1 (12) NYHETSBREV Nr 1 2005 Innehåll Inledning... 1 Styrgruppen... 2 SVEBIOs pelletsdagar 2006. 2 Wood Fuel Pellets: Sawdust Drying in the Energy System av Magnus Ståhl. 3 Disputationer under 2005... 4 Christoffer Boman... 4 Karin Granström.... 4 Henrik Wiinikka.. 6 Björn Hedman.. 8 Kommande disputationer....9 Pellets 2006.....9 Medlemmar... 10 Inledning Välkomna till det första nyhetsbrevet för NäPFo -. Som Maria berättade i sitt utskick under hösten har nätverket ombildats. Nätverket sköts av en styrgrupp som för närvarande består av Maria Olsson (Chalmers Tekniska Högskola), Magnus Ståhl (Karlstad Universitet), Johan Vinterbäck (SVEBIO) och mig. Jag sköter för närvarande nyhetsbladet men eftersom jag från mitten av mars kommer att var föräldraledig så kommer det att tas över av Magnus tills jag är tillbaka. Forskarnätverks hemsida kommer så
2 (12) småningom att hamna på en undersida till www.svebio.se. Kontakta gärna mig eller Magnus om du har något intressant forskningsresultat eller abstract från din avhandling att bidra med. Vi tar tacksamt emot bidrag till nyhetsbrevet. Nästa forskarnätverksträff kommer att anordnas i samband med SVEBIOs nationella pelletsdagar i Helsingborg den 7-8 februari (se mer information nedan). Vi hoppas att så många som möjligt kan komma. Trevlig jul och gott nytt år Katja Hagström Yrkes- och miljömedicinska kliniken, Örebro Styrgruppen Namn Telefonnummer E-postadress Katja Hagström 019-602 24 92 katja.hagstrom@orebroll.se Maria Olsson 031-772 30 05 maria.olsson@chalmers.se Magnus Ståhl 054-700 12 30 magnus.stahl@kau.se Johan Vinterbäck 08-441 70 83 johan.vinterback@svebio.se SVEBIOs pelletsdagar 2006 SVEBIOs pelletsdagar 2006 kommer att anordnas i Helsingborg den 7 och 8 februari. I programmet kommer det finnas tid för forskare att på 5 minuter presentera sin forskning. Eftersom vi inte vet hur stort intresset är ber vi om en intresseanmälan om föredrag från pelletsforskare senast den 10 januari. I intresseanmälan ska det ingå en titel, ditt namn och en mycket kort förklaring på projektet på endast några rader. Intresseanmälan skickas till: Johan Vinterbäck johan.vinterback@svebio.se 08-441 70 83
3 (12) Wood Fuel Pellets: Sawdust Drying in the Energy System Av MAGNUS STÅHL Miljö- och Energisystem, Karlstads Universitet Licentiatavhandling In 2004, the amount of wood fuel pellets used in Sweden was 1 256 000 tons, it was mostly used in large scale burning for district heating. Over the last 10 years, a significant increase in pellet production has occurred and today the preferred raw materials for pellet production, i.e., dry sawdust and wood shavings, are insufficient. New raw materials could be used. However, the quality demanding residential customer that uses a pellet burner or a pellet stove with limited emission control prefers stem wood pellets. One solution could be to increase the drying of wet raw materials, such as wood chips. The most common technique in Sweden for the drying of sawdust is to use a directly fired cocurrent rotary dryer, although steam drying does occur when co-generation is possible. In the production chain for pellets, the drying process is the most energy consuming process and, together with the raw material, it is the main cost factor for the manufacturer. Thus, it is important to run the drying process as energy efficiently and environmentally friendly as possible. This thesis, therefore, discusses the effects of the drying of sawdust, which is the primary raw material for wood pellets. In the work described in Paper I, the moisture content and emission of terpenes during the drying and pelleting steps of the pellets production are examined. Furthermore, the effects on pellet quality are examined. In the work described in Paper II, the recirculation of drying gases in a rotary dryer is examined from the point of view of energy savings and dryer capacity. The drying process also affects the pellet quality. Drying of sawdust can be used to control quality properties, such as moisture content and emissions of Volatile Organic Compounds (VOC). Almost all of the monoterpenes are emitted during the drying and pelleting steps causing environmental and health related problems (see Paper I).
