Transport stałych paliw biomasowych (zrębków, peletów) może się wiązać z procederem zwiększania masy dostarczanego towaru poprzez wypełnienie wolnych przestrzeni innymi, tańszymi materiałami. Takie działanie może skutkować poważnymi stratami finansowymi dla odbiorcy biomasy lub nienależnym zyskiem dla nieuczciwego dostawcy.
Jednym z podstawowych parametrów związanym z transportem i magazynowaniem materiałów sypkich, w tym także stałych paliw biomasowych, jest ich gęstość nasypowa. Jest ona określana jako stosunek masy luźno zasypanego materiału danej postaci do objętości naczynia, w którym się znajduje. Zajmowana przez dany materiał objętość zawiera więc zarówno przestrzeń pomiędzy jego ziarnami i wewnątrz porów ciała stałego, jak i objętość samego ciała stałego. Wielkość wolnej przestrzeni pomiędzy materiałem właściwym zależy od jego rodzaju, formy czy stopnia rozdrobnienia. Stąd wartość gęstości nasypowej materiału będzie zawsze niższa od gęstości właściwej, która zdefiniowana jest jako masa jednostki objętości substancji materiału w stanie całkowitej szczelności, tj. bez porów i wilgoci (w przypadku wyznaczania gęstości właściwej materiału zawierającego wilgoć, należy przy wyniku pomiaru gęstości właściwej dodać informację o zawartości wilgoci w badanej próbce). Istnienie tych wolnych przestrzeni pozwala jednak na zmianę wartości gęstości nasypowej poprzez wypełnienie tej przestrzeni innym materiałem, a tym samym zmianę jego masy przy zachowaniu zadanej objętości pojemnika. Sytuacja taka może mieć miejsce w przypadku dostaw paliw stałych do odbiorcy, kiedy dostawca zamierza zwiększyć masę dostarczanego towaru, nie zmieniając przestrzeni załadunkowej. Dodając zatem inny, tańszy materiał do paliwa właściwego, jest w stanie uzyskać dodatkowe korzyści finansowe. Jest to działanie wysoce naganne, ale proste do zrealizowania, zwłaszcza, że w przypadku takich paliw stałych jak biomasa, kiedy o ilości możliwej do przetransportowania decyduje nie jej masa, a dyspozycyjna objętość przestrzeni załadunkowej, np. objętość naczepy. Interesujące jest zatem zagadnienie, w jakim stopniu można wpływać na zmianę gęstości nasypowej paliwa biomasowego, łatwo wypełniając wolne przestrzenie dostępnymi substancjami ciekłymi (np. wodą) i/lub stałymi (np. piaskiem, ziemią, śniegiem, żwirem).
Badania
Do badań wybrano typowe paliwo biomasowe pochodzenia leśnego, w bardzo popularnych formach handlowych, jakimi są zrębki i pelety drzewne (fot. 1 i 2).
Fot. 1. Próbka badanych zrębków drzewnych
Fot. 2. Próbka badanych peletów drzewnych
Badanie przeprowadzono umieszczając biomasę w pojemniku o objętości 5 dm3, a następnie wstrząsając i uderzając nim o twarde podłoże (uwzględnia to w pewien sposób warunki transportu materiału), po czym uzupełniono materiałem badanym do pełnej objętości i zważono próbkę. Ze stosunku masy badanej próbki w pojemniku do jego objętości wyliczona została gęstość nasypowa biomasy w danej formie.
Dla badanych form biomasy wyznaczono gęstość nasypową, a następnie – dodając do niej odpowiednio piasek i/lub wodę (fot. 3 i 4) – określono zmianę wartości gęstości nasypowej biomasy zanieczyszczonej tymi dodatkami. Wyniki pomiarów przedstawiono odpowiednio w tab. 1 i 2. Należy również dodać, że ilość wody dodawanej do chwili wyparcia biomasy oznacza masę próbki biomasy z wodą, przy której nie następuje jeszcze wynoszenie biomasy na skutek działania sił wyporu (siły ciężkości biomasy są równe sile wyporu biomasy).
Fot. 3. Pelety z dodatkiem piasku
Fot. 4. Zrębki drzewne z piaskiem i wodą
Tab. 1. Gęstość nasypowa czystych zrębków drzewnych oraz zanieczyszczonych wodą i/lub piaskiem
Tab. 2. Gęstość nasypowa czystych peletów oraz zanieczyszczonych wodą i/lub piaskiem
Z przeprowadzonych pomiarów wynika, że w przypadku zrębków drzewnych dodanie wody pozwala na zwiększenie gęstości nasypowej z wartości 214 kg/m3 do 918 kg/m3 i uzyskanie ponad czterokrotnego wzrostu masy materiału w zadanej objętości. W przypadku peletów wartość ta uległa zwiększeniu tylko niemal dwukrotnie (z 697 kg/m3 do 1315 kg/m3). Wynika to z mniejszej sumarycznej wolnej przestrzeni pomiędzy cząsteczkami peletów a zrębkami drzewnymi. Pomimo tego wartość gęstości nasypowej biomasy z wodą jest wyższa dla peletów. Tłumaczyć to należy przede wszystkim większym stopniem zagęszczenia samej biomasy w formie peletów.
Należy zaznaczyć, że w przypadku peletów nie udało się określić ilości dodanej wody do chwili wyparcia biomasy, z uwagi na szybkie pęcznienie peletów i znaczącą zmianę ich objętości (fot. 5 i 6). Stwierdzono jednak, że dodanie samej wody do peletów spowodowało większy przyrost objętości peletów niż w przypadku zanieczyszczenia peletów piaskiem i wodą. Zaistniały efekt można tłumaczyć wchłonięciem pewnej ilości wody przez piasek, co ograniczyło ilość wody pochłoniętej przez pelety, która powoduje pęcznienie peletów z biomasy i ich rozpad na drobne cząstki. Zatem w przypadku peletów dodatek do nich wody jest trudny do zrealizowania, biorąc pod uwagę ograniczenie objętości załadunkowej biomasy.
Fot. 5. Pelety z dodatkiem wody
Fot. 6. Pelety zanieczyszczone piaskiem i wodą
W przypadku dodatku samego piasku do badanych form biomasy drzewnej uzyskano ponad pięciokrotny przyrost gęstości nasypowej dla zrębków drzewnych oraz dwukrotny dla peletów. Należy to również tłumaczyć mniejszą gęstością nasypową zrębków drzewnych oraz większą wolną przestrzenią pomiędzy cząstkami biomasy w tej postaci (w porównaniu do peletów drzewnych).
Z kolei dodanie piasku i wody do badanych form biomasy leśnej spowodowało wzrost gęstości nasypowej z 214 do 1528 kg/m3 (siedmiokrotny przyrost) w przypadku zrębków drzewnych, oraz z 697 do 1745 kg/m3 dla peletów (dwuipółkrotny przyrost).
Jakie wnioski?
Przeprowadzone badania wskazują na duże możliwości zwiększenia masy materiału, poprzez stosowanie zarówno wody, jak i piasku, chociaż dodanie wody w przypadku peletów drzewnych jest bardzo ograniczone zakładając ograniczenia objętościowe. Potwierdzają to wyniki, zawarte w tab. 3, w której założono objętość załadunkową naczepy na poziomie 40 m3 oraz dopuszczalną standardową masę załadunkową 26 Mg, dla których określono możliwe teoretycznie ilości masy biomasy czystej oraz zanieczyszczonej, wypełniającej przestrzeń załadunkową.
Tab. 3. Potencjał załadunkowy biomasy czystej oraz zanieczyszczonej wodą lub piaskiem
Opierając się na wynikach uzyskanych podczas testów, można sformułować kilka wniosków. Po pierwsze, z uwagi na formę biomasy leśnej w postaci zrębków czy peletów i nieuniknioną obecność wolnych przestrzeni pomiędzy cząstkami czystej biomasy, istnieje duży potencjał wzrostu jego masy załadunkowej, bez zmiany objętości załadunkowej pojazdu transportującego. Więcej wolnej przestrzeni pomiędzy cząstkami jest w zrębkach drzewnych, co przyczynia się do większej krotności podwyższenia masy załadunkowej. W przypadku zrębków drzewnych możliwy jest dodatek zarówno piasku, jak i wody, bez istotnego wpływu na fizyczną formę zrębków biomasy. Natomiast dodatek wody do peletów drzewnych powoduje wyraźne ich pęcznienie i rozpad na drobne cząstki, co skutkuje ich zniszczeniem. Jedynie piasek nie ma wpływu na fizyczną formę takiej biomasy.
