5. Genomförande
5.4. Val av koncept för vidareutveckling
För att kunna jämföra de tre koncepten på ett objektivt sätt utfördes en vägning med hjälp av en Pugh matris, se Bilaga 1. De tre koncepten vägdes mot den existerande brikettpressen med länkade trähävarmar som Ingenjörer utan gränser, USA har utvecklat. Anledningen att denna press valdes som en jämförelse i vägningen är för att den (av de manuella brikettpressarna) är dominerande i liknande projekt i utvecklingsländer. 15 kriterier ställdes upp som var och en vägdes med en siffra enligt hur viktigt kriteriet ansågs, se Bilaga 2 för förklaring av
vägningskriterierna.
Efter analys av vägningen och genom diskussion beslutades att koncept 2, med matrisformen och domkraften, skulle vidareutvecklas. Anledningar till beslutet var att den lösningen ger högst kapacitet, produktionstakten blir jämn och också briketterna får jämnt utseende och kvalitet vilket ökar pålitligheten. Pressen är eventuellt mer komplicerad att tillverka än de andra pressarna men då den robusta och pålitliga pressen är tillverkad har den en lång livstid.
Pressen kan vara i drift varje dag, många timmar om dagen och lämpas bra för småskalig tillverkning av briketter för privat bruk och även försäljning. Koncept 1, med oljefatet och kolven i botten, är en lösning som har lägre pålitlighet när det kommer till produktionstakt och kvalitet på briketterna. Den passar därför bättre om avsikten inte är att pressa många briketter ofta utan om målet är en enkel konstruktion för att pressa briketter för privat bruk.
Koncept 3 passar också den för mindre produktionstimmar och kvantitet. Se Pugh Matris, Bilaga 1 för fler vägningar enligt kriterier.
Ytterligare en anledning till att konceptet valdes var att Erik Öqvist, som bidragit som
hjälpande tekniskt kunnig person till projektet., ansåg att konceptet gav en robust konstruktion och samtidigt tog tillvara på oljefat som kan återfinnas i utvecklingsländer.
35 5.5. Slutgiltigt val – ”Prickettpressen”
Namnet ”Prickettpress” valdes för att tillverkningsmetoden är densamma som vid tillverkning av briketter men storleken på slutprodukten blir mindre, mer liknande pellets. Alltså kallas de här ”pricketter”.
Pressen kan tillverkas på fler sätt och med material som finns att tillgå lokalt på den plats där pressen skall byggas. Pressen kan tillverkas av metall eller av trä. Nedan följer exempel på vad som kan finnas att tillgå i utvecklingsländer som Tanzania. Om samma noggrannhet och kunskap används vid tillverkningen kommer en metallpress att bli robustare och tåligare än en träpress. En träpress blir billigare men klarar också av trycket som ges av de mindre
domkrafterna. Förslagsvis väljs träpressen då en mindre domkraft är tänkt att användas, då sänks kostnaderna. Träpressen lämpas bra för mindre tillverkning av briketter. Metallpressen klarar av större domkrafter vilket leder både till bättre briketter och längre livslängd men också till ett högre pris.
Träpress Metallpress + Lägre tillverkningskostnad + Robust och tålig konstruktion
+ Ingen specialkunskap för tillverkning + Lång tivstid
+ Klarar mindre domkrafter + Klarar stora domkrafter
- Slits under livstiden - Kräver svetskunskap för tillverkning - Otålig mot yttre påverkan - Dyrare tillverkningskostnad
Figur 5-12
36
Tillverkning
Två balkar gjuts med cement fast i ett avsågat oljefat. Oljefat har valts för att de finns att tillgå i Tanzaniområdet och kan fungera som ett bra fundament. Balkarna kan vara gjorda av
antingen stål eller trä beroende på hur stark domkraften är som skalla användas eller hur robust konstruktion som önskas. En balk placeras ovanpå de båda vertikala balkarna. I trävarianten kan den skruvas fast och i metallvarianten svetsas topbalken fast (se figur 5-13).
Figur 5-13
Biomassan hälls i en formmatris som också kan tillverkas av antingen stål eller trä.
