Aska -innehåll och härdning

Aska
-innehåll och härdning

Bakgrund
Vid all förbränning av organiskt material, exempelvis skogsbränsle, får man kvar en
restprodukt. Denna benämns aska och består huvudsakligen av oxider av de ämnen som från
början fanns i bränslet. Om askan har sitt ursprung i rena skogsbränslen, och har ett visst
innehåll av näring och tungmetaller, är den lämplig att använda som näringskompensation i
skogsmark. Spridning av lös aska är emellertid olämpligt eftersom den är starkt basisk och
reaktiv. För att inte orsaka skador på mark och vegetation måste askan därför härdas. Samtliga
metoder som används för härdning av askan bygger dels på att askan fuktas med vatten, dels
på en process där agglomerat av askpartiklar (korn) bildas. I dag används fyra huvudmetoder
för att få askan att bilda agglomerat; självhärdning, granulering, kompaktering samt
pelletering. Syftet med detta material är att ge en sammanfattning av vad aska innehåller samt
ge en överblick av vad de olika härdningsteknikerna innebär.
Askans innehåll
Askan som blir kvar efter förbränning av t ex GROT (GRenar Och Toppar av träd, dvs.
avverkningsrester) innehåller oxider, hydroxider, sulfater, klorider, silikater och karbonater,
främst av de baskatjoner som trädet tagit upp, men även av viktiga spårämnen. Kväve (N)
saknas eftersom det till största delen avgår i gasform vid förbränningen. Eftersom träden även
tar upp tungmetaller och radioaktiva ämnen som cesium från både marken och luften (de
fungerar som luftfilter), återfinns även dessa ämnen i askan. Vid förbränning bildas dessutom
låga halter av PAH (polycykliska aromatiska kolväten), vilka blir kvar i askan. Vi återkommer
mer till dem längre ned i detta avsnitt.
Generellt utgörs 10-30 % av askans totala innehåll av kalcium (Ca). Innehållet av kalium (K)
och magnesium (Mg) uppgår vanligen till ett par procent medan halten av fosfor (P)
vanligtvis utgör ca en procent av totalinnehållet. De flesta av dessa ämnen har basisk, d v s
kalkverkande karaktär och förekommer dels som lättlösliga salter, dels som mer svårlösliga
föreningar i form av oxider (60-90 % är oxider av Ca, K och kisel betecknat Si), karbonater
och silikater. Skogsstyrelsen har tagit fram rekommendationer för minimihalter av
näringsämnen, och maximihalter för tungmetaller och andra giftiga ämnen för askan (Tabell 1
och 2). Ämnet zink förkommer i både tabell 1 och 2. Orsaken är att det är ett
mikronäringsämne vilket innebär att alla organismer behöver små mänger av det. Samtidigt är
zink en tungmetall, vilken i höga koncentrationer är toxisk för växter och djur.
Radioaktiviteten i form av sönderfall av 137 Cs, får inte överstiga 5 kBq/kg TS.
Tabell 1. Minimihalter för innehåll av näringsämnen i askor. Från Skogsstyrelsens
Meddelande 2001:2.
Makronäringsämne Kemisk beteckning Minsta halt (gram/kg TS)
Kalcium Ca 125
Magnesium Mg 20
Kalium K 30
Fosfor P 10
Zink Zn 1
2

Tabell 2. Högsta tillåtna halter av tungmetaller och föroreningar i askor som skall spridas.
Från Skogsstyrelsens Meddelande 2001:2. Dessa kommer att revideras under 2004.
Ämne
Kem.
beteckning
Max halt
(mg/kg TS) Ämne
Kem.
beteckning
Max halt
(mg/kg TS)
Bor B 500 Krom Cr 100
Koppar Cu 400 Kvicksilver Hg 3
Zink Zn 7000 Nickel Ni 70
Arsenik As 30 Vanadin V 70
Bly Pb 300 PAH 2
Kadmium Cd 30 Radioaktivitet Cs-137 5 kBq/kg
De högsta tillåtna halterna av tungmetaller kommer att revideras under 2004. Orsaken är att
GROT i vissa fall naturligt innehåller högre halter av tungmetaller än vad som motsvarar de
nuvarande gränsvärdena för aska. Det naturliga innehållet av tungmetaller i berggrund och
mark återspeglar sig i vegetationen. Detta medför att på lokaler som t ex naturligt innehåller
mycket Cr (krom) i marken finns vanligen också en högre halt av Cr i vegetationen. Detta
måste därför vägas in i bedömningen av vad askorna skall tillåtas innehålla.
