Den globala efterfrågan på bioenergi har ökat fokus på hur man kan producera och använda biomassa för energi och andra ändamål på ett hållbart sätt. I ett forskningsprojekt inom Trees For Me undersöker doktoranden Sruthy Vattaparambil Sudharsan och professor Kentaro Umeki egenskaperna i biomassa från snabbväxande lövträd och dess potential för produktion av hållbar energi och andra biomassabaserade produkter.
Kunskapen om hur egenskaperna i biomassa från snabbväxande lövträd skiljer sig från mer konventionell biomassa har skapat ett behov av ytterligare forskning, enligt Kentaro Umeki, professor i energiteknik vid Luleå tekniska universitet och handledare för doktoranden Sruthy Vattaparambil Sudharsan.
– Att träden växer snabbare, innebär det att biomassan får lägre densitet, vilket gör den mer lämpad för produktion av bioolja än för biokol? Och innehåller snabbväxande lövträd mer extraktivämnen, såsom hartser, vax och proteiner, jämfört med vanlig biomassa, vilket skulle kunna öka de ekonomiska incitamenten för att utvinna dessa kemikalier innan resten av biomassan används för energi? Det är några av de frågor som ska undersökas i forskningsprojektet, enligt Kentaro Umeki.
Många praktiska användningsområden
Det övergripande syftet med forskningsprojektet är att föreslå effektiva och hållbara termokemiska omvandlingsprocesser för snabbväxande lövträd, vilket inkluderar fokus på förbränning (värme- och kraftproduktion), förgasning (produktion av biobränsle, ammoniak, metanol och väte) och pyrolys (produktion av biokol och bioolja). Produktion av kemikalier, hållbara flygbränslen, biokol för stålproduktion, batteriråvaror och andra avancerade tillämpningar snarare än att bara använda biokol för till exempel markförbättring, är några exempel på potentiella användningsområden.
Och de här nya användningsområdena kräver ny kunskap om hur biomassan kommer att bete sig i olika omvandlingsprocesser, enligt Kentaro Umeki.
– När vi börjar titta på de här användningsområdena blir det viktigt att få detaljerad kunskap om biomassans egenskaper relaterat till det som kallas ”organisk fraktion”, som visar den detaljerade sammansättningen, partikeldensiteten och så vidare, till skillnad från när man bara tittar på förbränning, där de stora tekniska problemen är relaterade till bildandet av aska.
Initialt fokus på poppel
– Snabbväxande lövträd är mycket lämpliga för energiproduktion eftersom dessa trädslag är ekonomiskt lönsamma, har högre tillväxthastighet och kan avverkas med mycket kortare omloppstid, säger Sruthy Vattaparambil Sudharsan, doktorand inom Trees For Me och vid Luleå tekniska universitet, som är den som jobbar mest med forskningsprojektet. Hon förklarar att trädslagen, skogsskötseln och hur den påverkar tillväxten har en stor effekt på råvarans egenskaper och hur den passar för omvandling till bränsle och andra produkter.
Skillnaderna mellan olika snabbväxande lövträd kommer undersökas, men det initiala fokuset är på poppel.
– Vi kommer titta på hur olika gallringsmetoder och stamdiameter för andra generationens poppel påverkar råvarans sammansättning, säger Sruthy Vattaparambil Sudharsan. Hur sådana egenskaper skulle kunna påverka den potentiella biokol- och biooljeproduktionen och biomassans lämplighet för olika framtida bioraffinaderiers värdekedjor kommer sedan att undersökas.
Industrin väntar på resultaten
Intresset från industrin är stort och forskningsresultaten kommer att utvärderas i några storskaliga försök i samarbete med industriella partners, med ambitionen att bidra till ökad kunskap om vilka tillämpningar som har störst teknisk och ekonomisk potential. Kentaro Umeki framhåller att det finns många energi- och materialområden som väntar på förutsägbara och stora volymer av biomassa.
– Att använda skogsrester från avverkningen till timmer- och pappersproduktion, vilket är det vi gör, är nödvändigt för att minska användningen av fossila bränslen, menar Kentaro Umeki.