Fokus Förgasning av biomassa



Relevanta dokument
Biomassaförgasning integrerad med kraftvärme erfarenheter från en demoanläggning i Chalmers kraftcentral

Grön energi till kraft och processindustrier

INFO från projektet 04

Klimatsmartare bilar och bränslen ett försök att bringa reda bland möjligheter och begränsningar med olika bränslen och fordonstekniker.

Målet med projektet är att optimera metanutbytet vid biomassaförgasning och att samtidigt minimera förekomsten av tjära.

Förgasningsforskning, utgångspunkt

Biogas. Förnybar biogas. ett klimatsmart alternativ

Alternativa drivmedel ett försök att bringa reda bland möjligheter och begränsningar med olika drivmedel och tillhörande fordonstekniker.

Hållbara inköp av fordon, Härnösand 2 december 2009

Lagring av överskottsel

INFÅNGNING AV KOLDIOXID MED TVÅSTEGSFÖRBRÄNNING. Chemical-Looping Combustion (CLC)

Framtida utmaningar att lösa inom förgasning av biomassa

Innovate.on. Bioenergi. störst betydelse för att EUs klimatmål ska uppnås

GoBiGas Framtiden redan här! Malin Hedenskog Driftchef GoBiGas Göteborg Energi Gasdagarna maj 2016

INFO från projektet 45

11-02 Bränsleanalys anpassad till förgasning-analys av förgasningsråvara

GoBiGas. Gothenburg Biomass Gasification Project. Elforsk 28 okt 2010 Malin Hedenskog

Vad är framtiden inom gasuppgradering?

En utlokaliserad energiproduktion

Teknikbevakning av bränslecellsområdet under Stationära fastoxidbränsleceller (SOFC) Elforsk rapport

Neova/Vapo. Syntetdiesel Stefan Östlund Neova AB

Biobränsle. Biogas. Effekt. Elektricitet. Energi

Koldioxidinfångning ett riskabelt spel eller nödvändigt för klimatet?

Introduktion av biodrivmedel på marknaden

GAS SOM ENERGIKÄLLA. Användes redan 900 f.kr. i Kina i lampor. Gas som sipprade fram ur marken togs omhand och transporterades i bamburör till byarna.

INFO från projektet. Det finns många möjligheter för att vidareförädla energiråvaror från skogen. Metoder BIOENERGI FRÅN SKOGEN

Förnybara energikällor:

Biogas från många bioråvaror

Fordonsbränslen från skogsråvara. Olika tekniker, utvecklingsstatus, kostnader och behov av skogsråvara

Energibolaget som lokal aktör för ökad hållbarhet

Bio2G Biogas genom förgasning

Fullskalig demonstration av förgasning av SRF för el och värmeproduktion i Lahti

INFO från projektet 05

Smältkarbonatbränslecellen (MCFC) - teknikläget och framåtblick

VÄTGAS. Biogas Fordonsgas Gasol Naturgas Vätgas

Europas framtida energimarknad. Mikael Odenberger och Maria Grahn Energi och Miljö, Chalmers

Energibalans och temperatur. Oorganisk Kemi I Föreläsning

skogen som resurs GoBiGas och andra biometanprojekt hos Göteborg Energi Stockholm 19 maj 2010 Ingemar Gunnarsson, Göteborg Energi AB

Energigaserna i Sverige. Anders Mathiasson, Energigas Sverige

TRAFIKDAGE 2018, ÅLBORG ÅSE BYE, PROJEKTLEDARE BLUE MOVE

PRESENTATION FÖR BIOGAS NORR

Biodrivmedel ur ett globalt och svenskt perspektiv

Gasdagarna oktober 2010 Stenungsund

Innehåll. Energibalans och temperatur. Termer och begrepp. Mål. Hur mycket energi. Förbränning av fasta bränslen

GoBiGas demonstration. Henrik Thunman Chalmers tekniska högskola

INFÅNGNING AV KOLDIOXID MED KEMCYKLISK FÖRBRÄNNING. Chemical-Looping Combustion (CLC)

VärmlandsMetanol AB!

