę zrekonstruowanych belek w Biskupinie do nowoczesnych schodów gięto-klejonych.

Drewno jako opał

Światowe zasoby paliw mineralnych, do których należy ropa naftowa, obecnie szacuje się na około 50 lat. Dla poszczególnych kontynentów jest to odpowiednio okres krótszy lub dłuższy. Kryzys energetyczny w latach 70-tych uświadomił społeczeństwu jedną, niepodważalną cechę surowców kopalnych - ich skończoność. Poszukiwanie nowych odnawialnych źródeł energii staje się więc potrzebą dzisiejszych czasów. W chwili obecnej, w krajach UE wykorzystuje się około 15% energii odnawialnej. Do roku 2020 jej zużycie ma wzrosnąć do 40-50%. I tu pojawia się niezaprzeczalna perspektywa dla drewna, jako odnawialnego surowca energetycznego. W krajach rozwijających się w tej chwili jest ono wykorzystywane jako podstawowe źródło energetyczne nawet w 80%. W krajach uprzemysłowionych zaledwie w granicach 2-3%. Tym samym ponad 95% zapotrzebowania energetycznego zapewniają kopaliny.

Drewno jest nadal popularnym źródłem energii cieplnej na wsiach, w domkach rekreacyjnych a ostatnio coraz częściej w powracających do łask miejskich kominkach. Techniczne rozwiązania wkładów kominkowych i systemów ogrzewania z nimi związanych oraz znacznie wyższa wydajność wkładów kominkowych niż kominków tradycyjnych, spowodowała, że zainteresowanie tym sposobem ogrzewania masowo rośnie. Kominki w domach jednorodzinnych na nowo budowanych osiedlach stanowią w tej chwili tak zwane drugie czyli dodatkowe źródło ogrzewania. Ale niska cena drewna i jego łatwa dostępność coraz częściej sugeruje ludziom możliwość zastosowania go jako podstawowego sposobu ogrzewania. Udział drewna dla celów grzewczych w USA w okresie lat 1970-80 uległ niemal podwojeniu. Powstają coraz doskonalsze i wydajniejsze piece do spalania drewna w postaci zgazowanej ( nie jest to nowe zagadnienie - było ono już znane i w pewnym stopniu wykorzystywane podczas II Wojny Światowej jako tzw. holzgaz). Dziś musi być ono jednak rozpatrywane w zupełnie inny sposób i w całkiem innej skali.

Problem wykorzystania drewna jako źródła energetycznego coraz częściej poruszany jest więc podczas ważnych międzynarodowych spotkań. Podczas Szczytu Ziemi w Johanesburgu w 2002 roku potwierdzono, że zużycie drewna nadal rośnie. Jako jeden ze sposobów rozwiązania tego problemu pozycjonowane są tzw. plantacje szybo rosnących gatunków. Badania nad takimi plantacjami prowadzone są w coraz szerszym zakresie. Również w naszym kraju prowadzi się podobne badania na plantacjach topoli, wierzby, osiki i różnych ich odmian. Myśli się także o prowadzeniu plantacji roślin innych niż drzewa. Poza tym sposobem zwiększenia produkcji drewna, pozostaję jeszcze kwestia nie w pełni wykorzystanej biomasy w postaci odpadów produkcji leśnej (gałęzi, igliwia, karpy). Szacunkowy rachunek wykorzystania drewna przedstawiony przez Jędzejewskiego (1975) jest dość zaskakujący - na 100 m³ drzewa - 25 m³ stanowi drewno. Reszta jest odpadem. Przemysł drzewny wytwarza kolejne odpady, których baza jest ogromna - szacuje się, że stanowić może ona około 25% przerabianego surowca. Odpady drzewne częściowo brykietuje się. Ostatnio pojawiły się informacje o produkcji granulatu z odpadów – tzw. peletach. Jest on cenowo konkurencyjny w odniesieniu do węgla i przeznaczony do spalania w kotłowniach oraz piecach w domkach jednorodzinnych.

