FORSKNINGSNYHETSBREV SEPTEMBER 2002

Transkript

1 EnergyCentre.Info Pelletsprogrammet FORSKNINGSNYHETSBREV SEPTEMBER 2002 Inom pelletsprogrammet i Västra Götalandregionen görs en insats för att sprida forskningsresultat. Detta sker dels forskare emellan, dels mellan forskare och pelletsbranschen. Denna informationsspridning har inletts med att ett forskarnätverk på pelletsområdet har bildats. Nu följs detta upp av nyhetsbrev där resultat och slutsatser från olika forskare i Sverige presenteras. Nyhetsbreven, liksom mycket annan intressant information, finns på hemsidan Detta andra nyhetsbrev innehåller följande: Information om deltagarna i forskarnätverket Sammanfattningar av Pellets 2002, First World Conference on Pellets, forskningssession Emissioner av lättflyktiga kolväten vid torkning av sågspån Licentiatuppsats av Karin Granström, Miljö- och energisystem, Karlstads universitet Träpellets som lågemitterande småskaligt biobränsle Licentiatuppsats av Maria Olsson, Kemisk Miljövetenskap, Chalmers finansierar detta nyhetsbrev.

2 FORSKARNÄTVERK FÖR PELLETSFORSKARE SEPTEMBER 2002 Eliana Alvarez de Davila, IVL Svenska Miljöinstitutet, Arbetsmiljö vid hantering och tillverkning av träpellets och andra biobränslen. Katja Edman, Yrkes- och miljömedicinska kliniken, Örebro Universitetssjukhus, Exponering för trädamm och terpener samt hälsoeffekter vid tillverkning av träpellets. David Eskilsson, SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, Reduktion av NOx från pelletbrännare. Sensorer för styrning och minimering av emissioner. Karin Granström, Miljö- och Energisystem, Karlstads universitet, Emissioner av terpener och andra flyktiga organiska ämnen vid torkning av sågspån. Gunnar Hadders, JTI - Institutet för jordbruks- och miljöteknik, Pelletspärmen, ett rådgivningsmaterial. Inblandning av gräs i träpellets. Peter Helby, peter.helby@miljo.lth.se, Miljö- och Energisystem, LTH, Bekväm pelletsvärme i villa. Raida Jirjis, raida.jirjis@sh.slu.se, Bioenergi, SLU, Påverkan av råvaruegenskaper på pelletskvalitet Linda Johansson, linda.johansson@sp.se, Energiteknik, SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, Bildning och emissioner av partiklar (PM 10 ) vid småskalig förbränning av biobränslen. Jennica Kjällstrand, jennica@kmv.chalmers.se, Kemisk Miljövetenskap, Chalmers, Antioxidanter och andra organiska ämnen i emissioner från småskalig förbränning av biobränslen. Päivi Lehtikangas, paivi.lehtikangas@energisystemsverige.se Energisystem Sverige AB, Inga pågående projekt. Lagring och egenskaper hos pellets av sågspån, avverkningsrester och bark.

3 Lars Martinsson, Energiteknik, SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, Olika parametrars betydelse för förbränning och emissioner. Calle Nilsson, Enheten för biomassateknologi och kemi, SLU, Förbränning av pellets av källsorterat avfall och olika biobränslen. Svante Nordlander, Energi, miljö och byggande, Högskolan Dalarna, Skötsel och injusterings inverkan på emissioner och verkningsgrad. Pellets och solenergi Kerstin Olin, Miljö- och energisystem, LTH, Bekväm pelletseldning i villa. Maria Olsson, mariao@kmv.chalmers.se, Kemisk Miljövetenskap, Chalmers, Antioxidanter och andra organiska ämnen i emissioner från småskalig förbränning av biobränslen. Karin Perman, kpm@du.se, Energi, Miljö och Byggande, Högskolan Dalarna, Omställning från el-uppvärmning till pellets och sol. Henrik Persson, henrik.persson@sp.se, SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, P-märkning av pe lletsutrustning. Eldningstester med olika pelletskvaliteter. Emissioner. Magnus Ståhl, magnus.stahl@kau.se, Miljö- och Energisystem, Karlstads universitet, Torkning av pelletsråvara. Claes Tullin, claes.tullin@sp.se, Förbränningsteknik, SP Sveriges Provnings - och Forskningsinstitut, P-märkning och förbättring av förbränningsutrustning. Emissioner från småskalig pelletseldning. Johan Vinterbäck, johan.vinterback@sh.slu.se, Skogshushållning, SLU, Optimering av pelletsdistribution. Variationer inom träråvaran och deras påverkan på kvaliteten. Marcus Öhman, mohman@etcpitea.se, Energitekniskt Centrum i Piteå, Slaggbildning och askhalt från pellets av olika kvalitet. Emissioner från småskalig pelletseldning.

