Cultivation conditions, pellet manufacturing parameters and physicochemical properties of prairie cordgrass (Spartina pectinata) as a dedicated energy crop

• Autorzy: Maj G. , Piekarski W.

Warianty tytułu

PL

Warunki uprawy, parametry wytwarzania peletu i właściwości fizykochemiczne spartiny preriowej (Spartina pectinata) jako celowej uprawy energetycznej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents information on the cultivation of prairie cordgrass as a dedi-cated energy crop. The basic agro-technical treatments for this plant are also presented. Moreover, the optimum parameters of compaction to the form of pellets for prairie cordgrass, i.e. optimal chaff length and moisture content of the material, obtained as a result of the study, are indicated. The study showed that optimum moisture content of the raw material for the pelleting process should be in the range of 12-14%. It is also important to prepare prairie cordgrass in terms of particle size. For the production of pellets form prairie cordgrass, the optimum chaff length should be in the range of 3-8 mm. With the optimal parameters for raw material, the pellet obtained has the correct shape and form while maintaining stability during storage and warehousing. The study showed that for pellet made from prairie cordgrass at moisture content of 10.09% the heat of combustion was 17.02 MJ kg-1 and the calorific value was 15.62 MJ kg-1, and at moisture level of 7.55% the heat of combus-tion reached the value of 18.31 MJ kg-1 and the calorific value was 16.93 MJ kg-1. Analysis of re-sults indicates that when moisture content increases by 2.54% the heat of combustion decreases by 7.07% and the calorific value by 7.76%. The tests showed a low level of ash content for prairie cordgrass compared to that of fossil fuels. At combustion temperature of 600ºC it amounted to 6.02% at moisture content of 10.09%, and to 4.86% when the level of moisture content was 7.55%. Statistical analysis showed that moisture content of material affects the ash content. The obtained result of the calorific value and ash content indicate that this plant is a good renewable source of energy. Moreover, easy forming of pellets with set parameters for raw material makes this plant a valuable fuel in power plants.

PL

Praca zawiera informacje dotyczące uprawy spartiny preriowej, jako celowej uprawy energetycznej. Przedstawiono podstawowe zabiegi agrotechniczne. Ponadto wskazano uzyskane w wyniku badań optymalne parametry zagęszczania w formę peletu dla spartiny preriowej, tj. optymalna długość sieczki i wilgotność materiału. Badania wykazały, że do procesu peletowania optymalna wilgotność badanego surowca powinna mieścić się w zakresie 12-14%. Istotnym jest także przygotowanie spartiny preriowej pod względem wielkości frakcji. Do wytworzenia peletu z analizowanego materiału optymalna długość sieczki powinna mieścić się w zakresie 3-8 mm. Przy zastosowaniu optymalnych parametrów dla surowca otrzymuje się pelet o właściwym kształcie, formie z zachowaniem trwałości w trakcie przechowywania i magazynowania. Badania wykazały, że dla wytworzonego peletu ze spartiny preriowej ciepło spalania wyniosło 17,02 MJ·kg-1, a wartość opałowa 15,62 MJ·kg-1 przy wilgotności 10,09%, natomiast przy wilgotności 7,55% ciepło spalania wynosiło 18,31 MJ·kg-1, a wartość opałowa 16,93 MJ·kg-1. Analiza wyników wskazuje, że wzrost wilgotności o 2,54% powoduje obniżenie ciepła spalania o 7,07% i wartości opalowej o 7,76%. Analiza zawartości popiołu wykazała niską jego zawartość dla spartiny preriowej w stosunku do paliw kopalnych. Wyniosła ona odpowiednio dla temperatury spalania 600ºC i wilgotności 10,09% – 5,63%, a przy wilgotności 7,55% – 5,00%. Dla temperatury spalania 815ºC i wilgotności 10,09% – 6,02%, natomiast dla wilgotności materiału 7,55% – 4,86%. Otrzymane wyniki badań wartości opałowej i zawartości popiołu wskazują tę roślinę jako dobre, odnawialne źródło energii. Ponadto bezproblemowe formowanie w pelet dla ustalonych parametrów dla surowca czyni tę roślinę wartościowym paliwem w energetyce.

Słowa kluczowe

EN

prairie cordgrass; Spartina pectinata; energetic plant; cultivation condition; biomass; pellet; pellet production; physicochemical property; moisture content; chaff length; calorific value

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Agrophysica
• Rocznik: 2013
• Tom: 20
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.103-112,fig.,ref.

