1

Investeşte în oameni!

FONDUL SOCIAL EUROPEAN

Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013

Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”

Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”

Titlul proiectului: Burse doctorale si postdoctorale pentru cercetare de excelenta

Numărul de identificare al contractului: POSDRU/159/1.5/S/134378

Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov

Partener:

Universitatea Transilvania din Braşov

Şcoala Doctorală Interdisciplinară

Departament: Prelucrarea Lemnului şi Designul Produselor din

Lemn

Ing. Tatiana B. GRÎU (DOBREV)

Titlul tezei (lb. română) EVALUAREA ŞI MĂRIREA PUTERII

CALORICE A BIOMASEI LEMNOASE

Titlul tezei (lb. engleza) APPRECIATION AND INCREASING

THE WOODEN BIOMASS CALORIFIC POWER

Conducător ştiinţific

Prof.dr.ing. Aurel LUNGULEASA

BRAŞOV, 2014

2

MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE

UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV

BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENŢA

Comisiei de doctorat

Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov

Nr. 6786 din 25.07.2014

PREŞEDINTE: Prof.dr.ing. Mihai ISPAS

DECAN - Facultatea de Ingineria Lemnului

Universitatea „Transilvania” din Braşov

CONDUCĂTOR

ŞTIINŢIFIC:

Prof.dr.ing. Aurel LUNGULEASA

Universitatea „Transilvania” din Braşov

REFERENŢI: Prof.dr.ing. Dan GAVRILESCU

Universitatea”Gheorghe Asachi” Iaşi

Prof.dr.ing. Ioan DINESCU

Academia Forţelor Aeriene „Henri Coanda”

Conf.dr.ing. Camelia COŞEREANU

Universitatea „Transilvania” din Braşov

Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 24.09.2014, ora 10,

sala L III 3

Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să

le transmiteţi în timp util, pe adresa griu.tatiana86@gmail.com

Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de

doctorat.

Vă mulţumim.

3

CUPRINS (lb. romana)

Pg.

teza

Pg.

rezumat

Capitolul 1. INTRODUCERE 1 5

1.1. Terminologie şi abrevieri 2 5

1.2. Aspecte introductive 4 6

1.3. Necesitatea şi oportunitatea cercetării 9 7

Capitolul 2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRII ÎN DOMENIU 11 8

2.1. Evoluţia biomasei 12 8

2.2. Biomasa lemnoasă – sursă de energie regenerabilă 15 9

2.2.1. Formele biomasei 16 9

2.2.2. Cantitatea de biomasă disponibilă şi utilizarea sa 21 11

2.2.3. Provenienţa şi prognoza producerii energiei din biomasă 26 13

2.3. Puterea calorică 31 14

2.3.1. Caracteristicile combustibile ale biomasei 32 14

2.3.2. Potenţialul energetic al biomasei 37 15

2.3.3. Modalităţi de determinare 39 15

2.3.4. Torefierea şi procedeele de torefiere 45 16

2.4. Aspecte economice 48 17

2.5. Concluzii 52 17

2.6. Obiective principale 52 18

Capitolul 3. EVALUAREA PUTERII CALORICE A BIOMASEI LEMNOASE 54 18

3.1. Materiale şi metoda 55 18

3.2. Rezultate şi discuţii 62 21

3.2.1. Puterea calorică a speciilor de foioase 62 21

3.2.2. Comparaţie între speciile energetice de fag şi salcie 64 22

3.2.3. Puterea calorică a lemnului masiv de răşinoase 75 24

3.2.4. Puterea calorică a speciilor exotice 81 25

3.2.5. Puterea calorică a cojii 90 27

3.2.6. Puterea calorică a rămăşiţelor obţinute din compozite 94 28

3.2.7. Puterea calorică a brichetelor şi peleţilor 100 30

3.3. Estimarea puterii calorice a biomasei 107 31

3.4. Concluzii 112 34

Capitolul 4. MĂRIREA PUTERII CALORICE PRIN TOREFIERE 114 35

4.1. Aspecte introductive 115 35

4.2. Metodica de lucru 116 36

4.3. Rezultate şi discuţii 119 37

4.3.1. Schimbări cromatice în compoziţia rumeguşului torefiat 119 37

4.3.2. Pierderile de masă în urma procesului de tratare termică/torefiere 122 39

4.3.3. Creşterea puterii calorice a rumeguşului torefiat 131 40

4.3.4. Stabilitatea brichetelor torefiate 140 42

4.4. Concluzii 141 43

Capitolul 5. EFECTE ECONOMICE ŞI CONCLUZII FINALE 143 44

5.1. Efecte economice 144 44

5.2. Concluzii finale 153 46

5.3. Contribuţii originale şi direcţii ale cercetărilor viitoare 156 48

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ 158 49

Scurt rezumat 218 54

Curriculum-vitae 219 55

4

CUPRINS (lb. engleza)

Pg.

teza

Pg.

abstr

act

Chapter 1. INTRODUCTION 1 5

1.1. Terminology and abbreviations 2 5

1.2. Introductory aspects 4 6

1.3. Necessity and opportunity of the research 9 7

Chapter 2. CURRENT STATE OF RESEARCH IN THE FIELD 11 8

2.1. Evolution of biomass 12 8

2.2. Woody biomass - a renewable energy source 15 9

2.2.1. Forms of biomass 16 9

2.2.2. The amount of biomass available and its use 21 11

2.2.3. Sources and forecast of energy production from biomass 26 13

2.3. The calorific power 31 14

2.3.1. Characteristics of biomass as fuel 32 14

2.3.2. The energy potential of biomass 37 15

2.3.3. Method of determination 39 15

2.3.4. Torrefaction and torrefaction processes 45 16

2.4. Economic aspects 48 17

2.5. Conclusions 52 17

2.6. Main objectives 52 18

Chapter 3. APPRECIATION OF CALORIFIC POWER FOR WOODY

BIOMASS 54 18

3.1. Materials and Methods 55 18

3.2. Results and discussion 62 21

3.2.1. The calorific value broadleaf species 62 21

3.2.2. Comparison of energy beech and willow species 64 22

3.2.3. The calorific value of solid wood of conifers 75 24

3.2.4. The calorific value exotic species 81 25

3.2.5. The calorific value of shell 90 27

3.2.6. The calorific value of the remains obtained from the composite 94 28

3.2.7. The calorific value of briquettes and pellets 100 30

3.3. Estimating the biomass calorific value 107 31

3.4. Conclusions 112 34

Chapter 4. INCREASE OF THE CALORIFIC POWER BY TORREFIATION 114 35

4.1. Introductory aspects 115 35

4.2. Working methods 116 36

4.3. Results and discussion 119 37

4.3.1. Color changes in the composition of torrefaction sawdust 119 37

4.3.2. Weight loss after heat treatment process /torrefaction 122 39

4.3.3. Increase the calorific value of sawdust torrefaction 131 40

4.3.4. Stability lighters torrefaction 140 42

4.4. Conclusions 141 43

Chapter 5. ECONOMIC EFFECTS AND FINAL CONCLUSIONS 143 44

5.1. Economic effects 144 44

5.2. Final conclusions 153 46

5.3. Original contributions and future research directions 156 48

SELECTED REFERENCES 158 49

Abstrast 218 54

Curriculum-vitae 219 55

5

Capitolul 1. INTRODUCERE

1.1.TERMINOLOGIE ŞI ABREVIERI

Biomasa - Masa totală a micro- şi macroorganismelor vegetale şi animale, care trăiesc pe o

anumită unitate de suprafaţă sau într-un anumit volum de aer ori de apă (DEX 1996).

Bioenergie - Energia produsă prin activitatea fiziologică a organismelor vii (DEX 1996).

Biocombustibil - Combustibil obţinut din materii prime vegetale.

Brichetă- Produs obţinut prin brichetarea materialului mărunt sau pulverulent, în forme

geometrice regulate (paralelipipedice, cilindrice, ovoidale etc.), în vederea transportului,

a folosirii sau a prelucrării lui ulterioare (DEX 1996).

Capacitatea calorică – Mărimea fizică care caracterizează un sistem termodinamic şi reprezintă

căldura schimbată de sistem la o modificare a temperaturii cu o unitate, în condiţiile

menţinerii celorlalţi parametri constanţi.

Căldura (Q) - Parametrul de transformare care exprimă variaţia de energie a unui sistem

termodinamic în transformările în care parametrii de poziţie nu se modifică. Căldura

descrie schimbul de energie bazat pe mişcarea microscopică dezordonată a particulelor

sistemelor şi care nu se manifestă printr-o modificare vizibilă a dimensiunilor sistemului,

în timp ce lucrul mecanic descrie schimbul de energie bazat pe mişcarea macroscopică,

direct observabilă prin modificarea dimensiunilor (variaţie de volum) (DEX 1996).

Combustie (ardere) - Reacţie chimică rapidă de combinare a unei substanţe combustibile cu

oxigenul din aer, însoţită de degajare de căldură şi lumină (DEX 1996).

Putere calorică superioară- Cantitatea de căldură maximă obţinută din arderea unităţii de masa

combustibilă, atunci când se ţine seama de energia rezultată din condesarea vaporilor de

apă (Şova ş.a. 2004).

Putere calorică inferioară – Cantitatea de căldură obţinută din arderea unităţii de masă

combustibile, fără a ţine seama de energia obţinută din condesarea vaporilor obţinuţi.

Diferenţa dintre puterea calorică superioară şi energia latentă obţinută prin condesarea

vaporilor rezultaţi în timpul combustiei (Lunguleasa ş.a. 2007).

Torefiere - Operaţie de încălzire sau tratare termică a unor produse, ca tutunul, cafeaua, lemnul

etc., în scopul uscării acestora, pentru a fi înlăturate anumite elemente dăunătoare şi a se

obţine unele proprietăţi îmbunătăţite (DEX 1996)

Viteza de ardere – viteza cu care arde un combustibil, exprimată de obicei în kJ/min (Lunguleasa

şi Grîu 2013)

6

1.2. ASPECTE INTRODUCTIVE

În 1999, contribuţia estimată a biomasei la aprovizionarea cu energie a Uniunii Europene

(EU), s-a ridicat la 1900 PJ. Această contribuţie a fost de aproximativ două treimi din producţia

totală de energie realizată din surse regenerabile în EU (la rândul său, energia regenerabilă

contribuie cu aproximativ 6% din totalul ofertei de energie primară a EU).

Resursele regenerabile de energie reprezintă una din variantele înlocuirii combustibililor

fosili în România şi în lume, cu perspective mari de dezvoltare în viitor. După estimările SRE-

SEC (2008), în România se prognozează un consum de energie de 34,9 Mtoe (Milioane tone

echivalent petrol) până în 2020. Conform aceluiaşi studiu se constată că biomasa acoperă mai

mult de 60 % din totalul Surselor de Energie Regenerabilă (SRE), respectiv 190 -200 PJ/an

(Gheorghiescu ş.a. 2007). Una dintre principalele direcţii strategice actuale, pe care România

trebuie s-o pună în aplicare, constă în mobilizarea tuturor eforturilor de introducere şi

implementare a SRE.

Biomasa provine de la termenii greceşti Bios - viaţă şi massein - a strânge, deci

reprezintă cantitatea de materie vie a întregului glob pământesc (DEX 1996). Comparativ cu

celelalte materiale combustibile (cărbuni, petrol etc), biomasa este răspândită peste tot şi se

găseşte sub diverse forme (lemn, plante lemnoase, plante acvatice, agricole, deşeuri etc). Orice

ţară de pe globul pământesc are posibilitatea şi obligaţia de a produce energie verde din

biomasă.

Rezervele de biomasă lemnoasă diferă pe întreg teritoriul Uniunii Europene, cât şi la

nivel mondial. Arealul forestier variază de la 27,6 milioane hectare în Suedia până la 117 ha în

Cipru (Panoutsou 2011). La nivel mondial, fondul forestier ocupă aproximativ 4 miliarde de ha,

cea mai mare cantitate fiind repartizată pe teritoriul Federaţiei Ruse - 809 milioane ha, Braziliei -

478 milioane ha, Canada - 310 milioane ha, SUA- 303 milioane ha, China - 197 milioane ha.

Dintre cele 27 de state ale Uniunii Europene, România se află pe locul al 8-lea după fondul

forestier pe care îl deţine, iar la nivel global România deţine doar 0,15 % din întreaga suprafaţă

de terenuri forestiere ale lumii.

Resursele de biomasă se pot determina şi în funcţie de gradul de utilizare a terenului pe

care fiecare stat îl are în folosinţă. Astfel, în Uniunea Europeană se utilizează aproximativ 50,1

% din suprafaţa de 4 303 401 km2 acesteia, 1 041 423,04 km

2 fiind utilizată în scopuri agricole

şi 309 844,87 km2 în domeniul forestier (Eurostat 2012).

Creşterea eficienţei energetice are o contribuţie majoră la realizarea siguranţei în

domeniul alimentării şi dezvoltării durabile enegetice, a competitivităţii la economisirea

resurselor energetice primare şi la reducerea emisiilor gazelor cu efect de seră. Determinarea

7

eficienţei utilizării biomasei utilizată sub formă de combustibil solid, cât şi evaluarea

potenţialului energetic reprezintă obiectivele de cercetare al unui număr mare de specialişti din

ţară şi din străinătate. România se consideră o ţară cu potenţial mare în domeniul producerii

biocombustibilor, dar şi în domeniul folosirii materiilor prime lignocelulozice pentru producerea

de căldură.

1. 3. NECESITATEA ŞI OPORTUNITATEA CERCETĂRII

Marea provocare a planetei în mileniul al III-lea în domeniul energiei este orientarea

către sisteme regenerabile de producere a energiei SRE, în condiţiile dezvoltării durabile a

energiei, prin care se va asigura populaţiei necesarul de energie fără a modifica major

ecosistemul planetei.

Biomasa sub formă de material lemnos, a fost şi va rămâne un material combustibil rămas

adânc în conştiinţa oamenilor, ca material care poate asigura necesarul de energie populaţiei la

un preţ redus. Biomasa a jucat şi joacă un rol important în economia energetică a planetei, deşi

în anul 1870 aceasta cedează în faţa combustibilor fosili (Cleveland 2009).

Prezenta cercetare abordează o temă de actualitate în domeniul producerii energiei din

surse regenerabile de energie (SRE), cu evaluarea potenţialului energetic al biomasei, prin

mărirea puterii calorice şi eficienţei utilizării lemnului în combustie. Cercetările actuale trebuie

să pornească de la determinarea puterii calorice, să continue cu determinarea influenţei

umidităţii, iar în final să se treacă la evaluarea eficienţii utilizării biomasei lemnoase prin

creşterea puterii calorice, prin tratarea termică uscată în mediu oxigenat.

Sporirea continuă a dezvoltării societăţii umane cât şi creşterea continuă a cererii de

energie a condus la noi viziuni şi ideii în producerea şi asigurarea necesarului de energie pe piaţa

energetică mondială, respectiv asigurarea cu material energetic inepuizabil. De aceea poluarea

mediului a devenit un factor important de orientare către biomasa lemnoasă, ca sursă de

producere a energiei.

Importanţa utilizării biomasei lemnoase reiese şi din aceea că face parte din categoria

resurselor regenerabile de energie, este o sursă combustibilă neutră în ceea ce priveşte emisiile

de CO2 în natură şi se găseşte în cantitate mare în natură, sub diferite forme.

8

Capitolul 2. STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRII ÎN DOMENIU

2.1. EVOLUŢIA BIOMASEI

Descoperirea focului a fost punctul de plecare în ceea ce priveşte evoluţia biomasei în

scopuri energetice şi asigurarea necesarului energetic. Biomasa este parte a ecosistemului şi

produce un tip de energie ce nu poluează mediul înconjurător, conform ultimilor cercetări în

domeniu (Lunguleasa ş.a. 2007, Uemura ş.a. 2011). Biomasa se consideră o resursă regenerabilă

cu un potenţial major în producerea energiei verzi, care merită să fie valorificată în domeniul

producerii energiei pe piaţa mondială.

Evoluţia producerii energiei din combustibili s-a împărţit în trei perioade esenţiale.

