Strategisk Innovationsagenda Teknikläge förgasning och pyrolys Lars Waldheim Konsult NTL IEA Task 33 (förgasning) lars.waldheim @waldheim-consulting.se Magnus Marklund VD, SP ETC NTL IEA Task 34 (pyrolysis) magnus.marklund@sp.se 1
Förgasning översikt, många tillämpningar 25-30 % el, 50-60 % värme 40-70 % energi 40-45 % el, 45-50 % värme 35-40 % el 2
Biomasseförgasning Sverige 2010-2015 Piteå MEVA 1 MW kraftvärme i drift WoodRoll 500 kw Demonstration driftsättning Rottneros, planerad 100 000 t/å metanol NER 300 ansökan avslagen 2014 SP ETC 1 MW PEBG pilot i drift LTU Green Fuels 2 MW DME pilot i drift Värmlandsmetanol AB Planerad 100 000 t/å metanol Göteborg GoBiGas Fas 1 20 MW SNG Fas 2 NER 300 bidrag 2012 Värö 25 MW CFB Mesaugnsförgasare i drift t. 2014 E.ON Bio2G Planerad 200 MW SNG NER 300 bidrag 2014 Domsjö Chemrec demonstration Avbrutet 2012 Vallvik Biofuel NER 300 ansökan avslagen 2012 Västerås Avfallsförgasning KV Avbrutet 2010 Värnamo 18 MW IGCC Avbrutet 2000, 2010 3
Europa, sameldning och kraftvärme (> 1 MWe, ej komplett, inkl. avfall) Herten CHP (in planning) 4
Förgasning med motor Danmark Harboröre (Babcok Völund) I drift 1994, med motore 2000. 3.3 MW th, 0.85 MW e, 2 motorer. Fastbäddsförgasare, tjärskrubber, tjära samals och används vid topplast Skive (Carbona, HTAS) I drift 2006 11 MW th / 3*2 MW e. Träpellets. FB förgasare, monolitisk tjärreformer, gas filter, skrubber och 3 motorer. Andra leverantörer i Europa: MEVA, Spanner, Repotec, Guascor, EQTEQ, mfl. 5
IGCC- anläggningar på 1990-talet Typhoon (SGT100) Värnamo CFB, 18 bar tryck Drift 1995-2000, 2007 3 600 h drift integrerat med GT Gas turbine Arbre, UK Atmosfärisk förgasning Driftsättning avbröts 2001 pga. byte av huvudägare 6
AIR PRODUCTS, UK En anläggning I driftsättning, En under byggnad, driftstart 2016 7
Vaskiluoto, sameldning med kolpanna Största CFB-förgasaren 140 MWth Instrumentation, electrification and automation Dried biomass Product gas Wet biomass Biomass receiving and pre-handling Large-scale belt dryer CFB gasifier 140 MW fuel Existing PC boiler modifications and new burners 8
Rottneros BTL (planned) Tofte Biofuel (planned.) Värmlandsmetanol (planned) GoBIGas SNG (in op.) BIO-MCM BTL (in op/ in plan) Empyro pyrolysis (in op.) Hervesken, Delfzilj WtG (in constr.?) HVC WtG (planned.) Solena WtL (planned) BioTFuel (planned) Stracel (planned) Bure Saudron BTL (stopped 2011, New project planned 2013) Europa BTL +Pyrolys Domsjö BLG BTL (planned, stopped 2012) ETC Pyr. (in op.) Vallvik BLG BTL (planned.) LTU Green Fuels/Chemrec BLG (in op.) Finish Forest BTL (Ajos BTL) (stopped 2013) Kemira Oulu NH3 (stopped 1990) Rauma BTL ( planned. stopped 2012) NSE BTL ( planned. stopped 2012) Valmet Pyr. (in op.) VTT Pyr. (in op.) UPM Lappen raanta HVO (in op.) Fortum pyrolysis (in op.) Fortum pyrolysis (planned.) Bio2G SNG (planned) CHOREN BTL (stopped 2010) Bioliq BTL (in commissioning) Gussing, BTL, SNG (op.) Pilot plants Demonstration plants Commercial BTL Liquid fuels incl. alcohols BLG Black liquor gasification SNG Synthetic Natural Gas WtG Waste to Gas WtL Waste to Liquids 9
NER 300 Europa EU NER300: bioenergy UPM Stracell Frankrike. FT. Status okänt, aktivitet 2015? 1 st Call AIOS BTL WoodSpirit Finland. FT. Avbrutet. Nederländerna. Metanol. Status okänd. Pyrogrot Billerud Sverige. Pyrolysolja. Avbrutet GoBiGas 2 Sverige. SNG. Fas 1 pågår, fas 2? Fast pyrolysis Estland. Pyrolysolja. Status okänd 2 nd Call CHP Biomass pyrolysis Lettland. Pyrolysolja. Status okänd E.ON Bio2G Sverige. SNG. Status? Andra ansökningar ej valda (Rottneros etc.) Deadline har utsträckts 2 år. (GoBiGas 2 2016, Bio2G 2020) 10
Biomassa till metanol: Värmlandsmetanol Tillståndsprövning pågår Investorer och IPO för ett tillskott av 3 000 MSEK (330M ) planeras 11
