81% of the population in sub-Saharan Africa relies on charcoal and firewood to cover their energy needs for cooking. In Africa charcoal is usually produced by burning tree in a traditional kilns and then the food is cooked with a carbon-fired stoves indoors. All that links to three problems; deforestation, health issues and overpopulation, all of which can be reduced with a pellet cooking stove. Zambia in sub-Saharan Africa consumes charcoal equivalent to 6,089,000 tons of firewood each year. The total consumption of firewood being 13,967,000 tons per year. That leads to harvesting rate between 250,000 and 300,000 hectares each year making Zambia having one of the world’s fastest deforestation rates. Deforestation can be reduced by using the energy from the wood more efficient. In charcoal production and heating with charcoal about 72-86% of the produced energy is released to the atmosphere resulting the efficiency rate of only 14-28%. In comparison pellet production efficiency rate is 70-83%. Therefore if fuel pellets are used for cooking purposes energy instead of charcoal efficiency increases by 42-69% leading to lower need of wood material to cover equal energy demand. In this study five hardwood species and a softwood reference material from Zambia has been evaluated for fuel pellet production purposes. Evaluated hardwood species are Umsafwa, Umupundu, Umusamba, Umwenge and Umutondo. Reference material is already in use for pellet production in Zambia. Evaluation includes pellet production in a single pellet press, post production testing and X-ray examinations for tree different moisture contents; 8%, 10% and 12%. Pellet production includes friction energy, maximal friction energy and compression energy measurements. Post production testing includes density and hardness testing as well as X-ray examinations that indicate the amount of produced ash in the combustion process. High compression energy means higher energy cost in production so low compression energy is a desired property. Umupundu was the only wood species whose moisture content had no effect on the amount of compression energy. Umsamba and Umutondo gave the lowest and Umupundu and Umsafwa the highest compression energies of the tested hardwood pellets. Almost all of the friction energies of the tested materials were close to one another. The biggest exception was Umsafwa with 8% moisture content which had 38% higher friction energy than the reference material on average in this study. The values of the friction energy are low compared with other studies but within the reasonable limits compared with the reference material. A clear linear relationship was found between the friction energy and Fmax, so the friction energy directly implies the magnitude of the force of Fmax. A high hardness value is desirable because high hardness links directly to pellets high durability. All hardwood species tested were harder than the reference material. Ash significantly shortens the service life of the pellet stove, therefore it is desirable to produce as little ash as possible. Umsafwa and Unwenge has the lowest amount of metals that indicates the smallest amount of ash formed when burning pellets. Umsafwa with MC of 12% and Umwenge with MC of 10% are the best mix based on this study. / 81% av befolkningen i Afrika söder om Sahara är beroende av träkol och ved för att täcka sitt energibehov för matlagning. I Afrika produceras träkol vanligtvis genom att träden bränns i en traditionell ugn och sedan tillagas maten med en koleldad spis inomhus. Det leder till tre problem; avskogning, hälsoproblem och överbefolkning, allt detta kan minskas med en pellets spis. I Zambia förbrukar träkol motsvarande 6 089 000 ton ved varje år, och den totala förbrukningen av ved är 13 967 000 ton per år. Det leder till en avverkningstakt på mellan 250 000 och 300 000 hektar varje år vilket gör att Zambia har en av världens snabbaste avskogningshastigheter. Avskogningen kan minskas genom att energin från veden används mer effektivt. Vid produktion och användning av träkol frigörs cirka 72-86% av den producerade energin till atmosfären, vilket resulterar i en användningsgrad på endast 14-28%. Vid pelletstillverkning är motsvarande värde mycket högre, 70-83%. Om bränslepellets används istället för kol för matlagningsändamål ökar därför energieffektiviteten med 42-69%, vilket leder till lägre behov av trämaterial för att täcka lika energibehov. I denna studie har fem lövträslag och ett referensmaterial av barrträd från Zambia utvärderats för produktion av bränslepellets. De utvärderade lövträslag är Umsafwa, Umupundu, Umusamba, Umwenge och Umutondo. Referensmaterialet används redan för pelletstillverkning i Zambia. Utvärderingen inkluderar pelletsproduktion i enpetarpress, efterproduktionstestning och röntgenundersökningar för trädens olika fukthalter; 8%, 10% och 12%. Pelletsproduktion omfattar friktionsenergi, maximal friktionsenergi och mätningar av kompressionsenergi. Testning efter produktion inkluderar densitets- och hårdhetstestning samt röntgenundersökningar som indikerar mängden producerad aska i förbränningsprocessen. Hög kompressionsenergi innebär högre energikostnad i produktionen alltså låg kompressionsenergi är en önskad egenskap. Umupundu var det enda träslag vars fukthalt inte hade någon effekt på mängden kompressionsenergi. Umsamba och Umutondo gav de lägsta och Umupundu och Umsafwa de högsta kompressionsenergierna av de testade lövträpellets. Nästan alla friktionsenergier för de testade materialen låg nära varandra. Det största undantaget var Umsafwa med 8% fukthalt som hade 38% högre friktionsenergi än referensmaterialet i genomsnitt i denna studie. Värdena på friktionsenergierna är låga jämfört med andra studier men inom de tillåtna gränserna jämfört med referensmaterialet. Ett tydligt linjärt beroende hittades mellan friktionsenergin och Fmax, således friktionsenergin antyder direkt storleken på kraften hos Fmax. Ett högt hårdhetsvärde är önskvärt eftersom det kopplas direkt positivt till pellets hållbarhet. Alla lövträslag som testades var hårdare än referensmaterialet. Ask förkortar pelletskaminens livslängd avsevärt, därför är det önskvärt att producera så lite aska som möjligt. Umsafwa och Unwenge har den lägsta mängden metaller som anger den minsta mängd aska som bildas vid förbränning av pellets. Umsafwa med MC på 12% och Umwenge med MC på 10% är den bästa mixen baserat på denna studie.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kau-93097 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Silvennoinen, Annika |
| Publisher | Karlstads universitet, Avdelningen för energi-, miljö- och byggteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf, application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0024 seconds