Biobränslen

Med biomassa avses alla organiska material som ursprungligen kommer från växter, träd och alger. Biomassa består mestadels av kol och väte och har därmed ett relativt högt energiinnehåll. Biomassa förekommer i regel naturligt i fast form. I och med att biobränslen binder koldioxid via fotosyntesen brukar de betraktas som koldioxidneutralabränslen. En biomassa består av fyra olika fraktioner: fuktighet, flyktiga ämnen, så kallat fast kol och aska. Den relativa storleken på dessa fraktioner varierar mellan olika biomassor. Biomassor är heterogena bränslen och ofta skrymmande. Därför raffineras den ofta till pellets varvid energiinnehållet per volymenhet ökar samtidigt som biomassans form och storlek blir homogen vilket underlättar matning. På grund av den heterogena karaktären är det svårt att pulverisera biomassa. För att biomassa ska kunna användas som bränsle i exempelvis stålindustrins värmningsugnar måste den förgasas.

Checklista för introduktion av nya biobränslen, tagen ur Energiforsks bränslehandbok:

Vilka biobränslen är tänkbara?
Är bränslet ett avfallsbränsle?
Vilka tillstånd behövs?
Vilken förbränningsteknik ska användas?
Vad gäller för bränsleblandningar?
Hur kan askan återvinnas/hanteras?
Vad gäller för arbetsmiljö/säkerhet?
Kvalitetskontroll av biobränslen.
Vilka testmetoder finns?

Bränsledatabaser:

Phyllis – database for biomass and waste
Phyllis är designad och underhålls av ECN (Energy research Centre of the Netherlands). För närvarande innehåller databasen cirka 2400 data. I databasen kan man söka och hitta analyser av en stor mängd bränslen eller grupper av bränslen.
US Department of Energy database
Databasen innehåller 150 olika biobränsleanalyser mest inom jordbruksavfall, lövträd och energigräs.
DP CleanTech
Databasen innehåller mer än 100 bränslen från Europa, Asien och Afrika. Merparten kommer från Asien varav hälften kommer från Kina.

Handböcker om bränslen och/eller förbränning:

Bränslehandboken 2012
Energiforsks Bränslehandbok. Bränslehandboken erbjuder en metod för att ur anläggningsägarens perspektiv bedöma olika bränslen på marknaden.
Miljöfaktaboken 2011 (Värmeforskrapport 1183)
Miljöfaktaboken 2011 innehåller aktuella emissionsfaktorer för de flesta bränslen och energislag för svensk el- och värmeproduktion samt för fordonsdrift, och beskriver den totala miljöpåverkan från i Sverige vanligt förekommande energislag från hela livscykeln.
Pelletspärmen
Pelletspärmen från JTI (Institutet för Jordbruks- och Miljöteknik).
Vedpärmen
Informationsmaterial om vedeldning i småhus framtagen av Novator Media på uppdrag av NUTEK inom programmet Småskalig förbränning av biobränsle.
English Handbook for Wood Pellet Combustion
Handboken har tagits fram för allmänt bruk för att öka användningen av pellets.

Tänkbara biobränslen

Nedan följer information om förnyelsebara bränslen som är tillgängliga på den svenska marknaden eller som bedömts ha en potential att bli tillgängliga inom en tidsperiod om 10 år. Tabellen kommer ifrån Energiforsks bränslehandbok.

Förkortningar:
GROT- Grenar och toppar
FB- Fluidiserad bädd
PB- Pulverbrännare

Bränsle	Speciella egenskaper	Viktigt att tänka på	Lämpligt för
Trädbränslen
Rent trä (spån, flis, pulver)	Låg andel av aska och föroreningar Låg bulkdensitet Askan kan återföras	Fuktigt sågspån och bränslen med hög finandel kan vara problematiska. Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft	Alla typer av anläggningar
Förädlat trädbränsle (Pellets, briketter)	Enhetlig styckestorlek, bra transport- och matningsegenskaper Dyrare i inköp Askan kan återföras	Eventuella tillsatser kan ge problem i kvarnar, samt påslag i pannan Damningsproblem vid lossning Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft	Alla typer av anläggningar
Skogsbränslen
Skogsbränsle (GROT, grön GROT, stubbar etc.)	Hög fukthalt, Högre askhalt än rent trä Föroreningar både i bränslet och från medföljande material Askan kan återföras	Risk för sintring i FB Risk för korrosion och påslag Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft	Rost, FB
Övriga trädbränslen
Returträ	Förhöjda halter av aska och föroreningar. Billigare än andra trädbränslen Ojämn partikelstorlek Askan kan vara förorenad med tungmetaller som medför att den kan behöva deponeras eller renas innan återföring/användning	RT-trä omfattas av avfallsför- bränningsdirektivet om det finns tungmetaller och/eller halogenerade organiska föreningar. Högsta andelen föroreningar i minsta partikelfraktionen. Risk för korrosion och påslag. Emissioner: NOx, SO2, HCl, CO, kolväten, Dioxiner/furaner, tungmetaller och stoft Kan kräva extra rökgasrening för att uppfylla lagkrav.	Rost, FB Avfalls- och samförbrän- ningsanlägg- ningar
Energiskog (Salix)	Förhöjda halter av tungmetaller Energikrävande vid malning Jämn partikelstorlek med liten finandel Askan kan vara förorenad med tungmetaller som medför att den kan behöva deponeras eller renas innan återföring/användning	Kan ge intensiv förbränning. Hög barkandel påverkar förbrännings- egenskaperna. Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft, tungmetaller (Cd)	Rost- och FB
Bark	Askhalten högre än för rent trä Hög fukthalt Ojämn partikelstorlek. Risk för ”slamsor” med t.ex. aspbark Hög halt av kalium och kalcium. Kvävehalten högre än i rent trä Priset ungefär som GROT (om TS) är < 40 %) Askan kan återföras	Skruvar och blåsledningar kan ge ökad andel små partiklar. Risk för högtemperatur korrosion Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft	FB Rost

Lövträd	Hårda träslag Hög densitet Högt värmevärde Askan kan återföras	Kan ge intensiv förbränning Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft	FB Rost
Jordbruksbränslen
Halm	Låg densitet Höga halter av aska, kisel, alkali och klor Höga transport- och lagringskostnader. Pris som RT-flis Askan kan återföras	Risk för självantändning vid lagring av fuktig halm. Risk för korrosion och påslag Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft, HCl Askan har låg smältpunkt.	Rost
Energigräs (Rörflen)	Askhalt beror av växtplats, varierar mellan 2-16%. Damning vid rivning av balar Stor andel finfraktion vid malning Något dyrare än GROT. Låg bulkdensitet Hög kvävehalt Askan kan återföras	Risk för sintring Risk för korrosion och påslag Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft, HCl	Rost PB (FB)
Hampa (industrihampa)	Sammansättning av bränslet är dåligt känd. Stora variationer i de analyser som hittills utförts. Låg bulkdensitet Askan kan återföras	Volymkrävande bränsle Bränsleberedning viktig Saknas erfarenheter från förbränning Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft, HCl	(Rost FB PB)
Spannmål	Jämn fukt (14 %)- och askhalt (2- 3%) Bra transport-, lagrings- och matningsegenskaper Pris som GROT. Låg asksmältpunkt. Hög kvävehalt. Askan kan återföras	Måste skyddas från fukt och skadedjur vid lagring Risk för lågtemperatur korrosion Risk för beläggningar och påslag. Risk för rostgenomfall pga. partikelstorleken Kalktillsats ger förbättrade förbränningsbetingelser Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft,	FB (Rost)
Spannmålsavrens	Hög densitet. Hög askhalt. Hög finandel Karakteristisk doft. Hög svavelhalt. Hög kvävehalt Bättre flytegenskaper än trä Askan kan återföras	Risk för problem med askutmatning Risk för påslag och sintring Emissioner: NOx, CO, kolväten, stoft,	PB (FB)