Formmatrisen kan bestå av likadana delar som sätts ihop likt ett pussel för att förenkla tillverkningen. Tillverkningen av formen är betydande för pricketternas storlek och form.
Fyrkantiga pricketter i olika storlekar kan tillverkas men också runda pricketter (se figur 5-14).
Figur 5-14
37 Dräneringsplattan görs förslagsvis av stål då den kräver styvhet och måste tåla trycket från domkraften utan att böjas eller knäckas. Den bör ha ca 500-400 borrade hål på ca 5mm i diameter för att göra det möjligt att pressa ut allt vatten från samtliga briketter (se figur 5-15).
Figur 5-15
Pressdynan som pressas ner i formmatrisen tillverkas även den av antingen trä eller stål (se figur 5-16). Eftersom att pressdynan skall pressas ned i formmatrisen krävs att dessa matchar i form och storlek. Noggrannheten behöver inte vara så hög utan kolvarna kan göras lite mindre för att underlätta tillverkning.
Figur 5-16
Valet av material för konstruktionen påverkar valet av domkraft. Används en mindre
domkraft som till exempel en saxdomkraft kan en träkonstruktion passa bra men används en kraftfullare domkraft passar en stomme av stål bättre då det ger en robust produkt som klarar trycket från den starkare domkraften (se figur 5-17).
Figur 5-17
38
Att tillverka pricketter med prickettpressen
Först placeras klossar på den cementfyllda tunnan, fundamentet. På klossarna ställes sedan dräneringsplattan där vattnet och fukten ska rinna igenom. Biomassan hälls i formmatrisen och locket pressdynan med kolvarna läggs på. Pressdynan pressas för hand första sträckan.
Därefter används domkraften som pressar biomassan den sista biten ned i formen. Maximal presskraft skall verka i ca 5-10 sekunder för att få maximal kompression av pricketterna.
Efter pressningen sitter färdiga pricketter i botten av formmatrisen pressade mot
dräneringsplattan. Då dräneringsplattan tas bort står formmatrisen på klossarna. Domkraften pressas då ytterligare nedåt varpå priketterna faller ut. Pricketterna läggs sedan på tork i cirka 3-5 dagar. Briketterna kan torkas i solen och bör skyddas mot regn.
Avsågat oljefat
Cement Klossar
Dräneringsplatta
Formmatrisen Pressdyna
Domkraft
39
6. Analys av produkt och rekommendation för vidareutveckling
Efter faktasökningen blev det tydligt att briketter lämpas bättre än pellets att tillverka i områden som på landsbygden i Tanzania. Anledningen är att briketter inte kräver lika högt presstryck och kan därför tillverkas med enklare metod och med mindre energiåtgång. Att tillverka pellets på landsbygden i ett utvecklingsland som Tanzania är olämpligt eftersom att presstrycket som krävs är så högt att en motor eller elektricitet krävs för att driva en sådan maskin. Briketter tillverkas redan på många ställen i utvecklingsländer och har fått positiva reaktioner efter de projekt som tidigare drivits för att sprida tillverkningen.
Projektmedlemmarna rekommenderar därför att utveckla brikettpressar framför pelletspressar om användningsområdet är på landsbygden i utvecklingsländer som Tanzania.
Det finns många sätt att pressa biomassa till briketter och briketterna kan varieras på många sätt. Tester skulle därför behöva utföras för att optimera briketterna för pyrolisering i ”Lucia stove”. Parametrar som påverkar briketterna och som bör undersökas är:
Typ av biomassa
Typ av bindemedel och vattenhalt
Storlek och form
Presstryck, hastighet för pressning samt presstid
Presskanalens form och mått
Intressant är också hur briketterna påverkar slutprodukten biokol. Hur kolhalten i biokolen varierar med avseende på parametrarna ovan.
Stor del av projektet har gått åt till att komma fram till att det är en manuell brikettpress som skall tillverkas. Därför har mindre tid funnits till utvecklingen av själva brikettpressen. För att vidareutveckla den brikettpress som tagits fram i detta projekt behövs två prototyper tas fram.
En tillverkad med träram och en andra med metallram. Därefter krävs beräkningar på
hållfasthet och eventuell optimering av konstruktionen. Stresstester behöver göras med olika typ av domkrafter för att veta vilka krafter balkarna klarar.