Conform descrieriilor lui Piriou ş.a. (2013) prima etapă a constat în descoperirea combustibilor

fosili (1892) şi a modalităţilor de obţinere din aceştia a energiei. A doua etapă începe din

momentul apariţiei crizei energetice, în anii ‘70, care orientează populaţia lumii spre noi direcţii

şi viziuni de producere a energiei – printre care şi sursele regenerabile de energie (SRE), iar a

treia etapă constă în exploatarea şi asigurarea necesarului energetic din SRE. Combustibili fosili

sunt consideraţi ca reprezentând o parte importantă din biomasă care s-a descompus de-a lungul

timpului, cu caracteristici energetice importante pentru producerea energiei (Piriou ş.a. 2013).

Evoluţia SRE este determinată şi de politica desfăşurată de către EU în vederea cercetării

şi exploatării posibilităţilor alternative în domeniul energetic. Unul din cele mai importante

programe este cel legat de protecţia mediului prin reducerea emisiilor de substanţe nocive

produse din exploatarea şi folosirea combustibilor fosili (Cervinschi, Braga şi Fosin 1993).

Biomasa este una din sursele de energie regenerabilă folosite din cele mai vechi timpuri

de oameni. Până în secolul al XVIII-lea biomasa se considera ca fiind o sursă importantă pentru

asigurarea necesarului energetic pentru gătit, încălzit, etc., fiind şi una dintre cele mai uniform

răspândite surse energetice pe întreg globul pământesc.

Furnizarea energiei din biomasă a luat avânt începând cu anul 2000, iar în anul 2010

acest domeniu furniza deja 280 TWh de energie electrică la nivel global, care echivala cu 1,5 %

din energia electrică furnizată în lume (Eurostat 2012). În prezent biomasa continuă să joace un

rol important în ţările care nu sunt membre OECD (Organizaţia pentru Cooperare şi Dezvoltare

Economică) şi reprezintă sursa principală care asigură necesarul energetic. În prezent, ţările în

curs de dezvoltare îşi asigură necesarul de energie prin surse precum biomasa folosind centrale

termice cu un randament mic de 10-50 %. Luând în calcul aceste aspecte, devine necesară

asigurarea pe piaţa energetică cu combustibili şi instalaţii termice cu randament înalt, pentru ca

biomasa să devină o sursă competitoare pe piaţa energetică. Energia la ora actuală este un factor

9

care conduce la dezvoltarea statelor lumii. În întreaga lume se studiază potenţialul producerii

energiei din bogăţia surselor combustibile existente care sunt oferite de planetă (Fosin, Braga şi

Bartalos 1993, Chisăliţa 2007).

2.2. BIOMASA LEMNOASĂ – SURSĂ DE ENERGIE REGENERABILĂ

Biomasa este o sursă energetică regenerabilă, prin faptul că, creşte an de an, este larg

răspândită în lume şi prezintă costuri mici în comparaţie cu combustibilii fosili. Resursele

biomasei, din care se produce materialul combustibil, poate include lemnul şi deşeurile

lemnoase, cerealele agricole şi deşeurile rezultate din producţia acestora, deşeurile municipale,

dejecţiile de animale, deşeuri din procesarea alimentaţiei, biomasa acvatică şi algele. Biomasa

este una din formele de surse regenerabile care poate fi convertită în combustibil energetic solid,

lichid şi gazos şi care poate genera atât energie sub formă de căldură prin arderea acesteia, cât şi

energie electrică prin procese de conversie (Lunguleasa ş.a. 2007, Uemura 2011). Biomasa este

definită printr-un termen amplu dat tuturor formelor de materie organică care pot fi folosite în

procesul de producere a energiei, după Cleveland (2009) şi este materia care poate fi strânsă din

mediul înconjurător şi transformată în energie cu ajutorul proceselor de conversie.

Biomasa participă în cadrul ciclului carbonului în natură, prin utilizarea CO2 (dioxid de

carbon). Dioxidul de carbon participă atât la procesele de fotosinteză în timpul creşterii, dar este

şi componentul care determină o ardere completă în timpul combustiei lemnului

(Aghamohammadi ş.a. 2011). Prin procesele elementare care se petrec în timpul fotosintezei,

cca 1% din energia primită de la Soare este transformată în energie chimică de către plantele în

timpul creşterii. Energia solară absorbită de biomasă alcătuieşte structura chimică a

componentelor din biomasă (Ciubota-Roşie ş.a. 2008, Marosvolgyi şi Vityi 2004).

În prezent biomasa contribuie cu aproximativ 12% la producţia de energie primară în

lume, iar în statele în curs de dezvoltare aceasta ocupă 40-50% din necesarul asigurării cu

energie. Biomasa este sursa alternativă care, după Gominho ş.a. (2012) a contribuit cu 7 % din

energia produsă în lume. În prezent, folosirea materialelor combustible regenerabile precum

rămăşiţele forestiere pentru producerea biocombustibilor, cresc şansele biomasei în planul

disponibilităţii acesteia pe piaţa energetică.

2.2.1. Formele biomasei

La nivel mondial, conform ultimelor cercetării în domeniu, se evidenţiază preocupări în

domeniul utilizării biomasei în scopuri energetice. România potrivit estimărilor ISN (2011)

10

deţine un potenţial de 60% în producerea energiei din sursele existente de biomasă. România

dispune de o suprafaţă de 6300 mii ha, care reprezintă 27 % din suprafaţă teritoriului existent

(Răducan, Barbu şi Papadopol 2004, Beldeanu 2004). Resursele de biomasă, în prezent,

reprezintă materia primă rezultată din prelucrarea lemnului, agricultură, deşeurile municipale şi

dejecţiile animale. Toată această materie primă reciclată şi utilizată devine un material valoros

pentru producerea energiei, căldurii şi a biocombustibilului.

Biomasa diferă de celelalte forme de surse regenerabile SRE prin faptul că reprezintă o

bogată materie primă ce poate fi transportată prin diverse procese de conversie în combustibili

gazoşi, lichizi şi solizi. Biomasa este devizată în 4 mari categorii descrise în normativul SR EN

14961-1:

-Producţie forestieră: lemn, deşeuri din tăierea lemnului, rumeguş, copaci, arbuşti, aşchii,

coajă, etc., rezultate din exploatarea şi curăţarea pădurilor;

-Deşeuri: rezultate din producţia agricolă, din procesele agricole, deşeuri cerealiere,

deşeuri urbane organice;

-Cereale energetice: culturi din prelucrarea de scurtă durată, culturi de amidon (porumb,

grâu şi orz), culturi de zahăr (trestia de zahăr şi sfecla de zahăr), culturi furajere (iarbă, lucernă şi

trifoi), culturi oleaginoase (floarea-soarelui, soia, şofrănel);

- Plante acvatice: alge, ierburi de apă, zambilă de apă, stuf şi papură.

Biomasa lemnoasă provine din lemnul care a rezultat în urma tăierii coroanelor

copacilor, care nu poate fi utilizată industrial, din cantităţile de lemn care urmează a fi prelucrat,

din păduri şi prelucrarea lemnului, etc. (Gavrilescu 2008). Practic, exploatarea forestieră începe

cu tăierea lemnului din pădure, curăţarea de crengi şi îndepărtarea rădăcinilor, după care urmează

operaţiunea de transport şi depozitarea în cadru întreprinderilor de prelucrare, locul unde se

realizează adevărata sortare şi clasificare pe grupe de calitate a lemnului (Berkesy ş.a. 2011),

toate acestea reprezintă în jur de 10% deşeuri lemnoase. Coaja nu este bună pentru producţia

zahărurilor fermentabile, datorită conţinutului mare de substanţe extractibile şi compuşilor

aromatici, inclusiv taninuri şi lignină (Feng ş.a. 2013).

În prezent se observă că biomasa este în premanenţă creştere. Această creştere se

materializează prin direcţiile de utilizare a biomasei şi a produselor rezultate din procesarea

biomasei, separate în materiale pentru producerea biogazului şi a biocombustibilului (Plieninger

ş.a. 2006, Raven şi Gregersen 2007). Producerea combustibilor lichizi din specii lignocelulozice

au potenţialul de a reduce cantitatea de substanţe volatile emise în atmosferă de către produsele

petroliere (McMillan 1997, McLaughlin şi Walsh 1998).

Plantele agricole precum porumbul, grâul şi orzul, trestia de zahăr şi sfecla de zahăr,

iarba, lucerna şi trifoi, floarea-soarelui, soia, şofrănel etc sunt folosite la producerea bioenergiei

11

din plante şi ar putea contribui substanţial la reducerea emisiilor de substanţe volatile şi a

reducerii schimbărilor climatice (Karp şi Shield 2008). Aproximativ 46 EJ/an (1 EJ = 118

Joules) energie este obţinută din plante şi echivalează cu 13,4 % din energia globală. Se

preconizează o producţie posibilă de aproximativ 200-400 EJ /an (Jurginger ş.a. 2006). Plantele

energetice pot fi separate în două categorii: plante generatoare de electricitate, căldură şi

combinate şi plante generatoare de combustibil lichid pentru transport. Calitatea produselor

combustibile obţinute din plante se poate compara cu cea a combustibililor fosili obţinuţi din

ţiţei de tip benzină sau motorină.

Plantele acvatice cuprind aproximativ 2 miliarde de specii printre care: alge, buruieni de

apă, zambilă de apă, stuf şi papură. În industria producerii etanolului, conform cercetărilor, se

folosesc opt specii principale: Salvinia molesta, Hydrilla verticillata, Nymphaea stellata, Azolla

pinnata, Ceratopteris sp. Scirpus sp. Cyperus sp. şi Utricularia reticulata, după Abbasi ş.a.

(1990). Potenţialul energetic al metanului produs din aceste plante ar putea ajunge la 418,6 GJ/ha

(1GJ/ha =108 kcal/ha) într-un an (Abbasi ş.a. 1990). Cu toate acestea, potenţialul biomasei

acvatice presupune recolte promiţătoare de micro- şi macroalge, iarba de mare, pentru producrea

energie, care sunt pe larg investigate (Bringezu ş.a. 2009). În plus, producţia de biomasă din alge

ar putea fi o opţiune de viitor în producerea energiei, mai ales datorită facilităţilor de a putea fi

cultivată pe un teren care nu concurează cu alte terenuri (de exemplu, cele din domeniul agricol).

2.2.2. Cantitatea de biomasă disponibilă şi utilizarea sa

Culturile lemnoase sunt diferenţiate, conform cercetărilor, în cantitatea de material

disponibil netă a biomasei prin următorii patru factori: cantitatea de energie solară; cantitatea de

energie interceptată de biomasă; eficienţa conversiei fotosintetice în energie; pierderea de

biomasă prin exploatare, după cum precizează Tudora (2009). În afară de energia solară,

obţinerea unor recolte mai ridicate din biomasa primară şi cât mai calitative, este condiţionată de

numeroşi alţi factori, precum: factori interni-genetici (specie, soi, hibrid), care au un rol

primordial în capacitatea de acumulare a biomasei, factori externi (factori de mediu, factori

tehnologici).

Producţia mondială de biomasă este estimată la 146 miliarde tone pe an, din sursa

primară de materie forestieră exploatată. În zona apelor dulci se găsesc plante într-o diversitate

mai mică, dar ca şi cantitate, se poate obţine în jur de 1-3 t/ha în apele curate şi 4-9 t/ha în apele

eutrofizate (Tudora 2009). Capacitatea producţiei speciilor este evaluat în zona temperată la 20-

30 tone biomasă uscată/ha, fiind realizată de speciile cu cele mai mare rată de creştere şi în

condiţii favorabile ale mediului (Tudora 2009). La plantele inferioare precum licheni cantitatea

12

de material obţinut este de 2-3 t/ha, muşchii – 0,5-0,7 t/ha, iar pajiştile sunt valorificate la 4,5

t/ha. În anul 2012, cantitatea de buşteni de molid a fost de 546,92 m3, din care lemn de foc de

162,66 m3, iar cantitatea de lemn rotund de 464,39 m

3 în România. La ora actuală, cea mai mare

cantitate de material este asigurată de păduri, în jur de 40 t/ha de biomasa uscată. România este

bogată în păduri de fag cu suprafaţă estimată la 1890 mii ha. La nivel mondial în lume există

aproximativ 327 milioane tone de material lemnos în formă brută, după relatările lui Gadonneix

ş.a. (2010). Productivitatea forestieră primară în medie este de 8,6 t/ha la nivel mondial, pentru

speciile forestiere de foioase din zona temperată productivitatea este estimată conform

cercetărilor la circa 12 t/ha, iar cele de conifere la 15-18 t/ha. Pentru pădurile de stejar sau fag

care au o vârstă de 120 de ani, cantitatea de biomasa este evaluată la 275 t/ha (Gadonneix ş.a.

2010).

Tabelul 1

Producţia totală de resurse de biomasă (Tudora 2009)

Tipul de resursă de

biomasă

Producţia totală, tone Producţia medie,

tone/1000ha

Principalele 10 culturi agricole

Lucerna 7 846 000 341

Porumb 7 777 600 338

Leguminoase 6 316 667 274

Grâu 5 364 014 233

Plante de nutreţ 4 678 167 203

Cartofi 3 742 300 162

Trifoi 2 704 367 117

Legume 1 244 867 54

Viţa de vie 1 170 786 51

Produse forestiere mc/1000ha

Lemn de foc şi mangal 3 152 600 137

Reziduuri de lemn 243 500 15

Animale Număr/1000ha

Bovine 3 097 000 134

Păsări 69 312 000 3009

Porcine 6 521 000 283

România este o ţară cu potenţial mare în domeniul sursele de energie regenerabilă SRE şi

anume în producerea energiei din biomasă, unul dintre motivele de creştere a acestui domeniu

fiind creşterea preţurilor la carburanţii fosili. Obţinerea energiei din sursele de energie

regenerabilă devine astfel o valoroasă investiţie, atât pentru consumatori cât şi pentru

întreprinderi de mare capacitate. Condiţiile favorabile pentru producerea energiei din surse

alternative sunt determinate şi de legislaţia în vigoare şi de fondurile europene care încurajează

13

producerea de energie regenerabile din biomasă, precum şi utilizarea energiei solare, a energiei

eoliane, geotermale şi hidro (Braga, Fosin şi Ghincioiu 2003).

2.2.3. Provenienţa şi prognoza producerii energiei din biomasă

Potrivit lui Panoutsou (2011) se estimează că bioenergia totală obţinută din biomasa

agricolă, forestieră şi deşeurile bio va oferi o cantitate de 13,1 EJ (300 Mtep) în 2030, iar dintre

acestea 5,4 EJ (142 Mtep) va fi obţinută din exploatare agricolă. România este o ţară care are un

potenţial mare în domeniul obţinerii sursei de energiei din biomasă. Ponderea surselor

regenerabile în consumul total de resurse primare în România este de 217,1 PJ (4946,00 mii tep)

la nivelul anului 2010, iar ca prognoză în anul 2015 aceasta va atinge o cotă de 243,1 PJ

(5537,20 mii Tep), iar din aceasta, biomasa are o pondere în consumul de energie primară de

146,9 PJ (3347,30 mii tep) în 2010, iar pentru 2015 circa 166,9 PJ (3802,00 mii tep).

80%

14%

6%Agricol 40,1%

Forestier 7,2%

Alte categorii

2,8%

Teren arabil -24,3%

Pășuni - 13,2%Terene agricol -2,5%

Grădini - 0,1%

Figura 3.

Cantitatea de teren folosit la nivelul Uniunii Europene, în 2007 (IEA 2012)

La nivelul anul 2004 în toate statele UE-25 se remarcă o creştere cu 5,6 % în comparaţie

cu ani precedenţi.

În literatura de specialitate se estimează că potenţialul energetic al biomasei în anul 2050

va ajunge la 1500 EJ/an (1EJ=1018

J). Biomasa forestieră şi agricolă vor oferi anual o capacitate

de 50-150 EJ/an (Gadonneix ş.a. 2010). Acest scenariu încurajează enorm politicile de cercetare

în direcţia obţinerii surselor energetice noi, care să contribuie la creşterea producţiei de energie.