4 THE FIRST WORLD CONFERENCE ON PELLETS FORSKNINGSSESSION, Mer än 300 pelletsintresserade samlades i Stockholm i början av september för att delta i den första världskonferensen om pellets. Det framkom tydligt att det finns en stor marknad för biobränslepellets i Sverige och övriga Europa. Många av deltagarna vid konferensen var intresserade av forskningsfrågor. Forskare från flera olika länder och forskningsinstitutioner presenterade sin forskning i posterform eller muntligt under den parallellsession som arrangerats av Johan Vinterbäck, SLU. Forskningsrönen beskrivs mer utförligt i konferensproceedings. Den forskning som presenterades berörde allt från råvaruval och tekniska och hälsomässiga aspekter vid tillverkningen av pellets, till förbränningsrelaterade studier och emissionsmätningar. Nu när den småskaliga pelletsanvändningen ökar snabbt är det av stor betydelse att alla aspekter utreds grundligt. Det är uppenbart både att dagens forskning behövs och att det finns mycket kvar att utreda. SESSION A: PRODUKTION Moderator: Raida Jirjis, SLU Emissions from burning of softwood pellets Maria Olsson, Kemisk Miljövetenskap, Chalmers Laboratorieeldningar av pellets vid olika förbränningsförhållanden ger helt skilda emissioner. Från glödande pellets emitteras en stor del cancerogent bensen, medan emissionerna från flammande förbränning innehåller mycket metoxifenoler med antioxidantegenskaper. Förbränningen i en pelletsbrännare är mycket effektiv och emissionerna av organiska ämnen är låga, medan röken från en pelletskamin innehåller metoxifenoler. Träpellets av stamved bör reserveras för villaanvändning, medan pellets tillverkade av andra råvaror måste förbrännas storskaligt för att undvika miljö- och hälsofarliga emissioner. Exposure assessment at industrial production of wood pellets and briquettes. Katja Edman, Yrkes- och Miljömedicinska Kliniken, USÖ, Örebro Hälsoundersökningar, exponeringsmätningar och enkätundersökning har gjorts på 24 män anställda i pelletsproduktionen på sex pelletsfabriker. Främst studerades exponering för trädamm och monoterpener. De anställda rapporterade mer nässymptom och astmarelaterade besvär än kontrollgruppen. Halterna av trädamm var ofta högre än det hygieniska gränsvärdet, medan halten av monoterpener var relativt låg.

