Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

In sub-Saharan Africa a large share of the energy use utilize biomass as a fuel. In some countries more than 90 percent of the energy use is biomass. This energy is primarily used for cooking, heating and drying. Cooking food on an open fire or using a traditional stove will
combust the firewood inefficiently and leads to pollution in the form of particulate matter, carbon monoxide and other hazardous pollutants. Indoor pollution has serious health effects and especially women and children are affected by this since they spend more time in the
kitchens compared to men.
More efficient combustion would lead to less harmful pollution to women and children in these rural areas. There are different kinds of stoves on the market and one of them is the gasifier stove which allows the biomass to go through pyrolysis in a separate step before complete combustion. If the charred biomass is harvested before complete combustion it can be saved for later use. This stove will result in cleaner and more energy efficient combustion compared to the traditional 3-stone-fire.
The aim of this study has been to evaluate the charred biomass harvested from this gasifier stove in terms of energy use efficiency, emissions and cooking time. The charred biomass was compared to conventional charcoal bought at the local market. The charred biomass
investigated is charred Grevillea prunings from the Grevillea Robusta tree, charred coconut husks (Cocos nucifera) and charred maize cobs (Zea mays). They were tested by cooking a meal consisting of two dishes at five different households for different kinds of charred
biomass and conventional charcoal as a reference.
Using charred Grevillea prunings gives an energy saving up to 31 percent while charred coconut husks gives up to 11 percent energy saved compared to the 3-stone-fire. Charred
maize cobs was only up to 2 percent more energy efficient than conventional charcoal due to its low energy density and fast burning rate. In most cases there was no significant difference between the emissions of the different charred fuel types. Only charred maize cobs resulted in significantly higher emissions than the other fuels. Household B deviated from the others households and had higher emissions. In conclusion the different types of charred biomass are good fuels for cooking. Charred maize cobs are less valuable since they require a higher rate
of refilling of fuel during cooking and do not result in better energy use efficiency compared to conventional charcoal.
There were no significant differences between the different types of charred biomass and conventional charcoal in emissions except for a few cases where charred maize cobs had a slightly higher level of emission compared to the others. CO2- levels were so low that there was no risk of harmful concentrations in any way. PM2.5-emissions levels were safe, but the CO-emissions levels for charred maize cobs were close to levels were symptoms might show.

I Afrika söder om Sahara kommer en stor del av energianvändningen från biomassa och i vissa länder kommer mer än 90 procent av energianvändningen från biomassa. Energin går i störst utsträckning till matlagning, uppvärmning och torkning. Att laga mat över öppen eld
eller med mer traditionella spisar förbränner bränslet på ett ineffektivt sätt och leder till utsläpp i form av partiklar, kolmonoxid och andra hälsofarliga ämnen. Luftföroreningar inomhus har skadliga effekter på hälsan och drabbar mest barn och kvinnor eftersom de
spenderar mest tid i köken.
En spis med effektivare förbränning skulle ge minskade utsläpp och minskad energiåtgång. Det finns olika sorters spisar på marknaden och en utav dessa är en förgasningsspis, vilket är en spis som förgasar bränslet så att pyrolys sker och bränslet förkolnar innan det genomgår
total förbränning. Man kan ”skörda” kolet innan det har förbränts fullständigt så att man får svartkol som kan sparas och användas i ett senare skede. Fördelen med en sådan här spis är att det sker en effektivare förbränning och därmed har mindre utsläpp.
Målet med det här projektet har varit att utvärdera svartkol som energikälla sett till energieffektivitet, utsläpp och matlagningstid. Svartkolet jämfördes med konventionellt träkol som inhandlades på den lokala marknaden. Testerna utfördes i köken hemma hos fem bönder
där varje bränsle användes för matlagning av två rätter, Ugali (majsmjöl med vatten kokas till en ”gröt”) och Sukuma Wiki (grönkål, rödlök och tomater steks i kokosnötsfett). Bränslena som utvärderades var svartkol av Grevillea-kvistar och -grenar, majskolvar samt kokosnötskal med konventionellt träkol som referens.
Svartkol från Grevillea-kvistar och -grenar gav störst energibesparing, med upp till 31 procent besparing jämfört med konventionellt träkol. Svartkol från kokosnötskal gav en besparing på upp till 11 procent medan svartkol från majskolvar endast gav en besparing på upp till 2
procent. Anledning till att majskolvar hade så låg besparing var svartkolets låga energidensitet och dess höga effekt vid förbränning i spisarna (avgiven värme per tidsenhet). I de flesta fallen var det ingen signifikant skillnad i utsläpp mellan bränslena eller mellan hushållen. I de fall då en signifikant skillnad fanns var det att svartkol från majskolvar hade lite högre utsläpp än de andra bränslena och mellan hushållen stod hushåll B för lite högre utsläpp än de övriga hushållen.
Sammanfattningsvis kan man säga att svartkol fungerar bra som ett bränsle för matlagning där svartkol från Grevillea-kvistar och -grenar visade sig bäst och svartkol från majskolvar sämre då det var likvärdigt med konventionellt kol. Anledningen till att svartkol från majskolvar inte
fungerar så bra som de andra är att man måste fylla på med bränsle flera gånger under matlagningen och därmed sänker temperaturen i spisen. Påfyllningen behövdes inte i lika stor utsträckning med de andra bränslena. Utsläppen från de olika bränslena var likartade med något högre utsläpp från svartkolet från majskolvar.