Olivavfall	Höga halter av alkali Höga halter av svavel och klor Hög askhalt Luktproblem Askan kan återföras	Vid lagring finns stor risk för biologiskt aktivitet som kan medföra brandrisk. Stor risk för påslag och korrosion Risk för sintring Emissioner: NOx, SO2, CO, kolväten, stoft, HCl	PB FB
Udda jordbruksbränslen
Kakaobönor	Högt värmevärde Hög kvävehalt Enhetlig partikelstorlek Askan kan återföras	Bör lagras inomhus pga. risk för agglomerering av bränslepartiklarna vid regn Emissioner: NOx, SO2, CO, kolväten, stoft, HCl	FB
Citrusavfall	Hög densitet. Behaglig doft. Hög kvävehalt Askan kan återföras	Emissioner: NOx, SO2, CO, kolväten, stoft	FB PB
Sheanötter	Extremt hög kaliumhalt Askan kan återföras	Risk för stora problem med påslag Stor risk för sintring Emissioner: NOx, SO2, CO, kolväten, stoft, HCl	Kan användas som inblandning i små mängder
Jordnötsskal	Hög kvävehalt. Hög densitet. Lättmalet	Nötallergiker kan få problem om de vistas i närheten.	Alla typer av anläggningar
Solrosskal		Vid lagring finns risk för biologisk aktivitet som kan medföra brandrisk Risk för problem med igensättningar/påslag	FB, rost
PKS Palm kernel shells	Hög kvävehalt		FB, rost
Avfallsprodukter
Rötslam	Extremt höga halter av fukt och aska. Hög halt av svavel, kväve, fosfor, kalcium, aluminium, järn och kisel. Mycket lågt värmevärde. Kan förekomma tungmetaller och miljöstörande föreningar som flamskyddsmedel. Askan kan vara förorenad med tungmetaller som medför att den kan behöva deponeras eller renas innan återföring/användning	Ökade askmängder ställer krav på askhantering Minskar risk för klorinducerad korrosion. Minskar risk för bäddagglomerering/sintring i fluidbäddpannor. Sameldning med energirikare bränsle alternativt torkning kan bli nödvändigt. Emissioner: NOx, SO2, CO, kolväten, stoft, HCl och tungmetaller	FB rost Avfalls- och samförbrän- ningsanlägg- ningar

Skogsindustriellt slam

Stora variationer mellan olika typer av slam

Fukt- och askhalterna ofta mycket höga

Lågt värmevärde

Kväve-, svavel- och kloridhalter kan vara förhöjda

Askan från vissa slam kan vara förorenad med tungmetaller som medför att den kan behöva deponeras eller renas innan återföring/användning

Ökade askmängder ställer krav på askhantering

Vissa slam kan ha positiva effekter på påslagsbilden och/eller agglomereringstendenser i FB-pannor.

Vissa slam omfattas av avfallsförbränningsdirektivet Emissioner:

NOx, SO2, CO, kolväten, stoft, HCl och tungmetaller

rost

Avfalls- och samförbrän- ningsanlägg- ningar

Gödsel

Sammansättningen varierar beroende på djurslag och djurhållning.

Höga halter av kväve, fukt, aska, klor och svavel.

Luktar mycket ammoniak

Askan kan återföras

Risk för korrosions och påslagsproblem

Risk för problem med lukt vid lagring

Emissioner:

NOx, SO2, CO, kolväten, stoft, HCl

Rost, FB

PTP (papper-trä- plast)

Inhomogent bränsle

Högt värmevärde (varierar med sammansättningen)

Hög fukt och askhalt

Ofta hög klorhalt (beror på typ av plast)

Zink- och blyhalter kan vara höga. Askan kan vara förorenad med tungmetaller som medför att den kan behöva deponeras eller renas innan återföring/användning

