Enabling efficient bioconversion of birch biomass by Lentinula edodes regulatory roles of nitrogen and bark additions on mushroom production and cellulose saccharification

Pretreatment with edible white-rot fungi has advantages in low inputs of energy and chemicals for reducing the recalcitrance of woody biomass for bioethanol production while harvesting protein-rich food. The effectiveness of fungal pretreatment may vary with substrate composition. In this study, birch with or without bark and nitrogen additives were experimentally studied for their effects on shiitake production, substrate lignocellulosic degradation and enzymatic convertibility with cellulolytic enzymes. Whey was added as protein nitrogen and led to successful outcomes, while non-protein nitrogen urea and ammonium-nitrate resulted in mortality of fungal mycelia. The mushroom yields of one harvest were generally comparable between the treatments, averaging 651 g fresh weight per kilogram dry substrate, and high enough as to be profitable. Nitrogen loading (0.5-0.8%, dry mass) negatively affected lignin degradation and enzymatic convertibility and prolonged cultivation/pretreatment time. The added bark (0-20%) showed quadratic correlation with degradation of lignin, xylan and glucan as well as enzymatic digestibility of glucan. Nitrogen loading of < 0.6% led to maximal mass degradation of xylan and lignin at bark ratios of 4-9% and 14-19%, respectively, peak saccharification of glucan at 6-12% and the shortest pretreatment time at 8-13% bark. The designed substrates resulted in 19-35% of glucan mass loss after fungal pretreatment, less than half of the previously reported values. Nitrogen and bark additions can regulate lignocellulose degradation and saccharification of birch-based substrates. The designed substrate composition could considerably reduce cellulose consumption during fungal pretreatment, thus improving bioconversion efficiency

Influence of Sapwood/Heartwood and Drying Temperature on Off-Gassing of Scots Pine Wood Pellets

Wood pellets produced from fresh sawdust can form and release uncontrolled gases during bulk storage, a tendency referred to as off-gassing. This study investigated the off-gassing tendencies of Scots pine wood pellets made from separated sapwood and heartwood sawdust. The effects of drying temperature, raw material storage, as well as varying proportions of sapwood and heartwood were also investigated. There was a strong linear correlation between off-gassing and sapwood content, with correlation coefficient (R) values greater than 0.9 at p < 0.001 for all the off-gases. An increase in sapwood content of the feedstock led to a significant increase in off-gassing of CO2, CO, and CH4, and O-2 consumption. The drying temperature of the raw material had a significant effect on off-gassing of both sapwood (F-(8,F- 26) = 51.32, p < 0.05) and heartwood (F-(8,F- 26) = 334.1, p < 0.05) pellets. Increasing the drying temperature for heartwood resulted in increased off-gassing, while for sapwood, the off-gassing reduced. Storage of sapwood raw material before pelletization reduced the off-gassing of wood pellets, whereas for heartwood, it had no significant impact. Based on the results, it is suggested that a biological process, in combination with the chemical oxidation of fatty acids, lay behind the off-gassing of wood pellets

Pelletplattformen II – Slutrapport 2012-2016

Målet med projektet pelletplattformen II har varit att produktionskostnaderna ska minskas med minst 0,5 % per år (upp till 5 % år 2020) vid storskalig förädling av pellets genom effektivare process, minskat slitage, minskad energiåtgång, minskat spill, etc. Vidare syftade projektet till att ytterligare bredda råvarubasen för pelletskvaliteter för olika ändamål med en omvandlingsteknik anpassad till nya bränslen, så att fler bränslekedjor kan nå marknaden och klarar ställda miljökrav och hållbarhetsmål. Vi har visat att man genom att höja fukthalten på produkten med en eller två procentenheter kan stora mängder torkenergi sparas. En ökad fukthalt ger förutom energibesparingar möjlighet att bättre optimera pelletskvaliteten med avseende på hållfasthet och smulhalt samt dessutom minskar risken för varmgång vid lagring. Även stora mängder elenergi, upp till 6,5 % av pelletsindustrins elförbrukning enligt våra uppskattningar, kan sparas genom att sålla spånet innan pelletering och endast mala den övergrova fraktionen. Inblandning av asp eller salix i råvarumixen kan ge positiva effekter på pelletskvaliteten. Additiv som stärkelse och lignosulfonat gör det möjligt att öka hållfastheten och minska smulbildning vid pelletstillverkningen. Det är också möjligt att minska emissioner av CO, CO2 och CH4 genom användning av additiv eller genom att modifiera råvaran med superkritisk koldioxidextraktion

