FEATURES OF THE TECHNOLOGY OF PRODUCTION OF FUEL PELLETS FROM HARDWOOD
Abstract
The article investigates the production technology of fuel pellets from hardwood, focusing on the physical and mechanical properties of the resulting pellets. Hardwood species, such as oak, beech, birch, and ash, are widely used as raw materials due to their availability as by-products of woodworking industries (sawdust, shavings, and chips) and their high calorific value. However, the study reveals that producing pellets from hardwood without additional processing is inefficient, as the pellets often exhibit insufficient mechanical strength and durability. This is primarily due to the lower lignin content in hardwood (19–28% compared to 26–30% in softwood), which acts as a natural binding agent during pelletization, and the higher hardness of hardwood, which complicates the pressing process.To address these challenges, the proposed technology incorporates pre-treatment of the crushed hardwood with saturated steam. This activation process enhances the plasticity of the wood particles, facilitating better bonding during pelletization and improving the structural integrity of the pellets. Industrial tests have demonstrated that steam pre-treatment enables the production of pellets that comply with international quality standards, such as ENplus A1 and A2, which specify requirements for low ash content (0.3–0.5% for debarked hardwood), high calorific value (approximately 5.4 kW·h/kg), and mechanical durability.A key technological feature of the process is the use of a pelletizing matrix with a pressing channel length of 33 mm. This specific matrix design optimizes the compression process, ensuring uniform density and strength of the pellets while minimizing energy consumption and equipment wear. The article also highlights the importance of precise control over the moisture content of the raw material (8–12%) and the removal of bark to reduce ash content, which is critical for producing high-quality pellets suitable for residential and industrial heating systems.The production process involves several stages: sorting and cleaning the raw material to remove impurities, grinding the wood to a fraction of 1–4 mm, drying to achieve optimal moisture levels, steam activation, pelletizing, and cooling. Each stage is tailored to account for the specific properties of hardwood, such as its higher density and hardness compared to softwood. The use of steam activation not only improves pellet quality but also reduces the need for additional binding agents, maintaining the ecological purity of the final product.The resulting pellets are characterized by high energy efficiency, low ash content, and carbon-neutral combustion, making them an environmentally friendly alternative to fossil fuels. They are suitable for use in automated solid-fuel boilers and bioenergy power plants. However, challenges such as higher energy consumption during grinding and pressing, as well as the need for specialized equipment due to the hardness of hardwood, increase production costs compared to pellets made from agricultural residues or softwood. In conclusion, the technology of producing fuel pellets from hardwood, enhanced by steam pre-treatment and optimized matrix design, allows for the creation of high-quality, durable, and efficient biofuel. This approach addresses the inherent limitations of hardwood as a raw material, ensuring compliance with stringent quality standards and supporting sustainable energy production. The findings underscore the potential of hardwood pellets in meeting the growing demand for renewable energy sources while promoting the efficient use of woodworking by-products.
References
2. Олексієнко В.О., Червоткіна О.О., Циб В.Г. Дослідження механізмів гранулювання. Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. 2016. Вип. 16. Т. 1. С. 269–273.
3. Назаров В.І., Макаренков Д.А., Булатов І.А. Дослідження процесу гранулювання дисперсних відходів на роторних пресах із плоскою матрицею. Вісник КПІ. 2010. Т. 5. № 6. С. 13–16.
4. Модін Н.А., Єрошкін О.М. Брикетування подрібненої деревини та деревної кори. Київ : Ліра, 2020. 112 с.
5. Модін Н.А., Єрошкін О.М., Мурзіч Р.М., Гудців Р.І. Зусилля, що розпирають, та коефіцієнти тертя при пресуванні подрібненої деревини в матрицях. Технічна інформація. Харків : ХНТУСГ, 2018. С. 23–26.
6. Івін Є.Л., Глухівський В.М. Гранулювання деревини. Практичні та теоретичні основи, або Що відбувається всередині гранулятора. Біоенергетика. 2007. № 3. С. 15–19.
7. Завражнов А.А. Пресування деревних композиційних матеріалів із продувкою парою і вакуумуванням : автореф. кандид. дис. 2020. 19 с.
8. Юдіна Р.В. Розроблення режимів гідравлічного вібратора преса підвищення фізико-механічних властивостей ущільненої деревини : автореф. канд. дис. 2017. 16 с.
9. Ялпачик В.Ф., Буденко С. Ф., Олексієнко В.О., Червоткіна О.О. Дослідження коефіцієнта тертя гранульованого жому моркви. Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. 2018. Вип. 18. Т. 1. С. 112–118.
10. Червоткіна О.О., Стручаєв М.І., Тарасенко В.Г. Дослідження процесу гранулювання овочевих відходів за допомогою прес-гранулятора з плоскою матрицею. Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. 2021. Вип. 21. Т. 1. С. 160–168.
11. Malyuk I., Tokar A., Horbatiuk T. Mechanical and thermal properties of pellets from sunflower husks. Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 2021. 23(4), 115–122.
12. Ivanov D., Petrenko O., Bilous M. Co-pelletizing of sunflower husk with other agricultural residues: impact on fuel quality. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 2023. 45(1), 83–92.
13. Bentsen N.S., Felby C., Thorsen B.J. Agricultural residue for bioenergy: An overview of recent developments. Biomass and Bioenergy, 2020. 138, 105605.
14. Червоткіна О.О., Стручаєв М.І., Тарасенко В.Г. Дослідження процесу гранулювання овочевих відходів за допомогою прес-гранулятора з плоскою матрицею. Праці Таврійського державного агротехнологічного університету. 2021. Вип. 21. Т. 1. С. 160–168.
15. Червоткіна О.О., Тарасенко В.Г. Використання в'яжучих речовин під час виробництва гранульованих овочів. Новації в технології та обладнанні готельно-ресторанних, харчових і переробних виробництв : Міжнародна науково-практична Інтернет-конференція, 24 листопада 2020 р. / за заг. ред. В.М. Кюрчева. Мелітополь : ТДАТУ, 2020. С. 161–163.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