5 Industrial processes for biomass drying and their effects on the quality properties of wood pellets Magnus Ståhl och Karin Granström, Karlstads universitet Terpenavgången vid torkning och pelletering studerades för prov från sex olika pelletsproducenter. Terpeninnehållet i färdiga pellets jämfördes med det i våta och torra sågspån från tillverkaren. Större delen av terpenerna avgår under torkningen. Den resterande delen avgår i stor utsträckning under pelleteringen. Emissionerna är större från en roterande trumtork än från en ångtork. En högre fukthalt i det torkade spånet ger en större terpenavgång under pelleteringen, antagligen beroende på en längre uppehållstid. Reasons for slagging during stemwood pellet combustion and some measures for prevention Marcus Öhman, ETC i Piteå/Oorg Kemi, Umeå Universitet Slaggning i pelletsbrännare uppkommer då och då när normal träpellets (stamvedspellets) eldas. Resultatet från arbetet visar att kiselhalten (kritisk halt % av bränsleaskans sammansättning) påverkar pelletsens sintringstendens. Resultaten från arbetet visar också på vikten av att behandla både pelletsråvaran in till fabriken och torkens bränsleråvara varsamt i alla led av tillverkningsprocessen för att minska kontamineringen av de kritiska askkomponenterna till träpelletsen för att på så sätt minimera uppkomsten av slagg i dagens brännarutrustning vilka har en rostertemperatur på ca C. SESSION B: FÖRBRÄNNING Moderator: Anders Nordin, Umeå Universitet. Comparison of air emissions and ash behaviour when co-firing densified refusederived fuel pellets and coal in full-scale cyclone, spread-stoker and fluidized bed combustors Oscar O Ohlsson, Argonne National Laboratory, USA Osorterade hushållssopor består till 80% av brännbart material som i dag till stor del deponeras i USA. Efter en viss sortering och tillsats av kalciumhydroxid som bindemedel kan detta material istället pelletteras. Bränslet kan sedan sameldas med kol i storskaliga industrier och kraftvärmeverk, som tidigare eldat enbart kol, utan att dessa behöver modifieras. Emissionerna av svaveldioxid, kväveoxider, kolmonoxid och kolväten blev lägre än vid enbart koleldning. Dock ökade emissionerna av saltsyra. Optimisation of efficiency and emissions in pellet burners Claes Tullin, SP På SP utvecklas en brännare med extra låga utsläpp av kväveoxider, en så kallad låg- NO x -brännare. Detta sker genom en förlängning av uppehållstiden i brännaren och genom att i den oxiderande miljö som krävs för fullständig förbränning införa zoner för reduktion av kväveoxider. Den optimala temperaturen var C och uppehållstiden för gasen i primärzonen 300 ms. Samtidigt studeras möjligheterna att tillsammans med?-sensor använda sensorer för att mäta kolmonoxid och OGC, för att ytterligare minska utsläppen från villaeldning av pellets.

6 Combustion characteristics of wood pellets Gennadi Palchonok, Energiteknik, Chalmers För att kunna förbättra produktion och förbränningsteknik för träpellets är det viktigt att känna till förbränningsmekanismer och hur olika emissioner bildas. Förbränning med varierande syrekoncentration och temperatur av individuella pellets har därför studerats dels i en fluidiserande bädd, dels i en tubreaktor. Krympningen minskar med reaktortemperaturen och temperaturökningens hastighet. Koksmängden blir 50-80% högre för en pellets jämfört med en träbit av samma storlek. Kvävehalten i koksen ökar med reaktortemperaturen och blir 3-6 gånger högre än i ursprunglig pellets. Chimney emissions from small-scale burning of pellets and fuelwood Examples referring to different combustion appliances Jennica Kjällstrand, Kemisk Miljövetenskap, Chalmers Emissionerna från en gammal vedpanna har jämförts dem från en pelletskamin, en pelletsbrännare och en svanenmärkt vedpanna. Många av de vedpannor som idag används för villaeldning är omoderna och har höga emissioner av organiska ämnen. Dessa emissioner består till stor del av metoxifenoler med antioxidanteffekt. Emissionerna av organiska ämnen minskas effektivt vid installation av en pelletsbrännare eller byte till en modernare vedpanna. Dock innehåller röken vid mer effektiv förbränning hälsofarliga ämnen, även om halterna är låga. Physical characterisation and chemical composition of densified biomass fuels with regard to their combustion behaviour Ingwald Obernberger, Graz University of Technology, Österrike Vid storskalig förbränning har pelletskvaliteten inte så stor betydelse. Vid förbränning i villautrustning krävs däremot pellets av hög kvalitet. Träpellets, halmpellets, träbriketter och barkbriketter från 30 tillverkare från olika länder har därför studerats enligt svensk, österrikisk och tysk standard för bränslepellets. Fysikaliska egenskaper har karaktäriserats och kemisk sammansättning har studerats. De flesta tillverkares pellets höll en hög kvalitet, men några pelletssorter hade en hög andel finfraktion. SESSION C: REALISERING Moderator: Antanas Baltrusaitis, Kaunas University of Technology, Litauen Pellet-fired small-scale CHP in Sweden and the Baltic States: A case study on the potential of clustered dwellings Knut Bernotat och Thomas Sandberg, KTH Knut och Thomas undersöker möjligheterna att hitta mindre distrikt med stort värmebehov i områden där värmebehovet är för utspritt för att det ska vara ekonomiskt lönsamt att bygga ut fjärrvärmenät. Dessa områden kan försörjas med en småskalig kombinerad värme- och elproduktion i ett mindre, centralt närvärmenät. I dessa fall skulle rena träpellets eller träflis vara ett lämpligt bränsle. Några av fördelarna med detta är lokala arbetstillfällen och försörjningssäkerhet.

