Hopp til hovedinnholdet

Søk i

altansatteprosjekterpublikasjonertematjenesterkalendernyheter
Tilbake til Tema

Trevirkets brennverdi

P1030371
Når ved brenner frigjøres energi. Men hva skjer? Foto: Eirik Nordhagen
Publisert: 08.08.2017

Når ved brenner frigjøres energi, men hvilke prosesser er det egentlig som foregår i vedovnen? Og hvilke faktorer er det som påvirker trevirkets brennverdi?

Brennverdi er den mengde energi som frigjøres når et materiale brenner fullstendig opp. Det brukes tre ulike enheter for brennverdi: Øvre brennverdi, nedre brennverdi og effektiv brennverdi.


Trevirkets bestanddeler og brennverdi

Trevirke dannes gjennom fotosyntesen. Dette er en prosess der plantene omdanner CO2, vann og sollys til sukker. Planten er rask med å omforme sukkeret videre til plantemateriale som rot, stengel, blad, frukt eller blomst. Plantemateriale er altså dannet av sukker, også kalt karbohydrater. Som navnet sier består det av karbon C, hydrogen H og oksygen O.

Levende trevirke inneholder omtrent 50 prosent vann og 50 prosent tørrstoff. Av tørrstoffet er vektfordelingen av grunnstoffene omtrent slik: 48 - 52 prosent vil være karbonatomer, 6 - 6,5 prosent hydrogenatomer, 38 - 42 prosent oksygenatomer og 0,5 - 5 prosent aske og nitrogen. Se figuren nedenfor. Under forbrenning av trevirke vil kun karbon- og hydrogenatomene bidra til brennverdien til trevirket. Derfor vil et høyt innhold av karbon- og hydrogenatomer bidra til høy brennverdi.
Figur 3.jpg
Hva inneholder trevirket? Foto: Eirik Nordhagen

Oksygenet i veden bidrar ikke med energi i forbrenningen. Oksygenet tar opp plass og fortrenger dermed hydrogen og karbon. Oksygenrikt brensel vil derfor ha lavere brennverdi dess mer oksygen det inneholder.

Fuktigheten i veden har dobbel negativ effekt på brennverdien. For det første vil vannet fortrenge vedstoff. Tenk deg at du legger en vedkubbe på 1000 g som inneholder 30 prosent fuktighet inn i ovnen. Da legger du egentlig inn bare 700 g tørrstoff, og det er jo tørrstoffet som inneholder energi. For det andre vil vannet som er i veden måtte fordampes. Fordampning krever energi og denne må tas fra energien som dannes når tørrstoffet forbrenner. Slik blir vannet en dobbel energityv.

 

Øvre brennverdi

All biomasse inneholder hydrogen. Når hydrogen brenner dannes vann. Det betyr at selv om brenslet er helt vannfritt vil det være vanndamp i røykgassen. Hvis ovnen er laget slik at vanndampen kondenserer til flytende vann, vil det frigjøres energi som kan nyttiggjøres. Da får vi tatt ut maksimalt med energi fra røykgassene. Brennverdien som vi måler når vi kjøler alle gassene som dannes helt ned til romtemperatur kalles øvre brennverdi. I noen store forbrenningsanlegg har man såkalt røkgasskondensering som feller ut vannet fra røykgassen. Her kan effekten på anlegget øke med typisk 10 – 30 prosent avhengig hvor mye fuktighet som er i brenselet.
 

Nedre brennverdi

Det er få ovner som kjøler røykgassen til så lav temperatur at vannet kondenserer. En grunn er at dersom varme flater i kjel og pipe utsettes for varmt vann kan det gi korrosjon og forkorte levetiden til anlegget. Dette skyldes at røykgassene ofte inneholder en del syrer som virker etsende på kjelestålet. En annen grunn er at det vil dannes mye vann som skal ledes bort. For eksempel vil det ved forbrenning av 1 kg helt tørr ved dannes over en halv liter vann (540g). Da er det enklere å slippe vannet ut som damp. Dette ser vi som hvit røyk en kjølig dag. Når ovnen slipper ut vannet som dannes ved forbrenning av helt tørr ved slik som beskrevet her, får vi en litt lavere brennverdi en den øvre brennverdi. Dette kalles nedre brennverdi.

 

Effektiv brennverdi

I praksis vil all ved inneholde fuktighet. Godt tørket ved kan ha 15 – 25 prosent fuktighet av total vekt mens ferskt virke ligger rundt 50 prosent. Når fuktig ved brenner vil en del av energien som frigjøres ved forbrenningen måtte fordampe vannet i veden. Hvis kjelen ikke kondenserer vannet, vil denne energien slippes ut i pipen. I tillegg vil vannet i veden ta opp plass til tørrstoffet. For eksempel vil 1 kg ved med 30 prosent fuktighet inneholde 300 g vann. Da blir det bare 700 g tørrstoff som bærer energi. Disse 700 g tørrstoff vil danne 378 g vann. Så totalt vil 1 kg ved med 30 prosent fuktighet avgi 678 g vann. Fuktigheten i veden stjeler således energi på to måter, både fordi vannet må fordampes og fordi det er mindre tørrstoff i veden som brennes. Brennverdien som fuktig ved avgir kalles effektiv brennverdi.

I de fleste fyringsanlegg blir ikke kondensasjonsenergien fra vanndampen utnyttet. Derfor er det bare effektiv brennverdi som kan utnyttes i de fleste fyringsanlegg.
 

Måling av brennverdi - kalorimeter

Brennverdien i trevirke måles som oftest i et kalorimeter. Kalorimeteret består av en solid gasstett stålsylinder med skrulokk. Den har også tilkobling til gass og strøm. Inn i sylinderen legger man inn en trebit på ca. ett gram. Trebiten veies på en vekt med 1/1000 g nøyaktighet. Deretter fyller man sylinderen med rent oksygen under ca. 20 bars trykk.

Rett over trebiten er det plassert en glødetråd. Sylinderen senkes ned i et vannbad på ca. 2 liter vann i en termos. Så sendes en liten strømpuls til glødetråden som øyeblikkelig antenner trebiten. Siden atmosfæren i kalorimeteret består av rent oksygen brenner trebiten kjapt og fullstendig opp i en liten eksplosjon. Derfor kalles instrumentet bombekalorimeter. Temperaturstigningen på bomben og vannet måles met et meget nøyaktig termometer med 1/1000 grads nøyaktighet.

Når man vet hvor mye energi som skal til for å varme opp kalorimeteret kan man dermed beregne hvor mye energi trebiten har avgitt. Da kan man beregne brennverdien for trebiten. Temperaturen i kalorimeteret stiger kun med et par grader, så alt dampen som dannes når hydrogenet i veden forbrenner kondenseres tilbake til vann. Derfor vil et kalorimeter måle øvre brennverdi for brenselet.
 

Små variasjoner i brennverdi i norske treslag

De fleste treslag har relativt lik brennverdi per vektenhet (se tabell). For stammeveden til norske treslag har bartrærne noe høyere brennverdi per vektenhet enn løvtrærne. Årsaken til at bartrærne har høyere brennverdi skyldes høyere andel karbon. Furu er det norske treslaget med høyest brennverdi i stammeveden. Dette på grunn av høyt harpiksinnhold.

Tabell 1. Nedre brennverdi til ulike deler av de viktigste norske treslagene. Alle verdier er gitt i kWh/kg. Hva med å utvide tabellen til, også å angi MJ/kg? Det er bare å gange alle tall med 3,6.
Tredel Gran Furu Bjørk Gråor kWh/kg
Gråor
MJ/kg
Stammeved 5,32 5,43 5,16 5,21 18,8
Innerbark 5,17 5,27 5,24 5,71 20,6
Ytterrbark 5,76 5,71 8,85 7,13 25,7
Stubbeved 5,33 6,21 5,17 5,35 19,3
Ved i grein 5,36 5,55 5,18 5,24 18,9
Bark 5,44 5,64 5,84 6,03 21,7
Nåler/blad 5,33 5,84 5,38 5,48 19,7

Bark, nåler og bladverk har generelt noe høyere brennverdi enn stammeveden for de fleste norske treslag. Bjørkenever (yterbark til bjørk) skiller seg ut med å ha betydelig høyere brennverdi.

Det er betydelig større forskjeller i tettheten (densiteten) mellom ulike treslag enn brennverdien per vektenhet (se tabell 2). Dette fører til at når energiinnholdet regnes per volum, vil densiteten være viktigere enn brennverdien per vektenhet. Dette er viktig ettersom det er vanlig å selge brensel per volum.

Når energiinnholdet regnes per volum vil derfor tunge treslag som eik, bøk og bjørk ha de høyeste brennverdiene.

Tabell 2. Densiteten til ulike deler av de viktigste norske treslagene. Alle verdiene er basert på basis densitet og er gitt i kg/m3.
Tredel Gran Furu Bjørk
Stammeved 430 490 580
Heltre 400 395 475
Bark 360 280 550
Topp m/ nåler og blad 465 405 500
Topp u/ nåler og blad 425 405 -
 

Økt fuktighet gir redusert brennverdi

Under forbrenning må noe av energiinnholdet i trevirket brukes til å fordampe fuktigheten i virket. Økt fuktighet vil derfor redusere den nedre brennverdien til trevirket betraktelig. Når vanninnholdet i veden er 80 prosent, vil all energien i trevirke bli brukt til å fordampe vannet. Hvordan fuktigheten påvirker brennverdien kan sees av grafen under.
Brennverdi.jpg
KONTAKTPERSON
KONTAKTPERSON