Assessment of the susceptibility of biomass to attempts at improving the durability of pellets

• Autorzy: Markowski Jarosław

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.12.11

Warianty tytułu

PL

Ocena podatności biomasy na próby poprawy wytrzymałości mechanicznej pelletów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the research was to determine one of the most important parameters of solid biomass fuel – mechanical strength – which is a measure of its resistance to conditions during transport and storage. For this purpose, five types of biomass were used in order to assess their susceptibility to an attempt at improving the durability of pellets produced from this biomass: pine sawdust, rapeseed cakes, flax cakes, rapeseed meal, and wheat bran. The organic and inorganic substances which were used as additives to improve the durability of the pellets included water glass, sugar, potato starch, calcium oxide, and calcium lignosulphonate. The durability tests were performed according to the PN-EN ISO 17831 method. The results of these tests showed that the biomass that is best for additizing is sawdust, though it only shows higher durability with the addition of selected additives. In the case of other types of biomass, it makes no sense to use any of the above-mentioned additives during the pelleting process. On the other hand, sugar and calcium lignosulphonate turned out to be the most efficient additives in terms of improving durability. Organic substances proved to be more efficient additives than inorganic substances. Measurements of the bulk density of the tested materials and the resulting pellets were also performed in order to determine the feasibility of the production of pellets. In the case of linseed cake and rapeseed meal, the increase in bulk density was so low that it did not justify the financial expenses necessary in this process.

PL

W ramach przeprowadzonych badań stałego paliwa biomasowego dokonano oceny jednego z najważniejszych parametrów tego typu paliw – wytrzymałości mechanicznej, będącej miarą odporności na warunki panujące w trakcie transportu i przechowywania paliwa. W celu dokonania oceny podatności wybranych typów biomasy na próbę poprawy wytrzymałości mechanicznej uzyskanych z tej biomasy pelletów wykorzystano 5 rodzajów biomasy: trociny sosnowe, makuchy rzepakowe, makuchy lniane, śrutę rzepakową i otręby pszenne. Jako dodatki poprawiające wytrzymałość mechaniczną pelletów zastosowano substancje organiczne i nieorganiczne: szkło wodne, cukier, skrobię ziemniaczaną, tlenek wapnia i lignosulfonian wapnia. Badania wytrzymałości przeprowadzono według metody PN-EN ISO 17831. Wyniki tych badań wykazały, że biomasa, która najlepiej poddaje się uszlachetnieniu, to trociny – tylko one wykazują wyższą wytrzymałość mechaniczną po zastosowaniu wybranych dodatków uszlachetniających. W przypadku pozostałych rodzajów biomasy nie ma sensu stosowania w procesie pelletyzacji żadnego z wyżej wymienionych dodatków. Natomiast najskuteczniejszymi dodatkami poprawiającymi wytrzymałość mechaniczną, spośród badanych w tym projekcie, były cukier i lignosulfonian wapnia. Substancje organiczne okazały się skuteczniejszymi dodatkami niż substancje nieorganiczne. Najlepszą kombinacją biomasy i dodatków w badaniu były trociny z dodatkiem cukru lub lignosulfonianu wapnia – pomijając wynik otrzymany dla nieuszlachetnionych makuchów rzepakowych, takie kombinacje uzyskały dwa najlepsze wyniki pomiarów wytrzymałości. Przeprowadzono również pomiar gęstości nasypowej badanych surowców i otrzymanych pelletów w celu określenia celowości produkcji pelletów. W przypadku makuchów lnianych i śruty rzepakowej przyrost gęstości nasypowej był tak niski, że nie uzasadniało to poniesienia niezbędnych w tym procesie nakładów finansowych. Również wyniki pomiaru wytrzymałości mechanicznej otrzymanych z tych rodzajów biomasy pelletów były najgorsze spośród wszystkich badanych biomas, co dodatkowo podważa sens produkcji pelletów z takich surowców.

Słowa kluczowe

EN

biomass; pellet; mechanical strength; bulk density; durability

PL

biomasa; pellet; wytrzymałość mechaniczna; gęstość nasypowa

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 12
• Strony: 965--968
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz.

Twórcy

autor

Markowski Jarosław

• Oil and Gas Institute – National Research Institute

Bibliografia

• Abedi A., Cheng H., Dalai A.K., 2018. Effects of Natural Additives on the Properties of Sawdust Fuel Pellets. Energy & Fuels, 32: 1863–1873. DOI: 10.1021/acs.energyfuels.7b03663.
• Ahn B.J., Chang H., Lee S.M., 2014. Effect of binders on the durability of wood pellets fabricated from Larix kaemferi C. and Liriodendron tulipifera L. sawdust. Renewable Energy, 62: 18–23. DOI: 10.1016/j.renene.2013.06.038.
• Briggs J.L., Maier D.E., Watkins B.A., 1999. Effects of ingredients and processing parameters on pellet quality. Poultry science, 78: 1464–1471. DOI: 10.1093/ps/78.10.1464.
• Central Statistical Office, 2019. Energy from renewable sources in 2018. <stat.gov.pl/en/topics/environment-energy/energy/energy-fromrenewable-sources-in-2018,3,9.html> (access: 24.04.2020).
• Cheng J., Zhou F., Si T., 2018. Mechanical strength and combustion properties of biomass pellets prepared with coal tar residue as a binder.
• Fuel Processing Technology, 179: 229–237. DOI: 10.1016/j.fuproc.2018.07.011.
• Chin O.C., Siddiqui K.M., 2000. Characteristics of some biomass briquettes prepared under modest die pressures. Biomass and Bioenergy, 18: 223–228. DOI: 10.1016/j.biombioe.2009.07.011.
• de Wit M., Faaij A., 2010. European biomass resource potential and costs. Biomass Bioenergy, 34: 188–202.
• Hamelinck C.N., Faaij A.P.C., 2006. Outlook for advanced biofuels. Energy Policy, 34: 3268–3283. DOI: 10.1016/j.enpol.2005.06.012.
• Hejft R., 2013. Innowacyjność w granulowaniu biomasy. Czysta energia, 6: 130, 32–34.
• How much is 1 kWh?, 2018 Summary of costs for obtaining 1 kWh from various energy sources. <http://www.pieniadzepodkontrola.pl/ilekosztuje-kwh-kilowatogodzina-zestawienie-kosztow-uzyskania-1kwh-z-roznych-zrodel-energii> (access: 24.06.2020).
• Huang W.D., Zhang Y.P., 2011. Energy efficiency analysis: biomass-to-wheel efficiency related with biofuels production, fuel distribution, and powertrain systems. PLoS One, 6: e22113. DOI: 10.1371/journal.pone.0022113.
• Kalembasa D., 2017. Ecological fuel from vegetal biomass for ovens. Patent PL 224648.
• Klimiuk E., Pawłowska M., Pokój T., 2012. Biopaliwa. Technologie dla zrównoważonego rozwoju. Wyd. Naukowe PWN, Warszawa.
• Kołodziej B., Matyka M., 2012. Odnawialne źródła energii. Rolnicze surowce energetyczne. Wyd. PWRiL, Poznań.
• Kong L., Tian S.H., Li Z., 2013. Conversion of recycled sawdust into high HHV and low NOx emission bio-char pellets using lignin and calcium hydroxide blended binders. Renewable energy, 60: 559–565. DOI: 10.1016/j.renene.2013.06.004.
• Kowalik S., 2010. Energy briquettee. Patent PL 207093.
• Li W., Jiang Y., Rao S., 2018a. Parameter optimization of corn stover blended with sawdust and sodium lignosulphonate compression experiments. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 34: 198–203. DOI: 10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.027.
• Li W., Jiang Y., Yin X., 2018b. Characterization of Hydrolysis Lignin Bonding Properties During the Pelletization of Eucalyptus Sawdust, Waste Biomass Valorization, 1–9.
• Marrero T.R., 1999. Theory and application of binders: an update. Proceedings of Institute for Briquetting and Agglomeration (IBA), 26: 103–109.
• Mišljenović N., Čolović R., Vukmirović D., 2016. The effects of sugar beet molasses on wheat straw pelleting and pellet quality. A comparative study of pelleting by using a single pellet press and a pilot-scale pellet press. Fuel Processing Technology, 144: 220–229. DOI: 10.1016/j.fuproc.2016.01.001.
• Niedziołka I., Szpryngiel M., 2014. Możliwości wykorzystania biomasy na cele energetyczne. Inżynieria Rolnicza, 1: 155–164. DOI: 10.14654/ir.2014.149.017.
• Nikiema J., Cofie O., Asante‐Bekoe B., 2013. Potential of locally available products for use as binders in producing fecal compost pellets in Ghana. Environmental Progress & Sustainable Energy, 33: 504–511. DOI: 10.1002/ep.11790.
• Obernberger I., Thek G., 2004. Physical characterization and chemical composition of densified biomass fuels with regard to their combustion behavior. Biomass and Bioenergy, 27: 653–669. DOI: 10.1016/j.biombioe.2003.07.006.
• Obidziński S., 2012. Analysis of usability of potato pulp as solid fuel. Fuel Processing Technology, 94: 67–74. DOI: 10.1016/j.fuproc.2011.10.012.
• Obidziński S., Piekut J., Dec D., 2016. The influence of potato pulp content on the properties of pellets from buckwheat hulls. Renewable Energy, 87: 289–297. DOI: 10.1016/j.renene.2015.10.025.
• Peng J., Bi X.T., Lim C.J., 2015. Sawdust as an effective binder for making torrefied pellets. Applied Energy, 157: 491–498. DOI:10.1016/j.apenergy.2015.06.024.
• Pietsch W., 2002. Agglomeration processes – phenomena, technologies, equipment. Wyd. Wiley-VCH, Weinheim.
• Poland’s energy policy until 2030, 2009.
• <https://www.gov.pl/documents/33372/436746/DE_Zalacznik_nr_2_Prognoza_zapotrzebowania_na_paliwa_i_energie-ost.pdf/5d4cefd2-fd64-f871-a537-f93c19b342e2> (access: 24.06.2020).
• Tabil Jr. L.G., Sokhansanj S., Tyler R.T., 1997. Performance of different binders during alfalfa pelleting. Canadian Agricultural Engineering, 39: 17–23.
• Thomas M., van Vliet T., van der Poel A.F.B., 1998. Physical quality of pelleted animal feed 3. Contribution of feedstuff components. Animal Feed Science and Technology, 76: 59–78. DOI: 10.1016/S0377-8401(97)00072-2.
• Younis M., Alnouri S.Y., Abu Tarboush B.J., 2018. Renewable biofuel production from biomass: a review for biomass palletization, characterization and thermal conversion techniques. International Journal of Green Energy, 15: 837–863. DOI:
• 10.1080/15435075.2018.1529581.
• Legal and normative acts:
• CN/TS 15103: Solid Biofuels. Methods for determination of bulk density.
• Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC.
• PN-EN ISO 17831-1:2016-02 Solid biofuels – Determining the mechanical strength of pellets and briquettes – Part 1: Pellets.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).