Inhomogeniteten kan förbättras genom en bra bränsleberedning

Risk för påslags och korrosionsproblem PTP omfattas av avfallsförbränningsdirektivet

Emissioner:

NOx, SO2, CO, kolväten, stoft, HCl, tungmetaller

Rost

Avfalls- och samförbrän- ningsanlägg- ningar

Gummi

Högt värmevärde. Hög svavelhalt. Hög askhalt. Minimal fukthalt. Homogent bränsle. Billigare än kol

Låg kvävehalt

Metallinnehåll, främst zink och järn. Askan kan vara förorenad med tungmetaller som medför att den kan behöva deponeras eller renas innan återföring/användning

Däcken bör vara klippta med ”rena” klipp för att minska problem med ståltråden i korden.

God omblandning med övriga bränslen för att öka förbränningsstabiliteten Bottenaskutmatning måste ske ofta

Emissioner:

NOx, SO2, CO, kolväten, HCl, tungmetaller

Cementugn

FB Rost

Avfalls- och samförbrän- ningsanlägg- ningar

Läderspill

Höga halter av svavel, kväve och klor

Höga halter av krom

Risk för miljögifter (pentaklorfenol) och cancerogena färgämnen (azofärgämnen)

Askan kan vara förorenad med tungmetaller som medför att den kan behöva deponeras eller renas innan återföring/användning

Omfattas av avfallsförbränningsdirektivet Emissioner:

NOx, SO2, CO, kolväten, HCl, tungmetaller

Rost

Avfalls- och samförbrän- ningsanlägg- ningar

Kartongrejekt

Hög fukt- och askhalt

Hög klorhalt. Låg densitet Föroreningar

Askan kan vara förorenad med tungmetaller som medför att den kan behöva deponeras eller renas innan återföring/användning

Risk för korrosion

Risk för matningsproblem pga. metallföroreningar

Problem med kringflygande material vid lagring och matning

Emissioner:

NOx, SO2, CO, kolväten, HCl, tungmetaller

Rost

Avfalls- och samförbrän- ningsanlägg- ningar

Animaliska produkter

Kött- och benmjöl

(MBM)

Högt värmevärde

Låg fukthalt

Hög askhalt

Hög kväve- och klorhalt. Låga halter av spårämnen. Obehaglig lukt

Askan kan återföras

Omfattas av Jordbruksverkets regelverk.

Materialet måste skyddas från fåglar och skadedjur.

Spill måste tas om hand så att det inte läcker ut till vatten och mark.

MBM kan ”baka ihop” i hanterings- system

Besvärande lukt kan störa. Stor risk för påslagsproblem. Emissioner:

NOx, SO2, CO, kolväten, HCl,

FB Rost PB

Biomal

Värmevärde ungefär som GROT Hög fukthalt

Hög askhalt

Höga halter av kväve, fosfor och kalcium.

Innehåller svavel och klor

Omfattas av Jordbruksverkets regelverk.

Materialet måste skyddas från fåglar och skadedjur.

Spill måste tas om hand så att det inte läcker ut till vatten och mark.

Biologiskt material som bör surgöras för att minimera gasutveckling vid transport och lagring.

Risk för påslag i överhettarregionen. Emissioner:

NOx (kan minska NOx-bildningen under vissa förhållanden), SO2, HCl

FB/CFB

Övriga bränslen

Torv

Låg densitet

Hög askhalt

Hög kväve- och svavelhalt

Askan kan återföras

Inblandning av torv med trädbränslen minskar ofta problem med påslag och korrosion.

Lagring utomhus kan orsaka damning med explosionsrisk

Emissioner:

NOx, SO2, CO, kolväten

Alla typer av anläggningar

Torv, förädlad Briketter/pellets	Hög askhalt Hög kväve- och svavelhalt Högre pris än oförädlad torv Askan kan återföras	Inblandning av torv med trädbränslen minskar ofta problem med påslag och korrosion. Risk för damning med explosionsrisk vid malning Passar bäst för större anläggningar Emissioner: NOx, SO2, CO, kolväten	Alla typer av anläggningar
Lignin	Högt värmevärde. Hög svavelhalt. Låg askhalt	Risk för damning med explosionsrisk. Inblandning av lignin med trädbränslen minskar ofta problem med påslag och korrosion	Alla typer av anläggningar
Flytande bränslen
Biooljor	Högt värmevärde. Låg svavelhalt. Hög askhalt Hög flampunkt	Måste oftast varmhållas under transport Risk för igensättningar i filter och pumpar Risk för påslag Emissioner: CO, kolväten	Oljebrännare
Tallbecksolja	Trögflytande Korrosiv vid förhöjd temperatur. Har en stark och stickande lukt. Är hälsovådlig med faroklass Xi (irriterande)	Risk för påslag i eldstad och konvektionsdelar. Syrafastmaterial nödvändigt i bränslesystemet Kan ge allergi vid långvarig kontakt Emissioner: CO, kolväten,SO2, stoft	Oljebrännare

Avfall vid förbränning av biobränslen

Oavsett vilken teknik man avser att använda vid förbränningen är det viktigt att klarlägga om bränslet är ett avfallsbränsle som omfattas av reglerna för avfallsförbränning, (SFS 2002:1060) eller omfattas av andra särskilda regler.

Tabell över vilka bränslen som inte omfattas av (SFS 2002:1060):

	
		Bränslen som inte omfattas av avfallsförbränningsdirektivet enligt SFS 2002:1060
		Exempel på bränslen
	
		Vegetabiliskt jord- och skogsbruksavfall
		GROT, halm, kakaobönor, spannmål
	
		Vegetabiliskt avfall från livsmedelsindustrin, om den energi som alstras återvinns.
		Sheanötter, citruspellets, spannmålsavrens
	
		Vegetabiliskt fiberhaltigt avfall som uppstått vid produktion av nyfiberpappersmassa eller vid pappersproduktion, om avfallet förbränns på produktionsplatsen och den energi som alstras återvinns.
		Skogsindustriella slam som förbränns på produktionsplatsen.
Anmärkning: Gäller inte för alla slam. Avsvärtningsslam är t.ex. inte undantaget
	
		Träavfall, med undantag för träavfall som till följd av ytbehandling eller behandling med träskyddsmedel kan innehålla organiska halogenföreningar eller tungmetaller inklusive sådant träavfall från bygg- och rivningsverksamheter.	
		Spån, obehandlat returträ.
	
		Djurkroppar i den mån inte annat följer av andra föreskrifter om djurkroppar.
		Anmärkning: Omfattas av Jordbruksverkets regelverk

Tabellen kommer ifrån Energiforsks bränslehandbok.

Tillstånd vid förbränning av biobränslen

Enligt förordning (1998:899) om miljöfarlig verksamhet och hälsoskydd gäller tillståndsplikt eller, för mindre anläggningar, anmälningsplikt för förbränningsanläggningar för produktion av kraft och värme. När det gäller animaliskt avfall finns särskilda regler. Europaparlamentets och rådets förordning (EG) nr 1069/2009 om hälsobestämmelser för animaliska biprodukter och därav framställda produkter som inte är avsedda att användas som livsmedel. Jordbruksverket är tillsynsmyndighet, lagstiftning och tolkning finns på deras hemsida.

Avfall Sverige:s sammanställning av lagstiftningen på området.

Hantering av askan vid förbränning av biobränslen

Askor från förbränning är definierat som ett avfall enligt miljölagstiftningen. Förbränningsaskor som återvinns i egenskap av avfall för anläggningsändamål berörs av regelverk för klassificering av avfall, transport av avfall, prövning av miljöfarlig verksamhet och dokumentation av hantering av avfall. I allmänhet kan sägas att varje steg i återvinningen av avfall förutsätter att verksamheten har förhandsprovats och godkänts av en tillsynsmyndighet. Avfallsförordningen (2001:1063). Ett stort antal handböcker och riktlinjer för användning av askor finns framtagna av Energiforsk och finns på deras hemsida.

