Jan Skvaril försvarar sin doktorsavhandling i energi och miljöteknik

Disputationer och licentiatseminarier

Datum: 2017-04-26
Tid: 09.15
Plats: Sal Pi, MDH, Västerås

Jan Skvaril vid akademin för ekonomi, samhälle och teknik försvarar sin doktorsavhandling i energi och miljöteknik vid MDH.

Serienummer: 224

Titel:  “Near-Infrared Spectroscopy and Extractive Probe Sampling for Biomass and Combustion Characterization”.

Betygskommittén utgörs av professor Torbjörn Lestander, Sveriges lantbruksuniversitet; professor Brigitte Leblon, University of New Brunswick och professor emeritus Dan Loyd, Linköping universitet. Till opponent har professor Anestis Kalfas från Aristotle University of Thessaloniki utsetts.

Sammanfattning

Biomassa är en rikligt förekommande, förnybar och koldioxidneutral materialkälla. Detta biologiska material spelar en viktig roll i dagens industrialiserade värld som präglas av både ökande energi- och material efterfrågan och befolkningstillväxt.

Biomassa kännetecknas av mycket varierande egenskaper, och med många utmaningar. Biomassa kan omvandlas både till andra, mer värdefulla energiformer, liksom andra produkter via en mängd olika processer. Omvandling av biomassa representeras främst av termokemiska processer (t.ex. förbrännings), kemiska and biokemiska processer (t.ex. pappersmassatillverkning) och fysiokemiska processer. Denna avhandling fokuserar främst på frågeställningar relaterad till två omvandlingsprocesser inom biomassaområdet: förbränning och pappersmassatillverkning.

Experimentella undersökningarna, av förbränningsförlopp, har utförts i en fullskalig biobränsleeldad fluidbäddspanna. Resultaten visade att förbränningsprocessen är mycket komplicerad med stor variation i de studerade parametrarna. Ett asymmetriskt förbränningsförlopp kunde konstateras och kan förklaras främst av en obalanserad bränsletillförsel. Höga nivåer av oförbränt kolmonoxid detekterades i närheten av pannväggarna, vilka bland annat ökar risken för korrosion.

Nära-infraröd spektroskopi (NIRS) tekniken är en optisk och icke-destruktiv metod för att kunna identifiera och karaktärisera fasta och flytande material. En litteraturstudie har genomförts inom forskning och tillämpningar av NIRS tekniken med applikationer inom energiomvandling av biomassa. Från litteraturundersökningen, kan man konstatera att NIRS har en mycket stor potential för att snabbt och tillförlitligt ge information om egenskaper för heterogena råvaror och slutprodukter. Dessutom visar NIRS en förmåga att direkt övervaka processer som producerar eller bearbetar biobränslen.

Ett experimentellt arbete har genomförts som även innefattar, signalbehandling, och matematisk modellering. Syftet med denna studie har varit att med NIRS teknik mäta olika egenskaper hos råmaterial från biomassa. De utvecklade modellerna kan förutsäga värmevärde, askhalt och fuktinnehåll, dvs. egenskaper som är grundläggande i termokemisk omvandling. De undersökta biobränsleblandningarna bestod av: stamvedsflis, skogsavfall, bark, torv och sågspån. Med NIRS tekniken kan man också bestämma mängden glas i trä/glas blandningar, som är av intresse vid avfallsförbränning. En experimentell NIRS studie med fokus på inverkan av olika parametrar vid lignin kvantifiering har också genomfört. Spektraldata uppmättes på flisblandningar i förflyttning. Detta till skillnad från tidigare arbeten som har fokuserat på statiska prover. Modeller har utvecklats för att kunna förutse syralösliga och icke syralösliga ligninämnen. Datainsamling på träflis i rörelse visade hög representativitet i spektrala mätningar, vilket också ger förutsättningar för modell förbättringar.

Sammantaget visar detta arbete på möjligheter att utveckla en NIRS-baserade ”soft sensor” för karakterisering av biomassans egenskaper. Implementering av denna typ av sensor på en processlinje möjliggör processförbättringar såsom framkopplad processtyrning, processdiagnostik och processoptimering.