TECHNOLOGIE PRODUKCJI ORAZ SYSTEMY CERTYFIKACJI JAKOŚCI PELETÓW Z BIOMASY ROŚLINNEJ

Transkrypt

1 W: Wybrane problemy z zakresu ekoenergii i środowiska, Monografia Naukowa "Towarzystwo Wydawnictw Naukowych LIBROPOLIS" / pod red. Wiesława Piekarskiego - Lublin, S ISBN Grzegorz Maj 1 Andrzej Kuranc 2 TECHNOLOGIE PRODUKCJI ORAZ SYSTEMY CERTYFIKACJI JAKOŚCI PELETÓW Z BIOMASY ROŚLINNEJ Wprowadzenie Jednym ze sposobów konwersji biomasy na energię jest wytwarzanie paliwa stałego w postaci granulatu lub brykietów w procesie ciśnieniowej aglomeracji [1]. Ze względu na zbyt małą gęstość biomasy, utrudniającą transport i magazynowanie, a także kłopotliwy proces załadunku tego paliwa, zwraca się większą uwagę na proces uszlachetnienia biomasy stałej poprzez proces peletowania. Dodatkowo duża wilgotność surowca w postaci luźnej sięgająca poziomu nawet 60% oraz niski poziom koncentracji energii w jednostce objętości, powoduje dość duże trudności dystrybucyjne i użytkowe w ogrzewnictwie komunalnym i indywidualnym [2]. Prowadzonych jest wiele badań dotyczących procesu kompaktowania, np. roślin energetycznych [3-5], odpadów produkcji przemysłu rolno spożywczego [6-9], które wskazują na duże możliwości techniczne pozyskiwania źródła energetycznego w postaci peletów. Warunki i technologie produkcji peletu Produkcja peletu opiera się na trzech zasadniczych procesach: suszenia, mielenia i prasowania [5, 10-12]. Pelet wytłaczany jest z rozdrobnionej suchej masy przy użyciu granulatora, bez użycia spoiwa w postaci substancji klejącej. Sam produkt zwany często mikrobrykietem to granulat w formie walca o średnicy (D) od 4 10 mm i długości (L) mm (Rys. 1). Najbardziej rozpowszechnione są pelety o średnicy 6 i 8 mm. Pelet powstaje w wyniku ciśnieniowej aglomeracji materiału rozdrobnionego pod wpływem działania sił zewnętrznych (naciski zagęszczające) i wewnętrznych (wiązania międzycząsteczkowe), co umożliwia uzyskanie trwałego kształtu o ustalonych wymiarach geometrycznych [13]. Tak przetworzona biomasa cechuje się gęstością energetyczną zbliżoną do węgli energetycznych niższej klasy, małym udziałem wody oraz jednolitym kształtem i rozmiarem. Do podstawowych zalet materiału zagęszczonego należy zaliczyć zwiększenie gęstości usypowej i współczynnika koncentracji energii. 1 dr inż. G. Maj, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Energetyki i Środków Transportu 2 dr inż. A. Kuranc, Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie, Wydział Inżynierii Produkcji, Katedra Energetyki i Środków Transportu

2 Rys. 1. Typowy kształt i wymiary peletu [opracowanie własne] Taki produkt ułatwia proces dystrybucji w przeciwieństwie do biomasy nieprzetworzonej [14]. Denisiuk [15] i Kowalczyk Juśko [16] przedstawiają porównanie parametrów słomy w zależności od sposobu jej kompaktowania, które wskazują, że im wyższy stopień zagęszczenia surowca tym większa masa usypowa i większa wartość współczynnika koncentracji energii (tab. 1). Tabela 1. Porównanie parametrów słomy ze względu na sposób przetworzenia [15, 16] Masa usypowa Objętość Współczynnik Sposób przetworzenia właściwa koncentracji energii słomy [kg m -3 ] [m 3 t -1 ] [MWh m -3 ] Słoma luźna ,16 0,7 Słoma pocięta (sieczka) ,13 0,19 Słoma sprasowana do małych kostek 50x50x ,16 0,36 Słoma zrolowana 100x ,19 0,29 Słoma w big bal 85x120x ,7 14 0,23 0,49 Słoma brykiet ,3 3,3 0,99 1,48 Słoma pelet ,2 1,4 2,22 2,78 Biomasa poddawana procesowi peletowania powinna charakteryzować się następującymi parametrami [14]: brakiem zanieczyszczeń mechanicznych, chemicznych lub mineralnych, które mają negatywny wpływ na jakość peletów oraz elementy robocze urządzeń linii produkcyjnej, optymalną wilgotnością (12 14%), co wymusza sezonowanie i nawilgocenie (kondycjonowanie) bądź suszenie surowca przed samym procesem, odpowiednim rozdrobnieniem, ponieważ materiał ma wypełnić maksymalnie puste przestrzenie międzyziarnowe. Bardzo istotnym w procesie zagęszczania jest właściwe przygotowanie biomasy roślinnej, a w szczególności jej rozdrobnienie. Wpływa ono bowiem na gęstość aglomeratu i poprawne podawanie materiału do zespołu zagęszczającego granulatora. Drobne frakcje przyczyniają się do wzrostu wydajności procesu produkcji, ułatwienia napełnienia elementów roboczych urządzeń wytwarzających pelety i uzyskania produktu o podwyższonej jakości i trwałości [13, 17]. Jak podaje Grochowicz [18] zbyt duże rozdrobnienie surowca wpływa negatywnie na sam proces aglomeracji. Tak uzyskany 44

