Energy balance of biochar production : case: Carbofex Nokia

Abstract

This thesis focuses on biochar production through pyrolysis, utilizing data from Carbofex's demo production plant with spruce wood chips as feedstock. The pyrolysis process, energy balance, and the products generated, biochar, bio-oil and pyrolysis gases are discussed in general. The main objectives are to determine the energy flows in a pyrolysis process and evaluate them. For the calculations, real life data, some assumptions and literature values are utilized.

Despite facing challenges due to the complexity of process and difficulties of data collection and measurement, the main values were able to be determined. Pyrolysis at 750℃, product yields are 56% biochar, 5% bio-oil, 33% gas and about 5% loss. Based on literature, this would rather match a lower temperature pyrolysis. Heating and drying required a lot of energy, significantly more than just the pyrolysis reactions. Heat for heating and drying mainly comes from flue gas heat exchanger. Even though gas’ product share is lower than biochar, it can still be utilized for heat production on top of usage for pyrolysis.

The evaluation of the pyrolysis process has provided valuable insights into its operational dynamics, product outputs and areas for improvement. Better and more process data is needed for better analysis for the heating and drying process, including wood chip dryer and fuel gas heat exchanger. Future research should focus on wood chip dryer and exploring new applications for bio-oil.

Tämä maisterintyö keskittyy biohiilen tuotantoon pyrolyysilla. Työssä hyödynnetään dataa Carbofexin demonstraatio tuotantolaitokselta, jossa käytetään männyn lastuja raaka-aineena. Pyrolyysi prosessi, energia tasapaino ja tuotteet, biohiili, bioöljy ja pyrolyysi kaasut, esitellään perustasolla. Työn päätavoitteet ovat määrittää energiavirrat pyrolyysi prosessissa ja arvioida niitä. Näihin laskuihin käytetään todellista prosessi data, kirjallisia arvoja sekä oletuksia.

Huolimatta prosessin monimutkaisuudesta, ja tietojen keräämisen ja mittaamisen vaikeuksien aiheuttamista haasteista, pääarvot pystyttiin määrittämään. 750℃ pyrolyysin saanto on 56 % biohiili, 5 % bio-öljy, 33 % kaasu ja noin 5 % häviö. Kirjallisuuden perusteella tämä jakautuminen kuitenkin paremmin sopisi matalamman lämpötilan prosessiin. Lämmittäminen ja kuivaaminen vaativat paljon lämpöenergiaa, merkittävästi enemmän kuin pyrolyysin kemialliset reaktiot. Suurin osa lämmöstä lämmittämiseen ja kuivaamiseen tulee savukaasujen lämmönvaihtimesta. Vaikka kaasun tuotto-osuus on pienempi kuin biohiilen, sen avulla pystytään kuitenkin tuottamaan lämpöenergiaa enemmän kuin pyrolyysi prosessi tarvitsee.

Pyrolyysi prosessin arviointi on tarjonnut arvokasta tietoa sen toiminnasta, tuotteista ja kehittämiskohteista. Enemmän ja parempaa prosessi data tarvitaan parempaan analyysiin lämmitys ja kuivausprosessista, johon kuuluu puuhakkeen kuivuri ja savukaasun lämmönvaihdin. Tulevaisuuden tutkimustyö voisi keskittyä näihin asioihin ja lisäksi bio-öljyn parempiin käyttökohteisiin.