Definition of the Subject and its Importance
For the energetic use of biomass, a number of combustion and gasification processes exist. Especially high efficient processes, often developed for the use of coal, have very strict fuel requirements. In many cases, “classical” solid biofuels (like wood logs, wood chips) cannot fulfill the requirements of these conversion processes. The solution is the adaption of the fuel properties to meet the process requirement by a pretreatment step. The results are upgraded “new” solid biofuels suitable for highly sophisticated conversion processes.
A second driver for biomass pretreatment is the increased demand for biomass as a renewable energy carrier. Therefore it is necessary to utilize also organic mass streams with low quality, e.g., leaves, bark, straw, and hay. Biomass pretreatment alters the transport, storage, and handling characteristics of solid biofuels, as well as their combustion and gasification properties. In doing so, it enables...
Access this chapter
Tax calculation will be finalised at checkout
Purchases are for personal use only
Abbreviations
- Upgraded solid biofuel :
-
is a solid fuel, which is produced in a technical process, using biomass as feedstock.
- Pelletizing:
-
is the process of compressing material into the shape of a pellet.
- Briquetting:
-
is a process of forming briquettes or compacts under pressure with bigger and other sizes than pellets.
- Torrefaction:
-
is a mild pyrolysis process performed at temperatures between 200°C and 300°C within an inert atmosphere.
- Hydrothermal carbonization:
-
is a process for the production of a solid fuel in hot pressurized water.
- Biocoal:
-
is a solid fuel produced by hydrothermal carbonization
Bibliography
Primary Literature
Kaltschmitt M (2009) Energie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren, vol 2, neu bearb. und erw. Aufl. Springer, Berlin, pp S. 264–S. 275
Rumpf H (1958) Grundlagen und Methoden des Granulierens. Chem Ing Tech 30(3):S. 144–S. 158
Rumpf H, Herrmann W (127) Eigenschaften, Bindungsmechanismen und Festigkeit von Agglomeraten. Aufbereitungstechnik 11(3):S. 117–S. 127
Pietsch W (2002) Agglomeration processes – Phenomena, technologies, Equipment. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, pp S. 29–S. 138
Gilpin AS, Hermann TJ, Behnke KC, Fairschild FJ (2002) Feed moisture, retention time, and steam as quality and energy uitlization determinants in the pelleting process. Appl Eng Agric 18(3):S. 331–S. 338
Skoch ER, Behnke KC, Deyoe CW, Binder SF (1981) The effect of steamconditioning rate on the pelleting process. Anim Feed Sci Technol 6:S. 83–S. 90
Kaliyan N, Morey RV (2010) Natural binders and solid bridge type binding mechanisms in briquettes and pellets made from corn stover and switchgrass. Bioresour Technol 101(3):1082–1090
Pietsch W (2002) Agglomeration processes – Phenomena, technologies, Equipment. Wiley-VCH Verlag GmbH, Weinheim, pp S. 229–S. 383
Krug H, Naundorf W (1984) Braunkohlenbrikettierung – Grundlagen und Verfahrenstechnik, vol 1 + 2. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig
Rieschel H (1963) Various types of briquetting presses and their applications. IBA Proc 8:S. 20–S. 34, In: Messman HC, Tibbetts TE: Elements of briquetting and agglomeration, Canada, 1977
Schubert H (2003) Handbuch der mechanischen Verfahrenstechnik: Partikeleigenschaften, Mikroprozesse, Makroprozesse, Zerteilen, Agglomerieren, Trennen, Mischen, Schüttgut, vol 1. Wiley-VCH, Weinheim, pp S. 433–S. 498
Ruttloff C et al (1981) Technologie Mischfuttermittel. VEB Fachbuchverlag, Leipzig, pp S. 286–S. 344
Obernberger I, Thek G (2009) Herstellung und energetische Nutzung von Pellets: Produktionsprozess, Eigenschaften, Feuerungstechnik, Ökologie und Wirtschaftlichkeit, 1st edn. BIOS Bioenergiesysteme, Graz
Thomas M, Zuilichem DJ, Poel AFBd (1997) Physical quality of pelleted animal feed 2. Contribution of processes and its conditions. Anim Feed Sci Technol 64:S. 173–S. 192
