Harts & terpener som additiv i träbränslepellets

Karlstads universitet 651 88 Karlstad Tfn 054-700 10 00 Fax 054-700 14 60

Information@kau.se www.kau.se Fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap

Miljö- och energisystem

Kristin Eriksson

Harts & terpener som additiv i träbränslepellets

Effekter på pelletsens bulkdensitet och hållfasthet samt energianvändning

Resin & terpenes as additive in wood fuel pellets

Effects on bulk density and durability of pellets and the energy consumption

Examensarbete 15 hp

Högskoleingenjörsprogrammet i energi- och miljöteknik

Juni 2016

Handledare: Magnus Ståhl Examinator: Lena Brunzell

Sammanfattning

Pellets som träbränsle har ökat kraftigt de senaste åren och har blivit en viktig del för att klara Eu:s 2020 mål. Hushållsuppvärmningen med pellets ökade med 71 % mellan år 2005 och 2010. I takt med ökningen sätter hushållanvändarna högre krav på kvalitéten på pelletsen. Detta leder till att pelletsproducenterna måste förbättra sin produkt både kvalitétsmässigt och kostnadsmässigt då konkurransen blir allt hårdare och hårdare. För att göra produkten bättre kan tillsatser, additiv, användas för att öka hållbarheten och minska energianvändningen vid pelletering.

Råmaterialet som används vid tillverkning av pellets är sågspån med en fukthalt på 50

%. Sågspånet måste torkas till en fukthalt på ca 8-12 % innan det kan pelleteras.

Torkning är en av två energikrävande processer i pelletstillverkning. Den andra processen som kräver mycket energi är pelletspressen.

I det här arbete har det undersökts olika procenthalter av additiv i pellets för att se hur det påverkar hållfastheten, bulkdensiteten och energianvädningen i pelletsprocessen.

Två olika biprodukter från massa- och pappersindustrin användes, harts och terpener.

Pelletsen framställdes i en småskalig produktionsenhet på Karlstads universitet.

Det visade sig att additiv förändrar både kvalitén på pelletsen och energianvändningen i

pelletspressen. Hållfastheten, bulkdensiteten och energianvändningen ökade vid

tillsättning av harts samt minskade med terpener som additiv. Kombinationen med både

harts och terpener resulterade i ökad hållfasthet, minskad bulkdensitet och minskad

energianvändning.

Abstract

Pellets as wood-fuel have increased significantly in recent years and have become an important factor in reaching EU:s 2020 goal. Households heating with pellets have increased by 71 % between year 2005 and 2010. Because of the increase, new households users enter the market and household users have higher demands on the quality of the pellets. This causes the pellets producer to improve their product in terms of both quality and cost because the competition is getting tougher and tougher.

Additives can be used to increase durability and reduce energy consumption in pelletizing.

The raw material used in the manufacture of pellets is mainly sawdust with a moisture content of about 50 %. The sawdust must be dried to moisture content of about 8-12 % before being pelleted. Drying is one of the two biggest energy-consuming processes in the production of pellets. The other process that requires a lot of energy is the pellet press.

In this work, it is investigated how different percentages of additive in the pellets affects the durability and bulk density of the pellets and the energy consumption in the pellet press. Two products from pulp and paper industry was used, resin and terpenes. The pellets were produced in a small-scale production at Karlstads University.

The result shows that additives change both the quality of the pellets and the energy

consumption of the pellet press. Durability, bulk density and energy consumption

increased by addition of resin and when adding terpenes these parameters decreased,

The combination of both resin and terpenes resulted in increased durability, reduced

bulk density and reduced energy consumption.

Förord

Detta examensarbete är en del av högskoleingenjörsutbildningen inom energi- och miljöteknik på Karlstads universitet och har redovisats muntligt för en i ämnet insatt publik. Arbetet har därefter diskuterats vid ett särskilt seminarium. Författaren av detta arbete har vid seminariet deltagit aktivt som opponent till ett annat examensarbete.

Först och främst vill jag tacka min handledare Magnus Ståhl för bra handledning genom

projektets gång. Vill också tacka Lars Pettersson och Jonas Berghel som hjälpt till vid

pellets produktionen. Tack även till Stora Enso Timber AB i Grums som bidragit med

sågspån till projektet.

