Smanjuje li usitnjavanje zaraženog drva njegovu kaloričnu vrijednost za gorivo iz biomase?

Korištenje drvne biomase za proizvodnju topline i električne energije kamen je temeljac prijelaza na obnovljivu energiju. Međutim, značajan dio raspoložive sirovine-osobito iz oluja-oštećenog drveća, oboljelih šuma ili uređenih šuma-zaražen je gljivicama, bakterijama ili kukcima. Uobičajeni korak predobrade za ovaj materijal je usitnjavanje (ili usitnjavanje), čime se smanjuje veličina čestica radi lakšeg rukovanja i izgaranja. To postavlja ključno pitanje za operatere biomase: Da li čin usitnjavanja zaraženog drva dodatno smanjuje njegovu kaloričnu vrijednost?
Izravan odgovor je da ne-sjeckanje samo po sebi kemijski ne mijenja drvo niti smanjuje njegov inherentni sadržaj energije. Međutim, infekcija često degradira drvo prije sjeckanja, a proces usitnjavanja može neizravno utjecati na to koliko učinkovito gorivo-niže kvalitete radi. Ovaj članak istražuje znanost koja stoji iza truljenja drva, mehaniku usitnjavanja i neto učinak na kvalitetu goriva od biomase.
1. Pravi krivac: biološko raspadanje, a ne mehaničko usitnjavanje
Da bismo razumjeli kaloričnu vrijednost, prvo moramo pogledati što gori. Energija u drvu prvenstveno dolazi od lignina i celuloze. Kada je drvo zaraženo-najčešće truleži-uzrokuju gljivice poput Heterobasidion (trulež korijena) ili Ganoderma (smeđa trulež)-ovi organizmi izlučuju enzime koji razgrađuju te polimere za hranu.
•Smeđa trulež: gljive razgrađuju celulozu dok lignin uglavnom ostaje netaknut. Drvo postaje krto i tamno, ali zadržava nešto strukturalnog integriteta.
• Bijela trulež: gljive razgrađuju i lignin i celulozu, pretvarajući drvo u žilastu, blijedu masu.
•Meka trulež: česta u vrlo vlažnim uvjetima, napada celulozu u sekundarnim staničnom stjenkama.
U svim slučajevima mikrobni metabolizam pretvara krute zapaljive spojeve ugljika u CO₂, vodu i gljivičnu biomasu. Ova biološka razgradnja je ono što smanjuje kaloričnu vrijednost. Studija objavljena u časopisu Forest Products Journal otkrila je da jako trulo drvo može izgubiti između 15% do 50% izvorne suhe-težine energetskog sadržaja, ovisno o težini i vrsti truleži.
Usitnjavanje je čisto mehanički proces. On lomi velike komade na manje pomoću sila smicanja i udarca. Ne sagorijeva ugljik niti isparava hlapljive spojeve; stoga ne snižava izravno bruto kaloričnu vrijednost (GCV) po kilogramu suhe tvari. Ako imate 1 kg suhe, zaražene drvne sječke, ona sadrži istu količinu potencijalne energije bilo da je u jednom velikom komadu ili usitnjen u prah.
2. Neizravni učinci: Kako usitnjavanje djeluje na zaraženo drvo
Iako usitnjavanje ne mijenja kemijski sastav, značajno mijenja fizička svojstva zaraženog materijala, što utječe na učinkovitu obnovu energije tijekom izgaranja.
A. Povećani sadržaj vlage
Zaraženo drvo često ima veću sposobnost zadržavanja vode zbog razgradnje staničnih stijenki. Usitnjavanje dramatično povećava omjer površine-površine-prema-volumenu. Iako ovo pomaže pri sušenju ako je gorivo pravilno pohranjeno, to također znači da materijal može ponovno apsorbirati atmosfersku vlagu puno brže od čvrstih cjepanica. Visok sadržaj vlage primarni je neprijatelj učinkovitosti izgaranja, kao što je energija troši se na iskuhavanje vode umjesto grijanja doma ili stvaranja pare.
