Reduziert die Zerkleinerung von infiziertem Holz seinen Heizwert für Biomassebrennstoff?

Die Nutzung von Holzbiomasse zur Wärme- und Stromerzeugung ist ein Eckpfeiler des Übergangs zu erneuerbaren Energien. Allerdings ist ein erheblicher Teil der verfügbaren Rohstoffe-insbesondere von sturmgeschädigten Bäumen-, kranken Wäldern oder bewirtschafteten Wäldern-mit Pilzen, Bakterien oder Insekten infiziert. Ein üblicher Vorverarbeitungsschritt für dieses Material ist das Zerkleinern (oder Hacken), wodurch die Partikelgröße reduziert wird, um die Handhabung und Verbrennung zu erleichtern. Dies wirft eine kritische Frage auf Biomassebetreiber: Reduziert die Zerkleinerung infizierten Holzes seinen Heizwert weiter?
Die direkte Antwort lautet: Nein.{0}Die Zerkleinerung selbst verändert das Holz nicht chemisch und verringert auch nicht seinen inhärenten Energiegehalt. Durch eine Infektion wird das Holz jedoch häufig vor der Zerkleinerung abgebaut, und der Zerkleinerungsprozess kann indirekt Einfluss darauf haben, wie effizient dieser Brennstoff geringerer Qualität-funktioniert. In diesem Artikel werden die Wissenschaft hinter dem Zerfall von Holz, die Mechanismen der Zerkleinerung und die Nettoauswirkungen auf die Qualität des Biomassebrennstoffs untersucht.
1. Der wahre Übeltäter: biologischer Verfall, keine mechanische Zerkleinerung
Um den Brennwert zu verstehen, müssen wir uns zunächst ansehen, was verbrennt. Die Energie in Holz stammt hauptsächlich aus Lignin und Zellulose. Wenn Holz -am häufigsten durch Fäule-befallen ist, die Pilze wie Heterobasidion (Wurzelfäule) oder Ganoderma (Braunfäule) verursacht-, scheiden diese Organismen Enzyme aus, die diese Polymere für die Nahrungsgewinnung abbauen.
•Braunfäule: Pilze zersetzen Zellulose, während Lignin weitgehend intakt bleibt. Das Holz wird spröde und dunkel, behält aber eine gewisse strukturelle Integrität.
•Weißfäule: Pilze zersetzen sowohl Lignin als auch Zellulose und verwandeln das Holz in eine faserige, blasse Masse.
•Weiche Fäulnis: Tritt häufig bei sehr nassen Bedingungen auf und greift die Zellulose in den sekundären Zellwänden an.
In allen Fällen wandelt der mikrobielle Stoffwechsel feste brennbare Kohlenstoffverbindungen in CO₂, Wasser und Pilzbiomasse um. Dieser biologische Abbau verringert den Heizwert. Eine im Forest Products Journal veröffentlichte Studie ergab, dass stark verrottetes Holz je nach Schweregrad und Art der Fäulnis zwischen 15 und 50 % seines ursprünglichen Trockengewichts an Energie verlieren kann.
Beim Zerkleinern handelt es sich um einen rein mechanischen Prozess. Dabei werden große Stücke durch Scherkräfte und Stöße in kleinere zerkleinert. Es werden weder Kohlenstoff verbrannt noch flüchtige Verbindungen verdampft, daher wird der Bruttoheizwert (GCV) pro Kilogramm Trockenmasse nicht direkt gesenkt. Wenn Sie 1 kg trockene, infizierte Holzspäne haben, enthalten diese die gleiche Menge potenzieller Energie, unabhängig davon, ob sie in einem großen Stück vorliegen oder zu Staub zerkleinert werden.
2. Indirekte Auswirkungen: Wie die Zerkleinerung mit infiziertem Holz interagiert
Während die Zerkleinerung die Chemie nicht verändert, verändert sie die physikalischen Eigenschaften des infizierten Materials erheblich, was sich auf die effektive Energierückgewinnung während der Verbrennung auswirkt.
A. Erhöhter Feuchtigkeitsgehalt
Infiziertes Holz hat aufgrund des Abbaus der Zellwände häufig eine höhere Fähigkeit, Wasser zurückzuhalten. Durch das Zerkleinern wird das Verhältnis von Oberfläche{1}} zu -Volumen dramatisch vergrößert. Dies hilft zwar bei der Trocknung, wenn der Brennstoff ordnungsgemäß gelagert wird, bedeutet aber auch, dass das Material die Luftfeuchtigkeit viel schneller wieder aufnehmen kann als feste Holzscheite. Ein hoher Feuchtigkeitsgehalt ist der Hauptfeind der Verbrennungseffizienz, da Energie durch das Abkochen von Wasser verschwendet wird, anstatt Ihr Haus zu heizen oder Dampf zu erzeugen.