Nomenklatur

A Elektrisk ström (Ampere)

f

Verklig fukthalt på spånet (%)

f

Önskad fukthalt på sågspånet (%)

m

Massa sågspån (kg)

m

Massa vatten vid verklig fukthalt (kg)

m

Massa vatten vid önskad fukthalt (kg)

P Effekt (kJ/kgTS)

Innehållsförteckning

1. Inledning ... 1

1.1 Bakgrund ... 1

1.2 Syfte och Mål ... 2

1.3 Träets beståndsdelar ... 2

1.3.1 Harts ... 2

1.3.2 Terpener ... 2

2. Material och Metod ... 3

2.1 Material ... 3

2.2 Produktionsutrustning ... 3

2.3 Produktionsprocess ... 5

2.4 Tillsatser ... 5

2.4.1 Harts ... 5

2.4.2 Terpener ... 6

2.5 Energianvändning ... 7

3. Resultat ... 8

3.1 Harts ... 8

3.1.1 Bulkdensitet ... 8

3.1.2 Hållfasthet ... 8

3.1.3 Energianvändning ... 9

3.1.4 Fukthalt ... 9

3.2 Terpener ... 10

3.2.1 Bulkvikt ... 10

3.2.2 Hållfasthet ... 10

3.2.3 Energianvändning ... 11

3.2.4 Fukthalt ... 11

4. Diskussion ... 13

5. Slutsats ... 16

6. Referenser ... 17

1

1. Inledning

1.1 Bakgrund

Användningen av träbränslepellets som bränsle har ökat markant de senaste 10 åren och är en handelsvara på samma sätt som kol och olja. Pelletsmarknaden kommer troligtvis fortsätta öka åtminstone fram till år 2020 tack vare de Europeiska Unionens 2020-mål. Målet är att 20

% av den totala energin ska komma från förnyelsebara energikällor (Eu-upplysningen 2016). I dagsläget är det endast 2,5 % av den totala energianvändningen i världen som kommer från förnyelsebara energikällor (Ekonomifakta 2015). En annan anledning till ökningen är att pellets anses vara koldioxidneutralt och släpper inte ut svaveldioxid vid förbränning (Lidingö Stad u.å; Mafa 2013). Detta kommer långsiktigt leda till en ökad anvädning av biobränslen.

Pellets används både i storskaliga och småskaliga tillämpningar. Mellan år 2005 och 2010 ökade hushållsuppvärmningen med pellets med 71 % (Berghel et al. 2013). Efter år 2010 har en tydlig minskning skett. Hushållsägare har valt andra värmesystem som exempel värmepumpar att konvertera till, främst på grund av bekvämlighetsaspekter. För att ändra den nedåtgående trenden måste det vara lika enkelt med pellets som att värma huset med fjärrvärme eller el. Man vill även att det ska kosta så lite som möjligt då ekonomin spelar stor roll i ett hushåll. Problem som är förknippade med pellets måste därför minimeras och pelletsen som hushållsanvändarna får, ska vara av högsta kvalite.

Pellets är en förnyelsebar energikälla och tillverkas av sågspån. Sågspånet måste torkas från en fukthalt på 50 % till en fukthalt mellan 8-12 % innan det kan användas. Torkning är en dyr process och dominerar energianvändningen i pelletsfabriken (Frodeson et al. 2013). Andra stora kostnader vid produktion av pellets är slitage och energiåtgången på pressarna, då sågspånet pressas under högt tryck genom en avsmalnande kanal.

Vid ökad användning av pellets kommer pelletskvaliteten spela en stor betydelse. Hushållens användare är kvalitetsmedvetna även nya användare kommer ha krav på kvaliteten på pelletsen. Efterfrågan på högre kvalité kommer göra att pelletsproducenterna måste förbättra produktionen samtidigt som dem slåss mot hårdare konkurrenter och lägre vinstmarginaler.

Användningen av additiv i pelletsen är ett sätt att öka kvaliteten och minska energianvändningen vid pelletering (Berghel et al. 2011). Ett additiv som pelletstillverkare har använt som bindningsmedel är stärkelse. Ståhl et al. studie från år 2011 undersökte fyra olika typer av stärkelse. Studien visade goda resultat, ökad hållfasthet och minskad energianvändning mellan 5-14 % beroende på typ av stärkelse som användes (Ståhl et al.

2011). Lignin är ett annat bindningsmedel som har används industriellt. Det har visats öka pelletsens kvalité genom ökad hållfasthet (Berghel et al. 2011). Fördelen med lignin är att det är en biprodukt från pappers- och massindustrin (Renfuel 2016). Lignin är inte den enda biprodukten som utvinns utan det finns fler, t.ex. harts och terpener som ännu inte är undersökta.

