木灰

木灰は、暖炉、焚き火、または産業用発電所などで木を燃やした後に残る粉状の残留物です。主にカルシウム化合物と、木に含まれるその他の不燃性微量元素で構成されており、歴史を通じてさまざまな目的で使用されてきました。

構成

評価のばらつき

^{エミール・ウォルフ[1]}らは、多くの樹種の木灰の組成に関する包括的な分析を行ってきました。その組成にはいくつかの要因が大きく影響しています。^[2]

微細灰: 燃焼中に煙道から排出される固形物も考慮する研究もあれば、考慮しない研究もあります。
燃焼温度。^[3]燃焼温度の上昇に伴い灰分含有量が減少し、2つの直接的な影響が生じる。^[2]
- 解離: 炭酸塩、硫化物などを酸化物に変換すると、炭素、硫黄、炭酸塩、硫化物は生成されません。一部の金属酸化物 (例:酸化水銀) は、薪の火の温度 (600 °C (1,112 °F)) で元素状態に解離したり、完全に蒸発したりします。
- 揮発: 流出した灰を測定しない研究では、燃焼生成物がまったく存在しない場合があります。たとえば、ヒ素は揮発性ではありませんが、三酸化ヒ素は揮発性があります (沸点: 465 °C (869 °F))。
実験プロセス: 燃焼から分析までの間に灰が環境に晒されると、酸化物は空気中の二酸化炭素と反応して炭酸塩に戻る可能性があります。一方、吸湿性物質は大気中の水分を吸収する可能性があります。
木材の種類、年齢、生育環境は木材の組成（広葉樹と針葉樹など）に影響し、灰の含有量も変わります。広葉樹は通常、針葉樹よりも多くの灰を生産し^[2]、樹皮と葉は幹の内部よりも多くの灰を生産します^{[2] 。}

測定

木材を燃やすと、平均して約6～10%の灰が発生します。^[2]木材を熱分解して揮発分がすべてなくなるまで加熱し、350 °C (662 °F) で8時間燃焼させると、特定の木材では、燃焼した木材の元の質量の0.43～1.82%の残留灰が生成されます (乾燥基準、つまりH 2 Oが除去されていると仮定) 。 [ a _]また、^燃焼条件は残留灰の組成と量に影響を与えるため、温度が高いほど灰の収量は減少します。^[4]

元素分析

通常、木灰には以下の主要成分が含まれています: ^[2]^{[説明が必要]}^[5]

炭素（C） — 5～30%。
カルシウム(Ca) — 7～33%
カリウム（K） — 3～10%
マグネシウム(Mg) — 1～2%
マンガン(Mn) — 0.3～1.3%
リン(P) — 0.3～1.4%
ナトリウム（Na） — 0.2～0.5%。

化合物

木材が燃えると、使用される温度に応じてさまざまな化合物が生成されます。いくつかの研究では炭酸カルシウム（CaCO ₃）が主成分であるとされていますが、他の研究では炭酸塩はまったくなく、代わりに酸化カルシウム（CaO）が生成するとされています。後者はより高温で生成されます（焼成を参照）。^[3]平衡反応CaCO ₃ → CO _{2 + CaOは、750 °C（1,380 °F）および高いCO}₂ 分圧（木材火災など）で平衡が左にシフトしますが、900 °C（1,650 °F）またはCO ₂分圧が低下すると平衡が右にシフトします。^[6]

木灰の多くは炭酸カルシウム（CaCO ₃）を主成分としており、灰の総重量の25％ ^{[7]または45％を占めることもあります。}^[8] 600℃（1,112°F）では、CaCO ₃とK ₂ CO _3が1つのケースで確認されました。^[b] 10％未満がカリ、1％未満がリン酸です。^[7]

微量元素

鉄(Fe)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、銅(Cu) などの微量元素と一部の重金属が含まれています。^[7]灰中のそれらの濃度は燃焼温度によって異なります。^[3]温度上昇により、炭酸塩の分解とカリウム(K)、硫黄(S)、微量の銅(Cu) とホウ素(B)の揮発が起こる可能性があります。 ^[3]研究では、温度上昇により K、S、B、ナトリウム (Na)、銅 (Cu) が減少しましたが、Mg、P、Mn、Al、Fe、Si はカルシウム (Ca) と比較して変化しませんでした。ただし、これらの微量元素はすべて、燃焼温度が高いと酸化物の形で存在します。 ^[3]木灰に含まれる元素 (すべての分率は灰の質量あたりの元素の質量で示されています) には次のものがあります: ^[2]^{: 304}

鉄1.6-55 ‰
シ6-170 ‰
アル1.2-45‰
マンガン1-20 ‰
0.6～50 ppm として
カドミウム0.18-60 ppm
鉛2～ 500ppm
Cr 12-280ppm
ニッケル10～ 140ppm
1.8-120ppm

