I en värld med ökande koldioxidhalter i atmosfären och höjd medeltemperatur, råder det inga tvivel om att vi står inför en rad utmaningar för att minska användandet av bland annat fossila bränslen som generar skadliga utsläpp. Det finns många alternativ till oljebaserade bränslen, och ett som har ökat markant de senaste åren är bränslepellets. Bränslepellets är ett träbaserat biobränsle som i sitt kompakta tillstånd erbjuder ett bra värmevärde och är klimatneutralt. För att tillverka pellets måste råmaterialet först termiskt torkas, från en fukthalt på ca 55 % till ca 10 %, vilket i dagsläget kan motsvara upp till en fjärdedel av hela energiåtgången i pelleteringsprocessen. Med den ökade efterfrågan av bränslepellets finns också ökade förutsättningar för energieffektiviseringar i pelletsproduceringen, speciellt i torkningssteget.   Drinor AB har tagit fram en avvattningsmaskin av biomaterial som heter CDP, och med den är det möjligt att avvattna biomaterial till ca 30 %, vilket skulle reducera både tiden och energin det tar att termiskt torka materialet. Avvattningen sker under tryck på minst 40 ton, där vattnet mekaniskt pressas ut ur råmaterialet. Hur avvattningen påverkar råmaterialet, speciellt i en pelletframställning, är oklart och syftet med detta arbete var att ta reda på hur pelleteringsegenskaperna påverkas efter pressning med CDP, och om det finns möjligheter att spara energi i malningsdelen i pelleteringsprocessen.   Målet med arbetet var att ta reda på hur CDP påverkar pelletskvaliteter i form av hårdhet och densitet, samt om friktionsutvecklingen i pelleteringsmatrisen förändras, genom att framställa pellets ur 3 scenarion. I ett scenario ska en traditionell pelletsframställning liknas, med endast termisk torkning och i de resterande två scenarion implementeras CDP som försteg till den termiska torkningen. I ett av dessa två scenarion mals inte träflisen innan pelletering, för att se om energi kan sparas utan att offra pelletskvalitet. Ett annat mål var att, per scenario, ta reda på vid vilken fukthalts- och temperaturkombination de bästa pelletsen tillverkades med avseende på hög densitet och hårdhet samt låg friktionsutveckling.   Resultaten visade att scenariot med CDP som komplement till termisk torkning och utan malningprocess, producerade pellets med högst hårdhet, högst densitet och lägst friktionsutveckling under båda fukthalterna på pelleteringsmaterialet och nästintill samtliga matristemperaturer. Det scenario som hade endast termisk torkning producerade pellets med lägst densitet och hårdhet samt högst friktion under nästan alla temperaturer och fukthalter.   När den bästa fukthalts- och temperaturkombinationen togs fram per scenario, så var scenariot med CDP och utan malning bäst. Pellets producerade där hade ökad densitet, nästan tredubblad hårdhet samt mer än halverad friktionsutveckling i pelleteringsmatrisen, jämfört med scenariot som imiterade traditionell pelletsframställning med endast termisk torkning.   Skulle det scenariot med CDP och utan malningsprocess implementeras i en verklig industriell skala skulle det innebära stora förutsättningar för ökad produktion av pellets med bättre kvalitet, samt ett minskat energianvändande i form av reducerad termisk torkning och minskat användande av malningsprocessen. / In a world with growing carbon dioxide contents in the atmosphere and elevated average temperature, there is no doubt that we are faced with a number of challenges to reduce the use of, among other things, fossil fuels that generate harmful emissions. There are many alternatives to oil-based fuels, and one that has increased markedly in recent years is fuel pellets. Fuel pellets are a wood-based biofuel that, in its compact state, offers a good thermal value and is climate neutral. In order to produce pellets, the raw material must first be thermally dried, from a moisture content of about 55 % to about 10 %, which can currently account for up to at least a quarter of the total energy consumption in the pelleting process. With the increased demand for fuel pellets, there are also increased possibilities for energy efficiency in the pellet production, especially in the drying stage.   Drinor AB has developed a biomaterial dewatering machine called CDP, with which it is possible to drain the biomaterial to a moisture content of about 30%, which would reduce both the time and the energy it takes to thermally dry the material. The dewatering pressure is at least 40 tonnes, where the water is mechanically squeezed out of the raw material. How the dewatering affects the raw material, especially in a pellet production, is unclear and the purpose of this work was to find out how the pelleting properties are affected after pressing with CDP and if there is potential for saving energy in the grinding process in the pelleting process.   The aim of the work was to find out how CDP affects pellet qualities in terms of hardness and density, and if the friction development in the pelleting dye changes, by making pellets out of 3 scenarios. In one scenario, traditional pellets production should be resembled, with only thermal drying, and in the remaining two scenarios, CDP is implemented as a complement to thermal drying. In one of these two scenarios, the wood chips were not milled before pelleting, to see if energy can be saved without sacrificing pellet quality. Another goal was to determine, by each scenario, what moisture and temperature combination the best pellets were produced with respect to high density and hardness and low friction development.   The results showed that the CDP scenario, as a complement to thermal drying and without grinding process, produced the hardest pellets, highest density and lowest friction development during both moisture levels of the pelleting material and almost all die temperatures. The scenario that only had thermal drying produced pellets with the lowest density and hardness, as well as maximum friction under almost all temperatures and moisture levels.   When the best moisture and temperature combination was achieved by each scenario, the scenario with CDP and without grinding was the best. Pellets produced there had increased density, almost triple the hardness, and more than half the friction development in the pelleting die, compared to the scenario that imitated traditional pellets production with only thermal drying.   Should the scenario with CDP and without grinding process be implemented on a real industrial scale, it would provide great conditions for increased production of better quality pellets, as well as reduced energy use in the form of reduced thermal drying and reduced use of the grinding process.

Biomass has been used as a fuel since ancient times. In recent decades the use has increased and the technology has developed considerably in large parts of the world. In Sub Saharan Africa, traditionally used biomass, such as wood or charcoal, is still the main source of energy in households. Zambia consumes charcoal corresponding to 6 089 000 tonnes/year. The use of biomass is very ineffective and with increasing population and energy requirements, this is placing Zambia on the top ten list of highest deforestation rates in the world.  Emerging Cooking Solutions Zambia Ltd. [ECS], started in 2012 with a vision to establish a pellet production in Africa. They provide modern cooking stoves and fuel pellets to counteract the unsustainable use of biomass and the health risk with traditional fuels. ECS aims to expand their production and are now striving to find a biomass that can increase hardness of pellets. The purpose of this work is to increase knowledge of the ability of raw materials to be pelletized, to support ECS expansion in a sustainable manner.  In this report fourteen different biomasses was evaluated at three different moisture content, 5%, 7,5% and 10%. Peanut shell, Pigeon Pea, Pine and Sicklebush was assumed to be able to be used as a base material. Remaining biomasses as additive; Bamboo, Cassava peel, Cassava stem, Eucalyptus, Gliricidia, Peanut shell, Lantana, Miombo seed capsules, Olive tree and Tephrosia. Pellet production was performed in a single pellet press located at the department of environmental and energy system at Karlstad University, Karlstad. Compression energy, friction energy, hardness and moisture uptake was some of the operating characteriztics and properties that were evaluated. Additionally, four blends were pelletized with the aim to increased hardness.  