Robinson RA (1971) The pelleting of animal feeds. IBA Proc 12:S. 97–S. 112, In: Messman HC, Tibbetts TE Elements of briquetting and agglomeration, Canada, 1977
Kiesewalter S, Röhricht C (2006) Herstellung und Nutzung von Brennstoffpellets aus landwirtschaftlicher Biomasse, Poster, Version: 2006
Kiesewalter S, Röhricht C (2008) Nutzung von kontaminierten Böden, Schriftreihe der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft, Heft 30, 2008
Kirsten C, Weller N, Lenz V, Pilz B (2010) Miscanthuspellets – Chancen und Erfahrungen in Deutschland, European Pellet Conference 2010
Behnke KC (2008) Aufbereiten und Konditionieren für die Pelletherstellung: Weltweit ein Kernthema in der Mischfuttertechnologie. Mühle und Mischfutter 145(16):S. 523–S. 527
Samson R, Duxbury P (2000) Assessment of Pelletized Biofuels
Jansen HD, Friedrich W (1985) Einfluss der Aufbereitung auf Pressfähigkeit und Energiebedarf bei der Mischfutterproduktion. Mühle und Mischfuttertechnik 122(45)
Tabil LG (1996) Binding and pelleting characteristics of alfalfa: PhD Thesis. University of Saskatchewan, 1996
Friedrich W, Rohbohm KF (1979) Der Verdichtungsvorgang in der Futtermittelpresse: Einfluss der Betriebsbedingungen auf Energiebedarf und Pelletfestigkeit. Mühle und Mischfuttertechnik 116(39):S. 527–S. 530
Adapa PK, Singh AK, Schoenau J, Tabil LG (2006) Pelleting characteristics of fractionated alfalfa grinds: hardness models. Powder Handling and Processing 18(5):S. 294–S. 299
Mani S, Tabil LG, Sokhansanj S (2006) Effects of compressive force, particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses. Biomass Bioenergy 30(7):S. 648–S. 654
Gilbert P, Ryu C, Sharifi V, Swithenbank J (2009) Effect of process parameters on pelletisation of herbaceous crops. Fuel 88(8):S. 1491–S. 1497
Adapa PK, Singh AK, SchoenauJ, Tabil LG (2006) Pelleting Characteristics of fractionated alfalfa grinds: hardness models. Powder Handling and Processing 18
Adapa PK, Tabil LG, Schoenau J, Sokhansanj S (2004) Pelleting characteristics of fractionated sun-cured and dehydrated alfalfa grinds. Appl Eng Agric 20(6):S. 813–S. 820
Larson SH, Thyrel M, Geladi P, Lestander TA (2008) High quality biofuel pellet production from pre-compacted low density raw materials. Bioresour Technol 99(15):S. 7176–S. 7182
Friedrich W (1983) Warum ist Dampfzugabe beim Pelletieren wirtschaftlicher als Wasser? Mühle und Mischfuttertechnik 120(14)
Kiesewalter S, Röhricht C (2004) Pelletierung von Stroh und Heu, European Pellets Conference 2004 – Proceedings, S. 283–S. 295
Löwe R (2004) Pelletierverhalten rohfaserreicher Futtermischungen. Mühle und Mischfutter 141(18):S. 577–S. 582
Kiesewalter, Röhricht C (2007) Untersuchungen zur energetischen Nutzung von Heupellets mit verschiedenen Zuschlagsstoffen in zwei unterschiedlichen Feuerungsanlagen. In: Nutzungsalternativen für Grünland, Schriftreihe der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft, Heft 2, 2007
Steenarie B-M, Lundberg A, Petersson H, Wilewska-Bien M, Andersson D (2009) Investigation of ash sintering during combustion of agricultural residiues and the effect of additives. Energy Fuels 23:5655–5662
Steenarie B-M, Lindqvist O (1998) High-Temperature reactions of straw ash and the anti-sintering additives Kaolin and Dolomite. Biomass Bioenergy 14:67–76
Fernández Llorente MJ, Díaz Arocas P, Gutiérrez Nebot L, Carrasco García JE (2008) The effect of the chemical materials on the sintering of biomass ash. Fuel 87:S.2651–S.2658
Girard P, Shah N (1989) Recent developments on torrefied wood, an alternative to charcoal for reducing deforestation. In: FAO/CNRE Workshop, Norway, 1989, pp 101–114
Bergman PC (2005) Combined torrefaction and pelletisation. ECN-C-05-073, Energy research Centre of the Netherlands (ECN). Petten, Netherlands, 2005
Shafizadeh F (1982) Introduction to pyrolysis of biomass. Name J Anal Appl Pyrol 3:283–305
Bergman PC, Boersma AR, Kiel J, Prins MJ, Ptasinski KJ, Janssen FJ et al (2005) Torrefaction for entrained-flow gasification of biomass. ECN-C-05-067, Energy research Centre of the Netherlands (ECN), Petten, Netherlands, 2005
Kaltschmitt M, Hartmann H, Hofbauer H (2009) Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. 2. neu bearbeitete und erweiterte Auflage. Media. Springer, Berlin Heidelberg, 2009
Bergman P, Boersma A, Kiel J, Zwart R (2005) Torrefaction for biomass co-firing in existing coal-fired power stations “BIOCOAL”. ECN-C-05-013, Energy research Centre of the Netherlands (ECN), Petten, Netherlands, 2005
Bridgeman T, Jones J, Shield I, Williams P (2008) Torrefaction of reed canary grass, wheat straw and willow to enhance solid fuel qualities and combustion properties. Fuel 87:844–856
Felfli FF, Luengo CA, Suárez JA, Beatón PA (2005) Wood briquette torrefaction. Energy Sustain Dev IX:19–22
Bourgois J, Guyonnet R (1988) Characterization and analysis of torrefied wood. Wood Sci Technol 22:143–155
Couhert C, Commandre J, Salvador S (2009) Impact of torrefaction on syngas production from wood. Fuel 88:2286–2290
Prins MJ, Ptasinski KJ, Janssen FJ (2006) Torrefaction of wood Part 1. Weight loss kinetics J Anal Appl Pyrol 77:28–34
Deng J, Wang G, Kuang J, Zhang Y, Luo Y (2009) Pretreatment of agricultural residues for co-gasification via torrefaction. J Anal Appl Pyrol 86:331–337
Arias B et al (2008) Influence of torrefaction on the grindability and reactivity of woody biomass. Fuel Process Technol 89:169–175
Ullmann’s encyclopedia of industrial chemistry (2002). Wiley-VCH.
Bergius F (1913) Die Anwendung hoher Drucke bei chemischen Vorgängen und eine Nachbildung des Entstehungsprozesses der Steinkohle. Knapp. Halle (Saale), 1913
Thrän D et al (2006) Sustainable strategies for biomass use in the european context. Analysis in the charged debate on national guidelines and the competition between solid, liquid and gaseous biofuels. IE-Report 1/2006. Leipzig, 2006
Guo Y et al (2010) Review of catalytic supercritical water gasification for hydrogen production from biomass. Renewable Sustainable Energy Rev 14:334–343
Berl E (1934) Origin of asphalts, oils, natural gas and bituminous coal. Science 80:227–228
Berl E (1944) Production of oil from plant material. Science 99:309–312
Goudriaan F et al (2001) Progress in thermochemical biomass conversion. Blackwell Science Ltd., Oxford, pp 1312–1325
Peterson A et al (2008) Thermochemical biofuel production in hydrothermal media: A review of sub- and supercritical water technologies. Energy Environ Sci 1:32–65
Matsumura Y (2002) Evaluation of supercritical water gasification and biomethanation for wet biomass utilization in Japan. Energy Convers Manage 43:1301–1310
Lu Y et al (2007) Thermodynamic modeling and analysis of biomass gasification for hydrogen production in supercritical water. Chem Eng J 131:233–244
Kruse A, Dinijus E (2007) Hot compressed water as reaction medium and reactant Properties and synthesis reactions. J Supercrit Fluids 39:362–380
Zhang L, Xu C, Champagne P (2010) Overview of recent advances in thermo-chemical conversion of biomass. Energy Convers Manage 51:969–982
Kruse A, Gawlik A, Henningsen T (2002) Reaktionen von Biomassen in heißem Hockdruckwasser: Schlüsselsubstanzen als Werkzeug zum Verständnis der Chemie bei Vergasung und Verflüssigung. DGMK-Fachbereichstagung “Energetische Nutzung von Biomassen.” Velen, German, 22–24 April 2002
Karagöz S, Bhaskar T, Muto A et al (2005) Comparative studies of oil compositions produced from sawdust, rice husk, lignin and cellulose by hydrothermal treatment. Fuel 84:875–884
Sinag A, Gülbay S, Uskan B et al (2009) Comparative studies of intermediates produced from hydrothermal treatments of sawdust and cellulose. J Supercritical Fluid 50:121–127
Srokol Z, Bouche AG, van Estrik A et al (2004) Hydrothermal upgrading of biomass to biofuel; studies on some monosaccharide model compounds. Carbohydr Res 339:1717–1726
Funke A, Ziegler F (2010) Hydrothermal carbonization of biomass: A summary and discussion of chemical mechanisms for process engineering. Biofuels, Bioproducts & Biorefining, 2010
Titirici AM, Thomas A, Antonietti M (2007) Back in the black: hydrothermal carbonization of plant material as an efficient chemical process to treat the CO2-problem. New J Chem 31:787–789