7 Quality assurance and field surveys as a means to catalyse the implementation of new technology A Swedish example Henrik Persson, SP I Sverige fanns 1997 endast utrustningar för småskalig förbränning av pellets. År 2001 hade denna siffra ökat till Huvuddele n av dessa är pelletsbrännare. P- märkning av pelletsbrännare startade Idag är 28 produkter P-märkta. Nya, hårdare utsläppskrav diskuteras och utsläppen från en pelletsbrännare är idag nästan lika låga som från en oljebrännare. Förutom utsläppskrav ingår även säkerhetsaspekter (huvudsakligen mot bakbrand) och effektivitet i P-märkningen. Wood pellet production costs under Austrian and in comparison to Swedish framework conditions Gerold Thek, BIOS Bioenergiesysteme GmbH, Österrike Efterfrågan och produktionen av pellets ökar kraftigt i Österrike och många andra länder. Forskningen går ut på att jämföra produktionskostnaden i Sverige och Österrike. Kostnaden påverkas mycket av råmaterialkostnaden, kostnad för torkning och anläggningens utnyttjandegrad. I Sverige är produktionen billigare på grund av större produktionskapacitet, effektivare användning av torkningsenergin och billigare el. PELL-SIM: Dynamic model for forecasting storage and distribution of wood pellets Johan Vinterbäck, Institutionen för Skogshushållning, SLU PELL-SIM är en dynamisk modell för prognostisering av efterfrågan och optimering av lagringsvolymer för pellets till villakunder. För en småskalig konsument utgör transportkostnaden ungefär 30% av pelletspriset. Genom att försöka förutsäga efterfrågan och genom att utveckla av ett verktyg för systemanalys kan denna kostnad minskas. En temperaturberoende kurva för den optimala lagringsvolymen för en pelletsproducent har även tagits fram i det arbete som resulterade i PELL-SIM.

8 Emissioner av lättflyktiga kolväten vid torkning av sågspån Karin Granström, Miljö- och energisystem, Karlstads universitet Vid torkning av sågspån (ex för produktion av pellets) avges lättflyktiga kolväten. Detta är ett problem eftersom flyktiga kolväten bidrar till bildandet av marknära ozon. Ozon irriterar andningsorganen, vilket kan utlösa astmaanfall, och ger dessutom skador på skog och grödor. Syftet med min forskning är att undersöka hur utsläppen av lättflyktiga kolväten kan minskas. Jag har undersökt hur emissionerna av lättflyktiga kolväten ändras med torktemperatur och materialets slutfukthalt. Speciellt intresse har ägnats åt utsläpp av monoterpener. Torkningen har skett i en fluidiserad bädd med recirkulerande torkmedium, vid kontinuerlig drift. Sågspån från gran (Picea abies) har torkats till olika slutfukthalter (vatten/totalvikt) vid tre temperaturer (140 C, 170 C och 200 C). Analys av emissionerna har skett med en flamjonisationsdetektor (FID) och en gaskromatograf-masspektrometer (GC-MS). Vetenskapligt värde och relevans: en ny metod att mäta utsläpp från torkar information om utsläpp vid torkning i fluidiserad bädd samband mellan emissioner och torkparametrar rekommendationer för att minska emissioner av lättflyktiga kolväten Effekter av sågspånens slutfukthalt: Mängden emitterade kolväten per torrsubstans ökar med minskad spånfukthalt. Vid torkning till fukthalter under ca 12% sker ökningen snabbt (bild 1). Detta gäller både totalkolväten och monoterpener. Det inbördes mängdförhållandet av olika monoterpener i torkgasen varierar inte med spånfukthalten. Effekter av den ingående torkgasens temperatur: En ökad temperatur på torkgasen in till torktornet gör att mängden emitterade kolväten ökar. Terpenemissionerna ökar om spånens slutfukthalt är under fibermättnadspunkten (bild 1). Andelen högkokande monoterpener i torkgasen ökar relativt de andra monoterpenerna. Emitterade monoterpener (mg/kg TS) Emission av monoterpener från granspån C 170 C 200 C spånfukthalt (%) Bild 1. Emissioner av monoterpener från granspån under torkning.

