Optimalisatie van het extruderen van biomassa.

Het samenpersen van biomassa zoals gewassen, hout of groenafval in hoge densiteitsbalen is noodzakelijk om het transport te vergemakkelijken en de kosten hiervoor te verlagen. Traditioneel wordt voor deze samenpersing een extrusiepers gebruikt. Omdat deze persen geen vaste achterwand hebben, wordt doorgaans een groot deel van de geleverde arbeid gebruikt om het materiaal tegende wrijvingsweerstand in te transporteren. Deze machines hebben daarom een vrij lage energie-effciëntie. Daarnaast is een zeer sterke constructie nodig om de hoge perskrachten te kunnen leveren en opvangen. Naast de hoge productiekost leiden deze zware constructies bij mobiele extrusiepersen ook tot een hoge energiebehoefte voor de verplaatsing van de machines in off-road omgeving. Schattingen tonen dat minder dan 50 % van de geleverde arbeid voor het samenpersen zelf wordt gebruikt. Dit laat zien dat er een aanzienlijke marge is om het samenpersen van biomassa meer duurzaam te maken.

In dit doctoraatsonderzoek zal daarom de basis gelegd worden voor een nieuwe generatie persen met een hogere energie-effciëntie en lichtere constructies. Het onderzoek is opgebouwd uit 2 delen. In het eerste en grootste deel wordt de interactie tussen de pers en het te persen biologisch materiaal wiskundig gemodelleerd. Deze modellering zal leiden tot een dynamisch 3-dimensionaal Eindige Elementen-model van een extrusiepers dat de dichtheden en de krachten in en op het samengeperste materiaal beschrijft. De (tijdsafhankelijke) ingangsvariabelen van het model zijn de machinebouw, instellingen en materiaaleigenschappen van de pers en de eigenschappen van het inkomende materiaal. Om de invloed van materiaaleigenschappen op het persproces te beschrijven zal literatuur-, laboratorium- en veldonderzoek uitgevoerd worden. De voorspellingskracht van het ontwikkelde model zal gevalideerd worden op basis van experimenten met een extrusiepers die binnen het laboratorium aanwezig is.

In het tweede deel zal de kracht van de modelgebaseerde optimalisatie getoond worden. Dit deel zal de expertise van ervaren bestuurders combineren met de mathematische formulering van het persproces om zo tot suggesties voor controle of tot verbeterde persprincipes te komen. In de aanpassingen wordt gestreefd naar een vermindering van de wrijvingsarbeid en de krachten op de constructie terwijl dichtheden tot 200 kg/m³ behaald worden. De in silico-optimalisatie zal tenslotte gevalideerd worden door het uittesten van een optimalisatie op een mobiele extrusiepers. Op basis van deze validatiemetingen zal geëvalueerd worden in welke mate de theoretische effciëntieverhoging in de praktijk kan bekomen worden.