Riskreducerande åtgärder vid användning av biobränslen

Vid förbränningsanläggningar kan ett bränsle ge upphov till specifika risker för anläggningens drift och personal. Nedan presenteras förslag på riskreducerande åtgärder vid användning av biobränslen inom olika områden.

Lagring av bränslet inom anläggningen:

Temperaturövervakning – En temperaturövervakning inom stackarna kan ge tidig varning om aktivitet som kan leda till självantändning och därmed kan förloppet hindras i tid.
Avståndskrav mellan stackar och material med stor brandbelastning skall beaktas med avseende på att förhindra risken för spridning av brand. Avståndet ska visas genom utförd analys med avseende på värmestrålning, gnistbildning och vindförhållanden.
Rasvinklar för respektive bränsle bör beaktas för att minimera personskador.
Riskanalys ska utföras som visar hur förorenat släckvatten hanteras.
Utrustning som skall användas (truck, hjullastare, flismaskin och dylikt) skall kontrolleras före användning i områden med lättantändligt material för att minska risken för antändning.

Beredning av bränslet inom anläggningen:

Systematiskt arbetsmiljöarbete skall bedrivas och beskriva de risker, arbetsmoment samt vilken skyddsutrustning som ska användas för att minimera uppkomsten av arbetsmiljö- och personskador.
I de utrymmen där risk för dammexplosion finns skall klassningsplaner utföras. ATEX (Explosiv Atmosfär)-godkänd utrustning får endast användas inom klassat område, potentialutjämning skall utföras samt utrustning för att ge tryckavlastning för de bärande konstruktionerna i byggnadsdelen skall installeras.

Transport av bränslet inom anläggningen:

Använda gummitransportörer av självsläckande material. Flera material som tillverkas i enlighet med DIN 22109 samt brandtesten DIN 22118 finns på den svenska marknaden.
Installation av automatiska släcksystem i form av exempelvis vattensprinklersystem.
Installation av fysisk separation som fungerar som ”brandavskiljare”, konstruktioner för att begränsa spridning av brand.
Programmering av transportörer så att de stannar och försvårar brandspridning, alternativt i de fall det finns fördel av att transportera brinnande bränsle till pannan. Detta bör analyseras i detalj.
Installation av ett automatiskt detektionssystem som medför tidig detektion av en brand.
Utforma elmotorer samt lager i transportörer så att överhettning ej sker.
Installera brandgasventilation och/eller tryckavlastning i de fall dammexplosion kan förekomma i slutna transportörer.

Kvalitetskontroll av biobränslen

Provtagningen är det mest kritiska momentet vid kvalitetskontrollen av ett bränsle. För bulkmaterial gäller generellt att cirka 80 % av felet ligger i provtagningen, cirka 15 % vid provberedning och cirka 5 % i själva analysen. Biobränslen, i synnerhet GROT och bark, är heterogena där fukthalten, askhalten och den kemiska sammansättningen skiljer sig åt i de olika bränslepartiklarna. Den fundamentala principen för korrekt provtagning och provberedning är att varje enskild partikel i materialet, vid provtagning, neddelning och krossning/malning, ska ha samma möjlighet att ingå i det slutliga provet för analys. Vid värmevärdesbestämningar används cirka 1 g prov som exempelvis ska utgöra grund för värdering av 1000-tals ton bränsle. De olika momenten vid provtagning beskrivs i Svensk standard, som också är gemensam med den nya Europeiska standarden för provtagning och provberedning:

SS-EN 14778:2011 Fasta biobränslen – Provtagning

SS-EN 14780:2011 Fasta biobränslen – Provberedning

I standarden för provtagning beskrivs olika provtagningssituationer, utrustning för provtagning samt formler för beräkning av provstorlek och antal delprov som krävs för att uppnå en given precision.