Pyrolyysi pyrolyysikoelaitteella ja pyrolyysituotteiden analysointi

Kuva 5. Mayt Oy:n pyrolyysiretortti. (Kuva: Jarkko Nummela, HAMK)

Pyrolysoinnit pyrolyysikoelaitteella suoritettiin vakio-olosuhteissa, uunin maksimilämpötilan ollessa 600 ⁰C, jolloin lämpötilaseurannan mukaan biomassan loppulämpötila oli noin 600–700 ⁰C. Lämpötilaero johtuu uunin säätimen tarkkuudesta ja pyrolysoitavan materiaalin eksotermisestä reaktiosta, jonka voimakkuus vaihtelee syötteen mukaan. Jotta voitiin varmistua, että kaikki materiaali oli pyrolysoitunut, uunia pidettiin 600 ⁰C:ssa 20 minuutin ajan (= retentioaika). Tehtyjen pyrolysointien päätarkoitus oli tuottaa riittävästi biohiiltä hankkeen kasvatus- ja suodatuskokeisiin. Varsinaista pyrolyysin optimointia tai eri lämpötilojen testausta erilaisten tuoteominaisuuksien saamiseksi ja vertailemiseksi ei hankkeen aikarajoissa ehditty tehdä.

Pyrolysoinnin aikana kerättiin lämpötiladataa jatkuvalla seurannalla (lämpenemiskäyrä) sekä uunista että käsiteltävästä materiaalista. Biohiilen valmistuksessa keskeisin tuotantoprosessiin ja biohiilen ominaisuuksiin vaikuttavista tekijöistä on korkein pyrolyysiprosessin aikana saavutettu lämpötila (kirjallisuudessa HTT, highest treatment temperature). Lämpötilakäyrän avulla pystyttiin jälkikäteen toteamaan kunkin biohiilikoe-erän lämpötila ja pyrolyysin kokonaiskestoaika. Lämpötilakäyrän muoto on riippuvainen uunin manuaalisesta ohjauksesta ja kuvaa siten lähinnä pyrolyysiuunin lämpötilan säätöä eikä suoraan materiaalin ominaisuuksia. Eri syötemateriaalit reagoivat kuitenkin havaittavasti eri tavoin uunin lämpötilan muutoksiin (Kuva 6). Jokainen raaka-aine ja biohiilierä punnittiin, minkä perusteella määritettiin massasaannot. Lisäksi tuotteen kemiallinen koostumus analysoitiin kaupallisessa laboratoriossa (Eurofns) sekä syksystä 2020 eteenpäin HAMK:n laboratorion ”Flash” CNHS/O -analysaattorilla. Mittausten ja analyysitulosten perusteella tarkasteltiin alustavasti eri alkuaineiden (ml. ravinteiden, raskasmetallien) määrää biohiilessä verrattuna alkuperäiseen lähtöaineeseen. Käsittelemättömän biohiilen sisältämät mineraalit (ravinteet ja raskasmetallit) ovat lähtöisin sen valmistusraaka-aineesta, ellei niitä ole keinotekoisesti lisätty, joten raaka-aine määrittää biohiilen mineraalisisällön. Myös biohiilen laatua heikentävien PAH-yhdisteiden (polysykliset aromaattiset hiilivedyt) määrät analysoitiin (PAH16, Eurofns).

Kuva 6. Esimerkki pyrolyysikoelaitteen lämpötilakäyristä pyrolyysin aikana, vasemmalla puhdistamolietemädäte, oikealla haketettu purkupuu. Lämpötila on mitattu pyrolysoitavasta biomassasta.