Dunia Norberg. Kassavastärkelse och Tanniner som additiv i bränslepellets. Cassava Starch and Tannin as additive in fuel pellets

Transkript

1 Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap Miljö- och energisystem Dunia Norberg Kassavastärkelse och Tanniner som additiv i bränslepellets Påverkan på energianvändning, hållfasthet och bulkdensitet Cassava Starch and Tannin as additive in fuel pellets Impact on energy use, durability and bulk density Examensarbete 22,5 hp Högskoleingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik Juni 2017 Handledare: Magnus Ståhl Examinator: Lena Brunzell Karlstads universitet Karlstad Tfn Fax Information@kau.se

2

3 Sammanfattning Ur miljösynpunkt är energianvändningen en av flera stora utmaningar i framtiden. För att uppnå ett hållbart samhälle måste användningen av olja och andra fossila råvaror minska. Enligt Europeiska målen 2020 måste halten växthusgaser i atmosfären minska med 20 % i förhållandet till utsläppsnivåerna på 1990-talet. Produktionen och användningen av bränslepellets har ökat betydligt över hela världen de senaste åren (Eriksson 2016). I Sverige är tillgången på träråvara i skogen mycket god. Råvaran som används för att tillverka bränslepellets kommer huvudsakligen från kutter- och sågspån från sågverk och träindustri runt om i Sverige. Bränslepellets tillverkas genom att sågspånet pressas under högt tryck till små cylindriska stycken med högt energiinnehåll. För att förbättra pellets och göra det konkurrenskraftig mot alternativa uppvärmningsmetoder som värmepumpar, kan olika typer av additiv användas. Sågspånet som har använts kommer torkat och malt från Stora Enso Timber AB i Grums med en fukthalt på 10,5 %. Ökande procenthalter, från 0-1,5 %, av kassavastärkelse och tanniner har tillsatts i sågspånet vid produktionsanläggningen på Karlstads universitet. Syftet var att minska energianvändningen i samband med pelleteringen i pelletspressen samt öka hållfastheten för pellets. Andra parametrar som har undersökts är pelletsens bulkdensitet, hårdhet och mängd smul efter produktionen, för att undersöka om dessa parametrar korrelerar med hållfastheten. Resultatet visade att en tillsättning av 1,5 % tanniner gav den största reduceringen av den specifika elanvändningen, vilket motsvarade 3,8 %. Den högsta hållfastheten för pellets erhölls vid tillsättningen av samma additiv och procentmängd. Ökning motsvarade 3,0 %. Ju högre bulkdensitet, ju mindre utrymme behöver pelletsen i pelletssäckarna för att uppnå samma vikt pellets. Detta resulterar i en transportvinst, då fler pelletssäckar kan rymmas i en transportbil. Bulkdensiteten korrelerade mycket väl med hållfastheten. Ju högre bulkdensitet, ju bättre hållfasthet för pelletsen. Resultatet stämmer väl överens med tidigare arbeten. Hårdheten för pellets ökade och mängden smul minskade vid en additivtillsättning av kassavastärkelse och tanniner.

4 Abstract From an environmental point of view, energy use is one of several major challenges in the future. The use of oil and other fossil raw materials must reduce in order to achieve a sustainable society. According to the European goals 2020, the level of greenhouse gases in the atmosphere must decrease with 20 % in relation to emission levels in the 1990s. The production and use of fuel pellets has increased significantly worldwide over the last few years (Eriksson 2016). The availability of wood raw material in the forest in Sweden is very good. The raw material used to produce fuel pellets comes mainly from cutter shavings and sawdust from sawmills and wood industry across Sweden. Fuel pellets are manufactured by pressing the sawdust under high pressure into small cylindrical pieces with high energy content. In order to improve pellets and make it competitive against alternative heating methods such as heat pumps, different types of additives can be used. The sawdust that has been used comes dried and grounded from Stora Enso Timber AB in Grums with a moisture content of 10,5%. Increasing percentages, from 0-1,5%, of cassava starch and tannins have been added to the sawdust at the production plant at Karlstad University. The purpose was to decrease energy consumption in conjunction with pelleting in the pellet press, and to increase the durability of pellets. Other parameters that have been looked into is the pellet bulk density, hardness and amount of crumb after production, to see if these parameters correlate with the durability. The result showed that an addition of 1,5 % tannins gave the greatest reduction in the specific power consumption. The decrease was 3,8 %. The highest durability of pellets was obtained with the addition of the same additive and percentage. The increase was 3,0 %. The higher bulk density, the less space the pellets need in the pellets bags to achieve the same weight of pellets. This results in a transport gain, as more pellets can be accommodated in a transport vehicle. Bulk density correlated very well with durability. The higher bulk density, the better durability of the pellets. The results agree well with previous work. The hardness of pellets increased, and the amount of crumb decreased during an additive addition of cassava starch and tannins.

5 Förord Följande rapport är ett examensarbete som omfattar 22,5 högskolepoäng och är den avslutande delen i högskoleingenjörsutbildningen med inriktning energi- och miljöteknik vid Karlstads universitet. Examensarbetet har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har även diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete. Tack till Stora Enso Timber AB som har bidragit med sågspån till detta arbete, och tack till min fantastiska handledare Magnus Ståhl som har bidragit med mycket information och som har varit hjälpsam under arbetets gång. Handledningen har varit mycket givande! Jag vill även rikta ett stort tack till min syster Dina Alubeidi som har studerat samma utbildning som jag och varit en pelare under min studietid på universitetet. Sist men inte minst så skulle jag vilja tacka min övriga familj för all stöttning genom hela utbildningen. 11 juni 2017 Dunia Norberg

6 Innehållsförteckning 1. Inledning Beståndsdelar i trä Tillverkning och användning av bränslepellets Additiv i bränslepellets Stärkelsens uppbyggnad Kassava Tanniner Syfte Mål Metod Produktionsanläggning Råvara Kalibrering och beräkningar Framställningsprocess Energianvändning Smul efter bränslepelletsproduktion Kvalitetstester Resultat Energianvändning Hållfastheten Bulkdensitet Hårdhet Mängd smul efter bränslepelletsproduktion Diskussion Energianvändning Hållfasthet Bulkdensitet Hårdhet Metoden och dess betydelse för resultaten Felkällor Slutsats Referenser... 30

