This diploma thesis deals with issues of fine and ultrafine particles formation during thermal decomposition and combustion of biomass. An introduction is devoted to a utilization of biomass as fuel. A following part describes the gas products emerging generally during combustion process. A current emission and air pollution situation in the Czech Republic as well as the health impacts of solid pollutants on human are also mentioned. Within an experimental measurement three basic factors that have impact on fine particles formation during combustion of beech wood (i. e. oxygen content in combustion atmosphere, type of the sample and size of the sample) were thoroughly analyzed. Attention was paid to a progress of thermal decomposition and combustion of sample with respect to the particles formation. Finally, a measurement of fine particles amount was accomplished in a real boiler successively with four different biomass pellet types.

L’énergie solaire concentrée est utilisée comme source de chaleur dans le but de mener des réactions de pyrolyse de la biomasse. Cela permet d’améliorer l’énergie contenue dans la matière première en stockant l’énergie solaire sous une forme chimique. Grâce à de hautes températures et à des vitesses de chauffe élevées, d’avantage de gaz pyrolytiques, avec un produit calorifique inférieur (PCI) élevé, peuvent être produit par la pyrolyse solaire directe.Les expériences effectuées dans ce travail montrent l’effet des paramètres de la pyrolyse solaire sur les quantités de produits, leur composition et leurs propriétés. Le PCI total des gaz augmente fortement (il est multiplié par 5) lorsque la température augmente (de 600°C à 1200°C), et lorsque la vitesse de chauffe augmente (de 5°C/s à 50°C/s. L’association de la température et de la vitesse de chauffe amplifie leurs effets lorsqu’ils sont tous deux à de hautes valeurs. Le charbon et le goudron collectés ont été analysés et caractérisés. Le facteur d’augmentation énergétique obtenu est d’environ 1.5 quelle que soit la température. Dans un second temps, un modèle non linéaire, en deux dimensions, et utilisant la CFD pour résoudre les bilans de masse et de chaleur, a été développé pour la pyrolyse solaire. Les coefficients stœchiométriques, déterminant la fraction massique du goudron primaire convertie par la réaction en gaz et en goudron secondaire, ont été déterminés à différentes températures et à différentes vitesses de chauffe. Les évolutions des produits finaux et des pertes de masse de la biomasse sont amplifiées par la température et par la vitesse de chauffe. / Concentrated solar energy provides heat to drive biomass pyrolysis reactions, which upgrades the feedstock energy by storing solar energy in chemical forms (bio-gas, bio-oil and bio-char). Thanks to high temperature and fast heating rate, more pyrolytic gas with high lower heating value (LHV) can be produced by direct solar pyrolysis. Experiments have highlighted the effect of solar pyrolysis parameters on products yields, composition and properties. The total gas LHV dramatically increases (5-fold) with increasing temperature (from 600°C to 1200°C) and sample heating rate (from 5°C/s to 50°C/s), which is mainly due to variations in the CO and H2 yields. The interaction between temperature and heating rate enhances at both high ranges. The maximum gas products LHV (14 589 kJ/kg of beech wood) was obtained at 2000°C and 450°C/s heating rate. The collected char and tar were analyzed and characterized, which emphasizes the temperature and heating rate effects. And the energy upgrade factor is determined as about 1.5 independent of temperature. At the same time, a 2D unsteady CFD particle model (simplified assumption using first-order Arrhenius type reactions) with heat and mass transfers was developed for solar pyrolysis. Numerical model predictions are in good agreement with experimental observations. Stoichiometric coefficients about the mass fraction of primary tar converted by the reaction to gas and secondary tar were determined at different temperatures and heating rates for the first time. The evolution of the final products and mass losses of biomass are enhanced with temperature and heating rate increase.

Die Anatomie des Holzes stellt eine entscheidende Einflussgröße bei einer Vielzahl holztechnologischer Prozesse dar. Der Beitrag soll mit Hilfe rasterelektronenmikroskopischer Bildtafeln den anatomischen Bau des Holzes der Rot-Buche vermitteln.

