Renare rökgaser från förbränningsanläggningar

Rökgaser från förbränningsanläggningar är en av de utmaningar som bioenergibranschen ställs inför. Konceptet att reducera utsläppen till luften redan under förbränningsprocessen benämns fuel engineering och bygger på att de hindra de kemiska reaktioner som orsakar bildning av dessa partiklar, som är så små att dom är osynliga för ögat (ca en tiotusendels millimeter).

Tidigare forskning har identifierat principerna för partikelbildning och för de flesta biobränslen sker det genom att olika kaliumföreningar förångas vid de höga temperaturer som råder vid förbränning och att de senare övergår till fast fas som små partiklar då rökgasen kyls. Det kritiska är således att förhindra förångningen av kaliumföreningarna, vilket kräver förståelse för den komplexa askkemin som sker vid termokemisk energiomvandling av biomassa. I praktiken genomförs fuel engineering genom att kombinera smart bränsledesign – sameldning eller additiv – och noggrann processkontroll genom att styra förbränningsförhållanden.

– Mina experiment visar att partikelutsläppen kan minska med upp till 90 procent. Denna reduktion är även viktig ur ett tekniskt perspektiv eftersom det förbättrar förbränningsanläggningens driftstillgänglighet och effektivitet, säger Jonathan Fagerström.

Det finns också ett ökande intresse för utvecklingen av matematiska modeller för att kunna förutsäga både tekniska askrelaterade problem och partikelutsläpp. Vissa grundläggande mekanismer kring ask- och partikelbildning är dock fortfarande okända. Jonathan Fagerström har därför studerat förbränningsförloppet för enstaka bränslepartiklar med fokus på att förstå hur kaliumföreningarna förångas under förbränningen. Resultaten tyder på att mekanismerna som vissa av dagens modeller bygger på delvis kan vara felaktiga, och de metoder som Jonathan Fagerström och andra forskare vid TEC-Lab vid Umeå universitet nu utvecklat kan ge nya möjligheter att studera detta i detalj.

Fuel engineering anses nu redo för uppskalning till pilotverksamhet men kommer att behöva kontinuerlig utveckling genom grundläggande forskning och praktisk testverksamhet, inte minst för att hantera introduktionen av morgondagens biobränslen.

Utsläpp av rökgaspartiklar från förbränningsanläggningar ska begränsas enligt nya EU-direktiv för att ge renare luft och främja hälsa och välmående hos unionens medborgare. Det långsiktiga målet med Jonathan Fagerströms studie har varit att kunna bidra till skapandet av modeller som kan användas för att utveckla morgondagens mer effektiva och miljövänliga bioenergisystem.

Avhandlingen är publicerad digitalt

FAKTA
Bio4Energy: Jonathan Fagerström har utfört studien inom Bio4Energy, en stark forskningsmiljö inom bioenergi- och bioraffinaderi. Miljön inbegriper Umeå universitet, Sveriges lantbruksuniversitet i Umeå och Luleå tekniska universitet, forskningsinstitut och ett omfattande industrinätverk.
http://www.bio4energy.se

Om disputationen: Måndagen den 25 maj försvarar Jonathan Fagerström, institutionen för tillämpad fysik och elektronik vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln Fine particle emissions and slag formation in fixed-bed biomass combustion – aspects of fuel engineering. Svensk titel: Partikelemissioner och slagbildning vid rosterförbränning av biomassa – aspekter av bränsledesign. Disputationen äger rum kl 13.00 i sal KB3A9, KBC-huset. Fakultetsopponent är docent Bengt-Johan Skrifvars, Åbo Akademi, Finland.

Jonathan Fagerström har en civilingenjörsexamen med inriktning mot energiteknik från Umeå universitet. Han är född och uppväxt i Korsholm utanför Vasa, Finland, där han nu återigen bor med sin familj.

Kontaktinformation
Jonathan Fagerström, forskargrupp Thermochemical Energy Conversion Laboratory (TEC-Lab), institutionen för tillämpad fysik och elektronik vid Umeå universitet. Telefon: 072 – 202 34 48. E-post: jonathan.fagerstrom@umu.se