Sågspånets malningsgrad

I denna undersökning har torkat sågspån malts med olika sållgrovlekar (2 mm, 4 mm, 6 mm och 8 mm) och använts för pelletstillverkning. Som jämförelse har icke malt, endast material som passerar 4 x 4 mm använts. Materialen har konditionerats till fukthalter mellan 10 % och 13 % innan pelletering. Försöken gjordes på SLU:s pilotanläggning med en kapacitet på ca 400 kg/h. Under försöken uppmättes energiåtgång vid malning, energiåtgång vid pelletering samt fysikaliska kvalitetsegenskaper på produkten. Även askhalter, extraktivämnesinnehåll och styckedensitet på pellets producerade av olika spånfraktioner uppmättes. Två prover, pellets tillverkade av 8 mm spån och 2 mm spån, togs ut för att studera emissioner av kolmonoxid, koldioxid och metan vid lagring och för att se om det är skillnader mellan pellets tillverkade av olika grovt malda råvaror. Resultaten visade att spånets malgrad påverkar framför allt bulkdensiteten på produkten genom att mer finmalt spån ger en högre bulkdensitet. Övriga kvalitetsparametrar påverkades i mindre grad eller inte alls av spånets malgrad. Det är också möjligt att producera pellets av acceptabel kvalitet helt utan malning av spånet. Endast en bortsållning av övergrovt material verkar vara tillräckligt för att ge en acceptabel råvara. Emissionstesterna visade att det är ingen skillnad mellan pellets tillverkade av spån malt på 2 mm såll och spån malt på 8 mm såll. Extraktivämneshalten i pelleterat material var något lägre än i den icke pelleterade råvaran. Detta beror antagligen på lättflyktiga ämnen som avgår vid de förhöjda temperaturerna som uppstår i pelletringsprocessen

Understanding Off-Gassing of Biofuel Wood Pellets Using Pellets Produced from Pure Microcrystalline Cellulose with Different Additive Oils

Fuel wood pellets have the tendency of undergoing self-heating and off-gassing during storage and transportation. Self-heating can lead to spontaneous combustion and cause fires while toxic gasses such as carbon monoxide and some volatile organic compounds released due to off-gassing are a human health and environmental hazard. Previous research suggests that the self-heating and off-gassing of wood pellets are as a result of the oxidation of wood extractives. The aim of this study was to identify the extractives, i.e., fatty and resin acids that are responsible for the emissions of carbon monoxide, carbon dioxide and methane from wood pellets by testing the off-gassing tendencies of pellets produced from synthetic microcrystalline cellulose and different additive oils. The additive oils were intentionally selected to represent different types of wood extractives (mainly fatty and resin acids) and they included: tall oil, pine rosin, linseed oil and coconut oil. The highest mean concentrations of carbon monoxide, carbon dioxide and methane were recorded from cellulose pellets with added linseed oil. The concentrations of carbon monoxide and methane for the other four pellet types were negligible and there was no carbon dioxide emission. Pellets with added linseed oil had high off-gas emissions due to the high content of unsaturated fatty acids compared to other pellet types

Influence on off-gassing during storage of Scots pine wood pellets produced from sawdust with different extractive contents

Off-gassing and self-heating are the major challenges when it comes to transportation and storage of wood pellets. The heat generated due to self-heating poses a fire risk while off-gassing of toxic gasses such as carbon monoxide (CO) and some volatile organic compounds (VOCs) is an environmental and human health risk. With the increase in production volumes of wood pellets which has subsequently increased the amounts of wood pellets in transportation and storage, there is need to find lasting solutions to off-gassing and self-heating of wood pellets. The objective of this study was to test the off-gassing abilities of Scots pine wood pellets produced from sawdust with varying amounts of extractives. The aim is to come up with raw material pre-treatment measures so as to produce wood pellets that are not liable to off-gassing. Six (6) types of sawdust raw materials namely; fresh pine sawdust (FPS), stored pine sawdust (SPS), sawdust plus pine rosin (PRS), sawdust plus linseed oil (LOS), sawdust plus tall oil (TOS) and acetone extracted sawdust (AES) were used to produce the pellets. The produced pellets were then subjected to off-gassing tests under controlled conditions using the ECOM J2KN analyser. The concentrations of carbon monoxide, carbon dioxide and methane increased with storage time but slowed down towards the end of the nine days test period. The formation of these gasses were largely dependent on the type of extractives present in the raw material and not the total extractive content. The formation of methane started later than the other gases and coincided with the time when residual oxygen was depleted