Genom användning av additiv kan man förhoppningsvis åstadkomma en störningsfri och effektiv drift på pressarna. Energiåtgång och slitage är några av de största kostnadera vid pelletering (Berghel et al. 2011). Därför är det viktigt att undersöka om det finns additiv som kan minska energiåtgången, slitaget på presserna och samtidigt öka kvaliteten på pelletsen.

För pelletsproducenter är det inte endast kvaliteten som är viktig utan också

energianvändningen vid pelletstillverkning. Producenterna vill sänka produktionskostnaderna

2

och försöka energieffektivisera processen genom att minska elförbrukningen på pelletspressen. Detta medför lägre kostnader och lägre koldioxidutsläpp till miljön (Svensk Energi 2012). För att lösa problemet kan man tillsätta ett eller flera additiv.

1.2 Syfte och Mål

Syftet med examensarbetet är att tillsätta olika procentsatser harts och terpener under pelletsproduktion.

Målet med arbetet är att tillverka pellets med additiv i småindustriell skala och sedan analysera den producerade pelletsen. Arbetet ska svara på hur bulkdensitet, hållfasthet och fukthalt förändras vid ökad tillsättning av additiv. Kördatan kommer också analyseras för att bestämma elförbrukningen samt stämma av resultaten mot litteraturen.

1.3 Träets beståndsdelar

Träets huvudbeståndsdelar är cellulosa, hemicellulosa, lignin och ektraktivämnen, se tabell 1 (Skogssverige 2002). Cellulosamolekyler består av långa kedjor av glukos, ca 8000-10000 glukosmolekyler. Mellan kedjorna finns lignin vilket bildas av fenolpropan och fungerar som ett lim som håller ihop cellulosafibrerna (Skogssverige u.å). Cellulosan är omsluten av hemicellulosa och ger träfibern smidighet och dragstyrka. Hemicellulosa påminner om cellulosans uppbyggnad samt övriga substanser som bl.a harts. Extraktivämnena består av olika kemiska föreningar som terpener, fett och fenoler (Lehtikangas 1999).

Trämaterialets tre huvudkomponenter är kol, syre och väte. Det utgör ca 99 % av den kemiska sammansättningen och resten består av kväve och aska. Trä är inget homogent material och strukturen varierar mellan rot och topp, det är även skillnader mellan årstider. Orsaken till detta är olikheter i vedcellernas struktur (Lehtikangas 1999).

Tabell 1. Beståndsdelar i trä (Skogsservice 2002).

Beståndsdelar % av TS

Cellulosa 40-50 %

Lignin 20-35 %

Hemicellulosa 15-34 %

Exktraktivämnen Restrerande 1.3.1 Harts

Harts eller det mer kända namnet kåda är vätskan som finns i träd. Kådan uppgift är att skydda trädet och den kan antingen vara mjuk eller fast. Kådan består av hartssyror och monoterpener och sammansättningen varierar mellan olika trädslag och vart träden växer (Skogsservice 1998). Kådan kan flöda till skador som har uppstått på trädet och när kådan nått skadan avdunstar lättflyktiga ämnen medan svårflyktiga ämnen stannar kvar och skyddar (Niklasson 2015).

1.3.2 Terpener

Terpener är ett destillat från både gran och tall. Det finns främst i kåda och sänker kådans

viskositet (Granström 2009). De lättflyktiga ämnena som avdunstar från kådan när den har

nått skadan är främst terpener. Terpener tillhör gruppen extraktivämnen och utgör en av

beståndsdelarna i träet. Olika träd innehåller olika halter av terpener vilket gör att

sammansättningen hos terpentiner varierar (Ekobyggportalen 2015).

3

2. Material och Metod

2.1 Material

Två storsäckar med sågspån hämtades från Stora Ensos pelletsfabrik i Grums, varav ca 190 kg användes. Sågspånet bestod av 80-90 % gran och 10-20 % tall. Sågspånet var redan torkat till en fukthalt på 11 % med hjälp av en lågtempererad (55-75°C) Stela bandtork (Frodeson et al.

2013). För att uppnå rätt fukthalt konditionerades sågspånet genom tillsättning av vatten.

Mängd vatten som tillfördes beräknades genom [1] och [2].

[1]

( )

[2]

Genom att ta skillnaden mellan [1] och [2] fås mängden vatten ut som behöver tillsättas för att få vald fukthalt. Vätskan sprayades/sprutades på med en sprinklerpistol. Den ingående fukthalten på sågspånet blev 13,5 %.

2.2 Produktionsutrustning

Pelletsen framställdes i en produktionsenhet på Karlstads universitet. Försöksanläggning för småskalig pelletsproduktion består av: (1) en blandare, (2) en transportskruv, (3) en mixerskruv där ånga och additiv kan tillsättas vid behov, (4) inmatningsskruv, (5) pelletspress med en planmatris, Amandus Kahl C33-390, maxkapacitet 300 kg/h och (6) en volymetrisk doserare för additiv, se figur 1. Efter pelletspressen finns det möjlighet att kyla den producerade pelletsen.

Figur 1. Pelletsanläggning vid Karlstads Universitet.

Doseraren, (6), består av en tratt, växellåda och en omrörare som roterar ovanför skruven för att upprätthålla ett konstant inmatningsflöde och för att förhindra överbryggning, se figur 2.

Additivet blandas i en mixer innan materialet faller ner i pelletspressen. Inmatningsflödet

Ånga

1. Blandare 2. Transport skruv

3. Mixerskruv

4. Inmatningsskruv

5. Pelletspress

6. Inmatning additiv

4

beror på skruvhastigheten och additivet. Anläggningen är utrustad med en ånggenerator som tillsätter ånga för att värma upp pelletsen i mixern. Vid tillsättning av väska, konditionerar sågspånet vilket gör det lättare att pelletera.

Figur 2. Dosera där inmatning av additiv sker.

Matrisen som används i pelletspressen, (5), har en presslängd på 30 mm, se figur 3. Den har nio rader, varje rad består av 52 hål, totalt 468 hål. Arbetsbredden på matrisen är på 75 mm, håldiameter på 8 mm, inloppsdiameter är 10,2 mm och har en konvinkel på 17 grader. Den öppna arean av matrisen är 64 %.

Figur 3. Pelletsmatris med presslängd 30 mm.

Parameter som hölls konstanta under körningarna:

 Matristemperatur 90 grader

 Presstryck 90-100 bar

 Materialflöde 1,4 kg/minut TS

5

 Ingående fukthalt på sågspånet 13,5 %

Skruvarna hölls också konstanta under körningarna, se tabell 2.

Tabell 2. Skruvarnas frekvens under körningarna.

Typ av skruv Frekvens [Hz]

Transportskruv 14

Mixerskruv 25

Inmatningsskruv 40 2.3 Produktionsprocess

Alla körningar är gjorda i samma försöksanlägning under liknande förutsättningar. Additiv som tillsätts anges i vikt-%.

Pelletsmaskinen kördes så att stationära förhållanden erhölls. Före varje test gjordes en inkörningsperiod på 10 minuter för att säkerställa stationära förhållanden med de nya additivet. Varje testkörning pågick i fem minuter. Matningskontroll för det torkade sågspånet sattes till ett fast varvtal (4,0 Hz) vilket motsvarar 85 kg sågspån/h. Tillsatsflödet ökades genom den volymetriska mataren från 0,0 % till 2,0 % additiv. Under testerna registrerades följande parametrar var tionde sekund: presstryck, matrisens temperatur, blandarskruvens frekvens och strömförbrukningen i pelletsmaskinen.

Under tillverkning av pelletsen togs det prover på torkat sågspån samt sågspån med additiv var femtonde minut vilket resulterade i totalt 10 prover för körningen med harts och 14 prover för körningen med terpener. Proverna togs i bägare och vägde cirka 200-300 gram styck.

Fuktinnehållet i den kylda pelletsen undersökdes genom att ta prov efter fem minuters körning.

Sågspånets fukthalt mättes både innan och efter torkning, det gjordes med hjälp av torrviktsmetoden. Bägarna med sågspån som togs ut var femtonde minut och bägarna med pellets placerades i en ugn som höll temperaturen 105 °C i ca 24 timmar. Efter 24 timmar vägdes proverna återigen för att få ut fukthalten.

Den framställda pelletsen vägdes direkt efter tillverkning sedan kyldes den till omgivande rumstemperatur, siktades och vägdes återigen. Efter denna procedur utfördes analyser genom att testa och jämföra den framställda pelletsen med kvalitetsparametinställningar i svenska och europeiska standarder. De testade parametrarna var fuktinnehåll (%) för sågspån enligt SS 187170, bulkdensitet (kg/m

) bestämdes enligt SS-eN 15103: 2010 genom att mäta vikten av en 5 liters fylld bägare med kylda pellets. Bulkdensitens procedur upprepades två gånger för varje test för att få ett medelvärde då pelletsen kan variera. Hållfastheten bestämdes enligt SS- EN 15210 där två prov togs ut och hälldes i en hållfasthetsprovningsmasking som sättes igång och snurrade runt pelletsen i 10 minuter. Efter att pelletsen hade snurrats färdigt siktades proven för att sedan väga den kvarvarande hela pelletsen.

