Biopolttoaineiden kemialliset ominaisuudet, Bionorm2 projektin tuloksia ja CEN/TC 335, WG5

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "Biopolttoaineiden kemialliset ominaisuudet, Bionorm2 projektin tuloksia ja CEN/TC 335, WG5"

Pirjo Hakola
6 vuotta sitten
Katselukertoja:

1 Biopolttoaineiden kemialliset ominaisuudet, Bionorm2 projektin tuloksia ja CEN/TC 335, WG5 EU Bionet3, Espoo Jussi Ranta VTT Technical Research Centre of Finland

Biopolttoaineiden tulevat EN standardit 2010-11 kemiallisiin mittauksiin liittyen pren 15104 Solid biofuels Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen (C,H,N) Instrumental

2 Biopolttoaineiden tulevat EN standardit kemiallisiin mittauksiin liittyen pren Solid biofuels Determination of total content of carbon, hydrogen and nitrogen (C,H,N) Instrumental methods pren Solid biofuels Determination of total content of sulphur and chlorine (S) pren Solid biofuels Methods for determination of the water soluble content of chloride, sodium and potassium (Cl, Na, K) pren Solid biofuels Determination of major elements (Al, Ca, Fe, Mg, P, K, Si, Na and Ti) pren Solid biofuels Determination of minor elements (As, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb, Sb, V and Zn) (pren Solid biofuels Calculation of analyses to different bases)

Na, Si, Ca, Mg, Al, P Päästöt: tiukkenevat rajoitukset esimerkiksi typen oksidien kohdalla.

3 Tavoitteet Tavoitteena hallita standardimittauksilla esim. Käytettävyysongelmat: kuonaantuminen ja tuhkan sulaminen myös pienessä kokoluokassa, Cl, S, K, Na, Si, Ca, Mg, Al, P Päästöt: tiukkenevat rajoitukset esimerkiksi typen oksidien kohdalla. Pitoisuudet voivat olla korkeita (N, Cl, S, raskasmetallit) joillakin biopolttoaineilla Tuhkan hyödyntäminen (Cd, C elem, C inorg, C org, etc.)

4 Bionorm2 projektissa tutkittuja biomassoja Fir without bark Lämpö- ja voimalaitokset 13 Mm Woodchips 3 Kotitaloudet 6,1 Mm 3 Bark Hardwood and glue Almond kernels Coconut Palm kernels Rape straw Straw Cynara Orujillo (Olive residue) Seaweed [Maize resiudes, Wine & Fruit residues]

5 Bionorm2 projektin tuloksia Hiilipitoisuus 32,8-51,3 % (d) Vetypitoisuus 4,0-6,1 % (d) Typpipitoisuus 0,05-2,65 % (d) Lämpöarvo Tuhkapitoisuus 0,25-32,9 % (d) Rikkipitoisuus 0,006-2,11 % (d) Klooripitoisuus 0,004-1,65 % (d) Natriumpitoisuus mg/kg (d) Pii mg/kg (d) Kalsium mg/kg Hivenalkuaineet Cd: 0,008-0,767 mg/kg (d), Pb: 0,10-22,5 mg/kg (d), Hg 0,0025-0,0321 mg/kg (d) Tuhkan sulaminen

6 Mittausten Round Robin hyväksymiskriteerit tulokset Repeatability r abs r rel [%] [%] Reproducibility R abs R rel [%] [%] < 0,1% 0,1 0,2 Ash 1-10% 0,3 0,5 >10% 2 4 Carbon 0,5 1,5 Hydrogen 0,25 0,5 Nitrogen < 0,5% 0,05 0,1 > 0,5% Chloride < 0,05% 0,005 0,01 > 0,05% Sulphur < 0,05% 0,005 0,01 > 0,05% Chloride < 0,05% 0,005 0,01 water soluble > 0,05% Na and K < 0,01% 0,001 0,002 water soluble > 0,01% 10 20

7 Biojnorm2 Round Robin tuloksia Round Robin Täydellisen 100 % läpinäkyvä RR kahdessa vaiheessa 1. :ssa vaiheessa 5 laboratoriota, 2.:ssa vaiheessa n. 30 Laboratorioissa on (aina) paitsi jyviä myös akanoita Mielenkiintoinen kirjo polttoaineita Näin kirjavalle joukolle materiaaleja oli mahdotonta luoda yhteistä kriteeristöä mittaustulosten hyväksymiselle

8 Bionorm 2 Round Robin tuloksia Esimerkki: puuhakkeen hiilipitoisuus, 32 laboratoriota 53.0 wt.-% Outlier C s 2 max n 2 s i G x x / p extr s p Outlier Outlierit eliminoitu Cochranin Ja Grubbsin testeillä Outlier Lab Code No.

9 Bionorm 2 Round Robin tuloksia, hiili (C) Hiilipitoisuus C(d) ja C(daf) C, % Rape straw Straw Bark Thistle Orujillo Orujillo Coconut shells Palm kernels Almond shells Hardwood Wood chips Fir without bark Seaweed Polttoaine

10 Bionorm 2 Round Robin tuloksia, vety (H) Vetypitoisuus (d) ja (daf) 6,5 6 5,5 H 5 4,5 H(d) H(daf) AVE 4 3, Polttoaine

11 Bionorm2 projektissa selvitettiin lisäksi (N)

12 Bionorm2 projektissa selvitettiin lisäksi (N)

CEN/TS 15289 sulphur and chlorine Detection methods Ion chromatography is the recommended method for the detection of sulphate and chloride (EN ISO 10304-1) use a syringe equipped with a 0,45 m pore

13 CEN/TS sulphur and chlorine Detection methods Ion chromatography is the recommended method for the detection of sulphate and chloride (EN ISO ) use a syringe equipped with a 0,45 m pore size filter Other analytical methods: Method Cl S References (examples) ICP X X EN ISO photometric (colorimetric) X DIN Turbidimetric X ASTM D photometric titration X ISO 587 Coulometric X DIN (method D1-3) potentiometric titration X DIN (method D1-2)

14 Results from BIONORM sulphur Sulphur content mean [wt %, d.b.] Reproducibility Repeatability R abs [%] R rel [%] r abs [%] r rel [%] wood without bark 0,006 0, , woodchips 0,009 0, , hardwood with glue 0,017 0, , bark 0,080 0, , straw 0,11 0, , orujillo 0,13 0, ,013 9 cynara 0,20 0, , rapestraw 0,21 0, ,019 9 Alin määritysraja!