7 1. Inledning I samband med förbränning av fossila bränslen som kol, olja och naturgas ökar halten växthusgaser i atmosfären. Detta påverkar balansen mellan inkommande och utgående värmestrålning från jorden då växthusgaserna hindrar värmestrålningen att lämna atmosfären. Konsekvenserna är en temperaturökning på jorden och stora förändringar i klimatsystemet (SMHI 2015). Enligt Europeiska unionens mål 2020 måste utsläppen av växthusgaser minska med 20 % i förhållandet till utsläppsnivåerna på 1990-talet, för Sverige är målen att reducera utsläppen med 40 %. Målet i EU är även att öka andelen förnyelsebar energi, och för Sverige är målet att andelen tillförd förnyelsebar energi skall stiga till 49 % vid år 2020 (Regeringskansliet 2017). För att dessa miljömål skall uppnås måste alternativa uppvärmningsmetoder till fossila bränslen användas, eftersom bostadssektorn år 2014 stod för 145 TWh, motsvarade 36 % av Sveriges totala energianvändning. Enligt Naturvårdsverket (2016) har utsläppen av växthusgaser minskat kraftigt sedan 1990, se figur 1. Den största orsaken till detta är övergången från uppvärmningsmetoden med oljepannor till biobränslebaserad fjärrvärme eller till värmepumpar. De ökade priserna på bland annat energi- och koldioxidskatter har även bidragit till en minskad användning av fossila bränslen. Bättre tillgång till fjärrvärmenät och pelletspannor har också påverkat utvecklingen positivt. Fig. 1. Utsläpp av växthusgaser från uppvärmning av bostäder och lokaler. Källa: Naturvårdsverket

8 Tillgången på träråvara i Sverige är mycket god, då det växer mer träd än vad det avverkas. År 2000 användes 85 TWh skogsbränsle och mer kan avverkas utan nämnvärda effekter på miljön (Hadders 2002). Cirka 8-9 TWh tillförd energi i Sverige kommer från pellets (Pelletsförbundet 2016). I samband med eldning av pellets släpps samma mängd koldioxid ut i atmosfären som träden har bundit upp under tillväxten. Detta gör pellets koldioxidneutralt och därmed mer attraktiv i takt med målen om minskade utsläpp till naturen (Hadders 2002). För att pelletstekniken skall vara fortsatt attraktiv för konsumenten måste även metoden för uppvärmning vara relativ bekväm. Enligt Persson et al. (2000) svarade 92 % av deltagarna som motsvarade 61 stycken, att underhållsarbetet var enkelt eller oftast enkelt. Priset på pellets bestäms i regel periodvis och har en jämn prisutveckling. Under de senaste åren har priset på pellets varit kring öre/kwh (Energi- och klimatrådgivning 2003). Priset på fossila bränslen varierar mycket oftare eftersom de konkurrerar på en större internationell marknad. Oljepriset har varit kring 1,20 kr/kwh och direktverkande el 1,15 kr/ kwh. Investeringskostnaden är inte inräknat för dessa kwh värme, utan enbart energikostnaden (Energi och klimatrådgivning 2003). Pellets har därför även ur ett ekonomiskt perspektiv goda möjligheter till större etablering på energimarknaden (Hadders 2002). 1.1 Beståndsdelar i trä Pellets är ett biobränsle som består av sågspån som kan komma från olika träslag. I Sverige tillverkas pellets vanligast från tall och gran (Pelletsförbundet 2016). Veden består av tre huvudämnen nämligen cellulosa, lignin och hemicellulosa samt en mindre mängd extraktivämnen. Innehållet av dessa ämnen varierar beroende på trädsort, se tabell 1. Dessa ämnen bygger tillsammans upp mikrofibriller som bland annat ger stadga för cellväggen (Claesson et al. 2014). Cellulosa är den vanligaste förekommande polymeren i växter. Polymerer är homogena, det vill säga att polymerer är uppbyggda av likadana monomerer (Claesson et al. 2014). Polymerkedjorna består av D-glukos som kopplas ihop med varandra genom β-1,4-bindningar. Bindningarna kan formas inom och mellan kedjorna, vilket ger cellulosan dess stabiliserande egenskaper. Cellulosa är inte vattenlösligt (Claesson et al. 2014). Lignin fungerar som lim mellan träfibrerna och är en amorf förening, det vill säga övergår till flytande form i samband med värmning, utan att ha en exakt smältpunkt (Karlsson 2016). Tillsammans med polysackarider är ligninet det som ger styvhet till stammen. Strukturen är oregelbunden och varierar i komposition (Botström 2015). 2

9 Hemicellulosa har en annan sammansättning och struktur än cellulosa. Polymererna är tillskillnad från cellulosa, inhomogena. Polymerer är stora molekyler som består av långa kedjor av upprepade strukturer, så kallade monomerer. Bindningen mellan hemicellulosa och cellulosa sker genom vätebindningar (Claesson et. al 2014). I vedcellerna finns mindre mängder extraktivämnen. Extraktivämnen består av olika kemiska föreningar som terpener och harts (Lidberg 2012). I barrträden finns terpener i kärnvedens kåda. Halten av terpener varierar beroende på årstiden och trädets ålder. I växter fungerar terpener som skydd och har till uppgift att sänka kådans viskositet så att ämnet lättare kan transporters till växtens skadade del. Terpener neutraliserar även ozon, vilket underlättar för fotosyntesens process i växten (Granström 2009). Harts består av kåda och finns i barrträdens hartskanaler. Harts är varken vattenlösligt eller elastiskt (Nationalencyklopedin 2017). Tabell 1. Visar barrvedens kemiska sammansättning i procent. Ämne Gran [%] Tall [%] Cellulosa Hemicellulosa Lignin Extraktivämnen 3 6 Källa: Träguiden

10 1.2 Tillverkning och användning av bränslepellets Pellets tillverkas ofta av sågspån, flis eller bark och pressas till cylindriska och hårda stycken, se figur 2. Enligt Swedish Standards Institute, ISO :2014, skall pelletsen ha en diameter mellan 6-25 mm. Det får som max tillsättas 2 % additiv av den totala pelletsmassan. Fig. 2. Pellets. Innan pellets kan produceras krävs flera förbehandlingssteg såsom; avskiljning av främmande föremål, sönderdelning, torkning, malning och konditionering (Näslund 2003). Innan råvaran sönderdelas måste avskiljning av främmande föremål ske. Grus, sten och metallföremål avskiljs för att få ett så rent bränsle som möjligt (Pelletsförbundet 2015). Sönderdelningen av grov råvara kan göras med hjälp av en flishugg eller en hammarkvarn. En flishugg kan skära råvara av större och grövre dimensioner, men den är känslig för grova föroreningar (Näslund 2003). En hammarkvarn med slagor som är löst installerade är mindre känslig för föroreningar, men kan få svårigheter i samband med krossning av grövre material. Den vanligaste metoden är flisning, då grova föroreningar är enklast att avskilja (Näslund 2003). När råvaran är sönderdelad måste den torkas ner till en fukthalt mellan 8-12 %. I en roterande trumtork torkas träråvaran med heta rökgaser. Rökgasen kan vara återanvänd gas som har förts tillbaka till systemet (Näslund 2003). Ett alternativt sätt att torka råvaran är användandet av bäddtorkar. Råvaran matas över en bädd där rökgas eller ånga används som torkmedium (Bernesson & Nilsson 2008). Torkningsprocessen är den näst mest energikrävande processen i pelletshanteringen och motsvarar ofta runt 30 % av de totala tillverkningskostnaderna. Den högsta kostnaden är varukostnaden som motsvarar cirka 40 % (Bernesson & Nilsson 2008). Efter torkningen kan råvaran malas till önskad dimension. Ofta används hammarkvarnen till detta ändamål. För en effektiv malning önskas hög torrhalt i råvaran och med hjälp av maskvidden på sållen kan olika fraktionsstorlekar bestämmas. Under malning är det mycket vanligt att fukthalten sjunker några procentenheter (Näslund 2003). 4