B. Ubrzana degradacija
Usitnjavanje svježe površine izlaže kisiku i mikrobnoj aktivnosti. Ako se zaraženo drvo usitni i ostavi na hrpi tjednima ili mjesecima, aerobne bakterije i gljivice mogu ubrzati proces razgradnje koji je započeo u šumi. Ovo raspadanje "nakon-usitnjavanja" može dovesti do mjerljivog pada kalorijske vrijednosti tijekom vremena.
C. Sadržaj pepela i troska
Rast gljivica pridonosi sadržaju mineralnog pepela u drvu. Kada se zaraženo drvo usitni, tlo i pijesak pokupljeni tijekom sječe temeljitije se miješaju u fine čestice. Veći sadržaj pepela smanjuje neto kaloričnu vrijednost (NCV) jer minerali ne izgaraju. Nadalje, određene gljive mogu koncentrirati alkalne metale (kao što je kalij), koji, kada usitnjen u finu prašinu, može doprinijeti stvaranju šljake i zaprljanja u kotlovima-smanjujući radnu učinkovitost čak i ako teoretski sadržaj goriva u BTU ostane nepromijenjen.
3. Prednosti usitnjavanja za učinkovitost izgaranja
Važno je napomenuti da je unatoč nedostacima povezanim s već-postojećom infekcijom, usitnjavanje općenito korisno za korištenje ni-kvaliteta drva:
1. Poboljšana kinetika izgaranja: Manje se čestice brže zapale i potpunije izgaraju. To može pomoći u nadoknadi niže energetske gustoće trulog drva osiguravajući manje izlaza neizgorenog ugljika kroz dimnjak.
2.Homogenost: Usitnjavanje miješa trulo i zdravo drvo zajedno, stvarajući dosljedniju vrstu goriva od ručnog sortiranja trupaca.
3. Logistika: Zgušnjavanje usitnjenog materijala u pelete ili brikete zapravo ga može zaštititi od daljnjeg upijanja vlage i biološkog napada tijekom skladištenja.
4. Praktične preporuke za proizvođače biomase
Ako prerađujete zaraženo drvo za gorivo od biomase, razmotrite sljedeće najbolje prakse:
•Procijenite ozbiljnost: Vizualno pregledajte drvo. Drvo koje je "lupavo" (lako se mrvi pod pritiskom prsta) vjerojatno je izgubilo previše mase da bi bilo održivo. Drvo koje je samo promijenilo boju, ali je još uvijek strukturno zdravo zadržava većinu svoje energije.
•Sušite odmah: Sjeckajte samo ako imate plan brzo osušiti materijal (koristeći otpadnu toplinu iz postrojenja). Ne dopustite da isjeckano zaraženo drvo stoji na kiši.
• Pratite vlagu: težite sadržaju vlage ispod 20–25%. Ovo je kritičnije za zaraženo drvo nego za zdravo drvo.
• Pomiješajte sirovine: pomiješajte usitnjeno zaraženo drvo s-kvalitetnom piljevinom ili čistim iverjem kako biste uravnotežili mješavinu goriva i spriječili probleme s bojlerom.
Usitnjavanje zaraženog drva samo po sebi ne smanjuje njegovu kaloričnu vrijednost. Gubitak energije događa se tijekom procesa biološke infekcije prije sječe. Međutim, usitnjavanje djeluje kao katalizator za daljnju degradaciju ako se s materijalom ne postupa ispravno nakon-obrade. Povećanjem površine, usitnjavanje čini zaraženo drvo osjetljivijim na upijanje vlage i ubrzanu trulež, što neizravno smanjuje efektivnu toplinsku snagu.
Za proizvođače goriva iz biomase ključno je promatrati usitnjavanje ne kao uzrok gubitka energije, već kao korak koji zahtijeva pažljivo određivanje vremena. Usitnjavanjem zaraženog drva neposredno prije sušenja i izgaranja, operateri mogu iskoristiti poboljšane karakteristike gorenja malih čestica dok minimaliziraju negativne utjecaje ugroženog biološkog stanja drva.