Impact of Various Kinds of Straw and Other Raw Materials on Physical Characteristics of Pellets

• Autorzy: Kraszkiewicz A. , Kachel-Jakubowska M. , Niedziółka I. , Zaklika B. , Zawiślak K. , Nadulski R. , Sobczak P. , Wojdalski J. , Mruk R.

Warianty tytułu

PL

Wpływ rodzajów słomy i dodatków pochodzenia roślinnego na fizyczne cechy peletów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the results of a research on pelletizing different kinds of straw with admixture of rapeseed cake, soya bean hulls and spelt hulls. Obtained pellets were qualitatively assessed by examining: mechanical strength of the pellets, cutting and crushing strength, and basic physical characteristics. The results were compared with the ISO 17225-6:2014 quality standard in order to assess their suitability for industry. The results were statistically processed to determine the effects the particular admixtures and straw kinds had on the test parameters. The research testifies that moisture content of mixtures during the pelletizing process ranged between 9.0 and 13.65%, however pellets - 7.31-11.45%. The net calorific value of the produced pellets varied to a small extent (15.85-17.89 MJ·kg^-1). The lowest ash content was measured for pellet made of rye straw and soya bean hulls (4.06%), and the highest for pellet made of rapeseed straw and rapeseed cake (5.17%). The various kinds of straw with applied compounds do not affect the specific density of the pellets. However, the obtained bulk density varied. The pellets obtained from rapeseed straw with spelt hulls and rapeseed cake compounds had the lowest bulk density (380.9 kg×m^-3). Only the pellets made of soya bean hulls and rye straw, wheat straw and soya bean hulls, and the ones made of rapeseed straw and spelt hulls and based on rapeseed cake had bulk density > 500 kg×m^-3. The highest mechanical strength was measured for the pellets made of rapeseed straw with admixture of rapeseed cake and spelt hulls (95.9%), for which also the highest crushing strength (1222.2 N) and cutting strength (136.6 N) were obtained. Considering the analysed parameters, the pellets made of rapeseed straw with rapeseed cake and spelt hulls admixture received the lowest ratings. They were characterised by the lowest net calorific value (15.85 MJ·kg^-1), high moisture content (11.45%), low bulk density (390.8 kg×m^-3) and low mechanical strength (89.4%). Out of the examined pellets, the one made of rye straw and soy bean hulls had the highest net calorific value of 17.89 MJ·kg^-1 and received the highest ratings.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań nad peletowaniem różnych rodzajów słomy z dodatkiem makuchu rzepakowego, łuski sojowej i łuski orkiszowej. Uzyskane pelety poddano ocenie jakościowej badając: wytrzymałość mechaniczną peletów, siłę cięcia i zgniatania oraz podstawowe właściwości fizyczne. Otrzymane wyniki porównano z normą jakościową ISO 17225-6:2014 oceniając ich przydatność dla przemysłu. Wyniki opracowano statystycznie stwierdzając zależności wpływu dodatków i słomy na badane parametry. Z badań wynika, że wilgotność mieszanek w procesie peletowania mieściła się w przedziale od 9,0 do 13,65%, a peletów - 7,31-11,45%. Wartość opałowa otrzymanych peletów była zróżnicowana w niewielkim stopniu (15,85-17,89 MJ·kg^-1). Najmniejsza zawartość popiołu wyniosła dla peletu wytworzonego ze słomy żytniej i łuski sojowej (4,06%), a największa dla peletu ze słomy rzepakowej i makuchu rzepakowego (5,17%). Rodzaj słomy wraz z zastosowanymi dodatkami nie wpłynął na gęstość właściwą peletów. Otrzymano natomiast zróżnicowanie w gęstości nasypowej. Pelety uzyskane ze słomy rzepakowej z dodatkiem łuski orkiszowej i makuchu rzepakowego posiadały najniższą gęstość nasypową (380,9 kg×m^-3). Tylko pelety uzyskane ze słomy żytniej i łuski sojowej, słomy pszennej i łuski sojowej oraz pelety uzyskane ze słomy rzepakowej i łuski orkiszowej na bazie makuchu rzepakowego posiadały gęstość nasypową powyżej 500 kg×m^-3. Najwyższą wytrzymałość mechaniczną posiadały pelety, wytworzone ze słomy rzepakowej z dodatkiem makuchu rzepakowego i łuski orkiszowej (95,9%), dla których uzyskano również najwyższą odporność na ściskanie (1222,2 N) oraz siłę cięcia (136,6 N). Pod względem analizowanych parametrów najniżej oceniono pelety, wykonane ze słomy rzepakowej z dodatkiem makuchu rzepakowego i łuski orkiszowej. Posiadały one najniższą wartość opałową (15,85 MJ·kg^-1), wysoką wilgotność (11,45%), małą gęstość usypową (390,8 kg×m^-3) oraz wytrzymałość mechaniczną (89,4%). Najkorzystniejsze z ocenianych peletów okazały się pelety, ze słomy żytniej i łuski sojowej o najwyższej wartości opałowej 17,89 MJ·kg^-1.

