Snabb fukthaltsmätning av trädbränsle med radarteknik

Det är viktigt att känna till fukthalten på ett trädbränsle både för prissättning och för att det ska bli rätt blandning vid förbränning. De metoder som används i dag bygger på att stickprov tas, vilket är tidsödande och kan ge dålig noggrannhet i bestämningen av fukthalt. Det finns 580 fjärrvärmenät och 125 större biobränsleeldade anläggningar i Sverige. Biobränslet utgörs företrädelsevis av fyra sorters trädbränsle: returträ, GROT (grenar och toppar), bark och cellulosaflis. Fukthalten torde kunna mätas direkt, snabbt och tillförlitligt, och därigenom bestämmas med ett radarsystem inom 60 sekunder. Provtagning torde kunna göras av hela lasten varvid ett representativt medelvärde erhålls. Snabbare och mer tillförlitlig fukthaltsmätning leder till effektivare logistik och bränslehantering, vilket har beräknats ge besparingar på motsvarande 2-4 Mkr per år. För ofarlig, oförstörande och beröringsfri mätning med hög noggrannhet av fukthalten har en UWB-radar (ultra wideband) använts. Vid frekvensanalys går det att konstatera 0,75 GHz är en lämplig centerfrekvens för mätning på tempererat trädbränsle (>0°C). Även lägre frekvenser kan fungera väl. Huvuddelen av mätningarna inom förstudien har dock gjorts med centerfrekvensen 2 GHz. Projektet har visat att fukthalten i tempererat trädbränsle (>0°C) kan bestämmas med en noggrannhet på 3 procentenheter. Noggrannheten kan öka ytterligare genom att göra ytterligare kalibreringsmätningar, separat modellering av respektive trädbränsle, modellering med Debyes relaxationsformel, mäta och modellera dämpningen samt mäta och modellera temperaturen och densiteten. Enligt den nya virkesmätningslagen (SKSFS 2014:11) krävs dock en noggrannhet på 2 procentenheter för att bestämning av fukthalten i trädbränsle med en fukthalt under 65% (torrhalt över 35%). Radarmätningar (dielektricitetskonstanten och dämpningen) av trädbränsle påverkas av fukthalt, temperatur, densitet och frekvensval. Dielektricitetskonstanten och dämpningen är mycket lägre (4-5 gånger) för fryst material och snöklumpar än för temperat fuktigt trädbränsle (>0°C). Det innebär att temperaturen måste mätas och modelleras för att erhålla rätt fukthalt vid frystemperaturer. Mätupplösningen i fukthaltsmätning minskar som en konsekvens av att dielektricitetskonstanten är lägre för fryst material. Mätning på långa avstånd (bredden av en flisbil) torde öka upplösningen och noggrannheten. I princip ska det dubbla avståndet ge dubbel upplösning och noggrannhet. Mätningar på fryst trädbränsle gjordes på en provlåda om 30 cm, vilket innebär cirka 8 gånger högre potentiell noggrannhet på verklig flisbil (240 cm). Även kompletterande modellering av dämpning och densitet torde kunna öka möjligheten till rätt fukthaltsbestämning. Frekvensen påverkar dämpning och dielektricitetskonstant, därför måste lämplig frekvens väljas för fryst material (troligtvis högre än för tempererat trädbränsle (>0°C)). Projektet har visat att det är möjligt att mäta på långt avstånd (efterliknar mätning på flisbil) på tempererat fuktigt trädbränsle (>0°C) med centerfrekvensen 0,75 GHz. Signalerna är fina och har ett högt signal-till-brus-förhållande (SNR). I testet kunde fukthalten bestämmas med en avvikelse på 1,6 procentenheter. Under projekttiden har en ny lag om virkesmätning trätt i kraft. Noggrannhetssiffrorna från projektet vittnar om att mätning med radar torde kunna användas, för att matcha de krav som den nya lagen stipulerar, om noggrannheten ökar med 1 procentenhet. Därför skulle ett framtida radio- och radarbaserat mätsystem kunna användas även som en del i ett debiteringssystem för att säkerställa rätt betalning. Inblandade projektparter föreslår med givna resultat att ett prototypprojekt planeras och genomförs. Det är viktigt att inledningsvis visa hur temperatur och densitet ska kunna modelleras för att nå högre noggrannhet i bestämningen av fukthalten. Det är också viktigt att få fram en stabilare referensmätningsmetod, då nuvarande torkning påverkas stort av den omgivande luftens relativa fukthalt.