Fördelningen mellan olika ämnen i askan beror av vilka bränslen som har använts.
Exempelvis stiger innehållet av Si, Fe (järn) och Al (aluminium) medan innehållet av P, K, Ca
och Mg sjunker efter sameldning av skogsbränsle med olja eller torv. Även då skogsbränslet i
sig har samma innehåll kan innehållet i askan variera. Det orsakas främst av skillnader i
förbränningsteknik och vilken askfraktion man tittar på.
Flygaska från förbränning av trä har generellt ett pH mellan 12 och 13, medan bottenaskorna
ligger några pH-enheter lägre. Beräkningar visar att man i en välförbränd flygaska kan ha
kalkverkan motsvarande 70 % av den hos ren kalksten. För välförbrända bottenaskor är
kalkverkan ca hälften av den hos motsvarande flygaska. Ämnena Ca, Mg, P, Mn (mangan)
och Fe fördelar sig relativt jämt mellan flyg- och bottenaskan, medan K som är relativt
lättflyktigt återfinns i högre halter i flygaskan. Detsamma gäller för S (svavel).
Si och Al finns i högre halter i bottenaskan, eftersom bottenaska ofta är kontaminerad av sand,
grus och sten. Ofta är halterna av flyktiga tungmetaller som kvicksilver (Hg), arsenik (As),
bly (Pb), zink (Zn) och kadmium (Cd) högre i flygaskan än i bottenaska. Vidare finns det ofta
mer tungmetaller i en finkornigare askfraktion än i en grovkornigare sådan. Flygaska har
dessutom ofta en högre halt av oförbränt organiskt material jämfört med bottenaska. Detta kan
göra dem sämre ur härdningssynpunkt.
Vid förbränning bildas, som nämnts ovan, även en lång rad organiska föreningar av vilka 10-
30 % inte är flyktiga, d v s inte förekommer i gasform utan därför blir kvar i askan. De
benämns vanligen tjära, och innehåller ca 10 % polycykliska aromatiska kolväten (PAH).
PAH är ett samlingsnamn för de mer än 200 organiska föreningar som bildas vid ofullständig
förbränning, och vanligtvis vid temperaturer mellan 500 och 800 °C. Ofullständig förbränning
innebär förbränningsbetingelser där syretillförseln är för liten. PAH består av två eller fler
bensenringar, och de olika föreningarna har olika kokpunkter. Vidare är de semivolatila, d v s
de kan befinna sig både i gasfas och bundna på partiklar i luften. Orsaken till att de diskuteras
är att flera av dem är carcinogena, d v s de kan framkalla cancer. Analyser av PAH i aska
visar att resultatet kan variera kraftigt mellan olika analyslaboratorier. Normalt har det dock
3

visats att halten generellt är lägre i vedaska än i vanlig jord. Askor från rivningsvirke och
anläggningar med dålig processtyrning har dock betydligt högre halter av PAH. Emellertid
behövs betydligt mer forskning inom detta område.
Härdning av aska
Teknik för vatteninblandning
Eftersom lös aska är mycket reaktiv och kan orsaka skador på mark och vegetation måste den
härdas innan den får spridas. Det finns flera olika metoder för att härda aska, vilka kommer att
redogöras för nedan. Samtliga metoder innebär dock att askan inledningsvis blandas med
vatten för att sätta igång härdningsprocesser. Detta sker i många fall redan vid utmatningen av
askan från pannan. För att få en bra och jämn härdningsprocess är det viktigt att
inblandningen av vatten sker noggrant. Exempel på teknik för detta är:
• roterande betongblandare (billig och lättillgänglig)
• roterande betongblandare med knivar som slår sönder eventuella aggregat
• liggande cylinder med en roterande axel där skovlar/blad finns (liknar
skruvtransportör)
• paddelverk där omblandningen sker med skovlar eller blad
Kemiska processer vid härdning
Många askor börjar härda vid inblandning av vatten. Kort sammanfattat innebär
härdningsprocessen att askans beståndsdelar omvandlas till mindre lösliga sådana, samtidigt
som partikelstorleken ökar.