För att tillverka en brikettpress för utvecklingsländer som Tanzania rekommenderas även att besöka området för att få ytterligare kunskap. Kunskap om vilka material och materiel som finns att tillgå samt hur tillverkningsmöjligheterna ser ut. En undersökning om vilka biomassor och bindemedel som finns på plats behövs också genomföras.
40
41
6. Slutsats
Huvudmålet för detta projekt var att hitta en lösning som kan underlätta och minska kostnaderna för tillverkning av pellets eller briketter för användning som bränsle till ugnen
”Lucia stove”. Efter en faktasökning om hur pellets och briketter tillverkas och vilka olika pressar som finns på marknaden blev det tydligt att briketter lämpas bäst för ändamålet.
Pellets har högre densitet och kvalitet än briketter men då ugnen inte kräver hög kvalitet fungerar briketter bra och tillverkningen blir då enklare och samtidigt billigare. Det första delmålet för projektet var att anpassa lösningen för användning på landsbygden i Tanzania.
Det andra delmålet var att anpassa lösningen så att den drivs utan elektricitet.
Slutsatsen är att huvudmålet och de två första delmålen uppfylldes genom att
”Prickettpressen” utvecklades. Produkten pressar små briketter som kan användas i ugnen
”Lucia stove”. Den är anpassad att tillverkas och brukas i Tanzania genom att ha en enkel konstruktion så att en person med lite kunskap inom konstruktion kan tillverka pressen. Andra förutsättningar på landsbygden i Tanzania som togs i anspråk var materialåtgång,
materielåtgång, service- och reparationsbarhet samt pålitlighet. Produkten drivs inte med elektricitet utan med mänsklig kraft tillsammans med en domkraft.
Det tredje delmålet för projektet var att presentera fakta om pellets och briketter och undersöka vad som skiljer dem åt och påverkar dess kvalitet. I faktasökningen presenteras dessa fakta och målet anses därför vara uppfyllt. Vad som framkom var att det är många parametrar som påverkar kvaliteten på briketterna. Presstryck, typ av biomassa, val av bindemedel samt form och storlek på briketterna påverkar och det finns många tester och undersökningar att göra för att få kunskap om hur briketterna kan optimeras för ändamålet.
För att anpassa lösningen ytterligare till området kring Tanzania skulle ett besök i Tanzania vara lämpligt för att se vilka förutsättningar som finns. Stor del av projektet gick ut på att förstå förutsättningarna i Tanzania och hur produktutvecklingen bör anpassas för ett utvecklingsland.
För att vidareutveckla den brikettpress som tagits fram under detta projekt föreslås att två prototyper tillverkas. Beräkningar och tester behöver sedan utföras för att veta hållfastheten i konstruktionen.
För att reflektera över projektets gång kan slutsatsen dras att tidskravet begränsade projektets resultat. På grund av att projektet inte byggt på någon tidigare research gick mycket tid åt till att samla fakta och förstå problemet. Av den anledningen räckte inte tiden åt för att utveckla det slutliga konceptet längre än vad som presenterats i rapporten. Vad som hade varit önskvärt var att göra bättre kvalitet på CAD-modeller och ritningar av pressen samt att bygga en
prototyp.
De lösningsmetoder som valdes i början av projektet har genomförts, med två undantag. De två lösningsmetoder som inte uppfyllts är att besöka pellets- eller brikettmaskinstillverkare och att experimentera med en ”Lucia stove” ugn. Anledningen att inga pellets- eller
brikettmaskinstillverkare besöktes var för att inga kunde finnas i närliggande län och inga medel fanns för att åka längre sträckor. Vi fick inte möjligheten att experimentera med en
”Lucia stove” på grund av svårigheter att införskaffa eller låna en sådan.
42
Generellt är slutsatsen att det finns ett tydligt behov av manuella brikettpressar som är anpassade för utvecklingsländer, för att underlätta och öka produktionen och användandet av briketter. Briketter kan göra stor skillnad för miljö och människor i utvecklingsländer genom att erbjuda ett bättre alternativ till vedråvara och träkol. Briketter som eldas i ugnen ”Lucia stove” minskar miljöpåverkan och ger slutprodukten biokol som kan förändra torra jordar.