11 För att minska slitaget på matrisen och pressrullarna, se nästkommande stycken, konditioneras råvaran med ånga. Konditioneringen minskar även energianvändningen i pelletspressen. Ångtillsatsen gör råvaran mjukare och underlättar pressningen av spånet till hållfast pellets. I samband med konditioneringen är en jämn partikelstorlek önskvärt, då stora partiklar kan orsaka spänningar i pelletsen när den torkar (Näslund 2003). I detta steg kan olika typer av additiv tillsättas med syfte att öka pelletsens kvalité och minska energianvändningen i pelletspressen, se avsitt 1.3. Vid pelleteringen pressas sågspånet under högt tryck till små cylindriska stycken. Tiden som råvaran uppehåller sig i matriskanalen med rådande tryck och temperatur anses vara grundläggande för att uppnå bra pelletering (Bernesson & Nilsson 2008). Idag finns det två olika typer av matriser, plan- och ringmatriser. Den dominerande typen är roterande ringmatris. Planmatrisen kan antigen vara rörlig eller fast monterad i pressen. När råvaran pelleteras är det mer lämpligt att ha matrisen fastmonterad, då det blir bättre stöttning för råvaran och en förbättrad fördelning av presskrafterna. Materialet trycks inifrån och ut, där skär knivar pelletsen till en lämplig längd. Planmatriser har längre krav på finfördelning av råvaran, då de cylindriska rullarna får högre hastighetsskillnad mellan dem och matrisen (Näslund 2003). Ringmatrisen har jämfört med en planmatris en större pelleteringsarea. Pelletsrullarnas storlek begränsas av utrymmet inne i matrisen. Om matrisen är roterande måste den stå emot presskrafterna själv. Om presskrafterna blir för stora kan matrisen börja fjädra, vilket resulterar i en minskad matrislivslängd. Är matrisen fastmonterad är det pressrullarna som roterar och på så sätt erhålls en förbättrad stöd för matrisen för att klara presskrafterna. Materialfördelningen kan dock bli ojämn då råvaran ansamlas i matrisens nedre del (Näslund 2003). Efter pelletsproduktionen kan pelletsen hålla en temperatur på C. Kylning är en viktig faktor för pelletskvaliteten och har två huvudsyften. Det ena syftet är att sänka temperaturen för att minska risken för självantändning. Andra syftet med kylning är att under kontrollerade förhållanden transportera bort fukt som annars kan avdunsta under lagring. Om fukthalten partiellt blir hög, kan mikrobiella aktiviteter starta. Det är inte heller önskvärt att kondensation sker på insidan av förvaringssäckarna (Näslund 2003). När pelletsen är kylda är det i regel vanligt att finfraktionerna avskiljs med ett såll. Syftet med sållningen är att avskilja pellets från material som kan vara löst sittande. Finfraktioner kan innebära problem för konsumenter med småskaliga förbränningsanläggningar då det kan orsaka dammbildning (Bernesson & Nilsson 2008). Småskaliga anläggningar är mer känsliga för finfraktioner då dessa kan skapa störningar och leda till en ojämn förbränning, på grund av en ojämn inmatning av bränslet. Detta leder till en minskad verkningsgrad och en ökad halt oförbränt material i askan (Hadders 2002). För att minska mängden finfraktioner skall pelletslagret vara nära förbränningsanläggningen och hanteringen bör göras skonsam för pellets. 5

12 Pellets kan levereras i småsäckar om kg, eller i storsäck om kg. Mer pellets kan rymmas i säckarna om bulkdensiteten är hög och en regel är ofta att ju högre bulkdensitet, ju högre värmevärde. Ett alternativt sätt till att köpa pellets i säckar är att köpa pellets i lösvikt, så kallad bulkvikt, se figur 3 (Liss 2006). Bulktransport innebär att pellets transporteras i lastbilar och med hjälp av rör och luft blåses pelletsen till ett lager som ligger nära förbränningsanläggningen (Hadders 2002). Om kunden väljer bulkviktleverans, måste hållfastheten för pellets vara av mycket god kvalité så att mängden finfraktioner inte blir för hög i samband med påfrestningarna som pelletsen utsätts för vid transport. Vilket inköpssätt som är mest lämpligt kan diskuteras utifrån många aspekter. Frågan om utrymme är för villaägare en avgörande faktor. En annan faktor kan vara kilogrampriset för pellets, och vad som tycks vara mest rymligt. I regel har storsäckar lägre kilogrampris (Liss 2006). Fig. 3. Alternativ för distribution av pellets från fabrik till kund. Källa: Hadders För villaägare är det lämpligt att elda bränslepellets i pelletspanna eller pelletskamin. Pelletspannor är ofta kopplade till vattenburna system och inmatningen av bränslet sker automatiskt beroende på det aktuella värmebehovet. Via reglersystem och termostater kan önskad pannvattentemperatur erhållas (Hadders 2002). Pelletskaminer används ofta som ett komplement till ett befintligt värmekälla, ofta till luftvärmepumpar och hus med direktverkande elvärme (Pelletsförbundet 2015 & Energimyndigheten 2014). Idag finns det två olika typer av kaminer, kaminer som värmer inomhusluften och kaminer som värmer luften, tappvarmvattnet, och vattnet till radiatorerna (Energimyndigheten 2014). 6

