Rola biomasy toryfikowanej na rynku tradycyjnych paliw kopalnych

• Autorzy: Poskart A. , Szwaja S. , Magdziarz A. , Musiał D. , Zajemska M.

Warianty tytułu

EN

The role of torrefied biomass on the market of traditional fossil fuels

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Z uwagi na fakt, iż produkcja energii z biomasy wiąże się z występowaniem pewnych barier technologicznych, w szczególności w układach bezpośredniego jej współspalania z węglem, w ostatnich latach przedmiotem zainteresowania wielu naukowców stały się metody poprawiające jej właściwości energetyczne. Jedną z bardziej obiecujących metod waloryzacji biomasy jest toryfikacja. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań wpływu toryfikacji prowadzonej w atmosferze CO2 w zakresie temperatury od 250 do 350°C na właściwości energetyczne ślazowca pensylwańskiego. Badania przeprowadzono w reaktorze śrubowym, służącym do toryfikacji ciągłej. Otrzymane karbonizaty (tzw. biowęgiel) poddano analizie elementarnej (zawartość pierwiastków C, H, N) oraz technicznej, tj. oznaczono zawartość wilgoci, popiołu i części lotnych oraz wyznaczono ciepło spalania i wartość opałową. Wyniki badań wykazały, że proces toryfikacji przyczynił się do wzrostu wartości opałowej o około 39% (od 16,1 MJ/kg do 22,4 MJ/kg) i zawartości pierwiastka węgla o około 28% (od 45,9% do 58,6%), podczas gdy zawartość wilgoci uległa zmniejszeniu o 63% (od 9,4 do 3,4%). Przeprowadzone analizy potwierdziły, że toryfikacja ślazowca pensylwańskiego, w szczególności w temperaturze 350°C może w znacznym stopniu poprawić jego właściwości fizykochemiczne, a tym samym doprowadzić do uzyskania dobrej jakości surowca do celów energetycznych, stanowiącego alternatywę dla tradycyjnych paliw kopalnych.

EN

Due to the fact that the energy production from biomass is associated with certain technological barriers, in particular in the systems of its direct co-combustion with coal, in recent years methods of improving its energy properties have become the subject of interest of many scientists. One of the more promising methods of biomass valorization is torrefaction, involving drying at a temperature of 200 to 350°C in an inert atmosphere. This paper presents the results of studies on the impact of torrefaction carried out in the atmosphere of CO2 in the temperature range from 250 to 350°C on the energy properties of Virginia mallow. The research were carried out in a screw conveyor reactor for continuous torrefaction. The samples of obtained biochars were subjected to elemental analysis (content of C, H, N). The physicochemical properties were also evaluated, i.e. the calorific value, moisture content, ash content and volatiles fractions were determined. The research showed that as a result of torrefaction, the heating value increased by approx. 39% (from 16.1 MJ/kg to 22.4 MJ/kg) and the carbon content by approx. 28% (from 45.9% to 58, 6%), while the moisture content was reduced by 61% (from 9.4 to 3.6%). The carried out analyzes confirmed that torrefaction of Virginia mallow performed in particular at temperature of 350°C can significantly contribute to improving its physicochemical properties, and thus to obtain a good quality raw material for energy purposes, which is an alternative to traditional fossil fuels.

Słowa kluczowe

PL

toryfikacja; ślazowiec pensylwański; uwęglanie biomasy; analiza chemiczna

EN

torrefaction; virginia mallow; biomass carbonization; chemical analysis

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2018
• Tom: Nr 1
• Strony: 65--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Poskart A.

• doktorantka na Wydziale Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Politechniki Częstochowskiej

autor

Szwaja S.

• Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki Politechniki Częstochowskiej

autor

Magdziarz A.

• Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

autor

Musiał D.

• Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Politechniki Częstochowskiej

autor

Zajemska M.

• Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów Politechniki Częstochowskiej

