Ervaringen demonstratieproject

Ervaringen demonstratieproject ‘Optimaal resultaat met lokale biomassa’

Met chunken wordt direct vanuit de bron ‘landschapshout’ (top-, tak- en dun stamhout) een mooie basisgrondstof gemaakt. Ook als het vers wordt verkleind. Deze grondstof kan vervolgens zijn weg vinden in de lokale of regionale economie en de biobased economy.

Projectactiviteiten zijn:

A. Demonstreren van‘het chunken’ van landschapshout en dun stamhout:
in diverse beheersituaties;
tegen marktconforme tarieven en in praktijksituaties;
met diverse typen Laimet chunkercombinaties: de HP-21 met handinvoer, en de HP-28 combinatie met kraan en hoogkiep.
B. Demonstreren perspectieven van chunks in 2 lokale kringlopen:
Oogst/productie, opslag en stoken;
In o.a. Quadenoord en Beetsterzwaag;
eventuele knelpunten worden geïdentificeerd en er wordt gewerkt aan een oplossing.
C. Verkennen mogelijkheden en marktperspectief van chunks als basisgrondstof in andere bioraffinagetrajecten.

Van de projectactiviteiten worden ervaringen worden bijgehouden, in beeld gebracht en
gekwantificeerd met behulp van de E-land simulatiemodellen.

HP-21 met handinvoer
HP-28 met kraan en hoogkiep
Chunks, kantlengte 60-100 mm

Chunks zijn goed voor eenvoudige en lokale keten, immers:

Grotere snippers, mooie snijranden zonder rafels en weinig fijne deeltjes tussen de snippers (chunks) zijn bevorderlijk voor de luchtstromen of ventilatie in de opslag.

Dit zorgt voor prettige opslag. Er is nauwelijks broei en snelle droging. De snippers zijn daarom goed jaarrond houdbaar. Ook na vers verkleinen. Enkele maanden voordrogen in het bos of op het veld is niet nodig. Oogsten en verwerken kan in één werkgang op locatie.

De snippers bevatten weinig fijne deeltjes en nauwelijks schimmels: een voordeel voor gezonde werkomstandigheden (ARBO). Het geluidsniveau is voor een houtversnipperaar zeer laag. De Laimet chunker staat op de positieve lijst van MIA/VAMIL.

Niet of nauwelijks vervuiling in de biomassa (vanwege vers verkleinen)

Meer rendement (energie en klimaat) uit hout:
1. Ca. 10 % meer energie door droog hout (25 % vocht) i.p.v. vers (50 % vocht).
Droog hout levert meer energie dan nat hout. Als hout droogt van 50 % – dat is ongeveer de vochtigheid van vers hout – naar 25 % vochtigheid dan is er 10 % energiewinst.
2. Enkele tot tientallen % minder verlies door broei.
Broei is verlies aan droge massa en het energieverlies is evenredig.
Een literatuuroverzicht van Scholz (2005) geeft een droge massaverlies aan tussen de 0,5 en 4 % per maand bij opslag van houtsnippers. In een enkel geval zelfs 10 % per maand. Bij chunks is dit aan de lage kant: minder dan 1 % per maand.

Een eenvoudige keten met weinig stappen en weinig kosten is hierdoor mogelijk.

Zoektocht

Het demonstratieproject ‘Optimaal resultaat met lokale biomassa’ is een zoektocht. Waar komen de voordelen van chunks tot hun recht?

Kansen

Kansen liggen bij situaties waar men met goedkopere, vochtige en lagere kwaliteit houtsnippers niet toe kan en waar lokale- en regionale opslag en voldoende droog hout nodig zijn. Dat is het geval bij kleinere installaties met een vermogen onder de 200 kW (bijvoorbeeld een landgoed of kleine zwembad) en, in mindere mate, bij middelgrote installaties van ca. 500 – 1000 kW (bijvoorbeeld een revalidatiecomplex zoals in Beetsterzwaag). Middelgrote installaties kunnen vaak ook met natter hout overweg, en hebben dat soms zelfs liever stooktechnisch gezien.