3 granulat, ze względu na słabe wiązania w punktach stykania, nie jest trwały. Ponadto Kulig i Laskowski [19] podają, że wraz z zastosowaniem surowca o mniejszych wymiarach cząstek, wzrastają nakłady energii prasowania. Poziom wilgotności surowca roślinnego ma istotny wpływ na proces zagęszczenia. Wraz ze wzrostem wilgotności można zauważyć zwiększenie stopnia zagęszczenia oraz obniżenie energochłonności procesu, a sam materiał jest bardziej podatny na zagęszczanie [8, 19, 20]. Optymalny poziom wilgotności redukuje istotnie siły tarcia pomiędzy materiałem a elementami roboczymi granulatora oraz zmniejsza się współczynnik tarcia wewnętrznego przemieszczających się względem siebie drobin. Stąd też w procesie peletowania stosuje się nawilżenie materiału w postaci pary (kondycjonowanie). Jednakże zbyt duży wzrost wilgotności powoduje zmniejszenie jednostkowej pracy zagęszczania oraz obniżenie gęstości surowca i aglomeratu [8]. Ważnym parametrem jest także skład chemiczny materiału roślinnego. Zawartość tłuszczu, ligniny, celulozy, białka, czy skrobi wpływa na jakość procesu aglomeracji ciśnieniowej. Materiał pierwotny, zawierający wzbogaconą ilość takich składników, korzystniej ulega zagęszczeniu, a sam produkt charakteryzuje się dużą trwałością. Tym samym energochłonność procesu jest mniejsza w przeciwieństwie do surowca o dużej zawartości włókna. Natomiast zbyt duża zawartość tłuszczu w surowcu powoduje obniżenie jego trwałości [19, 21, 22]. Kolejnym bardzo znaczącym parametrem fizycznym wpływającym na proces peletowania jest wartość temperatury. Jej wzrost przyczynia się podobnie jak poziom wilgotności do zmniejszenia sił tarcia pomiędzy przetwarzanym surowcem a elementami roboczymi granulatora. Tym samym zmniejsza się energochłonność procesu, a uzyskiwany pelet ma większą trwałość [21]. Technologia produkcji peletów rozpoczyna się od wyboru dobrej lokalizacji zakładu produkcyjnego. Najbardziej korzystnym jest umiejscowienie zakładu w pobliżu obszaru, z którego będzie on zaopatrywany w surowiec pierwotny. Nie zawsze jest to możliwe, co wpływa na ostateczna cenę końcowego surowca. Pelety wymagają starannie zmielonego i odseparowanego surowca. Do uzyskania peletu o średnicy 6 mm średnicy wymagane jest rozdrobnienie długości frakcji poniżej 3 mm. Technologia przygotowania surowca do kompaktowania jest dość złożona. W dużych zakładach produkcyjnych istnieją 3 etapy rozdrabniania: wstępne, wtórne i końcowe [14; 23]. Rozdrabniane wstępne dotyczy głównie materiału drzewnego, w którym uzyskujemy materiał do 50 mm. Wykonuje się go najczęściej poza zakładem produkcyjnym ze względu na koszt rozdrabniania, jednakże biorąc pod uwagę dużą masę surowca czasami opłaca się go przerobić w zakładzie bezpośrednio na zrębki. Ważnym etapem w tym procesie jest okorowanie materiału przed rozdrobnieniem. Samo rozdrobnienie ma na celu przygotowanie materiału do wysuszenia, a stopień rozdrobnienia zależy od mocy posiadanej suszarni, przy czym proces suszenia ma być ze względów ekonomicznych i produkcyjnych jak najkrótszy. 45

