Bioraffinaderier -En pappersprodukt? Pär Erik Mar7nsson Page: 1 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Bakgrund Alla talar om bioraffinaderier Varför? Skapar bioraffinaderier ny lönsamhet för näringen? Vilka är utmaningarna? Återge en högst subjek7v analys Page: 2 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Skogsbaserade Bioraffinaderier Grundtanken är at: 1. Separera träråvaran i sina huvudbeståndsdelar 2. Vidareförädla beståndsdelarna yterligare var för sig Wood Cellulosa, Hemicellulosa Wood Cellulosa Hemicellulosa Ligning, Hemicellulosa Lignine Det finns många förslag och lösningar hur deta ska ske!!! Page: 3 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Samhällsutvecklingen Begränsad 7llgång 7ll fossila bränslen (olja, kol) Växthusgaser (CO2) Global uppvärmning Ökad eberfråga på energi (Kina, Indien) Behov av alterna7va energikällor En lösning är at omforma biomassa 7ll biobränslen Poli7skt styrd utveckling som öppnar för nya möjligheter för näringen Page: 4 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Varför bygga om sulfatmassabruk? Näringen behöver nytänkande för at överleva på sikt! BäTre lönsamhet Ökad konkurrenskrab Investeringskostnader Enormt stor investering (etanolbruk baserat på majs med kapacitet 2000 ton/dag, ~$ 200 miljoner) Hemicellulosa pre extrahering i befinligt sulfatmassabruk: ~$ 30 miljoner, Hemicellulosa pre extrahering med korjiberretur eber kokning: ~ $40 miljoner Skog ger mer biomassa per ytenhet än jordbruksproduk7on Skördning av skog är mer effek7v än skörda jordbruksprodukter Råvarukostnaden är rela7vt hög för bioraffinaderier baserade på jordbruksprodukter eller avfall från jordbruket Exempel: Vid etanolproduk7on från majs är råvarukostnaden ungefär 30% av produk7onskostnaden Förmåga at at processera även jordbruksprodukter och avfall Skogsäringen har väl utvecklade transport och logis7ksystem Befintlig pappersproduk7on kompleteras med nya produkter Page: 5 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Kompletterande produkter Exempel på nya produkter Transportbränslen (exempelvis etanol och DME) Polymerer Kompositer / Kompositmaterial Äqksyra Lim (Adhesives) Alkoholer Vätgas Nano cellulosa Grön Energi Allt som går at 7llverka från olja kan 7llverkas av trä Page: 6 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Kraft Paper Manufacturing Black Liqour Chemical Recovery Vapo rizer Recovery Boiler Meza / Lime Kiln Energy CHP Wite Liqour Heat Pulping Paper Making De Barking Chipping Pulping Bleaching Stock Prepa ra?on Paper Machine Drying Recycling Page: 7 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Bio Refinery Black Liqour Black Liqour Gasifica?on Gasifi ca?on Fischer Tropz Gas Turbine Hemicellulose Pre Extrac?on Black Liqour Chemical Recovery Vapo rizer Recovery Boiler Meza / Lime Kiln Energy CHP White Liqour Heat Pulping Paper Making De Barking Chipping Pulping Bleaching Stock Prepa ra?on Paper Machine Drying Premium Recycling Reject Page: 8 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU Decontamina?ons
Exempel: Ombyggnation av massabruk Bruk med kapacitet om 2000 ton / dygn (torrvikt) Inför ny process för etanolproduk7on Hemicellulosa extrahering : innan kokning Innan kokning med med korjiberretur eber kokning Experiment och simulering (WIN GEMS, Aspen Plus) Produk7onsresultat Produk7onsekonomi Asp!!! Referens: Process modeling and analysis of pulp mill based integrated biorefinery with hemicellulose preextrac=on for ethanol produc=on: A compara=ve study, H J Huang et. al., Elsevier Bioresource Technology, Vol. 101, pp. 624 631, 2010. Page: 9 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Konventionell massatillverkning Page: 10 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Okonventionell massatillverkning (Biomass based Integrated Gasifica7on Combined Cycle) Page: 11 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Nya processer Hemicellulosa extrahering II Hemicellulosa extrahering med korjiberretur III Page: 12 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Massakvalité och utbyte? In order to make these two cases comparable, the liquorto wood ra9o, the ini9al temperature, the heat up 9me, and the final temperature were set to be the same. The total pulping 9me, the effec9ve alkali and the sulfidity were op9mized during the experimental study to achieve the same or very close Kappa number [ ], one of the key parameters represen9ng pulp quality. Page: 13 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Investeringskostnad Page: 14 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Produktionsresultat Power consump7on = Pumpar, elmotorer, etc Page: 15 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Slutsatser från studien Ombyggna7on av et bruk med kapacitet om 2000 ton/dag har undersökts mha processmodellering 22% ökad produk7onskapacitet i kokeri Årsproduk7on 17 000 m3 respek7ve 38 000 m3 etanol Avkastning på investering (ROI) Utan korjiberretur: 901 $/m3 (~ 6,30 kr/liter) Med korjiberretur: 491 $/m3 (~3,45 kr/liter) Korjiberretur eber kokning gav 56% större etanolproduk7on 13% lägre bränsleförbrukning i mesaugn Ångproduk7onen minskade betydligt (55%, 63%) Obetydlig ökning av avfall Avsevärd minskning av koldioxidutsläpp (jäsning av socker) men kolet är bundet i etanolen och CO2 genereras annorstädes Page: 16 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU Källa: Monica Westerlund
Bärighet för Svensk etanolproduktion? Teknisk etanol saluförs i tre kvalitéer Finsprit / Läkarsprit Teknisk sprit / Teknisk etanol (~94%) Fordonsetanol Marknadspriset för teknisk etanol: 6000 6500 kr/ton 4,69 5,08 kr/litern (ρ = 0,78) Teore7skt vinst = 4,69 3,45 = 1,24 kr / liter (!?) Fordonsetanol be7ngar et lägre pris Page: 17 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU Källa: Monika Westerlund, Affärsområdeschef etanol, Domsjö Fabriker
Flaskhalsar Påverkan på pappersegenskaper som dragstyrka och styvhet (generellt försämras då hemicellulosa kokas bort) är oklar Jäsningsprocessens effek7vitet i industriell skala Bioraffinaderier producerar mindre energi (ånga) Strategiska energisatsningar behövs för at effek7visera anläggningar Effek7visering av befintliga anläggningar genom op7mering (incremental) Använda den senaste konven7onella tekniken (byta ut gammal utrustning) Revolu7onerande produk7onsmetoder (break through manufacturing) Energibesparingar är relevant ty Energibesparingar ger omedelbara intäkter Vara rustad för fram7den Bioraffinaderier kräver stora investeringskostnader i ny produk7onsutrustning Rela7vt små kvan7teter av gröna produkter Hur skapas bäst avkastning (nya affärsmodeller) Uppköpare som jobbar mot flera bruk Centraliserad vidareförädling av gröna produkter, ny industri byggs upp Etanolpriset på sikt (fler producenter / hårdare konkurens om råvaran) Page: 18 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Energieffektivisering -processerna med störst potential (?!) AvvaTning (torkning mest energikrävande processen?) Mekanisk avvatning ~45% 1% ökning av torrhalten innan tork ger 4% energibesparing Massa7llverkning Utveckla Krab processen (sulfur chemestry) Utveckla alterna7va kokkemikalier (Enzymer, soda AQ, biologiska metoder, borate enhanced pulping) Tillverkning vid låga temperaturer Radikala alterna7v 7ll konven7onell mekanisk massa7llverkning (mikrovågor, ultraljud) Energieffek7v blekning mha nya kemikalier Lägre ytvikter (direkt propor7onell mot produk7onsekonomi) Styrketal Körbarhet Tryckbarhet BäTre fyllmedel (lägre torkbehov, mindre massaåtgång) BäTre metoder för återvinning av vitlut (autocas7cizing processes) Effek7vare indunstning (~11,4 GWh/ton) Elektromekanisk separa7on Membranseparering Termisk separering Källa: Forest Products Industry Technology Roadmap, American Forest & Paper Associa=on Page: 19 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU
Page: 20 October 09 ProcessIT Innova7ons LTU UmU Impact Factor