Reacties van collega’s

De eerste reactie in de demonstratiebijeenkomsten is enthousiasme over de mooie houtsnippers, met mooie snijranden en nauwelijks stofhout. Men ziet het voordeel van snelle droging en minder broei. Ook kacheleigenaren en verkopers zien op het oog gelijk het voordeel. Maar …..

Waar moet je op letten? De do’s en don’ts.

Chunks zijn in verschillende afmetingen te realiseren. Lees meer bij chunks. Om optimaal van chunks te profiteren zou je samenvattend kunnen zeggen:
“pas grote chunks toe waar het kan en klein waar het moet voor het toevoersysteem van de kachel”.

Des te groter de chunks, des te groter de voordelen bij opslag. De productie van grotere chunks vraagt minder vermogen en minder brandstof. Voor de opslag en de productie zijn grote chunks dus voordelig.

Foto © Willem Quist
Invoervijzel of schroef van Archimedes met kleine chunks © Willem Quist

Brandstoftoevoersystemen

Brandstoftoevoersystemen van houtsnipper CV-ketels variëren. De gekozen afmeting aan chunk moet geschikt zijn voor het toevoersysteem van een houtkachel. Hydraulische- en bandaanvoersystemen zijn alleen aanwezig bij grotere ketels vanaf circa 500 kW. Systemen met een invoervijzel of schroef van Archimedes zijn aanwezig bij zowel grotere als kleinere ketels.
Kachels met hydraulische- en bandaanvoersystemen vanaf circa 200 à 500 kW kunnen normaal gesproken alle te realiseren maten chunks prima aan (van klein tot kantlengte 60-100, circa G100). Ook de eindstukken die ontstaan bij chunken van afgetopt stamhout.
Kleinere ketels met een vermogen lager dan 200 kW hebben doorgaans droog hout nodig. Hier zijn chunks goed toepasbaar, zou je denken! Helaas, de vijzelinvoer van slechts enkele ketelmerken kan overweg met grotere chunks (kantlengte 30-50, 40-70), zoals Biokompakt en ETA Hack. En dan is het belangrijk om met een goed geslepen en afgestelde machine te werken om onregelmatigheden te voorkomen. En eindstukken te vermijden door enkel hele takken of stammen inclusief twijgen te verkleinen.
Een alternatief is het zeven van de houtsnippers, dit betekent wel een extra stap, extra transport en extra kosten.
Op landgoed Quadenoord is een keten (oogst, opslag, stoken in kleine ketels) gedemonstreerd met kleine chunks, kantlengte 20-30. Lees meer..

Lokale keten op regioschaal met chunks uit landschapshout

In Beetsterzwaag verwarmt een 1 MW houtsnipper CV-ketel een revalidatiecentrum en een school. Deze ketel heeft hydraulisch aanvoersysteem voor de houtsnippers. Hier was een keten met grote chunks van landschapshout voorzien. Lees meer..

Conclusie:
De kosten van het oogsten van hout voor energie uit lokale – ongesubsidieerde – landschapselementen waren te hoog in vergelijking met hout beschikbaar op de markt. Dit gold niet alleen voor chunks, maar ook voor andere praktijkproeven met chips in het Noorden des lands. Het verschil tussen marktprijs en productiekosten is in de voorbeelden ca. 3 à 4 euro/GJ. Schaalvergroting door samenwerken kan de kosten nog omlaag brengen. Echter zal het voldoende zijn? Volgens de nog niet getoetste hypothese kan een ‘best practise’ met opslag van chunks respectievelijk chips zo’n 1 euro/GJ voordeel opleveren. Uitgaande van de productieprijs van de voorbeelden in het Noorden van 7,5 euro/GJ. Dat is dus iets, maar nog relatief weinig.

Lokale keten op landgoedschaal met chunks uit het bos

Quadenoord-Boschbeek overweegt te verwarmen met een houtsnipper CV-ketel. De kleine ketel heeft droog hout nodig en opslag is belangrijk bij gebruik van lokaal hout. In 2012 werden chunks kantlengte 30-50 mm van afgetopt naaldhout met de HP-28 gemaakt en opgeslagen. Lees meer ….

