Biobrensler

revidert 16.06.2014

Biobrensler er brensler med biomasse som utgangspunkt. Det kan for eksempel være faste biobrensler som ved, flis, pellets, briketter og halm, flytende biobrensler som for eksempel bioolje, biodiesel og ethanol og gassformige biobrensler som biogass og hydrogen. Den del av avfallet vårt som har sin opprinnelse fra biomasse er også biobrensel, mens plast og andre brennbare stoffer som har sin bakgrunn i fossile hydrokarboner ikke er biobrensel.

Skogsflis

Skogsflis er flis laget av hogstavfall, heltrær fra avstandsreguleringer og tynninger, også kalt grønnflis og fra stammevirke, råtebult etc.

Relevante virkeegenskaper ved bruk av skogsflis til energiformål: Brennverdien for alle treslag er om lag den samme i forhold til vekt og fuktighetsinnhold
 
Brennverdi for trebrensler som funksjon av fuktighetsinnhold: Tunge treslag med høyt tørrstoffinnhold har større brennverdi enn lettere treslag. Forholdet mellom den absolutt tørre massen og rått, ukrympet volum kaller vi basisdensitet. Jo høyere basisdensitet desto høyere brennverdi.

 

Tabellen viser basisdensitet og brennverdi for fast og løst volum ved ulik fuktighet for gran, furu og bjørk.
Det er vanlig å avregne biobrensler etter vekt og fuktighetsinnhold. Ett tonn trevirke har en brennverdi på 4100 kWh per tonn v. 20 % fuktighet og 3500 kWh per tonn ved 30 % fuktighet.

Beregningene av brennverdier baserer seg på standardverdier for fastmasse (FM), askeinnhold og tørr-rådensitet (M). Fastmasseandelen (FM) er forholdet mellom volumet av en gitt masse fast trevirke og volumet av den samme masse trevirke etter oppflising.

Denne verdien er avhengig av hvor komprimert flisa blir. Det er benyttet 0,35 i utregningene i tabellen, 0,40 er også en vanlig verdi å benytte.

Flising av skogsvirke

Jevn fliskvalitet tilpasset det aktuelle fyringsanlegget er av avgjørende betydning for å unngå driftsstans. For å få fliset virket kan det leies inn flisutstyr, eller det kan investeres i eget utstyr. Store flishoggere er som regel trommelhoggere, mens mindre, traktormonterte hoggere er gjerne skivehoggere. Trommelhoggeren har stor kapasitet, men fliskvaliteten blir noe ujevnere, slik at flisa bør soldes. I den senere tid har det også kommet trommelhoggere på markedet med sold, disse produserer generelt flis av god kvalitet enten det er kvist, bakhon eller vanlig rundvirke. Skivehogger gir homogen flis godt egnet for mindre anlegg som ikke har så robust innmatingssystem som storskalaanlegg.

 

Interaktivt regneark for beregning av kapitalkostnad

Aske

Asken består av alle de uorganiske stoffene i planten. De vanligste stoffene er kalium, kalsium magnesium, fosfor og svovel. Plantene inneholder også en rekke andre mineraler i små konsentrasjoner (sporstoffer). Askeinnholdet er en viktig parameter, og den kan ha stor betydning for utforming av brennkammer, rister og askesystem. Biobrensler med høyt askeinnhold er lite egnet i mindre forbrenningsanlegg. Store anlegg derimot tåler godt brensler med en større variasjon i askeinnholdet.

Tabellen viser typisk askeinnhold for ulike biobrensler (%).

Biobrensel

Bjørk

Furu

Gran

Stammeved

0,4

0,4

0,5

Bark

2,2

2,6

3,2

Greiner

1,2

1,0

1,9

Bar og lauv

5,5

2,4

5,1

Heltre med lauv/bar

1,0

0,9

1,6

Heltre uten lauv/bar

0,8

0,8

1,3

I noen tilfeller er det viktig å tilbakeføre aske til skogen i en mengde som tilsvarer den mengden biobrensel som ble tatt ut. Asken inneholder nesten alle de mineraler og næringsemner, utenom nitrogen, som var i det brenselet som ble tatt ut av skogen. Ved eventuell innblanding av fossilt brensel, plast osv. til biobrensel endrer en sammensetningen av asken – med de negative konsekvensene det kan få for tilbakeføring av aske til jord

