Gỗ

Gỗ là vật liệu chủ yếu được hình thành từ các thành phần cơ bản như xenluloza (40-50%), hemixenluloza (15-25%), lignin (15-30%) và một số chất khác. Nó được khai thác từ những cây thân gỗ.

Gỗ đã đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người hàng ngàn năm qua. Nó được dùng làm nhiên liệu, xây dựng, chế tạo công cụ, vũ khí, đồ nội thất và giấy. Ngoài các ứng dụng truyền thống, gỗ hiện còn được chế biến thành cellulose tinh chế và các sản phẩm từ cellulose như giấy bóng kính (cellophane) và acetate cellulose.

Tính đến năm 2020, tổng trữ lượng rừng trên toàn cầu ước khoảng 557 tỷ m³. Với khả năng tái sinh phong phú và tính trung hòa carbon, gỗ đang ngày càng được chú trọng như một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng. Năm 2008, lượng gỗ khai thác đạt khoảng 3,97 tỷ m³, chủ yếu để sản xuất đồ nội thất và xây dựng.

Ngành gỗ

Vào năm 2011, tại tỉnh New Brunswick, Canada đã phát hiện ra các loài thực vật có gỗ xuất hiện sớm nhất, có niên đại khoảng 395 đến 400 triệu năm trước.

Tuổi của gỗ có thể xác định bằng cách đo lượng carbon trong nó. Đối với một số loại cây, người ta còn có thể kiểm tra các vòng cây để xác định tuổi của gỗ.

Từ xa xưa, gỗ đã được con người sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Gỗ không chỉ được dùng để đốt làm nhiên liệu, mà còn để xây dựng nhà cửa, chế tạo công cụ, vũ khí, đồ nội thất, bao bì, trang trí và giấy. Các công trình xây dựng bằng gỗ có niên đại lên tới hàng chục nghìn năm đã được phát hiện.

Ngày nay, gỗ ngày càng được ưa chuộng trong xây dựng nhờ sự kết hợp với thép và đồng.

Vòng cây cung cấp thông tin giá trị về khí hậu trong quá khứ. Quan sát độ rộng của các vòng cây và lượng đồng vị giúp chúng ta suy đoán về điều kiện khí hậu khi cây bị chặt hạ.

Cứng so với mềm

Gỗ thường được phân loại thành hai loại: gỗ mềm và gỗ cứng. Gỗ từ cây lá kim, chẳng hạn như cây thông, được gọi là gỗ mềm, trong khi gỗ từ cây hai lá mầm, như cây sồi, là gỗ cứng. Tuy nhiên, phân loại này có thể gây hiểu lầm, vì một số loại gỗ lá rộng lại mềm hơn gỗ lá kim. Ví dụ, gỗ bấc (gỗ cứng) lại mềm hơn nhiều loại gỗ mềm, trong khi một số gỗ mềm như gỗ thủy tùng có thể cứng hơn nhiều loại gỗ cứng.

Tính chất của gỗ rất đa dạng tùy thuộc vào loại cây và môi trường sinh trưởng của nó. Mỗi loại cây sẽ cho gỗ với mật độ khác nhau, và gỗ có mật độ cao thường có độ cứng và độ bền tốt hơn.

Thành phần hóa học

Mặc dù mỗi loại cây có thành phần gỗ khác nhau, nhưng chung quy gỗ bao gồm khoảng 50% cacbon, 42% oxy, 6% hydro, 1% nitơ và 1% các nguyên tố khác như canxi, kali, natri, magie, sắt và mangan. Gỗ cũng chứa một lượng nhỏ lưu huỳnh, clo, silic, phốt pho và các nguyên tố khác.

Ngoài nước, gỗ chủ yếu gồm ba thành phần chính: cellulose (khoảng 41–43%), hemixenluloza (20% đến 30%) và lignin (23% đến 27%). Những thành phần này kết nối với nhau tạo thành mạng lưới, góp phần tạo nên độ bền của gỗ. Lignin và hemixenluloza có liên kết rất chắc chắn, khó tách rời. Trong ngành công nghiệp giấy, các phương pháp hóa học được sử dụng để tách lignin khỏi cellulose để sản xuất giấy.

Về mặt hóa học, sự khác biệt giữa gỗ cứng và gỗ mềm nằm ở thành phần lignin. Gỗ cứng được tăng cường bởi hai loại rượu quan trọng là rượu sinapyl và rượu coniferyl. Ngược lại, chất chính làm cho gỗ mềm có độ cứng là rượu coniferyl.

Công dụng của gỗ

Sản xuất

Từ năm 2000 đến 2021, sản lượng gỗ tròn toàn cầu đã tăng từ 3,5 tỷ m³ lên 4 tỷ m³. Trong năm 2021, gỗ dùng làm nhiên liệu đứng đầu về lượng tiêu thụ, chiếm gần 50% tổng sản lượng với 2 tỷ m³. Gỗ tròn từ cây lá kim phục vụ cho công nghiệp xếp thứ hai với 30% (1,2 tỷ m³), còn gỗ tròn không lá kim dùng cho công nghiệp chiếm 21% (0,9 tỷ m³). Châu Á và châu Mỹ là hai khu vực sản xuất gỗ tròn hàng đầu, đóng góp lần lượt 29% và 28% vào tổng sản lượng toàn cầu. Châu Phi và Châu Âu có tỷ lệ tương đương nhau, khoảng 20-21%, trong khi Châu Đại Dương chỉ chiếm 2% còn lại.

Nhiên liệu

Từ lâu, con người đã biết đến việc sử dụng gỗ để tạo lửa. Ngày nay, gỗ vẫn là nguồn năng lượng chính trong nhiều gia đình nông thôn để nấu nướng. Gỗ cứng thường được ưa chuộng hơn vì ít khói và thời gian cháy lâu hơn. Nhiều người còn thích sử dụng bếp củi hoặc lò sưởi trong nhà để tạo không gian ấm cúng và sang trọng.

Bột giấy

Gỗ bột giấy là loại gỗ được trồng đặc biệt để phục vụ cho quá trình sản xuất giấy.

Xây dựng

Từ lâu, gỗ đã được con người sử dụng để xây dựng nhà cửa, chế tạo thuyền và làm nơi trú ẩn. Đến cuối thế kỷ 19, hầu hết các phương tiện giao thông đường thủy đều được làm bằng gỗ. Ngày nay, gỗ vẫn là nguyên liệu chính trong ngành đóng thuyền. Trước khi hệ thống ống nước hiện đại ra đời, gỗ du được dùng để chế tạo ống dẫn nước.

Ở Bắc Mỹ, gỗ được dùng trong xây dựng thường là gỗ xẻ. Trong thời kỳ Trung cổ tại châu Âu, gỗ sồi là lựa chọn phổ biến cho các công trình gỗ như dầm, tường, cửa và sàn nhà.

Gỗ kỹ thuật

Gỗ kỹ thuật là vật liệu chế tạo từ việc kết hợp các sợi gỗ, dăm bào và mảnh vụn gỗ bằng keo hoặc chất kết dính. Gỗ kỹ thuật vượt trội hơn gỗ tự nhiên nhờ khả năng chống mối mọt, cong vênh và co ngót hiệu quả, đồng thời đáp ứng tốt các yêu cầu về độ bền và khả năng chịu tải cho từng mục đích sử dụng cụ thể.

Đồ nội thất và đồ dùng

Từ thời xa xưa, con người đã sử dụng gỗ để chế tạo nhiều đồ dùng trong nhà như ghế, giường và bàn. Gỗ cũng được dùng để làm cán cho các công cụ như dao, kéo, và cưa. Bên cạnh đó, gỗ còn là nguyên liệu làm các vật dụng ăn uống như đũa, muỗng, và nĩa.

Khác

Ngành công nghiệp gỗ hiện đang chứng kiến nhiều đột phá mới. Các nhà nghiên cứu đang khám phá cách sử dụng keo lignin để làm bao bì thực phẩm có thể tái chế, thay thế lốp cao su bằng vật liệu gỗ, chế tạo vật liệu y tế chống vi khuẩn, và phát triển loại vải hoặc vật liệu tổng hợp có độ bền cao.