9 Koncentrationen av kolväten i torkgasen: Mätningar med FID visar att koncentrationen av kolväten i recirkulerande torkgas når stationärt tillstånd. Koncentrationen ökar om temperaturen på torkgasen in till torktornet höjs, men påverkas inte av spånens slutfukthalt (bild 2). monoterpenekvivalenter (ppm) 25 Koncentrationen av kolväten i torkmediet C 170 C 200 C slutfukthalt (%) Bild 2. Torkmediets koncentration av lättflyktiga kolväten vid torkning till olika slutfukthalter vid tre olika temperaturer. Resultaten ger underlag för diskussion, dels om utformning av torksystem, och dels för senare processteg som pelletstillverkning. Detta är en sammanfattning av en licentiatuppsats: Granström, K.M. Emissions of volatile organic compounds during drying of wood; Karlstad University Studies 2002:14; Karlstad University: Karlstad 2002; ISBN ; ISSN

10 Träpellets som lågemitterande småskaligt biobränsle Maria Olsson Kemisk Miljövetenskap, Chalmers Barrträdspellets från sågspån och hyvelspån är ett biobränsle som i ökande takt ersätter olja och ved på den svenska villamarknaden. Av ekologiska och ekotoxikologiska skäl bör pellets av ren stamved reserveras för småskalig användning, medan pellets av mer kontaminerade råmaterial lämpligen eldas i storskaliga förbränningsanläggningar med rökgasrening. Idag används årligen mer än ton pellets som villabränsle. Pellets är ett från miljösynpunkt mycket lämpligt villabränsle med låga utsläpp. Trots detta är det viktigt att studera dessa, både för att analysera sammansättningen av olika föreningar i röken och för att hitta metoder för att ytterligare minska utsläppen av miljö- och hälsofarliga ämnen. Därför analyserades miljö- och hälsomässigt intressanta organiska ämnen i röken från förbränning av träpellets. Främst användes gaskromatografi och masspektrometri. Barrträdspellets från tre olika svenska tillverkare eldades i laboratorieskala och rökgasernas organiska innehåll studerades. Analyserna utformades för att efterlikna ofullständig förbränning i en pelletsbrännare eller kamin. Det framkom tydligt att innehållet i röken i stor utsträckning påverkades av förbränningsförhållandena, men också att pellets från de olika tillverkarna gav upphov till likartade emissioner. Vid flammande förbränning av pellets emitterades huvudsakligen 2-metoxifenoler med antioxidanteffekt, medan röken från glödande förbränning dominerades av bensen. CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA AB Kemisk miljövetenskap Institutionen för kemiteknik och miljövetenskap Göteborg Org. nr:

11 Skorstensrök analyserades från några pelletsbrännare, kaminer och en panna. Vid dessa försök togs rökgasprover i skorstensmynningen under normala förbränningsförhållanden. De organiska ämnena i röken studerades tillsammans med andra parametrar. Fenoliska antioxidanter fanns i röken från kaminerna och pannan, tillsammans med det cancerogena kolvätet bensen. Bensen dominerade i röken från pelletsbrännare. Resultaten understryker vikten av att inte enbart mäta totalhalten av organiskt kol (OGC) utan även vilka specifika ämnen som emitteras under olika förbränningsfaser. Emissionerna från glödrester av pellets studerades närmare och jämfördes med de från glödande grillkol och björkvedsglödrester. Förbränningsegenskaperna för helt utbrända träpellets eller vedstycken liknar i mycket dem för glödande grillkol. Bensen var den dominerande aromatiska föreningen i röken, medan metan, eten och etyn var de viktigaste flyktiga kolvätena. Detta är en sammanfattning av en licentiatuppsats: Olsson, M. Wood pellets as low-emitting residential biofuel. Chalmers, Denna kan beställas genom mariao@kmv.chalmers.se eller via nedanstående postadress. Energimyndigheten tackas för finansiellt stöd av projektet Antioxidanter och andra organiska ämnen i emissioner från småskalig biobränsleanvändning som ingår i forskningsprogrammet Småskalig förbränning av biobränslen. CHALMERS TEKNISKA HÖGSKOLA AB Kemisk miljövetenskap Institutionen för kemiteknik och miljövetenskap Göteborg Org. nr: