Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Produktion av näringspellets med varierad mekanisk kraft och ligninhalt: Utvärdering av pelletsegenskaper och energianvändning
Karlstad University, Faculty of Health, Science and Technology (starting 2013), Department of Engineering and Chemical Sciences (from 2013).
2019 (Swedish)Independent thesis Basic level (university diploma), 15 credits / 22,5 HE creditsStudent thesisAlternative title
Production of nutrient pellets with varied mechanical force and lignin content : Evaluation of pellet properties and energy use (English)
Abstract [sv]

En fortsatt ökning av koldioxidutsläppen leder ekosystemen på jorden mot snabba, farliga och irreversibla klimatförändringar. Den svenska skogsindustrin är en viktig aktör för att tillfredsställa framtidens efterfrågan på förnyelsebara bioprodukter. Produktionsökningen innebär ökad påtryckning på de svenska skogsmarkerna. Samhället, regeringen, företag och individer har ett ansvar att avverkningen av skog förblir hållbar.

Reningsverken inom massa- och pappersindustrin producerar en stor andel biomassa i form av bio- och fiberslam. Bio- och fiberslamm innehåller näringsämnen som kan returneras till skogen. Uppgraderingen av biomassa till biokol har påvisade egenskaper som förbättrar skogsmarkens bördighet, främst genom att höja markens pH-värde. Biokol förbättrar hållningen av näringsämnen i marken genom katjonsadsorption, vilket påverkar träd och växters tillväxt. Markens sammansättning förändras när biokol tillförs, vilket påverkar den biologiska mångfalden i ekosystemen. Biobränsleaskan som utvinns från eldningspannorna inom pappersindustrin innehåller baskatjoner med alkaliskt pH-värde, vilket motverkar försurning i skogsmarker.

Nackdelen med biomassa är den höga bulkdensiteten, vilket påverkar logistiken kring transport och lagring. Det finns metoder för att lösa problemen med logistiken, exempelvis genom sammanpressning. Sammanpressning är en väl beprövad metod för att uppgradera biomassan till pellets och förbättra biomassans egenskaper. Omvandlingen av biomassa till pellets ökar densiteten, mekaniska hållfastheten och gör att fuktupptagningsförmågan minskar. Pelletering medför att en homogen produkt kan produceras och levereras.

Syftet med denna studie var att öka kunskaper om hur lignin som additiv, samt hur mekanisk kraft påverkar näringspelletsens egenskaper samt energianvändning.  För att producera pellets genomgicks två moment, en förundersökning och en försöksmatris. Målet med förundersökningens var att införskaffa riktvärden och ge ett underlag till försöksmatrisen. Försöksmatrisen är en fortsatt studie på hur ligninhalt och mekanisk kraft påverkar näringspellets egenskaper. Ligninhalten som analyserades var 5, 10, 15 och 20 % med mekanisk kraft på 5, 10 och 15 kN. Näringspelletsen har utvärderats utifrån egenskaperna densitet, hårdhet, pH, fuktupptagningsförmåga samt energianvändning.

För att pelletera de olika blandningarna användes singel-pelletspressen som finns på Karlstad Universitet. Pelletsegenskaperna testades i labblokalerna på Karlstad Universitet. 

Resultatet visar att testserien med mekanisk kraft på 15 kN och ligninhalten 20 % resulterade i högst densiteten, hårdhet, fuktupptagningsförmåga samt näst högst energianvändning. Studiens testserier varierade enligt följande:

  • Densiteten i studien varierar mellan 843,5- 1 054 kg/m3
  • Hårdheten i studien varierade mellan <1–3,7 kg
  • Fukthalten i pelleten varierade mellan 8,7 % och 9,2 % efter 96 timmar
  • pH-värdet varierade mellan 8,7–9,58 efter 24 timmar och minskade mellan 2- 4,9 % efter 48 timmar
  • Energianvändningen varierade mellan 105,5- 129,5 J
Abstract [en]

Continued increase in carbon dioxide emissions lead the ecosystems towards rapid, dangerous and irreversible climate change. The Swedish forest industry is an important operator to satisfy the future demand of renewable bio products to reduce the use of fossil fuels. The increase in production means increased pressure on the Swedish forests. Society, government, companies and individuals have a responsibility to secure that the harvesting of forests remains sustainable.

The wastewater treatment plants in the pulp and paper industry produce a large proportion of biomass, in form of bio and fiber sludge. Bio and fiber sludge contains nutrients that can be returned to the forest. The upgrade of biomass to pyro-char has proven properties that improve the fertility of the forest, primarily by increasing the soil's pH value. Pyro-char improves the retention of nutrients in the soil by cation adsorption, which affects the trees and plant growth. The composition of the soil changes as pyro-char is added, and the change in composition affects the biodiversity in ecosystems. The biofuel ash extracted from the heating boilers in the paper industry contains basic cations and alkaline pH, which counteracts acidification in forest land.

The disadvantage of biomass is the high bulk density, which affects the logistics of transport and storage. There are methods for solving the problems in logistics, for example compression. Compression is a well-proven method for upgrading the biomass to pellets and improving the physical properties of the biomass. The conversion of biomass into pellets increases the density, mechanical strength and the moisture absorption capacity decreases. Pelletizing biomass results in a homogeneous product can be created and delivered as pellets.

The purpose of this study is to increase the knowledge on how lignin as an additive, and how mechanical force affects the physical properties of the nutritional pellets. The production of nutrition pellets consists of two stages, a preliminary investigation and a test matrix. The purpose of the preliminary study is to acquire guideline values ​​and provide a basis for the experimental matrix. The experimental matrix is ​​a continued study of how lignin content and pressure affect the physical properties of the nutrition pellet. The lignin content that was analyzed was 5-20 % with mechanical force that varied between 5, 10 and 15 kN. The nutritional pellets are evaluated based on the properties density, hardness, pH, moisture absorption capacity and energy use.

The single-pelletizer press, located at Karlstad University, was used to pelletize the different mixtures. The pellet properties were evaluated at the laboratory at Karlstad University.

The result shows that the test series with a pressure of 15 kN and the lignin content of 20% resulted in the highest density, hardness, moisture absorption capacity and the second highest energy consumption. Depending on the mechanical force and lignin content used, the parameters varied as follows.

  • The density varies between 843.5 – 1,054 kg/m3
  • The hardness ranged between <1 and 3.7 kg
  • The moisture content of the pellets varied between 8.7% and 9.2% after 96 hours
  • The pH-value varied between 8.7-9.58 after 24 hours and decreased between 2- 4.9 % after 48 hours
  • The energy consumption varies between 105.5-129.5 J

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 33
Keywords [en]
Pyrochar, pellets, pellet properties
Keywords [sv]
Biokol, pellets, pelletegenskaper
National Category
Energy Engineering Energy Systems
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-73304OAI: oai:DiVA.org:kau-73304DiVA, id: diva2:1333692
Subject / course
Environmental and Energy Systems
Educational program
Bachelor of Science in Enviromental and Energy Engineering, 180 hp
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-07-03 Created: 2019-07-01 Last updated: 2019-07-03Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(715 kB)6 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 715 kBChecksum SHA-512
a43b251dfa34be855e80345097268655f1278f74be3626b571dbe724aca750565a46850f972056a311ef8b14235e6bd8b9754897f1816f2264764257c8a8f413
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Engineering and Chemical Sciences (from 2013)
Energy EngineeringEnergy Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 6 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 31 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf