TRANSFORMACIJA PEPELA IZ DRVENE BIOMASE U GRAĐEVNE KOMPOZITE S DODANOM VRIJEDNOŠĆU

Prof.dr.sc. Nina Štirmer, voditeljica projekta

Sveučilište u Zagrebu Građevinski fakultet

1.RADIONICA „Transformacija pepela iz drvene biomase u građevne kompozite s dodanomvrijednošću“,

Hrvatska gospodarska komora, 20. listopada 2017.

1

• 1.3.2017. - 28.2.2021.

CILJ PROJEKTA

• Detaljna karakterizacija raspoloživog pepela drvne biomase

• Razvoj novih građevnih kompozita

• Izvođenje demonstracijskog projekta

2

• Izvođenje demonstracijskog projekta

Suradnici:Sveučilište u Zagrebu Građevinski fakultet� Prof.dr.sc. I. Banjad Pečur� Prof. emerita D. Bjegović� Izv.prof.dr.sc. I. Gabrijel� Doc.dr.sc. A. Baričević� Doc.dr.sc. M. Jelčić Rukavina� Doc.dr.sc. B. Milovanović� Doc.dr.sc. M. Serdar

I. Carević, dipl.ing.građ.� I. Carević, dipl.ing.građ.Technische Universität Darmstadt Institut für Werkstoffe im Bauwesen� Prof. E. Koenders � Dr. sc. N. UkrainczykREGEA:� Mr. sc. V. ŠegonHolcim (Hrvatska) d.o.o.:� V. Višković Agušaj, dipl. ing. kemije� I. Rimac, dipl. ing. kem. tehn.

3

Pisma podrške:

� Hrvatska elektroprivreda d.d.

� Univerzal d.o.o., Varaždin

� Strizivojna Hrast d.o.o.� Strizivojna Hrast d.o.o.

� Slavonija OIE d.o.o.

� Pelet grupa d.o.o, Zagreb

4

5

Lokacije energana na biomasu u EU

Planirane lokacije elektrana na biomasu u Hrvatskoj do 2020.

Ministarstvo gospodarstva Republike Hrvatske, “OIE pregled – Interaktivna karta 62,” 2012.

Problematika pepela

• Jedna elektrana: 10 t/mjesečno pepela

• Predviđa se u EU-28: 600.000 t pepela

70 % odlaganje20 % poljoprivreda

10 % ostalo

• Veliki potencijal primjene pepela u građevinskoj industriji kao novog oblika sirovine

6

Izvor: http://biomassproject.blogspot.hr/2014/01/focus-on-biomass-

ash.htmlIzvor: http://carbonwaters.org/category/fill/

10 % ostalo

Mogućnost korištenja u poljoprivredi uz posebna ograničenja zbog kemijskog sastava (teški metali, elementi u tragovima)

Proizvodnja cementa

2,8 2,83,0

3,3

4,0

2,83,03,23,43,63,84,0

Pro

izvo

dn

ja c

emen

ta(m

ilij

ard

a to

na)

7

2,6

2,8

2,02,22,42,62,8

2006 2007 2008 2009 2010 2013

Pro

izvo

dn

ja c

emen

ta(m

ilij

ard

a to

na)

Godina

Pri proizvodnji cementa nastane 5 - 7 % ukupne svjetske emisije CO2

Usporedba – leteći pepeo dobiven izgaranjem ugljena

Svojstvo Norma Kriterij

Gubitak žarenjem HRN EN 196-2:2013

Razred A < 5,0 mas. %

Razred B < 7,0 mas. %

Razred C < 9,0 mas. %

Sadržaj klorida, Cl- HRN EN 196-2:2013 < 0,10 mas. %

Sadržaj sulfata, SO3 HRN EN 196-2:2013 < 3,0 mas. %

Sadržaj slobodnog kalcijevog oksida HRN EN 451-1:2017 < 1,5 mas. %

Sadržaj reaktivnog kalcijevog oksida* HRN EN 197-1:2012 < 10,0 mas. %

Svojstvo Norma Kriterij

Udio sitnih čestica *HRN EN 451-2:2017 ili

Razred N < 40,0 mas. %

(± 10 % od deklarirane vrijed.)

HRN EN 450-1:2013 Leteći pepeo za beton -

1. dio: Definicije, specifikacije i kriteriji

sukladnosti

Sadržaj reaktivnog kalcijevog oksida* HRN EN 197-1:2012 < 10,0 mas. %

Sadržaj reaktivnog silicijevog

dioksida**HRN EN 197-1:2012 > 25 mas. %

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3** HRN EN 196-2:2013 > 70 mas. %

Ukupni sadržaj alkalija**, Na2Oeq HRN EN 196-2:2013 < 5,0 mas. %

Sadržaj magnezijevog oksida**, MgO HRN EN 196-2:2013 < 4,0 mas. %

Sadržaj ukupnog fosfata**, P2O5 ISO 29581-2 < 5,0 mas. %

Sadržaj topivog fosfata***, P2O5

HRN EN 450-

1:2013, Dodatak C< 100 mg/kg

8

Udio sitnih čestica *HRN EN 933-10:2009

(± 10 % od deklarirane vrijed.)

Razred S < 12,0 mas. %

Indeks aktivnosti HRN EN 196-1:201628 dana > 75 %

90 dana > 85 %

Postojanost volumena** HRN EN 196-3:2016 < 10 mm

Gustoća čestica HRN EN 1097-7:2008± 200 kg/m3 od deklarirane

vrijednosti

Početak vremena

vezivanja***HRN EN 196-3:2016

Ne smije biti više od 2 x dulje

od početka vezivanja

referentne mješavine

Potreba za vodomHRN EN 450-1:2013,

Dodatak B

Razred N - nema zahtjeva

Razred S < 95,0

Dijagram tijeka projekta

1. PREGLED STANJA ZNANJA NA PODRUČJU ISTRAŽIVANJA

2. KARAKTERIZACIJA I OCJENA PDB ZA PRIMJENU U BETONU

3. RAZVOJ MINERALNIH KOMPOZITA S PDB

6.D

ISE

MIN

AC

IJA

UP

RA

VLJA

NJE

P

RO

JE

KTO

M

-om

9

3. RAZVOJ MINERALNIH KOMPOZITA S PDB

4. RAZVOJ MINERALNIH KOMPOZITA ZA SPECIFIČNE PRIMJENE

5. PROVEDBA PILOT PROJEKTA

6.D

ISE

MIN

AC

IJA

7.

UP

RA

VLJA

NJE

-om

Potencijal pepela

Kemijski sastav pepela ovisi o:

� tehnologiji obrade biomase� mjestu nastanka pepela

� pepeo iz ložišta (biomass bottom ash) � leteći pepeo (biomass fly ash)

10

� leteći pepeo (biomass fly ash)� temperaturi termičke obrade biomase� o korištenoj biomasi

Foto: Centralni kemijsko – tehnološki laboratorij, HEP proizvodnja

Karakterizacija drvne biomase i pepela (PDB-a)

• različiti izvori biomase i različite tehnologije spaljivanja

• kemijski sastav, pucolanska aktivnost, prisustvo teških metala

11

Klasifikacija PDB-a kao punila ili zamjene za dio cementa

Inženjerska svojstva mineralnih kompozita s PDB-om

• hidratacija, vrijeme vezivanja, mehanička svojstva

• variranje udjela PDB-a i vodovezivnog omjera

• mikrostrukturne analize

• izluživanje teških metala• izluživanje teških metala

12

Ispitivanje svojstava betona s PDB-om

• Mehanička svojstva• Tlačna čvrstoća, vlačna čvrstoća, modul elastičnosti

• Trajnosna svojstva• kapilarno upijanje, vodopropusnost, plinopropusnost, difuzija

klorida, otpornost na smrzavanje i odmrzavanje

• volumenska stabilnost (autogeno skupljanje, plastično skupljanje i skupljanje uslijed sušenja)

• rizik od korozije armature

• otpornost na djelovanje visokih temperatura

13

Potencijal pepela

Primjena Funkcija

Alternativna veziva kao zamjena za postojeći cement Komponenta

Proizvodnja klinkera (cementa) Sirovina

Betonski proizvodi Punilo/Vezivo

Pregled potencijalne primjene pepela od drvne biomase u građevinskoj industriji

Izvor: Eijk van, R. J, KEMA, 2012

Betonski proizvodi Punilo/Vezivo

Građevinski materijal za gradnju cesta Vezivo/Sirovina

Opeka na bazi pijeska i vapna Punilo/Vezivo

Infrastrukturni radovi (nasipi, nasipavanje) Materijal za nasipavanje

Stabilizator tla VezivoUmjetni agregat Sirovina

14

Zaključak

ELEKTRANA NA

BIOMASU

TOPLINSKA

i/ili ELEKTRIČNA

ENERGIJA

DRVNA

BIOMASA

15

PEPEO IZ DRVNE BIOMASE

ZNANOST O MATERIJALIMAGRAĐEVINSKA

INDUSTRIJA

HVALA NA POZORNOSTI!

16

Mail: ninab@grad.hrwww.grad.hr/tarec

Projekt „Transformacija pepela iz drvene biomase u građevne kompozite s dodanom vrijednošću - TAREC2” (IP-06-2016) financira Hrvatska zaklada za znanost.