Referenser
Muntliga
Mattias Ohlson, CEO Vagga till Vagga AB, info@mattias-ohlson.se
Hanna Wetterstrand, Biståndshandläggare Vi-Skogen, hanna.wetterstrand@utangranser.se Erik Öqvist, inom Biokolsforskningen Uppsala Universitet, erik.oqvist@geo.uu.se
Internet
Kelpie, Wilson (2009-02-20)
New Biochar Stoves at the ETHOS Conference
http://www.motherearthnews.com/Hands-On-How-To/Biochar-Stoves.aspx (2011-05-04) Shackley and Sohi, An assessment of the benefits and issues associated with the application of biochar to soil, http://www.geo.uu.se/biokol/artiklar/Shackley%20&%20Sohi.pdf (2011-05-05)
Lopa Brunjes, Executive VP, Biochar Engineering corp, Biochar: An Ancient Solution to a Modern Problem, http://www.youtube.com/watch?v=ZroDAyIqW74 (2011-05-08)
WWF Världsnaturfonden, rapport, ”Guld i Gröna skogar” sid10,
http://www.wwf.se/source.php/1264973/Guld%20i%20gr%F6na%20skogar_WWF-rapport_2009.pdf (2011-05-02)
Magnus Hedenmark, Kemikalie Expert, Feb 2011,
http://bloggar.miljoaktuellt.idg.se/magnushedenmark/2011/02/25/biokol-kan-radda-planeten (2011-05-08)
Tor Kihlberg, Uppsala Universitet, Biokol som jordförbättrare säkrar klimatet,
http://www.teknat.uu.se/forskning/uu/beskrivning.php?vetenskapsid=0&hforskomr=4&id=50 7&lang=sv (2011-05-10)
Johannes Lehman, Feb 2009, Den svarta jorden kan rädda klimatet,
http://www.teknat.uu.se/forskning/uu/beskrivning.php?vetenskapsid=0&hforskomr=4&id=50 7&lang=sv (2011-05-03)
Eva Rehfuess, 2006, ”Fuel for life: household energy and health”
http://www.who.int/indoorair/publications/fuelforlife.pdf (2011-05-03) Artikel SVD 28 oktober 2009, Regnskog ren miljövinst,
http://www.svd.se/nyheter/inrikes/regnskog-ren-miljovinst_3715769.svd#after-ad (2011-04-28)
Statistiska Central Byrån, 2009, ”Internationella uppgifter om jordbruk”, sid 11
http://www.scb.se/statistik/_publikationer/JO1901_2008A01_BR_19_JO01BR0901.pdf (2011-04-25)
Leland Hite, http://home.fuse.net/engineering/
Wilaipon Patomsok, Jan 2009, The effects of briquetting pressure on banana-peel briquette and the banana waste in Northern Thailand,
http://findarticles.com/p/articles/mi_7109/is_1_6/ai_n28552260/ (2011-05-12) AEbiom, May 2007, Pellets for small-scale domestic heating systems,
http://www.erec-renewables.org/fileadmin/erec_docs/Projcet_Documents/RESTMAC/Pellets_small_scale_hea t.pdf (2011-05-02)
Biomass - an important source of renewable energy, http://www.biomass.net/Feed-Biomass.html (2011-05-10)
Best prospect industries – Energy, http://export.gov/tanzania/eg_tz_019919.asp (2011-05-10) David Andersson, CEO, Ecoera, http://www.climatesolver.org/show.php?id=1178238 (2011-04-27)
Peterson, artikel, ”Ekologiskt bistånd – Träd fram för livet”,
http://www.alternativ.nu/handbok/ekonomi/eko_bistand.html (2011-05-02) http://www.geo.uu.se/biokol/ (2011-05-05)
http://www.vaggatillvagga.se/index.php/biochar Soil, a potential large scale carbon store, June 2007
http://cabiblog.typepad.com/hand_picked/2007/06/soil_a_potentia.html (2011-05-05) Biomass - an important source of renewable energy
http://www.biomass.net/Feed-Biomass.html
Andersdotter Maria. 1984 Uppsala. Brikettering och torkning av energigräs, Jordbrukstekniska Institutet.
