kemijska preradba drva, u tehnološkom smislu, skup postupaka i tehnologija kojima se drvo kemijskim putem prerađuje u različite proizvode. Podrazumijeva dobivanje drvnih kemijskih komponenata izdvajanjem iz drva (celuloze, štavila, eterična ulja i dr.) i dobivanje produkata razgradnje drvnih kemijskih komponenata (utekućeno drvo, octena kiselina, drvni ugljen, katran, šećeri i dr.). U znanstvenom smislu, kemijska preradba drva je disciplina koja proučava i istražuje načine iskorištenja šumskih proizvoda primjenom kemijskih metoda za dobivanje novih i inovativnih proizvoda. Pripada područjima šumarstva, drvne tehnologije, kemijske tehnologije. Za razliku od mehaničke obradbe drva, u kemijskoj se preradbi mogu prerađivati i manje važne vrste drva kao i manje vrijedni dijelovi stabla kao što su grane, lišće, korijenje, smole, plodovi i sl.

Kemijskoj preradbi drva pripadaju proizvodnja raznih vrsta celuloznih vlakana (drvenjača ili mehanička celuloza, poluceluloza i tehnička celuloza), → papira, papirne → ambalaže, produkata kemijske preradbe celuloze (→ umjetna vlakna), štavila (→ tanini), produkata hidrolize drva (jednostavni šećeri – monosaharidi i njihova daljnja preradba, npr. u alkohol), produkata razgradnje hemiceluloze (furfural i dr.), dobivanje prirodnih aromatičnih produkata iz drva (smole, eterična ulja i sl.), toplinska razgradnja drva (octena kiselina i dr.), preradba otpadnoga papira u koristan proizvod (recikliranje) i dr. U kemijsku preradbu drva kadšto se ubraja dobivanje proizvoda suhe destilacije drva (→ drvni ugljen) te impregnacija drva (→ zaštita drva). Neke su od tih tehnologija tek u razvoju, a neke iščezavaju. Primjerice, proizvodnja tanina gasi se, jer je razvijen suvremeniji postupak proizvodnje jeftinijih i kvalitetnijih umjetnih štavila. S druge strane, proizvodi slični drvenjači danas predstavljaju najsuvremenije načine proizvodnje vlakana celuloze s gospodarskog i ekološkog gledišta. Kemijska preradba drva provodi se uglavnom kemikalijama, a temperatura i drugi fizikalni čimbenici imaju manju ulogu. Uspješnost tehnoloških postupaka ovisi o vrsti stabla, anatomskom dijelu, visini, šumskoj sastojini, nadmorskoj visini, vrsti tla i dr., pa je njihovo poznavanje ključno.













Celuloza

Najvažniji proizvod kemijske preradbe drva je celuloza. U kemijskome smislu celuloza je čist kemijski spoj, polisaharid (C₆H₁₀O₅)_n. Pod tehničkom celulozom smatra se tvar koja je dobivena tehnološkim postupcima iz drveta, a sadržava čistu celulozu s manje ili više pratitelja, tj. lignina, pentozana i heksozana. Celuloza je važna sirovina za proizvodnju papira, umjetne svile i vune, eksploziva i kaučuka, lakova, i sl.

S tehnološkoga gledišta celuloza se može proizvoditi mehanički (drvenjača ili trljanica), kemijski (tehnička celuloza) i kemijsko-mehanički (poluceluloza i kemijska drvenjača). Celulozna vlakna dobivena tim postupcima imaju različita svojstva (ovise o zaostalom sadržaju lignina, pentozana i heksozana), pa se rabe za različite svrhe. Odnos kvalitete celuloze i iskorištenja drva obrnuto je razmjeran: celulozno vlakno visoke kvalitete dobiva se uz nisko iskorištenje sirovine. Nasuprot tomu, iskorištenje sirovine kod npr. drvenjače i poluceluloze je visoko, a vlakna u odnosu na tehničku celulozu (sulfitnu ili sulfatnu) slabija.

Četiri su osnovne tehnološke faze proizvodnje celuloznih vlakana: priprema sječke u šumi, doprema drva u tvornicu, uskladištenje drva i sječke, otkoravanje drva te proizvodnja i separacija sječke; priprema i regeneracija kemikalija; proizvodnja celuloznih vlakana; naknadna obradba vlakana. Za proizvodnju celuloze iskorištavaju se četinjače i listače. Od četinjača su najčešće smrekovina, jelovina, borovina i ariševina, a od listača bukovina, topolovina i brezovina. Ostale se vrste (lipovina, vrbovina, hrastovina, kestenovina) rabe mnogo manje jer su manje raširene ili služe za mehaničku ili koju drugu kemijsku preradbu. Kao sirovina rabe se još brzorastuće vrste koje se sade plantažno (topola) te drvni ostatci iz drvnoindustrijskih pogona. Prosječna duljina vlakanaca kod četinjača je 2,2 do 3,8 mm, a kod listača 1,0 do 1,2 mm. Od hrvatskih domaćih vrsta drva najbolja je svojstva pokazala smrekovina duljine vlakna 3,2 do 3,8 mm.