In 2014 werd geëxperimenteerd met een keten van oogst t/m stoken met kleine eiken chunks, kantlengte 20-30 mm, omdat deze goed door de invoervijzel van een kleine ketels passen. Lees meer…

Conclusie:
De ketenstappen op Quadenoord-Boschbeek zijn vertaald in getallen met E-land. Voor het landgoed kan stoken op lokaal eigen hout zeker financieel aantrekkelijk zijn. Een voldoende warmtevraag is dan wel nodig. Voor het risico van de investering is zekerheid over de duur en de hoogte van de warmtevraag van groot belang! Lees meer…
In algemene zin kan een keten op een landgoed of een lokale keten met hout uit het bos aantrekkelijkheid zijn. Of het kan en daarnaast ook nog -financieel- interessant is hangt af van de specifieke situatie. Zijn er voldoende succesfactoren en past het bij de eigenaar of beheerder?

Voor het klimaat is de netto bespaarde CO2 emissie op Quadenoord bij een warmtevraag van 330 GJ: 27 à 28 ton pr jaar. De CO2 emissie door verbruik van fossiele brandstof bij de werkzaamheden van oogst tot en met stoken is 2 à 3 procent van de bruto vermeden CO2 emissie.

Ervaringen met Laimet chunker

HP-21 met handinvoer

Voor de kleinere HP-21 met handinvoer geldt in de ogen van collega’s dat prestaties voor wat betreft productiesnelheid vergelijkbaar of zelfs beter zijn dan vergelijkbare gangbare chippers. Bovendien zijn er voordelen voor wat betreft geluidsemissie, welke beduidend minder is dan vergelijkbare versnipperaars.
Het optimum om de HP-21 in te zetten, lijkt in het – gecoördineerd – landschapsonderhoud, kleinere hoeveelheden top- en takhout en dun stamhout uit bosbeheer, een ophaalronde van meerdere kleine hoeveelheden, of op een werf waar regelmatig kleine hoeveelheden tak-materiaal gebracht wordt. Daarbij is het dan nodig dat tevoren goed over de logistiek wordt nagedacht, hoe leg je het hout klaar, welke machines heb je tot je beschikking. Het is een stuk eenvoudiger als in de buurt makkelijk machines ter beschikking zijn zoals kiepkarren en ook kleine kraan, uitrijwagen, shovels e.d. Dat vraagt samenwerken. Of zoals een deelnemer het verwoordt: ‘Het is moeilijk een akkerbouwbedrijf te beginnen, zonder akkerbouwers in de buurt.’
De inzet van de HP-21 voor kleine klusjes, waarbij een eindje gereden moet worden is
omslachtig en weinig efficiënt. Immers omdat de HP-21 tractor aangedreven is, moet je zowel met de tractor naar de klus en vaak ook nog met een middel om de chunks te transporteren .

HP-28 combinatie met kraan en hoogkiep

De invoersnelheid en daarmee de productiesnelheid van de HP-28 chunker combinatie is optimaal bij relatief rechte takken en (dun) stamhout: “takken en stammen als haren op een hond”. Dit is vooral bij landschapshout en in het bijzonder hakhout, het geval. Bij krom en gevorkt hout (top- en takhout uit het bos) is de invoersnelheid van de meeste gangbare chippers duidelijk sneller, en de productiekosten per m3 of ton houtige brandstof navenant lager.
In de ogen van collega’s is inzet van de HP-28 combinatie daarom het meest zinvol bij landschapshout. Het is immers bij akkers en weilanden vaker niet wenselijk dat het landschapshout blijft liggen om voor te drogen. Ook hier is het belangrijk dat tevoren goed over de logistiek wordt nagedacht en dat begint met hoe leg je het top- en takhout klaar na het zagen. En met chunks is ook na oogsten in 1 werkgang – waarbij vers wordt verkleint – een prettige opslag te realiseren, waarbij de kwaliteit van de biomassa behouden blijft.
Er is kans op verhitting van de schroef bij de HP-28, als met droog hout, warm weer en/of hoge productiesnelheid wordt gewerkt. De schroef moet dan gekoeld worden.

Verkleinen is een belangrijke post in de kostenopbouw van de brandstof hout, waarbij de productiesnelheid een belangrijke factor is. Van invloed zijn veel factoren, zoals de bestuurder, het type chipper, de dikte en de vorm van het hout, terreinomstandigheden, beschikbare machines zoals bijvoorbeeld een kleine kraan.

Voor de gedemonstreerde chunksmachines geldt in de ogen van collega’s dat de productiesnelheid voor de kleinere Laimet HP-21 vergelijkbaar of beter dan vergelijkbare gangbare chippers. De productiesnelheid van de HP-28 chunker combinatie is optimaal is bij landschapshout en in het bijzonder hakhout. Bij krom en gevorkt hout (top- en takhout uit het bos) is de invoersnelheid van gangbare chippers echter sneller.

Processen en wetmatigheden bij opslag van chips en chunks

e vorm van de snippers maakt uit voor de broei en het energieverlies. Het heeft invloed op de processen bij opslag. Voor chips en chunks verschillen de wetmatigheden in de opslag. De eigenschappen van chunks bevorderen luchtstromen of ventilatie in de opslag. Er is minder luchtweerstand in de opslagbult dan bij houtsnippers met kleinere fracties en meer stofhout (chips). Dit is goed voor de luchtstromen in de opslagbult en daarmee de droging.

Het ‘optimum’ voor afbraak van droge massa (broei) ligt voor temperatuur tussen de 20 en 35 ºC en voor vochtigheid tussen de 30 en 50 % (Hartmann, 2007). Broei gaat gepaard met de ontwikkeling van warmte.Temperatuurverschil tussen ‘in de bult’ en de buitenlucht veroorzaakt bijvoorbeeld door de zon of door broei bevordert de luchtstroming (convectie) en dus de droging. Bij houtsnippers met kleinere fracties en meer stofhout (chips) loopt de temperatuur in de opslagbult door broei op tot ca. 60 graden Celsius. Bij grotere chunks tot ca. 30-35 graden Celsius. Bij grotere chunks gaat de hogere temperatuur gelijk op met het verlies aan droge massa. Bij chips nemen boven de 40 graden de verliezen aan droge massa echter weer af. Waarschijnlijk vermindert dan de activiteit van de schimmels door te hoge temperatuur en zuurstofgebrek. En dit zuurstofgebrek is weer te wijten aan de geringere ventilatie door de hogere luchtweerstand in de bult bij chips (Scholz, 2005).

Zowel bij chips als bij chunks is drogen door gecontroleerde broei mogelijk. Bij grotere snippers zoals chunks kan dat met minder verlies. Lees meer over processen bij opslag…

Do’s en dont’s bij opslag

Voorkom inregenen van chunks in de opslag! Bijvoorbeeld door ze op te slaan in een goed ventilerende kapschuur of af te dekken met semipermeabel doek. Chunks kunnen namelijk goed drogen, maar ook goed natregenen vanwege de open structuur, zo bleek uit de praktijkproef opslag in 2012. Als de chunks natregenen zijn de voordelen niet of in mindere mate van toepassing. Lees meer do’s en dont’s….

Stookervaringen

Het geringe aandeel fijne delen en de constante kwaliteit snipper geeft een constante verbranding. De chunks stoken prettig, er is weinig as.

Bioraffinage

Waar bieden de eigenschappen van chunks, voordelen of kansen voor bioraffinage?