2.4 Additiv 2.4.1 Harts

Fem testserier utfördes, varav ett noll-prov, se tabell 3. Hartsen maldes från fast form till

pulverform med hjälp av en matberedare innan det tillsattes i doseraren, se figur 4.

6

Figur 4. Harts i fast form (övre bilden) och i pulverform (undre bilden).

Tabell 3. Beskrivning av mängd harts som additiv.

2.4.2 Terpener

Totalt utfördes 7 testserier, se tabell 4. Två av proven var noll-prov ett före terpentinlösningen tillsattes och ett efter, se figur 5. Metodiken att tillföra terpentiner i pelletsen gjordes genom att ta ut 3440 gram sågspån. Sågspånen placerades i en behållare och terpentinvätskan hälldes i under omrörning. Blandningen fick sedan verka till att sågspånet sugit upp all vätska. Det preparerade sågspånet tillsattes sedan i den volymetriska doseraren. Där tillsatsflödet ökade för varje testserie från 0,0 % till 2,0 % terpener i den färdigproducerade pelletsen.

I ett utav de totalt 7 testserierna av terpentin blandades harts i. Det gjordes genom att tillsätta harts i pulverform direkt i terpentinblandningen. Blandingen bestod av 1,0 % terpentin och 1,0 % harts.

Test Mängd additiv [%]

1 0,0

2 0,5

3 1,0

4 1,5

5 2,0

7

Figur 5. Terpentinolja som tillsattes i spånet.

Tabell 4. Beskrivning av mängd terpener som additiv, test 7 har både terpener och harts.

2.5 Energianvändning

För att beräkna effekten på pelletsmaskinen användes (3) (Ståhl et al. 2008).

√

Test Mängd additiv [%]

1 0,0

2 0,0

3 0,5

4 1,0

5 1,5

6 2,0

7 1,0 terpener+1,0 harts

8

3. Resultat

3.1 Harts

3.1.1 Bulkdensitet

Figur 6 visar hur bulkdensiteten ökar med ökad mängd harts som additiv. Skillnaden mellan test 1 (inget addetiv är tillsatt) och test 5 (störst mängd harts är tillsatt) är cirka 10 %. De röda markeringarna visar standardavvikelse, vilket varierar för varje test.

Figur 6. Bulkdensiteten för testserie 1-5.

3.1.2 Hållfasthet

Hållfastheten med tillsättning av harts som additiv kan ses i figur 7. Mängden finpartiklar minskar med ökad mängd harts, vilket ger en ökad hållfasthet. I test 5 där mest harts är tillsatt (2 %) är det en ökning med 14 % i jämförelse med test 1 där inget harts är tillsatt.

Standardavvikelserna försummades då de var mindre än ±0,3 % på samtliga tester och gjorde ej utslag i diagrammet.

620,00 625,00 630,00 635,00 640,00 645,00 650,00 655,00 660,00

0 1 2 3 4 5 6

Bulkdensitet [kg/m3]

Test

9

Figur 7. Hållfastheten för testserie 1-5.

3.1.3 Energianvändning

Energianvändningen varierar med olika mängd additiv av harts, se figur 8. I metoden beskrivs det hur energianvändningen beräknas. Energianvändningen ökar i pelletspressen vid olika tillsatta mängder av harts i jämförelse med noll-provet.

Figur 8. Energianvändning i pelletspressen för olika inblandningar av harts.

3.1.4 Fukthalt

Fukthalten på kall pellets, fukthalt efter mixer och fukthalt i laget visar tabell 5.

80,00 82,00 84,00 86,00 88,00 90,00 92,00 94,00 96,00

0 1 2 3 4 5 6

Hållfasthet[%]

Test

615 620 625 630 635 640 645 650

1 2 3 4 5

Energianvändning [kJ/kg TS]

Test

10

Tabell 5. Fukthalt vid pelletsproduktion med harts som additiv

. Test Fukthalt

pellets kall

Fukthalt efter mixer

Fukthalt i lager

1 5,0 % 14,4 % 13,7 %

2 5,2 % 14,4 % 13,2 %

3 4,8 % 14,5 % 13,3 %

4 5,7 % 15,0 % 13,3 %

5 5,2 % 13,7 % 12,6 %

3.2 Terpener 3.2.1 Bulkvikt

Bulkvikten vid tillsättning av terpener kan ses i figur 9. Test 1 är noll-prov innan tillsatsen av terpener och test 2 är noll-prov efter tillsatsen. Test 7 är 1,0 % harts och 1,0 % terpener tillsatt. Diagrammet visar en tydlig nedåtriktad trend.