Biogazul produs zilnic de o staţie de fermentare este estimat la 1200-3600 m3 pe zi

(numai din utilizarea dejecţiilor) sau 2400 kWh energie electrică pe zi sau 700 000 kWh pe an

energie electrică. Transformată în caldură, aceasta reprezintă 15 120 kJ (4200 kWh) căldură pe

zi sau 5,5 GJ (1 600 000 kWh) pe an (Zecasin 2005).

Ponderea surselor regenerabile în consumul total de energie primară produsă în România

este de 2,17 PJ (4946,00 mii Tep) la nivelul anului 2010, iar ca prognoză în 2015 va ajunge la o

cotă de 2,43 PJ (5537,20 mii tep). Din aceasta, biomasa va avea o pondere în consumul de

14

energie primară de 1,46 PJ (3347,30 mii tep) (2010), iar pentru 2015 – 1,66 PJ (3802,00 mii tep)

(1PJ=1015

J) (Ionescu 2013). Biomasa va contribui în 2015 cu 68 % în comparare cu celelalte

surse de energie SRE.

Lemnul acoperă mai mult de 10 % din cererea de energie primară în multe ţări din Asia,

Africa şi America Latină şi în câteva ţări din Europa (Suedia, Filanda, Austria), după unele

cercetări (Haglund 2008). Producerea energiei din biomasă este încă concentrată în statele

OECD, unde este considerată principala sursă de energie. State precum Brazilia şi China, în

prezent, au devenit competitoare pe piaţa energetică în domeniul producerii energiei din

biomasă. În prezent, energia din biomasă este produsă prin procesele de combustie şi generare de

energie prin turbine de abur incluzând şi sistemele prin co-generare.

2.3. PUTEREA CALORICĂ

Termenul de putere calorică, care este emisă de corpuri a fost folosit pentru prima dată de

Kepler, iar în literatura ştiinţifică este introdusă de către Thomas Young (1807). Conceptul de

căldură este folosit mai întâi de către Claussius cu sensul de energie internă, care reprezintă

transferul de căldură de la un corp către altul. Conversia biomasei în energie este rezultatul

folosirii a două principale precese tehnologice: termo-chimic şi bio-chimic/biologic, după

cercetatorul Ciubota – Roşie (2008).

Arderea combustibilului solid şi lichid se consideră un procedeu complex. În prima fază a

procesului de ardere a combustibilului se produce încălzirea şi evaporarea apei din combustibil.

În faza a doua, vaporii formaţi prin procesul de ardere a combustibilului se amestecă cu aerul,

urmat apoi de încălzirea, aprinderea şi arderea amestecului subtanţelor rezultate din combustibil.

Combustibilul solid, în timpul arderii, trece prin trei faze principale: încălzirea combustibilului în

scopul eliminării substanţelor volatile, formarea amestecului de substanţe volatile combustibile

cu aerul, încălzirea, aprinderea şi arderea (Ion şi Ion 2006).

2.3.1.Caracteristicile combustibile ale biomasei

Cercetările efectuate în domeniul energetic au demonstrat faptul că biomasa prezintă o

serie de caracteristici combustibile, care îi determină calităţile competitoare pe piaţa energetică.

Încurajarea folosirii biomasei ca material combustibil este evidenţiată şi de instalaţiile de

combustie adoptate la arderea diferitor materiale combustibile (instalaţii pentru lemn de foc,

peleţi, brichete, co-generare, etc.).

15

Din alt punct de vedere, caracteristicile combustibile ale biomasei lemnoase diferă de la

un material la altul şi desigur faţă de cea a combustibilor fosili. Biomasa, pe lângă avantajele

principale, are o serie de dezavantaje, de care trebuie să se ţină seama, faţă de combustibilii

fosili:

- Densitatea biomasei şi puterea calorică a speciilor lemnoase este mai mică în

comparaţie cu cea a combustibililor fosili;

- Unele surse de biomasă sunt în mare parte generate doar sezonier, de obicei în perioada

de recoltare, rezultând astfel necesitatea de depozitare şi păstrare a materialului în condiţii

optime, care să nu influenţeze asupra biodegradării.

- Sistemele termice utilizate pentru diferite procese de conversie trebuie să aibă

capacităţi mari, care să conducă la echivalarea preţului instalaţiilor combustibililor fosili.

- Biomasa ne-tratată are de obicei un conţinut mare de umiditate, care este principalul

factor care determină un conţinut scăzut de căldură obţinută din material în urma proceselor de

combustie;

- Caracteristicile termochimice şi compoziţia chimică a biomasei diferă în mare parte de

combustibilii fosili, respectiv un conţinut mare de oxigen, substanţe alcaline şi cloruri.

2.3.2.Potenţialul energetic al biomasei

Procesul de combustie al materialelor combustible solide reprezintă o tehnologie pentru

producerea căldurii, cu ajutorul instalaţiilor termice. În figura 4 este redată după Milos (2000)

puterea calorică a materialelor combustibile solide prezente pe piaţa energetică. Evident, cea mai

mare putere calorică o au reziduurile de motorină, benzină, pacură. Aceste reziduuri folosite în

combustie sunt consideraţi inamicii mediului înconjurător, deoarece provoacă poluarea mediului,

încălzirea globală, schimbări climaterice majore etc, care sunt observate şi resemţite de către om,

an de an (Milos 2000). Conform cercetărilor mai recente, cea mai mare putere calorică inferioară

pentru produsele energetice din cereale este obţinută pentru brichetele din floare-soarelui 17 070

-17370 kJ/kg (17,07–17,37 MJ/kg), care au şi un conţinut scăzut de umiditate de 5,9–6,2 %.

Brichetele de cânepă au o putere calorică inferioară de 16 600 – 16 740 kJ/kg (16,60–

16,74MJ/kg).

2.3.3. Modalităţi de determinare

Determinarea puterii calorice a combustibilor este cercetată în întreaga lume. Până în

prezent se cunosc o serie de modalităţi de determinare a puterii calorice pentru speciile

16

lemnoase, atât pe cale experimentală cât şi prin ecuaţii empirice. Pentru prima dată, s-a folosit

calorimetrului de tip Junkers, care determină puterea calorică pentru combustibilii gazoşi.

Puterea calorică a combustibililor solizi şi lichizi grei, se măsură cu bomba calorimetrică.

Relaţiile empirice de calcul cu ajutorul cărora se calculează valoarea puterii calorice

(inferioare), obţinută în urma arderii materialului, diferă de cea a puterii calorice superioare

datorită căldurii obţinute prin condensarea vaporilor de apă şi a substanţelor volatile formate în

timpul procesului de ardere.

Puterea calorică a lemnului se mai poate determina şi prin metoda determinării puterii

calorice a principalelor elemente chimice, în funcţie de conţinutul de umiditate, pe baza

relaţiei lui Nadejin, etc. Metoda determinării puterii calorice pe baza fiecărui element chimic

din lemn este propusă de Mendeleev, prin relaţiile 9 şi 10 (Lunguleasa ş.a. 2007):

PCS=[8100∙C+3400(H+O/8)-600(U-9H)]/0,23884[kJ/kg] (9)

unde:

C, H, O sunt procentele din masa totală a elementelor chimice, [kg];

U - conţinutul de umiditate, [kg/kg].

[1kJ/kg = 0,238846 kcal/kg]

2.3.4. Torefierea şi procedeele de torefiere

Combustibilii rezultaţi din biomasă sunt văzuţi de mulţi cercetători ca materiale

combustibile, care contribuie la scăderea emisiilor nocive ale combustibililor fosili în atmosferă.

Procesul de torefiere implementează proprietăţi termice superioare combustibilului solid obţinut

din biomasă, asemănătoare cu cele ale combustibililor fosili de tip huilă. Procesul de torefiere se

consideră o metodă modernă de uscare a materialului şi are trei performanţe: scăderea

conţinutului de umiditate din combustibil, mărirea puterii calorice şi crearea unui combustibil

hidrofobic care reabsoarbe numai un mic conţinut de umiditate (Bridgeman ş.a. 2010).

Conform cercetărilor lui Doshi ş.a. (2014) puterea calorică obţinută este de 17 300 kJ/kg

(17,3 MJ/kg) pentru speciile de cereale, 19 400 kJ/kg (19,4 MJ/kg) bagasă, 17 400 kJ/kg (17,4

MJ/kg) iarbă, 18 500 kJ/kg (18,5 MJ/kg) plop şi iarba elefantului (Miscanthus giganteus).

În lucrările de cercetare ale procesului de tratare termică, se consideră că există două

procedee principale, respectiv cel uscat şi cel umed. Cuptorul utilizat pentru procedeele de

torefiere uscată, în comparare cu celelalte modalităţi de uscare a fost proiectat cu închidere

ermetică, controlul temperaturii de tratare, măsurarea conţinutului de oxigen/azot şi a cantităţii

de material. Obţinerea mediului inert în interiorul cuptorului a fost posibilă cu ajutorul azotului

17

care era introdus pentru a controla cantitatea de oxigen din interior, aspecte relatate de diverşi

cercetători (Almeida ş.a. 2010).

2.4. ASPECTE ECONOMICE

Biomasa este o sursă primară de carbon alături de celelalte surse de energie regenerabilă.

Aceasta poate fi utilizată ca materie primă pentru producerea energiei, a biocombustibililor şi a

combustibililor bio-chimici, în scopul de a se obţine independenţa energetică a regiunii sau ţării.

Materialul obţinut din biomasă produce o cantitate mare de energie, ce poate fi disponibilă

pentru orice consumator. De exemplu, puterea calorică inferioară (PCI) al lemnului variază între

15480 şi 19440 kJ/kg (4300 şi 5400 kWh/t), în funcţie de specie şi conţinutul de umiditate.

Biomasa poate avea un potenţial de 14 % din necesarul total de energie din lume conform

literaturii de specialitate (Repellin ş.a. 2010).

Caracteristicile fizice cât şi compoziţia chimică a biomasei acţionează asupra calităţii

materialului lemnos utilizat ca şi combustibil solid. Caracteristicile biomasei diferă de la o

specie utilizată drept combustibil la alta. De exemplu conţinutul de umiditate poate varia între

20-55% faţă de masa uscată a materialului pentru lemn de foc, sau la umidităţii mai mici de 10%

pentru peleţi şi brichete. Din aceste considerente, calităţiile combustibilului poate fi îmbunătăţită

prin tehnologii de pretratare a materialului lemnos (procese de torefiere).

2.5. CONCLUZII

Energia este baza tuturor ativităţilor umane şi evoluţia acesteia nu poate fi întreruptă. De

asemenea, combustia este unul din cele mai importante procese termico-chimice de producere a

energiei. Nu trebuie neglijat faptul că procesele de ardere sunt posibile doar în prezenţa

oxigenului, care de obicei este introdusă în focar prin aerul de combustie.

În prezent, toate statele lumii îşi canalizează investiţiile pe producerea energiei din surse

altenative (SRE), care, după prognozele efectuate se estimează să ajungă către anul 2020 la o

cantitate de 20% din totalul energiei folosite la nivel european. Potenţialul mare în producerea

energiei îl deţine biomasa (47%) fiind urmată de energia hidro (45%), la nivel european. De

aceea este necesară cunoaşterea energiei eliberate în timpul arderii de diferitele forme de

biomasă.

Datele din literatura de specialitate nu sunt centralizate, pentru a se putea face o

comparaţie între diferitele tipuri de biomasă existente pe piaţă. De asemenea nu există o coeziune

18

în ceea ce priveşte exprimarea puterii calorice, respectiv a unităţilor de măsură. Din această

cauză toate aceste neclarităţi şi neajunsuri, trebuie studiate şi analizate metodic.

Creşterea puterii calorice a biomasei prin procesele de torefiere uscată reprezintă o

direcţie actuală de cercetare şi investiţie a tuturor statelor lumii. Din cercetările actuale rezultă că

torefierea biomasei conduce clar la creşterea densităţii calorice. Nu există însă date certe privind

torefierea speciilor lemnoase europene sau a factorilor de influenţă.

2.6. OBIECTIVE PRINCIPALE

Obiectivul principal al prezentei cercetări îl reprezintă evaluarea şi creşterea puterii

energetice a biomasei lemnoase. Utilizarea biomasei lemnoase în domeniul combustiei creează o

serie de necunoscute privind mecanismul arderii lemnului, factorii de influenţă ai combustiei,

factorii şi evaluare eficienţii utilizării acestui combustibil etc. De aceea, pornind de la aceste

neclarităţi, cercetarea îşi propune următoarele obiective principale:

- Efectuarea unui studiu exhaustiv asupra stadiului actual al determinării puterii calorice a

biomasei lemnoase, cu scopul declarat de găsire a direcţiilor de evaluare şi mărire a puterii

calorice a biomasei lemnoase;

- Determinarea puterii calorice a speciilor lemnoase indigene cât şi exotice, a produselor

lemnose biocombustibile (peleţi, brichete, coajă, rămăşiţe etc) în vederea folosirii eficiente a

acestora, dar şi în scopul de a avea o bază clară de raportare a produselor cu putere calorică

ridicată;

- Mărirea puterii calorice a biomasei lemnoase cu cel puţin 5 %, prin tratarea termică

uscată a rumeguşului pentru specii de răşinoase (larice, molid) şi foioase (fag, stejar) în prezenţa

aerului;

- Evaluarea economică a produselor torefiate.

Pe perioada cercetării se va urmării crearea unei metodologii clare de lucru, de aşa natură

încât experimentele parcurse să fie oricând şi de oricine reproduse cu uşurinţă.

Capitolul 3. EVALUAREA PUTERII CALORICE A BIOMASEI LEMNOASE

3.1. MATERIALE ŞI METODA

Determinarea puterii calorice pentru lemn şi materiale lemnoase sau lignocelulozice este

aproape similară cu cea a cărbunelui (ca şi combustibil solid) şi cu puţine deosebiri faţă de

combustibili lichizi (benzina, motorina etc) sau gazoşi (gaz metan, GPL, biogaz etc). În general,

19

metoda de determinare a puterii calorice se face separat pentru combustibili solizi (ASTM

D3286-96 1996, Dihoiu 1995) sau lichizi şi gazoşi.

Numărul de încercări cerute de normative şi alţi cercetători este de 5, 8 sau 10 probe

cercetate pe cale experimentală (ASTM D3286-96, DIN 51900-1 2000, Dihoiu 1995).

Experimentele în cadrul lucrării s-au efectuat pe 5 probe (DIN 51900-1 2000) pentru fiecare

specie sau tip de material cercetat, luându-se ca valoare de studiu validată, media acestora, atunci

când are o probabilitate de peste 95%. Pentru determinarea puterii calorice a cojii s-a folosit

metoda Pre-Control cu limite strânse utilizându-se în acest caz numai 3 epruvete şi luându-se

media acestora.

Instalaţia folosită pentru determinarea puterii calorice a biomasei lemnoase a fost

calorimetrul cu ardere explozivă tip XRY-1C, produs de Shanghai Changji Geological

Instrument Co., din China (Fig 8). Înainte de a efectua încercarea propriu-zisă se face etalonarea

bombei calorimetrice cu acid benzoic, folosindu-se acidul benzoic cu o valoare a puterii calorice

cunoscută (de obicei 26 463 kJ/kg (1kJ/kg=1J/g), sau cu mici diferenţe de maxim ±3% faţă de

această valoare), pentru a se determina coeficientul calorimetric k (ecuaţia 25) al instalaţiei

calorimetrice.

[kJ/kg] (25)

unde:

k - coeficientul calorimetric, determinat prin etalonare cu acid benzoic, exprimat în kJ/grad ;

tf – temperatura finală, în grade;

ti – temperatura iniţială, în grade;

ml - masa lemnului, în kg.

qs - căldura consumată pentru arderea firului de sârma de nichelină, în kJ;

qb – caldura obţinută prin arderea firului de bumbac, în kJ.

Figura 8.

Instalaţia pentru determinarea puterii calorice a biomasei lemnoase cu bomba calorimetrică cu

soft propriu.