Bibliografia

• [1] Anukam A. Mamphweli S., Reddy P., Okoh O., Meyer E.: An Investigation into the Impact of Reaction Temperature on Various Parameters during Torrefaction of Sugarcane Bagasse Relevant to Gasification, Journal of Chemistry, 2015, vol. 2015, pp. 1-12.
• [2] Arias B, Pevida C., Fermoso J., Plaza M.G., Rubiera F., Pis J.J.: Influence of torrefaction on the grindability and reactivity of woody biomass, Fuel Processing Technology 2007, vol. 89, pp. 169–175.
• [3] Azri Sukiran M., Abnisa F., Ashri Wan Dauda W. M., Abu Bakar N., Kheang Lohb S.: A review of torrefaction of oil palm solid wastes for biofuel production, Energy Conversion and Management 2017, vol. 149, pp. 101–120.
• [4] Huang Y. F., Sung H. T., Chiueh P. T., Lo Sh. L.: Co-torrefaction of sewage sludge and leucaena by using microwave heating, Energy 2016 vol. 116, pp. 1–7.
• [5] Huang Y. F., Sung H. T., Chiueh P. T., Lo Sh. L.: Microwave torrefaction of sewage sludge and leucaena, Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 2017, vol. 70, pp. 236–243.
• [6] International Energy Agency: World energy outlook 2017, https://www.iea.org/weo2017/
• [7] Iroba K.L., Baik O., Tabil L. G.: Torrefaction of biomass from municipal solid waste fractions I: Temperature profiles, moisture content, energy consumption, mass yield, and thermochemical properties, Biomass and Bioenergy 2017, vol. 105, pp. 320–330.
• [8] Klinger J., Bar-Ziv E., Shonnard D.: Unified kinetic model for torrefaction-pyrolysis, Fuel Processing Technology 2015, vol. 138, pp. 175–183.
• [9] Kopczyński M., Lasek J. A., Iluk A., Zuwała J.: The co-combustion of hard coal with raw and torrefied biomasses (willow (Salix viminalis), olive oil residue and waste wood from furniture manufacturing), Energy 2016, vol. 140, pp. 1316-1325.
• [10] Kopczyński M., Zuwała, J.: Toryfikacja biomasy drogą do eliminacji barier technologicznych wielkoskalowego jej współspalania, Polityka Energetyczna 2013, tom 16, z. 4, s. 271–284.
• [11] Li M.F. Chena L. X., Li X., Chena Ch. Z., Lai Y. Ch., Xiao X., Wua Y. Y.: Evaluation of the structure and fuel properties of lignocelluloses through carbon dioxide torrefaction, Energy Conversion and Managment 2016, vol. 119, pp. 463–472.
• [12] Maciejewska A., Veringa H., Sanders J., Peteves S.D.: Co-firing of biomass with coal: constraints and role of biomass pre-treatment 2006, DG JRC Institute for Energy, ISSN 1018-5593.
• [13] Matali S., Rahman N.A., Idris S.S., Yaacob N., Alias A.B.: Lignocellulosic Biomass Solid Fuel Properties Enhancement via Torrefaction, Procedia Engineering 2016, vol. 148, pp. 671–678.
• [14] Nam S.B., Park Y. S., Kim D. J., Gu J. H.: Torrefaction Reaction Characteristic of Various Biomass Waste on Pilot Scale of Torrefaction Reaction System, Procedia Environmental Sciences 2016, vol. 35, pp. 890–894.
• [15] Ohm T.I. , Chae J. S., Kim J. K., Oh S. Ch.: Study on the characteristics of biomass for co-combustion in coal power plant, J Mater Cycles Waste Managment 2015, vol. 17, pp. 249–257.
• [16] Pach M., Pach M., Zanzi R., Björnbom E.: Torrefied biomass a substitue for wood and charcoal, 6th Asia-Pacific Internatioonal Symposium on Combustion Energy Utilization 20 May 2002, pp. 1-6.
• [17] Poskart A., Szwaja S.: Karbonizat ślazowca pensylwańskiego jako paliwo do kotłów węglowych c.o., Rynek Energii 2016, nr 6, s.104–108.
• [18] Rago Y.P. , Surroop D., Mohee R.: Assessing the potential of biofuel (biochar) production from food wastes through thermal treatment, Bioresource Technology 2018, vol. 248, pp. 258-264.
• [19] Roszkowski A.: Biomasa i bioenergia – bariery technologiczne i energetyczne, Problemy Inżynierii Rolniczej 2012, nr 3, z. 77, s. 79–100.
• [20] Główny Urząd Statystyczny: Energia ze źródeł odnawialnych w 2016 r., Warszawa 2017, https://stat.gov.pl/obszary-tematyczne/srodowisko-energia/energia/energia-ze-zrodel-odnawialnych-w-2016-roku,3,11.html
• [21] Szufa S.: Sposoby konwersja biomasy w celu poprawy jej właściwości paliwowych, rozdział w poradniku „Wentylacja, klimatyzacja, ogrzewanie” pod redakcją prof. dr hab. inż. T. R. Fodemskiego 2012, Dashofer Verlag, ISBN 83-88285-86-6.
• [22] Szwaja S., Magdziarz A., Zajemska M., Poskart A., Musiał D.: Virginia mallow as an energy crop – current status and energy perspectives. In: SEED 2017: International Conference on the Sustainable Energy and Environment Development. Kraków 2017, pp. 224.
• [23] Uemura Y., Omar W., Tsutsui T., Subbarao D., Yusup S.: Relationship between calorific value and elementary composition of torrefied lignocellulosic biomass, Journal of Applied Sciences 2010, vol. 10, issue 24, pp. 3250–3256.
• [24] Uemura Y., Omar W.N., Tsutsui T., Yusup S.: Torrefaction of oil palm wastes, Fuel 2011, vol. 90, pp. 2585–2591.
• [25] Uslu A., Faaij A.P.C., Bergman P.C.A.: Pre-treatment technologies, and their effect on international bioenergy supply chain logistics. Techno-economic evaluation of torrefaction, fast pyrolysis and pelletisation, Energy 2008, vol. 33, pp. 1206–1223.
• [26] Wang L. , Barta-Rajnaib E., Skreiberga Ø., Khalila R., Czégényb Z., Jakabb E., Bartac Z., Grønli M.: Impact of Torrefaction on Woody Biomass Properties, Energy Procedia 2017, vol. 105, pp. 1149–1154.
• [27] Wilk M., Magdziarz A.: Hydrothermal carbonization, torrefaction and slow pyrolysis of Miscanthus giganteus, Energy 2017, vol. 140, pp. 1292-1304.
• [28] Zuwała J., Kopczyński M., Robak J.: Ocena efektywności techniczno-ekonomicznej sprzężonego układu toryfikacja – peletyzacja – współspalanie biomasy, Polityka Energetyczna - Energy Policy J. 2014, nr 17, s. 147–158.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).