Pyrolysoljeanläggning i Norrland

Transkript

1 Piteå Pyrolysoljeanläggning i Norrland Sammanfattning Målet som EU siktar på är att öka andelen förnyelsebara energikällor till 20 % fram till Sveriges beting är att öka andelen förnyelsebar energi i energibalansen från dagens 40 % till 49 % och att minska utsläpp av koldioxid med 17 % jämfört med 2005 års nivå. År 2007 stod fossila bränslen för 20 % (inklusive torv) av Sveriges fjärrvärmeproduktion. Konkurrensen om skogstillgångarna har hårdnat och man bör använda resurser rationellt. De långa avstånden mellan råvara och användare gör att det ibland är ekonomiskt ointressant att utnyttja exempelvis GROT och stubbar för energiproduktion. En möjlig utväg för att öka nyttjandegraden av dessa resurser är kunna höja energidensitet på råvaran vilket skulle möjliggöra längre transporter. Vidare har EU kommissionen meddelat att drivmedel baserade på skogsråvara kommer att få en gynnad ställning i förhållande till drivmedel baserade på jordbruksgrödor. Trycksatt förgasning av biobränsle betraktas som en av de mest effektiva vägar för framställning av biodrivmedel. En stor utmaning i denna teknik är matningen av biobränslet från atmosfäriskt tryck till systemtrycket. Erfarenheter från svartlutförgasning jämfört med andra tekniker visar att det är mycket enklare att trycksätta ett flytande medel än fasta bränslen. Pyrolysoljeproduktion kan vara ett alternativ. Den fördubblar energidensitet och underlättar frakten och kan användas direkt bland annat som ersättning till eldningsolja. En annan fördel med pyrolysolja är att det är ett flytande bränsle och kan därför enkelt matas i trycksatta medströmsförgasare (typ Chemrecs förgasare) för vidareförädling till ex drivmedel. Pyrolysoljan kan också vara ett mellansteg för framställning av andra kemikalier. Pyrolys av lignin ger naturharts och kan användas för att producera träbaserade kompositer. Ensyn har redan utvecklat ett antal hartssorter utifrån biooljan [Ensyn 2008]. Sveaskogs förvaltning AB, Sundsvall Energi AB, Storumans Utveckling AB och Piteå kommun är intresserade att i samarbete med ETC undersöka de ekonomiska och tekniska aspekterna av pyrolysoljeproduktion genom att bygga en forskningsanläggning på 1 MW vid ETC. Bakgrund Låga oljepriser har varit ett hinder för nya utvecklingsinsatser av biodrivmedel. I dagens läge är dock utmaningen inte bara energiförsörjning, utan också den globala uppvärmningen. Det finns uttalade mål i EU-nivå om att minska växthusgaser med 20 %, öka andelen förnyelsebara energiresurser med 20 % och energieffektivisera med 20 % fram till Fossila bränslen inklusive torv står för 20 % av fjärrvärmeproduktionen i Sverige [Svensk fjärrvärme 2009]. Fjärrvärmesektorn siktar på att eliminera användningen av fossila bränslen. 1

2 Regeringen förklarade liknande mål i sin klimat- och energipolitik. Olja, kol och naturgas används normalt vid spetslaster där det är svårt att ersätta med fasta bränslen. Andelen av dessa bränslen utgår till 9 TWh eller ca 15 % av den totala leveransen av fjärrvärme [Svensk fjärrvärme 2009]. Till detta tillkommer torv (långsamt förnyelsebart bränsle) på 3,5 TWh (ca 5 %). Därför söker branschen ett förnyelsebart alternativ till gas- och eldningsolja. Trots de begränsade tillgångarna på skogsbränsle så finns det resurser såsom GROT och stubbar som ligger långt från behovsområden. ETC har tagit fram ett sankeydiagram för biobränsleflöden inom svensk skogsnäring (se figur 1). Figur 1 nedan är baserad på skogsstyrelsens rapport [Nilsson 2006]. Figuren visar att det finns totalt 26,1 Million ton biobränsle i form av GROT och stubbar. Frakten av GROT och stubbar är kostsam pga. den låga energitätheten. Skogsindustrin vill gärna utnyttja dessa resurser och höja värdet på sina produkter. Distribuerad tillverkning av ett halvfabrikat (pyrolysolja) med högre energidensitet öppnar en rad nya möjligheter. Studier som har gjorts inom trycksatt biobränsleförgasning visar på svårigheter med att mata det fasta bränslet från atmosfäriska trycket till höjt tryck. Det är välkänt att det är enklare att mata flytande medel till högre tryck (svartlutförgasning t.ex.). ETC jobbar med sina partner för att bygga en medströmsförgasare (PEBG-projektet som beviljades av Energimyndigheten). Det är framförallt pulver som ska förgasas i denna förgasare. Ett alternativ till pulverframställning och trycksättning är att pyrolysera biomassan och pumpa den i vätskeform. De tekniska och ekonomiska konsekvenserna av dessa två olika tekniker behöver jämföras. Ett alternativ som kan ge svar på ovannämnda utmaningar är pyrolysoljeproduktion. Snabb pyrolys har testats sedan 80 talet för framställning av bioolja som ersättning till eldningsolja. Det mesta av utvecklingen för storskalig pyrolysoljeproduktion sker i USA och Kanada. I Europa är bara BTG i Nederländerna aktiv i denna bransch, dock fortfarande i pilotskalastadiet. Fortum hade under början av 2000-talet en demoanläggning i drift i Finland men verksamheten avbröts pga låga oljepriser då. I norrland finns det industrier och andra aktörer som är starkt intresserade av att ta steget mot pyrolysoljeproduktion i regionen. ETC har utfört en förstudie på uppdrag av företag (Sveaskog och SUAB) och myndigheterna (Landstinget och Piteå kommun), [se Salman 2008]. Slutsatsen av denna förstudie är att det finns ett antal frågeställningar som bör besvaras innan man kan satsa på en kommersiell anläggning. Sundsvall Energi har gjort sin egen förstudie och deras slutsatser var inte långt från ETCs förstudie. Sundsvall Energi ser framemot att ersätta den olja som används idag (ca 150 GWh/år) med egen produktion av pyrolysolja. SUAB och Piteå kommun ser framemot etablering av nya industrier i kommunerna. Sveaskog är intresserad att höja värdet på deras produkter (skogsråvaror) och utveckla nya affärsområden såsom drivmedels- och kemikalieproduktion. 2

3 Figur 1: Sankeydiagram för biobränsleflödet i Sverige baserat på skogsstyrelsens rapport (siffrorna är i miljon ton torr massa) [Nilsson 2006]. 3

4 Projektbeskrivning Sveaskog, Sundsvall Energi, SUAB och Piteå kommun anser att det är viktigt att undersöka de teknoekonomiska aspekterna av pyrolysoljeproduktion innan man går mot kommersiell anläggning. I samarbete med ETC planerar de att bygga en pilotanläggning för att besvara frågeställningar såsom: 1. Val av teknik som är mest lämplig för pyrolysoljeproduktion både i inlandet och integrerat i ett energikombinat. 2. Bränsleutbyte vid olika bränslekvaliteter 3. Möjlighet att använda GROT och stubbar i framställning av pyrolysolja 4. Stabilitet och lagring av pyrolysolja 5. Förbrännings- och förgasningsegenskaper av pyrolysolja Förutom frågeställningar som avgör investering i kommersiella anläggningar siktar partnerna att engagera andra forskare vid LTU, UMU och andra universitet för att hitta metoder för vidare förädling av pyrolysoljan för produktion av nya produkter såsom drivmedel och kemikalier. Parallellt med ovanstående aktiviteter planerar Sveaskog och SUAB även att inleda studier för användning av stubbar som bränsle. Den preliminära utvärderingen två år från projektstart (i slutet av 2011) syftar till att starta arbetet med att bygga en anläggning som antingen kan vara en produktionsanläggning eller större demonstrationsanläggning beroende på erfarenheter samlas fram till dess. Syfte och Mål Syftet med detta projekt är att bygga en pilotanläggning och att med resultat från denna kunna svara på frågeställningar som nämnts ovan (se projektbeskrivning). Det övergripande målet med pilotanläggning är att erhålla en god uppfattning om vilka utmaningar och utvecklingsmöjligheter som finns vid byggnad av kommersiella anläggningar för produktion av pyrolysolja. Projektets delmål är: 1. Val av en teknik som passar för storskalig pyrolysoljeproduktion från många olika typer av skogsråvaror. 2. Utföra pyrolystester på pulver framställd av stamved, GROT och stubbar 3. Långtidstester av processen; Kontinuerlig drift av anläggningen i minst två veckor 4. Produktion av minst fem ton pyrolysolja för vidaretester 5. Utföra tester om påverkan av oljelagring 6. Utföra förbränningsförsök i labskala där stoft och gasformiga emissioner jämförs med eldningsolja 7. Utföra minst ett storskaligt förbränningsförsök i en kommersiell panna och jämföra emissionerna med eldningsolja 4

5 8. Ta fram ett beslutunderlag för en kommersiell (eller demo-) anläggning som kan byggas antingen i inlandet eller/och vid Sundsvall Energis kraftvärmeverk i Sundsvall 9. Utföra förgasningsförsök med den producerade pyrolysoljan vid ETCs PEBGförgasare 10. Ta fram beräknade investerings- och driftkostnader för två typanläggningar i fullskala. Det första alternativet är en anläggning med placering i Norrlands inland och det andra alternativet är i anslutning till Sundsvall Energis kraftvärmeverk. 11. Stubbar som råvara Synergier och internationellt samarbete IVAB, Sveaskog, LTU och ETC har redan ett gemensamt projekt för att bygga en trycksatt medströmsförgasare (PEBG). Förgasaren byggs för pulverformiga bränslen. Dock är det fullt möjligt att använda samma förgasare i pyrolysoljeförgasning. Detta ger möjlighet att jämföra de två olika tankesätten; direkt pulverförgasning och förgasning genom ett mellansteg (pyrolysering). Kontakter har tagits med VTT i Finland för att ta tillvara deras erfarenheter inom området. VTT har varit med och utvecklat Fortums anläggning i början av 2000-talet. Sveaskog har haft kontakter med Ensyn, ett ledande företag i branschen, för möjlig medverkan i detta projekt. Projektadministration Projektet leds av Hassan Salman/ETC och en projektgrupp bildas för uppföljning av det dagliga arbetet. I projektgruppen ingår förutom representanter från Sveaskog, Sundsvall Energi, Piteå kommun och SUAB de personer med kompetens som behövs för utförande av projektet. Dessa personer kan vara anställda hos parterna i projektet eller utomstående. Projektets styrgrupp består av representanter för de olika finansiärerna och ETC: 1. Ann-Britt Edfast, Sveaskog 2. Anders Jonsson, Sundsvall Energi 3. Henrik Sundström, SUAB 4. Erik Persson, Piteå kommun 5. Rikard Gebart, ETC 6. Energimyndighetens representant En referensgrupp som består av följande personer är rådgivande för att utvärdera arbetssättet i projektet och det vetenskapliga innehållet: 5

6 1. Prof. Marcus Öhman, LTU 2. Prof. Jonas Hedlund, LTU 3. Professor Björn Kjellström, Exergetics Energisystemteknik AB Utförande Projektet beräknas pågå i tre år enligt följande tidschema Aktivitet Start avslut Förprojektering och offertbegäran Kontrakt med leverantörer Uppförande av anläggning Inkörning av anläggning Testkampanjer med olika bränslefraktioner, fukthalt och typer Preliminär utvärdering och start på planering av kommersiell (demonstrations) anläggning Förbränningstester i ETC förbränningskammare Produktion av pyrolysolja för förbränningstester i en kommersiell panna (Sundsvall Energi) Förgasningstester i PEBG Rapportering och utvärdering

7 Budget och finansiering Den totala budgeten av detta treåriga projekt beräknas vara 16 MSEK. Budgeten och finansiering fördelas enligt följande Post Kostnader (KSEK) Förprojektering 500 Teknisk projektledning 600 Dimensioneringsarbete 600 Utrustning (reaktor/ matningssystem/ kylare) Styr- och regleringssystem Drifttekniker (3 år) Instrumentering 700 Analyser 700 Bränsle 700 Förgasningstester 800 Förbränningstester 600 Resor 300 Oförutsett Summa Finansiering Energimyndigheten Sveaskog Sundsvall Energi SUAB 500 Piteå Kommun 500 Summa

8 Resultatredovisning Resultaten av projektet redovisas i en eller flera tekniska rapporter efter godkännande av parterna. Delresultat redovisas i vetenskapliga tidskrifter, konferenser och parternas hemsidor. En särskild hemsida upprättas för projektet också. Referenser Ensyn, Nilsson P. O., Biomassaflöden i svensk skogsnäring 2004, skogsstyrelsen Rapport 2006:23 Salman H., Teknoekonomisk Studie om Pyrolysoljeproduktion i Norrland, ETC-rapport Svensk fjärrvärme, use=biblo&cmd= detailed&id=1427,