Procedeul de determinare a puterii calorice a materialului lemnos se referă în primul rând

la pregătirea materiei prime şi a instalaţiei, apoi la determinarea propriu zisă şi în final la

obţinerea rezultatului final. Pregătirea materialului lemnos în vederea testării constă în preluarea

20

unei mici părţi de circa 0,6-0,8 grame din materialul întreg, proba cântărită cu o precizie de

0,0002 g. Proba trebuie să fie curată, din lemn tăiat proaspăt, pentru că lemnul vechi nu are toate

substanţele volatile şi inflamabile, care ar putea influenţa puterea calorică a acestuia. Această

probă se aşează într-un creuzet de porţelan şi se introduce într-o etuvă de laborator, în vederea

uscării, la o temperatura de 103±2 oC.

Obţinerea stării anhidre a materialului lemnos se verifică prin cântăriri succesive, până

când diferenţa între două cântăriri succesive este mai mică decât dublul preciziei de cântărire,

sau acoperitor pentru piesa de o asemenea mărime de cel puţin 2 ore de păstrare a probei în

etuvă. După uscare, probele sunt păstrate în exicator pentru răcire şi neschimbarea conţinutului

de umiditate, până la introducerea în bomba calorimetrică. Pregătirea instalaţiei în vederea

încercării, se referă la verificarea cantităţii de apă din calorimetrul sau cuvă Cu (de aşa natură

încât să depăşească cu 1-2 mm capacul bombei calorimetrice), a agitatorului A al apei Ap din

cuvă, a softului calculatorului C, a termometrului exterior calorimetrului T şi a nivelului

presiunii gazului în butelia de oxigen Bo. Proba de testat 1 se leagă de firul de bumbac 2 şi se

pune în creuzetul bombei 3. Se leagă firul de nichelină spiralat 4 de probă şi firul de bumbac,

după care se poziţionează corect capacul de protecţie 5. Creuzetul este legat de capacul bombei

calorimetrice 6 prin doi electrozi 7 şi 8, care se continuă cu firele electrice de cuplare a bombei

calorimetrice 9 şi 10. Prin înfiletarea capacului bombei se cuplează bomba 11 prin ştuţul 12 la

butelia de oxigen Bo, introducându-se 30 atmosfere. Se introduce bomba în calorimetrul

instalaţiei Cu, se cuplează cele două fire electrice, se închide capacul calorimetrului şi se

introduce termostatul T pentru determinarea temperaturii (Fig.6).

Rezultatul final al arderii biomasei lemnoase se exprimă prin puterea calorică,

noţiune prin care se înţelege cantitatea de căldură obţinută la arderea unităţii de masă. Pentru

materiale combustibile cu conţinut mare de apă şi hidrogen, aşa cum este biomasa

lemnoasă, se pot distinge două tipuri de puteri calorice, respectiv puterea calorică

superioară (PCS) şi puterea calorică inferioară (PCI).

Rezultatele obţinute în urma determinării puterii calorice superioare şi inferioare, sunt

validate numai după obţinerea şi analiza a cel puţin 5 valori. Există metode mai simple de

determinare prin utilizarea a trei valori succesive, după cum se specifică în metoda Pre-Control

cu limite strânse (Juran 1973). Principiul metodei Pre-Control se bazează pe ipoteza celei mai

rele condiţii care se poate accepta pentru un proces de testare, capabil să producă piese de bună

calitate. Cu alte cuvinte dacă toleranţa găsită este identică cu cea prescrisă de specificaţii şi dacă

procesul de testare este bine centrat, orice schimbare intervenită pe fluxul de testare va avea

drept consecinţă apariţia de defecte (Lunguleasa şi Grîu 2013).

21

Figura 12.

Diagrama Pre-Control

3.2. REZULTATE ŞI DISCUŢII

3.2.1.Puterea calorică a speciilor de foioase

În practică industrială rezultă rămăşiţe de fabricaţie din totalitatea speciilor lemnoase

industrializabile. De aceea, în procesul de cercetare s-au utilizat din categoria speciilor de foioase

indigene următoarele specii: castan porcesc (Aesculus hipocastanus L.), carpen (Carpinus

betulus L.), cer (Quercus cerris L.), cireş (Prunus avium L.), fag (Fagus silvatica L.), frasin

(Fraxinus excelsior L.), mesteacăn (Betula pendula Roth.), paltin de munte (Acer

pseudoplatanus L.), păr pădureţ (Pyrus pyraster L.), salcâm (Robinia pseudacacia L.), salcie

(Salix alba L.), soc (Sambucus nigra L.), stejar (Quercus rubur L.). O bună parte din aceste

specii sunt considerate la ora actuală specii cu putere calorică mare şi sunt pe larg utilizate în

domeniul asigurării necesarului energetic atât în zonele rurale ale ţărilor in curs de dezvoltare cât

şi în ţările dezvoltate industrial.

1862518741 18802

18802

1900819257

19406 19539

19555

1956719647

1996820285

20830

18034

1826818336

1833618370

1878318930

1906319078

1909419051

19499

19685

20224

16000

17000

18000

19000

20000

21000

22000

Puterea calorica superioara, kJ/kg Puterea calorica inferioara, kJ/kg

Figura 14.

Puterea calorică a speciilor de foioase indigen

22

Rezultatele obţinute conform metodicii din lucrare au fost aşezate în tabele în vederea

analizei acestora. Din rezultatele prezentate în tabelul 7, conform caracteristicilor energetice

obţinute, rezultă că dintre toate speciile analizate, specia de salcie (20224 kJ/kg) şi cireş (19499

kJ/kg) deţin o putere calorică inferioară mare în comparaţie cu speciile de mesteacăn (18034

kJ/kg).

3.2.2. Comparaţie între speciile de fag şi salcie

Pe piaţa lemnului de foc, specia de fag este cea mai mult folosită, motiv pentru care în

continuare se face o comparaţie cu specia de salcie, în vederea găsirii de noi soluţii energetice. În

prezent pe piaţa energetică specia de salcie este considerată o specie energetică, cu potenţial

mare de investiţie şi producere a energiei. Specia de salcie energetică (Salix viminalis L.) este

considerată de către cercetători o plantă agricolă cu potenţial energetic şi de asemenea este

considerată o specie ecologică. În România se cunosc în jur de 20 de specii de Salix, care în

trecut erau folosite ca şi materie primă pentru industria producerii coşurilor şi a mobilei din

nuiele (Ivănescu ş.a.1979).

Salcia este o plantă ce creşte pe terenuri inundabile, pe malul râurilor şi în albiile

râurilor, putând fi considerată o specie extrem de folositoare pentru zonele corespunzătoare.

Conform cercetărilor, s-au descoperit în jur de 200 de specii de salcie, din care 18 specii sunt

specii cu caracteristici energetice precum: creştere rapidă, putere calorică înaltă, rezistentă la

boli, perioadă de recoltare de la 10-25 ani, cu înălţime de 7-8 m.

Altă specie des utilizată în scopuri energetice este fagul, din care la ora actuală se produc

brichete, peleţi, dar se foloseşte şi ca lemn de foc. Speciile de fag sunt considerate specii cu

caracteristici calorice bune pe piaţa Europeană. În Europa cât şi în România se pot găsi o mare

varietate de specii de fag (Câmpean ş.a. 2004). Pe teritoriul României se cunosc specii în zona

Munţilor de Vest, Platoul Central al Moldovei, Oltenia, Banat şi Bucovina (Grîu şi Lunguleasa

2013). Fagul (Fig. 15) este un arbore din prima categorie cu înălţime de 30 m, rar 45 m, lemn

de esenţă tare, duramen fals (3), alburn (4), inele (5), punctuaţie uniformă (1); tulpina este

cilindrică cu coaja de la gri la albicios. Coroana copacului este ovală în masiv.

Fagus silvatica L. Salix viminalis L.

23

Figura 16.

Structura macroscopică a speciilor de salcie şi fag

Specia de salcie (Salix Viminalis L.) este o specie energetică cu o putere calorică de

19738 kJ/kg (19,7MJ/kg), care este mai mare decât a speciei de plop (bucăţi de lemn masiv) –

19685 kJ/kg (19,6 MJ/kg) sau al rumeguşului 18500 kJ/kg (18,5 MJ/kg). Fagul are o putere

calorică de 19051 kJ/kg (19,05 MJ/kg). Această putere calorică nu diferă esenţial de cea de

salcie, care are în plus alte avantaje precum: creştere rapidă, soluri mai puţin bogate etc.

Carpen (Carpinus betulus L.) Salcie (Salix alba L.)

Figura 19.

Influenţa umidităţii asupra speciilor de foioase indigene

În figura 19 sunt reprezentate pentru fiecare specie în parte influenţa umidităţii asupra

conţinutului de energie obţinut în urma cercetărilor. Se observă că odată cu creşterea umidităţii

cantitatea de căldură va scade semnificativ. În urma combustiei speciilor de foioase cu grad de

umiditate înalt vor rezulta procese de combustie incompletă, care reprezintă un factor de poluare

a mediului (Grîu şi Lunguleasa 2014a). Densitatea energetică este bună, cu valori între 4-11

kJ/cm3, la umiditatea de 50%. Aceasta este însă diferită de la o specie la alta şi scade odată cu

creşterea umidităţii probelor.

Carpen (Carpinus betulus L.) Salcie (Salix alba L.)

Figura 20.

Influenţa umidităţii asupra vitezii de ardere şi densităţii energetice a speciilor de foioase

indigene

24

Carpen (Carpinus betulus L.) Salcie (Salix alba L.)

Figura 21.

Influenţa umidităţii asupra randamentului energetic al speciilor de foioase indigene

3.2.3. PUTEREA CALORICĂ A BIOMASEI DE RĂŞINOASE

În prezent o gamă largă de produse lemnoase utilizează materii prime din specii de

răşinoase. De la prelucrarea acestora rezultă o serie de rămăşite care pot fi valorificate prin

ardere la centrale termice. Cunoaşterea caracteristicilor calorice şi energetice ale acestor specii

lemnoase devine astfel necesară, pentru a evalua care este energia acestora.

Figura 22.

Puterea calorică superioară şi inferioară a speciilor de răşinoase indigene

Ienupar de Virginie (Jeniperus

virginiana L.)

Pin (Pinus silvestris L.)

Figura 23.

Influenţa umidităţii asupra PCS şi PCI a speciilor de răşinoase indigene

25

Ienupar de Virginia (Jeniperus

virginiana L.)

Pin (Pinus silvestris L.)

Figura 25.

Influenţa umidităţii asupra randamentului energetic al speciilor răşinoase indigene

3.2.4. PUTEREA CALORICĂ A SPECIILOR EXOTICE

Speciile lemnoase sunt grupate, după provenienţa acestora în specii indigene (răşinoase şi

foioase) şi exotice. Speciile exotice se găsesc în zonele cu climat cald, tropical, cunoscându-se

aproximativ 50 000 de specii de arbori. Având în vedere faptul că, în practica industriala se obţin

rămăşiţe de fabricaţie din specii exotice, este necesară studierea caracteristicilor energetice

(calorice) ale acestora. Respectând metodologia de lucru impusă în capitolul 3 al lucrării,

rezultatele obţinute privind caracteristicile energetice au fost puse în tabele pentru fiecare specie

în parte, după care s-a efectuat centralizator al valorilor, precum se observă în Tabelul 13.

Ienupar de Virginia

(Jeniperus virginiana L.)

Pin (Pinus silvestris L.)

Figura 24.

Influenţa conţinutului de umiditate asupra densităţii energetice şi viteza de ardere a speciilor de

răşinoase indigene

26

Figura 26.

Puterea calorică a speciilor exotice

Din datele experimentale obţinute în urma testării rezultă că speciile exotice au o putere

calorică mai mare, respectiv de 20 000-21 000 kJ/kg (20,0 – 21,0 MJ/kg).

Acajo Berlina SPP

Figura 27.

Influenţa conţinutului de umiditate asupra puterii calorice a speciilor exotice

Comparativ cu speciile de conifer indigene care au o putere calorică de 18 000-19 000

kJ/kg (18,0 – 19,0 MJ/kg) şi foioasele indigene cu o putere calorică de 18 000 kJ/kg (18,0

MJ/kg), speciile exotice au o putere calorică cu puţin mai mare.

Conform cercetărilor experimentale, s-a observat o influenţă negativă mare a umidităţii

asupra conţinutului caloric, cu descreşteri atât asupra conţinutul de căldură obţinut cât şi asupra

densităţii energetice şi a randamentului energetic (Fig. 27, 28). Randamentul energetic a fost

calculat ca şi raport dintre proba uscată folosită şi puterea calorică în stare uscată a epruvetei şi

valorile obţinute pentru proba umedă (Fig. 29).

27

Acajo Berlina SPP

Figura 28.

Influenţa umidităţii asupra densităţii energetice şi vitezei de ardere a speciilor exotice

Acajo Berlina SPP

Figura 29.

Influenţa conţinutului de umiditate asupra randamentului energetic al speciilor exotice

Energia care poate fi obţinută din materialul lemnos umed scade, din cauza conţinutului

de umiditate, care este prezentă în material. Dacă se doreşte să se utilizeze biomasa ca şi

combustibil solid, atunci conţinutul de umiditate nu trebuie să depăşească 60 %, raportată la

masa uscată, pentru că la acest nivel cantitatea de căldură obţinută este mai mică decât puterea

latentă de vaporizare a apei, care este conţinută în biomasă. Diferenţele dintre puterea calorică

superioară (PCS) şi puterea calorică inferioară (PCI) sunt datorate faptului că oxigenul şi

conţinutul de apă din lemn influenţează negativ procesul de ardere.

3.2.5. PUTEREA CALORICĂ A COJII

Coaja reprezintă stratul exterior al plantelor lemnoase (de obicei copaci, pomi, viţă de vie

şi arbuşti). Coaja este prezentă în jurul trunchiului de lemn, crengi şi rădăcini la toate tipurile de

plante lemnoase, pentru a proteja împotriva insectelor, ciupercilor, lumina soarelui, îngheţ, de

ploaie şi de alţi factori externi. Cantităţile de scoarţă sunt, în medie, până la aproximativ 10 %

din volumul total, dar procentul real depinde de specie şi vârsta acesteia.

28

De obicei, coaja este formată din două straturi vizibile, cele interioare şi exterioare, chiar

dacă nu sunt inele anuale macroscopice distincte. Coaja exterioră este formată din ritidom, un

ţesut mort a cărui grosime, netezime şi neregularităţi sunt criterii botanice pentru identificarea

speciilor (Grîu şi Lunguleasa 2013b). Coaja interioară cuprinde o mulţime de straturi precum

cambium, feloderm, floem secundar şi cambiu vascular (Fig 30). Inele anuale sunt foarte subţiri

şi, prin urmare, nu sunt vizibile la microscop. Conţinutul de celuloză şi hemiceluloză este mai

mic decât în lemn.

Tabelul 15.

Caracteristicile energetice ale cojii

Tip

mate

rial

Masa

epru

vet

ei,

g

Tim

p d

e

ard

ere,

min

Den

sita

tea

epru

vet

ei,

g/c

m3

Putere calorică,

kJ/kg

Den

sita

tea

ener

get

ică,

kJ/c

mc,

Ec.

27

Vit

eza d

e

ard

ere,

kJ/m

in, E

c.28

Ren

dam

ent

ener

get

ic, %

,

Ec.

29

Con

ţin

ut

de

um

idit

ate

a,

%

PCS PCI

Coaja

de

molid

0,510 32 0,463 19441 18943 8,782 306 - 0

0,491 25,5 0,446 17372 16672 7,45 289 97 10

0,710 26 0,645 15552 14153 9,14 309 92 20

0,789 28 0,717 10092 6594 4,73 93 69 50

Coaja

de plop

0,740 27 0,672 19655 19152 13,05 532 - 0

0,496 24,5 0,451 17563 16862 7,61 307 97 10

0,380 26 0,345 15723 14321 4,95 167 92 20

0,873 31 0,793 10203 6698 5,32 94 69 50

Coaja

de fag

0,890 25 0,809 19181 18681 15,32 674 - 0

0,660 26 0,600 17137 16737 10,04 382 98 10

0,637 26 0,579 15344 14544 8,42 285 96 20

0,879 32 0,799 9963 7963 6,36 109 84 50

3.2.6. PUTEREA CALORICĂ A RĂMĂŞIŢELOR OBŢINUTE DIN COMPOZITE

În practica industrială rezultă rămăşiţe de fabricaţie şi din compozitele lemnoase

procesate. Termenul de compozit este folosit pentru a descrie orice material complex pe baza de

lemn. Compozitele pe bază de lemn cuprind o gamă largă de produse, de la PFL şi grinzi

lamelare până la plăci OSB. Compozite pe bază de lemn sunt folosite pentru un număr de

aplicaţii, de la panouri de acoperire de interior, la panouri pentru utilizări exteriore, în mobilier şi

pentru sprijinirea de structuri a clădirilor. Componenţa principală de compozite pe bază de lemn

este lemnul, adesea 90 % sau mai mult din masa sa. Răşinile-liant utilizate în mod obişnuit

includ fenol-formaldehida, uree-formaldehidă, melamină-formaldehidă şi izocianat (Stark ş.a.

2011).

29

OSB adeziv, 18mm OSB aşchii orientate, 18 mm

Figura 34.

Influenţa umidităţii asupra puterii calorice superioare (PCS) şi inferioare (PCI) a materialelor

compozite

OSB adeziv, 18mm OSB aşchii orientate, 18mm

Figura 35.

Influenţa umidităţii asupra densităţii energetice şi vitezei de ardere a materialelor compozite

Randamentele energetice obţinute la combustia rămăşiţelor obţinute din compozite

lemnoase (Fig. 36) sunt optime în intervalul umidităţii de 10-20 % ca şi pentru celelalte tipuri de

biomasă analizate în cadrul cercetărilor experimentale şi sunt între 50 - 85 % atunci când

umiditatea este peste 50 %.

OSB adeziv, 18 mm OSB aschii orientate, 18 mm

Figura 36.

Influenţa umidităţii asupra randamentului energetic a materialelor compozite analizate

30

3.2.7. PUTEREA CALORICĂ A BRICHETELOR ŞI PELEŢILOR

Una din posibilităţile de utilizare a biomasei lemnoase drept combustibil este sub formă

de brichete şi peleţi. Brichetele şi peleţii din biomasa lemnoasă sunt produse superioare obţinute

din lemn mărunţit, obţinuţi prin comprimare şi fără aditivi suplimentari.

Peleţi de plop Peleţi de fag

Figura 37.

Influenţa umidităţii asupra puterii calorice a brichetelor şi a peleţilor

Importanţa utilizării lor faţă de lemnul masiv de foc se datorează faptului că produsele

sunt uscate la 10% conţinut de umiditate şi îşi păstrează această umiditate constant până în

momentul utilizării, datorită ambalajelor de polietilenă în care sunt păstrate.

Peleţi din plop Peleţi din fag

Figura 38.

Influenţa umidităţii asupra densităţii energetice şi vitezei de ardere a peleţilor şi a brichetelor

Peleţi din molid Brichete din stejar

Figura 39.

Influenţa umidităţii asupra randamentului energetic a peleţilor şi a brichetelor

Din acest motiv, valoarea lor calorică este mai mare. Prin adăugarea unor aditivi naturali

(amidon, zahăr, leşie de sodă, var, gips, melasă) (Borowsky 2012; Stelte ş.a. 2011) se

31

îmbunătăţeşte consistenţa suprafaţei brichetelor, iar cu tratări termice sau de activare a ligninei,

calitatea acestor produse va fi îmbunătăţită (Shulga ş.a. 2008).

3.3. ESTIMAREA PUTERII CALORICE A BIOMASEI

Procesul de ardere reprezintă un proces complex de natură fizică şi chimică. Reacţia de

ardere a biomasei lemnoase este reversibilă cu cea de generare a biomasei, aşa cum se observă în

Ec. 31 şi Fig. 43.

Cx HyOz + (x+y/4-z/2)O2 = CO2 + (y/2) H2O+

Cenuşa + Energie termică (31)

Figura 43.

Procesul ciclic de ardere şi de generare a biomasei lemnoase

Combustia conţine un număr de etape de bază, şi anume:

• Evaporarea apei;

• Aprinderea;

• Descompunerea termică a elementelor chimice (cu inserţie de aer primar);

• Combinaţie de elemente chimice pentru a forma unele gaze combustibile şi gaze de ardere;

• Arderea gazelor combustibile (cu inserţie de aer secundar);

• Arderea carbonului.

Cunoaşterea valorii puterii calorice aproximative a biomasei este necesară, în scopul de a

calcula cantitatea de combustibil, în orice moment. Predicţia poate fi obţinută prin următoarele

două metode:

- pe baza unor elemente chimice;

- pe baza compuşilor chimici.

Când elemente chimice precum carbon, hidrogen, oxigen, sulf, azot, etc, sunt luate în

considerare, se poate folosi în primul rând relaţia lui Channiwala şi Parikh (Chen ş.a. 2011a,

Chen ş.a. 2011b, Chen ş.a. 2012) (36):

PC=33,910·C/100+11,783·H/100-1,034·O/100+1,005·S/100-151·N/100-

211·As/100[kJ/kg] (36)

32

unde: C, H, O, S, N, Ca - cantitatea de carbon, hidrogen, oxigen, sulf, azot şi cenuşă, în %

exprimată ca masa uscată; 34910, 11,783,1,034, 1005, 151 şi 211, valorile puterii calorice ale

carbonului, hidrogenului, oxigenului, sulfului, azotului şi cenuşii, în kJ/kg.

O corelaţie de predicţie a puterii calorice superioare (luând în considerare faptul că 1 kcal

= 4,1868 kJ), în funcţie de puterea calorică a elementelor chimice, este relaţia lui Mendeleev

(37):

PCSMc=33,913·C/100-14,235·(H+O/8)/100-2,512·(Mc-9·H)/100 [kJ/kg] (37)

Pentru biomasa lemnoasă şi coajă (Mc = 0%), ecuaţia de mai sus (38) devine:

PC=33,913·C/100+8,373·H/100-1,779·O/100 [kJ/kg] (38)

Analizând ecuaţiile anterioare (36) şi (38) şi corelarea lor cu alte publicaţii în domeniu,

rezultă că:

- Carbonul se găseşte în proporţia cea mai mare (aproximativ 85% pentru combustibil lichid,

dar aproximativ 50% pentru biomasa lemnoasă şi coajă), fiind principalul element

combustibil, deoarece arderea completă produce 33 910 kJ / kg (33,9 MJ/kg);

- Hidrogenul se găseşte sub formă de combinaţii cu carbon (în hidrocarburi până la 25%) şi

arderea completă produce 14 310 kJ / kg (14,3 MJ/kg);

- Oxigenul se găseşte în cantităţi diferite (2 ÷ 44%, maximum la cărbunele de lemn); aceasta va

reduce puterea calorică, deoarece se găseşte în combinaţie cu carbonul şi hidrogenul şi, astfel,

o parte din aceste elemente combustibile sunt deja oxidate; prin urmare, căldura dată de

oxigen 1780 kJ kg (1,78 MJ/kg) va fi scăzută din căldură totală de combustie;

- Azotul se găseşte în cantităţi mici (0,8 ÷ 0,9%); este inactiv pentru ardere, se încălzeşte în

timpul procesului de ardere, consumând din cantitatea de căldură degajată de elementele care

produc căldură, astfel azotul reduce valoarea calorică a biomasei lemnoase şi cojii cu 151 kJ /

kg (0,151 MJ/kg); această influenţă este mică şi poate fi neglijată;

- Sulful se găseşte sub formă de compuşi necombustibili, în cantităţi variabile, între 0,1 şi 0,7%;

sulful produce 1005 kJ/kg (1,005MJ/kg); influenţa este la fel de mică şi poate fi neglijată;

- Conţinutul de cenuşă are o cantitate mică de carbon şi minerale, au o influenţă negativă şi scade

puterea calorică totală cu 211kJ/kg (0,211 MJ/kg); influenţa este mică şi poate fi neglijată.

33

Tabelul 18.

Predicţia puterii calorice a cojii cu relaţii în funcţie de elementele chimice

Sp

ecie

Elemente chimice, % Puterea calorică, PC, kJ/kg

Ec 37.

Channiwala şi

Parikh

Ec 39.

Mendeleev

Ec 40. Experi

mental

ă

Dif

eren

ţe

vs

valo

are

exp

erim

e

nta

lă, %

Moli

d

C=49,9

H=8,2

O=38,1

N=0,6

S=0,03

As=3,17

17 501 16 931 17 416 18 973 Ec 37: -7,7

Ec 39: -

10,7

Ec 40: -8,2

Plo

p

C=49,1

H=9,2

O=38,9

N=0,6

S=0,05

As=2,15

16 809 16 729 17 274 17 507 Ec 37: -3,8

Ec 39:-4,4

Ec 40:-1,3

Mes

teac

ăn C=50,7

H=8,0

O=37,5

N=0,6

S=0,04

As=3,16

17 739 17 197 17 640 17 598 Ec 37:

+0,8

Ec 39: -2,2

Ec 40:

+0,2

Fag

C=50,2

H=8,1

O=37,1

N=0,7

S=0,02

As=3,88

17 584 17 042 17 510 18 844 Ec 37:-6,6

Ec 39: -9,5

Ec 40: -7,0

Tabelul 19.

Predicţia puterii calorice în funcţie de compuşii chimici principali

Specie Compuşii

chimici, %

Putere calorică, PC, kJ/kg

Dev

iaţi

a

faţă

de

valo

rile

exp

erim

en

tale

, %

, Valori

experimentale

Ec 41.

Demirbas

Ec 42.

Molid Li=33

Ce+He=60

18 973 19 921 18 715 Ec 41: +4,9

Ec 42: -1,3

Plop Li=23

Ce+He=65

17 507 19 028 17 072 Ec 41:+ 7,9

Ec 42: -2,5

Meste

acăn

Li=22

Ce+He=68

17 598 18 938 17 341 Ec 41:+ 7,0

Ec 42: -1,4

Fag Li=25

Ce+He=68

18 844 19 207 18 095 Ec 41:+1,8

Ec 42:-4,1

Pe baza consideraţiilor de mai sus, o nouă relaţie a fost identificată pentru produsele

lemnoase, respectiv:

PC=33,910·C/100+14,310·H/100-1,780·O/100 [kJ/kg] (39)

34

3.4. CONCLUZII

Combustia biomasei lemnoase indigene şi exotice, a rămăşiţelor compozitelor

lignocelulozice, a cojii şi a brichetelor/peleţilor a condus la obţinerea unei baze centralizatoare

referitoare la puterea calorică, a vitezei, densităţii şi randamentului energetic. Rezultatele privind

puterea calorică au diferit de la o specie la alta (în funcţie de compoziţia chimică elementară şi

compuşii chimici principali ai speciilor), iar în cadrul aceleaşi specii s-a observat influenţa

negativă a conţinutului de umiditate.

Conţinutul de umiditate luat pentru analiză şi cercetare a fost de 20 % pentru lemnul de

foc şi tocătură, 10 % pentru brichete/peleţi şi 0%, pentru comparare. Conţinutul de 50 % este

considerat conform încercărilor, ca valoare maximă posibilă pentru masa lemnoasă ce este

folosită în calitate de combustibil solid, altfel randamentul instalaţiilor scade foarte mult.

Umiditatea din combustibil are efectul de a absorbi o parte din căldura eliberată în timpul

procesului de ardere şi de a reduce cantitatea de căldură disponibilă.

Folosirea speciilor lemnoase precum speciile de salcie şi plop, care sunt pe larg

răspândite pe teritoriul Românie, este considerată avantajoasă în producerea energiei. Prin

folosirea lemnului se poate proteja mediul şi contribuie esenţial la reducerea de CO2 precum şi

efectele de încălzire globală. Conform graficelor, rezultă că intervalul optim al umidităţii la care

poate fi folosit eficient materialul lemnos este de 10-20%, iar randamentul pe care îl obţinem

conform rezultatelor este de 85-95%.

Privind aspectele perioadei de ardere a speciilor poate fi remarcat faptul că, plopul arde

repede, în consecinţă, căldura obţinută nu este menţinută fiind necesară de o cantitate mare de

material pentru a fi arsă. Fagul în comparaţie cu plopul, prezintă o ardere mai lentă, favorând

menţinerea căldurii, prin aceste aspecte se poate face şi economie de materie primă.

În cadrul cercetării s-au obţinut valori pentru speciile foioase a specii de fag de 19051

kJ/kg (19,051 MJ/kg) pentru conţinut de umiditate de 0%, iar pentru salcie s-a obţinut valori de

19738 kJ/kg (19,738 MJ/kg) pentru material uscat, comparativ cu alte cercetări care au

înregistrat puteri calorice de 15410 – 19520 kJ/kg (15,41 – 19,52 MJ/kg), după cercetările lui

Erol (2010).

Pentru speciile de răşinoase, cea mai mare putere calorică s-a obţinut pentru specia de pin

silvetru (21676, kJ/kg) datorită faptului că prezintă un conţinut mare de răşină. La speciile

exotice s-au obţinut valori mari ale puterii claorice pentru speciile care prezită o densitate mai

mare precum guaiacul (20972 kJ/kg), iroko (21523 kJ/kg), erun (20720 kJ/kg).

Brichetele executate din materiale lemnoase au prezentat puteri calorice de 19502 kJ/kg

pentru cele executate din specia de molid, 18734 kJ/kg pentru cele executate din specia de fag,

35

peleţi din plop (19094 kJ/kg), comparativ cu rezultatele lui Berkesy ş.a. (2011) care consideră că

puterea calorică a peleţilor la umiditatea de 0 % este de 19700 kJ/kg (19,7 MJ/kg), iar cele

obţinute din cereale au puteri calorice între 18822 – 19221 kJ/kg (18,822 -19,221 MJ/kg),

comparativ cu valorile obţinute în lucrarea lui Alarua ş.a. (2011) de 16600 – 17070 kJ/kg (16,6 –

17,07 MJ/kg).

În prezent, pe piaţa energetică există o serie de produse superioare ale biomasei precum

peleţii şi brichetele. Acestea sunt formate prin comprimarea rumeguşului şi reprezintă un pas

înainte ca aspect economic şi utilizare eficientă a biomasei lemnoase. Densitatea calorică a

acestor materiale este mai bună decât a speciilor lemnoase folosite efectiv ca şi material

combustibil prin faptul că sunt folosite la umiditate de 10 % şi au un grad de compactare ridicat.

Capitolul 4. MĂRIREA PUTERII CALORICE PRIN TOREFIERE

4.1. ASPECTE INTRODUCTIVE

În prezent se cercetează o varietate de metode de îmbogăţire a caracteristicilor energetice

a biomasei şi care să poată fi aplicabilă uşor în domeniul producerii energiei din biomasă.

Tratarea termică se folosesc tot mai larg în procesele de îmbunătăţire a caracteristicilor

mecanice sau fizico-chimice ale biomasei lemnoase. Modificarea structurii şi proprietăţilor

biomasei se obţine pe seama modificării compoziţiei chimice, oferind îmbogăţirea conţinutului

de carbon prin procesele de tratare termică.

Tratarea termică sau torefierea biomasei este o metodă promiţătoare şi de viitor pentru

promovarea biomasei ca material energetic cu valori apropiate de cele a combustibilor fosili

precum cărbunele şi huila. Totodată, acest proces poate valorifica eficienţa materialului tratat

prin folosirea cantităţilor mai mici de material tratat pentru producerea necesarului de energie în

comparaţie cu cantitatea de material ne tratat folosit pentru producerea energiei pentru o anumită

suprafaţă. Torefierea este un proces asemănător cu piroliza, diferenţiindu-se printr-o durată de

tratare mai scurtă şi care se petrece în intervaul de temperaturi mai mici de 200-300 oC (Chen

ş.a. 2010).

Procesele de torefiere sau de tratare termică rapidă sunt considerate de către cercetători

procese eficiente, care îmbogăţesc conţinutul de carbon al biomasei. Torefierea se consideră o

metodă de tratare termică a biomasei la temperaturi de 200-300 oC. Procesele de tratare termică

descrise de Bridgwater (2012), Sarvaramini ş.a. (2014), Uemura (2011) oferă produse

energetice complexe, într-o perioadă de reacţie mai scurtă, în comparaţie cu descompunerea

biologică prin fermentare care durează foarte mult.