13 Förbränningsanläggningen bör tömmas på aska en gång i veckan. I mindre förbränningsanläggningar görs detta manuellt. Askan efter pelletsförbränningen kan återföras till naturen och användas som gödsel, då askan innehåller många växtnäringsämnen (Hadders 2002). Det får dock inte användas som gödsel på mark som används för odling av livsmedel då askan kan innehålla tungmetaller som i höga koncentrationer kan ha negativ påverkan på människan. Askan har även ett högt ph-värde och fungerar som ett kalkmedel och kan användas för att motverka försurning (Hadders 2002). 1.3 Additiv i bränslepellets För att uppnå hållfasta och energieffektiva pellets kan olika typer av additiv användas. Additiv med smörjande egenskaper bidrar till minskad energianvändning vid pelletering i pelletspressen och öka hållfastheten för pellets (Henriksson 2016). Additiv kan även förändra bulkdensiteten och hårdheten för pellets. Stärkelse har visat sig ha goda egenskaper som bidrar till en förbättrad kvalité hos pellets. 7 av 23 pelletstillverkare har med syftet att minska driftkostnaderna använt sig av stärkelse som biologisk bindemedel (Sta hl et al. 2012). Hur effektiv användningen av stärkelse kan vara beror på vilken typ av stärkelse som tillsätts. I en jämförande studie mellan majs- och potatisstärkelse där palmrester pelleterades, visade resultaten att majsstärkelse var den mest effektiva som bindemedel. Hållfastheten ökade med 10 viktprocent (Sta hl et al. 2011). Potatismjöl, oxiderad majsstärkelse och vetestärkelse undersöktes och jämfördes som bindemedel i bränslepellets. Respektive stärkelse reducerade användningen av el i pelletspressen och ökade hållfastheten för pellets, dock visade oxiderad majsstärkelse de bästa resultaten. Vid en tillsättning av 2,8 viktprocent minskade elanvändningen med 14 % (Ståhl et al. 2012). Den ökade användningen av stärkelse har minimala eller näst intill inga negativa effekter på miljön, då stärkelse är en förnyelsebar råvara. Stärkelse kan utvinnas från bland annat majs, ris, vete, och från rotfrukter som kassava och potatis. Potatisstärkelse används ofta inom pappersindustrin för att öka hållfastheten för papper (Najeeb 2015). Andra additiv som har använts för att öka hållfastheten för pellets är lignin. Lignin förekommer naturligt i trädens ved och urskiljs från biomassa i samband med tillverkning av papper. Lignin har bindande egenskaper och undersökningar har visat att tillsättningen av torrt lignin med en fukthalt på 10 % har bidragit till hållfastare pellets (Wiegandt 2015). Proteiner har använts som additiv i bränslepellets. Dessa mjukas upp och plasticeras i samband med värme och fungerar som bindemedel. Proteiner som härrör från spannmålskorn med degbildningsegenskaper som vete, råg och korn bidrar till att förbättra hållfastheten för pellets och minska mängden finfraktioner (Kaliyan & Morey 2009). Alla proteiner är dock inte lämpade som additiv. Proteiner från majs, även kallad majsglutenmjöl, visade negativ inverkan på hållfastheten (Kaliyan & Morey 2009). 7

14 Melass har testats som additiv i bränslepellets. Ämnet utvinns i sockertillverkningen från saften av sockerrör med cirka 45 % sockerinnehåll. Melass är en tjockflytande vätska med en bitter eftersmak, till färgen ofta mörkbrun. Ämnet är vattenlösligt i varm- och kalltempererat vatten och används ofta som djurfoderråvara (Valli et al. 2012). Enligt Ståhl et al. (2016) har en tillsättning av 1 viktprocent melass bidragit till en minskad energianvändning med 6-8 %. Tillsättning av större doser än 1 viktprocent ökade däremot energianvändningen. Enligt författaren kan anledningen vara förändringen av balansen mellan klibbighet och smörjeffekt hos additivet. Högviskösa bindemedel som melass genererar dock starka bindningar och studien har visat att hållfastheten för pellets påverkades positivt och ökade från %. Andra sätt att öka kvalitén för pellets görs genom att öka fukthalten, dock finns det ett optimum. Undersökningar har visat att om fukthalten i materialet ökade från 10 % till 20 %, så ökade hållfastheten för halmbriketter från 72-83%. För fabriker som tillverkar pellets rekommenderas en fukthalt mellan 10-12% (Kaliyan & Morey 2009). Enligt Rhén et al. (2005) kan en fukthalt över 20 % försämra hållfastheten och därmed kvalitén på bränslepellets. Om fukthalten överstiger 20 % kan en bakterietillväxt förekomma med materialnedbrytning som följd. En råvara med höga halter av fukt medför större kostnader då materialet måste torkas innan produktion. Lågt fuktinnehåll kan däremot täppa till matrishålen och därmed öka friktionen som resulterar i en ökad energianvändning (Henriksson 2016). 8

15 1.4 Stärkelsens uppbyggnad Stärkelse är uppbyggd av molekylkedjor av glukos. Huvudtyperna av stärkelse är amylos som har raka glukoskedjor och amylopektin, som är grenad och har en la ttspja lkad struktur, se figur 4. Molekylkedjorna binds samman med glykosidbindningar via syrebryggor och bildar granuler (Petersson 2004). Granuler är stärkelsemolekyler som är tätt packade i kristallform (Nationalencyklopedin 2017). När stärkelse värms sväller granulerna, gelatineras och får hög viskositet. När stärkelsen svalnar omkristalliseras molekylerna (Nilsson 2011). Fig. 4. Visar den kemiska sammansättningen av amylopektin och amylos. Källa: Responsible business Stärkelse har olika halter av amylos och amylopektin, se tabell 2. Dessa har olika funktionella egenskaper, exempelvis gelatiniseringstemperatur, gelningshastighet och gelstyrka (Shi et al. 1998). Om en kokt lösning av amylopektin torkas till en film blir den hård och spröd, medan en film av amylos blir mjuk och seg (Lyckeby 2017). Respektive egenskap är naturligtvis positiv för hållfastheten av pellets, men frågan är vilket förhållande som är mest effektiv. Tabell 2. Innehåll av amylos och amylopektin i stärkelse från olika livsmedel. Källa Amylos [%] Amylopektin [%] Källa: Nilsson (2011). Majs Vete Ris Kassava Potatis Under uppvärmningen av stärkelse sker stora kemiska, fysikaliska och strukturella förändringar. Exempelvis kan fukten i råvaran förångas, granulerna i stärkelse gelatineras och bildning av nya aromföreningar ske (Thorvaldsson et al. 1998). 9