B. Beschleunigter Abbau
Beim Zerkleinern werden frische Oberflächen Sauerstoff und mikrobieller Aktivität ausgesetzt. Wenn infiziertes Holz zerkleinert und dann wochen- oder monatelang auf einem Haufen liegen gelassen wird, können aerobe Bakterien und Pilze den im Wald begonnenen Zersetzungsprozess beschleunigen. Dieser Zerfall „nach dem Zerkleinern“ kann im Laufe der Zeit zu einem messbaren Rückgang des Heizwerts führen.
C.Aschegehalt und Verschlackung
Pilzwachstum trägt zum mineralischen Aschegehalt des Holzes bei. Wenn infiziertes Holz zerkleinert wird, werden bei der Ernte aufgenommene Erde und Splitt gründlicher mit den feinen Partikeln vermischt. Ein höherer Aschegehalt senkt den Nettoheizwert (NCV), da Mineralien nicht verbrennen. Darüber hinaus können bestimmte Pilze Alkalimetalle (wie Kalium) anreichern, die, wenn sie zu Feinstaub zerkleinert werden, zur Verschlackung und Verschmutzung beitragen können Kessel-verringern die Betriebseffizienz, selbst wenn der theoretische BTU-Gehalt des Brennstoffs unverändert bleibt.
3. Vorteile der Zerkleinerung für die Verbrennungseffizienz
Es ist wichtig zu beachten, dass trotz der Nachteile, die mit einer bereits bestehenden Infektion einhergehen, die Zerkleinerung im Allgemeinen für die Verwendung von minderwertigem Holz von Vorteil ist:
1. Verbesserte Verbrennungskinetik: Kleinere Partikel entzünden sich schneller und verbrennen vollständiger. Dies kann dazu beitragen, die geringere Energiedichte von morschem Holz auszugleichen, indem sichergestellt wird, dass weniger unverbrannter Kohlenstoff über den Schornstein austritt.
2. Homogenität: Beim Zerkleinern werden verrottetes und gesundes Holz miteinander vermischt, wodurch eine gleichmäßigere Brennstoffqualität entsteht als bei der manuellen Sortierung von Holzstämmen.
3. Logistik: Die Verdichtung des zerkleinerten Materials zu Pellets oder Briketts kann es tatsächlich vor weiterer Feuchtigkeitsaufnahme und biologischem Angriff während der Lagerung schützen.
4.Praktische Empfehlungen für Biomasseproduzenten
Wenn Sie infiziertes Holz zu Biomassebrennstoffen verarbeiten, sollten Sie die folgenden Best Practices berücksichtigen:
•Beurteilen Sie den Schweregrad: Untersuchen Sie das Holz visuell. Holz, das „punkig“ ist (unter Fingerdruck leicht zerbröckelt), hat wahrscheinlich zu viel Masse verloren, um lebensfähig zu sein. Holz, das lediglich verfärbt, aber dennoch strukturell intakt ist, behält den größten Teil seiner Energie.
•Sofort trocknen: Zerkleinern Sie das Material nur, wenn Sie planen, das Material schnell zu trocknen (unter Nutzung der Abwärme der Anlage). Lassen Sie zerkleinertes infiziertes Holz nicht im Regen liegen.
•Überwachen Sie die Feuchtigkeit: Streben Sie einen Feuchtigkeitsgehalt unter 20–25 % an. Dies ist für infiziertes Holz wichtiger als für gesundes Holz.
•Rohstoffe mischen: Mischen Sie geschreddertes infiziertes Holz mit hochwertigem Sägemehl oder sauberen Spänen, um die Brennstoffmischung auszugleichen und Kesselprobleme zu vermeiden.
Das Zerkleinern von infiziertem Holz allein führt nicht zu einer Verringerung seines Heizwerts. Der Energieverlust tritt während des biologischen Infektionsprozesses vor der Ernte auf. Allerdings wirkt das Zerkleinern als Katalysator für den weiteren Abbau, wenn das Material nach der Verarbeitung nicht korrekt gehandhabt wird. Durch die Vergrößerung der Oberfläche wird infiziertes Holz anfälliger für Feuchtigkeitsaufnahme und beschleunigte Fäulnis, was indirekt die effektive Wärmeabgabe verringert.
Für Hersteller von Biomassebrennstoffen kommt es darauf an, die Zerkleinerung nicht als Ursache für Energieverluste zu betrachten, sondern als einen Schritt, der sorgfältiges Timing erfordert. Durch die Zerkleinerung infizierten Holzes unmittelbar vor der Trocknung und Verbrennung können Betreiber von den verbesserten Verbrennungseigenschaften kleiner Partikel profitieren und gleichzeitig die negativen Auswirkungen des beeinträchtigten biologischen Zustands des Holzes minimieren.