4 W przypadku, gdy suszarnia nie jest przystosowania do obróbki materiału o rozmiarach wstępnego rozdrabniania, wówczas stosuje się dodatkowo rozdrabnianie wtórne 6 10 mm. Taka sytuacja stwarza konieczność zainstalowania w zakładzie młynów rozdrabniających mokre zrębki do postaci drobnych drobin. Takie urządzenia rozdrabniające posiadają specjalne drobne sita, w których minimalna wielkość oczek to 12 mm, najczęściej są to młyny młotkowe [14]. W celu uzyskania jeszcze mniejszej frakcji substratów stosuje się rozdrabiane końcowe. W tym przypadku rozdrabniane zrębki uzyskuje się przez ścinanie, gdzie stosuje się precyzyjne skrawarki lub wiórkarki nożowe. Frakcja może być także mokra. Precyzja procesu obróbki tych maszyn pozwala uzyskać frakcję do 3 mm, a ich wydajność osiąga nawet 9 t h -1. Rozdrabniane końcowe przeprowadza się po wysuszeniu materiału. Kolejny etapem produkcji peletu jest czyszczenie materiału pierwotnego. Do czyszczenia używane są urządzenia zarówno mechaniczne jak i pneumatyczne w postaci kombajnów czyszczących lub pojedynczych urządzeń montowanych w różnym miejscach linii produkcyjnej. W celu eliminacji zanieczyszczeń metalowych i nieżelaznych używa się magnetyzerów [14]. Metale żelazne są przyciągane przez magnetyzer, natomiast nieżelazne zostają odseparowane dzięki sile odpychania za pomocą specjalnych magnesów wytwarzających pola wirowe. Najczęściej magnetyzery takie mogą być ruchome i mieć kształt walca lub taśm oraz stałe w postaci sit, prętów lub płyt. W celu segregacji frakcji używa się przesiewaczy, gdzie najczęściej stosowane są przesiewacze wibracyjne jednopłaszczyznowe, jednakże przy użyciu materiału niejednorodnego używa się dwupłaszczyznowych. Wielkość frakcji zapewniona jest przez zastosowanie sit taśmowych metalowych, drucianych, gumowych lub tworzywowych. W celu odseparowania frakcji zbrylonych stosuje się młyny bębnowe, które wykorzystują w swojej zasadzie działania rotację bębna przesiewowego. W celu eliminacji zanieczyszczeń mineralnych, tj. kurzu, piasku, pyłu, stosuje się czyszczalnie pneumatyczne. Pierwszy sposób takiego oczyszczania polega na wprawieniu strumienia surowca w ruch wirowy, który sprawia, że cięższe drobiny są odrzucane na stronę obwodową wiru. Drugi sposób to odmuchiwanie spadającego lub przesuwanego surowca powietrzem, dzięki czemu lżejsze frakcje zostają odepchnięte lub przesunięte [23]. Kolejnym etapem przygotowania surowca do produkcji peletu jest suszenie frakcji. Sposób suszenia uzależniony jest od zastosowanej technologii. Najbardziej popularną metodą jest suszenie za pomocą suszarni bębnowej bezpośredniej. W poziomym bębnie wyposażonym w łopatki po wewnętrznej stronie, następuje przesypywanie materiału w kierunku położonego po przeciwnej stronie wentylatora. Powietrze wraz ze spalinami o temp. 400 C wdmuchiwane jest z pieca powietrznego bezpośrednio do bębna. Suchy materiał wyciągany jest pneumatycznie wentylatorem i odseparowywany w cyklonach. Cały proces musi zachodzić pod kontrolą, tak aby nie nastąpiła mineralizacja materiału i tym samym nie pogorszyła się jego jakość. Bardziej efektywny proces pod względem uzyskania dobrej jakości wysuszonego materiału 46

5 występuje w przypadku zastosowania suszarni bębnowych pośrednich. Umieszcza się w tym przypadku wymiennik ciepła pomiędzy piecem a bębnem, co powoduje wtłaczanie do bębna czystego podgrzanego powietrza pozbawionego spalin. Takie powietrze może osiągnąć temp. 300 C. Innym rozwiązaniem suszarniczym jest wykorzystanie pary wodnej. Wykonuje się wówczas bębny wyposażone w system rur po wewnętrznej jego stronie, przez które przepływa para wodna. Materiał przemieszcza się wokół nich i dzięki temu następuje osuszanie. Osiągana temperatura wynosi 180 C, a para wodna w tym przypadku odbierana i wypuszczana jest przez zawory centralne, co umożliwiające rotację bębna. Takie rozwiązanie wymaga instalacji kotła parowego. Kolejne rozwiązanie to suszarnie taśmowe. Materiał nasypywany jest na ruchomą taśmę stalową umieszczoną w tunelu, a następnie ogrzewany w wielu jego miejscach ciepłym powietrzem podawanym od góry bądź od dołu. Najczęściej są to konstrukcje jedno- bądź wielopoziomowe, z zastosowanym elementem wibracyjnym, co dodatkowo może oczyszczać i odseparowywać materiał. Czasami stosowane są jeszcze suszarnie strumieniowe i fluidalne. Te pierwsze powodują osuszanie materiału w trakcie jego pneumatycznego przenoszenia w strumieniu gorącego powietrza lub pary. W tym rozwiązaniu uzyskuje się wielostronne parowanie wody. Występują suszarnie z bezpośrednim lub pośrednim zadawaniem ciepłego powietrza z pieca, przy możliwości jego wielokrotnego wykorzystania. Natomiast w suszarniach fluidalnych frakcja przemieszczana jest z ciepłym powietrzem z chwilą osiągnięcia pewnej masy, tzn. po odparowaniu danej ilości wody, która pozwoli na uniesienie materiału. W pierwszej fazie materiał opada na dno sita, przez które przepływa ciepłe powietrze i tworzy złoże fluidalne. Ciśnienie wtłaczanego powietrza powoduje unoszenie się drobin nad sito. W wyniku utraty wody zmniejsza się ich ciężar a same drobiny wprawiane są w ruch cyrkuliczny w bębnie. Po osuszeniu materiał zostaje porwany przez strumień powietrza i oddzielony od niego w cyklonach. Występują suszarnie fluidalne kolumnowe i poziome [14, 23]. Kolejnym etapem w procesie paletyzacji może być, lecz nie musi, nawadnianie materiału zw. kondycjonowaniem. Jeżeli materiał jest zbyt suchy może doprowadzić do zablokowania pracy elementów roboczych granulatora. Surowiec jest traktowany wówczas suchą parą o temp. 180 C. Para dodatkowo aktywizuje ligninę zawartą w materiale, która jest naturalnym lepiszczem. Dostarczana jest ona za pomocą kondycjonera z wytwornicy (generatora) pary. Proces ten należy prowadzić pod kontrolą, ta aby zbytnio nie uwilgotnić materiału, co zmniejszy wytrzymałość produktu [22]. Ostatnim etapem przygotowania surowca jest peletowanie. Proces peletowania odbywać się może za pomocą różnego typu granulatorów, takich jak: granulatory z pierścieniową (Rys. 2) lub płaską matrycą (Rys. 3). Zasada ich działania polega na cyklicznym przetłaczaniu rolkami prasującymi rozdrobnionego materiału przez szereg cylindrycznych otworów wykonanych w matrycy. Materiał dostarczony do komory prasującej dociskany jest przez rolki do powierzchni matrycy, które z kolei wyciskają pelety na zewnątrz 47