16 Enligt Kokini et al. (1992), Thorvaldsson et al. (1998) och Nilsson (2011) beror granulernas svällningstemperatur på fukthalten för en given stärkelsetyp. Kokini et al. (1992) menar att potatisstärkelse hade en endoterm topp när temperaturen uppnådde 66 C för höga fukthalter. I samband med lägre fukthalter indikerades andra topp som skiftades mot högre temperaturer. Detta är en karakteristisk reaktion på stärkelse och har tidigare observerats med flera olika stärkelsetyper. Tidigare studier har även visat att snabbuppvärmda prover med låg fukthalt var de mest elastiska proverna (Kokini et al. 1992). 1.5 Kassava Kassava, även kallad maniok, är en halvbuske som tillhör familjen törelväxter, se figur 5. Ursprungligen kommer växten från Sydamerika, men har länge odlats i Afrika och stora delar av tropikerna. Rotknölarna är stärkelserika och bladen innehåller mycket proteiner. Kassava har stor avkastning och är mycket tålig för torka (Nationellt resurscentrum för biologi och bioteknik 2017). Rötterna innehåller glykosiden linamarin som kan omvandlas till det giftiga ämnet blåsyra. Efter rostning eller tillagning är dock rotfrukten ätbar. I många länder används kassava som redning i maträtter samt som tillbehör till kött-, fisk- och grönsaksrätter (Allfrukt 2017). Enligt Lockneus (2014) är den årliga produktionen av kassava 257 miljarder kg. Upp till 40 % av den massan finns i rötterna, och endast % används för förökning. Den resterande massan bränns eller anses som avfall. Det är denna del som kan ha stor potential inom pelletsindustrien. Fig. 5. Kassava Källa: Pixabay.com Industrier som har en storskalig produktion av bränslepellets använder stora mängder additiv. Därför kan, ur ett ekonomiskt perspektiv, frågan om inköpspriset för ett additiv vara mycket viktigt. Det är en faktor som kan tala för eller emot början till användning av ett additiv. Priset för kassavastärkelse köpt från rawfoodshop är 98 kr/kg. På grund av bristen på forskning gällande hur kassavastärkelse skulle påverka energianvändningen i pelletspressen och hållfastheten för pellets är det av intresse att testa kassavastärkelse som additiv. 10

17 1.6 Tanniner Tanniner, även kallad garvsyra, har den kemiska formeln C76H52O46 och förekommer naturligt i bark och frukter som bland annat ek och vindruvor. Syran fungerar som skydd mot insekter, och studier har visat att sjuka eller skadade växter hade en ökad tanninproduktion (Åkesson 2009). Tanniner utgörs av sockerarten glukos och kan bland annat användas vid tryckning och klarning av öl och vin. Enligt en studie utfört av Åkesson (2009) var högre halter av tanniner något svårlösliga i vatten, då tanniner har förmågan att bilda en klibbig massa. Ett sätt att förenkla upplösningen av tanniner är att utsätta det för värme. På grund av tanninernas sammandragande effekt används tanniner inom naturläkemedel mot diarré och som blodstillande läkemedel. Tidigare studier har utförts för att hitta den mest effektiva metoden för utvinning av tanniner ur barken (Åkesson 2009). Det finns dock inga studier eller forskning för tanniner som additiv inom pelletsindustrin. Fig. 6. Tanniner I denna studie tillsattes tanniner i pulverform. Kostanden för tanniner köpta från SIGMA-ALDRICH varier mycket beroende på vikt. Ett kilogram tanniner kostar cirka 1000 kr. 1.7 Syfte Syftet med arbetet är att undersöka hur energiåtgången i pelletspressen, pelletsens hållfasthet och bulkdensitet förändras i samband med tillsättning av additiverna kassavastärkelse och tanniner. 1.8 Mål Utreda användningen av additiverna i pelletsproduktionen för att fastställa det additiv som ger den minsta energianvändningen i pelletspressen. Utreda vilket additiv som ger med hållfastheten den bästa pelletsen. Dessutom skall bulkdensitet, hårdhet och mängd smul efter pelletsproduktionen studeras för att undersöka om dessa parametrar korrelerar med hållfastheten. 11

18 2. Metod Metoden kommer att behandla följande: Produktionsanläggningens uppbyggnad Råvarornas egenskaper Skruvmatarens kalibrering och beräkningar Framställningsprocess för bränslepellets Energiberäkning Kvalitetstester 2.1 Produktionsanläggning Framställningen av pellets gjordes med hjälp av pilotanläggningen på Karlstads universitet, se figur 7. Pilotanläggningen består av en blandare, transportskruv, mixerskruv, inmatningsskruv, pelletspress och en hopper. Fig. 7. Pilotanläggningen vid Karlstads universitet. Källa: Henriksson

19 Spånets väg i produktionsanläggningen börjar i blandaren där spånet omblandas för att uppnå en jämn fukthalt. Med hjälp av transportskruven transporteras spånet till mixern och konditioneras med ånga. Finns det ett intresse för att använda additiv i pelletsproduktionen görs detta genom hoppern. Hoppern är en volymetrisk doserare där en blandning av additiv och spån kan tillsättas. I figur 7 finns hoppern under benämning inmatning additiv. I pelletspressen pressas sedan spånet till pellets. Pelletspressen är av märket Amandus Kahl C med en installerad planmatris. Planmatrisen består av nio rader, varje rad har 52 hål med en håldiameter på 8 mm. Arbetsbrädden och kompressionslängden är 75 mm respektive 30 mm med en total matristjocklek på 50 mm. Inloppsdiametern för matrisen är 10,2 mm. Se figur 8. För att kyla pelletsen efter produktionen användes ett kyltorn. Kyltornet var externt och byggt på Karlstads universitet. Fläkten är tillverkad hos AB C.A ÖSTBERG och är av modell CK 160C. Luftflödet i kyltornet var rumstempererat och strömmade genom pelletsen för att minska fukthalten och kyla pelletsen. Fig. 8. Planmatris. Källa: Eriksson Råvara Råvaran hämtades torkad och mald från Stora Enso Timber AB i Grums. Sågspånet bestod av % gran och % tall. Kassavastärkelsen i pulverform levererades från rawfoodshop under handelsnamnet Reco Market. Råvaran är ekologiskt producerad och ursprungslandet är Sydamerika. Tanniner, de figur 6, levererades från kemiföretaget SIGMA-ALDRICH. För att beräkna fukthalten vägdes cirka 300 gram av råvaran på en våg av märket VETEK, modell PS 1000.R1 PRECISION BALANCE, som var kalibrerad med två decimalers noggrannhet. Råvaran placerades i torkugnen WTC binder ED-115 för en torkningsperiod på 48h. Efter torkningen vägdes massan igen. Fukthalten i procent beräknades enligt ekvation 1. Metoden för att beräkna fukthalten följer standarden SS-EN ISO :2015. Den beräknade fukten i additiverna kan avläsas i tabell 3. 13