Voor vergassing zijn er voordelen bij bepaalde praktijken of in typen installaties. Droog hout is gewenst en de stroming van de biomassa bij de brandstoftoevoer en door de ketel zijn van belang. Ook in onderdelen van biofilters zijn de eigenschappen van chunks onderscheidend. Voor andere bekeken toepassingen zoals torrefractie en pyrolyse geeft men aan ook met ‘lagere’ kwaliteit biomassa uit de voeten te kunnen en bijgevolg een lagere prijs: “’Armani’ chips zijn niet nodig”. Voor productie van (pure) cellulose maakt men vooralsnog gebruik van stamhout. Lees meer…

Andere productietechnieken om snippers geschikt voor lokale opslag te produceren

Een andere techniek om in een eenvoudige keten jaarrond houdbare snippers te produceren is het voordrogen van takken in het bos of langs de weg tot zo’n 30 % vochtigheid, om dan vervolgens met een gangbare chipper (of Laimet chunker) te verwerken. Onze oosterburen geven daarbij als advies om de snippers na het verkleinen niet langer op te slaan dan 3 maanden.
Bij de afweging van welke techniek de voorkeur verdient spelen de volgende factoren:

  • De optie voordrogen van takken is niet altijd toepasbaar zijn, omdat het niet overal mogelijk en/of wenselijk is om de takken gedurende enige maanden of langer te laten liggen.
  • Als takken in het bos of veld blijven liggen is er meer kans op vervuiling bijvoorbeeld door aanhangend zand. En dus ook meer kans op vervuiling in de biomassa.
  • Chunks drogen goed ook na het vers verkleinen van het top-, tak- en dun stamhout.
  • Voor naaldhout verdient het de voorkeur dat eerst de naalden afvallen (dus eerst drogen in in het bos), voor zowel de biodiversiteit, de bodem, als de kwaliteit van de biomassa.
  • Bij het verkleinen van droog hout met de Laimet chunker krijg je ook snippers met mooie snijranden en weinig fijne deeltjes, wat een voordeel is bij opslag. Ervaring met verchunken van droog hout is dat er eerder kans is op verhitting en sneller moeten slijpen van de schroef. Vooral bij de HP-28 waar met een hogere productiesnelheid wordt gewerkt. Een oplossing is om de schroef met water te koelen.

Ook bij de praktijk van voordrogen van top- en takhout en daarna verkleinen moet rekening worden gehouden met verliezen. Hierover zijn nog minder referenties. Hartmann, et al, (2007) geeft een droge massa verlies aan van 6 tot 15 % per jaar bij dunne stammen van populier of wilg.

Conclusies en aanbevelingen

Een snelle droging gecombineerd met weinig broei, zoals – in elk geval – bij grote chunks mogelijk is, minimaliseert het verlies aan droge massa en maximaliseert de opbrengst aan warmte. Dit levert een optimaal klimaatresultaat op met de beschikbare biomassa en is ook goed voor het economisch resultaat. Omdat grote chunks minder goed toepasbaar zijn in ketels met een invoervijzel, is op Quadenoord een keten met kleine chunks geprobeerd. Kleine chunks zijn toepasbaar in een lokale keten met als warmtevrager een houtsnipper CV-ketel met vijzelinvoer. Met daarbij de opmerking dat het verlies aan droge massa tegenviel.

Opslag van biomassa, drogen en het verlies aan droge massa is een onderwerp dat de aandacht verdient voor zowel klimaat, economie als technische haalbaarheid van een keten. De mate van broei na oogst van vers materiaal kan enkele tot enkele tientallen procenten per opslagperiode oplopen.

De uitvinding van een toevoersysteem voor houtsnipper CV-ketels < 200 kW dat met grotere chunks overweg kan verbetert het klimaatresultaat en verruimt de mogelijkheden voor een optimale lokale keten.

In het project hebben we veel geleerd. Een Optimaal resultaat met lokale biomassa blijft een zoektocht. Elke casus is weer anders. Voor een goed financieel resultaat is samenwerken voor een betere schaal voor beschikbaarheid en inzet van productiemiddelen van belang. Voor een Optimaal resultaat met lokale biomassa wordt het verder opbouwen van kennis en het uitwisselen van praktijkervaringen oogsten, opslaan en stoken aanbevolen.

Voor biomassa worden veel eenheden gebruikt. Euro per m3 met een bepaalde dichtheid, euro per ton met een bepaalde vochtigheid. Beoordeel de waarde en kostprijs van biomassa in euro per Gigajoule, want dat is wat uiteindelijk telt.

Ever tried. Ever failed. No matter. Try again. Fail again. Fail better.
(Samuel Beckett, 1938)