Intermittent Drying of Biomass: A Systematic Reassessment of Energy Efficiency

Abstract

Drying is one of the most energy-intensive steps in the processing of high-moisture biomass, such as seaweed. In research, intermittent drying has often been reported as more energyefficient than continuous drying. However, the results of previous studies have often not been compared under equivalent conditions, making it unclear whether the reported energy savings stem from genuine advantages of intermittent drying or from methodological artefacts. The objective of this thesis is to systematically reassess the energy efficiency of intermittent drying. The research originated from studies on seaweed pelletization, where it was demonstrated that the majority of the energy in the preprocessing chain was used for drying. Therefore, a new comparison framework was developed to evaluate intermittent and continuous drying under identical operating conditions. A systematic literature review and meta-analysis of published studies were conducted. The reassessment of the results showed that many of the advantages previously attributed to intermittent drying diminish or disappear when the comparison is made on an equivalent basis. Furthermore, the results revealed that material thickness, initial moisture content, and drying temperature are the main parameters influencing the relative performance of the two drying methods. The effects of material thickness and initial moisture content were further investigated through controlled experiments using a porous sponge model, while tests with Bladderwrack were used to evaluate the framework using a representative high-moisture biomass. The results demonstrate that intermittent drying is not inherently energy-efficient; rather, its performance depends on material properties and operating conditions. The benefits of intermittent drying are most likely to occur when internal moisture transport limits the drying process. The thesis establishes a framework for the fair evaluation of intermittent drying and demonstrates that the feasibility of high-moisture biomass utilization depends strongly on drying performance, which is influenced more by material properties and operating conditions than by intermittency itself.Þurrkun er einn orkufrekasti þátturinn í vinnslu lífmassa með hátt rakainnihald, svo sem sjávarþörunga. Í rannsóknum hefur lotuþurrkun (e. intermittent drying) oft verið sögð orkunýtnari en samfelld þurrkun (e. continuous drying). Niðurstöður fyrri rannsókna hafa þó oft ekki verið bornar saman við jafngildar aðstæður og því hefur verið óljóst hvort orkusparnaður hafi stafað af raunverulegum kostum lotuþurrkunar eða aðferðafræðilegum skekkjum. Markmið rannsóknarinnar var að endurmeta orkunýtni lotuþurrkunar með kerfisbundnum hætti. Rannsóknin á rætur sínar að rekja til verkefna um kögglun sjávarþörunga, þar sem sýnt var fram á að meirihluti orkunnar í forvinnsluferlinu fór í þurrkun. Því var þróaður nýr samanburðarrammi sem gerir kleift að bera lotuþurrkun og samfellda þurrkun saman við jafngildar rekstraraðstæður. Framkvæmd var kerfisbundin heimildarýni og safngreining (e. meta-analysis) á birtum rannsóknum. Endurmat á niðurstöðunum sýndi að margir þeir kostir sem lotuþurrkun hefur verið eignuð minnka eða hverfa þegar samanburður er gerður á jafngildum forsendum. Jafnframt leiddu niðurstöður í ljós að þykkt efnis, upphaflegt rakainnihald og þurrkunarhitastig eru þeir meginþættir sem hafa áhrif á hlutfallslega frammistöðu þurrkunaraðferðanna. Þykkt efnis og upphaflegt rakainnihald voru síðan prófuð með stýrðum tilraunum á gljúpu svampefni og staðfest með tilraunum á bóluþangi, sem dæmigerðum lífmassa með hátt rakainnihald. Niðurstöðurnar sýna að lotuþurrkun er ekki í eðli sínu orkusparandi; árangur hennar ræðst fremur af eiginleikum efnisins og rekstrarskilyrðum. Kostir lotuþurrkunar raungerast helst þegar innri rakaflutningur takmarkar þurrkunarferlið. Ritgerðin setur fram samanburðarramma sem gerir kleift að bera lotuþurrkun og samfellda þurrkun saman við jafngildar forsendur og sýnir fram á að hagkvæmni nýtingar lífmassa með hátt rakainnihald ræðst að verulegu leyti af frammistöðu þurrkunarferlisins. Sú frammistaða mótast fyrst og fremst af eiginleikum efnisins og rekstrarskilyrðum fremur en af því hvort notuð er lotuþurrkun eða samfelld þurrkun.