Smulåterföring – inverkan på pelletskvalitet

I detta försök har inverkan av smulåterföring på process produktkvalitet studerats vid pelletstillverkning i full skala hos Bioenergi i Luleå AB. I processen återförs normalt det smul som avskiljs direkt efter kylning av produkten till torrmaterialsilon innan pressarna. I denna undersökning har vi studerat hur processen och pelletskvaliteten förändras om man istället för att återföra smul helt tar bort det smul som bildas. Inom försöket undersöktes också inverkan av råvarans torrhalt och matning av spån till pressen (produktionshastighet) på process och pelletskvalitet. Försöken visade att smulåterföringen har en signifikant inverkan på hur mycket finfraktion som bildas vid pelletstillverkningen, på pelletarnas hållfasthet samt på strömstyrkan (och energiåtgången) för pelletspressarna. Skillnaderna i hållfasthet och strömstyrka var dock små. Utan smulåterföring minskade andelen bildad finfraktion vid pressningen med i medeltal 14 %. Råvarans torrhalt och matningen till pressarna hade i många fall större inverkan än smulåterföringen och dessa parametrar var av signifikant betydelse för alla undersökta egenskaper

Pelletering vid inblandning av björk, asp, al och salix i sågspån från barrved

Fyra pilotförsök genomfördes vid Biobränsletekniskt Centrum (BTC), SLU Umeå där olika lövvedsmaterial (björk, asp, al, salix) blandades in i spån från barrved. En experimentell design för respektive lövved med tre kvantitativa variabler på tre nivåer användes. Designerna omfattade följande parametrar: spån med olika fukthalter mellan 10-15 % baserad på rå vikt, inblandning av lövved mellan 0-40 % och materialtemperatur mellan 20-70 °C. De responsfaktorer sum undersöktes var bulkdensitet, mekanisk hållfasthet, finfraktion, presström, pelletfukt, pellettemperatur och matristemperatur. Den statistiska analysen baserad på multippel linjär regression (MLR) visade att inblandning av björk försämrade pelletskvaliteten och ökade energiåtgången vid pelletering, medan asp och salix gav en ökning av pelletskvaliteten och en liten minskning av energiåtgången. Alinblandning gav resultat som var svåra att analysera. Fukthalt och björkinblandning var de faktorer som hade störst inverkan på responsfaktorerna bulkdensitet, hållfasthet, finfraktion och presström, medan materialtemperaturen hade liten inverkan. Detsamma gällde för inblandning av salix, medan även materialtemperaturen hade signifikant inverkan vid inblandning av asp. Vid inblandning av al erhölls väldigt komplicerade modeller där samtliga faktorer hade stor inverkan

Inblandning av stärkelse och lignosulfonat i pellets vid Bioenergi i Luleå AB

Ett fabriksförsök genomfördes vid Bioenergi i Luleå där två katjonbaserade stärkelsematerial (Solbind 35 och Solbind 790), ett kalciumbaserat lignosulfonat (Lignobond) samt ett kalcium/magnesiumbaserat lignosulfonat (Pelltech) blandades in i tallspån. En experimentell design för respektive additiv med två kvantitativa variabler på tre nivåer användes. Designerna omfattade följande parametrar: spån av tre olika fukthalter mellan 10-12 % baserad på rå vikt; inblandning av additiv på tre nivåer mellan 0-1 %. Den statistiska analysen baserad på MLR visade att fukthalten var den viktigaste parametern för bulkdensitet och presström medan inblandningsgrad av additiv var viktigast för hållfasthet och finfraktion. För Lignobond och Solbind 790 gav inblandning av additiv en minskad strömförbrukning vid pressningen, medan Solbind 35 gav en oförändrad strömförbrukning och Pelltech en ökad strömförbrukning. Samtliga additiv gav en förbättrad pelletskvalitet, främst genom ökad hållfasthet och minskad finfraktion

Pelleteringsförsök med återvunnet trädbränsle

Huvudsyftet med detta försök var att jämföra återvunnet trädbränsle med den vanliga råvaran (spånblandning, ca 50/50 av gran och tall) med avseende på processbarhet och pelletskvalitet. Försöket utfördes i full skala hos Helsinge Pellets ABs fabrik i Edsbyn. Pellets producerades vid 3 olika fukthalter på det torkade RT-spånet och på den vanliga råvaran. Fukthalterna på spånet efter torkning varierades mellan 6 % och 15 %. Prover av spån togs ut innan pressarna samt av pellets producerade vid de olika fukthalterna direkt efter pelletspressen. Alla prover transporterades till SLU i Umeå direkt efter produktion för analys av hållfasthet, andel finmaterial, bulkdensitet samt emissioner vid lagring. Försöket visade att det återvunna trädbränslet innehåller stora mängder metall, stenar och glas som inte är önskvärda att följer med i processen. Materialet går dock att hantera i processen och de pellets som producerades hade samma hållfasthet som pellets producerade av vanlig råvara. Bulkdensiteten för pellets producerade av återvunnet trädbränsle var dock något lägre än för pellets producerade av vanlig råvara. Askhalten i det återvunna trädbränslet varierade mycket men var minst 10 gånger högre än i den vanliga råvaran. Lagringsförsök i laboratorieskala visade att emissionerna av koloxid, koldioxid och metan av pellets från återvunnet trädbränsle var betydligt lägre jämfört med pellets tillverkade av vanlig råvara