Red Rock Biofuels (planned) USA AND CANADA BTL+Pyrolys New Page BTL (on hold)) KiOR Pyr. (stopped 2013) Frontline Bioenergy BTL (op.?) Fulcrum BTL (in constr.) Flambeau BTL (on hold) Coskata BTL (USDA) REIII Sierra Energy WTL (planned) Andritz Carbona, GTI, HTAS (op.) IHI 2 op. Rentech, Clear Fuels (stopped 2013) Ensyn Pyr, several units op. Enerkem BTL ( in commissioning Enerkem BTL (op) Solena WTL (planned) Enerkem BTL (planned) UOP (pyrolysis) More info Sundrop Biofuels BTL (planned) Freedom Pine BTL (planned 2012) Range Fuels BTL (stopped 2011) INEOS BTL (in commissioning) http://www1.eere.energy.gov/biomass/integrated_biorefineries.html, www.canmet.cn Pilot plants Demonstration plants Commercial BTL Liquid fuels incl. alcohols BLG Black liquor gasification CHP Combined heat and power SNG Synthetic Natural Gas WtE Waste to Energy WtL Waste to Liquids 12
ENERKEM, Kanada Enerkem driftsätter en 100 000 ton per år RDF-förgasare för att göra 38 000 m 3 etanol i Edmonton. Först produktion annonserad sep. 2015 13
INEOS BIO, USA Vero Beach, FL Biomasseavfall, RDF förgasas till 30 000 m 3 etanol per år och 6 MW e. Driftsättning stoppad 2014, 2015, ombyggnader Syrgasblåst tvåstegsförgasare 1.5 tpd PDU gasifier 14 14
Slutsatser teknikstatus Småskalig kraftvärme mycket intresse där stöd finns (ej Sverige). Intressant på sikt för de minsta näten som inte har kraftvärme? Sameldning inte intressant i Sverige, industriugnar? IGCC utvecklingen fram till ca 2000, men kolförgasning aktivt Kommer intresset igen på lång sikt (efter 2030)? Syntesgas generellt Mycket skrik och lite ull, och lite driv Många projekt under beredning Stora stöd t.ex. genom NER 300, men otillräckligt? Hur komma över finansierings-, teknik- och marknadsrisker trots stora stöd i vissa fall? Globalt så är ingen anläggning i drift på biobränsle och avfall, men driftsättning pågår för tre syntesgas anläggningar en IGCC varav en i Sverige. Sverige ligger fortfarande långt framme kunskapsmässigt 15
SP Energy Technology Center Exempel på konverteringsprodukter via snabb pyrolys:
Kommersiella/Demo anläggningar SP Energy Technology Center projectowner status country KiOR - - idle USA TRL 8 First-of-a-king commercial demo - - - In situ forest residues 20 833 kg/h Ensyn - planned Brazil TRL 8 First-of-a-king commercial demo - - - Circulating Fluid Bforest residues 16 667 kg/h Fortum - operational Finland TRL 8 First-of-a-king commercial demo - - Fluid Bed forest residues 10 000 kg/h BTG-BTL - operational NetherlandTRL 8 First-of-a-king commercial demo - - - Rotating Cone organic residues and waste 5 000 kg/h Ensyn - operational Canada TRL 8 First-of-a-king commercial demo - - - Circulating Fluid Bforest residues 2 500 kg/h ABRITech - - never started Canada TRL 6-7 Demonstration - - - Auger 2 000 kg/h Red Arrow - operational USA TRL 8 First-of-a-king commercial demo - - - Circulating Fluid Bunknown 1 667 kg/h Red Arrow - operational USA TRL 8 First-of-a-king commercial demo - - - Circulating Fluid Bunknown 1 667 kg/h Red Arrow - operational USA TRL 8 First-of-a-king commercial demo - - - Circulating Fluid Bunknown 1 667 kg/h Red Arrow - operational USA TRL 8 First-of-a-king commercial demo - - - Circulating Fluid Bunknown 1 250 kg/h Ensyn - operational Canada TRL 6-7 Demonstration - - - Circulating Fluid Bed 625 kg/h AgriTherm - operational Canada TRL 6-7 Demonstration - - Fluid Bed agricultural residues 420 kg/h KiOR - - idle USA TRL 4-5 Pilot - - - In situ forest residues 417 kg/h Valmet - operational Finland TRL 6-7 Demonstration - - Fluid Bed forest residues 300 kg/h Biomass Engineering, Ltd. - - never started UK TRL 6-7 Demonstration - - Fluid Bed 250 kg/h Pytec - - idle Germany TRL 4-5 Pilot - - - Flat Plate organic residues and waste 250 kg/h Virgina Tech - - idle USA TRL 4-5 Pilot - - Fluid Bed organic residues and waste 250 