6 matrycy, gdzie są następnie ścinane na określoną długość. Stosowane w peleciarkach matryce są wymienne i dostępne z otworami o różnej średnicy. Dzięki temu uzyskać możemy pelety o różnych wymiarach. Rys. 2. Schemat ideowy peleciarki z matrycą pierścieniową: 1. matryca, 2. rolka, 3. komora prasująca [24] Rys. 3. Układ roboczy peleciarki z płaską matrycą [11] Wytworzony pelet jest ciepły i plastyczny. Przed procesem workowania i składowania odbywa się chłodzenie w chłodniach w celu uzyskania temperatury pokojowej granulatu. Schłodzenie peletów zwiększa ich trwałość oraz zmniejsza ilość pyłu powstającego w czasie przechowywania i transportu. Następną czynnością jest frakcjonowanie, mające na celu oddzielenia produktu finalnego od pyłu [11]. Na rys. 4 przedstawiono typowy układ instalacji do produkcji peletu. 48

7 Rys. 4. Schemat poglądowy typowej instalacji do produkcji peletu [25] W procesie aglomeracji ciśnieniowej należy wziąć pod uwagę rodzaj zagęszczanej biomasy i dostosować poziom ciśnienia w matrycy. Przy użyciu materiału o większej twardości należy zwiększyć ciśnienie, gdyż zbyt niskie ciśnienie może doprowadzić do zablokowania otworów matrycy biomasą i zakłócenia w procesie produkcyjnym [11]. Parametry matrycy mają istotny wpływ na jakość ostatecznego granulatu. Wydajność granulatora i energochłonność procesu związana jest z długością kanału prasującego i jego średnicą. Dwukrotny wzrost długości kanału prasującego matrycy wpływa na półtorakrotny wzrost energochłonności procesu, zwiększenie wytrzymałości kinetycznej granulatu, wzrost gęstości aglomeratu oraz wzrost czasu relaksacji naprężeń w aglomerowanym produkcie. W związku z tym istotnym jest dobranie parametrów matrycy dla materiału zagęszczanego, tj. o odpowiednim stopniu sprężania, czyli stosunku długości kanału prasującego do jego średnicy. Dla surowców o dużej zawartości tłuszczu należy używać matryce o wysokim stopniu sprężania, natomiast o małym stopniu sprężania do materiałów mało podatnych na zagęszczanie [21, 26, 27]. Dobór właściwych nacisków jest złożony i zależy od właściwości danego materiału [21]. Technologia produkcji peletu do wykorzystania energetycznego, powstała na podstawie badań dotyczących procesu aglomeracji ciśnieniowej pasz dla zwierząt. Ze względu na większe opory towarzyszące produkcji peletu z materiałów roślinnych, w liniach produkcyjnych stosuje się elementy robocze o wyższej wytrzymałości. Aktualnie znajdujące się na rynku granulatory o różnym zaawansowaniu technologicznym, charakteryzują się wydajnością od 100 do 1000 kg h -1 wytwarzania peletu [14]. Charakterystyka peletu pod względem wydajności energetycznej kształtuje się następująco [28]: 2 kg peletów zastępują 1 litr oleju opalowego, 1,5 tony peletów zastępuje 1 tonę węgla, 1 m 3 drewna litego odpowiada 2,5 m 3 zrębków, co jest równoważne 0,5 tony peletów, 49

