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Pellet Rapid Test Pellet rapid test - Entwicklung eines Schnelltestes zur Charakterisierung des Ausgasungsverhaltens von Pellets

Auf Grund ihrer hohen Energiedichte sind Pellets der vorteilhafteste aller Festbrennstoffe.
Für Europa sind Produktstandards definiert, die die Qualität des Brennstoffes hinsichtlich der
Verbrennungseigenschaften sichern. Zusätzlich zu den Produktnormen gibt es bereits erste
Regelwerke zur Qualitätssicherung entlang der Pelletslieferkette und zur Pelletslagerung.
Dennoch enthalten alle diese zurzeit verfügbaren Regelwerke keine ausreichenden Kontrollund
Maßnahmenvorschläge zur Gewährleistung der Sicherheit die Freisetzung von
toxischen Gasen wie CO und VOCs betreffend. Unfälle im Zusammenhang mit
Kohlenmonoxidvergiftungen in Pelletslagern wurden wiederholt dokumentiert und untersucht.
Diese Ergebnisse verdeutlichen die dringende Notwendigkeit, Werkzeuge zu entwickeln,
welche die Vorhersage von Gefahren durch die Freisetzung von Emissionen aus Pellets bei
Transport und Lagerung erlauben.
Dieses Projekt setzt sich daher zum Ziel, eine Methode zur sicheren und genauen
Bestimmung des Ausgasungspotentials von Holzpellets in Form eines Schnelltests zu
entwickeln. Hierzu werden unterschiedliche analytische Techniken, wie z.B. Nahe-Infrarot
(NIR) Spektroskopie, Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) und extraktive
Methoden auf ihre Eignung für diese Anwendung hin untersucht und verglichen. Zusätzlich
dient dieses Projekt auch dazu, die bereits begonnenen Untersuchungen in einem laufenden
Projekt rund um das Thema Sicherheit in Pelletslagern und Freisetzung von CO und VOCs
aus Holzpellets auf der Seite der Ursachenforschung weiter zu unterstützen.
Die Ergebnisse aus diesem Projekt sollen einerseits der Pelletbranche eine zuverlässige
Methode zur Bestimmung des Freisetzungspotentials von CO und VOCs von Holzpellets
ermöglichen und damit eine neue Charakterisierung des Produktes darstellen. Andererseits
sollen die Projektergebnisse dazu dienen, die Qualitätssicherungskriterien entlang von
Logistikkette und Lagerung von Pellets zu erweitern und auch dazu beitragen, ein besseres
Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen der Freisetzung von Emissionen aus
Pellets bei der Lagerung zu gewinnen.

Ausgangssituation

Europaweit gibt es Bestrebungen, die Produktstandards für Pellets (für Holzpellets EN
14961-2 und für Nichtholzpellets EN 14961-6) genauer zu definieren und so die Qualität des
Brennstoffes hinsichtlich der Verbrennungseigenschaften zu sichern. Zusätzlich zu den
Produktnormen gibt es bereits erste Regelwerke zur Qualitätssicherung entlang der
Pelletslieferkette sowie bezüglich der Pelletslagerung (CEN TS 15234 und ÖNORM M 7136).
Der österreichische und der deutsche Pelletsverband arbeiten zudem gemeinsam an der
Einführung des neuen Siegels „ENplus“ für Holzpellets, welches die gesamte
Bereitstellungskette von der Herstellung bis zur Anlieferung beim Endkunden kontrolliert und
damit eine hohe Qualitätssicherheit und umfassende Transparenz bietet. Dennoch, alle
diese zurzeit verfügbaren Regelwerke enthalten keine ausreichenden Kontroll- und
Maßnahmenvorschläge zur Gewährleistung der Sicherheit bezüglich der Freisetzung von
toxischen Gasen wie Kohlenmonoxid (CO) und flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen
(VOCs, z.B. Aldehyde und kurzkettige Karbonsäuren). Unfälle im Zusammenhang mit
Kohlenmonoxidvergiftungen in Pelletslagern wurden bereits wiederholt dokumentiert und
teilweise auch bereits wissenschaftlich untersucht (siehe 2.1.2). Ausgehend vom
kanadischen Pelletsverband werden aus diesem Hintergrund aktuell Anstrengungen
unternommen das Ausgasungsverhalten von Pellets als Charakteristikum, gleichwertig z.B.
dem Heizwert, in einem Materialdatenblatt verpflichtend zu erfassen. Diese internationalen
Entwicklungen verdeutlichen, dass eine dringende Notwendigkeit besteht, Werkzeuge zu
entwickeln, welche erlauben, die Gefahren durch die Freisetzung von Emissionen aus
Pellets beim Transport und bei der Lagerung vorherzusagen. Dieses Projekt setzt sich daher
zum Ziel, eine Methode zur sicheren und genauen Bestimmung des Ausgasungspotentials
von Holzpellets in Form eines Schnelltests zu entwickeln.

Projektverlauf

Das übergeordnete Projektziel von „Pellet rapid test“ ist es, der gesamten Pelletsbranche
eine sichere und zuverlässige Beurteilung des Ausgasungsverhaltens von Pellets zu
ermöglichen und damit sowohl die Qualitätssicherung entlang der Pelletsprdoduktions- und
Logistikkette zu unterstützen, als auch die potentiellen Sicherheitsrisiken durch CO und VOC
Emissionen kontrollieren zu können. Des Weiteren sollen folgende Ziele erreicht werden:

Charakterisierung von Pellets (Holz und Nichtholz) hinsichtlich ihres
Ausgasungspotentials
· Vertiefung der Kenntnisse über die Ursachen der Freisetzung von Emissionen aus
Holzpellets
· Vernetzung mit internationalen Gremien und Organisationen (Normungsgrupen, VDI,
TÜV, IEA Task 32,…), Austausch von Erkenntnissen und Implementierung
relevanter Erkenntnisse in nationale und internationale Normen, Richtlinien und
Empfehlungen
· Austausch von Informationen mit den aktuellen Projekten in Schweden, Kanada,
Deutschland und in Dänemark sowie mit dem IEA Task 32

Ergebnisse

Im Zuge der Entwicklung und intensiver Evaluierung mehrerer Methoden (NIR, GC-MS, Fettsäureanalytik) konnte eine umfassende Charakterisierung von Pellets von vielen verschiedenen Holz- und Nichtholzsorten hinsichtlich ihrer Zusammensetzung an Fettsäuren, flüchtigen Verbindungen, spektroskopischen Eigenschaften, Wassergehalt, Gesamtextraktgehalt und Konzentration an CO  erreicht werden.

Bei dem Versuch einen Schnelltest zur Vorhersage des Ausgasungsverhaltens von Pellets zu entwickeln konnte mittels multivariater Datenanalyse ein Modell zur Vorhersage der Fettsäurenkonzentration über die Analyse der NIR-Spektren generiert werden. Durch eine Annäherungsrechnung kann zwar keine genaue Konzentrationsbestimmung erfolgen, jedoch ist eine Sicherheitsabschätzung bzgl. der CO-Konzentration möglich.

In den Experimenten mit reiner Linolsäure konnte erstmals bewiesen werden, dass CO aus Linolsäure entsteht im Zuge der Lagerung. 

Steckbrief

Projektnummer
829717
Koordinator
BIOENERGY 2020+ GmbH
Projektleitung
Barbara Pöllinger-Zierler, barbara.zierler@tugraz.at
Förderprogramm
Neue Energien 2020
Dauer
02.2011 - 01.2013
Budget
115.824 €