Pigeon Pea resulted in hardest pellets of the base materials, it managed a radial pressure of 46.3 kg, Pine resulted in low hardness, 17.7 kg. For the additives, the following materials were hardest as pellets; Tephrosia, 70.0 kg, Gliricidia 58.7 kg, Cassava peel 48.6 kg och Miombo seed capsules, 48.3 kg. Pine was the material that required relatively more energy pelletizing, 183.0 J. Lowest energy, Cassava stem, 49,1 J.  All blends resulted in higher hardness of pellets. Most advantageous were Cassava peel and Tephrosia. Cassava peel in Pigeon Pea increased hardness even at 10% and reduced energy requirements. Pigeon Pea with 50% Tephrosia increased hardness with 21.1 kg to 67.4 kg, slightly increasing energy requirements. Though logistic chain for Cassava peel was evaluated higher than Tephrosia.  For ECS to expand their production they are recommended, accordingly to the results in this study, to use Pigeon Pea at about 6% moisture content, as a base material. In order to increase hardness of pellets, they should primarily use Tephrosia, about 7% and Cassava peel at approximately 8% moisture content as an additive. / Biomassa har använts som bränsle sedan urminnes tider. Användningen har ökat och olika tekniker för nyttjande har utvecklats avsevärt i stora delar av världen de senaste decennierna. I Afrika söder om Sahara utgör traditionellt använd biomassa, såsom ved eller träkol fortfarande den huvudsakliga källan till energi i hemmet. Zambia konsumerar träkol motsvarande 6 089 000 ton ved varje år. Användningen av biomassan är mycket ineffektiv och med en ökande befolkning och energibehov sätter detta Zambia på topp tio listan med högsta avskogningshastigheter i världen.  Emerging Cooking Solutions Zambia Ltd [ECS], startade 2012 med visionen att etablera en pelletsproduktion i Afrika. De tillhandahåller moderna pelletsbrännare och producerar bränslepellets för att motverka problemet med den ohållbara användningen av biomassa och hälsorisker i samband med detta. ECS har som mål att öka sin produktion och eftersträvar nu främst att hitta en spetsråvara som kan öka hårdheten på pellets. Syftet med denna rapport är att öka kunskapen om råvarors möjlighet att pelleteras för att bidra till att Emerging Cooking Solutions verksamhet ska kunna expandera på ett hållbart sätt.  I denna rapport utvärderades fjorton olika biomassor vid tre olika målfukthalter 5%, 7,5% och 10%. Jordnötsskal, Pigeon Pea, Pine och Sicklebush ansågs kunna användas som basdrift, resterande biomassor som spetsråvaror, Bambu, Cassavaskal, Cassavastam, Eucalyptus, Gliricidia, Lantana, Miombo, Olivträd och Tephrosia. Pelletsproduktion gjordes i en enpetare vid Karlstads universitet, avdelningen för miljö-, och energisystem. Kompressions- och friktionsenergi samt hårdhet och fuktupptag är några av de variabler som testades, dessutom pelleterades fyra blandningar av olika biomassor med syfte att öka hårdheten på pellets.  De basmaterial som resulterade i hårdast pellets var Pigeon Pea som klarade ett radiellt tryck på 46,3 kg, Pine medförde låg hårdhet, 17,7 kg. Av spetsråvarorna medförde följande högsta hårdhet på pellets, Tephrosia, 70 kg, Gliricidia 58,7 kg, Cassavaskal 48,6 kg och Miombo frökapslar, 48,3 kg. Vid kompressionsstudierna visade sig Pine kräva relativt hög energi vid komprimering, 183,0 J. Lägst Cassavastam 49,1 J.  Samtliga blandningar med Tephrosia, Cassavaskal eller Gliricidia som spetsråvaror medförde hårdare pellets. Mest fördelaktigt som spetsråvara var Tephrosia och Cassavaskal. Cassavaskal ökade hårdheten redan vid 10% inblandning i Pigeon Pea och minskade samtidigt energibehovet. Vid inblandning av 50% Tephrosia i Pigeon Pea ökade hårdheten mest av samtliga blandningar med 21,1 kg till 67,4kg. Logistikkedjan bedömdes dock bättre för Cassavaskal än för Tephrosia.  ECS skulle enligt resultaten i denna studie kunna använda sig av Pigeon Pea vid cirka 6% fukthalt för att bredda sin råvarubas. För att öka hårdheten på pellets bör de i första hand använda sig av Tephrosia cirka 7% och Cassavaskal cirka 8% fukthalt som spetsråvara.

I en värld med ökande koldioxidhalter i atmosfären och höjd medeltemperatur, råder det inga tvivel om att vi står inför en rad utmaningar för att minska användandet av bland annat fossila bränslen som generar skadliga utsläpp. Det finns många alternativ till oljebaserade bränslen, och ett som har ökat markant de senaste åren är bränslepellets. Bränslepellets är ett träbaserat biobränsle som i sitt kompakta tillstånd erbjuder ett bra värmevärde och är klimatneutralt. För att tillverka pellets måste råmaterialet först termiskt torkas, från en fukthalt på ca 55 % till ca 10 %, vilket i dagsläget kan motsvara upp till en fjärdedel av hela energiåtgången i pelleteringsprocessen. Med den ökade efterfrågan av bränslepellets finns också ökade förutsättningar för energieffektiviseringar i pelletsproduceringen, speciellt i torkningssteget.  Drinor AB har tagit fram en avvattningsmaskin av biomaterial som heter CDP, och med den är det möjligt att avvattna biomaterial till ca 30 %, vilket skulle reducera både tiden och energin det tar att termiskt torka materialet. Avvattningen sker under tryck på minst 40 ton, där vattnet mekaniskt pressas ut ur råmaterialet. Hur avvattningen påverkar råmaterialet, speciellt i en pelletframställning, är oklart och syftet med detta arbete var att ta reda på hur pelleteringsegenskaperna påverkas efter pressning med CDP, och om det finns möjligheter att spara energi i malningsdelen i pelleteringsprocessen. Målet med arbetet var att ta reda på hur CDP påverkar pelletskvaliteter i form av hårdhet och densitet, samt om friktionsutvecklingen i pelleteringsmatrisen förändras, genom att framställa pellets ur 3 scenarion. I ett scenario ska en traditionell pelletsframställning liknas, med endast termisk torkning och i de resterande två scenarion implementeras CDP som försteg till den termiska torkningen. I ett av dessa två scenarion mals inte träflisen innan pelletering, för att se om energi kan sparas utan att offra pelletskvalitet. Ett annat mål var att, per scenario, ta reda på vid vilken fukthalts- och temperaturkombination de bästa pelletsen tillverkades med avseende på hög densitet och hårdhet samt låg friktionsutveckling. Resultaten visade att scenariot med CDP som komplement till termisk torkning och utan malningprocess, producerade pellets med högst hårdhet, högst densitet och lägst friktionsutveckling under båda fukthalterna på pelleteringsmaterialet och nästintill samtliga matristemperaturer. Det scenario som hade endast termisk torkning producerade pellets med lägst densitet och hårdhet samt högst friktion under nästan alla temperaturer och fukthalter. När den bästa fukthalts- och temperaturkombinationen togs fram per scenario, så var scenariot med CDP och utan malning bäst. Pellets producerade där hade ökad densitet, nästan tredubblad hårdhet samt mer än halverad friktionsutveckling i pelleteringsmatrisen, jämfört med scenariot som imiterade traditionell pelletsframställning med endast termisk torkning. Skulle det scenariot med CDP och utan malningsprocess implementeras i en verklig industriell skala skulle det innebära stora förutsättningar för ökad produktion av pellets med bättre kvalitet, samt ett minskat energianvändande i form av reducerad termisk torkning och minskat användande av malningsprocessen. / In a world with growing carbon dioxide contents in the atmosphere and elevated average temperature, there is no doubt that we are faced with a number of challenges to reduce the use of, among other things, fossil fuels that generate harmful emissions. There are many alternatives to oil-based fuels, and one that has increased markedly in recent years is fuel pellets. Fuel pellets are a wood-based biofuel that, in its compact state, offers a good thermal value and is climate neutral. In order to produce pellets, the raw material must first be thermally dried, from a moisture content of about 55 % to about 10 %, which can currently account for up to at least a quarter of the total energy consumption in the pelleting process. With the increased demand for fuel pellets, there are also increased possibilities for energy efficiency in the pellet production, especially in the drying stage. Drinor AB has developed a biomaterial dewatering machine called CDP, with which it is possible to drain the biomaterial to a moisture content of about 30%, which would reduce both the time and the energy it takes to thermally dry the material. The dewatering pressure is at least 40 tonnes, where the water is mechanically squeezed out of the raw material. How the