8 z 1 tony spalonego paliwa w formie peletu zostaje tylko kg popiołu, zmiana ogrzewania z oleju opałowego na pelety powoduje zmniejszenie emisji CO 2 o 2,5 kg na każdym zaoszczędzonym litrze, do ogrzania domu jednorodzinnego potrzeba w przybliżeniu 5 ton peletów rocznie. Analiza porównawcza europejskich norm jakościowych dla peletów W Polsce nie ma określonej normy jakościowej dotyczącej produkcji peletów. Najczęściej do oceny jakości wytworzonych peletów stosuje się europejską normę EN Do krajów, które posiadają własne normy należą: Austria, Niemcy, Szwecja i Włochy. Zadaniem normy jest ustalenie standardów wykonania i jakości peletów z uwzględnieniem krytycznych wartości dla zanieczyszczeń i wartości energetycznych. W zakresie peletów normy zawierają progi graniczne m. in. dla średnicy, trwałości, gęstości, zawartości pyłu, popiołu, wilgotności, wartości opałowej oraz zawartości poszczególnych pierwiastków chemicznych [16]. Najbardziej wymagającą i szczegółową pod względem jakości peletów w Europie jest opracowana przez Austrię norma ÖNORM Norma ta jest ujednoliceniem trzech norm obowiązujących w tym kraju [25]: ÖNORM M 7135 Drewno prasowane w postaci naturalnej lub kora w postaci naturalnej granulat i brykiety wymagania oraz dokumentacja testowa, ÖNORM M Drewno prasowane w postaci naturalnej Zapewnienie jakości granulatu drzewnego w zakresie logistyki transportu oraz magazynowania, ÖNORM M Drewno prasowane w postaci naturalnej Granulat drzewny Wymagania dotyczące przechowywania granulatu u odbiorcy końcowego. Jako podstawową normą przyjęto ÖNORM M 7135, a pozostałe dwie stanowią jej uzupełnieniem. Wprowadza ona wysokie wymagania, co do kontroli jakości. Wymusza na producentach cotygodniową kontrolę wewnętrzną sprawdzającą wilgotność, trwałość, gęstość i zawartość dodatków w peletach. Ponadto odbywają się zewnętrzne kontrole przez Instytut certyfikujący, który sprawdza cały zakład zwracając uwagę nawet na system etykietowania produktu. Występują także kontrole niezapowiedziane raz w roku [29]. Norma dopuszcza produkcję peletów tylko z czystego drewna lub z zastosowaniem spoiwa naturalnego do 2%. Określone są tutaj pelety tylko pierwszej klasy wykonane z czystych trocin bez zawartości kory. Długość peletu nie może przekraczać 5 x, gdzie to średnica granulatu. Wartość opałowa takiego paliwa powinna wynosić co najmniej 18 MJ kg -1, a zawartość popiołu nie powinna przekraczać 0,5%, przy wilgotności do 12%. Gęstość materiału jest określona na co najmniej 1,12 kg dm -3, natomiast zawartość siarki w pelecie nie może przekraczać 0,08%, azotu 0,3%, a chloru 0,02% [11, 29]. 50

9 Niemcy wprowadziły certyfikat jakości dla peletu o nomenklaturze DIN Należy zaznaczyć, że certyfikat ten nie jest tak restrykcyjny w kontekście przeprowadzania kontroli jak norma austriacka. Kontrole mają miejsce w momencie ubiegania się przez zakład o certyfikat, a następnie raz w roku próbki poddawane są analizie w zewnętrznym laboratorium w celu wydania certyfikatu zgodności [29]. Badania te dotyczą zgodności z wytycznymi w zakresie peletów przemysłowych i obejmują 5 różnych zakresów długości produktu. Wilgotność materiału nie powinna przekraczać 12%, a wartość opałowa mieścić się w granicach 17,5 19,5 MJ kg -1. Gęstość aglomeratu w tym przypadku ma mieścić się w granicach 1,0 1,4 kg dm -3. Norma dopuszcza większą zawartość popiołu i wynosi ona do 1,5%, co może utrudnić użycie takiego produktu w małogabarytowych kotłach. Ponadto określa zawartość siarki dwukrotnie większą, a chloru o połowę wyższą niż w normie austriackiej. Podane są także graniczne wartości w mg kg -1 dla arsenu (0,08), kadmu (0,5), chromu (8), miedzi(5), rtęci(0,05), cynku(100), czy halogenów(3) [11, 29]. Ze względu na niespełnianie przez normę DIN warunków rynkowych DIN CERTCO w 2002 roku wprowadziło nowy certyfikat jakościowy DIN Plus. Opierał się w głównej mierze na normie austriackiej ÖNORM M 7135 uzupełnionej o analizę pierwiastkową z normy DIN Jedyna zmiana, która została wprowadzona w stosunku do w/w norm to poziom wilgotności, który został ustalony na 10%. System kontroli natomiast rozpoczyna się w momencie zgłoszenia przez producenta chęci uzyskania certyfikatu. Oprócz wizytacji, producent indywidualnie, cotygodniowo wykonuje analizę granulatu pod względem poziomu wilgotności, ścieralności, gęstości i zawartości wypełniaczy. Zakład może uzyskać certyfikat na okres 5 lat, przy czym corocznie odbywają się niezapowiedziane kontrole [29]. Kolejnym krajem, który wprowadził kryteria w zakresie jakości peletów była Szwecja. Norma SS określa 3 klasy granulatu. Różnią się one między sobą przede wszystkim wielkością i zawartością popiołu. Pierwsza grupa to pelet o maksymalnej długości równej czterokrotności średnicy. Gęstość nasypowa takiego produktu ma wynosić powyżej 600 kg m -3, zawartość popiołu nie powinna przekroczyć 0,7%. Kryterium trwałości zostało określone jako maksymalna zawartość pyłu w całkowitej wadze peletów i wynosi 0,8% dla frakcji poniżej 3 mm. Druga grupa to granulat o długości równej 5 średnicom peletu. W tej kategorii minimalna gęstość nasypowa to 500 kg m -3, zawartość popiołu 1,5%, ilość pyłu 1,5%. Wartość opałowa 16,9 MJ kg -1, wilgotność do 10%, zawartość wilgoci przy dostawie do 10%, zawartość siarki do 0,08% oraz zawartość chloru do 0,03% są identyczne w grupie 1 i 2. Grupa trzecia to pelety o długości maksymalnie 6 średnic. Gęstość nasypowa to min. 500 kg m -3, zawartość popiołu została określona na min. 1,5%, a ilość pyłu może wynosić do 1,5% podobnie jak w grupie 2. Wartość opałowa jest niższa w stosunku do poprzednich grup i jej minimum określone zostało na 15,1 MJ kg -1, wilgotność i zawartość wilgoci przy dostawie zostały zwiększone do maksymalnego poziomu 12% [11, 25, 29]. 51