36

4.2. METODICA DE LUCRU

Metoda de lucru utilizată pentru mărirea puterii calorice a biomasei lemnoase se referă la

un procedeu de creştere a puterii calorice pentru micro-brichetele din rumeguş prin tratare

termică de scurtă durată a rumeguşului, în vederea măririi eficienţei energetice a biomasei

lemnoase. Brichetele din rumeguş sunt produse energetice compactizate, folosite din ce în ce mai

mult în ultima perioadă de timp, atât pentru sobe cât şi la centrale termice, a căror utilitate este

dată de faptul că sunt produse regenerabile realizate din biomasa lemnoasă, protejează şi sunt

prietenoase cu mediul înconjurător şi reduce volumul de transport şi depozitare.

Scopul principal al metodei este să furnizeze un procedeu de creştere a puterii calorice a

brichetelor lemnoase obţinute din rumeguş. Dezavantajele identificate din cercetările anterioare

sunt descreşterea gradul de comprimare a materialului, din aceste motive fiind necesară uneori

utilizarea unui liant/adeziv natural, care să nu influenţeze conţinutul de căldură obţinut în urma

exploatării. Acest tratament de torefiere va avea parametrii constanţi pentru rumeguşul speciilor

europene: temperatura de tratare termică de 200-300 0C şi timpul de tratare de 3, 5 şi 10 minute.

Valorile fixe ale duratei şi temperaturii de tratare termică sunt limitative superioare, deoarece

prin depăşirea acestor valori, chiar dacă puterea calorică se măreşte, coeziunea brichetelor

obţinute va scădea semnificativ. De asemenea, dispunerea rumeguşului în timpul tratării de

torefiere trebuie făcută sub forma unui strat subţire de maxim trei rânduri de particule, pe un

suport metalic din aliaj nichel-crom de tip creuzet, care să reziste la temperatura de tratare şi să

nu influenţeze major transmiterea căldurii sau să accentueze procesul de carbonizare. În cadrul

procesului de tratare termică a rumeguşului, operaţia de uscare a rumeguşului se va suprapune cu

cea de torefiere, în acest fel reducându-se cantitatea de energie suplimentară consumată.

Figura 46.

Cuptor de calcinare pentru tratare termică:

1- element de deschidere a uşei ; 2- uşa pivotată; 3- corpul cuptorului; 4- gură de evacuare a

gazelor şi de introducere a aerului; 5- rezistenţe electrice; 6- creuzet cu proba; 7- suport

cuptor ; 8 – cablu electric de alimentare; 9- programatorul cuptorului

37

Un alt exemplul de aplicare a metodei se referă la brichetele obţinute din rumeguş de

molid, tratate termic la 260 0C timp de 5 minute. Procedeul de obţinere a brichetelor şi de

prelevare a epruvetelor pentru determinarea puterii calorice cu ajutorul bombei calorimetrice este

identic ca în exemplul anterior. Valorile puterii calorice pentru brichetele din rumeguş de molid

tratat termic la 260 0C timp de cinci minute (PCS=19 671 kJ/kg şi PCI= 19 148 kJ/kg) sunt mai

mari cu 13,1 %, respectiv 13,2 %, faţă de cele rezultate din rumeguş ne-tratat (PCS=17 034 kJ/kg

şi PCI=16 452 kJ/kg) date obţinute pentru conţinutul de umiditate 10%. Se observă că rumeguşul

speciile de răşinoase tratat termic conduce la creşteri ale puterii calorice cu mult mai mari decât

cel al speciilor de foioase (Lunguleasa ş.a. 2014 – BOPI A00249).

Brichetele obţinute vor fi analizate din punctul de vedere al puterii calorice, dar şi a

integrităţii şi stabilităţii acestora. În cercetare s-au utilizat rumeguş de fag, stejar, molid şi larice.

4.3. REZULTATE ŞI DISCUŢII

Biomasa a fost şi este pe larg folosită în zonele ţărilor în curs de dezvoltare, ca principală

sursă de asigurare a necesarului energetic. Puterea calorică a biomasei lemnoase este dependentă

direct de compoziţia chimică elementară (carbon, hidrogen şi oxigen, în ordinea importanţei

acestora), dar şi de compuşii chimici principali ai lemnului (lignina, celuloza şi hemiceluloza, în

ordinea importanţei acestora).

4.3.1. Schimbări cromatice în compoziţia rumeguşului torefiat

În primul rând s-a observat schimbarea culorii, indiferent de specia studiată. Spre exemplu

molidul porneşte de la o culoare gălbuie (proba martor), se continuă cu un maro deschis (la 240

0C) şi ajunge la un maro închis spre negru (la 300

0C).

a. b. c. d.

Figura 47.

Rumeguş tratat termic la temperatura de 200 – 300 o C, a. proba martor, b. 200

o C, c.

260 o C, d. 300

o C

38

Figura 48.

Schimbarea culorii micro-brichetelor tratate termic din lemn de fag la durata de 3, 5 şi

10 minute (pe verticala) pentru temperaturi de 200, 220, 240, 260, 280, 300 oC (pe

orizontala)

Figura 49.

Schimbarea culorii micro-brichetelor tratate termic din lemn de stejar la durata de 3, 5

şi 10 minute (pe verticala) pentru temperaturi de 200, 220, 240, 260, 280, 300 oC (pe

orizontala)

Figura 50.

Schimbarea culorii micro-brichetelor tratate termic din lemn de Molid la durata de 3, 5 şi 10

minute (pe verticala) pentru temperaturi de 200, 220, 240, 260, 280, 300 oC (pe orizontala)

39

Figura 51.

Schimbarea culorii micro-brichetelor tratate termic din lemn de Larice la durata de 3, 5 şi 10

minute (pe verticala) pentru temperaturi de 200, 220, 240, 260, 280, 300 oC (pe orizontala)

4.3.2.Pierderile de masă în urma procesului de tratare termică/ torefiere

Pierderile de masă înregistrate după tratarea termică sunt datorate, conform explicaţiilor

cercetătorilor care au studiat această problemă, descompunerii compuşilor chimici principali din

lemn respectiv celuloză, hemiceluloză şi lignină.

Tabelul 20.

Pierderile de masă înregistrate în urma tratării termice a speciei de fag, pe durata de tratare

de 3 minute

T, oC

Masa

epruvetei

iniţială,

g

Masa

epruvetei

finală, g

Pierderea de

masa, %, Ec. 43

Pierdere de

masa în

funcţie de

conţinutul de

umiditate al

probei martor

U-8,53%,

Ec.44

Miros,

culoare,

chimie

Putere

calorică

inferioară,

kJ/kg,

U-0%

200 7,486 7,15 4,488

3,88 -4,65 -------- 17921 9,544 9,231 3,279

220 6,424 6,125 4,654

4,98 -3,55 -------- 18046 8,044 7,617 5,308

240 5,832 5,527 5,229

5,40 -3,13 --------- 18206 9,222 8,708 5,573

260 6,555 6,129 6,498

5,94 -2,59 -------- 18366 10,697 10,12 5,394

280 8,676 8,089 6,765

6,78 -1,75 -------- 18526 8,085 7,535 6,802

300 7,994 7,375 7,743

7,37 -1,16 Brună,

miros 18686

6,882 6,399 7,018

Conform cercetărilor, intervalul la care are loc descompunerile sunt de la temperaturile

de 150 oC, moment în care are loc evaporarea apei din materialul lemnos, al doilea interval este

40

între 150-250 oC momentul când încep să se elimine substanţele volatile din materiale, iar după

250 oC are loc descompunerea compuşilor chimici formaţi precum CO2 şi H2O

(Aghamohammadi ş.a. 2011; Chen ş.a. 2012 şi 2011; Serrano ş.a. 2013; Bates ş.a. 2013). După

relatările lui Aghmonammadi ş.a. (2011) se observă pierderi nesemnificative de masă care au loc

la temperaturi ce depăşesc 405 oC, iar la temperaturi de 570

oC nu se observă pierderi de masă,

pentru alte tipuri de biomasă. Pierderile de masă obţinute variază de la 0-4 % la 8-15 %,

rezultatele depinzând direct de umiditatea peleţilor în procesului de tratare.

Stejar (Quercus robur L.)

Fag Fag (Fagus silvatic L.)

Figura 52.

Pierderea de masă a speciei de fag şi stejar în funcţie de temperatura de tratare termică

În descrierea lui Phanphanich ş.a. (2011) biomasa prezintă o pierdere de 10–20 % prin

substanţele volatile şi alte elemente chimice care se elimină. În urma procesului de tratare

termică, conţinutul de carbon s-a mărit mult în comparaţie cu proba martor. Pierderile de masă

au loc în faza iniţială pe intervalul de temperaturi de 150 – 220 oC în momentul când are loc

procesul de încălzire a materialului şi până a avea loc procesul de aprindere (Chen ş.a. 2011a,

Chen ş.a. 2012).

4.3.3. Creşterea puterii calorice a rumeguşului torefiat

În momentul când se descrie un combustibil solid, trebuie să se analizeze principala sa

caracteristică energetică, care este puterea calorică. Diferiţi combustibili prezintă puteri calorice

diferite în funcţie de tipologia acestora, de umiditatate şi caracteristici.

41

Procesul de combustie a biomasei presupune două reacţii termice ce au loc şi anume: pe

intervalul de temperaturi de la 0 oC până la temperatura de 220

oC are loc reacţia endotermică

care constă în procesul de absorbţie a energie şi rezultă descompunerea compuşilor secundari din

probe (apa, substanţe volatile), iar al doilea interval de temperaturi de la 220 oC, din momentul în

care s-a produs aprinderea materialului are loc reacţii exotermice care presupe degajarea

(cedarea) de căldură, cum se observă în Fig. 54 (Priddle ş.a. 1998).

Fag (Fagus silvatica L.)

Figura 55.

Creşterea puterii calorice a speciilor de foioase, obţinută în urma torefierii (tratării termice)

pe intervalul de temperaturi de 200-300oC

Brichetele din speciile lemnoase de obicei prezintă o putere calorică de 17000-18000

kJ/kg (17-18 MJ/kg) conform relatărilor cercetătorului Tumuluru ş.a. (2011). Aceste

caracteristici calorice sunt considerate pentru procesul de ardere complet (Swithenbank ş.a.

2011). În timpul proceselor de combustie, biomasa lemnoasă conţine o cantitate mai mare de

umiditate decât combustibili convenţionali, de care trebuie să se ţină seama.

Molid (Picea abies Krast.)

Figura 58.

Mărirea puterii calorice în funcţie de timp şi temperatură, pentru molid, U=0%

42

S-a stabilit de asemenea că, pentru a se asigura condiţii optime ale combustiei complete a

unor cantităţi mari de combustibil într-un spaţiu limitat şi în timp scurt, presupune să se lucreze

cu aer în exces faţă de necesarul de aer teoretic (Kirkinen ş.a. 2008). Lemnul este în mare parte

format din compuşi chimici precum celuloză, hemiceluloză şi lignină şi elemente chimice

precum carbon, hidrogen şi oxigen. Prezenţa oxigenului în compoziţia lemnului reduce valoarea

calorică a lemnului la aproximativ o jumătate decât cea a combustibililor fosili convenţionali. În

timpul arderii acest oxigen este încorporat în apa şi dioxid de carbon, producând gazele de

ardere ce se evaporă. Mai mult decât atât, lemnul brut poate conţine mai mult de 50% conţinut

de umiditate; prin urmare, fracţiunea produsului combustibil în general conţine mai multă

umiditate decât s-ar obţine din combustibili convenţionali (Swithenbank ş.a. 2011). Densitatea

are un efect benefic asupra combustiei; în general, peleţii cu densitate mai mare au o valoare a

densităţii calorice mai bună. În procesul de tratare termică, aşa cum se observă din rezultatele

prezentate în lucrare, se arată că elementele componenete în biomasă precum O şi H sunt în

descreştere faţă de elementul caloric principal C, precum şi substanţele volatile (în special cele

date de hemiceluloze) se elimină în timpul procesului de tratare a lemnului (Brostrom ş.a. 2012).

4.3.4. Stabilitatea brichetelor torefiate

Stabilitate epruvetelor/brichetelor obţinute în condiţii de laborator (prin presare cu

ajutorul unei presei manuale) s-a efectuat prin cădere liberă, şi arată că, odată ce creşte

temperatura şi durata de tratament, stabilitatea epruvetei se va micşora. Metoda determinării

presupune existenţa unui dispozitiv, prevăzut cu un liniar gradat, în vederea lăsării să cadă

bricheta de la o înălţime de 300 mm. Dacă bricheta a suferit deteriorări majore după cădere,

înseamnă că nu a rezistat la test, iar dacă a rămas sub forma iniţială, înseamnă că a rezistat la

această încercare. Răspunsurile la acest test au fost "da" sau "nu". În considerare s-a luat, din

acest punct de vedere, că o temperatură de 260 0C de calcinare, la o durată de 5 minute tratare în

cuptorul de calcinare prezentat în subcapitolul 4.1, este optimă pentru stabilitatea epruvetelor

obţinute din speciile de foioase şi răşinoase. Brichetele din lemn de fag, precum şi cele

executate din specie de stejar sunt mai puţin compacte după torefiere (Tabelul 36), motiv pentru

care se sparg mai uşor, prin urmare, ar necesita câteva produse naturale în vederea măririi

adeziunii.

43

4.4. CONCLUZII

Pierderile de masă la temperatura de tratare 200oC – 300

oC se datorează în mare parte

degradării hemicelulozelor. Începând cu temperaturii de 220 oC va creşte şi pierderea de masă,

pe baza descompunerii hemicelulozelor, iar de la 280 oC există posibilitatea ca odată cu

degradarea hemicelulozei să se degradeze şi o mică parte din celuloză.

Avantajele folosirii lemnului tratat termic prin pierderea de masă sunt multiple,

amintindu-se pe lânga îmbogăţirea în carbon, scăderea higroscopicitaţii rumeguşului şi mărirea

puterii calorice. Îmbogăţirea puterii calorice a lemnului prin procesele de tratare termică rapidă

este principalul avantaj al torefierii, care conduce la obţinerea de produse termice superioare.

Tratarea termică a lemnului duce la apropierea acestuia, din punct de vedere caloric, de

proprietăţile cărbunelui, care are o putere calorică de 20 000-22 000 kJ/kg (20 - 22 MJ/kg). În

procesul de torefiere se observă că temperaturile mari de torefiere a biomasei vor conduce la

conţinut mare de carbon. Acest lucru duce la creşterea puterii calorice a produsului la

temperaturi mari de torefiere.

Odată cu creşterea temperaturii de torefiere are loc un proces de durificare superficială a

rumeguşului, care determină o mai slabă adeziune la formarea brichetei. De aceea, prin

cercetările efectuate privind stabilitatea dimensională a micro-brichetelor s-au obţinut valori

optime ale temperaturilor de torefiere, acestea fiind limitate superior la 260 0C, pentru o duraă de

tratare de 5 minute.

În comparaţie cu rezultatele obţinute de către cercetătorul Duncan ş.a. (2013) pentru

peleţii torefiaţi care a obţinut puteri calorice de 17550 – 21130 kJ/kg (17,55 – 21,13 MJ/kg), în

cadrul cercetării din lucrare s-au obţinut valori între 17886 – 21298 kJ/kg (17,88 – 21,29 MJ/kg)

pentru rumeguşul tratat termic al speciilor indigene, analizate în condiţii de laborator.

În conformitate cu obiectivul principal al lucrării, respectiv acela de mărire a puterii

calorice, s-a efectuat un tratament termic de torefiere, prin utilizarea rumeguşului de fag, stejar,

larice şi molid, pentru a determina pierderiile de masă în funcţie de durata şi temperatura de

tratare. Rumeguşul uscat a fost tratat termic, prin metoda de tratare termică stabilită în lucrare cu

rezultate vizibile, prin schimbarea culorii materialului tratat, dar mai ales prin pierderea de masă

a rumeguşului. Pierderea de masă creşte odată cu temperatura şi cu durată de tratare. Dacă se ia

în considerare umiditatea rumeguşului înainte de tratare, pierderea de substanţă lemnoasă este

mai mică, respectiv între 0,1 – 7,5%. Aceste valori nu depăşesc procentul maxim de

hemiceluloză din lemn, dar temperaturile şi timpii nu pot creşte mai mult, deoarece stabilitatea

brichetelor ar fi foarte mică şi ar necesita aditivi naturali suplimentari (amidon, melasa, etc) sau

alţi adezivi de mărire a coeziunii între particule.

44

Capitolul 5. EFECTE ECONOMICE ŞI CONCLUZII FINALE

5.1. EFECTE ECONOMICE

Biomasa a jucat un rol important în furnizarea de energie de la începutul civilizaţiei şi

încă joacă un rol important în economiile ţărilor în curs de dezvoltare. Astăzi, biomasa are o

nouă viziune la nivel mondial, în special ca urmare a preţurilor ridicate ale petrolului şi ale altor

combustibili fosili, precum şi a schimbărilor climatice globale cauzate de creşterea consumului

de combustibili fosili. Mai mult decât atât, creşterea economică rapidă în ţările în curs de

dezvoltare, dependenţa ridicată de transport la nivel mondial şi local, poluarea şi epuizarea

resurselor din ţările importatoare de energie, au ridicat gradul de conştientizare a nevoii de

resurse non-fosile de energie regenerabilă după Repellin ş.a. (2010). Din aceste considerente

rezultă că studiul biomasei lignocelulozice este o necesitate şi oportunitate a zilelor noastre.

Chiar dacă torefierea este în fază incipientă, mai multe studiile arată că torefierea creşte

densitatea de energie, natura hidrofobă şi proprietăţile de măcinare a biomasei. Biomasa torefietă

conţine de obicei 70 % din greutatea sa iniţială şi 90 % din conţinutul de energie originală.

Absorbţia de umiditate a biomasei torefiate este foarte limitată, variind de la 1 % to 6 %.

Producţia de peleţi (Fig. 60) necesită particule mici de materie primă (rumeguş fin), şi

umiditate sub 10–15%. Cu toate acestea, pistonul presei de peletizare poate suporta până la 20%

umiditate conţinută în masa lemnoasă. Peletizarea este realizată la o temperatură ce atinge 150

oC. Dacă materia primă este fie prea uscată sau prea umedă, presiunea necesară pentru

densificare creşte în mod semnificativ. De fapt, conţinutul de umiditate de 10-25% este

considerat optim pentru procesul de peletizare. Ulterior, materia primă este încălzită la 50-100

oC pentru a se activa lignina şi a se obţine peleţi cu stabilitateridicată.

Figura 60.

Costuri procentuale ale produselor obţinute prin torefiere

45

În cercetarea lui Uslu ş.a. (2008) este prezentat costul investiţiilor de capital de 60

kton/per producţie de combustibil, din care aproximativ 39% din costul total cuprinde costurile

de instalare, în timp ce 31 % reprezintă costurile echipamentelor. Când costul materiei prime este

exclus, costul total de producţie a biomasei torefiate este calculată în intervalul de 40–56

euro/tonă. Peleţii produşi au o putere calorică netă de încălzire în intervalul de 16 000-18 000

kJ/kg (16–18 MJ/kg) (vezi cap. 3). Valoarea reală depinde în mare măsură de conţinutul de

umiditate care variază între 5% şi 10%. Costul total al investiţiei pentru materie primă pentru o

cantitate de 24 000 tone de peleţi/an este în intervalul de 2 Meuro–2,6 Meuro. Într-un alt studiu,

costurile de investiţii pentru o instalaţie de producere peleţi (80 000 tone de peleţi / an) este de

5,9 Meuro.

Consumul de energie variază de la 1,98 GJ/ton (pentru procesul de TOP având o scară

relativă mică) la 2,46 GJ/ton (pentru biomasă torefiată, fără peletizare). Această diferenţă se

produce ca urmare a energiei utilizată în timpul proceselor de depozitare. Principalele etape

sunt consumul de energie primară, necesarul de energie pentru densificare şi combustibilul

consumat. Aproximativ 40 % din energia utilizată se datorează uscării-pretratării termice.

Din tabelul 40 se observă că, costurile anuale ale încălzirii casei sunt mai mici cu 0,3 %

faţă de utilizarea peleţilor ne-torefiaţi datorită faptului că preţul peleţilor ne-torefiaţi este mai

mare cu 8,3%. Avantajele produselor torefiate reiese din faptul că au puteri calorice mai mari, iar

conţinutul de umiditate şi absorbţie a umidităţii din atmosferă este mai mic faţă de peleţi simpli.

Figura 61.

Efectele economice ale utilizării peleţilor torefiaţi şi ne-torefiaţi la încălzire

46

În corelaţie cu tabelul 40 s-a elaborat un grafic centralizator cu toate efectele economice

studiate. Din acest grafic se observă efectele negative ale preţul superior al peleţilor torefiaţi faţă

de cei ne-torefiaţi şi efectele pozitive ale creşterii puterii calorice a peleţilor torefiaţi faţă de cei

ne-torefiaţi. Acest efect pozitiv al creşterii puterii calorice se transmite asupra cererii anuale de

combustibil, care va avea o scădere de -4,1 %, respectiv o scădere a consumului estimat de

combustibil sub forma de peleţi pentru o casă cu suprafaţa de 200 m2

de -0,3 %. De asemenea s-a

ţinut seama în cadrul analizei economice de faptul că costurile investiţionale în cadrul utilizării

peleţilor torefiaţi sunt mai mari, datorită apariţiei operaţiei suplimentare de torefiere, cu o

creştere de +1,3 %.

5.2. CONCLUZII FINALE

Necesitatea asigurării căldurii în sezonul rece precum şi pentru prepararea hranei a fost şi

rămâne un factor foarte important în viaţa oamenilor. De asemenea accesibilitatea populaţiei la

combustibilii necesari pentru asigurarea energiei curente, devine tot mai importantă atât din

punct de vedere logistic, cât şi financiar. De aceea o primă concluzie constă în faptul că biomasa

lemnoasă sub diferitele sale forme, care este o sursă ieftină de încălzire şi se găseşte din

abundenţă, poate asigura necesarul energetic al populaţiei. Principalul dezavantaj pentru această

utilizare este prezenţa în multe case a centralelor şi a sobelor cu un grad scăzut de eficienţă

termică de 10-15%, care continuă să ducă la poluarea mediului.

Folosirea produselor tratate termic cât şi a peleţilor torefiaţi vor contribui la eficientizarea

folosirii speciilor lemnoase de către consumatorii casnici. Combustibilul solid este un important

sector în producerea energiei, cât şi pentru determinarea eficientizării utilizării speciilor

lemnoase în generarea de energie.

Sintetizând concluziile de la fiecare capitol, precum şi prin găsirea corelaţiilor dintre

diferite probleme rezolvate, au fost extrase concluziile principale ale lucrării, care se vor

prezenta în continuare.

a. Referitor la metoda de cercetare

Prin metoda de realizare a epruvetelor de lemn masiv stabilite în cadrul programului de

cercetare s-a urmărit obţinerea epruvetelor prin metode simple de tăiere, care au presupus un

consum minim de material şi energie. Astfel cantităţile de material de 0,4-0,8 g, au fost câtărite

în condiţii de laborator la balanţa cu precizie de 0,002g şi au fost uscate la temperature de 103 oC

în etuva de laborator.

47

La determinarea puterii calorice pentru speciile lemnoase indigene şi exotice au fost

folosite materiale uzuale şi accesibile precum fir de nichelină, fir de bumbac şi oxigen de 99%

puritate.

S-au folosit metode moderne de validare a rezultatelor (metoda Pre-Control, elaborată

pentru prima dată de cercetătorul american de origine română Josef Juran).

S-a efectuat o modelare matematică de prognoză a puterii calorice, găsindu-se o relaţie

matematică originală.

S-a găsit o metodică proprie de torefiere a rumeguşului.

b. Referitor la rezultatele experimentării

Valorile experimentale obţinute pe speciile lemnoase indigene şi exotice sunt

comparabile cu cele din literatura de specialitate studiată, chiar dacă unităţile de măsură şi

speciile lemnoase studiate sunt diferite.

Testarea rumeguşului tratat termic prin torefiere a evidenţiat mărirea potenţialului

energetic şi anume al puterii calorice pentru materialele tratare pe intevalul de timp de 3, 5, şi 10

minute. Prin intermediul testării rumeguşului tratat la durata de 3 minute s-a stabilit o mărire a

puterii calorice cu 4-7% faţă de epruveta martor, la temperatura de 260 oC la un conţinut de

umiditate 0%, iar pentru conţinutul de 10% aceste valori au prezentat măriri între 10-15%.

Valorile obţinute pentru epruvetele testate la durata de 5 minute au avut măriri de 7-9% faţă de

epruveta martor la temperatura de 260 oC, la un conţinut de umiditate 0 %, iar pentru conţinutul

de 10 % aceste valori au prezentat măriri între 10-16%. Valorile obţinute pentru epruvetele

testate la durata de 10 minute au arătat măriri de 9-17% faţă de epruveta martor la temperatura

de 260 oC, la un conţinut de umiditate 0%, iar pentru conţinutul de 10% a umidităţii aceste

valori au prezentat măriri între 14-21%.

c. Referitor la rezultate analizelor teoretice de prognozare a puterii calorice

Determinarea erorilor dintre puterile calorice experimentale şi teoretice ale rumeguşului

torefiat, au fost realizate pe baza relaţiilor de calcul al puterii calorice rezultată din compoziţia

chimică a materialului combustibil. Pentru speciile tratate s-au obţinut valori ale erorilor mai

mici de 5%. La intervalul de timp de 5 minute erorile pentru speciile de foioase sunt de 0,61 –

4,52 %, iar pentru speciile de răşinoase aceste volori au fost de 0,2 – 1,76 %.

Determinarea densităţii energetice pentru speciile analizate au evidenţiat cantitatea de

energie prezentă în combustibil. În funcţie de cantitatea de material analizat şi puterile calorice

obţinute pentru speciile lemnoase s-au înregistrat valori ale densităţii energetice între 11,540 -35,

073 kJ/cm3 pentru speciile de foioase şi 11,777 – 38,049 kJ/cm

3 pentru speciile de răşinoase.

48

Determinarea randamentului energetic pentru peleţii din rumeguş torefiat a identificat

căile de mărire a randamentelor energetice ale centralelor termice de la 95% la 99%.

Determinarea stabilităţii la cădere liberă a peleţilor obţinuţi în urma torefierii au aratat

fragilitatea acestora atunci când regimurile de tratare sunt aspre, respectiv temperatura este

ridicată peste 280 0C, iar timpul de tratare este ridicat, de 10 minute.

d. Referitor la optimizarea timpului de tratare termică

De remarcat faptul ca valorile obţinute pentru peleţii trataţi termic sunt în creştere în

raport cu timpul de tratare termică; o perioada de 5 minute este optimă.

Stabilitatea şi integritatea brichetelor din rumeguş torefiat, determinată la cădere liberă,

este invers proporţională cu creşterea perioadei şi a temperaturii de tratare.

Se admite faptul că micro-brichetele tratate la temperatura de 260 0C de 5 minute sunt

cele mai bune de a fi folosite în domeniul producerii peleţilor torefiaţi şi utilizarea acestora ca şi

material combustibil solid în centralele termice pe peleţi.

5.3. CONTRIBUŢII ORIGINALE ŞI DIRECŢII ALE CERCETĂRILOR VIITOARE

Contribuţii originale. Din lucrare s-au identificat următoarele contribuţii originale:

A fost realizată o documentaţie amplă, prin evidenţierea şi realizarea unei baze de date

privind puterea calorică a unor speciilor indigene şi exotice. S-au subliniat avantajele

folosirii biomasei lemnoase ca şi combustibil solid, cu conţinut mic de umiditate pentru a fi

posibil de extras cea mai mare cantitate de căldură din materialul energetic utilizat.

Cercetarea documentară întreprinsă evidenţiază proprietăţilor energetice ale biomasei

speciilor indigene şi exotice, cât şi a rumeguşului tratat termic.

Se aduce în prim realizarea de materiale noi cu puteri calorice mărite, apropiate de cele ale

combustibilor fosili care sunt utilizate pe plan mondial ca şi sursă de energie, respectiv

micro-brichetele din rumeguş torefiat.

Speciile utilizate în cercetare sunt specii care sunt des folosite în industria prelucrări

lemnului şi din rezultatul căruia rezultă o cantitate considerabilă de reziduuri (10% din

cantitatea totală de materie primă exploatată).

S-a realizat un calcul economic privind potenţialul preţ al peleţilor obţinuţi prin metoda

torefierii.

Prelucrarea datelor, evaluarea rezultatelor şi concluziile aferente sunt realizate şi prezentate

într-o maniera originală.

49

Rezutatele cercetărilor sunt comparabile cu materialele prezentate în literatura de specialitate

şi pe piaţa energetică mondială, chiar dacă speciile studiate nu sunt aceleaşi.

Direcţii viitoare de cercetare. Din studiile efectuate în lucrare s-au desprins unele direcţii

viitoare de cercetare, care au fost tratate mai puţin în cadrul lucrării, cum ar fi:

Extinderea cercetărilor privind realizarea peleţilor pe bază de rumeguş torefiat din specii

lemnoase indigene şi exotice, în compoziţii de specii diferite. De exemplu se poate folosi o

reţetă de 30% molid şi 70% fag pentru a permite o comprimare mai eficientă a materialelor

torefiate în momentul peletizării şi pentru a exclude folosirea aditivilor-lianţi de altă

natură.

Introducerea în domeniul de cercetare a rumeguşului torefiat a altor specii lemnoase decât

cele utilizate în lucrare, în special specii repede crescătoare precum cel din salcie, plop,

salcâm etc.

Introducerea unor aditivi naturali în compoziţia peleţilor torefiaţi, cum ar fi amidonul sau

deşeuri de la fabricarea zahărului, pentru a oferi o creştere a gradului de stabilitate şi

compactare a peleţilor fabricaţi din rumeguş torefiat.

Torefierea superficială (a suprafeţei exterioare) a peleţilor şi a brichetelor după realizarea

acestora, în vederea eliminării instabilităţii şi compactării acestora.

Modelări matematice privind determinarea descreşterii procentuale a compuşilor chimici în

biomasa torefiată.

Utilizarea unui rumeguş cu dimensiuni în afara domeniului studiat de 0,4-1,0 mm.

BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ

1. Abbasi S.A., Nipaney P.C., Schaumberg G.D., (1990). Bioenergy potential of eight common

aquatic weeds. Biological Wastes, Vol.34, No.4, pp. 359–366.

http://dx.doi.org/10.1016/0269-7483(90)90036-R

2. Aghamohammadi N., Sulaiman N. M. N., Aroua M. K., (2011). Combustion characteristics

of biomass in South East Asia. Biomass and bioenergy, Vol.35, pp.3884-3890.

DOI:10.1016/j.biombioe.2011.06.022

3. Almeida G., Brito J.O., Perré P., (2010). Alterations in energy properties of eucalyptus wood

and bark subjected to torrefaction: The potential of mass loss as a synthetic indicator.

Bioresource Technology, Vol. 101, pp. 9778–9784. doi:10.1016/j.biortech.2010.07.026

2. ASTM D3286-96 Standard Test Method for Gross Calorific Value of Coal and Coke by the

Isoperibol Bomb Calorimeter.

50

3. Berkesy C., Begea M., Berkesy L., Craciun M., Andreica M., Somesan M., (2011).

Aspecte ale producţiei de biomasă provenită din păduri. Ecoterra, No. 28, pp.23-30

4. Braga I., Frosin D., Ghincioiu N., (2003). Tehnologii de utilizare energetică a biomasei

lemnoase. Conferinţa naţională ştiinţa şi ingineria lemnului în mileniul III, Braşov, 20-21

Noiembrie, pp. 386

5. Bridgeman T.G., Jones J.M., Williams A., Waldron D.J., (2010). An investigation of the

grindability of two torrefied energy crops. Fuel, Vol. 89, p. 3911–3918.

doi:10.1016/j.fuel.2010.06.043

6. Bringezu S., Schütz H., O´Brien M., Kauppi L., Howarth R.W., McNeely J., (2009).

Towards sustainable production and use of recourses: Assessing biofuels. UNEP.