Słowa kluczowe

EN

plant biomass; pellets; energetic properties; physical properties

PL

biomasa roślinna; pelety; cechy fizyczne; cechy energetyczne

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2017
• Tom: Tom 19
• Strony: 270--287
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Kraszkiewicz A.

• University of Life Sciences, Lublin

autor

Kachel-Jakubowska M.

• University of Life Sciences, Lublin

autor

Niedziółka I.

• University of Life Sciences, Lublin

autor

Zaklika B.

• University of Life Sciences, Lublin

autor

Zawiślak K.

• University of Life Sciences, Lublin

autor

Nadulski R.

• University of Life Sciences, Lublin

autor

Sobczak P.

• University of Life Sciences, Lublin

autor

Wojdalski J.

• Warsaw University of Life Sciences SGGW

autor

Mruk R.

• Warsaw University of Life Sciences SGGW

Bibliografia

• 1. Adapa, P.K., Tabil, L.G., Schoenau, G.J. & Sokhansanj, S. (2004). Pelleting characteristics of fractionated sun-cured and dehydrated alfalfa grinds. Applied Engineering in Agriculture, (20)6, 813-820.
• 2. Blaschke, T., Biberacher, M., Gadocha, S. & Schardinger, I. (2013). Energy landscapes: meeting energy demands and human aspirations. Biomass Bioenergy, 55, 3-16.
• 3. Callejón-Ferre, A.J., Velázquez-Martí, B., López-Martínez, J.A. & Manzano-Agügliaro, F. (2011). Greenhouse crop residues: energy potential and models for the prediction of their higher heating value. Renewable & Sustainable. Energy Reviews, 15, 948-955.
• 4. Caryalho, L., Wopierika, E., Pointner, C., Lundgren, J., Verma, V.K., Haslinger, W. & Schmidl C. (2013). Performance of a pellet boiler fired with agricultural fuels. Applied Energy, 104, 286-296.
• 5. Firrisa, M.T., van Duren, I. & Voinov, A. (2014). Energy efficiency for rapeseed biodiesel production in different farming systems. Energy Efficiency, 7(1), 79-95.
• 6. García-Maraver, V., Popov, V. & Zamorano, M. (2011). A review of European standards for pellet quality. Renew. Energy, 36, 3537-3540.
• 7. Hlavatá M., Čablíková L., Čablík V., Nowak A.K., Wzorek Z., Gorazda K., Serwatka K. (2014). Comparison of biomass and fossil fuels (Porównanie biomasy i paliw kopalnych). Przemysł Chemiczny, 6, 93, 893-896.
• 8. Ibrahim, H., Ilinca, A. & Perron, J. (2008). Energy storage systems – characteristics and comparisons. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 12(5), 1221-1250.
• 9. ISO 17225-6:2014. Solid biofuels – Fuel specifications and classes – Part 6: Graded non-woody pellets.
• 10. Kashaninejad, M., Tabil, L.G. & Knox, R. (2014). Effect of compressive load and particle size on compression characteristics of selected varieties of wheat straw grinds. Biomass Bioenergy, 60, 1-7.
• 11. Kuntal, J. & Sudipta, D. (2014). Biomass integrated gasification combined cogeneration with or without CO2 capture – A comparative thermodynamic study. Renew. Energy, 72, 243-252.
• 12. Liu, Z., Liu, X., Fei, B., Jiang, Z., Cai, Z. & Yu, Y. (2013). The properties of pellets from mixing bamboo and rice straw. Renew. Energy, 55, 1-5.
• 13. Liu, Z., Mia, B., Jianga, Z., Fei, B., Cai, Z. & Liu, X. (2016). Improved bulk density of bamboo pellets as biomass for energy production. Renew. Energy, 86, 1-7.
• 14. Lisowski A., Grela M., Sypuła M., Świętochowski A., Dąbrowska-Salwin M., Stepień W., Korupczyński R. (2015). Pellets and briquettes from fruit trees wood. Ann. Warsaw Univ. of Life Sci. – SGGW. Agricult. 66, 127-136.