10 Włochy w marcu 2004 wprowadziły własną normę opartą na Specyfikacji Technicznej CEN/TC335 wyznaczającą parametry granulatu do celów energetycznych o oznaczeniu CTI-R 04/5. Określone zostały w niej cztery kategorie peletu w zależności od pochodzenia surowca. Kategoria A dzieli się na dwie podkategorie w zależności od zastosowania materiału bez lub z domieszkami (spoiwem). Surowcem w tej kategorii może być biomasa drzewna z lasu, drewno z plantacji, odpady przemysłu przetwórstwa drzewnego oraz drewno z odzysku nie poddawane obróbce chemicznej. Do kategorii B i C należą biomasa trawiasta i owocowa, a także różne mieszanki. W kategorii A i B średnica peletu została określona na 6 lub 8 mm. Gęstość usypowa mieści się w granicach kg m -3, natomiast dla kategorii C wynosi ona co najmniej 550 kg m -3, a średnica peletu mm. Trwałość peletów określono na 97,7 % dla dwóch pierwszych kategorii, co najmniej 95% dla B i min. 90% dla C. Zawartość popiołu wynosi odpowiednio: 0,7% dla grupy 1; 15% dla B i do ustalenia dla C. Wilgotność przy dostawie wynosi w kategorii A i B do 10%, natomiast w grupie 4 to min. 15%. Ponadto zostały określone dodatkowe parametry dla grup 1 oraz 2 i wynoszą one: minimalna wartość opałowa 16,9 MJ kg -1, zawartość maksymalna siarki 0,05%, azotu 0,3%, chloru 0,03% i halogenów 1,0% [25]. Brytyjski Kodeks Dobrej Praktyki określa normy dla peletu drzewnego pierwszej i drugiej jakości. W obu przypadkach maksymalną ilość pyłu określono na maksimum 0,5%, zawartość wilgoci przy dostawie do 10%, zawartość popiołu w trzech opcjach:<1%, <3% lub <6%, a zawartość siarki i chloru nie powinny przekraczać odpowiednio 300 ppm i 800 ppm. Grupy te różnią się pod względem: średnicy granulatu, która wynosi dla jakości pierwszej i drugiej odpowiednio <4-20 mm i >10<20 mm; gęstości usypowej określonej na co najmniej 600 kg m -3 i 500 kg m -3 oraz wartości opałowej powyżej 4,7 kwh i 4,2 kwh [25, 30]. Europa nie posiadała do roku 2010 ujednoliconej normy dotyczącej jakości produkowanych peletów. Ocena jakościowa peletów drzewnych odbywała się dotychczas wyłącznie na podstawie krajowych norm wymienionych powyżej. Polscy producenci wzorowali się na niemieckiej normie DIN i DIN Plus [31]. Unia Europejska przez wiele lat konstruowała wytyczne odnośnie jakości peletów. Wprowadzana norma EN ma ujednolić te wytyczne w zakresie wysokiej jakości biopaliw, określając ich właściwości fizyczno chemiczne oraz metody klasyfikacji (Rys. 5). W lipcu 2010 weszła w życie druga część normy oznaczonej jako EN poświęcona peletom drzewnym a w 2012 norma dotycząca peletów wytworzonych z innych materiałów niż drewno EN Pierwsza część oznaczona symbolem EN dotyczy biomasy, w której zawarte są tabele dotyczące: klasyfikacji biomasy stałej, postaci handlowe biopaliw stałych oraz tabele wzorcowych parametrów dla brykietów, peletów i zrębków obowiązywała już wcześniej. 52