Drewno ulepszone. Perspektywy drewna w XXI wieku

Drewno mimo wielu zalet posiada jednak wady, które ograniczają zakres jego stosowania. Jako wady postrzegane mogą być: anizotropowa budowa drewna, niska stabilność wymiarowa - różna w zależności od usłojenia, mała odporność na zmienne warunki eksploatacji i inne. Dlatego poddaje się je zabiegom ulepszania. Jedną z takich metod jest rozcinanie i następnie sklejanie drewna. Stosuje się także jego rozdrabnianie a następnie scalanie (na tej technice opiera się przemysł tworzyw drzewnych produkujący płyty pilśniowe, wiórowe, MDF, HDF, OSB i inne). Do produkcji płyt stosuje się różne surowce, takie jak kora, paździerze, trzcina i rośliny szybko rosnące. Współczesne kleje są na tyle doskonałe, że można nimi praktycznie skleić wszystko i faktycznie podejmuje się takie próby. Powstałe w ten sposób produkty stanowią grupę tzw. płyt aglomerowanych. W ostatnich latach, głównie w USA, wprowadzono nowe tworzywa drzewne znane pod ogólną nazwą "materiałów klejonych" - MGLT, do których należą płyty i belki klejone PSL (Paralel Strand Lumber), LVL (Laminatem Veneer Lumber), OSB (Oreinted Strand Board) i inne.

Produkcja tych nowoczesnych materiałów na pewno również stanowi perspektywę dla rozwoju przemysłu drzewnego. Innym sposobem ulepszania drewna jest jego chemiczna modyfikacja. Mówiąc ogólnie - polega ona na wprowadzeniu do drewna środków chemicznych, ich utwardzeniu wewnątrz tkanki drewna i wiązaniu środków modyfikacji ze strukturą drewna. Procesy prowadzi się metodami radiacji oraz sposobami termicznymi. W Polsce znany był lignomer uzyskany drogą termiczną. Prace nad modyfikacją drewna prowadzone są nieustannie. W wielu przypadkach dotyczą one gatunków drewna szybko rosnących, których cechą charakterystyczną jest mała gęstość. W Nowej Zelandii udało się metodą próżniowo-ciśnieniową wprowadzić polisacharyd do drewna uzyskując całkiem nowy kompozyt. Również w naszym kraju prowadzi się prace nad adaptacją tej metody przy krajowych gatunkach drewna. Właściwości drewna można także poprawić stosując prowadzoną różnymi metodami konserwację. Drewno poddaje się obróbce chemicznej w celu uzyskania celulozy i papieru. Odpady z tego przetwórstwa wykorzystywane są do produkcji olejów, terpentyny, kwasów tłuszczowych. Proces hydrolizy związany jest z pozyskaniem etanolu jako zastępczego paliwa i stosowany jest w niektórych krajach - np. w Brazylii. Piroliza drewna daje możliwości uzyskania chemikaliów (metanol, kwas octowy) i innych blisko 200 związków chemicznych. Termoliza drewna jest podstawą uzyskania węgla drzewnego i dalszego aktywnego stosowania w filtrach i maskach gazowych. Poza przedstawionym przerobem i ulepszaniem drewna prowadzone są prace wdrożeniowe i konstrukcyjne nad zastosowaniem drewna wspólnie z innymi materiałami na zasadzie współpracy – czyli dobrze rozumianego mariażu (a nie konkurencji)Przedstawione powyżej badania i prace wdrożeniowe niewątpliwie stanowią o przyszłości drewna. Na Międzynarodowej Konferencji w 1994 trafnie podsumował możliwości rozwoju drewna Santos, widząc jego perspektywy jako materiału wysoko przetworzonego – tzw. EWP (Engineered Wood Products) współpracującego z innymi rodzajami materiałów.