Lagring

Viktige momenter knyttet til lagring av biobrensel er:

  • Mest mulig ufliset hogstavfall og rundvirke bør lagres utendørs, fortrinnsvis tildekket.
  • Sesonglagre av flis bør ha en fuktighet på under 40 %, for å redusere substans og energitap.
  • Grunnet brannfare bør flishauger komprimeres (maks. 7 meter i høyden) for å redusere oksygentilgangen.
  • Sesonglagre bør etableres ved energisentralen for å redusere transport- og håndteringskostnadene.

Rått trevirke holder ca 55 % fuktighet. Dersom virket legges opp på et luftig sted om sommeren, og dekkes over med for eksempel vannfast papp, kan det tørke ned til ca 30 %. Helt virke med 30 % fuktighet er lagerstabilt, mens flis ved 30 % fuktighet ikke bør lagres lenger enn ca 2 uker sommerstid. Vinterstid kan den lagres lenger, men man må være obs på muligheter for varmegang og dannelse av soppsporer som kan være helseskadelig. Flisa kan tørkes ytterligere f eks i ei plantørke i tykkelse opp mot 2 meter (tilsvarer ca 1m korn) avhengig av tørkas dimensjonering. Tørking fra 30 % til 20 % fuktighet gir en gevinst på ca. 600 kWh per tonn og gjør flisa lagerstabil. Dette må veies opp mot strømutgifter og evt. utgifter til håndtering.

Kvalitetskrav

Generelt sett må man undersøke med kjelleverandør hvilke krav kjelen setter til biobrenslet. For anlegg under 1 MW er et generelt krav at skogsflisen har fuktighet under 40 %, i praksis 35 %. I tillegg er det viktig at skogsflisen er homogen, dvs uten lange stikker. Dette henger sammen med at innmatingsskruer i småskala flisfyringsanlegg er dimensjonert små, stikker på over 10 cm kan derfor sette seg fast og gi driftstans.

Pris

Prisen for skogsflis varierer fra 18-25 øre/kWh (eks mva og virkningsgrad). Transportlengden er ofte utslagsgivende her, men også alternativverdien på virket kan spille inn.

 

Industriflis/avkappflis

Er gjerne flis som er produsert fra avkapp på sagbrukene og som brukes som råstoff i skogindustrien. Det er som regel ”ren” flis uten innblanding av bark. Normal lengde for industriflis er 20–40 mm. Fastmassen i industriflis er vanligvis mellom 35 og 43 %. Rå industriflis har en fuktighet på 50- 60 % og kan derfor kun fyres i store biobrenselanlegg, tørr industriflis derimot har en fuktighet på 12-20 % noe som gir en brennverdi på 4,0 – 4,5 kWh/kg. Prisen varierer fra 11- 20 øre/kWh (eks mva og virkningsgrad) levert varmesentral med frakt opp til 80 km.

 

Returflis/avfallsflis

Returflis er flis av paller, kasser, rivningsvirke og annet treavfall som er fliset til lange, smale stikker (inntil 150–200 mm) ved hjelp av en hammermølle. Flisa kan brukes i større forbrenningsanlegg og som strukturflis ved kompostering av våtorganisk avfall.

Det stilles strenge krav til brenselets renhet for at dette kan betraktes som rent biobrensel. Dersom kravene ikke oppfylles blir brenselet å betrakte som avfall med betydelig strengere rensekrav. Da er den ikke anvendelig i ordinære biobrenselanlegg.

Askeprøver fra biobrenselanlegg som baserer seg på returflis avslører et høyt innhold av tungmetaller i asken, noe som betyr at returflisen sjeldent er så ren som den burde være.

Ved bruk av returflis i flisfyringsanlegg må man regne med økt mengde av aske- og slagg. I så måte vil det være en fordel å ha trapperist i kjelen. Erfaringer tilsier at det vil være innslag av skruer og spiker i returflisen, trass i metallutskillere som brukes i hammermøllen. Annet fremmed materiale kan også følge med som dørklinker, ulike beslag, etc – man må derfor påregne mer driftstans enn ved bruk av ren skogsflis, det er derfor svært viktig at fliskvaliteten blir presisert på forhånd.