De reaktioner som sker vid härdning beror av askans innehåll av olika ämnen och i vilken
form de förekommer. Vid härdning övergår askans oxider till mindre reaktiva hydroxider och
karbonater. Som exempel kan nämnas askans kalciumoxid (s.k. osläckt kalk, CaO) som i
reaktion med vatten först bildar kalciumhydroxid (släckt kalk, Ca(OH)2), vilken reagerar med
luftens koldioxid (CO2) och omvandlas till kalciumkarbonat (CaCO3). Denna reaktion är
mycket viktig eftersom den sänker askans pH, gör askan mer långsamlöslig och leder till en
förlängd kalkverkan hos askan. Risken för skador på mark och vegetation i samband med
spridning minskar dessutom om näringen frigörs långsamt. Den ökade partikelstorleken bidrar
till en jämnare spridningsbild vilket också minskar risken för skador på mark och vegetation.
Efter bildningen av karbonat följer ofta mer komplexa kemiska förändringar av askan.
Karbonatet kan vid gynnsamma förhållanden tillsammans med andra komponenter bilda
sekundära mineral som bl. a ettringit. Gips, kalciumsilikat och syngenit är andra exempel på
mineral som kan bildas under härdningsprocessen.
Faktorer som påverkar härdning
Kolinnehåll: Hur väl utbränd en aska är, d.v.s.hur mycket kol askan innehåller, har stor
betydelse för dess härdningsegenskaper. Ju mer organiskt kol som finns i askan desto sämre
härdar den. Optimal härdning sker vid 2-3 % kolhalt medan askor med över 10 % oförbränt
kol anses ha betydligt sämre härdningsegenskaper.
Saltinnehåll: Beroende på typ av salt (Na, K) kan det både ha en gynnsam och en negativ
effekt på härdningen.
4

Vattenhalt: Vattenhalten har stor betydelse för härdningsprocessen och tillräckligt med vatten
måste därför sättas till så att alla partikelytorna fuktas. Vattenhalten måste provas ut specifikt
för varje aska, men generellt gäller ca 40 % vattenkvot för flygaska och 15 % vatten för
bottenaska.
Temperatur: Samspelet mellan temperatur och fukt har betydelse för härdningsprocessen.
Under gynnsamma förhållanden (varmt och torrt) härdar en väl utbränd aska på några veckor
medan det kan ta flera månader eller inte gå alls vid sval och fuktig väderlek.
Koldioxid: Utbytet av koldioxid (CO2) har betydelse för karbonatbildning under
härdningsprocessen. Därför sker denna process fortast i ytan av en askhög, där utbytet med
luftens CO2 är god. Ytskiktet på högen hårdnar och hindrar transporten av CO2 in till kärnan
av högen, vilket hindrar bildningen av karbonat där. Genom att regelbundet bryta upp det
hårda ytskiktet och blanda om askhögen sker en jämn härdning och därmed bildningen av
karbonat. Försök med torkning av askgranuler/pellets under förhöjt CO2-tryck pågår också för
att öka bildningen av karbonat.
Kompaktering: Närheten mellan askpartiklarna, d v s hur kompakt askan är har stor betydelse
för härdningsgraden. Därför har olika metoder för att pressa samman fuktad aska utvecklats
för att påskynda och förstärka härdningen. Kostnaderna för de olika metoderna skiljer mycket,
men måste vägas mot behovet av egenskap hos askprodukten.
Självhärdning i hög - krossaska
Den vanligaste metoden som används för att producera en spridningsbar askprodukt är att låta
den fuktade askan ligga och självhärda i en hög utomhus. Utan yttre påverkan i form av
kompaktering binder askpartiklarna ihop sig till mer eller mindre stora korn och klumpar.
Denna process kallas för agglomerering. För att förbättra härdningsprocessen kan man
kompaktera högen genom att upprepade gånger köra över den med t ex en hjullastare. Högen
kan även brytas upp och blandas om och kompakteras på nytt med jämna mellanrum, för att
härdningen skall ske jämnt i hela högen (se ovan).