20 100 (1 ( m 1 m 2 )) (1) Där m 2 och m 1 var massan på råvaran innan och efter torkning. Tabell 3. Fukthalt i ingående material i hoppern. Additiv/Råvara Fukthalt [%] Spån 10,5 Kassavastärkelse 6,8 Tanniner 8,6 2.3 Kalibrering och beräkningar Den önskade mängden additiv i sågspånet som skulle undersökas var 0,5 %, 1,0 % och 1,5 % för respektive additiv. Utmatningsflödet från hoppern beror på dess motorfrekvens, därför utfördes en kalibrering för att få önskad massa av blandningen med sågspån och additiv, som en funktion av hopperns motorfrekvens. Metoden för att beräkna den önskade motorfrekvens för hoppern görs i tågordningen och följder nedan. Resultatet av denna kalibrering finns i tabell 7. En blandning av respektive additiv och spån kördes genom den volymetriska doseraren under tre olika motorfrekvenser på hoppern. Ju högre motorfrekvens, ju snabbare rotering på hopperns skruv och därmed en ökad utmatning. Under en tidtagning på en minut för respektive körning fick blandningen utmatas in en bägare. Vikten av spånet inklusive bägaren subtraherat med vikten av bägaren motsvarade flödet av spånet vid respektive motorfrekvens, se tabell 4. Detta flöde har benämningen: flöde, fuktig blandning [g/min]. Blandningarna bestod av: 1000 g spån och 1000 g tanniner 800 g spån och 800 g kassavastärkelse Tabell 4. Visar beräkningen av flödet för den fuktiga blandningen [g/min]. Blandning Hopperns motorfrekvens [Hz] Vikt, bägare [g] Vikt, bägare med substans [g/min] Flöde, fuktig blandning [g/min] Spån + tanniner ,8 284,8 56,0 Spån + tanniner ,8 330,9 102,1 Spån + tanniner ,8 366,0 137,2 Spån + kassava ,4 268,5 74,1 Spån + kassava ,4 307,7 113,3 Spån + kassava ,4 348,6 154,2 14

21 Inmatningsflödet av sågspånet från blandaren var konstant under alla körningar och motsvarade 1400 g/min. Önskad flöde additiv som återfinns i tabell 5 var flödet av spån med de önskade procenthalter av additiv. Dessa flöden bestämdes genom ekvation 2. Inmatningsflöde [ g ] Önskad mängd additiv [%] (2) min Tabell 5. Visar beräkningen av önskad flöde additiv [g/min]. Inmatningsflöde [g/min] Önskad mängd additiv [%] Önskad flöde additiv [g/min] , , ,5 21 Det önskade additivflödet var fuktigt och för att beräkna mängden torrsubstans [g] för respektive additiv användes ekvation 3. Önskad flöde additiv [ g min ] Torrhalt [%] (3) För önskad flöde additiv [g/min], se tabell 5. Torrhalten för respektive additiv kunde beräknas genom vetenskapen om procenthalten fukt i additiverna, se tabell 3. För att beräkna flöde additiv TS [g/min TS] användes ekvation 4. Resultatet finns i tabell 6. ( Flöde,fuktig blandning [g/min] ) Fukthalt [%] (4) 2 Flöde, fuktig blandning [g/min], se tabell 4. Tabell 6. Beräknat flöde additiv TS. Additiv Motorfrekvens [Hz] Flöde additiv TS (g/min TS) Tanniner 10 25,6 Tanniner 15 46,7 Tanniner 20 62,7 Kassava 10 34,5 Kassava 15 52,8 Kassava 20 71,9 Det utfördes en regressionsanalys över dessa resultat, se figur 9 och 10. Den aktuella inställningen på hopperns motorfrekvens under testkörningarna bestämdes. Resultatet finns i tabell 7. 15

22 Motorfrekvens [Hz] Motorfrekvens [Hz] Flöde tanniner [g/min TS] Fig. 9. Hopperns motorfrekvens som funktion av flöde Tanniner [g/min TS]. Regressionsanalysen för tanniner gav följande ekvation: Motorfrekvens [Hz] = 0,3127x + 0,6916 (5) Där x stod för mängden torrsubstans [g] Flöde kassava [g/min TS] Fig. 10. Hopperns motorfrekvens som funktion av flöde Kassava [g/min TS]. Regressionsanalysen för kassava gav följande ekvation: Motorfrekvens [Hz] = 0,279x + 0,1483 (6) Där x stod för mängden torrsubstans [g]. 16

23 Tabell 7. Beräknad motorfrekvens för hoppern vid önskad andel additiv. Additiv [%] Flöde additiv [g/min] Frekvens tanniner [Hz] Frekvens kassava [Hz] 0,5 7 3,1 2,2 1,0 14 5,5 4,3 1,5 21 7,9 6,4 2.4 Framställningsprocess För att så långt som möjligt utesluta felkällor i resultatet kördes pelletsanläggningen så att stationära förhållanden uppnåddes. Matristemperatur och presstryck skulle vara stabila under körningarna för alla tester. En inkörningsperiod på 10 minuter pågick mellan varje körning för att säkerställa att endast ett additiv fanns i systemet. Varje utförd testkörning pågick i fem minuter. Under körningarna loggades var tionde sekund, se tabell 8, följande data: Presstryck, [Bar] Matristemperatur, [ C] Strömförbrukningen i pelletspressen, [A] Hopperns frekvens, [Hz] Tabell 8. Visar registrerad data över körningarna, medelvärden ± Standardavvikelse. Additiv [%] Presstryck [bar] Matristemperatur [ C] Strömlast [A] Hopperns motorfrekvens, verklig [Hz] 0-prov 90,46 ± 0,57 80,25 ± 0,41 664,4 ± 0,39 0,26 ± 0,60 Tanniner 0,5 96,10 ± 0,31 87,65 ± 0,23 670,6 ± 0,64 3,89 ± 0,89 Tanniner 1,0 97,34 ± 0,21 87,80 ± 0,17 661,8 ± 0,53 6,11 ± 0,81 Tanniner 1,5 98,23 ± 0,18 87,52 ± 0,35 644,5 ± 0,45 7,39 ± 2,55 Kassava 0,5 96,44 ± 1,34 82,45 ± 0,72 672,4 ± 0,55 2,68 ± 0,68 Kassava 1,0 104,95±1,13 86,31 ± 0,54 666,7 ± 0,50 4,98 ± 1,00 Kassava 1,5 95,95 ± 0,18 86,73 ± 0,19 673,6 ± 0,58 7,01 ± 0,63 17

24 Utifrån tidigare körningar sattes skruvarnas frekvenser i anläggningen att vara konstanta för alla körningar, se tabell 9. Tabell 9. Skruvarnas frekvens. Skruv Frekvens [Hz] Transportskruv 16 Mixerskruv 40 Inmatningsskruv 50 Under pelleteringen konditionerades sågspånet med hjälp av ånga upp till som mest 13,5 % efter mixern, se tabell 10. Efter pelletsproduktionen vägdes den varma pelletsen och placerades sedan i ett kyltorn för att uppnå rumstemperatur. Fuktprover om cirka 300 gram togs på blandningen efter skruvmataren, på varm pellets direkt efter produktionen samt på kyld pellets. Resultatet blev totalt 21 fuktprover. Fuktproverna placerades i en ugn med temperaturen 105 C under 24 timmar. För att beräkna fukthalten användes ekvation 1. Tabell 10. Visar fukthalten i de olika proverna. Additiv [%] Blandning efter mixer [%] Varm pellets [%] Kyld pellets [%] 0-prov 12,8 9,1 7,3 Tanniner 0,5 12,8 8,1 6,7 Tanniner 1,0 12,3 8,6 7,3 Tanniner 1,5 12,6 8,7 7,6 Kassava 0,5 12,6 8,9 7,5 Kassava 1,0 13,1 9,4 7,5 Kassava 1,5 13,5 8,1 8,0 18

25 2.5 Energianvändning Med hjälp av registrerad data kunde strömlasten från pelletspressen avläsas. Energianvändningen [kj/kg TS] i pelletspressen beräknades enligt ekvation 7. 3 I ( ,8 ) kg TS 300 (7) 396 är strömmen i vägguttaget, mätt i Volt. 0,8 är effektfaktorn som orsakas av motorns vridvinkel. I är ett medelvärde av strömlasten under körningen, mätt i Ampere. 300 representerar antal sekunder för respektive körning. I tabell 11 finns pelletsmassan för alla testkörningar. Mängden pellets [kg TS] beräknades enligt ekvation (8). Fukthalten för den varma pelletsen hämtas ur tabell 10. Pellets [kg] (1 Fukthalt, varm pellets [%]) (8) Tabell 11. Visar total bränslepelletsvikt för respektive körning. Additiv [%] Pellets [kg] 0-prov 13,09 Tanniner 0,5 12,93 Tanniner 1,0 13,16 Tanniner 1,5 13,13 Kassava 0,5 13,10 Kassava 1,0 13,01 Kassava 1,5 13, Smul efter bränslepelletsproduktion När pelletsen var kyla sållades massan i en sållningsmaskin från VIHAB Vibrerande Hantering AB. Sållens håldiameter är 5 mm. Pelletsmängden vägdes innan och efter sållning och procent smul beräknades enligt ekvation (1 ( h 1 h 2 )) (9) Där h2 och h1 var massan på pellets innan och efter sållning. 19

26 2.7 Kvalitetstester Mekanisk hållfasthet Testerna bestämdes enligt standarden SS-EN ISO :2015. Den högsta standardklassen gällande hållfasthet skall vara minst 97,5 % hela pellets. En pelletsmassa om minst 1 kg skall sållas manuellt 5-10 gånger med cirkulära rörelser i ett 3,15 mm såll, med syfte att separera finfraktionerna. Massan vägs upp i två delar, á 500 ± 10 g. I en maskin med två träboxar tillfogade, se figur 11, roteras massorna i 10 minuter med 50 ± 2 rpm /minut. Pelletsen sållas och vägs igen. Fig. 11. Rotationsmaskin. Bulkdensiteten Testerna bestämdes enligt standarden SS-EN ISO 17828:2015. Standardklass för pellets skall vara minst 550 kg/m 3. En behållare om 5 liter överfylls med pellets och släpps två gånger från en höjd av 15 cm. Behållaren fylls igen och med hjälp av en linjal tas överskottet bort. Pellets vägs och bulkdensiteten beräknas. Utförandet upprepas två gånger per test för noggrannare resultat. Hårdhet Ur en hög plockades en handfull pellets. 10 stycken slumpmässigt utvalda pellets utsattes för tryck av maskinen Amandus Kahl V DC tills sprickning. Ett medelvärde för varje testkörning beräknades. Hårdheten mättes i enheten kg Tryck. 20

27 Specifik elanvändning [KJ/kg TS] 3. Resultat 3.1 Energianvändning Den specifika elanvändningen minskar vid tillsättning av 1 % tanniner. Vid tillsättning av 1,5 % tanniner har den specifika elanvändningen minskat till 411,5 kj/kg TS, en minskning med 3,8 % jämfört med nollprovet, se figur 12. Kassavastärkelse i bränslepellets ökade elanvändningen, men vid en tillsättning av 1,5 % erhölls en minskad energiåtgång i pelletspressen Kassava Tannin 0-prov Additiv [%] Fig. 12. Visar den specifika energianvändningen som funktion av mängd additiv. 21

28 Hållfasthet [%] 3.2 Hållfastheten Hållfastheten för pellets visade i princip samma resultat vid tillsättning av 0,5 % tanniner och 0,5 % kassavastärkelse, se figur 13. Den högsta hållfastheten för pellets erhölls vid en tillsättning av 1,5 % tanniner. Ökningen motsvarade 3,0 % i förhållande till nollprovet Kassava Tannin prov Additiv [%] Fig. 13. Visar pelletsens hållfasthet som en funktion av mängd tillsatt additiv. Standardavvikelsen för nollprovet är 0,1 %. 22

29 Bulkdensitet [kg/m 3 ] 3.3 Bulkdensitet Figur 14 visar hur bulkdensiteten för pellets förändras i samband med tillsättning av additiv. Vid tillsättning av tanniner ökar bulkdensiteten med ökad andel additiv, tills ett optimum nås. Kassavastärkelsens påverkan på pellets visar trenden att bulkdensiteten ökar ju mer additiv som tillsätts. Den högsta bulkdensiteten fås vid tillsättning av 1,0 % tanniner. Ökningen motsvarar 4,7 % Kassava Tannin 0-prov Additiv [%] Fig. 14. Visar bulkdensiteten som en funktion av mängd additiv. Standardavvikelsen för nollprovet är 4,5 %. 23

30 Hårdhet [kg tryck] 3.4 Hårdhet Hårdheten för pellets ökade för alla tillsättningar och additiv. Respektive additiv hade mycket positiva effekter på hårdheten, med jämförbara resultat på respektive additiv. Den hårdaste pelletsen erhölls vid tillsättning av 1,5 % kassavastärkelse med en ökning motsvarande 95,3 %, se figur 15. Observera att standardavvikelsen är relativ stor för samtliga tester Kassava 15 Tannin 10 0-prov Additiv [%] Fig. 15. Visar hårdheten som en funktion av mängd additiv. Standardavvikelsen för nollprovet är 1,9 %. 3.5 Mängd smul efter bränslepelletsproduktion Mängden finfraktioner är redan mycket låg vid nollprovet, se tabell 12. Det erhölls mer procent smul med tanniner än med kassavastärkelse som additiv. Vid tillsättning av kassavastärkelse fås optimala resultat uppemot 99,4 % hela pellets. Tabell 12. Visar resultaten över mängden smul [%] Additiv [%] Vikt före [g] Vikt efter [g] Smul [%] 0-prov 7405,5 7250,6 2,1 Kassava 0,5 7494,0 7421,0 1,0 Kassava 1,0 7505,4 7457,0 0,6 Kassava 1,5 7730,2 7641,0 1,2 Tanniner 0,5 7672,2 7345,0 4,3 Tanniner 1,0 7634,6 7288,0 4,5 Tanniner 1,5 7836,0 7486,0 4,5 24

