Nopea ja tarkka biopolttoaineiden kosteuden määritys käyttäen magneettisen resonanssin mittaukseen perustuvaa laitetta

Biomassaa käytetään paljon polttoaineena ja sen käyttö kasvaa energialähteenä sekä raaka-aineena nestemäisten biopolttoaineiden valmistuksessa. Kaikki nämä prosessit hyötyvät, jos biomassan kosteus tunnetaan etukäteen kaikissa oloissa. Biopolttoaineiden kauppa perustuu yhä enemmän polttoaineen energiasisältöön, joka lisää nopean ja tarkan kosteuspitoisuuden määrityksen tarvetta. Viime vuosina on EU-tasolla toteutettu myös laaja biopolttoaineiden standardointi, joka korostaa laadunhallinnan ja laatutietojen tärkeyttä hankinta- ja toimitusketjussa. Periaatteessa kosteuspitoisuutta voidaan mitata monella instrumentaalimenetelmällä. Tyypillisiä tekniikoita ovat mm. infrapuna (ir, nir), radiotaajuus (rf), mikroaalto, radiometriset, sähkönjohtavuuteen ja kapasitanssiin perustuvat laitteet. Myös magneettista resonanssia (MR) ja termisten neutronien absorptiota on käytetty. MR-menetelmän periaatteet on tunnettu ja sitä on käytetty jo 1950-luvulta lähtien. Siitä on tullut paljon käytetty instrumentaalianalyysimenetelmä kemiassa. Se on myös tunnettu tarkkana menetelmänä, jota soveltuu erilaisten yhdisteiden analyysiin ja erityisesti vetyä sisältävien aineiden tutkimiseen. Nykyisin MR-tekniikkaa käytetään spektroskopiassa ja rakenneanalyysissa. MR-teknologian hyödyntäminen on laajentunut lääketieteelliseen diagnostiikkaan magneettikuvauksena (MRI). Jo kauan on pyritty kehittämään pienempiä MR- mittareita. Vaisala Oyj toteutti muutama vuosi sitten tällaisen laitteen. VTT on käyttänyt Vaisala Oyj:n kehittämää MR-prototyyppilaitetta noin vuoden ajan 2011 eri biopolttoaineiden kosteuden mittauksessa. Ensimmäinen vaihe VTT:llä oli määrittää laitteen tarkkuus kosteusmittauksessa verrattuna standardissa (SFS-EN 14774) kuvattuun uunikuivausmenetelmään. Nämä testit osoittivat, että prototyypin tarkkuus oli verrattavissa standardin mukaiseen kosteuspitoisuuden määritykseen. MR-mittaus oli myös tarkempi kuin muut vastaavantyyppiset samalla tavalla käytettävät instrumentaalilaitteet, joita VTT:llä oli ollut käytössä. Prototyyppi oli lisäksi luotettava ja helposti kalibroitavissa. Suurin haaste MR-prototyypin käytössä oli mittausastian koko. Siksi astiaan pystyttiin panemaan tyypillistä biopolttoainetta keskimäärin noin puolet siitä, mitä uunikuivaukseen perustuvassa näytteenottostandardissa (SFS-EN 14774) edellytetään näytemassaksi. Sen vuoksi VTT:n mittauksissa kosteus määritettiin MR-laitteella aina kahdesta samasta näytteestä otetusta osanäytteestä. Laskelmissa ja vertailuissa käytettiin kahden mittauksen keskiarvoa. Jo Vaisalassa prototyypillä testattiin kaksi kertaa suurempaa näyteastiaa, jonka Metso automaatio on ottanut käyttöön kaupallisissa laitteissa.