Niên đại học thụ mộc

Niên đại học thụ mộc (tiếng Anh: dendrochronology hoặc tree-ring dating) là phương pháp khoa học dùng để xác định tuổi của cây gỗ dựa trên số năm mà cây đã sống. Phương pháp này không chỉ giúp xác định tuổi cây mà còn cung cấp thông tin quý giá cho ngành khí hậu học, hỗ trợ nghiên cứu về khí hậu và điều kiện khí quyển qua các thời kỳ khác nhau từ các vòng gỗ hàng năm. Thuật ngữ tiếng Anh 'dendrochronology' bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp cổ đại với 'δένδρον' (dendron) nghĩa là 'cây', 'χρόνος' (khronos) nghĩa là 'thời gian', và '-λογία' (-logia) nghĩa là 'nghiên cứu'.

Niên đại học thụ mộc là công cụ quan trọng để xác định tuổi chính xác của cây gỗ, đặc biệt là khi các mẫu quá gần đây để áp dụng phương pháp carbon phóng xạ, do phương pháp carbon-14 có sai số lớn. Để xác định chính xác ngày chết của cây, cần lấy mẫu gần vỏ cây, điều mà nhiều mẫu gỗ chế biến không có. Phương pháp này cũng cung cấp thông tin về thời gian của các sự kiện và sự thay đổi môi trường (như khí hậu) cũng như trong các mẫu gỗ tìm thấy trong khảo cổ học hoặc các tác phẩm nghệ thuật và kiến trúc. Nó còn được dùng để hiệu chỉnh kết quả niên đại carbon phóng xạ.

Sự phát triển của cây thân gỗ diễn ra ở lớp tượng tầng, một loại mô phân sinh nằm gần bề mặt vỏ cây. Tốc độ tăng trưởng của cây thay đổi theo chu kỳ dự đoán được trong suốt năm để thích ứng với biến đổi khí hậu theo mùa, tạo ra các vòng tăng trưởng rõ rệt. Mỗi vòng gỗ hàng năm đánh dấu một chu kỳ mùa hoặc một năm trong vòng đời của cây. Dữ liệu từ niên đại học thụ mộc cũng được sử dụng để hiệu chỉnh phương pháp carbon phóng xạ, chính xác đến 13.910 năm trước. Một phương pháp mới dựa trên đo lường sự thay đổi của các đồng vị oxy trong từng vòng gỗ hàng năm và được áp dụng cho các mẫu không phù hợp với niên đại thụ mộc do ít vòng hoặc vòng quá giống nhau.

Gỗ lá rộng

Gỗ lá rộng được thu hoạch từ thực vật có lá rộng. Loại gỗ này có cấu trúc phức tạp hơn so với gỗ lá kim, bao gồm các thành phần chính như mạch gỗ, tế bào mô mềm dọc theo thân cây, tia gỗ, sợi gỗ, quản bào dọc, ống dẫn nhựa, và cấu tạo lớp.

Thành phần hóa học của gỗ lá rộng bao gồm: xenluloza chiếm 41-49%, hemixenluloza chiếm 20-30%, lignin chiếm 16-25%, cùng với một số chất chiết xuất khác. Thành phần nguyên tố của gỗ lá rộng tương tự như gỗ lá kim và không phụ thuộc vào loài cây: C 49-50%; O 43-44%; H ≈ 6%; N ≈1%.

Khai thác gỗ

Khai thác gỗ là một hoạt động quan trọng cung cấp nguyên liệu cho nhiều sản phẩm thiết yếu mà chúng ta sử dụng hàng ngày. Gỗ được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xây dựng công trình, chế tạo đồ nội thất, sản xuất giấy và thậm chí là nguồn cung cấp năng lượng.

Nghề khai thác gỗ chứa đựng nhiều rủi ro và nguy hiểm đối với người lao động. Ở Hoa Kỳ, ngành này thường xuyên nằm trong nhóm các ngành có tỷ lệ tai nạn lao động cao nhất. Viện An toàn và Sức khỏe Nghề nghiệp Quốc gia (NIOSH) đã xếp khai thác gỗ vào danh sách ưu tiên trong Chương trình Nghiên cứu Nghề nghiệp Quốc gia (NORA), nhằm xác định và đề xuất các biện pháp cải thiện điều kiện làm việc và sức khỏe cho người lao động trong ngành.

Vào năm 2008, ngành khai thác gỗ ghi nhận 93 trường hợp tử vong trong số 86.000 công nhân, tương đương với tỷ lệ tử vong 108,1 trên 100.000 công nhân. Tỷ lệ này cao gấp 30 lần so với các ngành nghề khác.