Nya rön kring omvandling av biomassa vid höga temperaturer

Hur förnyelsebara bränslen i pulverform från skogsindustrin och jordbruket omvandlas i en förgasningsreaktor avgör hur effektiv processen blir, och askan i dessa bränslen är av central betydelse för att förstå förloppet. Det visar Per Holmgren i sin avhandling som han försvarar vid Umeå universitet fredagen den 26 oktober.

Förnyelsebara källor av koldioxidneutralt råmaterial som biomassa från skog och åkrar kan omvandlas till olika former av bränslen, exempelvis etanol och biodiesel, men även värdefulla kemikalier. En lovande förädlingsteknik för detta är termokemisk förgasning. Hur man designar förgasningsreaktorer så att de fungerar effektivt och konkurrenskraftigt med biomassa i pulverform som bränslekälla är en tuff utmaning.

– Min avhandling visar att det går att beskriva bränslets omvandlingsgrad i reaktor med hjälp av snabba kameror istället för att försöka plocka ut partiklar, vilket kan vara svårt då det är så hög temperatur i reaktorerna. Omvandlingsgraden och även andra egenskaper som bränslepulvrets fallhastighet, storlek och form går att implementera i datasimuleringar av nya reaktorer, vilket är ett väldigt mycket snabbare och billigare sätt än att bygga många testreaktorer, säger Per Holmgren.

Viktiga frågor som behöver besvaras gäller till exempel hur bränslet rör sig genom reaktorn, hur askan bildas och bygger upp i reaktorn, hur askan och bränslet påverkar varandra och hur askan påverkar insidan av reaktorn, menar Per Holmgren.

Olika former av biomassa har också stor variation i sin kemiska sammansättning, speciellt när det gäller de askbildande grundämnena i bränslet. Denna sammansättning är också väldigt annorlunda mot kol och olja som är det vanligaste bränslet i dag.

Ett av målen för framtiden är att kunna utnyttja växtdelar eller restprodukter som bränsle – biomassa som annars anses olönsamma eller tekniskt utmanande. Det som ofta ställer till huvudbry är askaproblematiken.

– Det är önskvärt att bränslet omvandlas snabbt så att man inte behöver så lång reaktor, men ett problem med askan är att den bygger upp och sätter igenom reaktorn eller på olika sätt angriper innerväggarna av reaktorn så att den går sönder. Vanligtvis opererar reaktorerna vid så hög temperatur att askan smälter och rinner ut i botten, men många av de bränslen vi skulle vilja utnyttja bättre ger aska som har väldigt hög smältpunkt. Jag har bland annat undersökt hur man kan sänka den smältpunkten, säger Per Holmgren.

Han har också studerat effekten av kemiska tillsatser i bränslet och för rörflen, en slags energigröda, visade resultaten att en mix av kaliumbikarbonat och temperatur gav bra driftsförhållanden.

Per Holmgren kommer från Vännäs och har utfört sin forskarutbildning vid Umeå universitet inom forskargruppen TEC-lab.

Läs hela avhandlingen

Läs mer om Thermochemical Energy Conversion Laboratory (TEC-Lab)

Pressfoto. Foto: Eleonora Borén

Om disputationen:

Fredagen den 26 oktober försvarar Per Holmgren, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Entrained flow studies on biomass fuel powder conversion and ash formation. Svensk titel: Partikelomvandling och askbildning i pulverflammor.

Disputationen äger rum klockan 10.00 i Sal N430, Naturvetarhuset.

Fakultetsopponent är professor Kevin Whitty, Department of Chemical Engineering, University of Utah.

För mer information, kontakta gärna:

Per Holmgren, Institutionen för tillämpad fysik och elektronik
Telefon: 070-284 87 78
E-post: per.holmgren@umu.se