När man bedömer att askan härdat färdigt (finns i dag inga test för detta, utan askan tas
vanligen efter att ha härdat en säsong eller så görs bedömningen subjektivt utifrån
spridningserfarenheter) bryts askhögen upp och större klumpar siktas bort och krossas till
mindre storlekar. Det är detta steg som ligger till grund för namnet krossaska. Om krossaskan
visar sig ha för snabb upplösningstid eller vara för reaktiv (reaktiviteten kan kontrolleras med
lakningstester) kan även den finaste fraktionen vara aktuell att sikta bort. Tillsatsen av vatten,
härdningstiden samt graden av kompaktering har betydelse för andelen finare partiklar.
Fördelen med denna metod är att den är billig och lätt ger stora kvantiteter härdad aska. Detta
gör att användningen av krossaska i dag dominerar jämfört med de övriga produkterna.
Nackdelen med metoden är att det kan vara svårt att kontrollera härdningsprocessen och
därmed få en homogen produkt beträffande kornstorlek och upplösningshastighet. Därtill är
metoden både plats- och tidskrävande.
Granulering
Genom att rulla den fuktiga askan på tallrikar eller i en trumma kan runda kulor, granuler,
bildas. Vid tallriksgranulering blir granulerna ofta av relativt likartad storlek vilket gör att de
inte behöver siktas efter rullningen. Granulering i trumma ger dock vanligen en större
storleksvariation hos granulerna. Detta gör att produkten ibland måste siktas. Genom att ha
5

inbyggda ”knivar” som slår sönder de större kulor som bildas i trumman, kan dock en mer
enhetlig produkt erhållas.
Oavsett om trum- eller tallriksrullning används ger granulering av askan en mer stabil och
enhetlig produkt än självhärdning och krossning. För att stärka granulerna ytterligare finns
även försök med tillsats av olika bindemedel som cement till askan eller att granulerna förses
med ett hårt ytskikt av t ex lignin eller stearat. Metoden är dock mer kostsam än självhärdning
eftersom den kräver dyra investeringar i form av utrustning för granulering och torkning.
Detta måste ställas mot vinsten med den stabilare produkten. Dessutom finns tekniker där
granulerna självtorkar, vilket kan komma att sänka priset på denna typ av produkt.
Kompaktering
Kompaktering innebär att större partiklar formas av den fuktade askan genom någon form av
pressningsteknik. Vid valskompaktering pressas materialet mellan två skivor eller valsar till
en platt kaka som sedan krossas till flingor. Valsarna kan även vara försedda med mönster så
att man direkt får flingor av en viss storlek. En fördel med valskompaktering är att materialet
kan vara relativt torrt vilket minskar behovet av torkning efteråt. Risken för ihopklumpning
minskar också.
Pelletering
Olika kompakteringstekniker används för att producera pellets. Vid valspelletering
kompakteras och pressas askan fram under en spårad vals till långa strängar som sedan kapas
till lämplig storlek. En annan teknik som används innebär att materialet pressas till långa
strängar genom en hålskiva. Strängarna skärs sedan av till lämplig storlek vid skivans kant.
Eftersom askan ofta innehåller hårda partiklar kan slitaget på denna typ av utrustning bli
mycket hårt, vilket kan begränsa dess användningsgrad.
Askpellets är troligtvis mer stabila och långsamlösliga än övriga nämnda askprodukter.
Produkten är även mycket enhetlig. På motsvarande sätt som för granulerad aska måste
produktens högre kvalitet vägas mot dess högra kostnad att framställa. Höga
investeringskostnader i form av pelleteringsutrustning och torkar krävs.
Tillsats av bindemedel
Tillsats av olika bindemedel till askan för att ytterligare försöka förstärka produktens stabilitet
eller komplettera med något näringsämne, t ex N har gjorts vid flera tillfällen. Exempel på
bindemedel som testats är: vatten, kalk, dolomit, grönlutslam, rötslam, stärkelse, lignosulfat,
mesakalk och cement. Om man bortser från effekten av vatteninblandning, så har inblandning
av cement visat sig ge bäst hållfasthet. Flera försök pågår dock inom detta område och
ytterligare jämförelser behövs eftersom asksorterna, val av stabiliseringsteknik (granulering,
kompaktering eller pelletering) samt teknik för eventuell torkning (självtorkning, torkning i
förhöjd temperatur, torkning under förhöjt CO2-tryck mm) varierar mellan försöken.
6