EnerTech Environmental Inc (2006) The SlurryCarb™-process
Wittmann T (2009) Energetische Nutzung von Kohle aus Biomasse. Fachgespräch der FNR “Hydrothermale Carbonisierung – Stand der Entwicklung.” Berlin, 11/12 Feb 2009
BelusaT. et al (2010) Hydrothermale Karbonisierung und energetische Nutzung von Biomasse- Möglichkeiten und Grenzen. In: Hydrothermale Carbonisierung. Gülzower Fachgespräche, vol 33, FNR 2010
Ranke HG (2009) Wässrige Phase aus der HTC: Zusammensetzung und Abbaubarkeit. Fachveranstaltung “Energie und Rohstoffe aus landwirtschaftlichen Reststoffen – Hydrothermale Carbonisierung ein geeignetes Verfahren?” des Johann Heinrich von Thünen-Instituts, Berlin
Altensen R, Richarts F (2008) Hydrothermal Carbonisierung (HTC) ein neues Verfahren zum Erzeugen von Kohle aus Pflanzen und Pflanzenresten. RENEXPO Augsburg 10. Oktober 2008
Griebe St, Krautz H-J, Paulick G Möglichkeiten der thermischen Verwertung von mechanisch entwässertem Klärschlamm und weiteren Reststoffen in einer mit Trockenbraunkohle betriebenen Zykloidfeuerung. www.kwt.tu-cottbus.de
Schuchardt F (2009) Organische Reststoffe aus Landwirtschaft, Agrarindustrie und Kommunen. Fachveranstaltung “Energie und Rohstoffe aus landwirtschaftlichen Reststoffen – Hydrothermale Carbonisierung ein geeignetes Verfahren?”. des Johann Heinrich von Thünen-Instituts, Berlin 5
Richarts F (2009) Feste Bestandteile aus der HTC: Zusammensetzung und energetische Verwertung. Fachveranstaltung “Energie und Rohstoffe aus landwirtschaftlichen Reststoffen – Hydrothermale Carbonisierung ein geeignetes Verfahren?”. des Johann Heinrich von Thünen-Instituts, Berlin
Wittmann T (2010) Veredlung von Biomasse zu SunCoal im CarboREN-Verfahren. Erdöl Erdgas Kohle 12(6):215
Sevilla M, Fuertes AB (2009) The production of carbon materials by hydrothermal carbonisation of cellulose. Carbon 47:2281ff
Kammann C (2010) Biokohle gegen den Klimawandel – Potentiale und Forschungsbedarf. Pyrolyse, HTC, Biochar Co., Hoechst, 17 März 2010
Hu B, Antonietti M et al (2010) Engineering carbon materials from the hydrothermal carbonization process of biomass. Adv Mater 22:813 ff
Nielsen NPK (2009) Taking analysis of raw material for wood – Pellets a step further. Bioenergie International 38(3):S. 17–S. 19
Nielsen NPK (2010) Production an R&D – Test facilities for biomass milling and pelletizing, Opening for test plant for bio-pelleting. Sdr. Stenderup, Denmark
Holm JK, Henriksen UB, Hustad JE, Sorensen LH (2006) Toward an understanding of controlling parameters in softwood and hardwood pellets production. Energy Fuels 20(6):2686–2694
Stelte W (2010) Predictive method for estimating the pelletizing properties of different types of biomass. European Pellet Conference, 2010
Gessner H (1985) Die pelletierung von Futtermitteln. Mühle und Mischfuttertechnik 122
Jannasch R, Quan Y, Samson R (2001) A process and energy analysis of pelletizing switchgrass: final report: prepared for: natural resources Canada. Alternative Energy Division, 2001
Yan W, Acharjee TC, Coronella CJ, Va VR (2009) Thermal pretreatment of lignocellulosic biomass. Environ Prog Sustainable Energy 28:435–440
Books and Reviews
Babu B (2008) Biomass pyrolysis: a state-of-the-art review. Biofuels Bioprod Bioref 2:393–414. doi:10.1002/bbb
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Editor information
Editors and Affiliations
Rights and permissions
Copyright information
© 2013 Springer Science+Business Media New York
About this entry
Cite this entry
Klemm, M., Schmersahl, R., Kirsten, C., Weller, N. (2013). Biofuels : Upgraded New Solids . In: Kaltschmitt, M., Themelis, N.J., Bronicki, L.Y., Söder, L., Vega, L.A. (eds) Renewable Energy Systems. Springer, New York, NY. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5820-3_247
Download citation
DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-5820-3_247
Published:
Publisher Name: Springer, New York, NY
Print ISBN: 978-1-4614-5819-7
Online ISBN: 978-1-4614-5820-3
eBook Packages: EnergyReference Module Computer Science and Engineering