SAMPELLETERING AV SPÅN OCH GRÄS FRÅN VÅTMARKER

Transkript

1 SAMPELLETERING AV SPÅN OCH GRÄS FRÅN VÅTMARKER PUBLIKATIONSNUMMER 2016:11 LÄNSSTYRELSEN VÄRMLAND

2 Publ nr 2016:11 ISSN Rapporten är sammanställd av Oscar Säwström, Naturvård Länsstyrelsen Värmland, Karlstad ,

3 Förord Länsstyrelsen i Värmland och Karlstad Universitet driver ett samarbetsprojekt kring utveckling av förnybara energikällor. Projektet ska undersöka möjligheten att sampelletera gräs från våtmarker med spån och på så sätt kunna nyttja ytterligare ett förnyelsebart substrat för energiutvinning. Projektet delfinansieras av Paper Province och genomförs under I denna rapport presenteras vilka undersökningar som genomförts samt vilka resultat som framkommit. Resultaten kommer att ligga till grund för eventuellt ytterligare projekt inom pelletstillverkning och förbränningsområdet, där gräs från våtmarker utgör en resurs som bioenergi. Karlstad, april 2016 Oscar Säwström, Länsstyrelsen Värmland Jonas Berghel, lektor Karlstads Universitet Lisa Henriksson, student Karlstads Universitet

4 Sammanfattning Länsstyrelsen i Värmland och Karlstad Universitet driver ett samarbetsprojekt kring utveckling av förnybara energikällor. Projektet syftar till att undersöka om gräs från våtmarker kan fungera som ett nytt kompletterande additiv för pelletsindustrin. Länsstyrelsen har i ett tidigare projekt tagit fram en metod för att skörda gräs genom maskinell slåtter från våtmarker på ett kostnadseffektivt sätt. Om/när tillgången på spån från skogsindustrin minskar skulle gräs kunna utgöra ett energimässigt och miljömässigt fullgott additiv för pelletproducenter. Undersökningarna visar på både positiva och negativa resultat. Pellets producerade med inblandning av våtmarksgräset klarade inte kraven på pellets kvalité enligt den Europeiska standarden. En för låg fuktighetshalt i den färdiga pelletsen är anledningen till den generellt låga kvalitén. Extraktivämnena i våtmarksgräs kan vara orsaken till den försämrade hållfastheten, men är också anledningen till att elförbrukningen minskade med 14 % vid en inblandning av 1,9 % våtmarksgräs. Det finns alltså positiva egenskaper att hämta men också negativa effekter som behöver studeras ytterligare. Om gräs från våtmarker skulle kunna användas som biobränsle i samband med pelletstillverkning, skulle fler våtmarker och strandängar åter kunna tas i bruk. Utöver de positiva konsekvenserna detta skulle få för den biologiska mångfalden knuten till våtmarker och strandängar, skulle det även kunna bidra till att minska energiutvinningen från icke förnyelsebara energikällor.

5 Innehållsförteckning 1 Introduktion Metod Resultat Framställande av pellet och dess egenskaper Ekonomi från våtmarken respektive skogen till färdig pellet Diskussion... 4

6 1 Introduktion I dagens samhälle är det stort fokus på klimatpåverkan. En viktig fråga är att gå från icke förnybara energikällor baserade på t.ex. olja och kol, till förnybara energikällor som olika biobränslen. Gräs från våtmarker och strandängar skulle kunna fungera som ett biobränsle om man kan hitta ett bra användningsområde för det, t.ex. som additiv vid pellettillverkning av spån. I detta projekt använder vi gräs skördat på våtmarksängar vid Natura området Brosjön i Säffle kommun, tillsammans med spån från Stora Enso i Grums. Syftet med projektet är att undersöka möjligheten att använda våtmarksgräs som additiv i bränslepellets. I projektet undersök utvalda parametrar vid produktionsprocessen samt viktiga egenskaper hos den färdiga pelleten. Tanken var även att göra en kostnadskalkyl för hela processen från inhämtning av råvaror (våtmarksgräs och spån) till färdig pellet. 2 Metod Gräset är skördat från våtmarken i Natura 2000-området Brosjön med hjälp av specialanpassade jordbruksmaskiner som kan köra med lågt marktryck över de låglänta markerna med dålig bärighet. Gräset är slaget med rotorslåtterbalk och uppsamlat med rundbalspress vid samma tillfälle (figur 1). Gräset låg inte för att torka innan det balades och de producerade balarna plastades omgående. Slåttermarkerna vid Brosjön är ca 150 ha, men än så länge tillåter skördetekniken endast slåtter på mellan ha. Erfarenheter från Brosjön visar att vi kan skörda ca 20 balar á ca 300 kg per hektar (totalt 6 ton/ha). Med dagens skördeteknik kan mellan ton skördas från våtmarken i Brosjön. Figur 1. Denna traktor med bandställ och balpress med bandställ användes för slåtter på våtmarkerna vid Brosjön. 1

7 Inför pellettillverkningen öppnades en bal och ca 5 kg togs ur. Gräsråvaran med fukthalt 22 %, maldes och siktades på ett 4mm såll och i samband med pelletering höll gräset en fukthalt på 16,3 % (figur 2). Figur 2. Så här såg den finfördelade gräsråvaran ut inför pelletering. Den huvudsakliga råvaran för testerna var sågspån (90 % gran och 10 % tall) som hämtades, torkad och mald från Stora Ensos pelletsfabrik i Grums. Sågspånet höll en fukthalt på 10,5%. Det konditionerades till 13,5% fukthalt innan pelletering. Pellets tillverkades i anläggningen vid Karlstads universitets (figur 3). Pelletspressen (maximal kapacitet 300 kg/h) kördes vid ca 100kg/h. Till anläggningen finns också en mixerskruv (inte med på bilden) där ånga tillsattes. Matrisen hade 30 mm presslängd. Processen är kontinuerlig och uttag av prover görs under drift. Under tillverkningen mättes bland annat presstryck, strömlast och materialflöde kontinuerligt, Sågspånet värmdes och fuktades kontinuerligt med ånga i mixern till ca 15 % fukthalt innan pelletpressen. Figur 3. Bild över pelleteringsanläggningen på Karlstads universitet. 2

8 Totalt fem tester utfördes, ett 0-prov med endast sågspån, och fyra olika inblandning av våtmarksgräs som var 0,5, 1,0, 1,5, 1,9 % (massandel torrsubstans). Innan provkörningarna började kördes anläggningen till dess att stabila förhållanden uppnåddes. Det ville uppnås en stabil matristemperatur samt stabilt presstryck för att kunna utesluta dessa som påverkande variabler. Anläggningen kördes sedan i 10 minuter på varje testserie, varav de första fem var för att säkerställa stabilitet och under de sista fem utfördes provtagningar. Fuktprov (ca 200 g) togs varje provkörning, på granspånet innan transportskruven, på blandningen vid skruvmataren samt på varje färdigt kylt pelletsprov. Under provkörning registrerades löpande, presstryck, matristemperatur samt strömlasten. Presstrycket mättes med en säkerhet på 1,25 bar. Temperaturen mättes med en säkerhet på 0,5 och strömlasten med en säkerhet på 1 %. För varje testserie om 5 min vägdes producerad pellets för att senare kunna beräkna produktionsflödet. 3 Resultat 3.1 Framställande av pellet och dess egenskaper Att producera pellet med inblandning av gräs skiljer sig inte nämnvärt från att göra en pellet av endast spån. Tabell 1. Resultat från registrerade data under pelletsproduktionen. Andel våtmarksgräs (%) Presstryck (Bar) Temperatur matris ( Strömlast (A) Pellets flöde (kg ts / min) Fukthalt pellets (%) 0-prov ,5 1,1 7,2 0, ,1 1,2 6,3 1, ,5 1,3 6,5 1, ,3 1,3 5,8 1, ,7 1,3 6,4 Alla testser visade små variationer på presstryck och matristemperatur (tabell 1). Testerna har skett under stabila förhållanden. Strömlasten visar genomgående små förändringar med högsta värdet för gräs 1,9 % och lägst för gräs 0,5 %. Produktionsflödet ökar vid inblandning av gräs och stärkelse vilket är väntat då additiv tillsätts. Den lilla variation som produktionsflödet visar kan bero på att packningsgraden av råmaterialet skruvar och lager. Fukthalten är godkänd enligt den europeiska standarden men under det optimala 8 9 %. Resultatet visar att den specifika elförbrukningen minskar med inblandning av våtmarksgräs, detta redan vid inblandningsnivå på 0,5 %. Elförbrukningen minskar sedan med en ökad inblandning och vid 1,9 % gräs har 3

9 energiförbrukningen minskat med 105 kj/kg ts, en minskning i elförbrukningen med 14 % (tabell 2). Tabell 2. Resultat av beräkningar och tester efter pelletproduktionen. Andel våtmarksgräs (%) Specifik elförbrukning (kj/kg, ts) Hållfasthet Bulkdensitet Medelängd pellets (mm) (%) (kg/m 3 ) 0-prov , ,9 0, , ,5 1, , ,1 1, , ,0 1, , ,6 Testerna visar att ingen av serierna klarade kraven på hållfasthet och bulkdensitet enligt den europeiska standarden. De generellt låga värdena på hållfasthet anses bero på en för låg fukthalt vid i den färdiga pelletsen. Genom att öka fukthalten vid produktionen skulle säkerligen alla testserier visa bättre resultat. Våtmarksgräset som additiv minskar hållfastheten vid de nivåer som testats. Som tidigare studier visat kan innehållet av extraktivämnen såsom vaxer medföra en minskad hållfasthet på grund av vaxernas förmåga att bilda svaga bindningar mellan pariklarna. En inblandning av 1,9 % våtmarksgräsgräs resulterade i den lägsta bulkdensiteten vilket indikerar att våtmarksgräset, med sin smörjande effekt, minskat motståndet i pressen och därmed bulkdensiteten. Alla testserier klarade kraven på längd, enligt den europeiska standarden. 3.2 Ekonomi från våtmarken respektive skogen till färdig pellet Ambitionen inför projektet var att räkna på en totalekonomi för tillverkandet av pellets med inblandning av gräs skördat från våtmarker, men eftersom vi ännu inte lyckats få en pellet som håller ihop har vi inte fått en produkt som går att sälja. Det blir således ointressant att sammanställa produktionskostnaderna. 4 Diskussion Pellets producerade med inblandning av våtmarksgräs klarade inte kraven på pelletskvalite enligt den Europeiska standarden. En för låg fuktighetshalt vid pressning tros vara anledningen till den generellt låga kvaliten. Extraktiv i våtmarksgräs antas vara orsaken till den försämrade hållfastheten, men anses också vara anledningen till att energiförbrukningen minskade med 14 % vid 1,9 % inblandning av våtmarksgräs. Det finns alltså positiva egenskaper att hämta vid tillverkning av pellets med inblandning av våtmarksgräs (figur 4), men också negativa effekter som behöver studeras ytterligare. 4

10 Figur 4. Resultat av pelletstillverkning innehållande ca 2 % våtmarksgräs från Brosjön. Kan tillverkningsprocessen modifieras så att en pellet producerad med inblandning av våtmarksgräs klarar kvalitetstesterna enligt Europeisk standard kan det i förlängningen skapa stora positiva ekosystemtjänster för samhället. Bland annat skulle det bidra till att fortsatt minska användningen av icke förnybara energikällor och på så sätt minska klimatpåverkan. Genom att slå av och bärga gräs från våtmarker hindras kväve och fosfor från att rinna ut i våra vattendrag och skapa problem med övergödning. Våtmarker ligger oftast långt ner i vattensystemen och fungerar som filter för näringsämnen och partiklar. Kan vi återskapa slåttermarker i våtmarksområden kommer det också att ha en stor positiv effekt på biodiversiteten, främst för fåglar. Det har sedan lång tid varit känt att våtmarker är mycket lämpliga för gräsproduktion eftersom de aldrig behöver bevattnas eller gödslas då dessa processer sker naturligt i samband med översvämningar. I dagens produktionslandskap är våtmarker svåra för markägare att finna annan användning för då det inte går att odla grödor eller skog på dessa marker. På så sätt konkurrerar inte våtmarksslåtter med annan markanvändning. Resultaten från denna undersökning visar att det finns fortsatt intressanta effekter att studera vidare inom pelletstillverkning med våtmarksgräs som additiv. När en marknadsanpassad pellet kan produceras kan också en ekonomisk kalkyl för tillverkning och försäljning genomföras. 5

11 Länsstyrelsen Värmland, Karlstad,