Figur 9. Bulkdensiteten för testserie 1-7.

3.2.2 Hållfasthet

Figur 10 visar hållfastheten för terpener. Här syns en tydlig nedåtriktad trend på terpentesterna. Test 7 sticker ut och visar att hållfastheten ökar betydligt med både harts och terpener i pelletsen.

635,00 645,00 655,00 665,00 675,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Bulkvikt [kg/m3]

Test

11

Figur 10. Hållfastheten för testserie 1-7.

3.2.3 Energianvändning

Terpener som additiv påverkar energianvändningen, se figur 11. Test 7 (kombinationen av harts och terpener) sticker ut mest med en minskning på totalt 9 %.

Figur 11. Energianvändning vid produktion av pellets med terpener som additiv.

3.2.4 Fukthalt

Tabell 6 visar fukthalten vid pelletsproduktionen.

92,00 92,50 93,00 93,50 94,00 94,50 95,00 95,50 96,00 96,50 97,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Hållfasthet [%]

Test

540 550 560 570 580 590 600

1 2 3 4 5 6 7

Energianvändning [kJ/kg TS]

Test

12

Tabell 6. Fukthalt vid pelletsproduktion med terpener som additiv.

Test Fukthalt pellets kall

Fukthalt efter mixer

Fukthalt i lager

1 8,0 % 15,6 % 14,2 %

2 7,6 % 17,0 % 14,5 %

3 7,7 % 16,1 % 14,3 %

4 7,8 % 16,1 % 14,2 %

5 7,8 % 15,9 % 14,5 %

6 7,7 % 15,6 % 14,2 %

7 8,2 % 15,8 % 14,2 %

13

4. Diskussion

Harts

Resultatet vid tillsättning av harts visar en tydlig ökning i bulkdensitet, se figur 6. Pelletsens bulkdensitet klarar den svenska standarden där pelletsen inte får understiga 600 kg/m

. I resultaten varierar volymvikten från 625 kg/m

där inget additiv är tillsatt till nästan 655 kg/m

där störst mängd harts är tillsatt. Bulkdensitetens test 2 visar högre densitet än vad test 3 gör men om man tar hänsyn till standardavvikelsen så kan test 3 variera mellan 637-649 kg/m

. Test 3 kan alltså både vara lägre eller högre än test 2. Studerar man figur 6 helhetsmässigt så visar testerna en uppåtgående trend och antagligen kommer trenden fortsätta öka med ökad mängd additiv. Bulkdensiteten påverkar i regel inte pelletsens kvalité men det är viktigt då förbränningsutrustningen hos hushållsanvändarna oftast är inställda på en viss volym. Får man då olika bulkvikter på pelletsen beroende på leverantör så kommer den högre bulkvikten antagligen ge mer energi än vad den lägre. Det är dock inte säkert att den högsta bulkvikten ger det högsta värmevärdet då det är fler parametrar som spelar roll. Additiv, fukthalt och andel aska är några exempel som kan variera beroende på pelletsens uppbyggnad (ÄFAB 2004). Figur 8 visar energianvändningen i pelletspressen. Test 2 och 3 sticker ut i jämförelse med de tre andra testen och det kan bero på att harts har hög viskositet vilket ökar friktionsmotståndet i matrisen. Sedan i test 4 och 5 kan de vara så att mer harts i pelletsen har gett en smörjande effekt vilket medför en lägre energianvändning då pelletsen trycks lättare igenom matrisen. Om man enbart kollar på energianvändningen för harts så krävs det minst energi att producera pellets utan additiv.

Terpener

Figur 9 visar bulkvikten vid tillsättning av terpener som additiv. Bulkdensiteten är som högst vid test 1 och 2 där inget additiv är tillsatt sedan minskar det vid ökad mängd terpener.

Terpenerna försämrar bulkdensiteten och om man skulle tillsätta mer additiv skulle troligen bulkdensiteten minska ytterligare. Överlag klarar alla terpentesterna den svenska standarden.

Det är inte enbart bulkdensiteten som försämras vid ökad mängd terpener utan även hållfastheten. Terpenerna gör så att pelletsen innehåller en större mängd fina partiklar, det kan bero på att terpenerna inte har lika bra bindningsegenskaper som hartsen har.

Energianvändningen minskar vid tillsättning av terpener, se figur 6. En anledning till att energianvändningen minskar kan vara att terpener har låg viskositet vilket ger en smörjande effekt och gör att pelletsen trycks lättare genom pelletsmatrisen (Granström 2009).

Tabell 6 visar fukthalterna för pellets med terpener som additiv. Där kan man se att vid ökad mängd terpener sjunker fukthalten. Det är på grund av att det inte enbart är vatten som förångas under körninginen utan också terpener. Som det tidigare har nämnts i 1.3.2 Terpener så är terpenerna lättflyktiga ämnen vilket visar att resultatet stämmer.

Harts och terpener

Test 7 i figur 9,10 och 11 visar en blandning mellan harts och terpener. Hållfastheten ökade 3

% i jämförelse med de andra testen för terpener. Jämför man sedan test 7 med figur 1 och 2

där harts är tillsatt ses det att hållfastheten är lägre för testerna med enbart harts. Antagligen är

hartsens positiva effekter större än terpenernas negativa effekter och ger i kombination en

högre hållfasthet. Bulkdensiteten minskade något men är fortfarande godkänd inom svenska

standarder. Överlag visar test 7 mest lovande resultat.

14 Felkällor

Noll-proven för både harts och terpener borde inte skilja sig då sågspånet är hämtat från samma fabrik. Dock är indelningen grov och det går inte exakt veta om sågspånen innehåller 80 eller 90 % gran och resterande mängd tall. Anläggningen i Grums är gjord för gran och därför är andelen gran större. Det går inte enbart att använda gran då fabriken får in både gran och tall beroende på vad som kan köpas upp. Sågspånet kan ha haft olika andelar gran och tall vid de olika körningarna vilket kan ha gett missvisande resultat. En annan orsak till varför variationerna är så stora mellan noll-proven är på grund av att harts noll-prov inte gick som planerat då fukthalten minskade till 5-6 % under produktionen, se tabell 5. Minskningen av fukthalten kan ha berott på många olika parametrar men troligtvis var det matrisen som blev för varm vilket gjorde att en del fukt i sågspånet förångades bort. Det gjorde att hållfastheten blev sämre då pelletsen smulade sönder lättare. Hållfastheten för noll-provet vid hartskörningen är ca 82 % medan terpenkörningens noll-prov är 93,5 % vilket är en skillnad på över 10 % . Terpentinoljan rördes ner i sågspånet och eftersom det var en stor mängd sågspån kan fördelningen av oljan blivit ojämn trots att blandningen fick verka tills sågspånet sugit upp all vätska. Detta kan ha gjort att mängderna in i doseraren inte riktigt stämmer trots att väntade i 10 minuter innan provtagningarna så att stationära förhållanden erhölls med den nya tillsatsen.

Test 3 och 4 för terpenkörningarna visar möjligtvis felaktiga resultat då den tillsatta spånblandningen kan ha hakat upp sig mellan de olika körningarna. Det innebär att de inte innehöll den exakta procentsatsen av terpener utan en mindre mängd då skruven ej var full med den nya spånblandningen. Det påverkar resultatet då kvaliteten på pelletsen skulle varit sämre än vad resultaten visar.

Torrviktsmetoden användes för att bestämma fukthalten på sågspånet, se beskrivning i metoden. Det är en vanlig metod men den tar endast hänsyn till att det bara är vatten som avgår under torkningen i ugnen. Det är inte sant då terpener också avgår. Det gör att fukthaltsbestämning inte är helt korrekt då körningarna med terpener som additiv förångas och antagligen visar resultatet en högre fukthalt på pelletsen än vad den egentligen är.

I den här studien har det ej tagits hänsyn till torkning av sågspån. Ett sätt att spara energi är att inte övertorka sågspånet. Sågspånet som användes hade för låg fukthalt för att kunna pelletera en bra pellets. För att öka fukthalten behövdes vatten tillsättas vilket är slöseri på energi.

Som tidigare nämts i inledningen om Ståhl et al:s studie (2011) ökar hållfastheten med ökad mängd stärkelse även energianvändningen för pelletspressen minskar. Det är bättre resultat än vad harts som additiv visar i denna undersökning. Men om producenterna mot förmodan tar till sig detta och vill börja producera pellets med harts additiv är det störst lönsamhet att tillsätta 0,5 % harts då störst effekt fås redan vid första tillsättningen. I pelletsen med 0,5 % harts sker en ökning med 3 % i bulkdensitet och hållfastheten ökar med cirka 10 %. Sedan när man tillsätter mer additiv sker inte en lika stor ökning. Tittar man däremot på energianvändningen vid 0,5 % additiv så ökar den med 3 % så det finns både fördelar och nackdelar. Frågan som producenterna får ställa sig är om det är värt att öka bulkdensiteten och hållfastheten vid tillsättning av harts då både additivet kostar och att det ger en ökad energianvändning?

Forsätta studier

15

I denna undersökning har det enbart studerats additivens påverkan på kvaliteten och energianvändningen. Det som inte har undersökts är hur additiven påverkar pelletsen vid förbränning.

När det gäller körningarna så kan det vara intressant att utreda följande:

 Undersöka olika blandningar av harts och terpener

 Testa en flytande form av harts

16

5. Slutsats

Resultatet visar att kvaliteten på pelletsen förändras med hjälp tillsättning av harts och

terpener som additiv. Det var endast kombinationen av både harts och terpener som additiv,

test 7, som visade hög kvalitet och minskad energianvändning.

17

6. Referenser

Berghel, J., Frodeson, S., Granström, K., Renström, R., Ståhl, M., Nordgren, D. & Tomani, P.

(2013). The effects of kraft lignin additives on wood fuel pellet quality, energy use and shelf life Karlstad: Karlstads universitet

Berghel, J., Frodeson, S., Granström, K., Renström, R. & Ståhl, M. (2011b). Tillsatser som kvalitetshöjare för pellets. Karlstad: Karlstads universitet.

Ekobyggportalen (2015). Vad är terpentin?.

http://www.ekobyggportalen.se/2015/02/vad-ar-terpentin/ [2016-05-15]

Ekonomifakta (2015). Energitillförsel- internationellt.

http://www.ekonomifakta.se/Fakta/Energi/Energibalans-

internationellt/Energitillforseln/?graph=/1347/all/all/ [2016-06-07]

Eu-upplysningen (2016). Klimatmål för att stoppa global uppvärmning.

http://www.eu-upplysningen.se/Om-EU/Vad-EU-gor/Miljopolitik-i-EU/Klimatmal-for-att- stoppa-global-uppvarmning/ [2016-05-15]

Frodeson, S., Berghel, J. (2011). Konditionering av råvara före pelletering. Karlstad:

Karlstads universitet.

Frodeson, S., Berghel, J. & Renström, R. (2013). The Potential of Using Two-Step Drying Techniques for Improving Energy Efficiency and Increasing Drying Capacity in Fuel Pellet Industries. Drying Technology, 31(15), s.1863-1870.

Granström, K. (2009). Kolväten från träbränsleindustrin- sågverk, trätorkar och pelletspressar Karlstad: Karlstads unversitet

Lehtikangas, P. (1999). Lagringshandbok för trädbränslen. 2:a upplagan. Uppsala: Sveriges Lantbruksuniversitet.

Lidingö Stad (u.å.). Elda rätt med ved, flis och pellets.

http://lidingo.se/download/18.193251cd1307ad8ba018000228/1394473222212/A4+Vedeldni ng.pdf [2016-06-07]

Mafa (2013). Pelletsinformation.

http://www.mafa.se/?page_id=2475 [2016-05-15]

Niklasson, J. (2015). Utsläpp av flyktiga organiska ämnen vid torkning av sågspån i en pneumatisk tork. Karlstad: Karlstads universitet. (Examensarbete inom fakulteten för hälsa, natur- och teknikvetenskap. Miljö- och energisystem).

Skogssverige (2002). Vad består trä kemiskt av?.

http://www.skogssverige.se/vad-bestar-tra-kemiskt-av [2016-05-15]

Skogssverige (1998). Vad är kåda?.

http://www.skogssverige.se/vad-ar-kada [2016-05-15]

18 Skogssverige (u.å.). Vad är lignin och cellulosa?.

http://www.skogssverige.se/vad-ar-lignin-och-cellulosa[2016-05-20]

Ståhl, M. & Berghel J. (2011). Energy efficient pilot-scale production of wood fuel pellets made from raw material mix including sawdust and rapeseed cake Karlstad: Karlstads universitet

Svensk energi (2012). Hur mycket koldioxid medför din elanvändning?

http://www.svenskenergi.se/Elfakta/Miljo-och-klimat/Klimatpaverkan/Hur-mycket-koldioxid- medfor-din-elanvandning/[2016-06-08]

Renfuel (2016). Teknik.

http://renfuel.se/teknik/ [2016-05-23]

ÄFAB (2004). Pelletskvaliteten varierar stort.

http://www.afabinfo.com/pdf_doc/rapporter/Pellets_testART.pdf [2016-05-21]