4 (12) Energy savings can be made using recirculation of the drying gases. Increased recirculation could mean higher dew points in the emitted drying gases, which increases the chances to use the energy from the emitted drying gases for secondary processes connected to the dryer system, such as district heating. However, there is a conflict between recirculation ratio/recovered energy and drying performance (see Paper II). Disputationer under 2005 Christoffer Boman Energiteknik och termisk processkemi, Umeå Universitet Titel: Particulate and gaseous emissions from residential biomass combustion. (Svensk titel: Partikulära och gasformiga emissioner från småskalig förbränning av biobränslen.) Typ av anläggning, bränsle och sättet man eldar på har stor betydelse för hur förbränningen sker och därmed även vilka föroreningar som bildas. Traditionell vedeldning, framför allt i gamla pannor utan ackumulatortank, anses idag stå för en betydande del av utsläppen av såväl kolväten som partiklar (bl a sot) i Sverige. Projektet har visat att eldning med träpellets generellt sett ger bättre förbränningsresultat, med mycket låga halter av oförbrända restprodukter, t ex polycykliska aromatiska kolväten (PAH) och sot, jämfört med vedeldning. Utsläppen av sådana föroreningar från de pelletsanläggningar som idag finns på marknaden är i de flesta fall relativt låga men kan under vissa betingelser öka markant, t ex vid låg nyttjandegrad. Karin Granström Miljö- och Energisystem, Karlstads Universitet Titel: Emissions of volatile organic compounds from wood The central aim of this thesis is to support the efforts to counteract certain environmental problems caused by emissions of volatile organic compounds. The purpose of this work was to develop a method to establish the amount of emitted substances from dryers, to determine the effect of drying medium temperature and end
5 (12) moisture content of the processed material on emissions of monoterpenes and other hydrocarbons, to examine the emissions of monoterpenes during production of pellets, and to examine the natural emissions from forests with an eye to implications for modelling. The measurement method resolves the difficulties caused by diffuse emissions, and also solves the problems associated with high moisture content of the drying medium. The basic idea is to use water vapour to determine the exhaust flow, while a dry ice trap is used both to preconcentrate emitted volatile organic compounds and to determine the moisture content of the drying medium. The method as used in this paper has an uncertainty of 13% using a 95% confidence interval. Emissions from a spouted bed in continuous operation drying Norway spruce sawdust at temperatures of 140 C, 170 C or 200 C was analysed with FID and GC-MS. When the sawdust end moisture content was reduced below 10%wb, emissions of terpenes and volatile organic compounds per oven dry weight increased rapidly. Increased temperature of the drying medium increased the amounts of emitted monoterpenes when sawdust moisture content was below the fibre saturation point. Examination of sawdust and wood pellets from different pellets producers revealed that most of the terpene emissions happened during the drying step, with rotary dryers causing higher emissions than steam dryers. Almost all of the volatile terpenes remaining in wood after drying were released during pelleting. When sawdust with higher moisture content was used in the pellets press, the terpene emissions were increased. Terpenes emitted naturally from vegetation can have an adverse environmental impact. Factors affecting terpene emissions from tree species in Sweden were reviewed. Models for prediction of terpene fluxes should include not only temperature but also light intensity, seasonal variation, and a base level of herbivory and insect predation. Prediction of high concentrations of ambient terpenes demand sufficient resolution to capture emission peaks e.g. those caused by bud break.
6 (12) Henrik Wiinikka Tillämpad fysik, maskin- och materialteknik / Energiteknik, Luleå tekniska universitet Titel: High temperature aerosol formation and emission minimisation during combustion of wood Combustion of solid biomass under fixed bed conditions is a common technique to generate heat and power in both small and large scale grate furnaces (domestic boilers, stoves, district heating plants). From both an environmental and economical perspective, one of the most interesting alternatives to replace oil and electricity for heating of family houses and apartments in Sweden is wood pellets made of stem wood sawdust from pine and spruce. Unfortunately, combustion of biomass (also wood pellets) will produce particle emissions that may have a negative implication on the human health. The smallest (< 1.0 microns) particles are very hard to separate in ordinary cleaning devices. However, for large plants, advanced gas cleaning devices are an acceptable option and therefore a relative high amount of particles in the flue gas before cleaning may be tolerated. For small appliances such as wood pellets burners and stoves advanced gas cleaning devices is not an option due to its relative high costs. Hence, the only way to reduce emissions of small particles small scale equipments is therefore to reduce the formation of particles already in the combustion process. The aim with this work was to study the formation mechanisms and the influence from different operating and fuel parameters on particle emission during combustion of wood pellets. The results from this work may then be used as a basis for design with aim to minimise the particle emissions already in the combustion process. To address these issues, experiments were carried out in an 8-11 kw updraft fired wood pellets reactor that has been custom designed for systematic investigation of particle emissions. To investigate the formation mechanisms, particle samples were withdrawn from the centre line of reactor through 10 sampling ports by a rapid dilution sampling probe. The corresponding temperatures at the sampling positions were in the range of 200-1450 ªC. The particle sample was size segregated in a low pressure impactor, allowing physical and chemical resolution of the fine particles. The chemical composition of the particles was investigated by SEM/EDS and XRD analysis. Furthermore, the experimental results were compared to theoretical models of particle formation and growth. When the influence from
7 (12) fuel and operating parameters was investigated, particle samples were withdrawn isokinetically in the flue gas stack after the reactor. The particle mass were analysed with traditional filtering technique. The particle mass and number size distribution were analysed by low pressure impactor and a scanning mobility particle sizer. The chemical composition of the particles was furthermore analysed with SEM/EDS. The results in this work show that combustion generated particles during wood pellets combustion is produced from several mechanisms resulting in a bimodal or a trimodal size distribution. The largest particles (> 10 microns) are produced from residual fly ash particles (refractory metals) that have left the fuel bed and been carried by the gas upwards. The finest particles (< 1 microns) are produced from two mechanisms, vaporisation and condensation of easily volatile ash elements (K, Na, S, Cl, Zn and in some case also P) and from incomplete combustion (i.e. soot particles). The middle mode between the coarse and the fine mode (~1 microns), is produced from a combination of refractory oxides, unburned carbon and condensable inorganic species. In general the fine mode (< 1 microns) dominates the mass and number concentration of the total particle emissions in the flue gases after the combustion chamber followed by the coarse mode (> 10 microns). The mass concentration of the middle mode (~1 microns) are significantly lower then both the fine and the coarse mode. The particle concentration in the flue gas channel is affected by both operating and fuel parameters. The results showed that both the temperature and the flow pattern in the combustion zone affect the particle emissions. Increasing combustion temperature yields decreasing emissions of coarse fly ash (> 10 microns) and soot particles, however, the emissions of submicron fly ash particles increases simultaneously. Increased mixing rate in the combustion chamber will also decrease the emissions of soot particles. In addition to the operating conditions, significant differences in particle emissions were found between different biomass fuels. For the particles that were dominated by ash elements the particle emissions were correlated to the ash concentration in the unburned fuel. However, if the combustion condition allowed for organic particles, the sooting tendency of each fuel becomes important. Furthermore, the results showed that in general the fuel type affects the
8 (12) particle emissions stronger than the influence from different operating and construction parameters. Björn Hedman Kemiinstitutionen, Umeå Universitet Titel: Dioxin emissions from small-scale combustion of bio-fuel and household waste Denna avhandling behandlar rökgasutsläpp av persistenta organiska föroreningar, framförallt dioxiner, vid förbränning av fasta biobränslen och torrt hushållsavfall i relativt små anläggningar (5-600 kw) utan avancerad rökgasreningsteknik. Samförbränning av avfall och biobränsle i effektiva mindre biobränslepannor testades som en alternativ strategi till den vanligen förekommande storskaliga hanteringen och förbränningen fast hushållsavfall. Medan storskalig förbränning av avfall ger investeringsmässiga fördelar med rökgasreningsteknik etc. kan små lokala anläggningar ha transportmässiga fördelar och möjligheter till utnyttjande av lokala biobränsletillgångar. Källsorterat, torrt, brännbart hushållsavfall insamlades från hushåll i glesbygd och samförbrändes i brikettform med energigräset rörflen i 150-600 kw biobränslepannor. Endast undantagsvis understeg dioxinemissionerna gällande gränsvärden för avfallsförbränning och nivåerna av väteklorid i rökgas översteg gränsvärdena flerfaldigt. Det bedömdes att någon form av extra rökgasrening är nödvändig för att säkerställa nivågränserna. Dioxiner hittades också i det eldade avfallet, framförallt i textilfraktionen. Dioxinmängderna i rökgaserna var oftast lägre än i det ingående bränslet. Intermittent pelletseldning gav oväntat höga utsläpp av dioxiner med en emissionsfaktor på 28 ng(who-teq)/kg. Vedeldning i en modern miljömärkt villapanna gav betydligt lägre utsläpp av dioxiner än eldning i en gammal kombipanna och eldning med full lufttillförsel, som kan jämföras med användning av ackumulatortank, resulterade i upp till 90% minskning av utsläpp av dioxiner jämfört med eldning med reducerat lufttillskott ( pyreldning ). Eldning av plastavfall i en vedpanna gav höga utsläpp av dioxiner.
9 (12) Okontrollerad förbränning av trädgårdsavfall och hushålls avfall i tunna eller som öppen eld bakgårdsbränning, gav stora variationer i utsläppsnivåer som bara delvis kunde kopplas till avfallsinnehåll. Resultaten visar att denna typ av förbränning kan vara en betydande källa till dioxiner i miljön, och ett emissionsfaktorintervall på 4-72 ng (WHO-TEQ)/kg föreslås för bedömningar av utsläpp från backgårdsbränning av avfall med låga eller måttliga klorhalter. En sammanfattande slutsats av alla försök är att dioxin utsläpp beror på komplicerade samband mellan bränsleinnehåll och förbränningsbetingelser. Bränslen med mycket höga klorhalter av ger oftast högre utsläpp av dioxiner än bränslen med låga klorhalter medan små skillnader döljs av variationer i förbränningsbetingelser. Kommande disputationer Maria Olsson Titel: Residential biomass combustion emissions of organic compounds to air from wood pellets and other new alternatives Tid: 10.00 den 3 februari 2006 Plats: Sal KA i Kemihuset, Chalmers Tekniska Högskola, Göteborg. Pellets 2006 Den 30 maj till 1 juni, 2006 anordnas konferensen Pellets 2006 i Jönköping. Förutom föreläsningar kommer det att vara utställningar och anordning av studiebesök. För mer information om konferensen se hemsidan www.pellets2006.com.
10 (12) Medlemmar Karin Abrahamsson, karin.abrahamsson@vxu.se, 0470-70 89 99 Kemi/Bioenergiteknik, Växjö Universitet, www.vxu.se/td/ Råmaterialhanteringens inverkan på tillverknings- och produktegenskaper vid träpelletstillverkning. Eliana Alvarez de Davila, eliana.alvarez@ivl.se, 08-598 563 42 IVL Svenska Miljöinstitutet, www.ivl.se Arbetsmiljö vid hantering och tillverkning av träpellets och andra biobränslen. Niklas Berge, niklas.berge@tps.se, 0155-22 13 79 TPS Termiska Processer AB, Studsvik, www.tps.se Förbränning och förgasning av biobränslen. Christoffer Boman, christoffer.boman@chem.umu.se, 090-786 50 00 Energiteknik och Termisk processkemi, Umeå universitet, www.umu.chem.se/etpc Småskalig biobränsleteknik, förbränningskemi, emissioner, partiklar, miljö. David Eskilsson, david.eskilsson@sp.se, 033-16 56 56 SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, www.sp.se Reduktion av NOx från pelletbrännare. Sensorer för styrning och minimering av emissioner. Karin Granström, karin.granstrom@kau.se, 054-700 12 65 Miljö- och Energisystem, Karlstads universitet, www.kau.se Emissioner av terpener och andra flyktiga organiska ämnen vid torkning av sågspån. Leif Gustavsson, leif.gustavsson@mh.se, 063-16 59 79 Forskargruppen i ekoteknik, Mitthögskolan, www.mh.se Katja Hagström, katja.hagstrom@orebroll.se, 019-602 24 92 Yrkes- och miljömedicinska kliniken, Örebro Universitetssjukhus, www.orebroll.se/ymk Exponering för bland annat trädamm och hartssyror samt hälsoeffekter vid tillverkning av träpellets. Henry Hedman, henry@etcpitea.se, 0911-232392, 070-5365517 Energitekniskt Centrum i Piteå, ETC, www.etcpitea.se Råvara, inmatning, förbränning, emissioner, ask/slaggproblem/möjlighet och pelletskvalitet. Peter Helby, peter.helby@miljo.lth.se, 046-22 248 46 Miljö- och Energisystem, LTH, www.miljo.lth.se/helby Bekväm pelletsvärme i villa. Annette Henning, ahe@du.se, 023-77 87 15 SERC, Högskolan Dalarna, www.serc.se Villahushållens vanor, tankar och beslut kring pellets och solvärme. Raida Jirjis, raida.jirjis@sh.slu.se, 018-67 25 24 Bioenergi, SLU, www.sh.slu.se Påverkan av råvaruegenskaper på pelletskvalitet
11 (12) Linda Johansson, linda.johansson@sp.se, 033-16 55 01 Energiteknik, SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, www.sp.se Bildning och emissioner av partiklar (PM10) vid småskalig förbränning av biobränslen. Åsa Karlsson, karlsson.asa@home.se Miljö- och energisystem, Lunds tekniska högskola, www.miljo.lth.se Livscykelperspektiv på energianvändning, emissioner och kostnader för pelletspanna. Jennica Kjällstrand, jennica.kjallstrand@adm.chalmers.se Kemisk Miljövetenskap, Chalmers, www.kmv.chalmers.se Antioxidanter och andra organiska ämnen i emissioner från småskalig förbränning av biobränslen. Mikael Klintman, mikael.klintman@soc.lu.se Lunds Universitet Sylvia Larsson, sylvia.larsson@btk.slu.se, 090-786 62 87 Enheten för biomassateknologi och kemi, SLU, www.btk.slu.se System- och ekonomianalys av kvalitet, transport och pelletering av nya råvaror. Päivi Lehtikangas, paivi.lehtikangas@t.komforb.se Energikontoret i Örebro län - ÖNET, www.onet.energi.org Inga pågående projekt. Lagring och egenskaper hos pellets av sågspån, avverkningsrester och bark. Klaus Lorenz, klo@du.se, 023-77 87 16 Centrum för solenergiforskning SERC, Högskolan Dalarna, www.serc.se Energioptimering av kombisolvärmesystem bestående av bränslepanna och solfångare. Krushna Mahapatra, krushna.mahapatra@mh.se, 063-16 59 31 Forskargruppen i ekoteknik, Mitthögskolan, www.mh.se Processen bakom ökningen av småskalig pelletseldning i samhället. Svante Nordlander, snr@du.se, 023-77 87 02 Energi, miljö och byggande, Högskolan Dalarna, www.serc.se Skötsel och injusterings inverkan på emissioner och verkningsgrad. Pellets och solenergi Maria Olsson, maria.olsson@chemeng.chalmers.se, 031-772 30 05 Kemisk Miljövetenskap, Chalmers, www.kmv.chalmers.se Organiska ämnen i emissioner från småskalig förbränning av pellets. Karin Perman, kpm@du.se, 023-77 87 27 Energi, Miljö och Byggande, Högskolan Dalarna, www.serc.se Omställning från el-uppvärmning till pellets och sol. Henrik Persson, henrik.persson@sp.se, 033-16 55 21 SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, www.sp.se P-märkning av pelletsutrustning. Eldningstester med olika pelletskvaliteter. Emissioner. Tomas Persson, tpe@du.se, 023-77 87 17 SERC, Högskolan Dalarna, www.du.se, www.serc.se Pellet- och solvärmesystem för småhus, systemsimuleringar med TRNSYS.
