umu.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
The combined effect of plastics and food waste accelerates the thermal decomposition of refuse-derived fuels and fuel blends
Umeå University, Faculty of Science and Technology, Department of Chemistry.
Show others and affiliations
2016 (English)In: Fuel, ISSN 0016-2361, E-ISSN 1873-7153, Vol. 180, 424-432 p.Article in journal (Refereed) Published
Resource type
Text
Abstract [en]

Mechanical treatments such as shredding or extrusion are applied to municipal solid wastes (MSW) to produce refuse-derived fuels (RDF). In this way, a waste fraction (mainly composed by food waste) is removed and the quality of the fuel is improved. In this research, simultaneous thermal analysis (STA) was used to investigate how different mechanical treatments applied to MSW influence the composition and combustion behaviour of fuel blends produced by combining MSW or RDF with wood in different ratios. Shredding and screening resulted in a more efficient mechanical treatment than extrusion to reduce the chlorine content in a fuel, which would improve its quality. This study revealed that when plastics and food waste are combined in the fuel matrix, the thermal decomposition of the fuels are accelerated. The combination of MSW or RDF and woody materials in a fuel blend has a positive impact on its decomposition.

Place, publisher, year, edition, pages
2016. Vol. 180, 424-432 p.
Keyword [en]
Municipal solid waste (MSW), Thermochemical conversion, Co-combustion, DSC, TG-FTIR
National Category
Chemical Sciences
Identifiers
URN: urn:nbn:se:umu:diva-123352DOI: 10.1016/j.fuel.2016.04.062ISI: 000375950300047OAI: oai:DiVA.org:umu-123352DiVA: diva2:946549
Funder
Bio4Energy
Available from: 2016-07-05 Created: 2016-07-01 Last updated: 2017-11-28Bibliographically approved
In thesis
1. Mixed fuels composed of household waste and waste wood: Characterization, combustion behaviour and potential emissions
Open this publication in new window or tab >>Mixed fuels composed of household waste and waste wood: Characterization, combustion behaviour and potential emissions
2016 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

   Incineration with energy recovery is the main disposal strategy for waste that cannot be reused or recycled, and a well-established source of energy in Europe, especially in Sweden where 2.2 Mtonnes of waste including domestic and imported municipal solid waste (MSW) and waste wood (WW) were combusted during 2015. However, owing to its inherent heterogeneous composition, inclusion of such waste in Waste-to-energy (WtE) technologies is challenging. These heterogeneities may lead to operationally-related issues in the WtE facilities and contribute to toxic emissions, which can be reduced by waste pre-treatment technologies.

   This thesis examines the variations in the composition of MSW and WW streams used as a fuel supply in WtE facilities after undergoing waste pre-treatment technologies, and the effect of fuel composition on its combustion behaviour and formation of persistent organic pollutants (POPs) such as polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) and polychlorinated dibenzofurans (PCDFs). The overall objective is to contribute to a more thorough understanding of the selection of waste pre-treatment technologies to mitigate harmful emissions into the atmosphere when waste fuels are combusted in WtE facilities.

   This thesis describes the high variability of contaminants in domestic and imported WW and suggests adaptation of WW pre-treatment techniques to produce fuels with a low potential for generating pollutants. A comparison of mechanical solid waste pre-treatments revealed that screening and shredding is more efficient than extrusion for reducing emissions of pollutants such as PCDDs and PCDFs in combustion. The evaluation of the combustion behaviour of MSW-based fuels showed a three-stage oxidative decomposition, and an acceleration of the decomposition of the MSW compared to the lignocellulosic materials, which may be attributed to the presence of food waste and plastics in the MSW. Combustion tests of fuel blends containing WW and MSW-based fuels with different food waste content suggested that WW, not food waste content, is the key factor for the formation of PCDDs, PCDFs, and polychlorinated biphenyls (PCB), benzenes (PCBzs) and phenols (PCPhs). Torrefaction may be a suitable technology for improving the properties of waste as a fuel e.g. due to its low PCDD and PCDF emissions.

