Pilotanläggningen består av en container med en lagerbehållare och energicentral, samt av en ram som inrymmer torknings- och torrefaktionsreaktorerna, fästet för utvinning av fasta ämnen och kondensorerna. Kredit:Fraunhofer-Gesellschaft
Industrianläggningar är i allmänhet belägna långt borta från vidsträckta skogsområden. Eftersom trä kräver ansträngningar för att transportera, den ser endast begränsad användning som råvara i industrin. I det EU-finansierade SteamBio-projektet, forskare från Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB har slagit sig ihop med olika partners för att förändra allt detta, utveckla en speciell ångtorkningsteknik som avsevärt kan minska transportkostnaderna. En annan bonus är att tekniken ger värdefull råvara för den kemiska industrin. Tekniken används redan vid en pilotanläggning i Spanien. 11-15 juni, besökare på ACHEMA-mässan i Frankfurt am Main kommer att kunna se en modell av anläggningen själva (hall 9.2, monter D66).
Att använda trä i industriell skala erbjuder en stor möjlighet att ersätta råolja och naturgas. Utmaningen är att komma på innovativa sätt att behandla biomassa för att möjliggöra hållbara produkter och produktionsprocesser.
I vanliga fall, skogsavfall, svagt trä och annat sämre trä mals till flis, som är en viktig råvara för träförädlingsindustrin. De används också som bränsle i värmekraftverk och flisvärmesystem. Dock, den höga fukthalten i färsk flis ger två problem:det är mycket vikt att transportera, och det är svårt att förvara den fuktiga lasten. Om den inte är skyddad från regn, materialet ruttnar snabbt.
Tillverkning av träflis lämplig för transport
Som en del av det EU-finansierade SteamBio-projektet, forskare från Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB, tillsammans med tio andra projektpartners från fyra europeiska länder, utvecklat en ny teknik för att anpassa flis för transport och lagring. "Istället för att transportera biomassan som flis, " förklarar Siegfried Egner, avdelningschef på Fraunhofer IGB och koordinator för SteamBio-projektet, "vi torrifierar det:vi värmer biomassan i en ångatmosfär utan syre. Biomassan har tre huvudkomponenter – cellulosa, lignin och hemicellulosa – och denna process eliminerar hemicellulosan helt." Detta minskar materialets vikt avsevärt, förbättrar dess specifika värmevärde och gör att vi enkelt kan mala materialet till ett mycket reaktivt pulver.
Den torrifierade biomassan är vattenavvisande och har avsevärt förbättrade förbränningsegenskaper, eftersom det är sammansatt rent av väte och kol. Den kan transporteras i öppna bulkcontainrar, eftersom regn pärlor av ytan utan att tränga in i det inre. Vad är mer, den torrifierade biomassan är betydligt lättare än det obehandlade materialet, vilket avsevärt minskar transportkostnaderna.
Projektpartnern i Spanien undersöker torrefaktionen av olika lignocellulosasubstrat, inklusive beskärning (lämnas obehandlad, höger torrifierad). Kredit:Fraunhofer-Gesellschaft
Ersätter kol med biomassa
Den torrifierade flisen kan lätt krossas mellan två fingrar. De kan antingen komprimeras till pellets eller malas till pulver. Eftersom den har en större yta, biomassapulvret har större reaktivitet vid materialanvändning än större bitar. I energitillämpningar, det kan också blandas med koldamm och matas in i eldningssystemet i koleldade kraftverk. Det är till och med möjligt att ersätta kolet helt och hållet med biomassa samtidigt som man behåller samma förbränningssystem.
Att producera kemikalier på ett hållbart sätt
De flyktiga ämnen som produceras i torrefaktionsprocessen är värdefulla. De kan bearbetas för att erhålla kemikalier som fungerar som råvara för ett brett utbud av industriprodukter. Tills nu, dessa plattformskemikalier har erhållits från råolja eller naturgas; nu, torrefaktion erbjuder ett hållbart sätt att producera dem. "När det gäller många biomassamaterial, plattformskemikalierna genererar så mycket vinst att de finansierar hela torrefaktionsprocessen, " säger Dr. Antoine Dalibard, gruppchef på Fraunhofer IGB.
Ångtorkning vid över 200 grader
Men exakt vad händer under värmebehandlingsprocessen? "Torrefaction i sig är ingen ny teknik, " förklarar Bruno Scherer, projektingenjör på Fraunhofer IGB. "I SteamBio-projektet, vi använder ångtorkningstekniken som utvecklades vid IGB och som vi anpassade för denna process att fungera vid temperaturer mellan 200 och 250 grader Celsius." Det speciella med tekniken är att fukten som finns i biomassan och de ångformiga produkterna från torrefaktion hålls systematiskt kvar i processkammaren och blir själva processmediet. "Med andra ord, vi arbetar med överhettad ånga, säger Scherer.
De höga temperaturerna torkar ut biomassan och gör att organiska föreningar med låga kokpunkter blir flyktiga. Medan cellulosa och lignin förblir i fast tillstånd, de flyktiga ämnena går över i gasfasen. Forskare använder speciella kondensorer för att fånga upp dessa gasformiga ämnen och selektivt kyla dem, på så sätt återvinner dem som vätskor.
En pilotanläggning har byggts upp, installerad och driven hos projektpartnern Heckmann Metall- und Maschinenbau GmbH, där den går 24 timmar om dygnet, 7 dagar i veckan. Bokträ används som biomassa. Anläggningen har sedan flyttats till Spanien i januari 2018 för att fortsätta verksamheten. Här, projektpartners torrefy tall, ek och bok, samt vingårdsbeskärningar och avfall från produktion av olivolja. Forskare från Fraunhofer IGB kommer att vara på mässan ACHEMA 2018 i Frankfurt am Main för att visa upp en modellpilotanläggning samt torkade och torrifierade prover; hitta dem i Fraunhofers gemensamma monter i Hall 9.2, Monter D66.