Für die zukünftige Anwendung furnierbasierter Werkstoffe für konstruktive Bauteile im Maschinenbau sollte es möglich sein, deren Lagenaufbau im Sinne des Leichtbaus beanspruchungsgerecht zu gestalten. Für die Dimensionierung dieser Lagenhölzer werden die mechanischen Kennwerte der Furniereinzellagen benötigt. Aktuell besteht ein Defizit in der Verfügbarkeit der erforderlichen Kennwerte. Zusätzlich existieren keine Normen und einheitliche Standards zur Ermittlung dieser Kennwerte an Furnier. Demzufolge wurden in dieser Arbeit Prüfmethoden zur mechanischen Materialcharakterisierung von Furnier unter Zug-, Druck- und Schubbeanspruchung erarbeitet und exemplarisch Kennwertdatensätze für Rotbuchenschälfurnier in Abhängigkeit der Furnierdicke, der Klimatisierung sowie einer Klebstoffbeschichtung ermittelt. Hierbei zeigt sich, dass die Furnierdicke einen erheblichen Einfluss auf die Materialeigenschaften besitzt. Das ist auf die herstellungsbedingten Schälrisse im Furnier zurückzuführen, deren Risstiefe und Rissabstand mit der Furnierdicke ansteigt. Weiter ergaben die Untersuchungen, dass sich die mechanischen Kennwerte von nativem und klebstoffbeschichtetem Furnier deutlich unterscheiden. Auch hier ist eine Abhängigkeit der Eigenschaften von der Furnierdicke festzustellen, da das Eindringverhalten des Klebstoffes in das Furnier gleichfalls von der Furnierdicke abhängig ist. Mit steigender Furnierdicke wird der Furnierquerschnitt vom Klebstoff nicht vollständig durchtränkt und es verbleibt eine klebstofffreie Mittelschicht, deren Anteil mit der Furnierdicke zunimmt. Mit Hilfe der ermittelten Datensätze wurde im Weiteren die Fragestellung untersucht, welches Material für die Einzellage zur Berechnung der Verbundeigenschaften von Lagenholz mit Hilfe der Laminattheorie am besten geeignet ist. Als Materialien wurden natives Furnier, mit Klebstoff beschichtetes Furnier und Vollholz untersucht. Im Ergebnis konnte die beste Übereinstimmung mit experimentell, ermittelten Lagenholzkennwerten für klebstoffbeschichtetes Furnier erzielt werden. Für Lagenholz mit dickeren Furnierlagen können für die Berechnung der Verbundeigenschaften von Lagenholz auch Vollholzkennwerte herangezogen werden. / For future application of veneer-based materials for structural components in mechanical engineering, it should be possible to design the layer structure in terms of a lightweight construction. The mechanical properties of the veneer layers are required for calculating the properties of laminated wood materials such as plywood. Currently, there is a lack of knowledge of the required characteristic veneer values. In addition, there are no standards for determining these properties for veneer. In this work, test methods for the mechanical material characterization of veneer under tensile, compressive and shear stress were developed and exemplary data sets for rotary cut veneer of beech wood were determined as a function of veneer thickness, climatization and an adhesive coating. The veneer thickness has a significant influence on the material properties. This is due to the production-related peeling cracks in the veneer, whose crack depth and crack distance increase with the thickness. Furthermore, the investigations showed that the mechanical properties of native and adhesive-coated veneer differ significantly. Here, as well, a dependence of the properties on the veneer thickness can be observed. This is due to the penetration behavior of the adhesive into the veneer. With increasing veneer thickness, the veneer cross-section is not completely impregnated by the adhesive and an adhesive-free layer remains in the center, the size of which increases with the veneer thickness. In addition, it was investigated which single-layer material is most appropriate for calculating the properties of laminated wood materials using the laminate theory. Native veneer, adhesive coated veneer and solid wood were examined as single layer material. As a result, the best match with the experimentally determined plywood properties was obtained for adhesive-coated veneer. For laminated wood materials with thicker veneer layers, solid wood can also be used as single-layer material to calculate the composite properties.