Abstract [sv]

Förbränning med energiåtervinning är det huvudsakliga sättet att ta hand om avfall som inte kan återanvändas eller återvinnas. Det är en väletablerad energikälla i Europa och särskilt i Sverige där 2,2 miljoner ton avfall, däribland inhemskt och importerat hushållsavfall och returträ, förbrändes under 2015. På grund av den heterogena sammansättningen hos hushållsavfall och returträ är förbränning av dessa material i anläggningar med energiåtervinning (så kallade WtE-anläggningar) förknippade med en del driftsrelaterade utmaningar. Det kan även ge upphov till miljöfarliga utsläpp, som dock kan reduceras genom förbehandling av avfallet.

I denna avhandling har variationer i sammansättningen hos hushållsavfall och returträ som förbränns i WtE-anläggningar undersökts. Effekten av bränslemixens sammansättning och ev förbehandling på bränslets förbränningsegenskaper samt bildning av långlivade organiska föroreningar (så kallade POPar) såsom polyklorerade dibenso-p-dioxiner och polyklorerade dibensofuraner vid förbränning har utvärderats. Det övergripande målet är att bidra till en djupare förståelse av hur valet av förbehandlingsteknik för avfall kan bidra till att minska skadliga utsläpp till luft när avfallsbränslen förbränns i WtE-anläggningar.

Denna avhandling beskriver den stora variabiliteten av metall- och materialföroreningar i inhemskt och importerat returträ och föreslår förbehandlingstekniker för att producera bränslen med låg potential att generera föroreningar. En jämförelse av mekaniska förbehandlingstekniker visade att mekanisk sönderdelning och separering (krossning och siktning) är mer effektivt än s.k. högtrycks-pressning för att minska utsläppen av föroreningar som dioxiner och furaner vid förbränning. Utvärderingen av bränslemixar innehållande hushållsavfall uppvisade en oxidativ nedbrytning i tre steg vid förbränning, och en accelererad nedbrytning av avfallsmaterialet jämfört med vedmaterialet i bränslet, troligen som effekt av innehållet av matavfall och plast i hushållsavfallet. Förbränningsförsök med bränsleblandningar av returträ och hushållsavfall med olika innehåll av matavfall visade att mängden returträ, och inte mängden matavfall, är den viktigaste faktorn för bildning av dioxiner, furaner, klorbifenyler, klorbensener, och klorfenoler. Torrefiering kan vara en lämplig teknik för att förbättra avfallets bränsleegenskaper, t.ex. på grund av dess låga emissioner.

Place, publisher, year, edition, pages
Umeå: Umeå University, 2016. 77 p.
Keyword
MSW, RDF, persistent organic pollutants, PCDD, PCDF, solid waste pre-treatment, torrefaction, food waste, contaminated wood
National Category
Chemical Sciences
Identifiers
urn:nbn:se:umu:diva-127227 (URN)978-91-7601-592-6 (ISBN)
Public defence
2016-12-02, KB.E3.03, KBC-huset, UMEÅ, 09:00 (English)
Opponent
Supervisors
Available from: 2016-11-11 Created: 2016-11-03 Last updated: 2016-11-10Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4003 kB)121 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4003 kBChecksum SHA-512
5c80590100d98116c8762954d8d46adec324a218ea07e08406e5e4d1f3a86be37bab83dd6ccf0da44b141edac3c13a0a3741f3f229044d55a7e1591817bcee96
Type fulltextMimetype application/pdf

Other links

Publisher's full text

Search in DiVA

By author/editor
Edo, MarJansson, Stina
By organisation
Department of Chemistry
In the same journal
Fuel
Chemical Sciences

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 121 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

doi
urn-nbn

Altmetric score

doi
urn-nbn
Total: 403 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf