Förädlat bränsle ger bättre egenskaper i förbränning och logistik Håkan Örberg Biomassateknologi och kemi Sveriges Lantbruksuniversitet Hakan.orberg@btk.slu.se
Generella egenskaper hos biomassa Högt vatteninnehåll lagringsproblem Låg bulkdensitet- höga transportkostnader Dålig likformighetproblem vid förbränningen
En lösning är att förädla bränsle till pellets eller briketter Träpellets Torvpellets Jämn fukthalt (8-10%) Jämn densitet (1,2 kg/dm 3 ) Jämt energiinnehåll (19-20 MJ/kg) Känd askhalt (CEN standard 0,7%) Briketter Kända askegenskaper
Pelletsproduktionens utveckling i Sverige ton/år 2000000 1800000 1600000 1400000 1200000 1000000 800000 600000 400000 200000 0 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 Källa: Svebio
Pelletsproduktionen och konsumtionens utveckling i Europa Milj ton 14 12 Import från Canada and USA 10 8 6 Production Consumption 4 2 0 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Consumption Production Källa: Wood pellets association of Canada
De viktigaste kvalitetsparametrarna för biobränslen Fukthalt (% av ts)- Påverkar i hög grad det effektiva värmevärdet Askhalten (% av ts) Effektivt värmevärde (MWh/ton)- Påverkas både av fukthalten och askhalten Askans egenskaper. Asksmälttemperatur Bulkdensitet (kg/m 3 ) Hållfasthet- gäller pellet och briketter Innehåll av kemiska komponenter: klor, alkalimetaller, kväve och svavel
Pellets ger lägre emissioner vid förbränning jämfört med oförädlade bränslen Goda reglermöjligheter för bränsleinmatning efter effektbehovet Ger möjlighet till exakt tillförsel av primärsekundär och ev. tertiärluft. Ger hög förbränningseffektivitet - Låga halter oförbränt i askan - Låga CO- emissioner - Låga emissioner av CH (kolväten)
Kg/m3 Förädling genom ökad bulkdensitet 700 Ex. Komprimering av halm j.f.m. sågspån 600 500 400 300 200 100 0 Hackad halm Balad halm Torr sågspån Briketterad halm och sågspån Pelleterad halm och sågspån Källa : BTK data
Beräkningsdata för transportkapacitet GROT 315 kg/m 3 ± 20 f.h. 50% (Skogforsk 2009) Salix 365 kg/m 3 ± 20 f.h. 53 %(Forsberg et al. 2009) Sågspån 330 kg/m 3 ±40 f.h. 50 % ( Lehtikangas 1999) Kutterspån 150 kg/m 3 ±20 f.h. 15% (Lehtikangas 1999) Pellets 650 kg/m 3 ± 10 kg f.h. 10 % Max lastvolym 135 m 3 Brutto Max bruttovikt 60 ton (Vägtrafikförordning) Max nettovikt 34 ton (JTI rapport 384) Timkostnad lastbilstransport 900 kr/tim (Bilfrakt Skellefteå 2009)
Pelleterad råvara ger effektiva transporter Energimängd MWh/Bil+släp (135m3, 34 ton) 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 Kutterspån Grot Sågspån Salixflis Pellets
7 Pellets ger lägsta transportkostnaden Transportkostnad Kr/km,MWh 6 5 4 3 Kutterspån Grot Sågspån Salix Pellets 2 1 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 km
En relativt liten mängd energi åtgår för komprimeringen (Ex. sågspån 50% f.h.) Effektivt värmevärde för torrt trä: 5000 kwh/ton Pelletering: 45-50 kwh/ton pellets Motsvarar ca 1 % av energiinnehållet Malenergi + hantering i industri 45 kwh/ton pellets Motsvarar ca 1% av energiinnehållet Torkenergi: 1100-1200 kwh/ton borttorkat vatten vid vanlig torkteknik För ett ton pellets torkas ca 0,40-0,45 ton vatten bort vilket motsvarar ca 440-500 kwh Motsvarar ca 10 % av energiinnehållet
Förädling genom torkning MWh/ ton 6,00 5,00 Effektivt värmevärde kwh/kg (MWh/ton) för trä som funktion av fukthalten % 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Fukthalt %
Energiförbrukning i pelleteringsprocessen 5000 4000 3000 kwh/ton pellets 2000 Netto Energiinnehåll Summa insatsenergi 1000 0 90,1 553,9 Kutterspån Elenergi: 90,1 kwh/ton pellets Sågspån Elenerg: 119 kwh/ton pellets Torkenergi: 440 kwh/ton pellets Källa:The pellet handbook 2010
Ny torkteknik kombinerad med elproduktion, fjärrvärme och pelletsproduktion Kondensering av avdriven fukt Hög verkningsgrad. Anläggningen Biostor (Skellefteåkraft AB)
Askan i ett bränsle Askhalten varierar kraftig naturligt mellan olika råvaror Askhalten kan öka genom felaktig hanteringen av råvaran - Kontaminering med mineraljord/grus m.m. Askhalten kan förändras genom blandning av råvaror Askhalt % av ts 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Källa: BTK data Wood Salix Reed Canary Grass Straw Oil seed Straw barley Straw weat Grass Sum Grain Peat Cassava 2007
9 Askhalter i olika stubbsortiment 8 7 6 % av Ts 5 4 3 1,5% klass2 0,7% klass1 2 1 0 Grep Hög Grep välta Pallari-Hög Pallari-Välta Billjö-Fräs Billsjö Fräs,Välta Billsjön Pallari-Hög Pallari-Välta Källa: BTK data Forest Power
Sammansättningen av de askbildande elementen i biobränslet Kan ge upphov till asksintring Beläggningar på kalla ytor Bäddagglomerering Det är möjligt att reglera askkemin genom val av lämpliga bränslemixar och genom val av lämpligt additiv
Vrakad massaved Gallringsvirke kvistad tall Gallringsvirke tall hela träd GROT tall + gran Gallringsvirke hela träd tall+gran+björk
Förädling genom påverkan av askkemiska komponenter Majshalm Majshalm + additiv 1 Majshalm + additiv 2 Källa: BTK rapport
Askans smältegenskaper för olika bränsleråvaror 1800 Initial asksmälttemperatur C 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Stamved Rörflen (vårskördad) Bark (gran) Switch grass Majshalm Salix Bomullsavrens Olivkärnor Vetehalm Källa: BTK data
Förädling genom torrefiering Upphettning till 220-300 C i syrefri miljö. Torrefieringsgaser 0.3M 0.1E Biomassa 1M 1E Torrefiering Torrefierad biomassa 0.7M 0.9E
Torrefieringspiloten på BTC SLU, UmU, Bioendev Biomassa torrefieringsreaktor Torrefierad biomassa
Varför torrefiera biomassa? Nackdelar obehandlad biomassa Lägre värmevärde Risk för uppfuktning Högre malningsenergi Svårmatat i mald form Inhomogent Risk för biokontaminering Förväntade fördelar torrefierad biomassa Högre värmevärde ( +20 %/kg ts) Torrt och fuktavstötande Lägre malningsenergi (90% lägre elförbrukning) Bra matningsegenskaper i mald form Homogent Ingen biokontaminering
Processer efter torrefieringen Biomassa Torrefiering Pelletering Malning Förgasning FF Förbränning FF FF Gasrening FF Samförbränning med kol/olja Metanol FF Etanol FF DMEFF