Osnovno načelo kemijske preradbe drva u celulozna vlakna je postupak delignifikacije, tj. kemijski proces izdvajanja lignina iz heterogene drvne strukture. Izdvajanjem lignina preostaju celuloza i pratitelji, čime biva razrušena struktura drva, a omogućeno razdvajanje celuloznih vlakana kemijskim putem. Lignin se izdvaja u kiseloj, neutralnoj ili lužnatoj sredini uz određene uvjete. Razdvajanje se pospješuje mehaničkim utjecajima koji u nekim postupcima proizvodnje celuloznih vlakana prevladavaju (defibrilacija). Delignifikacija se obavlja pri povišenoj temperaturi u različitim uređajima za kuhanje drvne sječke.

Povijesni razvoj industrije celuloze i papira

Podloge za pisanje zasnovane na celulozi imaju dugu povijest. Papirus su prije 5000 godina proizvodili Egipćani od istoimene biljke, koja je rasla u dolini Nila. Trake izrezane od stabljike te biljke ljudi su ispirali, međusobno prepletali i tako dobili podlogu prikladnu za pisanje. Papir kakav se rabi danas, pronašli su prije približno 2000 godina Kinezi. Oni su primitivnim putem dobili vlakna iz rižine slame, a od njih papir (T’sai Lun, 105). U Europi je papir poznat već 900 godina, a prvi je put proizveden u Španjolskoj (u Xàtivi kraj Valencije) 1144. Prvi uređaj za mljevenje papirnih vlakana u Europi izrađen je 1276. u Italiji (u Fabrianu kraj Ancone). Papir se do prije 150 godina izrađivao isključivo od tekstilnih otpadaka (krpa). Nagli razvoj tiskarstva i nakladništva povećao je potrebu za sirovinom bogatom vlaknima koje ima dovoljno u prirodi. Prva vlakna dobivena su 1830. izdvajanjem iz slame s pomoću lužina. Koristeći lužine, Englezi Hugh Burgess i Charles Watt proizveli su 1854. prva drvna vlakna (od brezovine), dobivši tzv. natronsku celulozu. Daljnji razvoj celulozne industrije obilježen je pronalaženjem odgovarajućih kemikalija s pomoću kojih se iz drva lakše mogu izdvojiti celulozna vlakna. Amerikanac Benjamin C. Tilghman patentirao je 1866. postupak dobivanja sulfitne celuloze. Isti je postupak za industrijsku primjenu razvio Šveđanin Carl Daniel Ekman 1874., izgradivši u Bergviku prvu tvornicu sulfitne celuloze, koja je već u prvoj godini rada proizvela oko 500 t celuloznih vlakana. Tako proizvedena celuloza bila je žutobijele boje, ali kudikamo kvalitetnija od natronske. Nakon pronalaska sredstava za izbjeljivanje, iz sulfitne se celuloze danas dobivaju vrlo bijeli papiri za pisanje i tisak. Sulfatnu celulozu pronašao je Šveđanin Carl F. Dahl 1879. u Gdańsku. Nakon tih se pronalazaka počela naglo širiti celulozna industrija, a posebice sulfatni postupak.

Proizvodnja celuloznih vlakana i papira u svijetu i Europi

Industrija celuloznih vlakana i papira među najvećim je industrijskim granama u svijetu (prema količini proizvedenih proizvoda na trećem je mjestu, iza naftne i metalne industrije). Svjetska proizvodnja papira i kartona danas je oko 390 milijuna tona i očekuje se da će do 2023. dostići 490 milijuna tona. Približno 40% ukupne svjetske proizvodnje papira i kartona ostvaruje se u Aziji, a po 25% u Europskoj uniji i Sjevernoj Americi. Vodeći svjetski proizvođač papira do 2009. bio je SAD, a od tada je Kina. Prosječna godišnja potrošnja papira po stanovniku na Zemlji je oko 60 kg (stanovnici SAD-a 265 kg, stanovnici Afrike 7 kg).

Europska industrija papira na godinu proizvede više od 90 milijuna tona papira i kartona i više od 36 milijuna tona celuloze. Izravno osigurava 178 000 radnih mjesta i neizravno tri milijuna radnih mjesta duž lanca šuma–papir. Konfederacija europskih papirnih industrija (CEPI) obuhvaća 633 poduzeća koja čine 23% svjetske proizvodnje. Sirovina se sastoji od 40% recikliranih vlakana i 44% izvornih celuloznih vlakana, ostale celuloze (1%) i nevlaknastih materijala (15%). Približno 94% potreba za drvom kao sirovinom za celulozna vlakna namiruje se iz certificiranih šumskih sastojina unutar Europe. U EU-u najveći je proizvođač papira Njemačka, a slijede Finska, Švedska i Francuska. Najveći proizvođači celuloze su Finska i Švedska. Sjedišta su dvaju najvećih europskih poduzeća u tom sektoru, Stora Enso i UPM, u Finskoj.

Kemijska preradba drva, a napose proizvodnja celuloze i papira, danas je temelj i predvodnik razvoja bioekonomije kao gospodarske strategije proizvodnje različitih proizvoda i energije iz biomase. Takvu je strategiju prihvatila Europska komisija 2012., potičući zamjenu fosilnih derivata proizvodima dobivenima iz obnovljivih bioloških resursa. Ključni su sudionici u tome biorafinerijski sustavi, tj. postrojenja za preradbu biomase kao obnovljivoga biološkog resursa, u kojima važnu ulogu imaju tehnologije i procesi kemijske preradbe drva (mehaničko-fizikalni, biokemijski, kemijski, termokemijski). Razvojem bioekonomije ostvaruje se koncept obnovljivog i regenerativnog kružnog gospodarstva.

Celulozno-papirna industrija u Hrvatskoj

Celulozno-papirna industrija u Hrvatskoj razvila se prilično rano. Redovnici pavlini već su potkraj XVII. st. obrtnički proizvodili papir u mjestu Očuri kraj Lepoglave. U Zagrebu je 1772. započela prva manufakturna proizvodnja papira. Prva suvremena tvornica papira osnovana je u Rijeci 1827 (→ Tvornica papira Rijeka). Međutim, zbog općenito slabe industrijske razvijenosti zemlje u to doba, ta je industrijska grana neko vrijeme sporo napredovala. Značajna kemijska preradba drva razvila se u Belišću (→ Belišće), gdje je 1884. osnovano drvnoindustrijsko poduzeće Salomona H. Gutmanna. Od 1889. ondje je djelovala tvornica tanina te od 1900. pogon suhe destilacije drva; tijekom 1920-ih poduzeće je proizvodilo tanin, drvni ugljen, kalcijev acetat, octenu kiselinu, formalin, kloroform, natrijev acetat, olovni acetat, katran, smolu, kreozot. Tijekom 1960-ih dio te proizvodnje ugašen je, a izgrađena je tvornica poluceluloze (zasnovana na neutralnom sulfitnom postupku), ambalažnih papira i ambalaže od valovitoga kartona (1961). U Zagrebu je 1893. osnovana Zagrebačka dionička tvornica papira (donedavno → Pan – Tvornica papira Zagreb), u kojoj se nakon rekonstrukcije i modernizacije 1929–34. papir izrađivao od sulfitne celuloze koja se proizvodila u tvornici (do 1979). U Plaškom je 1964. izgrađena tvornica sulfatne celuloze i kraft (natronskog) papira. Usporedno s tim razvijali su se pogoni za preradbu papira u Zagrebu, Koprivnici i Belišću te Andrijevcima kraj Slavonskog Broda. Danas se u Hrvatskoj proizvodi poluceluloza u Belišću, a drvenjača u Fužinama (u tvornici Drvenjača osnovanoj 1975).













Školstvo i publicistika

Nastavnim planom četverogodišnjega srednjoškolskog obrazovanja za drvodjeljske škole (za strukovno zanimanje drvodjeljski tehničar – dizajner) obuhvaćeni su neki dijelovi kemijske preradbe drva. Među srednjoškolskim udžbenicima ističu se oni Filipa Kljajića Tehnologija celuloze i drvenjače (1984) i Kemijska prerada drva (2000).

Začetci visokoškolskog obrazovanja iz područja kemijske preradbe drva datiraju još iz 1909., kada se u nastavnom planu zagrebačke Šumarske akademije pojavio kolegij Šumsko-kemijska tehnologija. No, sustavna je nastava iz tog područja započela 1960., kada je u novi nastavni plan Drvnoindustrijskog odsjeka Šumarskoga fakulteta (→ Fakultet šumarstva i drvne tehnologije) uvršten kolegij Kemijska prerada drva. Intenzivan obrazovni razvoj u okviru tog kolegija u početku je ostvaren zahvaljujući → Ivanu Opačiću, koji je bio osnivač Katedre za kemijsku preradu drva te nositelj istoimenog kolegija do odlaska u mirovinu 1984., kada je kolegij preuzeo Vladimir Sertić. U novome nastavnom planu Fakulteta od 2005. veći dio te tematike predaje se u sklopu kolegija Kemija drva (stručni studij Drvna tehnologija i preddiplomski studij Drvna tehnologija), koji vodi Alan Antonović te kolegija Tehnologija vlakana i papira (diplomski studij Drvnotehnološki procesi), koji vode → Vladimir Jambreković i Nikola Španić. Oba se kolegija izvode u organizaciji Zavoda za tehnologije materijala, u sastavu kojeg je uređen i moderno opremljen Laboratorij za kemiju lignoceluloznog materijala (voditelj A. Antonović). Zaposlenici Zavoda objavili su mnogobrojne znanstvene i stručne radove iz područja kemijske preradbe drva. Prvi udžbenik iz tog područja na hrvatskom jeziku za studente Šumarskoga i Tehnološkoga fakulteta bio je Kemijska prerada drva I. Opačića (1967).