kg/h BTG - operational NetherlandTRL 4-5 Pilot - - - Rotating Cone 200 kg/h University of Science and Technology of - operational China TRL 4-5 Pilot - - Fluid Bed 120 kg/h Fraunhofer UMSICHT - - commissioning Germany TRL 4-5 Pilot - - - Flat Plate 100 kg/h Mississippi State University - operational USA TRL 4-5 Pilot - - - Auger 83 kg/h USDA-ARS-ERRC - operational USA TRL 4-5 Pilot - - Fluid Bed 83 kg/h RTI International - operational USA TRL 4-5 Pilot - - - In situ 42 kg/h Alternative Energy Solutions Ltd. - operational New Zeala TRL 4-5 Pilot - - - Auger 40 kg/h Envergent - - idle USA TRL 4-5 Pilot - - - Circulating Fluid Bed 63 kg/h Mainstream Engineering Corporation - under construction USA TRL 4-5 Pilot - - Fluid Bed organic residues and waste 45 kg/h Battelle - operational USA TRL 4-5 Pilot - (Flash) Pyrolysis 31 kg/h ABRITech - - commissioning Canada TRL 4-5 Pilot - - - Auger 25 kg/h Renewable Oil International LLC - operational USA TRL 4-5 Pilot - - - Auger 21 kg/h VTT Ltd. - - commissioning Finland TRL 4-5 Pilot - - Fluid Bed 20 kg/h SP ETC - operational Sweden TRL 4-5 Pilot - - - Centrifugal 20 kg/h University of Idaho - operational USA TRL 1-3 Researc h - - - Auger 20 kg/h UDT - operational Chile TRL 1-3 Research - - Fluid Bed 15 kg/h Iowa State University - operational USA TRL 1-3 Researc h - - Fluid Bed 10 kg/h National Renewable Energy Laboratory - operational USA TRL 1-3 Researc h - - Fluid Bed 12 kg/h Fraunhofer UMSICHT - operational Germany TRL 1-3 Researc h - - - Flat Plate 10 kg/h CanmetENERGY - operational Canada TRL 1-3 Research - - Fluid Bed 10 kg/h CanmetENERGY - - commissioning Canada TRL 1-3 Researc h - - - Flat Plate 10 kg/h KiOR - - idle USA TRL 1-3 Researc h - - - In situ 42 kg/h type technology rawmaterial inputcapacity1 unit
Pyrolysis i Sverige LTU Green Fuels Co-gasification BL/PO 3 MWth SP ETC POC: 200 kwth Labb materialkarakterisering Sollefteå Kommun Pyrofab (Mobil demo):? kwth Billerud pyrolys NER 300 bidrag Projektet avbrutet KTH Catalytic Steam pyrolysis: 10 kwth Labb materialkarakterisering SP Process Development Labb materialkarakterisering SP Energy Technology Center SWE Country Report IEA T34 October 2014 18
SP Energy Technology Center Fortums pyrolysoljeanläggning i Joenssu, Finland
Fortums pyrolysoljeanläggning i Joenssu, Finland Princip: CHP integrerad FB pyrolysanläggning (ersätta HFO/LFO för satelitenheter i lokal fjärrvärmeproduktion) Invigning: 29 Novmeber 2013 Kapacitet: 10 ton TS bränsle/tim Bränsle: Sågspån, hyggesavfall Status: I drift SP Energy Technology Center
Commercial scale demonstration of fast pyrolysis technology 2014 21
EMPYRO - introduction OBJECTIVE Design, built and operate a 25 MW th fast pyrolysis plant to produce simultaneously electricity, process steam and fuel oil from woody biomass. Demonstrate the use of pyrolysis oil in natural gas fuelled boiler for the production of process steam. Reference plant for BTG-BTL Pyrolysis Technology. 2014 Location Empyro: on site AkzoNobel, Hengelo (Netherlands) 22
EMPYRO key figures Overall Project investments (EMPYRO): ~ 19 Meur (Incl. civil works, working capital, permits, engineering, installation, equipment, etc) 2014 23
Slutsatser teknikstatus pyrolys Tidiga anläggingar vara inte ämnade för energi, t.ex. liquid smoke Möjligheterna med PO som ersättningsolja har studerats men ofta är egenskaperna inte fördelaktiga. Idag är två demos igång i EU för kraftvärme! Att uppgradera till biocrude via pyrolys är i gryningen och kan innebära tekniksprång i närtid. Sverige inte så långt fram kunskapsmässigt i jmf med förgasning Teknikbarriärer (i förhållande till förgasning) är idag de främsta hindren. Fördelar finns i att kunna göra perifer bioråvara mer energität. SP Energy Technology Center
SP Energy Technology Center Tack för uppmärksamheten!