Pris

Brenselpriser (eks. mva og virkningsgrad) på returflis er 7-12 øre levert varmesentral med frakt inntil 80 km.

 

Bark

Bark utgjør i gjennomsnitt ca. 10 % av tømmervolumet som foredles på et sagbruk. Mye av barken som blir produsert, havner som brensel i sagbrukenes egne fyranlegg. Noe bark blir omsatt som hageprodukter og fyllmasse ved større søppelanlegg.

Bark fra bartrær er vanligst, og treslaget spesifiseres derfor bare når det kommer fra andre treslag. Gran- og furubark kan ha litt ulike håndteringsegenskaper, som også varierer over året. Bark kan være reven eller ureven. Reven bark vil være under en viss dimensjon, mens ureven bark kan inneholde lange barkslintrer. Høyt innhold av næringsstoffer vil gi stort askeinnhold. Asken er lite egnet for spredning på grunn av høyt tungmetallinnhold. Bark har 55-60 % fuktighetsinnhold og setter derfor spesielle krav til kjelteknologi.

Pris

10-12 øre/kWh (eks mva og virkningsgrad) levert varmesentral med frakt opp til 80 km.

 

Pellets

Pellets er biobrensel som er komprimert eller presset til små, sylindriske enheter med en diameter mindre enn 20 mm. Standarddiametere er 6, 8 og 12 mm. På grunn av de små dimensjonene får pellets tilnærmet de samme håndteringsegenskaper som fyringsolje. Brenselpellets kan fraktes med tankbiler og lesses over i lukkede lagerkonteinere eller lagertanker gjennom rør.

Pellets kan brennes både i store varmesentraler og i kaminer i leiligheter og hus. Oljefyrte kjelanlegg kan ved forholdsvis enkel ombygging konverteres til pelletfyring. Konvertering av oljekjeler til pellets kan bli et viktig tiltak for å redusere nasjonalt CO2-utslipp og oljeforbruk.

Det vanligste råstoff til pelletproduksjon er tørr sagflis, men alt trevirke kan i teorien brukes forutsatt at det er rent og tørt.

Skal pellets langtidslagres, må den beskyttes mot ytre påvirkninger som unødvendig støt og trykk. Det er også viktig at pellets blir lagret så tørt som mulig.

Pris

Pellets i bulk 30-34 øre/kWh (eks mva og virkningsgrad) levert varmesentral med frakt opp til 80 km.

 

Briketter

Briketter er biobrensel som er komprimert eller presset til stavformede ”kubber” med en diameter større enn 20 mm. Vanligvis ligger diameteren for briketter i området 50–75 mm. Lengden på brikettene varierer fra noen få centimeter opp til 20 cm, avhengig av råstoffets beskaffenhet og produksjonsprosessen. Briketter blir som regel brukt i større fyringsanlegg, men kan også brukes i vedovner.

I brikettproduksjonen bruker vi sagflis, bark og kutterspon, rivningsavfall og grønnflis fra skogen. Kutterspon og sagflis er tørre og oppmalte råvarer og kan derfor presses direkte. De andre råvaretypene må eventuelt kuttes til mindre flis, homogeniseres og tørkes.

Det kan leveres brikettpresser i størrelser med kapasitet fra 30 til 6000 kg/h. En brikettpresse er bygd opp som en kraftig sylinderpresse, hvor råstoffet blir presset mot et munnstykke med diameter lik de ferdige brikettene. Ved brikettproduksjon er det som regel ikke nødvendig å finmale råstoffet før pressing.

Pris

25-30 øre/kWh (eks mva og virkningsgrad) levert varmesentral med frakt opp til 80 km.

 

Pulver

Trepulver blir produsert av tørt trevirke som blir malt opp til fint pulver med partikkelstørrelser på under 1 mm. I praksis er det ofte oppmalt pellets.For at det skal bli stabil forbrenning, bør en viss andel av pulveret være på under 0,2 mm. Trepulver forbrennes med spesialbygde pulverbrennere i store kjelanlegg. 2 tonn trepulver har samme brennverdi som 1 m3 olje. 1 m3 pulver veier ca. 0,2 tonn. Pulver er til nå lite utbredt som brensel i Norge, men Hafslund brenner pulver i ett av sine anlegg på Haraldrud.

 

Halm

Halm er et biprodukt fra kornproduksjon og produksjon av oljevekster. Halm fra kornproduksjon er vanligst å utnytte til fôr, men det er også store potensialer for å utnytte halm til brensel. Halm til brenselformål bør normalt tørkes til 14–20 % fuktighet. Halm kan brennes direkte som baller, i revet form eller i foredlet form som pellets eller briketter. Halm inneholder ca. 3-5 % aske. Høyt innhold av kalium i halm kan føre til at asken smelter og slagger når forbrenningstemperaturen overstiger 800–900 oC. Slaggproblemer i forbindelse med halmfyring løser en dels ved at en bruker fyringsanlegg som er spesielt formet for halmfyring, dels ved at en vasker ut deler av kaliuminnholdet i halmen før fyring. Vasking av halm skjer ved at man lar halmen ligge ute noen dager slik at den får regn på seg og deretter tørkes igjen. Regnet vil da ta med seg mye av alkalimetallene ned i bakken og dermed redusere askeinnholdet og slaggproblematikken.

Halmaske har lavere smeltepunkt enn treaske. Man skal derfor ikke fyre med halm i fyringsanlegg som ikke er godkjent for halm. Når den smeltede asken stivner (slagger) vil det kunne gi stor skade i kjelen.

Norsk jordbruk produserer korn på i underkant av 3,5 millioner daa. Dersom vi regner med 350 kg halm per daa, er det teoretisk mulig å produsere 4,5 TWh/år fra halm. Halm har i liten grad blitt utnyttet som brensel i Norge. I løpet av de siste årene har forbrenningsteknologien for halmfyring blitt betydelig forbedret. Virkningsgraden for et typisk halmfyrt gårdsanlegg har blitt forbedret fra 50–60 % for 10–15 år siden til 80–90 % i dag. Det gjør at nye halmfyringsanlegg gir både bedre varmeøkonomi og betydelig lavere lokale utslipp.

I de viktigste korndistriktene i Norge har gårdbrukerne ofte problemer med å finne en fornuftig anvendelse av halmen. Halm kan da nærmest bli betraktet som et avfallsproblem i forbindelse med korndyrkingen. I tillegg blir det i flere og flere distrikt forbud mot å brenne halm på jordet. Ut fra disse forholdene er det nærliggende å forvente at halm i nær framtid kan bli et aktuelt brensel også i Norge. I Danmark og Sør-Sverige er halmfyring svært utbredt.

Kvalitetskrav til halm

Halm som skal forbrennes i manuelle (porsjonsfyrte) halmfyringsanlegg bør ha en fuktighet på under 20 %. Det er ingen spesielle krav utover det, men halm som er vasket vil gi mindre aske. Lagring kan enten skje utendørs i friluft, under presenning eller under tak, her er det forskjellige erfaringer fra brukere.

Halm til automatiske halmfyringsanlegg bør ha en fuktighet på under 18 %. I tillegg bør halmen bestå av hvete, rug eller raps. Bygg er i liten grad egnet mens havre er ikke anbefalt pga forholdsvis seig halm. Innmating til manuelle halmfyringsanlegg er mer komplisert med bevegelige deler og havrehalm kan derfor sette seg fast. I tillegg er det krav/stor fordel om halmen er vasket, som tidligere beskrevet. Vasking av halm er imidlertid en utfordring mtp kort høstesesong og variabelt klima i forhold til hhv regn og tørking. Til automatiske halmfyringsanlegg bør det kun benyttes firkantballer. Lagring bør skje under tak.

 

Mer stoff om samme tema :

http://rapporter.varmeforsk.se/Rapporter/DownloadReport.aspx?DocId=2943&Index=D:\INETPUB\varmeforsk12h63pv\Rapporter\pdf\index