燃料

ある研究では、ゆっくり燃える木材（100～200℃（212～392℉））からの排出物には、通常、16種のアルケン、5種のアルカジエン、5種のアルキン、および数種のアルカンとアレーンが一定の割合で含まれていると判明している。^[c]^{[9]効率的な燃焼では、} エテン、アセチレン、ベンゼンが主成分であった。^[9]くすぶり燃焼では、 C ₃ -C ₇ アルケンの割合が高くなることが判明した。^[9]ベンゼンと1,3-ブタジエンは、非メタン炭化水素全体の質量比で約10～20%と約1～2%を占めた。^[9]

用途

肥料

木灰は、農業用土壌の栄養を豊かにするための肥料として使用することができます。この役割において、木灰はカリウムと炭酸カルシウムの供給源として機能し、炭酸カルシウムは酸性土壌を中和する石灰剤として機能します。^[7]

木灰は有機水耕液の改良剤としても使用でき、一般的にはカルシウム、カリウム、マグネシウム、リンを含む無機化合物の代替として使用されます。^[10]

堆肥

木灰は一般的に埋め立て処分されるが、処分コストの上昇に伴い、農業や林業用の堆肥として利用するなど、環境に優しい代替品が人気を集めている。^{[11]木灰は}炭化物含有量が高いため、特に堆肥化作業において臭気制御剤として使用することができる。^[12]

陶器

木灰は陶磁器の釉薬に使われてきた長い歴史があり、特に中国、日本、韓国の伝統では、現在でも多くの陶芸家によって使用されています。木灰はフラックスとして機能し、釉薬の融点を下げます。^[13]

石鹸

何千年もの間、植物や木の灰は水で浸出され、炭酸カリウムの不純な溶液が作られてきました。この生成物は、古代シュメール、ヨーロッパ、エジプトで行われていたように、油や脂肪と混ぜて柔らかい「石鹸」または石鹸のような製品を作ることができました。^[14]しかし、実際に泡立つ石鹸を作ることができるのは特定の種類の植物だけでした。^[15]その後、中世ヨーロッパの石鹸製造者は、石鹸製造用の水酸化カルシウムを含む消石灰で木灰溶液を処理しました。 ^{[16]しかし、}ルブラン法が発明されるまで、高品質の水酸化ナトリウムを大量生産することはできず、粗い木や植物の灰を使用した以前の石鹸は時代遅れになりました。^[17]これは現代の石鹸製造産業を促進した革命的な発見でした。^[18]

バイオリーチング

外生菌根菌であるSuillus granulatusとPaxillus involutusは木灰から元素を放出することができる。^[19]

食事の準備

木灰はニシュタマリゼーションの過程で使われることがあります。ニシュタマリゼーションでは、特定の種類のトウモロコシ（通常はトウモロコシまたはモロコシ）^[20]^[21]をアルカリ溶液に浸して調理し、栄養価を高め、マイコトキシンのリスクを減らします。アルカリ溶液は歴史的に木灰の灰汁から作られてきました。

ニシュタマリゼーションはもともとメソアメリカで行われ、そこから北アメリカの様々な先住民族を通じて北に広まりました。北アメリカ東部では、ニシュタマリゼーションされたトウモロコシは伝統的にポリッジやシチューに入れて食べられており、ヨーロッパ人はこれをホミニーと呼んでいました。^[22]木灰は、モルビエやフンボルトフォグなどのチーズの防腐剤としても使用されています。^[23]^[24]

初期の発酵パンは紀元前6000年頃にシュメール人によって焼かれ、熱した石の上にパンを置き、熱い灰で覆っていました。木灰に含まれるミネラルは、焼くときに生地の栄養分を補った可能性があります。^[25]現在、ショパンアルベオグラフ^[26]で測定されたパン用小麦粉に含まれる木灰の量は、フランスによって厳しく規制されています。^[27]

参照

灰焼き職人（伝統的な職業）
灰工場 – 木灰から灰汁を生産する場所または工場
ボトムアッシュ
木炭
フライアッシュ
紙幣
廃棄物の野焼き
木工用接着剤
木材防腐剤
木製ベニヤ

注記

^ 様々な樹種の木材チップ（アスペン、イエローポプラ、ホワイトオーク、ホワイトオークの樹皮、ダグラスモミの樹皮）を密閉容器に入れ、炉の中で500℃（932℉）で熱分解した。^[3]
^ 様々な樹種の木材チップ（アスペン、イエローポプラ、ホワイトオーク、ホワイトオークの樹皮、ダグラスモミの樹皮）を密閉容器に入れ、炉の中で500℃（932℉）で熱分解した。^[3]
^ ガスクロマトグラフィー分析法を用いる。

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[4] 様々な樹種の木材チップ（アスペン、イエローポプラ、ホワイトオーク、ホワイトオークの樹皮、ダグラスモミの樹皮）を密閉容器に入れ、炉の中で500℃（932℉）で熱分解した。^[3]

[10] 様々な樹種の木材チップ（アスペン、イエローポプラ、ホワイトオーク、ホワイトオークの樹皮、ダグラスモミの樹皮）を密閉容器に入れ、炉の中で500℃（932℉）で熱分解した。^[3]

[11] ガスクロマトグラフィー分析法を用いる。

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木灰

構成