Vem tänder på flisstackar?

Transkript

1 Vem tänder på flisstackar? Björn Zethræus Professor, Bioenergy Technology

2 Vem tänder på flisstackar? Silhuetten, av Idea go nedladdad från freedigitalphotos.net 2

3 Det är inte så romantiskt men visst har det med hemmiljön och trivseln att göra Bilden är kopierad från ett material utgivet av Lantbrukets Brandskyddskommitté nov. 2000: LBK-pärmen I organiska material börjar en spontan uppvärmning oftast genom att mikroorganismer etablerar sig och när de äter och förökar sig uppstår värme. När värmeutvecklingen startat måste överskottsvärmen ventileras bort för att temperaturen inte skall stiga okontrollerat. 3

4 Vad krävs för att ett material skall börja brinna? Bilden är kopierad från ett material utgivet av Lantbrukets Brandskyddskommitté nov. 2000: LBK-pärmen Som alla minns från sina brandskyddsövningar krävs tre saker för eld: Något brännbart Luft eller syre Värme Mikroorganismerna vill ha: Mat och dryck Luft eller syre Rimlig temperatur 4

5 Vad är biomassa? Cellulosa, hemicellulosa och lignin bygger tillsammans upp cellväggarna i träd och växter. Cellväggens kompaktdensitet är i praktiken samma, 1560 kg/m 3, hos alla trädslag. I cellerna lagras även närings- och mineralämnen lösta i vatten. Näringsämnen är bland andra N (kväve), P (fosfor) och K (kalium). Sockerarter av olika slag finns också i cellvätskan. 5

6 Maten är sockret men drycken då? Fukthalten i träden varierar över året: Lövträd vid lövsprickning Över 50 % Lövträd under sommaren Successivt sjunkande Lövträd vid lövfällning Cirka 35 % Lövträd under vintern Cirka 35 % Barrträd strax före tjällossningen Cirka 45 % Barrträd strax efter tjällossningen Cirka 60 % Barrträd under sommaren Sakta avtagande Barrträd under vintern cirka 50 % 6

7 Man kan i praktiken inte torka ut en mögelsvamp! Efter en korrekt vältlagring bör fukthalten vara % 7

8 Vad vill mögelsvampar ha till middag? Vid finfördelning av trä till flis kommer cellvätskan att exponeras för en omgivning med sporer och bakterier: Mögelsvampar: Svampen växer inte genom cellväggen och på helt virke växer möglet på utsidan och kan skrapas bort. I en flisstack tillväxer mögel snabbt på grund av att näringslösningen inifrån cellerna har exponerats. Gynnas av fuktkvoter mellan 20 och 150 % Temperaturer inom intervallet 0 55 o C Enkla sockerarter plus vissa proteiner utgör näring ph 2-10, helst 5-6 8

9 Voffö gör di på dette viset? I de centrala delarna av en flisstack gäller att Cellvätska med lättillgängligt socker finns Kväve och mineraler finns tillgängligt ph är cirka 5-7 i en barrflisstack, högre i lövflis (7-9?) Man har en förhållandevis god värmeisolering Därför etableras mögelsvamp vanligen redan inom 24 timmar. Möglet bryter inte ner så mycket av den brännbara substansen men det frigör värme vid sin tillväxt. 9

10 Ur ett examensarbete år 2010 av Ulrika Lejnarova och Martin Zilén Frigjord effekt (W/kg TS ) från barkflis utan och med mögelsvampar. 10

11 Ur ett examensarbete år 2010 av Ulrika Lejnarova och Martin Zilén Frigjord effekt (W/kg TS ) från olika sortiment. Möglig... Ej möglig 11

12 Sedan bjuder mögelsvamparna in sina kompisar! Vid finfördelning av trä till exempelvis flis kommer cellvätskan att exponeras för en omgivning i vilken det finns svampsporer och bakterier: Blånadssvampar: Svampen växer genom cellväggen och in i virket men förstör bara helt virke i begränsad utsträckning. I en flisstack kan blånadssvamp växa förhållandevis snabbt men det tar ofta en tid innan den har etablerats på allvar några veckor Kräver fuktkvoter över 30 % (fibermättnad), dvs fritt vatten Temperaturer ca o C Enkla sockerarter plus vissa proteiner utgör näring ph 2-7, helst cirka

13 Nu börjar det bli riktigt varmt och mysigt och nästa gäng middagsgäster knackar på dörren Vid finfördelning av trä till exempelvis flis kommer cellvätskan att exponeras för en omgivning i vilken det finns svampsporer och bakterier: Rötsvampar: Svamparna växer inne i veden och bryter ner cellväggen och förstör följaktligen materialet. I en flisstack kan röta etableras men det tar ofta ganska lång tid innan den har börjat växa på allvar, kanske en månad eller så Kräver fuktkvoter över 30 % (fibermättnad), dvs fritt vatten Temperaturer ca 0 40 o C Kan hämta näring ur cellulosa, hemicellulosa och ur lignin ph 2-7, helst ca

14 Det finns en inbyggd dynamik i detta Värmefrigörelsen leder till en torkning i de centrala delarna och vattenånga transporteras utåt mot stackens kallare delar där det åter kondenserar, bildar fritt vatten och frigör värme. Här uppstår betingelser för blånads- och rötsvampar. 14

15 Såhär brukar vi beskriva detta Då blir resultatet alltså detta: Vi lägger upp en stack med ett bra och homogent bränsle med jämn fukthalt, säg 45 % vid tidpunkt 0 15

16 Såhär brukar vi beskriva detta Då blir resultatet alltså detta: Första dygnet Redan inom loppet av det första dygnet börjar mögelsvamparna höja temperaturen i stackens inre, nedre delar o C 16

17 Såhär brukar vi beskriva detta Då blir resultatet alltså detta: Första veckan Detta leder till en transport av vattenånga från de centrala delarna av stacken. Vattnet kondenserar igen längre ut i stacken. Uppfuktning Torkning o C 17

18 Såhär brukar vi beskriva detta Då blir resultatet alltså detta: Första månaden Närvaron av fritt vatten skapar betingelser för rötsvampar som på allvar börjar bryta ner materialet och driver på processen. Uppfuktning Nedbrytning Torkning Torkning o C 18

19 Vad betyder det här då? Antag att en flisstack i genomsnitt förlorar 2 vikt-% av sitt brännbara material varje månad och antag vidare att denna förlust sker i den innersta tredjedelen av materialet. Då förloras i de centrala delarna cirka 6 vikt-% av materialet/månad, vilket med värmevärde 19 MJ/kg och skrymdensitet 450 kg TS /m 3 motsvarar en effekt av cirka 200 W/m 3. 19

20 Till slut har man förstört sitt homogena bränsle! Fortsättningen Till slut har vi fått en stack vars yttersta del är blöt % fukt, och vars innersta del är torr, kanske 30 % fukt. 20

21 Men Om stacken är porös eller låg nog: Första dygnet Den varma, fuktiga gasen kan nu avges från stacken och kall luft sugas in i den nedre delen o C 21

22 om man har plats att lagra låga stackar Om stacken är porös eller låg nog: Fortsättningen Den varma, fuktiga gasen fortsätter att avges från stacken och kall luft sugas in i den nedre delen. Nedbrytningen bromsas o C 22

23 Man bestämmer själv hur man vill göra Om materialet ges tillfälle att förlora sitt vatten (lagring efter förtorkning, låg stack eller oflisat material så luft kan komma till) kan torkningen leda till att det totala energiinnehållet i stacken ökar trots att materialet faktiskt bryts ned. Om materialet lagras på sådant sätt att vattenavgången hindras (hög stack med flisat och fuktigt material) kommer nedbrytningen att leda till substansförluster omkring 1-4 vikt-% per månad och till totala energiförluster i samma storleksordning. 23

24 Temperatur Mögel+Fukttransport Blånadssvamp Rötsvampar Bakterier Men vad händer sedan då? Den biologiska nedbrytningen avtar då temperaturen når o C (bakterier tar över vid höga temperaturer). Eller då maten tar slut eller då materialet har torkat tillräckligt Tid 24

25 Temperatur Mögel+Fukttransport Blånadssvamp Rötsvampar Bakterier Men vad händer sedan då? De kemiska reaktionerna har ingen övre temperaturgräns utan begränsas bara av tillgången på bränsle och tillgången på syre så länge man inte kyler ner reaktionszonen Tid 25

26 Vad gör vi åt det här då? Vår misstanke är att man hittills har underskattat hur snabbt de kemiska processerna tar över förloppet Linolja som ju är känd för att självantända innehåller höga halter av fleromättade fettsyror Hela rapporten på 26

27 Vad gör vi åt det här då? och det bara dräller av dem i grankåda Hela rapporten på 27

28 Vad gör vi åt det här då? Redan vid 50 o C mäter vi upp höga effekter men vi håller på att förfina metoderna för att verkligen hitta boven Hela rapporten på 28

29 Vem är det som tänder på landets flisstackar? Följ den spännande jakten, till exempel på Eller kontakta vår chefsdetektiv Tack för mig! 29