Die SPP ist bei der HFA im Einsatz © Holzforschung Austria
Die Qualität von Holzpellets wird vor allem von der Konfiguration der Prozessparameter während des Pelletierens bestimmt. Um unterschiedliche Parametereinstellungen kostengünstig und einfach austesten zu können, wird seit 2018 bei der Holzforschung Austria (HFA), Wien, mit der Single Pellet Press (SPP) gearbeitet. Die Ergebnisse wurden mehrfach mit den Ergebnissen von Pelletspressen verschiedener Größe und Bauart verglichen und zeigen, dass die SPP wertvolle Erkenntnisse für die Prozessoptimierung bringen kann.
Einfüllen vom Rohmaterial © Holzforschung Austria
Die SPP kommt beim Rohmaterial-Assessment zum Einsatz. Dabei können Fragen, wie nach der grundsätzlichen Eignung des Materials, dem optimalen Feuchtegehalt, der Notwendigkeit von Additiven oder der Wahl der passenden Matrize, geklärt werden. Dies spart Zeit und Geld, bevor eine Industriepresse überhaupt in Betrieb genommen wird. Ebenso wird die SPP eingesetzt, um den Einfluss von Prozessbedingungen, wie zum Beispiel Temperatur oder Druck, auf den Energiebedarf der Produktion und die mechanischen Eigenschaften der Pellets zu untersuchen.
Funktionsprinzip der SPP
Fertiges Pellet © Holzforschung Austria
Die Laborpresse wird auf einer Universalprüfmaschine montiert. Die Temperatur der Pressenheizung wird auf den gewünschten Wert zwischen Raumtemperatur und 200° C eingestellt. Das Rohmaterial wird direkt in die Matrizenöffnung gefüllt und dann mittels eines Pressstempels von oben vertikal durch den Presskanal gedrückt. Die eigens für die SPP programmierte Software liefert in hoher zeitlicher Auflösung Daten zu Kraft und Verformung sowie zum Energiebedarf des gesamten Pressvorganges. Im Gegensatz zur Industriepresse können die Arbeitskomponenten für Kompressions-, Friktions- und Fließarbeit als Einzelkomponenten isoliert betrachtet werden. Dies gibt einen detaillierten Aufschluss über die Pelletiereigenschaften von Rohstoffen.
Skalierungsstufen: Labor – Technikum – Industrie
Neben den Faktoren Wassergehalt und Temperatur wurden auch verschiedene Körnungen und Schichtdicken untersucht. Rohmaterialien mit unbekannten Pelletiereigenschaften, wie etwa Laubhölzer oder Rohstoffmischungen, werden hinsichtlich des Fließwiderstands sowie der Haft- und Gleitreibung geprüft, um für die Planung von Versuchsreihen die Auswahl der richtigen Matrize zu erleichtern.
Bei den Vergleichen zwischen Laborpresse und der Pelletieranlage im Biomassetechnikum der HFA mit demselben Parameter-Setting zeigte sich eine gute Korrelation bei der mechanischen Festigkeit des gefertigten Presslings.
In Rahmen der Masterarbeit „Einfluss von Hubgröße und Temperatur auf das Bruchverhalten von Pellets“ (Valerie Minihold, 2020) wurde gezeigt, dass mit der SPP auch komplexere Modelle des Pelletiervorgangs erstellt werden können, welche auf die Pelletierung mit Ringmatrize umlegbar sind.
Die Übertragbarkeit von SPP-Ergebnissen auf den realen Pelletierprozess ist insbesondere in Bezug auf die Qualitätsparameter von Pellets gegeben. Die Skalierbarkeit von Prozessgrößen, wie etwa dem Energieeintrag, ist noch Gegenstand der Forschung. Die SPP hilft damit, Forschungs- und Entwicklungsprozesse zielgerichtet, kostengünstiger und schneller zu gestalten. Man spart sich damit in den beiden darauffolgenden Skalierungsebenen des Technikums und der Industrieanlage sehr viele Versuchseinstellungen.
