Torrefioimalla käsitellyn puun varastoinnissa liukenevat yhdisteet

Abstract

Torrefiointi on uusi tapa käsitellä biomassaa. Torrefioitua biomassaa voidaan käyttää korvaaman fossiilisia polttoaineita korkealaatuista polttoainetta vaativissa voimalaitoksissa, joissa perinteisten biopolttoaineiden laatu ei riitä. Torrefiointi lisää biomassan energiatiheyttä ja tehollista lämpöarvoa merkittävästi. Kasvanut energiatiheys alentaa myös kuljetuskustannuksia verrattuna muihin biopolttoaineisiin. Tämän vuoksi torrefoidusta biomassasta, erityisesti torrefioiduista puupelleteistä on kaavailtu kivihiilen korvaavaa polttoainetta pölypolttolaitoksissa. Torrefioitujen puupellettien varastoitavuuden ja kosteuden keston oletetaan olevan tavallisia puupellettejä parempi, jolloin niitä voitaisiin myös varastoida ulkovarastossa. Ulkovarastoinnissa syntyy varastokasojen hulevesiä ja torrefoitujen materiaalien hulevesien laatua on tutkittu vain vähän. Työn kirjallisuusosa sisältää yleiskatsaukset torrefioidun polttoaineen valmistukseen ja käyttöön, kiinteiden polttoaineiden varastointiin ja niiden ympäristövaikutusten arviointiin sekä liukoisuustestien suorittamiseen. Työn kokeellisessa osassa torrefioidun biomassan hulevesien laatua arvioitiin liukoisuuskokeiden avulla ja vertailumateriaalina liukoisuustesteissä käytettiin perinteisistä polttoaineista, purua ja kivihiiltä. Liukoisuustestinä käytettiin yksinkertaista ravistelutestiä, josta saatiin näytteet liukoisten ominaisuuksien (pH, johtokyky, kemiallinen hapenkulutus, liukoinen hiili ja molekyylikokojakauma) määrittämiseen. Lisäksi tässä työssä arvioitiin jäätymisen ja sulamisen vaikutusta torrefioitujen pellettien liukoisuusominaisuuksiin. Liukoisuustestien tuloksista pääteltiin, että tavallisen ja torrefioidun purun ravistelutestissä irtoavan aineksen välillä ei juuri ole eroja määritetyissä ominaisuuksissa. Torrefioitujen pellettien jäätymisellä ja sulamisella ei ollut vaikutusta mitattuihin ominaisuuksiin liukoisuuskokeissa. Yleisesti puupohjaisten materiaalien liukoisuustestauksien ominaisuuksissa havaittiin alhainen pH-arvo ja korkea johtokyky. Kemiallinen hapenkulutus oli suurta ja orgaanisen hiilen pitoisuus oli tähän verrattuna vähäisempää. Liukoisuustestissä torrefioiduista pelleteistä liuenneilla orgaanisilla yhdisteillä havaittiin olevan pieni molekyylikoko, <500 Daltonia. Kivihiilen näytteillä havaittiin korkea pH-arvo ja johtokyky, mutta alhainen kemiallinen hapenkulutus, noin puolet puupohjaisten materiaalien hapenkulutuksesta. Myös orgaanisen hiilen pitoisuus oli puupohjaisiin materiaaleihin verrattuna alhainen noin kolmasosa. Tässä tutkimuksessa ei testattu tarkemmin liuenneiden aineiden koostumusta, joka on hyvä jatkotutkimuksen aihe. Tuloksia arvioitaessa tulee huomioida se, että liukoisuustestaukset laboratorio-olosuhteissa eivät anna täydellistä kuvaa todellisissa varastointiolosuhteissa tapahtuvasta liukoisuudesta ja tältä osin tarvitaan lisätestauksia paremman kokonaiskuvan saamiseksi.

Torrefaction is a new way of processing biomass. It increases biomass energy density and effective heating value significantly. Torrefied biomass can be used to replace fossil fuels in facilities that demand high quality fuel, where the quality of conventional biofuels is insufficient. Increased energy density also lower transport cost compared to other biofuels. This is why torrefied biomass especially torrefied wood pellets is expected to replace goal as a fuel in goal power plants. The storage characteristics of torrefied wood pellets are expected to be superior to wood pellets in terms of moisture resistance. This would enable torrefied pellets to be stored outside. In outside storage there’s leachate water from storage piles. In case of torrefied materials there isn’t much research on the aspects of the leachate. The quality of leachate was evaluated with solubility tests and studying the literature and comparing those to conventional fuels like wood dust and goal. The solubility test used was simple shake test. Based on literature the important parameters in leachate are chemical oxygen demand, soluble organic carbon, pH and conductivity. In addition it was tried to qualify does freezing and melting affect the solubility of torrefied pellets. Based on the result of the solubility tests it was determined that there’s little to no difference between ordinary and torrefied wood in the measured parameters. In the case of torrefied pellets the freezing melting cycle doesn’t seem to affect the measured parameters. In general in the solubility tests of woody materials low pH and high conductivity was discovered. Also they had high values in chemical oxygen demand but smaller values of soluble organic carbon in comparison. Soluble organic compounds from torrefied pellets had low molecular weight. In coal high pH and conductivity, low chemical oxygen demand and soluble organic carbon were detected. These were half and third of the values observed in woody materials. In this study there was no detailed analysis of the composition of soluble compounds and that is a good subject for further study. In addition it must be noted that the solubility test don’t necessary offer the most realistic view of the storage conditions and further testing is needed in that.