dewatering affects the raw material, especially in a pellet production, is unclear and the purpose of this work was to find out how the pelleting properties are affected after pressing with CDP and if there is potential for saving energy in the grinding process in the pelleting process. The aim of the work was to find out how CDP affects pellet qualities in terms of hardness and density, and if the friction development in the pelleting dye changes, by making pellets out of 3 scenarios. In one scenario, traditional pellets production should be resembled, with only thermal drying, and in the remaining two scenarios, CDP is implemented as a complement to thermal drying. In one of these two scenarios, the wood chips were not milled before pelleting, to see if energy can be saved without sacrificing pellet quality. Another goal was to determine, by each scenario, what moisture and temperature combination the best pellets were produced with respect to high density and hardness and low friction development. The results showed that the CDP scenario, as a complement to thermal drying and without grinding process, produced the hardest pellets, highest density and lowest friction development during both moisture levels of the pelleting material and almost all die temperatures. The scenario that only had thermal drying produced pellets with the lowest density and hardness, as well as maximum friction under almost all temperatures and moisture levels. When the best moisture and temperature combination was achieved by each scenario, the scenario with CDP and without grinding was the best. Pellets produced there had increased density, almost triple the hardness, and more than half the friction development in the pelleting die, compared to the scenario that imitated traditional pellets production with only thermal drying. Should the scenario with CDP and without grinding process be implemented on a real industrial scale, it would provide great conditions for increased production of better quality pellets, as well as reduced energy use in the form of reduced thermal drying and reduced use of the grinding process.

Den ökade efterfrågan på pellets har fört med sig högre krav på pelletkvalité och detta har lett till att forskningen i Sverige har övergått från att studera möjliga bränslen till att studera pelletkvalité, ofta med fokus på mekanisk hållfasthet. För att pröva den mekaniska hållfastheten så finns olika standardmetoder såsom tumling enligt ISO 17831-1:2015, som är europeisk standard, och lignotest. Standardmetoderna kräver en större mängd pellets och kan inte användas för att pröva pellets från en singelpelletpress, vilket är ett mycket vanligt sätt att producera nya pelletsammansättningar. En singelpelletpress tillverkar en pellet åt gången och för att prediktera mekaniska hållfastheten finns många olika metoder, till exempel dropp- och hårdhetstest. Det är idag oklart hur väl metoderna för att pröva pellets från en singelpelletpress predikterar mekaniska hållfastheten och det finns en begränsad mängd forskning som undersöker korrelationen med standardmetoderna. Äldre forskning visar på en positiv linjär korrelation medan nyare forskning visar att korrelationen även beror på pelletens sammansättning. Det finns också studier som använder nya sätt att pröva enstaka pellets. En ny studie tumlar pellets tillsammans med plastpellets, men inga jämförelser med andra metoder utförs. En annan studie prövade tumling samt lignotest för en pellet åt gången och jämförde med tumling enligt ISO 17831-1:2015. Den studien visade ett R2 på 0.83 respektive 0.94 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 90%.  En metod som korrelerar med standardmetoderna skulle mycket tydligare indikera hur en pellet från en singelpelletpress skulle prestera i större produktionsskala. Om metoden även utnyttjar redan tillgänglig teknik finns möjligheten för en bred användning, likt en standardmetod, som skulle underlätta jämförelser mellan olika studier och samarbeten mellan forskningsinstitut.  