Utveckling av produkt-, säkerhets- och emissionsegenskaper hos pellets

Syfte och mål

Det generella målet med projektet är att ta fram ny kunskap och bidra till utveckling av ny teknik inom lagring, förbränning, torkning och pelletering av etablerade och nya råvaror, för att pellets- och brännarindustrierna ska kunna möta kommande krav på produktkvalitet och emissioner från lagring och förbränning samt minska energibehovet vid pelletstillverkning.

Specifika mål är:

• Att minimera/förebygga varmgång samt emissioner vid storskalig lagring (industriell lagring) med hjälp av ändring i produktionsbetingelser och med hjälp av additiv.

• Testa huruvida utvalt lagringsadditiv kan användas utan signifikant (negativ) inverkan på fullskalig förbränning.

• Dokumentera förbränningsstörningar i småskaliga pelletspannor.

• Utöka den tillgängliga grundläggande kunskapen om de undersökta fysikaliska pelletsparametrarnas inverkan på antändning, utbränningsförlopp och koksstruktur.

• Föreslå åtgärder i fysikaliska pelletskvalitet och/eller förbränningssystem med potential att minska förbränningsstörningar.

• Verifiera ny avvattningsteknik i full skala samt att visa hur kvaliteten på det mekaniskt avvattnade materialet varierar beroende på årstid, sammansättning och ingående fukthalt samt om/hur pelletskvaliteten påverkas av avvattningstekniken.

Utmaning

Pellets är ett fördelaktigt och miljövänligt fast biobränsle på grund av hög energitäthet och bättre definierade kvaliteter jämfört med många andra fasta biobränslen, exempelvis träflis och grot.

Emissioner och varmgång

Vid lagring/transport av biobränslepellets, både inom industrin och hos konsumenter, förekommer problem med värmeutveckling (självuppvärmning) samt luktfri avgasning (CO, CO2, CH4) och aldehyder (VOC) som luktar starkt. Detta kan både leda till obehag, förgiftning och självantändning med stor risk för personskador och dödsfall respektive stora svårsläckta bränder med driftstopp och stora kostnader som följd. Det finns flera olika föreslagna orsaker till dessa företeelser men de viktigaste tycks vara olika autooxidativa processer i träråvaran samt fuktupptag från omgivande luft. Resultat från tidigare forskning visar att man behöver har större kontroll över olika parametrar, t.ex. produktionsparametrar för att med säkerhet kunna säga vad som har störst betydelse för skillnader i benägenhet för varmgång mellan olika typer av pellets. Ett stort problem när det gäller självuppvärmning är just att det är många olika parametrar som skulle kunna påverka en pelletssorts slutgiltiga självuppvärmningsbeteende.

Pelletskvalitet och förbränning

Pellets från olika råvaror och med olika tillverkningsförutsättningar få olika hårdhet. Den problematik som upplevs kring hårda pellets är en av industrins största problem. Initial forskning tyder på att detta borde härröra antingen från förbränningssystemet eller från antändningsfasen.

Ny torkteknik

Vid tillverkning av pellets krävs att man använder en råvara med ca 10 % fukthalt. Färskt spån med en fukthalt på ca 50 % avvattnas idag genom termisk torkning till en fukthalt på ca 10 %. Torkningen är mycket energikrävande och utgör ca 30 % av pelletspriset, vilket starkt begränsar ekonomin kring pelletstillverkningen. Den vanligaste typen av torkar för spån som används för pelletstillverkning är trumtorkar. Detta är en beprövad teknik där heta gaser torkar materialet och transporterar bort den avdrivna vattenångan. Bandtork är en annan vanligt förekommande teknik vars fördelar är att den är enkel i sin konstruktion och kan använda en lågtempererad energikälla, under 150 °C. I en pneumatisk tork sker en samtidig torkning och transport av sågspån. Den pneumatiska torken är dock olämplig för sågspån med hög fukthalt.

Ny patenterad teknologi som gör att flis och sågspån kan pressas under högt tryck utan återfuktning gör att upp till 50 % av vattnet kan avvattnas på sekundnivå till en bråkdel av energikostnaden jämfört med termisk torkning. Denna teknik kan användas som en förbehandling innan materialet transporteras till en konventionell tork. Det är därför mycket angeläget att testa och validera denna nya torkteknik i industriell miljö samt undersöka hur denna teknik påverkar pelletskvaliteten vid produktion i full skala.

Lösning

RISE Fire Research har i sin forskning utvecklat en metod för att studera självuppvärmning i labbskala med isoterm kalorimetri (mikrokalorimetri). Detta gör det möjligt att på ett smidigt sätt studera inverkan av olika produktions-, torknings- respektive lagringparametrar, vars resultat sedan kan användas för verifiering av relevanta parametrar i fullskala. Denna metod är därför mycket lämplig för att besvara en hel del frågeställningar som inte helt har kunna besvaras tidigare. Faktorer som påverkar emissioner av VOC, koloxid, koldioxid och metan samt reduktion av syre i samband med lagring av pellets kommer att kartläggas. Vidare ska sambandet mellan varmgång och emissioner vid lagring av pellets grundligt undersökas.

Projektet kommer att undersöka vilken inverkan tillåtna variationer inom den europeiska pelletsstandarden, m.a.p. densitet och mekanisk hållfasthet, har på förbränningen, med specifikt fokus på omständigheter typiska för antändningsprocessen i småskalig förbränningsutrustning.

Projektet kommer att testa och validera ny patenterad teknologi som gör att flis och sågspån kan pressas under högt tryck utan återfuktning gör att upp till 50 % av vattnet kan avvattnas på sekundnivå till en bråkdel av energikostnaden jämfört med termisk torkning. Detta kommer att göras i industriell miljö för att undersöka hur denna teknik påverkar pelletskvaliteten vid produktion i full skala.

Effekt

Grundforskningen kommer att generera ny kunskap om de grundläggande faktorerna/mekanismerna som påverkar förbränningsegenskaperna samt emissioner och varmgång vid lagring av pellets. Den tillämpade forskningen kommer att använda resultat från grundforskningen för att utveckla ny kunskap som används for att markant förbättra befintliga produkter och processer samt minska lagringsproblem och emissioner vid förbränning av pellets. Den experimentella utvecklingen kommer att verifiera om nyutvecklad torkteknik uppfyller de i pilotskala erhållna resultaten.

Nyttan för uppdragsgivaren och samhället är en effektivare och säkrare produktion och hantering av biomassapellets. Detta innebär fördelar ekonomiskt.