Bioraffinaderier i Sverige och Finland En översikt Jonas Joelsson

Bioraffinaderier i Sverige och Finland En översikt Jonas Joelsson

Bioraffinaderier i Sverige och Finland Förstudie inom Forest refine, delprojekt 3 Kommande rapport Infoblad Dagens presenta=on Kontexten Teknikspår Aktuell utveckling Råvarukrav OpenStreetMaps bidragsgivare, CC BY-SA

Tjära, träkol och pogaska Trätjära skogsindustrins vik=gaste exportprodukt under 16- och 1700- t Sågindustrin tog över allt mer under 1800- t Tjäran ersages av andra impregneringsmedel Träkol Användning i järn- och stålindustri och som bränsle Konkurrens från stenkol Massaindustrin drev upp råvarupriset PoGaska Användning inom tvål- och glasframställning Producerades av björk, som mest i början 1800- t Produk=onen minskade bla pga råvarubrist

Industriell des=llering av trä (första halvan av 1900- t) Tar distillate Grade A tar Pitch Char Crude tar oil Crude turpentine oil Pre-oil Turpentine oil Acetone Wood Distillate Acetic acid Acetates Uncondensable gases Wood acid Calcium acetate Crude methanol Acetone Acetone oils Methyl acetone Methanol Formaldehyde Penta Allyl chloride TMP Grade B tar Historic production lines of Perstorp. Redrawn from (Malin Rex, Presentation at Processum, 2012)

Sågindustriboomen KraTig expansion från 1840- talet Industrialisering Sänkta brivska tullar Liberalisering av svenska regelverket Utländska entreprenörer Ångsågarnas inträde, migen 1800- t

Massa och pappersindustri Massaindustrin komplement =ll sågindustrin Använde sågverkens biprodukter och klenvirke Utvecklingen av pappersmaskinen ökade eterfrågan Mekanisk massa dominerade först (södra och västra Sverige) Kemisk massa expanderade på 1890- t, mycket i Norrland

Sulfat-, sulfit- och mekmassa 8000 7000 Pulp produced, 1000 t 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Mechanical & semichemical Sulphite Sulphate 1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2009 Produc:on of mechanical pulp, sulphite pulp and sulphate pulp in Sweden 1900-2009

Strukturutveckling 1960 1970 1980 2000 2011 Pulp Number of mills 127 98 72 51 41 Total capacity, Mt 5.6 8.9 10.5 11.1 13.3 Capacity/mill, kt 45 90 145 218 324 Paper Number of mills 76 68 62 52 39 Total capacity, Mt 2.3 4.8 7.2 9.1 12.2 Capacity/mill, kt 30 70 115 175 315

Finland eter 1809 Del av ryssland ryska marknaden vik=gare Självständighet och stängning av Ryssland 1917-18: Vik=g marknad försvann Omställning mot nya marknader med gemensamma försäljningsbolag Stort fokus på tryckpapper Bland annat pga råvarubasen Sweden Geothermal, Solar, etc. Hydro Finland Geothermal, Solar, etc. Hydro Biofuels and Waste Biofuels and Waste Nuclear Heat Electricity Electricity Heat Nuclear Coal and Peat Natural gas Coal and Peat Oil and oil products Natural gas Oil and oil products

Swedish wood conversion and use in 2009 (Anderholt- Helgesson et al. 2012) Skogsindustriella flöden i Sverige 2009 Spån/ flis/bark Div. rundved Spån/ flis/bark Spån/ flis/bark Spån/ flis/bark Sågverk Träskive -industri Kem. massa Mek. massa Spån/ flis/bark Spån/ flis/bark Lutar Spån/ flis/bark Sågtimmer Massaved Pelletsindustri Spån/ flis/bark

Div. energi- och materialanvändning Såga Flisa Mala Mekanisk Sulfatkok Sågade trävaror Flis Spån Mekmassa Svartlut (lignin) Massa (hemi-/cellulosa) Extraktivämnen Dagstidningar Kataloger Veckotidningar Böcker Broschyrer Foldrar Kontorspapper Wellpapp Kartong Säckar Påsar Hushållspapper Toalettpapper Blöjor Möbler Inredning Skoglig biomassa Kemisk Sulfitkok Brunlut (lignin, hemicellulosa) Massa (cellulosa) Golv Dörrar Fönster Termokemisk Förbränning Värme Konstruktionsvirke Panel Limträbalkar Plywood Faner Spånskivor Fiberskivor Lastpallar Trälådor Fjärrvärme Processånga El Pellets Ved

Bioraffinaderi vad är det? Erfarenheter från andra industrier Diversifica=on over =me shit from single products e.g. kerosene and starch to op=mum use of each frac=on of the feedstock. Product slate selec=on is a func=on of: market demand feedstock availability, composi=on, and price available processing equipment and capacity opera=ng costs compe==ve posi=oning government regula=ons Linear programming algorithms and other sophis=cated analy=cal techniques are used to help op=mize refinery product slates. Opera=ng flexibility enables shit of outputs over =me on a daily basis for certain petroleum refineries. Process improvement makes the cost of raw material the dominant factor in overall refinery economics.

