Torbjörn Lestander Docent

NIR karakteriserar nästan allt i biomassan Kemisektionens symposium: Processförbättring Torbjörn Lestander Docent Biomassateknologi och kemi (BTK) Skogsvetenskapliga fakulteten Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) SE 901 83 Umeå Tel: +46 907868795; +46 706640406 E post: torbjorn.lestander@slu.se se

Vårt forskningsfokus karakterisering, förbehandling och fraktionering av fast biomassa: Bioraffinaderi och energikombinat Bio massa papper massa & p ibrer, m Virke, fi Biokemisk plattform Extraktion, separation, syntes Rest Kraftvärme Aska kretslopp Produkter, gas Termokemisk plattform Pyrolys Förgasning Kemikalier Bränslen, kemikalier, mat, foder, material Produkter, gas

SLU Biobränsletekniskt centrum forskningspilot för fast biomassa 850 m 2 > 25 Mkr 10 10001000 kgh 11

The BTC research pilot plant in side SPC pellet press Briquette Characterisation press of biomass properties 3 boilers 20 600 kw New drier Bühler pellet press Bühler Group Ltd has placed equipment for 400,000 at the SLU BTC research pilot

Biomassa &

Stokesvektorer och Muellermatris Utgående strålning Interaktion med materia Muellermatris Ingående strålning I: intensitet; Q, U: polarisationens riktning; V: polarisationens absoluta fas

Vad registrerar NIR instrument i biomassa? NIR spektra = övertoner från fundamentala vibrationer hos polära molekyler Fysikalisk information Provets struktur, temperatur, ljusspridning etc. Kemisk information O H,, C H, N H, S H C O, C=C, C=O etc. Fukthalt Fukthalt: Vattenmolekyler Bränslekväve: proteiner Torrsubstans, energivärde: iäd karbohydrater, fetter, extraktivämen kiä etc

NIR spektra exempel Kombination O H sträckning & böjning Fukthalt:10 46% 1:a övertonen för O H sträckning Absorb bans Komb. O H sträckning & böjning Våglängd, nm

NIR instrument: Princip och funktion NIR Moderna diod array instrument reflektans NIR strålning från källa till prov Stationärt prisma grating Diffus strålning från prov Diod array Biomassa

NIR instrument: exempel diode array Diode array Inga rörliga delar i optiken Simultan insamling av alla våglängder g (e.g.. 256 kanaler med 5 nm intercep) 100 spektra/sekund Bilder 230 256 256 pixlar

Från NIR signal via skärm till processoperatör NIR on line NIR spektra Modell Värde på skärm NIR detektor NIR strålning X X b Multivariat modellering Biomassa Moisture Content R = 0.97182 2.4 2.2 2.0 Obse rved 1.8 1.6 1.4 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 Predicted 18 Casco Productss 23 Casco Products

Exempel: Vedegenskaper (11 st) Bi plot of the first two loading (+) and score (1 st site: base, top; 2 nd site: base, top) components of a PCA model explaining 70% of the variation. The percentage of explained variation is given within parenthesis. Bend: bending strength; Comp: compression strength; CWT: cell wall thickness; H and H L T : Brinell hardness in longitudinal and tangential direction; MFA: microfibril angle; Length: cell length; Width: cell width. Lestander TA, Lindeberg J, Eriksson D and Bergsten U. 2008. NIR spectroscopy for prediction of clear wood properties in Scots pine using bi orthogonal partial least squares regression. Canadian Journal of Forest Research 38, 2052 2062. 2062.

Exempel: Vedegenskaper Karakterisering av vedegenskaper barrved Parameter RMSEP Q 2 Modulus of elasticity 1476.80 0.830 Bending strength 12.30 0.778 Compression strength 434 4.34 0.739 Bra prediktions modeller RMSEP: root mean squared error; Q 2 : förklarad variation i test set. LestanderTA, Lindeberg J, Eriksson D and Bergsten U. 2008. NIR spectroscopy for prediction of clear wood properties in Scots pine using bi orthogonal partial least squares regression. Canadian Journal of Forest Research 38, 2052 2062. 2062.

Exempel: Juvenil och mogen ved Klassificering av juvenil och mogen ved Mogen ved Juvenilved Låg grad av felklassificering bara i övergångszonen Lestander TA, Lindeberg J, Eriksson D and Bergsten U. 2008. NIR spectroscopy for prediction i of clear wood properties in Scots pine using bi orthogonal partial least squares regression. Canadian Journal of Forest Research 38, 2052 2062.

Exempel: xempel:egenskaper egenskaper fukt, aska & energivärde iäd Excellenta modeller dll Fukthalt Askhalt Energivärde Lestander, T.A. and Rhén, C. 2005. Multivariate NIR spectroscopy models for moisture, ash and calorific content in biofuels using bi orthogonal partial il least squares regression. Analyst,, 130, 1182 1189. 1189.

Exempel: Spånblandning 2 olika Biomassans ursprung i en spånström 100% gran 100% Gan 55% tall + 45% gran 10% gran + 90% tall 0% tid Tid 0% Tall 100% Kalibrering LestanderT.A., Johnsson B. & Grothage M. 2009. NIR techniques create added values for the pellet and biofuel industry. Bioresource Technology 100, 1589 1594. 594 Validering

Exempel: Spånblandning 3 olika Designat industriförsök med blandning at tre olika spåntyper Färsk tall 100/0/0 Centrumpunkt: 50/27.5/22.5 5/ 5 45/55/0 55 55/0/45 Gran Lagrad tall

Exempel: Strömförbrukning i pelletpress Inverkan av biomassans egenskaper på strömförbrukning vid pelletering LestanderT.A., Johnsson B. and Grothage M. 2009. NIR techniques create added values for the pellet and biofuel industry. Bioresource Technology 100, 1589 1594.

1 % 5 % extraktivämnen

Fett och hartssyror i ved (0.1 0.9%) 0.9%) rtssyror i spån och pellets t och har R modelle er för fett NIR Lestander T.A. and Samuelsson R. 2010. Prediction of resin and fatty acid content of biorefinery feedstock by on line near infrared d(nir) spectroscopy. Energy Fuels 24: 5148 5152.

On line NIR testad t i industriell i miljö Sönderdelning NIR Torkning NIR Malning NIR Pressning ökar energidensiteten Pellets NIR minskar kostnader för transporer, hantering och lagring samt ger säker matning

Position för NIR instrument t i bränsleskruv skruvtransportör biomassa vinge NIR axel

att nå nya forskningsfronter [Y t = X t B t +F t ] dynamic SPC MSPC PAT MPC?

NIR flera biosensorer i ett instrument NIR instrument spektra p speglar pg kemiska och fysikaliska egenskaper Multivariata kalibreringsmodeller etc energi innehåll askhalt fukthalt torrhalt trädslag nord syd Processnytta övervakning styrning kvalitet, kemi etc spån: färsk lagrad pellets: bulkdensitet, hållfasthet partikelstorlek (pulver, pellets) Kundnytta mervärden

Biomassateknologi och NIR BIOMASSA NIR ett verktyg Bioraffinaderi Nytta med on line NIR (i realtid): Biomassans ursprung art, region, kvalitet etc Innehåll i biomassan fukt, cellulosa, värmevärde, C 6 socker, etc Modifiering av biomassa i processen grad av modifiering, energiåtgång, etc Processkontroll