I detta arbete undersöks validiteten av att tumla enstaka pellets tillsammans med plastpellets. Plast- och singelpelletsmixen som innehöll 3, 10 och 20 pellets, resterande del (upp till 500g ±10g) plastpellets, tumlades för 6 olika sorters pellets. Standardavvikelse, relativ standardavvikelse samt medelvärdet av mekaniska hållfastheten bestämdes och den linjära regressionen med tumling enligt ISO 17831-1:2015 undersöktes. För samma pelletsorter genomfördes dropptest och hårdhetstest där den linjära regressionen med tumling enligt ISO 17831-1:2015 även gjordes för hårdhetstestet. Resultaten visar att tumling med plast- och singelpelletmix fungerar som alternativ metod till ISO 17831-1:2015 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 92,45%, där mycket tillförlitligt resultat fås för 3 eller fler tumlade pellets över 96,62% mekanisk hållfasthet där 8 av 9 uppmätta standardavvikelser var under 1 %. För hela det prövade kvalitetsintervallet visades en korrelation (R2) med standardmetoden på 0,88-0,98 och ett R2 nära 1 för pellets med en mekanisk hållfasthet över 95 %. Dropptestet gav ingen information om pelletens mekaniska hållfasthet och bedömdes inte som en lämplig metod. Hårdhetstestet visade en hög relativ standardavvikelse mellan 19-40 % och en korrelation (R2) med standardmetoden på 0,78. Tumling med plast- och singelpelletmix hade både lägre standardavvikelse och högre korrelation med standardmetoden som visar att det är en bättre metod för att prediktera mekaniska hållfastheten för enstaka pellets än hårdhetstest. / The increased demand of pellets has led to higher demand on pellet quality causing a shift in Swedish research from studying possible fuels to studying pellet quality, often with a focus on mechanical durability. To test the mechanical durability there are various standard methods such as tumbling according to ISO 17831-1:2015, which is the European standard, and lignotest. The standard methods require a large amount of pellets and can´t be used to test pellets from a single-pellets press, a common way to produce new pellet compositions. A single-pellet press produces one pellet at a time and to predict the mechanical durability there are different methods, such as drop and hardness tests. Today it´s unclear how well the methods for testing pellets from a single-pellets press predicts the mechanical durability and there are a limited amount of research that examines the correlation with the standard methods. Earlier research shows a positive linear correlation while a recent publish study showed that the correlation also depends on the composition of the pellet. However, also new ways to test individual pellets has recently bin published, where single pellets were tumbled together with plastic pellets, but no comparisons with other methods were made. Another study tried tumbling and lignotest for one pellet at a time and compared with ISO 17831-1:2015. The study showed an R2 of 0,83 and 0,94 respectively for pellets with a mechanical durability above 90% A method that correlates with the standard methods would indicate how a pellet from a single-pellet press would preform on a larger production scale. If the method also uses already known technology there is the possibility of a broad use, similar to a standard method, wich would facilitate comparisons between different studies and collaborations between research institutes.   In this study, the validity of tumbling individual pellets together with plastic pellets is investigated. The plastic and single-pellet mix containing 3, 10 and 20 pellets, the remaining part (up to 500 ±10g) plastic pellets, was tumbled with 6 different types of pellets. Standard deviation, relative standard deviation and the mean value of the mechanical durability were determined and the linear regression with tumbling according to ISO 17831-1:2015 was examined. For the same pellet varieties, drop and hardness tests where preformed, where the linear regression with ISO 17831-1:2015 was also examined for the hardness test.   The results show that tumbling with plastic and single-pellet mix works as an alternative method to ISO 17831-1:2015 for pellets with a mechanical durability above 92,45 %, where very reliable results was obtained for 3 or more tumbled pellets above 96.62 % mechanical durability where 8 out of 9 standard deviations measured below 1%. For the entire tested quality range, a correlation (R2) was shown with ISO 17831-1:2015 of 0.88-0.98 and an R2 close to 1 for pellets with a mechanical durability over 95 %. The drop test did not provide any information on the mechanical durability of the pellet and was not considered an appropriate method. The hardness test showed a high relative standard deviation between 19-40 % and a correlation (R2) with ISO 17831-1:2015 of 0.78. Tumbling plastic and single-pellet mix had both lower standard deviation and higher correlation with the standard method ISO 17831-1:2015 which shows that it is the superior method for predicting the mechanical durability of individual pellets over hardness test.