Div. energi- och materialanvändning Såga Flisa Mala Extrahera Sulfatkok Skoglig biomassa Sulfitkok Hydrolys Förbränning Förgasning Pyrolys Torrefiering Sågade trävaror Flis Spån Mekmassa Naturliga kemikalier Svartlut (lignin) Massa (hemi-/cellulosa) Extraktivämnen Brunlut (lignin, hemicellulosa) Massa (cellulosa) Socker Lignin Värme CO, H 2, CH 4 Pyrolysolja, koks Torrefierad biomassa Dagstidningar Kataloger Veckotidningar Böcker Broschyrer Foldrar Dme Kontorspapper Etanol Metanol Wellpapp FT-Diesel Kartong Metan Säckar Butanol Påsar Eten Hushållspapper Olefiner Toalettpapper Plaster Blöjor Barriärmaterial Konsistensgivare Möbler PLA Inredning Lim Golv Textilier Dörrar Kolfibrer Fönster Kompositer Filter Konstruktionsvirke Panel Näringsämnen Limträbalkar Foder Plywood Livsmedel Faner Spånskivor Läkemedel Fiberskivor Antioxidanter Kosmetika Lastpallar Trälådor Fjärrvärme Processånga El Pellets Ved

Mo och Domsjö 1940- t

DrivkraTer, exempel Resurs- och miljöfaktorer Klimatpåverkan, koldioxidutsläpp Oljeberoende Marknadsfaktorer Konkurrens från andra producenter Konkurrens från andra medier etc. Teknikutveckling

Pågående ak=viteter

Deltagande i IEA Biomass Agreement Task 33 Thermal gasification of biomass Forskning och nätverk Bioraff- relaterad forskning på alla universitet Ins=tut, tex VTT, Innven=a Kluster, centra, tex Biofuel region Biorefinery of the future Number One ETC Swedish gasifica=on centre F3 Wallenberg wood science centre Benet bioenergy network Finnish Bioeconomy cluster Cluster for energy and the environemnt Forest industry future Energy technology cluster Cyklonförgasningstester av bränslena torrefierad grot, bark, torv och risskal Decentraliserad produktion av pyrolysolja för transport till storskaliga kraftvärmeverk och förgasningsanläggningar Etanol from lignocellulosa: Förbättrad etanolproduktion och mindre avfall Etanol from lignocellulosa: Förbättrad etanolprudktion och mindre avfall Etanol ur lignocellulosa via alkalisk förbehandling Etanol ur svensk vedråvara via förenklad alkalisk kokprocess Etanolframställning av cellulosa material med inkapslad och flockulerad jäst Etanolframställning av cellulosa material med zygomyceter F & U kopplat till testanläggning etanolfabrik i Bioenergikombinat i Härjedalen Fermentationsteknik för etanolframställning ur lignocellulosa i lab-skala, PDUskala och pilot-skala Fermentationsteknik för etanolframställning ur lignocellulosa i lab-skala PDU och pilotskala Fermentationsteknik för hydrolysat - jäsning av hydrolysat och jästproduktion Fermentationsteknik för hydrolysat: Styrning och uppskalning av SSF och jästproduktion Filtrering av lignin från lignocellulosabaserad etanoltillverkning Fluiddynamik i FB - experiment och modellering Forskning och utveckling inom torrefiering Forsknings/pilotanläggning för utveckling av produktionsteknik för bioetanol Framställning av biobaserad diesel och bensin Framställning av bränsleetanol från restprodukter Framställning av CO2-neutral bensin och diesel via Fischer-Tropsch-processen Framställning av flytande bränslen ur ligno-cellulosabaserade råvaror genom ångpyrolys vid hög temperatur FRAMTAGANDE AV HÖGVÄRDIGA LINGNINÅTERSTODER VID PRODUKTION AV ETANOL UR BARRVEDSRÅVARA Future BioPellets Förbehandling av biomassa för etanoltillverkning i pilotanläggning i Örnsköldsvik Förbränning/förgasning av hydrolysrest för gasturbindrift Förbättrade processer för etanol och sockerplattform från hexosrik skogsråvara Förbättring av kinetiska modeller för pyrolys av biomassa Förbättring av kinetiska modeller för pyrolys av biomassa Förbättringar av process för etanol från pentosrik agroråvara Fördelar med regionala klusterbildningar för integrering av förgasningsanläggningar för biomassa Förgasning-gasmotor för småskalig kraftvärme BLG-Programmet AB Håkan Holmberg Meva Innovation AB Johan Benjaminsson Gasefuels AB Lars Waldheim TPS Termiska Processer AB Per Tomas Larsson Innventia AB Leif Jönsson Karlstads Universitet Peter Axegård Innventia AB Peter Axegård Innventia AB Mohammad Taherzadeh Högskolan i Borås Mohammad Taherzadeh Högskolan i Borås Guido Zacchi Lunds universitet Gunnar Liden Lunds universitet Gunnar Liden Lunds universitet Gunnar Liden Lunds universitet Gunnar Liden Lunds universitet Hans Theliander Chalmers Tekniska Högskola AB Filip Johnsson Chalmers Tekniska Högskola AB Anders Nordin Umeå universitet Jan-Erik Ögren Etanol Pilot i Sverige AB Magali Boutonnet Kungliga Tekniska Högskolan KTH Sven Järås Kungliga Tekniska Högskolan KTH Sven Järås Kungliga Tekniska Högskolan KTH Weihong Yang Kungliga Tekniska Högskolan KTH Robert Eklund Mittuniversitetet Campus Sundsvall Torbjörn Lestander Sveriges Lantbruksuniversitet SLU Fredrik Lundqvist Innventia AB Roger Hermansson Luleå Tekniska Universitet Sune Wännström SEKAB E-Technology AB Rikard Gebart ETC Energitekniskt Centrum i Piteå Rikard Gebart ETC Energitekniskt Centrum i Piteå Sune Wännström SEKAB E-Technology AB Tomas Rydberg IVL Svenska Miljöinstitutet AB Jan Brandin

NER300 EU-stöd baserat på försäljningen av 300 miljoner utsläppsrätter

Div. energi- och materialanvändning Såga Flisa Massabruksbaserade Mala Extrahera Hydrolys & Etanol Sulfatkok Skoglig biomassa Sulfitkok Hydrolys Förgasning Pyrolys & torrefiering Förbränning Förgasning Pyrolys Övriga Torrefiering Sågade trävaror Flis Spån Mekmassa Naturliga kemikalier Svartlut (lignin) Massa (hemi-/cellulosa) Extraktivämnen Brunlut (lignin, hemicellulosa) Massa (cellulosa) Socker Lignin Värme CO, H 2, CH 4 Pyrolysolja, koks Torrefierad biomassa Dme Etanol Metanol FT-Diesel Metan Butanol Eten Olefiner Plaster Barriärmaterial Konsistensgivare PLA Lim Textilier Kolfibrer Kompositer Filter Näringsämnen Foder Livsmedel Läkemedel Antioxidanter Kosmetika

Vedråvara Hydrolys & Etanol Extraktivämnen Lignin Socker Cellulosa Hexoser Hemicellulosa Pentoser Aerob fermentering Anaerob fermentering Fermenteringsprodukter Ytterligare processer (bio)kemiska reaktioner Ethanol Methanol Methane Ethylene Acetic acid Acetaldehyde Propandiol Acetone Diethyl ether Propylene Lactic acid Propylene oxide Acrylic acid Malic acid Vinyl acetate N-Butanol Crotonaldehyde Butyraldehyde Butadiene Butandiol Itaconic acid Sorbic acid Citric acid Kojic acid Polylactic acid Furfural Levulinic acid

Projekt, hydrolys & etanol EPAB - development Pilot plant for cellulosic ethanol produc=on in Örnsköldsvik (~200 m3/yr). Owned by Umeå University, Luleå University, SEKAB. NBE Sweden - development Development plant for cellulosic ethanol produc=on in Sveg (3000 t/yr). Owned by NBE Co. Ltd., HMAB, Härjedalen municipality. ST1 - development St1 biofuels are currently producing ethanol from sugar- and starch- containing waste in several plants and are researching technology for ethanol produc=on from cellulose. Chempolis - development Chempolis Ltd is an R&D company developing biorefinery technologies, specialised in non- food, non- wood raw materials. Has a biorefinery park in Oulu. + div utveckling i labskala

Projekt, förgasning BLG DME - development Black liquor gasifica=on demonstra=on plant. Pressurised (30 bar), oxygen- blown entrained flow gasifier (3 MWth) with a DME demo plant. Technology developed by Chemrec AB. IVAB - development Pressurised entrained flow wood powder gasifica=on pilot plant (1 MW, 15 bar) in Piteå. WoodRoll - development Indirect gasifica=on technology demo (150 kw) in Köping. Developed by Cortus. Chalmers - development A 2-4 MWth indirectly heated gasifier integrated on the return leg of a 12 MWth CFB boiler Värnamo IGCC - development IGCC demo plant (18 MWth). Planned rebuild for syngas produc=on was cancelled. Mothballed. NSE Biofuels - development Neste Oil and Stora Enso built a wood gasifica=on demo (12 MWth) in Varkaus. Syngas combusted in lime kiln. The aim was a commercial BTL plant, but it has not been priori=sed for NER300 support. Vaskiluodon Voima - produc=on 140 MW gasifica=on plant for CHP under construc=on in Vaasa Vallvik biofuel - produc2on Planned black liquor gasifica2on plant with methanol produc2on at the Ro>neros mill in Vallvik. Applied for NER300 support but has not been priori2sed. Ro>neros biorefinery - produc2on Planned gasifica2on plant for methanol produc2on at the Ro>neros mill in Ro>neros. Applied for NER300 support but has not been priori2sed. WoodRoll Köping - produc2on Cortus is planning 5 MW gasifier with upscaling to 25 MW in a second step. Hagfors - produc2on Planned fluidized bed gasifier for methanol produc2on (1000000 t/yr) by Värmlandsmetanol. Uhde selected as technology supplier. Norrtorp - produc2on Pre- study for 250 MW methanol and SNG plant by Vämlandsmetanol, EON, SAKAB and others. GoBiGas - produc2on 20 MW plant for SNG under construc2on by Göteborg Energi. An 80-100 MW unit is planned for a second phase. Has been priori2sed for NER300 support. E.ON Bio2G - produc2on SNG plant planned by EON, up to 200 MW. On the reserve list for NER300 support. UPM Rauma - produc2on Planned gasifica2on/ft plant in either Rauma (Finland) or Strasbourg (France). Strasbourg plant priori2sed for NER300 support and Rauma plant on the reserve list. Ajos BTL - produc2on Planned gasifica2on/ft- plant. Metsä group recently withdrew from the project. Vapo Oy are persuing the project and are seeking new partners. Priori2sed for NER300 support.

Projekt, pyrolys och torrefiering Metso - development 2 MW pyrolysis R&D plant in Tampere. Pyrogrot - produc2on Planned pyrolysis oil plant at the Billerud pulp mill in Skärblacka. Priori2sed for NER300 support. Fortum - produc2on Planned pyrolysis oil plant (50000 t/yr) in Joensuu. Green Fuel Nordic - produc2on Three facili2es for pyrolysis oil produc2on to be built. Expected output 270000 t/yr. BioEndev - development Torrefac2on demonstra2on plant planned in Umeå. Torkapparater - development Torrefac2on demonstra2on project located on Gotland. Preseco - development Bio- char demonstra=on plant in Lempäälä.

Projekt, massaindustri Domsjö Produc=on of specialty cellulose, ethanol and lignin at industrial biorefinery site in Örnsköldsvik. Södra Cell New materials such as specialty cellulose and composite materials. Lignin extrac=on from black liquor. SunPine/Preem Produc=on of diesel (Evolu=on Diesel) from tall oil. Arizona Chemicals Produc=on of a range of chemicals from tall oil. UPM BioVerno Planned tall oil based diesel (BioVerno) produc2on facility in Lappenranta. Bark/wood residues Lignin Hemicellulose Cellulose Extractives Energy DME Ethanol FT-Diesel Biooil Heat Electricity Solid fuel Materials Phenols Carbon fibres Binders Dispersants Activated carbon Fibre additives Barriers Hydrogels Fibres Derivatives Nanocellulose Polymers Bioactive compounds

Projekt, övrigt Extrak=vämnen, exempel Läkemedel Skadedjursskydd Baskemikalier Växande intresse från kemiindustrin Projekt Skogskemi Metanol Butanol Olefiner

The Biorefinery Process Engineering Steam, electricity & district heating Ethanol CO2 R & D Cellulose derivatives Ethanol products fuels chemicals Extractives Speciality cellulose Energy Lignosulfonate Biogas

Nya industrier nya råvarukrav? Relevanta parametrar existerande industri, t.ex.: Massa/papper Fiberlängd Tjocklek fibervägg Fibrer/gram Fiberstyvhet Kärlelement Veddensitet Trämekanisk industri Reac=on wood Kviststorlek Kvistyta Döda kvistar Hartser Densitet Styvhet Styrka Dimensionsstabilitet Hårdhet Utseende Bioenergi Fukthalt Densitet Par=kelstorlek Askhalt Värmevärde Pelleterings- egenskaper Svavelhalt

Forest refine Delmål inom Forest Refine: iden=fiera relevanta parametrar för ag karaktärisera råvaran för fram=da bioraffinaderier beskriva vilka råvaruegenskaper som är värdefulla för olika bioraffinaderiprocesser

Råvarans pris och värde - Pris + Värde i processen

Råvarukrav, metod Kontakt med bioraffinaderiaktörer Enkät och intervjuer LiGeraturgenomgång Vi vill gärna ha din hjälp!

Tack för din uppmärksamhet! Jonas Joelsson jonas.joelsson@processum.se +46 70 3460970