http://www.jti.se/uploads/jti/JTI_Rapport_55.pdf Pellets for small-scale domestic heating systems
http://www.erec-renewables.org/fileadmin/erec_docs/Projcet_Documents/RESTMAC/Pellets_small_scale_hea t.pdf
Pelletsmaskintillverkare i Sverige
http://www.pelletpress.com/Pelletering.htm
Eriksson, S. and M. Prior. 1990. The Briquetting of Agriculture of Agricultural Wastes for Fuel. F.A.O. Publication (1990).
http://www.fao.org/docrep/t0275e/T0275E02.htm#Part%201.An%20overview%20of%20briq uetting
Andrew Russell. Issue 39: Briquetting agricultural residues, Using biomass residues for energy
http://www.hedon.info/BP39_BriquettingAgriculturalResidues#Low-pressure_briquetting
Litteratur
Braungart Michael, McDonough William, 2002.
Cradle to Cradle, Remaking the way we make things.
Vintage, UK, 2009 ISBN 0865475873
Bruhn, H D, Zeimmermann, A & Niedermeier, R P. 1959. Developments in Pelleting Forage Crops. Agr. Engng 40, s 204-207.
Buckingham, F. 1963. Hot News in Hay Wafering. Implement and Tractor 78(10), s 30-31, 46.
Butler I L & McColly, H F. 1959. Factors Affecting the Pelleting of Hay. Agr Engng 40, s 442-446
Chancellor, W J. 1962. Formation of Hay Wafers with Impact Loads. Agr. Engng 43, s 136-138, 149.
Dobie, J B. 1960. Production of Hay Wafers. Agr. Engng 41, s 366-369
Pickard, G E, Roll, W M & Ramser, J H. 1961. Fundamentals of Hay Wafering. Trans ASAE 4, s 65-68.
Rehkugler, G E & Buchele W F. 1969. Biomechanics of Forage Wafering. Trans ASAE 12, s 1-8, 12.
Shepperson, G & Grundey, J K. 1962. Experiments in the Production of Hay Wafers. J. Agric.
Engn. Res. 7, s 105-111.
Intern Powerpointpresentation om Lucia Stove från Worldstove Figur 4-5
Figur 4-10
Bilaga 1 – Beslutsmatris
För förklaring av kriterierna se Bilaga 2
Kriterier (Krav) Viktning Oljefat Kolvpress
Domkraft
Kommentar: Enligt beslutsmatrisen får den enkla domkraften mest poäng strax efter domkraft med matrisform.
Efter diskussion, analys och jämförande mellan dessa valdes att jobba vidare med domkraft med matrisform.
Bilaga 2 – Vägningsbeskrivning
Förklaring av kriterierna som är uppsatta inför utvecklandet av en brikettpress. Se Pugh Matris (Bilaga 1)
Användarvänlig
Hur lätt det är att förstå hur pressen ska användas utan att ha en instruktion.
Kostnad för drift
En uppskattad kostnad av hur mycket pressen kostar att driva.
Tillverkningskostnad
En uppskattad kostnad av hur mycket pressen kostar att tillverka.
Presskraft
Uppskattad maximal presskraft från pressen, i MPa Underhåll
Hur lätt reparation och service kan utföras med förutsättningarna i Tanzaniaområdet.
Vikt
Uppskattning av nettovikt på press Möjlighet att tillverka i värdlandet
Uppskattning av hur lätt pressen kan tillverkas i Tanzaniaområdet.
Modulariseringsmöjlighet
Möjligheten att byta ut delar för att göra pressen mer flexibel och variera slutprodukten.
Affärsmöjlighet
Uppskattning om hur stor sannolikheten det är att pressen skulle kunna byggas och implementeras i Tanzaniaområdet. Finns det en marknad för lösningen?
Kapacitet
Uppskattning på hur mycket lösningen kan producera, mätt i kg/timme.
Driftsäkerhet
Pressens förmåga att fungera under olika förhållanden t.ex. väder, slitage, värme, kyla.
Säkerhet
Uppskattning av hur liten risk det är att någon gör sig illa vid användning av pressen.