11 Rys. 5. Układ europejskiej normy EN [32] W normach EN14961 wprowadzono trzy klasy jakości: AI, AII i B. Dla najwyższej klasy AI zawartość popiołu może wynosić maksymalnie 0,5%, a dla klasy AII do 1%. Normy te obejmują również klasę peletów przemysłowych B o zawartości popiołu do 1,5%. Inne różnice w parametrach chemicznych w poszczególnych klasach zależą od zawartości azotu i chloru. W najlepszych peletach drzewnych nie powinno być więcej cząstek azotu niż 0,3%, w klasie AII 0,5%, w klasie B 1%. Zawartość chloru nie powinna przekraczać 0,02% w klasie AI oraz 0,03% w klasach AII i B. Norma określa też dopuszczalne w peletach wartości siarki, arsenu, kadmu, chromu, miedzi, ołowiu, rtęci, niklu i cynku. Norma zakłada określone grupy surowców, z których może być wykonany pelet. W klasie AI surowcem do przeróbki na granulat mogą być pozostałości pozrębowe oraz pozostałości drzewne nie poddane obróbce chemicznej. Klasa AII to materiał z drzew całych, pniaków i kory. Przemysłowe pelety mogą być wytwarzane z drewna lasów i plantacji, produktów ubocznych i pozostałości z przemysłu drzewnego oraz drewna nie poddanego obróbce chemicznej. We wszystkich klasach jakościowych pelety powinny mieć średnice 6 lub 8 mm z odchyłkami do +/- 1 mm, długość od 3,15 do 40 mm, wilgotność do 10%, wytrzymałość mechaniczną zawsze powyżej 97,5% [32, 33]. Podsumowanie Decydujący wpływ w procesie zagęszczania materiału w formę peletu ma poziom wilgotności materiału oraz długość jego sieczki. Każdy materiał ma zalecany poziom wilgotności do procesu kompaktowania, jak i określoną długość sieczki przy jakiej następuje jego bezproblemowe zagęszczenie. Zaletą zagęszczania w formę peletu jest duży współczynnik koncentracji energii w jednostce objętości uzyskanego paliwa w stosunku do innych form przetworzenia biomasy. Ponadto istnieje możliwość praktycznego użycia tego nośnika energii w piecach z automatycznymi zasobnikami paliwa. Stąd określenie parametrów zagęszczania dla biomasy sektora rolniczego 53

12 i okołorolniczego w formę peletu dać może szeroki wachlarz asortymentu, który mógłby być zastosowany w energetyce rozproszonej. Dodatkowo proces kompaktowania rozwiązuje problem dużej gęstości usypowej biomasy, co jest istotne z punktu widzenia odbiorcy gotowego paliwa. Kontrola jakości wytworzonego peletu ma na celu ustalenie standardów wykonania i jakości peletów z uwzględnieniem krytycznych wartości dla zanieczyszczeń i wartości energetycznych. W zakresie peletów normy zawierają progi graniczne m. in. dla średnicy, trwałości, gęstości, zawartości pyłu, popiołu, wilgotności, wartości opałowej oraz zawartości poszczególnych pierwiastków chemicznych. Zachowanie stosownych parametrów daje podstawę do kryteriów kontroli zakupionego produktu i zdefiniowania wymagań od wytwórcy w zakresie spełnienia określonych parametrów paliwa przy dostawie. Wprowadzenie europejskiej normy jakości dla peletów EN przyczynia się do ujednolicenia wytycznych w zakresie produkcji peletów drzewnych i peletów wytworzonych z innych materiałów niż materiał drzewny. Literatura [1] Obidziński S Badania procesu zagęszczania wycierki ziemniaczanej. Acta Agrophysica, 14(2), s [2] Stolarski M., Szczukowski S Charakterystyka zrębków oraz peletów (granulatów) z biomasy wierzby i ślazowca jako paliwa. Problemy Inżynierii Rolniczej, 1, s [3] Stolarski M., Szczukowski S., Tworkowski J Pelety z biomasy szybko rosnących wierzb krzewiastych. Czysta Energia, 6, s [4] Stolarski M Wykorzystanie biomasy do produkcji pelet. Czysta Energia, 6, s [5] Kotowski W Pelety z azjatyckiej słodkiej trawy. Agroenergetyka, 3(33), s [6] Laskowski J., Skonecki S Wpływ średnicy komory i masy próbki na zagęszczanie poekstrakcyjnej śruty rzepakowej. Inżynieria Rolnicza, 6, s [7] Denisiuk W Brykiety/pelety ze słomy w energetyce. Inżynieria Rolnicza, 9(97)/2007, s [8] Skonecki S., Potręć M Wpływ wilgotności łusek kolb kukurydzy na parametry zagęszczania. Acta Agrophysica, 11(3), s [9] Skonecki S., Laskowski J Wpływ wilgotności śruty zbożowej na proces wytłaczania. Acta Agrophysica, 15(1), s [10] Kwaśniewski D Technologia oraz koszty produkcji brykietów i peletów z wierzby energetycznej. Inżynieria Rolnicza, 5(103), s [11] Hansen M. T., Rosentoft Jein A., Wach E., Bastian M The Polish Wood Pellet Handbook (Poradnik użytkownika pelet drzewnych). Pelletsatlas opracowanie w ramach projektu Komisji Europejskie Pellets@las [12] Grzelak M., Waliszewska B., Speak Dźwigała A Wartość 54