Twórcy

autor

Maj G.

• Department of Power Engineering and Vehicles, Faculty of Production Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Poniatowskiego 1, 20-060 Lublin, Poland

autor

Piekarski W.

• Department of Power Engineering and Vehicles, Faculty of Production Engineering, University of Life Sciences in Lublin, Poniatowskiego 1, 20-060 Lublin, Poland

Bibliografia

• Bergström D., Israelsson S., Öhman M., Dahlqvist S.A., Gref R., Boman Ch., Wästerlund I., 2008. Effects of raw material particle size distribution on the characteristics of Scots pine sawdust fuel pellets. Fuel Processing Technology, 89, 1324-1329.
• Boe A., Lee D.K., 2007. Genetic Variation for Biomass Production in Prairie Cordgrass and Switchgrass. Crop Sci, 47(3), 929-934.
• Boe A., Owens V., Gonzalez-Hernandez J., Stein J., Lee D. K., Koo B.C., 2009. Morphology and biomass production of prairie cordgrass on marginal lands. Bioenergy, 1, 240-250.
• Budzyński W., Bielski S. 2004. Energy materials of agricultural origin (in Polish). Part II. Biomass as solid fuel (review paper). Acta Sci. Pol., Agricultura, 3(2), 15-26.
• Cybulska I., Lei H., Julso J., 2010. Hydrothermal Pretreatment and Enzymatic Hydrolysis of Prairie Cord Grass. Energy Fuels, 24, 718-727.
• Gonzalez-Hernandez J.L., Sarath G., Stein J. M., Owens V., Gedye K., 2009. A multiple species approach to biomass production from native herbaceous perennial feedstock. In Vitro Cell. Dev. Biol.-Plant, 45(3), 267-28.
• Gradziuk P. (ed.), 2003. Biofuels (in Polish). Wydawnictwo Wieś Jutra, Warszawa.
• Kim S., Rayburn A. L., Voigt T., Parrish A., Lee D. K., 2011. Salinity Effects on Germination and Plant Growth of Prairie Cordgrass and Switchgrass. BioEnergy Research, 1-11.
• Konieczny W., 2007. Energy grasses (in Polish). Farmer, 22.
• Kościk B., 2007. Energy materials of agricultural origin (in Polish). Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Jarosławiu, 1-66.
• Kowalczyk-Juśko A., Kościk B., Kościk K., 2004. Prairie cordgrass (in Polish). Agroenergetyka, 3(9), 14-15.
• Kulig R., Skonecki S., 2011. Effect of moisture on parameters of the process of compaction of selected energy crops (in Polish). Acta Agrophysica, 17(2), 335-34.
• Majtkowska G., Majtkowski W., 2005. Grasses as a source of energy (in Polish). Agro Serwis, 9, 94-97.
• Mani S., Tabil L. G., Sokhansanj S., 2006. Effects of compressive force, particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses. Biomass and Bioenergy, 30, 648-654.
• Nielsen N.P.K., Gardner D.J., Poulsen T., Felby C., 2009. Importance of temperature, moisture content, and species for the conversion process of wood residues into fuel pellets. Wood and Fiber Science, 41, 414-425.
• PKN – CEN/TS 14588. Solid biofuels. Terminology, definitions and terms (in Polish).
• PN – 80/G – 04511. Solid biofuels. Determination of moisture content (in Polish).
• PN – 80/G – 04512. Solid biofuels. Determination of ash content with gravimetric method (in Polish).
• PN – 81/G – 04513. Solid biofuels. Determination of heat of combustion and calculation of calorific value (in Polish).
• PN – 93/Z – 15008 – 02. Solid municipal wastes. Study of their properties as fuels. Determination of total moisture content (in Polish).
• PN – ISO 1928. Solid fuels. Determination of heat of combustion with the method of combustion in calo-rimetric bomb and calculation of calorific value (in Polish).
• Prasifka J.R., Lee D. K., Bradshaw J. D., ParrishA. S., Gray M. E., 2011. Seed Reduction in Prairie Cordgrass, Spartina pectinata., by the Floret-Feeding Caterpillar Aethes spartinana (Barnes and McDunnough). Bioenerg. Res., Online First, 1-8.
• Skonecki S., Laskowski J., 2010. Effect of moisture of cereal ground grain on the process of extrusion (in Polish). Acta Agrophysica, 15(1), 155-165.

Uwagi

PL

Rekord w opracowaniu