Hållbar
Hur hållbar lösningen är (se definition av hållbar i bilaga 6).
Pålitlighet
Uppskattning på pressens livslängd samt hur pålitlig pressen är under drift.
Personer för produktion. Hur många personer det krävs för att driva lösningen
Bilaga 3 – Liknande projekt
Här presenteras några av de liknande projekt som påträffats under projektets gång. Detta kan vara av intresse för personer som är planerar att utveckla en brikettpress för utvecklingsländer eftersom projekten visar hur briketter kan varieras och hur spridandet av brikettproduktion kan ske.
Briketter av kodynga, Kenya 2009
I byn Masai Mara, Kenya, startades ett initiativ för att göra briketter av kodynga. Initiativet tog fart på grund av förstörelsen av skogarna i området som sker på grund av det dagliga behovet av vedråvara för matlagning. Kvinnorna som hämtar ved tvingas på grund av
avskogningen att gå längre för att hitta ved vilket gör jobbet energikrävande men också farligt då de kommer i konflikt med vilddjur. Fem brikettpressar tillverkades och workshops hölls för cirka 200 kvinnor över en tredagarsperiod. Briketterna tillverkades av returpapper, torkad kodynga och vatten samt returpapper, torkade löv och vatten. Efter detta projekt rapporterades att kvinnor i byn Enkereri, Kenya också lyckats göra briketter av torkad elefantdynga, vatten och papper.
http://www.tribal-voice.co.uk/TVC2/PDFS/Cow_Dung_Fuel_Initiative_CW_1.pdf Briketter av återvunna sopor, Haiti 2009
Bill Clinton berättar i ett youtube-klipp om ett projekt i Haiti där tio personer började
organisera avfallshantering, de sorterade avfalet och tog hand om allt papper. De fick sågspån från ett lokalt sågverk och blandade papper, sågspån och vatten för att göra briketter. De designade och tillverkade två brikettpressar och började sälja briketter. Priset för briketterna är mycket litet jämfört med motsvarande kostnad för mängden träkol som ger samma brinntid.
Sysselsättningen för att producera och sälja briketter skulle kunna bli mycket högre än att sysselsätta personer inom skogsavverkning.
http://www.youtube.com/watch?v=fWTTjwJ9_jE&feature=player_embedded Briketter som myggmedel och smaksättare, 2006
Briketter har ytterligare nytta. Om naturliga tillsatser som citrongräs och eukalyptus adderas till blandningen kan briketterna vara ett bra myggmedel. Sågspån från fruktträd kan också smaksätta mat som kokas över briketterna.
http://www.continentaldrift.net/2006/03/17/briquette-press-saving-trees-and-people/
Briketttillverkning som en ökande sysselsättning, Nepal 2007
En 40 minuter lång dokumentärfilm om organisationen FOST (Foundation of sustainable technology) i Nepal som jobbar för att förbättra livskvaliteten för fattiga samhällen på landsbygden och för att värna om miljön i Nepal. De har bland annat utvecklat brikettpressar och arbetar för att öka sysselsättningen inom briketttillverkning.
http://video.google.com/videoplay?docid=-3128310824574419070#
Bilaga 4 – Befintliga Lösningar
Här presenteras några av de befintliga manuella pressar som finns på marknaden. Detta kan intressera personer som är planerar att utveckla en brikettpress eftersom de ger en bred bild av hur designen på pressen kan varieras. Bilderna är hämtade från internet och bildadresserna återges i fotnoten (enligt siffra vid bildernas nedre högerkant).
27
28
27http://www.greenstone.org/greenstone3/nzdl;jsessionid=BA28ED305B6FCCBD168CF7FE7FDAF402?a=d&d=HASH01bb693393c1a287 acbd2e94.9&c=envl&sib=1&dt=&ec=&et=&p.a=b&p.s=ClassifierBrowse&p.sa=
28http://web.mit.edu/ats/Projects/tools-commercial%20paper%20briquette%20press/t-cpbp.html
29
30
31
29http://home.fuse.net/engineering/ewb_project.htm
30http://www.coedcae.co.uk/garden-waste-fuel.html
30http://www.coedcae.co.uk/garden-waste-fuel.html