31 4. Diskussion För att uppnå Europeiska målen måste pelletsbranschen optimeras maximalt för att kunna konkurrera med värmepumpar och kraftvärme, samt minimera användningen av de fossila bränslena. I denna studie användes kassavastärkelse och tanniner som additiv i bränslepellets för att öka hållfastheten för pellets och minska energianvändningen i pelletspressen. Kassava odlas i Afrika och har stor avkastning. Mängden kassava som inte utnyttjas inom livsmedelsindustrin och anses som avfall, har goda möjligheter till att transporteras med skepp över haven till företag och industrier i Europa som har ett intresse av att exempelvis använda kassavastärkelse som additiv i bränslepellets. Om fartyget är stort och transporterar stora mängder kassava, minskar utsläppet av CO2/kWh värme. Det tros finnas en vinst i att transportera kassava från länder i Afrika för användning inom pelletsproduktionen, i förhållandet till odling och hantering av stärkelserika råvaror i Sverige för samma ändamål. Stärkelse som additiv i bränslepellets har tidigare visat goda hållfasthetsresultat och en minskning i den specifika energianvändningen vid pelletering. Dessa motiveringar gör kassavastärkelse fördelaktig som additiv. I samband med litteraturstudien hittades inga tidigare studier eller forskning för tanniner som additiv i bränslepellets. Dock har melass och tanniner liknande egenskaper gällande klibbigheten som uppstår vid vatten- och värmekontakt. Tidigare studier har visat att melass minskade energianvändningen med cirka 8 % och ökade hållfastheten för bränslepellets från 10 % till 20 %. Hypotesen var att tanniner hade liknande positiva trender på pellets. Kvaliteten som erhölls på den producerade pelletsen är generellt betydligt bättre än normalt vid pelletsanläggningen som har använts. En förklaring kan vara en ökad andel fukt i sågspånet innan pelletering. En annan förklaring kan vara att kollerhjulen med placering över matrisen, är numera mer anpassade för att pressa ihop och trycka ner spånet och producera pellets, än att också fungera som en kvarn som finfördelar sågspånsblandningen. 4.1 Energianvändning Den specifika elanvändningen ökade i samband med tillsättning av 0,5 % tanniner och 0,5 % kassavastärkelse i spånblandningen. En förklaring till detta kan vara additivernas viskositet som har bidragit till en ökad friktionsmotstånd i pelletspressen. Tanniner kan även ha bidragit till en klibbig beläggning runt matrishålen och på så sätt ökat friktionen och påfrestningarna på pressen. Vid tillsättning av 1 % tanniner minskade energianvändningen till 421 kj/kg TS. Detta kan bero på tanninernas sammandragande effekt som har bidragit till mer kompakta pellets med en minskad friktionsmotstånd i matrisen som följd. En annan förklaring till den minskade energianvändningen kan vara tanninernas smörjande effekt som underlättar sågspånets väg genom matrishålen. Tanniner visar en tydlig trend med minskad energianvändning vid tillsättning av högre mängder additiv. Vid större tillsatser av tanniner tros det finnas en balans mellan den smörjande egenskapen och klibbigheten som tanninerna bidrar med. 25

32 Då energianvändningen minskade, rekommenderas för företag som är intresserade av att tillsätta additiv i sin pelletsproduktion en tillsättning av 1,5 % tanniner, se figur 12. Kostnaden för tanniner är dock relativt hög och kan anses vara ekonomiskt olönsamt i förhållandet till besparingen som kan göras i samband med den minskade energianvändningen, då elpriset varierar över året och kan ha stor betydelse för lönsamheten för en storskalig pelletsproduktion. Ett alternativt sätt till att köpa tanniner är att utvinna ämnet ur barken i träråvaran. På så sätt kan kostnaderna hållas nere och mindre trämaterial går till spillo. För pelletsproducenter som inte har denna möjlighet rekommenderas kassavastärkelse som additiv i bränslepellets. Kassavastärkelse har visat positiva effekter vad gäller att minska energianvändningen i pressen samt öka hållfastheten för pellets. Inköpspriset för additivet är även betydligt billigare än för tanniner. I bränslepelletsproduktionen behöver inte förstklassig stärkelse användas. Trenderna kommer mest troligt att vara lika vid användning av kassavastärkelse med något längre kvalité. I en studie som Ståhl et al (2012) har utfört, drogs samma slutsats gällande stärkelsens positiva påverkan på energianvändningen och hållfastheten. 4.2 Hållfasthet Standardavvikelserna i resultaten för hållfastheten är som högst 0,27 %, se figur 13. Det är mycket låga siffor och resultaten anses därför vara trovärdiga. Endast två tester klarade kravet på hållfasthet enligt standard. Huvudsyftet med detta arbete är dock inte att producera pellets som uppnår industriell standard, utan huvudsyftet är att kunna se förbättringstrender gällande hållfastheten och en minskad energianvändning i samband med pelletering vid tillsättning av valt additiv. Hållfastheten för bränslepellets ökade vid tillsättning av kassavastärkelse. Optimumet uppnåddes vid en tillsättning av 1 % additiv, se figur 13. Under uppvärmning av sågspån innehållande kassavastärkelse sker stora fysikaliska, kemiska och strukturella förändringar, till exempel förångning av fukt, gelatinering av stärkelse och bildning av aromföreningar (Thorvaldsson et al. 1998). Svällningstemperaturen för granulerna i stärkelse ökar med minskad vattenhalt i spånet (Thorvaldsson et al & Kokini et al. 1992). Utifrån resultatet, se figur 13 och tabell 10, kan detta bekräftas. Fukthalten kan ha påverkat processen av gelatineringen och därmed hållfastheten för pellets i testerna, då fukthalten i sågspånet inte var samma för alla tester. Hållfastheten för pellets ökade även med andel tillsatt tanniner. Fukthalten i spånblandningen innan pelleteringen har en avgörande betydelse på pelletsens hållfasthet (Ståhl et al. 2016). I denna studie hade spånet en fukthalt mellan 12,3-13,5 %, en fukthalt som ligger i överkant mot det som rekommenderas (Kaliyan & Morey 2009). Fukthalten har dock inte påverkat hållfastheten negativt, då hållfastheten kom uppemot 97,7 %. Den ökade hållfastheten beror på att additiverna har bidragit till förbättrade bindningsegenskaper (Ståhl et al. 2012). På grund av fukthalten i spånblandningen var möjligheten för att skapa vätebindningar goda. Mängden finfraktioner har minskat, vilket tyder på hårdare pellets, se tabell 12. Hållfastheten för pellets vid en tillsättning av 1 % kassavastärkelse är något högre än hållfastheten för pellets vid tillsättning av tanniner vid samma mängd additiv, trots att tanniner i övrigt hade bättre hållfasthetsresultat än kassavastärkelse. En förklaring till detta kan vara att presstrycket var högre i samband med körningen för testet där kassavastärkelse var inblandat, se tabell 8. Enligt en studie av Bergström (2005), erhölls en ökad hållfasthet för bränslepellets med högre presstryck. 26