15 CEN/TS Solid biofuels Methods for determination of the water soluble content of chloride, sodium and potassium Principle The fuel sample is heated with water in a closed container at 120 C for 1 hour. The concentrations of chloride, sodium and potassium in the obtained water extract are determined by one of the following techniques: Chloride: Ion-Chromatography (IC) or potentiometric titration with silver nitrate (any contents of water soluble bromide and iodide will be included in the determination) Sodium and potassium: Flame Emission Spectroscopy (FES) or Flame Atomic Absorption Spectroscopy (FAAS) or Inductively Coupled Plasma Optical Emissions Spectroscopy (ICP-OES).

16 Results from BIONORM2 chlorine Precision of method Chlorine content mean [wt %, d.b.] Reproducibility R abs R rel [%] [%] Repeatability r abs r rel wood without bark 0,003 0, , woodchips 0,005 0, , bark 0,010 0, , hardwood with glue 0,015 0, , straw 0,11 0, , orujillo 0,20 0, ,013 7 rapestraw 0,28 0, , cynara 1,59 0, ,18 11 Alin määritysraja! [%] [%]

17 EN Wood pellets: esimerkki luokkavaatimuksista EN Wood pellets: A1 A2 B Cl w-% dry 0,02 0,02 0,03 S w-% dry 0,03 0,03 0,04 N w-% dry 0,3 0,5 1,0 Informative: Ash melting behaviour oc all characteristic temperatures in oxidized conditions should be stated all characteristic temperatures in oxidized conditions should be stated all characteristic temperatures in oxidized conditions should be stated

18 Ash melting behaviour DIN 51730:2007, CEN/TS and ISO 540:2008 DIN: Steinkohle, Braunkohle, Lignit und Koks CEN: biofuels/(srf) deformatio n ISO:coal/coketemperatur e DT sphere temperature ST hemisphere temperature HT flow temperature FT

atm) Only one (first) point observed (10 %) Shape deformations of test piece (e.

19 Ash melting oddities (coal, biofuel and SRF ashes) Ideal bevaiour (40-50 %, mainly in red. atm) Only one (first) point observed (10 %) Shape deformations of test piece (e.g. belly bottom ) Swell and collapse behaviour (20 %), more common in oxidizing than in reducing atm Shrink and swell behaviour (20 %) in oxidizing atm

20 Ash melting oddities (coal, biofuel and SRF ashes)

21 Pikamenettely tuhkan sulamiskäyttäytymisen arvioimiseksi, Bionorm2

22 Pikamenettely tuhkan sulamiskäyttäytymisen arvioimiseksi, Bionorm2

23 Bionorm2 projketissa selvitettiin lisäksi Pikamentelmiä Liukoiset alkuaineet (Cl, K, Na): Tulokset suuntaa antavia ja työpanos on suunnilleen sama kuin perinteisissä menetelmissä Tuhkan sulaminen Kohtalaisia tuloksia laboratorion peruslaitteilla. Jatkuvatoimisia menetelmiä kemiallisten ominaisuuksien määrityksessä Liian kalliita - tulevaisuutta

24 Yhteenveto Biopolttoaineiden kirjo on laaja. Aivan muuta kuin mihin Suomessa on totuttu: Pitoisuusvaihtelut suuria hivenalkuaineilla ja haitta-aineilla Näytteenotto/valmistus, tila- ja laitevaatimukset vaativammat Pyritään hallitsemaan ja harmonisoimaan koko mittausketju näytteenotosta raportointiin tämä on uutta ja tähän totutellaan. Näytteenotto, näytteiden käsittely, mittaus, raportointi Laboratorioilla yhä suurempi vastuu: akkreditointivaatimukset (ISO 17025)

25 Yhteenveto Round Robin Open issa jyvät erottuivat akanoista Nykyisten TS:ien kriteerit liian tiukat koko biopolttoainekirjolle Tulosten varmentamistapa muuttuu materiaalikohtaiseksi On ymmärrettävä matriisi ja tunnettavat (omien) mittalaitteiden suorituskyky Standardeihin RR tulostaulukot kahden materiaalin osalta ja tulkintaohje Uusia menetelmiä tarvitaan: instrumentaaliset menetelmät (M, A, V) tuhkan sulaminen pikamittaukset tuhkan ominaisuudet (C, leaching) XRF polttoaineelle jne. ISO vaihe jatkaa ja toivottavasti parantaa työtä

26 Kiitos!

Samankaltaiset tiedostot

Pellettien pienpolton haasteet TUOTEPÄÄLLIKKÖ HEIKKI ORAVAINEN VTT EXPERT SERVICES OY

Pellettien pienpolton haasteet TUOTEPÄÄLLIKKÖ HEIKKI ORAVAINEN VTT EXPERT SERVICES OY Esityksen sisältö Ekopellettien ja puupellettien vertailua polttotekniikan kannalta Koetuloksia ekopellettien poltosta