12 (12) Christofer Rhén, christofer.rhen@ssko.slu.se, 090-78 6 97 70 Skogsteknologi, SLU, www.ssko.slu.se Förbrännings- och pelleteringsprocess för stamveds-, GROT- och barkpellets. Katarina Rupar-Gadd, katarina.rupar@vxu.se, 0470-70 81 30 Bioenergiteknik, Växjö Universitet, www.ibp.vxu.se Organiska emissioner och självantändningsegenskaper hos torkade och lagrade biobränslen Jessica Samuelsson, jessica.samuelsson@sp.se, 033-16 55 26 SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, www.sp.se Bildning och destruktion av kväveföreningar i en biobränslebädd. Magnus Ståhl, magnus.stahl@kau.se, 054-700 12 30 Miljö- och Energisystem, Karlstads universitet, www.kau.se Torkning av pelletsråvara. Urban Svedberg, urban.svedberg@lvn.se, 060-18 15 52 Arbets- och miljömedicin, Akademiska Sjukhuset i Uppsala Gasformiga emissioner vid förvaring av pellets sett ur ett arbetsmiljö- och slutanvändarperspektiv. Claes Tullin, claes.tullin@sp.se, 033-16 55 55 Förbränningsteknik, SP Sveriges Provnings- och Forskningsinstitut, www.sp.se P-märkning och förbättring av förbränningsutrustning. Emissioner från småskalig pelletseldning. Johan Vinterbäck, johan.vinterback@svebio.se, 08-441 70 83 Pres-to-Blok / Svebio, www.svebio.se Systemstudier, pellets logistik, analyser av pelletsmarknad och produktionsprocess. Henrik Wiinikka, henrik@etcpitea.se, 0911-23 23 84 Energitekniskt Centrum i Piteå, ETC, www.etcpitea.se Råvara, inmatning, förbränning, emissioner, ask/slaggproblem/möjlighet och pelletskvalitet. Fredrik Wikström, fredrik.wikstrom@kau.se, 054-700 12 64 Inst för ingenjörsvetenskap, Karlstads universitet, www.ingvet.kau.se/eom/ Miljöeffekter i biobränslekedjan systemanalys, pelletskvalitet. Marcus Öhman, marcus.ohman@chem.umu.se, 090-786 50 00 Energiteknik och Termisk processkemi, Umeå universitet, www.chem.umu.se/etpc Slaggbildning och askhalt från pellets av olika kvalitet. Emissioner från småskalig pelletseldning. Håkan Örberg, hakan.orberg@btk.slu.se, 090-786 94 26 SLU, Sveriges Lantbruks Universitet, Umeå, www.btk.slu.se Kvalitet, råvarubehandling, matrisutformning och energiförbrukning vid pellettering av energigräs.