Sustainable small scale production of energy from biomass waste products

Research Project, 2015 – 2017

Luftburna partiklar är globalt det absolut största miljöproblemet. WHO uppskattade i sin senaste rapport från 2014 att ca 7 miljoner människor dör per år (1/8 av alla dödsfall) på grund av luftburna föroreningar där partiklar är den allvarligaste komponenten. Av dessa 7 miljoner uppskattar man att 4,3 miljoner dödsfall per år är relaterade till inomhusluften. Förbränning av biomassa, främst ved har traditionellt varit den främsta källan till småskalig energiproduktion. I den industrialiserade delen av världen har vi gått över till billig el men i resten av världen är fortfarande småskalig förbränning av biomassa mycket viktigt. Denna förbränning har aldrig varit miljövänlig och mycket behöver göras för att få ner emissionerna till acceptabla nivåer. Utsläppen har t.o.m. förvärrats under senare år genom att ved blivit dyrare och nu alltmer ersätts av restprodukter från jord- och skogsbruk t.ex. risskal och halm. Avdelningen för Kemiteknik på Chalmers har haft långt samarbete med Gadjah Mada University (UGM) i Yogyakarta. Hittills har sex doktorander som fått sin grundutbildning vid UGM disputerat vid avdelningen för Kemiteknik på Chalmers. Alla dessa är för närvarande lärare eller forskare på olika universitet i Indonesien varav fem på UGM. För närvarande är två studenter från UGM anställda som doktorander vid Kemiteknik på Chalmers. Målet för det föreslagna projektet är att åstadkomma rena avgaser vid småskalig förbränning av biomassa. De sökande från Chalmers har erfarenhet av att arbeta med partikelinfångning och oxidation av sot för rening av avgaser från fordon. Gruppen vid UGM har arbetat med småskalig förbränning och tillverkning av briketter från biomassa. Vårt modellsystem är en enkel spis som vi bygger på Chalmers och vid UGM, en bakugn i Mocambique och en ugn för bränning av keramik i Indonesien. De två senare har vi redan gjort grundläggande studier på. Målet i dessa fall har varit bättre bränsleekonomi och bättre kvalitet på produkten. I detta projekt skall vi utveckla ett förbränningskoncept för ved och olika alternativ till vedeldning t.ex. briketter av risskall, halm eller kokosnötsskal. Vi behöver bättre förståelse för hur sotpartiklar bildas, hur de förbränns direkt i eldstaden och hur submikrometerstora partiklar kan fångas in och förbrännas med mycket lågt tryckfall. Det pågår flera projekt internationellt om hur spisar eldade med biomassa skall utformas och den kunskap om sotpartiklar som vi kan bidra med är central för att dessa spisar skall få ned emissionerna till acceptabla nivåer. I projektet kommer gruppen vid UGM att studera tillverkningen och förbränningen av briketter där briketter av olika kvalitet bränns under olika betingelser. Emissionerna mäts och partiklar samlas in för vidare studier på Chalmers där det finns en stor mängd utrustning för detta bl.a. mäts sotets reaktivitet. Partiklarnas egenskaper t.ex. storlek och reaktivitet behövs för att sedan kunna simulera olika tänkbara designer av förbränningsutrymme och partikelfällor. Förutom spisar och brännugnen i Yogyakarta har vi tillgång till partikelgenerator och partikelstorleksmätare på förbränningscentrum CERC på Chalmers för validering av simuleringarna. Målet är att vi vid projektslut har ett grundkunnande och utvecklat simuleringsmodeller som gör det möjligt att minimera alla toxiska emissioner vid förbränning av biomassa i olika utrustningar t.ex. spisar, bakugnar och små ugnar för bränning av keramik och tegel.