Esiselvitys puupolttoaineen jalostamisesta torrefiointitekniikalla

Abstract

The EU has started to reduce greenhouse gases which are the result of using fossil fuels. One way to do this is emission trade. There are plans to generate biofuels to replace non-renewable fuels. These biofuels can be processed with the old equipment in power plants. The advantage of biofuels is that their emission factor of carbon dioxide is agreed to be zero because woodconsumes the same amount of carbon dioxide while it grows as it releases in combustion. One of these refined biofuels is torrefied wood. Its characteristics mostly correspond to coal, and it can be used in coal-fired power plants without changing equipment. Torrefaction means, in a manner of speaking, roasting wood in 250-270 ºC in oxygen-free conditions. In this process all the water is removed, as well as some of the volatile gases. The colour of the wood changes to chocolate brown, it gets lighter, does not smoke in combustion, repels water, is pulverized easily and releases only small amounts of particulate emissions. The durability and operating properties of torrefied wood are significantly different compared tothe raw material. Torrefied wood also has better properties than e.g. wood coal. Torrefaction has been studied a little, and its combustion on the power plant scale has been tested on a small scale. Torrefied material is difficult and expensive to transport because of its properties, so its density must be raised for transporting, e.g. by pelleting. Torrefaction combined with pelleting is, at its best, would be a competitive alternative when biomass, substituting coal, is processed off-site and transported in bulk by sea. Based on the data collected in this preliminary study it can be estimated that producing torrefied wood fuel in Finland has technical-economical possibilities. However, the application of the torrefaction process to Finnish conditions and domestic raw material demands investment in further studies before moving on to the actual implementation phase.

Fossiilisten polttoaineiden käytöstä aiheutuvia kasvihuonekaasupäästöjä pyritään vähentämään EU:ssa mm. päästökaupan avulla. Uusiutumattomien polttoaineiden tilalle kehitetään biopolttoaineita, joita voidaan hyödyntää olemassa olevien voimalaitosten polttolaitteistoilla. Biopolttoaineiden etuna on, ettäniiden ei katsota lisäävän hiilidioksidipäästöjä, koska biomassa sitoo itseensä kasvaessaan poltossa vapautuvan määrän hiiltä. Eräs kiinnostavimmista jalostetuista biopolttoaineista on torrefioitu puu, joka vastaa useimmilta ominaisuuksiltaan kivihiiltä ja jota voidaan käyttää hiilivoimalaitoksissa ilman laitteistomuutoksia. Torrefiointi on puun eräänlaista paistamista hapettomissa olosuhteissa 250-270ºC:ssa, jolloin siitä saadaanpoistettua vesi ja osa haihtuvista aineista. Puun väri muuttuu suklaanruskeaksi, se kevenee, ei savuta poltettaessa, hylkii vettä, jauhautuu hyvin sekä sillä on pienet hiukkaspäästöt. Käsitellyn puun ominaisuudet muuttuvat säilyvyydeltään ja käyttöominaisuuksiltaan merkittävästi raaka-aineeseen verrattuna. Torrefioinnilla saavutetaan puulle polttoainekäytön kannalta myös paremmat ja kestävämmät ominaisuudet kuin hiiltämällä. Torrefiointiprosessia on tutkittu jonkin verran ja torrefioidun biomassan polttoa voimalaitosmittakaavassa on kokeiltu pienessä mittakaavassa. Torrefioitu materiaali on alhaisen tiheytensä vuoksi hankalaa ja kallista kuljettaa,joten sen tiheyttä tulee nostaa kuljetuksia varten tiivistämällä esim.pelletöimällä. Torrefionti yhdistettynä pelletöintiin on parhaimmillaan kilpailukykyinen vaihtoehto, kun kivihiiltä korvaavaa biomassaa jalostetaan kaukana käyttöpaikasta ja kuljetetaan irtotavarana aluskuljetuksina. Torrefioitua puuta on tiettävästi poltettu vain hollantilaisessa voimalaitoksessa. Tässä esiselvityksessä kootun tiedon perusteella torrefioidun puupolttoaineen tuottamiseen Suomen olosuhteissa arvioidaan olevan teknis-taloudellisia mahdollisuuksia. Kuitenkin torrefiointiprosessin soveltaminen suomen olosuhteisiin ja kotimaisiin raakaaineisiin vaatii panostusta jatkotutkimukseen ennen varsinaiseen toteutusvaiheeseen siirtymistä.