7. Câmpean M., Marinescu I., (2004). Tratamente termice ale lemnului: Uscarea cherestelei de

fag. Editura Universităţii Transilvania din Braşov, p.162

8. Cervinschi V., Braga I., Fosin D, (1993). Studii I.N.L. privind instalaţii de curăţare a gazelor

de ardere de suspensii şi bioxid de sulf (SO2) la cazanele centralelor termice din industria

lemnului, p.317-322

9. Chisaliţa D., (2007). Economia Energiei. Editura Universităţii Transivania din Braşov, p.164

10. Ciubota-Roşie C., Gavrilescu M., Macoveanu M., (2008). Biomass – an important renewable

source of energy in romania. Environmental Engineering and Management Journal, Vol.7,

No.5, p. 559-568. http://omicron.ch.tuiasi.ro/EEMJ/

11. Cleveland J.C., (2009). Dictionary of energy. University of Boston Press, p.581

12. DEX (1996). Dicţionar explicativ al limbii române. Bucureşti, Editura Univers Enciclopedic,

p.1192

13. Dihoiu N., (1995). Curs de fizica moleculara si caldura. Vol.1, Editura Universităţii

Transilvania din Braşov, p.131.

14. DIN 51900-1, (2000). Determining the gross calorific value of solid and liquid fuels using

the bomb calorimeter, and calculation of net calorific value – Part 1: General information,

Deutsches Institute fur Normung

15. Eurostat, (2012). Dezvoltare durabilă în Uniunea Europeană. Raport de monitorizare pentru

anul 2011 a Strategiei de dezvoltare durabilă a Uniunii Europene – Sinteză. [Online].

Available: <http://epp.eurostat.ec.europa.eu/cache/ITY_OFFPUB/KS-DK-12-001/EN/KS-

DK-12-001-EN.PDF> (Septembrie, 2012)

16. Feng S., Cheng S., Yuan Z., Leitch M., Xu (Ch.) C., (2013).Valorization of bark for

chemicals and materials: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 26, p.

560–578. http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2013.06.02463. Fosin D., Braga I., Bartalos D.,

(1993). Instalaţii de ardere a combustibilului lemnos pentru cazane centralelor termice din

51

industria lemnului. Sesiunea ştiinţifică jubiliară, 60 de ani de cercetare ştiinţifică şi 45 de

ani de învăţământ tehnic superior pentru industria de prelucrare a lemnului, Braşov, Oct,

1993

17. Gadonneix P., Barnés de Castro F., Franco de Medeiros N., Drouin R., Jain C.P.,Younghoon

D.K., Ferioli J., Nadeau M.-J., Sambo A., Teyssen J., Naqi A.A.,Ward G., Guobao Z., Frei

C., (2010). Survey of Energy Resources. London, United Kingdom, Published by: World

Energy Council

18. Gavrilescu D., (2008). Energy from biomass in pulp and paper mills. Revista Enviromental

Engineering and Management Journal, Vol. 8, No. 5, Sep-Oct, 2008, p.537-546

19. Gheorghiescu P., Teodoreanu D., Turcu I., Blujdea V., (2007). Plan de măsuri pentru

valorificarea surselor regenerabile de energie în România. On line:

<http://terraiii.ngo.ro/date/b2d1f2f8f1bb3ec1206dd2e29da29cba/plan_de_actiune.pdf>,

Accesat: 16.02.2013)

20. Gominho J., Lourenco A., Miranda I., Pereira H., (2012). Chemical and fuel properties

of stumps biomass from Eucalyptus globulus plantations. Industrial Crops and

Products, Vol.39, p. 12– 16. doi:10.1016/j.indcrop.2012.01.026

21. Grîu T. , Lunguleasa A., (2014a). Utilizarea biomasei drept combustibil solid. The use of

biomass as solid combustible. Recent, Vol. 15, Martie, Nr. 1(41), p.12-18

22. Haglund N., (2008). Guideline for classification of ash from solid biofuels and peat utilised

for recycling and fertilizing in forestry and agriculture. NT Technical Report, TR 613

23. IEA, (2012). International Energy Agency – Bioenergy Project Development and Biomass

Supply. On line: <http://www.iea.org/weo/2007.asp>, Accesat: 21.01.2012

24. Ion I.V., Ion D.-I., (2006). Energie din biomasa.Consideratii teoretice Energie, Nr.

7(38)/2006, On line: <http://www.tehnicainstalatiilor.ro/articole/pdf/nr_38/ 014-030.pdf >,

Accesat: 18.11.2011

25. Ionescu Gh., (2013). Biomasa. On line: <www.arhiconoradea.ro

/Info%20Studenti/Note%20de%20cursIonescu%20Gh/2%20SISTEME%20ENERGETICE%

20IN%20CONSTRUCTII/1%20Biomasa.pdf>, Accesat: 25.02.2013

26. Ivanescu, S.T., Nicovescu, H., Nedea, P., (1979). Răchitarii – Cultura şi valorificarea

rachitei. Editura Cereş, p.376

27. Jurginger M., Faaij A., Rosillo-Calle F., Wood J., (2006). The growing role of biofuels –

opportunities, challenges and pitfalls. International Sugar Journal, Vol. 108, p.618–629

28. Karp A., Shield I., (2008). Bioenergy from plants and the sustainable yield challenge. New

Phytologist, Vol. 179, p. 15–32. doi: 10.1111/j.1469-8137.2008.02432.x

52

29. Lunguleasa A., Costiuc L., Patachia S., Ciobanu V., (2007). Combustia ecologică a

biomasei lemnoase. Editura Universităţii Transivania din Braşov, p.124

30. Lunguleasa A., Grîu T., (2013). Procedeu de determinare a puterii calorice a biomasei

lemnoase folosind bomba calorimetrica cu soft propriu de lucru. A 2014 00249, BOPI nr.

7/2014. 30.07.2014, G01K17/00; G01N25/26 ,On line: www.

http://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio;jsessionid=4BE0A5BC86C85F795

3C694BC4B849E04.espacenet_levelx_prod_3?FT=D&date=20131129&DB=worldwide.esp

acenet.com&locale=en_EP&CC=RO&NR=129020A0&KC=A0&ND=4

31. Marosvölgyi B., Vityi A., (2004). Development of biomass projects in Hungary. Hungarian

Biomass Association, Bioenergia kerekasztal, Sopron, On line:

http://www.oekosozial.at/uploads/pics/Vityi_ppt.pdf, Accesat: 19.05.2013

32. McMillan J.D., (1997). Bioethanol production: Status and prospects. Renewable Energy,

Vol. 10, No 2-3, p. 295–302. http://dx.doi.org/10.1016/0960-1481(96)00081-X

33. McLaughlin S.B., Walsh M.E., (1998). Evaluating environmental consequences of producing

herbaceous crops for bioenergy. Biomass and Bioenergy, Vol.14, No 4, p. 317–324.

http://dx.doi.org/10.1016/S0961-9534(97)10066-6

34. Milos I., Tehnologii de obţinere a unor materiale cu valoare combustibilă superioară prin

asocierea rumeguşului de la prelucrarea lemnului cu reziduuri petroliere. Conferinţa

internaţională de comunicari ştiinţifice, industria lemnului în pragul mileniu III.

Universitatea Transilvania din Braşov, Braşov, Buletin 17-18, NOV, 2000, p.376

35. Panoutsou C., (2011). Supply of solid biofuels: Potential Feedstocks, Cost and sustainability

issues in EU27.2011. On line: < www.speinger.com >, Accesat: 26.09.2012

36. Piriou B., Vaitilingo G., Veyssière B., Cuq B., Rouau X., (2013). Potential direct use of solid

biomass in internal combustion engines. Progress in Energy and Combustion Science,

Vol.39, p. 169-188. http://dx.doi.org/10.1016/j.pecs.2012.08.001

37. Plieninger T.,Bens O., Hüttl R. F., (2006). Perspectives of bioenergy for agriculture and rural

areas. Outlook on Agriculture, Vol. 35, No 2, June 2006 , p. 123-127(5). DOI:

http://dx.doi.org/10.5367/000000006777641624

38. Raven R.P.J.M., Gregersen K.H., (2007). Biogas plants in Denmark: successes and setbacks.

Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol.11, No.1, January 2007, p. 116–132,

http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2004.12.002

39. Repellin V., Govin A., Rolland M., Guyonnet R., (2010). Energy requirement for fine

grinding of torrefied wood. Biomass and bioenergy, Vol. 34, p. 923–930

53

40. Şova M., Costiuc L., Şova D., Ungureanu V.B., Şerbanoiu N., Bacanu Gh., Muresan M.,

Huminic G., Dani P., Tarulescu R., (2004). Lucrări practice de termotehnică, maşini şi

instalaţii termice. Editura Universităţii din Braşov, p.127

41. Uemura Y., Wissam N. O., Noor A. Bt O., Suzana Bt Y.,Toshio T., (2011). Effect of

atmosphere on torrefaction of oil palm wastes. World renewable energy congress 2011 –

Sweden, 8-13 may 2011, Linkoping, Sweden. Bioenergy Technology, p. 516-523

42. Tudora E., (2009). Biomasa ca resurca regenerabila. Simpozionul Impactului Acquis-ului

comunitar asupra echipamentelor şi echipamentelor şi tehnologiilor de mediu - Agigea,

2009

43. Zecasin, (2005). Platfoma integrata locala pentru procesarea durabilă a resurselor

regenerabile din ferme argricole, program MENER, SC. ZECASIN S.A., 2005.On line:

<http://www.zecasin.ro/docs/powerfarm.pdf>, Accesat: 27.03.2012

54

Scurt rezumat (Abstract)

EVALUAREA ŞI MĂRIREA PUTERII CALORICE A BIOMASEI LEMNOASE

Rezumatul tezei de doctorat

Conducător Ştiinţific Doctorand

Prof. Univ. Dr.Ing. Aurel Lunguleasa Ing. Tatiana Grîu (Dobrev)

Lucrarea „Evaluarea şi creşterea puterii calorice a biomasei lemnoase” are ca obiectiv

principal evaluarea puterii calorice a speciilor lemnoase indigene şi exotice cât şi a altor rămăşiţe

rezultate din prelucrarea lemnului. Pe baza rezultatelor obţinute s-a trecut la rezolvarea celui de-

al doilea obiectiv al lucrării, respectiv creşterea puterii calorice, realizat prin tratarea termică de

scurtă durată a rumeguşului. În acest scop s-a folosit un cuptor de calcinare, iar pentru

determinarea puterii calorice s-a folosit bomba calorimetrică cu ardere explozivă tip XRY-1C.

În urma testelor de mărire a puterii calorice, rezultatele obţinute pentru rumeguşul celor

patru specii lemnoase studiate (molid, larice, fag şi stejar) au evidenţiat, o creştere cu 1-26 %, în

funcţie de temperatura la care a fost expus rumeguşul şi de durata tratării. Speciile de foioase au

prezentat creşteri ale puterii calorice de 4-10 % pentru temperaturi cuprinse între 200-300 0C şi

durata de tratare de 5 minute, iar speciile de răşinoase au prezentat creşteri de 3-9 %, pentru

acelaşi interval de temperatura. Creşterile de putere calorică ale micro-brichetelor obţinute cu

rumeguş torefiat pot concura din punctul de vedere al puterii calorice cu cărbunele de tip huila.

APPRECIATION AND INCREASING THE WOODEN BIOMASS CALORIFIC POWER

PhD Thesis Abstract

Scientific Coordinator PhD Student

Prof. Univ. Dr.Ing. Aurel Lunguleasa Ing. Tatiana Grîu (Dobrev)

Paper „Appreciation and increasing the wooden biomass calorific power” has as main

objective assessment of the calorific power of wooden native and exotic species and other debris

resulting from woodworking. Based on the results obtained was passed to the resolution of the

second objective of the paper, respectively the increase of calorific power, achieved by short heat

treatment of sawdust. For this purpose there was used a calcination furnace, and to determine the

calorific power was used calorimetric bomb explosive combustion type XRY-1C.

Following the tests of calorific power enlarge, results for sawdust of four wood species

studied (spruce, larix, beech and oak) revealed, an increase with 1-26%, depending on the

temperature to which it was exposed sawdust and the duration of treatment. Broadleaf species

showed increases of calorific power of 4-10% for temperature between 200-300 0C and the

duration of treatment 5 minutes, and softwood species showed increases 3-9%, for the same

temperature range. Increases the calorific value of the micro-briquettes obtained from sawdust

torrefaction can compete in terms of calorific power of type pit coal.

55

Curriculum-vitae

Informaţii personale

Nume/Prenume Grîu Dobrev Tatiana

Adresa Str. Braşovului, nr.65, bl.2, com. Hărman, jud. Braşov,

România

Telefon 0764454411

E_mail griu.tatiana86@gmail.com

Naţionalitate Româna

Data naşterii 01.04.1986

Sex Femenin

Educaţie şi formare

Perioada 2009-2011

Calificare/diploma

obţinută

Inginer Ingineria civilă/Diploma de Master

Numele şi tipul

instituţiei de

învăţământ/furnizor de

formare

Universitatea Transilvania din Braşov, str. Universităţii 1,

500068 Braşov, România

Informaţii

suplimentare

Publicaţii

Grîu T. Lunguleasa A. Sparchez Cosmin-Gherghe. 2014. The

compressive strength as the main property of wood briquettes.

Cienciea e tehologia viniviticola, Vol.29, No.7, pp.257-268.

ISSN: 0254-0223

Grîu T., Lunguleasa A., 2014. The use of the white poplar

(Populus alba L.) biomass as fuel. Forestry research journal,

(accepted paper)

Grîu, T., Lunguleasa A., 2013. Salix viminalis vs Fagus

sylvatica – Figth for renewable energy from woody biomass in

Romania. Envinroment Energy and Management Journal,

(accepted paper)

Lunguleasa A., Cosereanu C., Grîu Dobrev T. 2014. Procedeu

de crestere a puterii calorice pentru brichete din rumeguş. A

00249 din 31.03.2014

Dobrev T., Lunguleasa, A., 2013. Procedeu de determinare a

puterii calorice a biomasei lemnoase folosind bomba

calorimetrica cu soft propriu de lucru. A 2014 00249, BOPI nr.

7/2014. 30.07.2014

Dobrev Tatiana, Lunguleasa A., Sparchez Gheorghe-Cosmin.

Procedeu de evaluare a calitarii şi a indicelului de

marketabilitate pentru brichete lignocelulozice. BOPI nr. A

2013 00827

56

Curriculum-vitae (Limba engleză)

Personal information

Name/ Surname Grîu (Dobrev) Tatiana

Address Str. Braşovului, nr.65, bl.2, com. Hărman, Braşov, România

Phone +40764454411

E_mail griu.tatiana86@gmail.com

Nationality Romanian

Birthday 01.04.1986

Gender

Female

Education and training

Period 2009-2011

Qualification / diploma

obtained

Engineer Civil Engineering / Master Diploma

Name and type of

organization / training

provider

Transilvania University of Brasov, str. Universitatii 1, 500068

Brasov, Romania

Additional

information

Publications

Grîu T., Lunguleasa A., Sparchez Cosmin-Gherghe. 2014.

The compressive strength as the main property of wood

briquettes. Cienciea e tehologia viniviticola, Vol.29, No.7,

pp.257-268. ISSN: 0254-0223

Grîu T., Lunguleasa A., 2014. The use of the white poplar

(Populus alba L.) biomass as fuel. Forestry research journal,

(accepted paper)

Grîu, T., Lunguleasa A., 2013. Salix viminalis vs Fagus

sylvatica – Figth for renewable energy from woody biomass in

Romania. Envinroment Energy and Management Journal,

(accepted paper)

Lunguleasa A., Cosereanu C., Grîu Dobrev T. 2014. The

process of increasing the calorific value for briquettes. A

00249 din 31.03.2014

Dobrev T., Lunguleasa, A., 2013. Process for determining the

calorific value of wood biomass using bomb calorimetry own

software. A 2014 00249, BOPI nr. 7/2014. 30.07.2014

Dobrev Tatiana, Lunguleasa A., Sparchez Gheorghe-Cosmin.

The process for evaluating the quality and marketability index

lignocellulosic briquettes. A 2013 00827, BOPI nr.