13 energetyczna peletu z łąk nadnoteckich ekstensywnie użytkowanych. Nauka Przyroda Technologie, T. 4, Z. 1, #11 [13] Niedziółka I Możliwości wykorzystania biomasy roślinnej do produkcji brykietów i peletów. Wieś Jutra, 8/9(145/146) [14] Jakubiak M., Kordylewski W Pelety podstawowym biopaliwem dla energetyki. Archiwum Spalania, Vol. 8, 3 4, s [15] Denisiuk W Słoma jako paliwo. Inżynieria Rolnicza, 1(110), s [16] Kowalczyk Juśko A Kompaktowanie się opłaca. Wykorzystuj słomę jeszcze efektywniej. Agroenergetyka, 1(31), s [17] Mani S., Tabil L., Sokhansanj S Effects of compressive force, particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses. Biomass and Bioenergy, 30, s [18] Grochowicz J Technologia produkcji mieszanek paszowych. PWRiL, Warszawa [19] Kulig R., Laskowski J Nakłady energii w procesie granulowania śrut pszenicy o różnym stopniu rozdrobnienia. Motrol, 8A, s [20] Adamczyk F Wpływ wilgotności słomy zbożowej na stopień zagęszczania uzyskiwanych brykietów. Inżynieria Rolnicza, 1(119), s [21] Hejft R Ciśnieniowa aglomeracja materiałów roślinnych. Biblioteka Problemów Eksploatacji ITE Radom [22] Grochowicz J., Andrejko D., Mazur J Wpływ wilgotności i stopnia rozdrobnienia na energię zagęszczania i wytrzymałość brykietów łubinowych. Motrol, 6, s [23] Kowalewski L Produkcja peletów od A do Z. Kurier Drzewny, 18, s [24] Rembowski Ł Brykieciarka rotacyjna, tzw. peleciarka. agroenergetyka.pl, artykuł z dnia [25] Wach E Jakość granulatu drzewnego. Normy, wymagania, właściwości. Bałtycka Agencja Poszanowania Energii S.A. [26] Obidziński S., Hejft R Wpływ parametrów aparaturowoprocesowych na wartości nacisków zagęszczających w procesie granulowania pasz. Inżynieria Rolnicza, 5(93). s [27] Kulig R., Laskowski J Wpływ parametrów matrycy na efektywność granulowania mieszanek pszenicy z rzepakiem. Inżynieria Rolnicza, 5(80), s [28] Wach. E Techniczno ekonomiczne aspekty wykorzystania drewna i paliw pochodnych do celów grzewczych. Regionalne Forum Energetyki Odnawialnej, Przysiek [29] Kowalewski L Pelety drzewne wymagania rynku a normy (2). Wartość badania. Magazyn Instalatora, 4(104), s [30] Zuchniarz A Ocena właściwości mechanicznych i energetycznych brykietów wytworzonych z biomasy roślinnej kukurydzy pastewnej. UP 55

14 Lublin. Rozprawa doktorska [31] Szyszlak Bargłowicz J., Piekarski W Wartość opałowa biomasy łodyg ślazowca pensylwańskiego w zależności od wilgotności. Inżynieria Rolnicza, 8, s [32] Wach E., Bastian M Nowe europejskie normy jakości pelet. Czysta Energia, 6, s [33] Alakangas E New European Pellets Standards. EUBIONET 3, November 2010, s Streszczenie. W pracy przedstawiono szczegółowo warunki i technologie produkcji peletu z biomasy roślinnej. Zwrócono uwagę na właściwy dobór parametrów wilgotności materiału i długości sieczki do procesu kompaktowania surowca. Przedstawiono szczegółowo kolejne etapy produkcji peletu z materiału roślinnego, wskazując główne problemy i rozwiązania w procesie produkcyjnym. Ponadto opisano urządzenia wchodzące w skład typowej linii produkcyjnej Dodatkowo zawarto w pracy opis europejskich norm jakości peletu, jako element kontroli jakości gotowego produktu. W sposób szczegółowy opisano główne założenia poszczególnych norm krajowych (ÖNORM 7135, DIN 5173, DIN Plus, SS , CTI-R 04/5,Brytyjski Kodeks Dobrej Praktyki) oraz ujednoliconej normy europejskiej (EN-14961). TECHNOLOGIES OF PRODUCTION AND QUALITY CERTIFICATION SYSTEMS OF PLANT BIOMASS PELLETS Summary. The paper presents in detail the conditions and technologies of plant biomass pellet production. Attention was paid to the proper selection of parameters as material moisture content and chop length for compacting material. The paper presents the detailed steps in the production of pellets from plant material, pointing out the main problems and solutions in the manufacturing process. In addition, devices included in the typical production line addition included in the job description of European standards of quality pellets, as part of the quality control of the final product. In details describe the main assumptions of individual national standards (ÖNORM 7135, DIN 5173, DIN Plus, SS , CTI R 04/5, the British Code of Good Practice) and the European standard (EN-14961). 56