• 15. Malowaniec B. (2016). European low-power renewable energy devices (Europejskie urządzenia małej mocy wykorzystujące odnawialne źródła energii). Przemysł Chemiczny, 3, 95, 512-518.
• 16. Mani, S., Tabil, L.G. & Sokhansanj, S. (2006). Effects of compressive force. particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses. Biomass Bioenergy, 30, 648-654.
• 17. Mc Kendry, P. (2002). Energy production from biomass (part 1): overview of biomass. Bioresource Technology, 83, 37-46.
• 18. Millili, G.P. & Schwartz, J.B. (2008). The strength of microcrystalline cellulose pellets: The effect of granulating with water/ethanol mixtures. Journal Drug Development and Industrial Pharmacy, 16(8), 1411-1426.
• 19. Niedziółka, I., Szpryngiel, M., Kachel-Jakubowska, M., Kraszkiewicz, A., Zawiślak, K., Sobczak, P. & Nadulski, R. (2015). Assessment of the energetic and mechanical properties of pellets produced from agricultural biomass. Renew. Energy, 76, 312-317.
• 20. Obidziński, S., Piekut, J. & Dec, D. (2016). The influence of potato pulp content on the properties of pellets from buckwheat hulls. Renew. Energy, 87, 289-297.
• 21. Piecuch, T. (2010). Termiczna utylizacja odpadów. Rocznik Ochrona Środowiska, 2, 11-37.
• 22. Serrano, C., Monedero, E., Lapuerta, M. & Portero, H. (2011). Effect of moisture content. particle size and pine addition on quality parameters of barley straw pellets. Fuel Process. Technology, 92, 699-706.
• 23. Shawa, M.D., Karunakaranb, C. & Tabila, L.G. (2009). Physicochemical characteristics of densified untreated and steam exploded poplar wood and wheat straw grinds. Biosystems Engineering, 103(2), 198-207.
• 24. Ståhl, M. & Berghel, J. (2011). Energy efficient pilot-scale production of wood fuel pellets made from a raw material mix including sawdust and rapeseed cake. Biomass and Bioenergy, 35(12), 4849-4854.
• 25. Starek, A., Kośko, M., Zarajczyk, J., Kowalczuk, J., Tatarczak, J., Zawiślak, K., Sobczak, P., Mazur, J. & Szmigielski, M. (2014). Wpływ rodzaju surowca i parametrów roboczych granulatora nowej konstrukcji na odporność peletów na ściskanie. Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych, 578, 121-129.
• 26. Sypuła, M., Lisowski, A., Chlebowski, J., Nowakowski, T., Strużyk, A. (2010). Bulk density of chopped material of energetic plants. Annals of WarsawUniversity of Life Sciences – SGGW. Agricult., 56, 29-37.
• 27. Theerarattananoon, K., Xu, F. & Wilson, J. (2011). Physical properties of pellets made from sorghum stalk, corn stover, wheat straw, and big bluestem. Industrial Crops and Products, 33(2), 325-332.
• 28. Uesu, N.Y., Winkler, E.A.G. & Hechenleitner, A.A. (2000). Microcrystalline cellulose from soybean husk: effects of solvent treatments on its properties as acetylsalicylic acid carrier. International Journal of Pharmaceutics, 206, 85-96.
• 29. Williams, A., Jones, J.M., Ma, L. & Pourkashanian, M. (2012). Pollutants from the combustion of solid biomass fuels. Progress in Energy and Combustion Science, 38(2), 113-137.
• 30. Wzorek, Z., Krupa-Żuczek, K. (2015). Biomass from cultivation of sunflower and wheat as substitute of conventional fuels (Biomasa z uprawy słonecznika oraz pszenicy jako substytut paliw konwencjonalnych). Przemysł Chemiczny, 8 , 94, 1344-1346.
• 31. Zawiślak, K., Sobczak, P., Panasiewicz, M., Mazur, J., Nadulski, R. & Starek, A. (2014). Wpływ wielkości frakcji otrąb pszennych na jakość granulatu. Inżynieria Przetwórstwa Spożywczego, 3(4), 25-28.

Uwagi

PL

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