Från massabruk till bioraffinaderi nya produkter från skogen LRF Skogsägarting 29-30 januari 2013 Mikael Ahlroth, Innventia AB 2013-01-30
Innehåll Inledning Bioraffinaderi - allmänt Innventias aktiviteter inom området Drivmedel Nya energiprodukter Material Vad händer i andra länder ett axplock Avslutande ord 2
Inledning Denna bild får man av massa- och pappersindustrin i dagspressen Anrikt sågverksföretag i konkurs Utansjö Bruk 1889-2008 3
Papperskonsumtion Sverige 4
Konsumtionsmönstren ändras 5
Papper kommer att användas även i framtiden men allt mindre i USA och Europa 6
Sågade trävaror i Sverige 1980-2011 7
Titta på konkurrenterna! UPM Frey Bentos, Uruguay Bästa teknik som kan uppbringas Råvaran klar på 3-7 år 8 Marknadstillväxt: ökande befolkning
Den svenska massa- och pappersindustrin kan inte att leva på gamla meriter! 9
Bioraffinaderi En anläggning där en biobaserad råvara förs in och processas till en mängd olika produkter I denna presentation Bioraffinaderi Samtidig produktion av fiber, energi och kemikalier från skogsbaserad råvara Innventia har jobbat med bioraffinaderifrågor sedan 1990-talet 10
Det framtida bioraffinaderi-sulfatmassabruket Det finns många möjligheter Massaved Fiberlinje Massa & papper Svartlut Integrerat Energi Värme & kraft System Avverkningsrester Förbehandling Konvertering Konvertering Kemikalier och material Biobränslen 11
Bioraffinering - helträdsutnyttjande Energi Bioolja DME El Etanol FT-diesel Värme Fast bränsle Lignin Avverkningsrester Svartlut Lignin Hemicellulosa Extraktivämnen Massa, paper, cellulosa Kemikalier/material Phenols Carbon fibre Binders Dispersant Activated carbon Fiber additive Barriers Hydrogels Polyesters Läkemedel Antioxidanter Bioactiva kemikalier Tallolja, terpentin 12
Varför är massa- och pappersindustrin lämplig för bioraffinaderi? Många möjligheter Mångårig erfarenhet av att hantera biomassa i stor skala Finns logistik för att hantera biomassa på plats Kunskap om att processa material innehållande lignocellulosa i stor skala Branchen pressad Priset på råmaterial, energi, transporter ökar Traditionella marknader mättade eller minskande för många produkter Finns ett behov för nya affärsmöjligheter 13
Sulfatprocessen en bioraffinaderiplattform 1500 MW in till bruket som ved = 13 TWh/år 14
Lovande energialternativ för massabruket Intag av annan biomassa? Hur mycket överskottsenergi finns tillgängligt? Vilka produkter? Etanol Lignin Pellets Pyrolys olja Torrefierat trä 15
Energidensitet en nyckefråga för biobränslen (MWh/m 3 ) Etanol Ris Trä pellets 3 Torrefierat trä & Lignin pulver 5 Pyrolys olja 5.5 6 0.4 16
Biobränslekoncept integrerade med ett sulfatmassabruk Koncept Pay-back (år) Påverkan på massabruket Utvecklingsstatus Torrefiering 1.7 Låg Demo Etanol + lignin 1.7 Hög Pilot Pyrolys olja 1.9 Medel Demo Pellets 2.0 Låg Kommersiell 17
Processvägar i massabruket Hydrolys/Fermentering Etanol Ved F R A K T I O N E R I N G Cellulosa Hydrolys/Fermentering Hemicellulosa Förgasning/Syntes Lignin Förestring Extraktivämnen Etanol Metanol DME FT-bränslen SNG Vätgas FAME (biodiesel) 18 SNG = syntetisk naturgas
Svartlutsförgasning Utvecklat sedan många år av Chemrec DP-1 pilotanläggning i Piteå 20 tts svartlut/d Termisk kapacitet 3 MW Förgasningsmedia rent syre Arbetstryck 30 bar(g) Idrifttagen 2005 Integrerad med Smurfit Kappa Kraftliner 19
Svartlutsförgasning 20
Cumulative mass fraction Produkter från syntesgas Metanol och DME är enkla molekyler som kan syntetiseras med hög selektivitet CH 3 OH CH 3 -O-CH 3 Fischer-Tropsch ger blandning av produkter 1.0 0.9 0.8 methane ethane LPG 0.7 naphtha 0.6 0.5 0.4 0.3 C1 C2 C3-C4 C5-C12 C13-C17 C18+ diesel wax 0.2 0.1 21 0.0 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 alfa
Innventia har varit med i studier om potentialen för bränsletillverkning Energibalanser för olika bränslealternativ från förgasning Fuel options Methanol DME FTD Biomass consumption 414 MW 408 MW 378 MW Black liquor consumption 487 MW 487 MW 487 MW Fuel production, total 273 MW 275 MW 244 MW Fuel production, total 410,600 t/year 286,000 t/year 109,700 t/year (+56,200 t/year) Energy efficiency (LHV): Black liquor to fuel 56% 56% Biomass to fuel 66% 67% 33% diesel + 17% naphtha 43% diesel + 22% naphtha (BLGMF II Study, Ekbom, Berglin, Lögdberg, 2005) 22
DME - pilotanläggning Idriftagen i juli 2010 Kapacitet 4 ton DME/dag 10 Volvolastbilar har provkört över 800000 km med DME Chemrecs försöksanläggning i Piteå nerläggningshotad övertagen av LTU 23
Integration med massabruk (BLGMF II Study, Ekbom, Berglin, Lögdberg, 2005) 24 Bild: Structor & Nykomb Synergetics
Innventias bioraffinaderifokus idag Nya produkter från massabruket Sulfatmassabruket som platform Fokus på huvudkomponenterna Effektiva separationsprocesser och bruksintegrering Lignin carbon fibres 25
Möjliga produkter från ett massabruk kg/ton massa Barr Bagass Eucalyptus Massa 1000 1000 1000 El 870 670 Eller produkter från lösta organiska ämnen i svartluten Lignin 600 470 440 2/3 kan extraheras Xylan 70 260 210 50 % kan extraheras 26
Ligninutfällning - LignoBoost Tekniken utvecklad under 1990-talet och första halvan av 2000-talet (Chalmers och Innventia) Idén är att avlasta en överlastad sodapanna genom att avlägsna lignin (=bränsle) ur svartluten Principen är att surgöra svartlut med koldioxid och svavelsyra Lignin faller ut som en fast substans, som tvättas och pressas i filter Slutprodukten är en gul-brun filterkaka med 65% torrhalt Innventia har en demonstrationsanläggning i Bäckhammar (max 8000 ton lignin/år) idriftagen 2007. Metso Power köpte tekniken 2008 och säljer processen kommersiellt Första anläggningen under uppstart hos Domtar, USA 27
Ligninutfällning - LignoBoost Principskiss av demonstrationsanläggningen H 2 SO 4 Spent acid Precipitation CO 2 Dewatering Conditioning Dewatering & washing Black liquor OUT Lignin lean black liquor IN Exporting kraft lignin Evaporation Kraft pulp mill Lime kiln Kraft lignin fuel in lime kiln 28
Innventias demonstrationsanläggning i Bäckhammar 29
Global potential för sulfatlignin Fibertyp Produktion Mton/år Ligninpotential kg/adt Avsalumassa löv 28 225 6.3 Avsalumassa barr 24 325 7.8 Integrerad 115 225 25.9 Totalt 167 40 Källa: Metso/RISI Outlook Briefings November 2010 (Antaget maximalt ligninuttag, energibortfall kompenseras med köpt bränsle) Ligninpotential Mton/år 30
Framgångsrika ligninbränsleappliaktioner Ligninoljeblandningar Lignin som mesaugnsbränsle Ligninpellets Sameldning med kol Sameldning med bark 31
Principschema för kommersiell LignoBoost High ph Low ph 32
Isometrisk ritning för kommersiell LignoBoost 33
LignoBoost Kommersiell status januari 2013 Många lignintillämpningar under utveckling Förstudier gjorda för 20 olika företag Första ordern Domtar, Plymouth, North Carolina 2011. Planerad startup Q1-2013 Statliga stödpengar till två projekt beviljade Stora Enso, Sunila, Finland Södra Cell, Mörrum, Sweden Domtar Plymouth 2012-03-15 34
Andra generationens etanol och lignin med en ny alkalisk process Testad i lab och fabriksskala Råmaterial - flis, avverkningsrester, sågspån, bagass etc. Alkalisk delignifiering följt av hydrolys och fermentering Behöver värme för kokprocessen och destillationen Behöver ett massabruk och en LignoBoost anläggning Behöver CO 2 för ligninutfällning Etanol har redan en marked. Mjölksyra är ett alternativ. Lignin har många potentiella tillämpningar Xylan är en möjlig biprodukt Non-food råmaterial 35
Nytt koncept för andra generationens etanol - Polynol Pulp wood Kraft pulping Paper/ board production Liquid packaging board Renewable packaging Energy and chemicals recovery Electricity Lignin separation Sulfur-free lignin Forestry residues, energy wood, bagasse 36 Alkaline fractionation CO 2 Hydrolysis & fermentation Polyethylene & PLA Ethanol & lactic acid Fuels for heavy-duty vehicles
Lignin är mer än bara bränsle 37
LignoBoost-lignin Potentiella value-added tillämpningar Sulfatlignin Kolfiber Aktivt kol Dispergeringsmedel Hydrofoba ytor Bindemedel, t ex i board Asfaltsemulsioner 38
Ligninfibrer från lignin i lövved och barrved Löv och barr LignoBoost lignin kan spinnas Kontrollerad molär massdistribution Kontrollerade termiska egenskaper Hög renhet Fibrerna är spröda måste stabiliseras 39
Ved och växter en källa för värdefulla polymerer Barr Löv Agro Gran Tall Björk Euca. glob. Euca. urogr. Hampa Bagass Xylan, % 9 8 26 21 16 29 28 Glucomannan, % 19 18 3 4 3 2 2 40
Sulfatprocessen uttagspunkter för xylan 1. Förbehandling innan massakoket 2. Koklut 3. Tunnlut 5. Extraktion från blekt massa Mill outline: Metso 4. LignoBoost filtratet 41
Xylan PLA-g-xylan Fiber Film 42 PLA-g-xylan fiber PLA-g-xylan film
Potentiella xylan tillämpningar Fiberadditiv Extruderad co-polymer Kemisk modifikation Cellulosa fiberkompositer Gasbarriärer Hydrogel Emulsifierare Xylitol Xylose Mjölksyra Furfural Etanol 43
Cellulosafiber baserade biokompositer 44
Vad gör resten av världen ett axplock 45
Corruven, Kanada Litet utvecklingsbolag som utvecklar trästrukturer enligt wellpappprincipen. 46
Åbo Akademi, Finland 10% lignan (polyfenol) Forskning om kvistnötter av gran Kraftig antioxidant Säljs som kosttillskott och skönhetsprodukt 47
UPM Kaukas massabruk, Finland 100000 ton/år biodiesel från talloja Egen process för att ta fram dieseln I produktion 2014 48
FPInnovations, Kanada Patenterat en process som är mycket lik LignoBoost, finns i labskala 100 kg/dygn 49
Slutkommentar 50
Branschen kommer att överleva Ryktena om massa & pappersindustrins snabba död är överdrivna Branschen kommer att överleva, men vissa produkter kan bli marginaliserade (tidningspapper, magasinpapper, bokpapper) Fortsatt användning av cellulosa i förpackningar och tissue Hård konkurrens från nya tillverkare i eucalyptus-bältet Västvärldens andel av jordens totala befolkning minskar tillväxten sker i BRIC-länderna Industrin i Sverige kan inte att leva på gamla meriter Den svenska massa & pappersindustri har stora möjligheter att utvecklas till en biorafinaderi-industri 51
Nya produkter växer fram Innventia och andra har utvecklat en lång rad med nya produkter inom energi, drivmedel och kemikalier Dock roterar inte världen runt Sverige i bioraffinaderi-frågan Flera traditionella skogsländer står inför samma utmaningar som Sverige Idag har Sverige ett försprång vad gäller forskning och utveckling av nya produkter (speciellt lignin och ligninderiverade produkter) Konkurrentländerna satsar stenhårt Om kommersialiseringen av produkterna fördröjs, kan svenska företag bli omsprungna av andra företag 52
Mikael Ahlroth mikael.ahlroth@innventia.com 53