Amerikanskt genombrott för Woods flisbrännare - Ny Teknik

GoBiGas. Gothenburg Biomass Gasification Project. Effektiv omvandling av biomassa till biogas av hög kvalitet

Skogsindustrins möjligheter med förgasning Roine Morin Chef Koncernstab Miljö och Energi

6 Högeffektiv kraftvärmeproduktion med naturgas

Energigaserna har en viktig roll i omställningen. Gävle-Dala Drivmedelskonvent, Borlänge Fredagen den 21 mars, 2104

Bränsleceller. Av: Simon Marklund EE1a Kaplanskolan Skellefteå

Motorbränslen från biomassa via svartlutsförgasning

Underlag för samråd enligt miljöbalken

Biobränsle. Effekt. Elektricitet. Energi. Energianvändning

Innehåll. Energibalans och temperatur. Termer och begrepp. Mål. Squad task 1. Förbränning av fasta bränslen

Bioenergi idag och i framtiden...

Vägen till ett fossilbränslefritt Norrbotten

Drivmedelsproduktion. Delrapport i projektet Energiomställning för lokal ekonomisk utveckling. Hassan Salman, EKS Consulting

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

Klimatmål. Sveriges mål EU Förnybar energiproduktion. minst 50% Uppnått 2030 Fossilfri fordonsflotta. Förnybar energi till transporter = 10%

Innehållsförteckning. Framtid för Fusionsreaktor Källförteckning 14-15

Hållbarhet i tanken klimathot, energiomställning och framtidens drivmedel?

ALTERNATIVA TEKNIKER FÖR FÖRBRÄNNING OCH RÖKGASRENING

Kapitel 6. Termokemi

Minskat koldioxidutsläpp med naturgasdrivna fordon

ett nytt steg i energiforskningen

Fossila bränslen. Fossil är förstenade rester av växter eller djur som levt för miljoner år sedan. Fossila bränslen är också rester av döda

Ultimately our vision is about using science to make a difference in the world.

BioDME Varför? Hur? När? Alternativa bränslen för tunga fordon Seminarium Visby, 5 juli 2011 Ingvar Landälv, CTO, Chemrec AB

Optimal råvaruinsats och utnyttjandegrad i energikombinat

Bränslecell. Av: Petter Andersson Klass:EE1b Kaplanskolan, Skellefteå

Småskalig kraftvärme från biomassa Ett demonstrationsprojekt i sydöstra Sverige

Bergvärme. Biobränsle. Biogas. Biomassa. Effekt. X är värmen i berggrundens grundvatten. med hjälp av värmepump.

Uppvärmning och nedkylning med avloppsvatten

VÄTGAS SOM EFFEKTHÖJARE I BIOGASPRODUKTION ANNA-KARIN JANNASCH

Framtidens el- och värmeteknik

Forskning & innovation för ett hållbart energisystem. Klara Helstad Chef enheten hållbar industri

Biometan via förgasning

Höganäs på väg mot Magnus Pettersson, Energisamordnare

Återvinning av polymerer

Metan från förgasning av biomassa

Finns det hållbara drivmedel?

!!Kostnadsberäknad till 3,5 Miljarder kr!!thyssenkrupp Industrial Solutions totalentreprenör. !!1 600 delägare VärmlandsMetanol AB!

Department of Technology and Built Environment. Energiflödesanalys av Ljusdals kommun. Thomas Fredlund, Salahaldin Shoshtari

Kapitel 6. Termokemi

Biodrivmedel från skogsråvara möjligheter i Blekinge?

Vad är ett bioraffinaderi och varför är de så bra för framtiden och miljön?

Förvaltningens förslag till beslut. Tunga fordon (totalvikt över 3,5 ton) a) Enbart drivmedel el. Denna kategori omfattar elfordon.

Dagens och framtidens drivmedel Ett försök att bena upp utmaningar och möjligheter med olika slags drivmedel

Svenskt Gastekniskt Center AB

Biodrivmedel/oljor från skogsråvara tekniker, status och möjligheter?

Biogasanläggningen i Göteborg

CO 2 -avskiljning i Sverige en utredning finansierad av Ångpanneföreningens forskningsstiftelse och Naturvårdsverket

Kapitel 6. Termokemi. Kapaciteten att utföra arbete eller producera värme. Storhet: E = F s (kraft sträcka) = P t (effekt tid) Enhet: J = Nm = Ws

METANOL EN MÖJLIG VÄG FÖR BIOGASUTVECKLINGEN Per-Ove Persson Hushållningssällskapet

Månadens molekyl är syre, O 2. Syre har valts till månadens molekyl därför att syre ingår i en mängd olika reaktioner där energi omsätts.

Energigården. Kent-Olof Söderqvist

Vattenkraft SERO:s energiseminarium i Västerås

Transkript:

Fokus Förgasning av biomassa Sammanställt av Krister Sjöström och Truls Liliedahl Förgasning av biomassa är delprocess för framställning av olika slutprodukter. Fokusrapporten har förgasning av biobränsle som utgångspunkt och sammanfattar KTH:s verksamhet inom allt från utgångsbänslet till användningen av slutprodukterna. Förgasning som forskningsområde Förgasningsprocesser. Det första som sker vid upphettning av fast material är pyrolys och man får tre faser, en fast s.k. char, permanenta gaser och en vätskefas kondenserbar över 100 C. Genom att ändra processbetingelserna kan de olika faserna optimeras från 10-40% char, 20-80% gas och 5-70% tjärvatten. 1

Förgasning innebär att allt skall omformas till gas. Förgasare finns av i huvudsak fyra typer, medströms och motströmsförgasare med fast bädd, fluidiserad bädd förgasare och suspensionsreaktor. 2

Medströmsreaktorer användes framförallt för att framställa gas för drift av bilar, gengasreaktorer. Medströmsförgasning i en packad bädd utvecklades under andra världskriget då det var brist på bensin och diesel. Mer än 70 000 fordon i Sverige framfördes med hjälp av generatorgas från medströmsförgasning. Huvudsakliga bränslet var träkol (träkubb dock fungerade också men gav mycket tjära) och Svenska Gengas AB såg till att produktion av gasgeneratorer och träkol hölls uppe, samt att platser för asktömning utmed vägarna fanns. Tekniken övergavs vid världskrigets slut då bensin åter blev tillgängligt och för att det var obekvämt för chaufförer att underhålla förgasningssystemet. Svensk Maskinprovning, SMP, har efter världskriget vidareutvecklat tekniken att fungera på träflis, då träkol inte finns tillgängligt i stora mängder. Dessutom ger träkol en biomassa förlust med ca 50% från ursprungsinnehållet av energi. Under 70-talet växte ett förnyat intresse för förgasningstekniken, som ett sätt att elektrificera utvecklingsländer i lokala anläggningar. Principen är enkel: en förgasningsreaktor genererar en brännbar gas som renas och därefter driver en motor som är kopplad till en generator. Några nya reaktortekniker såsom "öppen topp" utvecklades i början av 80-talet. Många lyckade installationer har skett och sker fortfarande i utvecklingsländer, särskilt då förgasningsprocessen förser en liten industri med el och mekanisk effekt; här finns incitament att underhålla processen så att den fungerar väl. De lyckade installationerna är de som främst använder träkol och träflis som bränslen. Många installationer misslyckades också; faktorer såsom brist på utbildning av operatörer, brist på reservdelar till anläggningar, stort underhåll på anläggningarna och att de som använder elektriciteten inte känner sig beroende av den är fyra orsaker till att många installationer hamnade i träda efter kort tids användning. 3

En modern variant är denna Indisk-Schweiziska förgasare. Xylowatt SA Legend 1 Reactor 2 Wood carrier 3 Ashes container 4 Blower for the gas circulation 5 Water heating circuit 6 Heat exanger 7 Water washing column 8 Sand filter 9 Gas engine driving the generator 10 Catalyser 11 Water closed circuit 12 Flocculation tank 13 Water decanter Fördelarna med denna typ av förgasare är relativt låg tjärhalt. Nackdelarna är att den inte skalas upp mer än till ca 1000 kw. Den lämpar sig bara för luftförgasning. En utvecklad variant för något större skala är TK Energi AS förgasare. En lyckosam motströmsförgasare finns i Harboøre Danmark. Normalt produceras stora mängder med besvärlig tjära. Genom att hålla temperaturen I toppen på förgasaren vid ca 70 C erhålls en tjära som inte är kladdande och är möjlig att hantera. 4

Fluidiserade bäddar finns av olika utförande. Dubbelbäddar där förbränning sker i en separat reaktor och energin överförs via bäddmaterialet finns I flera utförande. Den klassiska är Battelförgasaren som idag går under namnet SilvaGas. I Österrike har man utvecklat en liknande förgasare, Fördelarna med förgasartypen att man erhåller en gas med relativt högt värmevärde, ingen utspädning med kvävgas. Nackdelarna är att det är svårt att sönderdela tjäran, hög temperatur behövs som inte går att erhålla utan tillsats av luft eller syre. Den är även svår att trycksätta. 5

Bubblande fluidiserad bädd har bland annat utvecklats av TPS för atmosfärstrycksförgasning följt av katalytisk kracker med dolomit. TPS Atmosfäriska BIG-GT teknik Förgasartypen är lämplig för storlekar upp till 100 MW. Genom att kracka tjäran får man en gas som är möjlig att värmeväxla. Temperaturen hos gasen bör sänkas till ca 40 C för att det skall vara möjligt att trycksätta gasen. Eftersom tjäran är krackad får man inget avloppsvattenproblem. Vattentvätten tar även bort alkali och ammoniak i gasen. Trycksatt snabb fluidiserad bädd har utvecklats av Sydkraft-Alström i Värnamo. 6

Gasen efter förgasaren måste kylas till under 400 C för att alkali skall kondensera på partiklar och kunna fångas i det efterföljande filtret. En speciell gaskylare har utvecklas för att inte tjära skall sätta igen den. Trycksatt bubblande fluidiserad bädd för syntesgasproduktin har utvecklats i Sverige i samarbete av Studsvik, LTH och KTH. Mino-processen. Förgasargasen filtreras för att avskilja askan. Högre temperatur än den som kan uppnås i förgasaren behövs för att omsätta tjäran och metanet i gasen till syntesgas. Temperaturen som kan användas i förgasaren bestäms av askans sintringstemperatur. 7

Suspentsonsreaktorer lämpar sig normalt inte för biomassa. Den är lämpligast för flytande bränslen. COREN och FZK har utvecklat en typ av denna typ av reaktor. I COREN-processen pyrolyseras biomassan först under tryck och gasströmmen innehållande tjära tillförs reaktorn vid hög temperatur. Charen får sedan kyla gasen med den endoterma omsättningen av charen. Drivmedel Gasen producerad via förgasning skall renas och anpassas till den efterföljande processen. Drivmedel som kan tillverkas är metanol, dimetyleter, Ficher-Tropch bränsle, polyalkoholer, metan och vätgas. Ett exempel på vad som behövs är den föreslagna processen för framställning av dimetyleter i Värnamoanläggningen. 8

Next Phase for Värnamo Plant CHRISGAS Hydrogen-rich PHASE II Automotive fuels Synthesis Gas (from 2007?) VÄRNAMO PROCESS DIAGRAM (AFTER REBUILD) ACID GAS WASH, DME SYNTHESIS AND PURIFICATION (PHASE II) Biobränsle. Enligt svensk definition är Biomassa: Material med biologiskt ursprung som inte eller i ringa grad omvandlats kemiskt. Denna rapport inkluderar verksamhet inom både biomassa och bioenergi likväl som avfall. Ved består stökiometriskt av 53,6+ 2,3% C, 39,6 + 2,5 % O, 6,0 +0,2 % H and 0,65 + 0,34 % N medan jordbruksgrödor innehåller 49,7+ 1% C, 42,2 + 1 % O, 6,15 +0,15 % H and 0,76 + 0,55 % N beräknat fukt och askfritt. Alla biomassor ger 51,3 + 3,0 % C, 42,4 + 3,0 % O, 6,1 +0,5 % H and 0,5 + 0,3 % N beräknat fukt och askfritt. Kväveinnehållet är det osäkraste värdet, kan vara betydligt högre framförallt för jordbruksgrödor. De största skillnaderna mellan olika biomassor gäller askan, både mängd och sammansättning. Bioenergi: Energibärare är material där biomassa är utgångsmaterial. Följaktligen är svartlut energibärare. En typisk sammansättning fukt- och askfritt är 52,5 % C, 42,7% O, 4,7% H och 0,1% N. Avfallssammansättningen kan variera kraftigt men C ligger normalt strax över 50%, H mellan 6-10 % och omkring 40 %. Kvävehalten kan variera avsevärt liksom klorhalten. Resultatet vid förgasning beror alltså inte så mycket på elementarsammansättning av den organiska delen i biobränslet. Vad som däremot har stor betydelse är askinnehållet och asksammansättningen för möjligheten att använda bränslet vid förgasning. 9

KTH:s aktiviteter inom förgasningsområdet Förgasning av biomassa är en delprocess för framställning av olika slutprodukter. För närvarande gäller det största intresset framställning av syntesgas för produktion av drivmedel såsom metanol, dimetyleter och syntetisk diesel. Syntesgasen kan även användas för produktion av kemikalier och polyalkoholer. Tidigare har intresset för framställning av el och värme varit i fokus. KTH bedriver verksamhet inom alla dessa områden. Förgasning: En process för att omvandla ett fast eller vätskeformig ämne skall omvandlas till gas. Biomassa e, ex vis, kan förgasas med luft, syre, vattenånga, koldioxid och blandningar därav. Framställning av syntesgas fodrar förgasning utan luft. Förgasningen kan ske med syrgas eller via indirekt värmning. Kemiteknik/Kemisk teknologi har en trycksatt förgasare där förgasningen sker via syre/vattenånga och en atmosfärisk förgasare. Dessa förgasare ingår i det EU-finansierade Large scale facility projektet SUSPOWER (www.energy.kth.se/proj/projects/suspower/) Kemisk Teknologis Trycksatt fluidbäddförgasare Av intresse för oss är arbetet med att förbilliga och förenkla den så kallade MINO-processen, i vilken syntesgas (blandning av vätgas och kolmonoxid) framställs för att vidareförädlas till metanol. Tanken är att ta till vara på erfarenheterna från MINO-projektet i det pågående, av EU och STEM finansierade, CHRISGAS-projektet (www.chrisgas.com) I detta projekt är tanken att bygga om en befintlig trycksatt luftförgasare i Värnamo så att den lämpar sig för syre/ångförgasning. Vårt nuvarande intresse i detta projekt behandlar möjligheterna att minska svavelhalten ut från förgasaren. Detta för att underlätta den följande katalytiska reformeringen. 10

En av de dyra osäkra och dyra delarna i anläggningen är högtemperaturfiltret. Genom att använda monolitkatalysatorer, som inte är lika stoftkänsliga som katalysatorpartiklar, är förhoppningen att behovet av ett högtemperaturfilter helt kan elimineras. Ett annat alternativ kan vara att använda mikrocykloner istället för filter. Vidare skall vi anpassa vår tjäranlysmetod för gasen. Syntesgas kan användas för framställning av metanol, dimetyleter, vätgas, syntetisk diesel, polyalkoholer och syntetisk naturgas. Den kan dessutom användas för framställning av kemikalier, som vi idag inte har någon verksam het kring. Vi har idag inte någon anledning att bedriva forskning gällande framställningen av metanol och dimetyleter. Däremot ser vi nyttjandet av dem som ett lagringsalternativ för vätgas. Detta genom reformering av metanol och dimetyleter in situ på bilar för drift av bränsleceller, för både framdrivning såväl som komfortel i fordon. För stationära bränsleceller kan man främst använda vätgas direkt om förgasare och bränslecell är samlokaliserad. För transport och lagring av vätgas lämpar sig däremot både metanol och dimetyleter väl. Vad gäller syntetisk diesel ser vi möjligheten att utnyttja förgasargasens H 2 /CO förhållande på ca 1. De katalysatorer som finns baseras på inställning av H 2 /CO förhållande till ca 2 i syntesreaktorn. Kan vi hålla ett förhållande på nära 1 genom hela reaktorn och framställa vätgas i tillräcklig mängd med samma hastighet som den förbrukas kan vi förhindra terminering till metan och lägre kolväten. Framställning av polyalkoholer kan ha samma fördelar. Syntetisk diesel som utgångsmaterial för vätgasframställning genom reformering är också av intresse. Inom det automotiva området fokuseras på energieffektiva lösningar för att begränsa emissioner från fordon. Ett antal forskningsprojekt finns som har som mål att producera vätgas ombord genom katalytisk reformering av olika typer av bränsle, som t ex diesel, dimetyleter (DME) och metanol. I dessa projekt ingår utveckling av katalytiska material, strukturerade reaktorer och värmeintegrerade vätgasgeneratorer. Finansieringen kommer främst från Energimyndigheten, MISTRA, Vägverket, Vinnova, Naturvårdsverket, Volvo Technology och PowerCell (Volvo/Statoil). Intresse finns av drivmedelsproduktion från såväl fossila som förnyelsebara källor. Förgasning av syntesgas kan vara nyckeln till att tillfredsställa transportsektorns alltmer ökande behov av drivmedel. Syntetisk naturgas är också av intresse. Sönderdelning av tjära utan att påverka metanmängden skall studeras varefter metanisering av kvarvarande gas undersöks. El- och värmeproduktion kan ske på många olika sätt och med flera olika bränslen. Storskalig produktion sker företrädelsevis via trycksatt förgasning följd av gasturbin och ångturbin (IGCC). Gasturbinen kan i vissa fall ersättas med gasmotorer. Vidare studerar vi användningen av katalytisk förbränning i gasturbiner. Kemisk teknologis trycksatta förgasare är väl lämpad för denna typ av förgasning. Katalysatorerna för den katalytiska förbränningen tas fram och utvärderas av oss, emedan själva testerna genomförs i Avdelningen för kraft och värmes katalytiska förbränningsrigg. Denna trycksatta rigg befinner i direkt anslutning till Kemisk teknologis trycksatta förgasare vilket gör det möjligt att använda verklig förgasningsgas i den katalytiska riggen. Kemisk teknologi bedriver forskning på selektiv katalytisk oxidation (SCO) av ammoniak i förgasargas för omsättning till N 2. Framställning av fenoler från lignin före förgasning studeras också. Atmosfärstrycksförgasning: Materialvetenskap/Avdelningen för energi och ugnsteknik bedriver forskning inom tekniker för energiomvandling. Sedan 2001 studerar de bland annat högtemperaturförgasning High Temperature Air/Steam Gasification (HTAG) av biomassa och avfall, experimentellt såväl som med hjälp av 11

modellering. Idén bakom HTAG är att förvärma oxidationsmedlet (luft, ånga eller luft/ånga) till mycket höga temperaturer, 1000-1600 o C. Att upphetta luft och ånga till så höga temperaturer är tekniskt krävande men det har möjliggjorts genom utvecklingen av tekniken för högpresterande regenerativa brännare. Gas Chromatograph (GC) Safety Burner Combustion air Propane Gasifier T og1 Combustion chamber T og2 Steam Process air Preheater Fan O 2w O 2d CO 2 CO Combustion air Propane T fg Tfg Tar sampling Gas Analyser Electric Preheater Boiler Propane Fan Water Fan Energi och ugnstekniks medströms högtemperaturförgasare Förgasaren ingår i SUSPOWER (www.energy.kth.se/proj/projects/suspower/) En kraftig förvärmning av oxidationsmedlet kan förhoppningsvis lösa flera av de problem som är förknippade med konventionell förgasning. Detta genom att ge en gas med högre värmevärde och lägre tjärinnehåll, samt genom att förenkla hanteringen och deponeringen av askan. Vid en tillräckligt hög temperatur smälter askan och bildar slagg. HTAG-tekniken lämpar för de flesta sorters bränslen, inklusive avfall. Kemisk teknologi har studerat möjligheten att förgasa klorinnehållande bränslen vid normal förgasningstemperatur. För nedbrytning av tjäran lämpar sig inte de ofta använda katalysatorerna dolomit och nickel. Klor reagerar med kalcium och bildar kalciumklorid som smälter och förstör katalysatorn och med nickel bildar klor flyktiga klornickelföreningar. Vi har visat att man kan använda järn som katalysator. Vår förhoppning är att en viss mängd järn följer med gasen och efter avkylning av gasen fångas i ett lågtemperaturfilter där svavel kan reagera med järnet och avskiljas. 12

Biomass feeder Water-cooling system Nitrogen flow (secondary) Nitrogen flow (tertiary) Product gas External heaters Cerami c filter Gas pre-heater Catalytic bed Ma ss flow controllers Nitrogen flow (primary) Oxygen flow Kemisk Teknologis atmosfärstrycks fluidbäddförgasare Kemisk teknologi har också ett samarbete med Kina för att testa om deras dolomiter går att använda som tjärkrackningskatalysatorer. Senare tids utveckling av medströmsförgasningstekniken handlar om att kunna göra den mer operatörsoberoende och att andra bränslen är träflis ska kunna introduceras. Områden inom förgasningtekniken som behöver förbättras och utvecklas är: 1. Bättre bränsleflexibilitet. Samma förgasningsreaktor bör utan problem kunna använda olika biomassor beroende på vad som finns lokalt tillgängligt under året. De förgasningsreaktorer som nu finns på marknaden är designade att använda träflis eller träkol, och därför fungerar andra bränslen mycket dåligt, t.ex. ger hög tjärproduktion. Bulkiga biomassor kan inte alls användas då de inte kommer att ge de önskvärd mekanisk effekt i en packad bädd. Pelletering skulle kunna vara en lösning för de dynamiska egenskaperna hos bränslet. 2. Minska behovet av operatören och bränsleförberedning. Många installerade förgasningsreaktorer kräver en motiverad och erfaren operatör som vet hur tekniska problem kan hanteras och lösas. Operatören måste också förebereda bränslet korrekt för att minska risken för tekniska problem vid körning, såsom vallbryggning och hög tjärproduktion (som sätter igen motorn). Om bränsleförberedningen flyttas från operatören till en fabrik (så att "rätt" bränsle fås), skruvmatning till förgasningsreaktorn installeras samt att billiga tekniska lösningar integreras i förgasningsanläggningen för att minska underhållet och risken för hög tjärproduktion, kan behovet av en heltidsoperatör till en förgasningsreaktor minskas, och på så sätt öka attraktionen för tekniken. 3. En enhetlig design med hög verkningsgrad. Att få en förgasningsreaktor att fungera är inte svårt, däremot att få den att fungera effektivt utan större investeringar är en mycket större utmaning. I dagsläget saknas riktlinjer för hur en effektiv förgasningsreaktor kan byggas. Avdelningen på för Kraft och Värme, institutionen för Energiteknik, arbetar med att utveckla förgasningstekniken att fungera effektivt på pellets av tropiska biomassor, såsom sockerrörsbagass och biomassaavfall från palmoljeindustrin. För själva industrierna (socker och palmolja) kan pelletering möjliggöra att mycket effektivare förbränningstekniker kan införas (färre emissioner och mer elektricitet genereras) och att avfallet kan lagras mellan säsongerna. Pelleteringen möjliggör också att avfallet kan bli en kommersiell handelsvara såsom i Sverige, och gagna småskaliga anläggningar som kan köpa förberett bränsle Kraft och värme tillsammans med Kemisk reaktionsteknik samarbete med Latinamerika angående denna teknik Kemiteknik/Kemisk reaktionsteknik har initierat arbetet på flera nya, för oss, områden som aktivt kol, biosorbenter, och torrefaktion. Ett stort kontaktnät har byggts upp för aktivt forskningssamarbete med länder från Europa, Latinamerika, Asien och Afrika. För forskning avseende användning av biobränsle i länder under 13

utveckling, samt samarbetsprojekt med forskare från dessa länder har verksamheten finansierats av Sida och EU. Huvudintresset idag är pyrolys och förgasning av jordbruksavfall, framställning av aktivt kol, småskalig förgasning av biomassa, förgasning relaterad till bränsleceller samt småskalig vedeldning och minskning av emissioner från termokemisk omvandling av biomassa. Av stort intresse är de nyligen observerade korrosionsproblem i småskalig biomassaeldning. Eftersom de är relaterade till beteendet av oorganiska materialet i biobränslen som också orsakar sintring, avlagringar och defluidisering vid de flesta termokemiska processer med biobränslen (också i förgasning), anser vi att beteendet av oorganiska delen av biobränslen borde vara en väsentlig och välsamordnad del av forskningen på KTH. Samarbete i området med industrin samt forskare från Sverige och utomlands är också mycket värdefullt. En viktig del av Kemisk reaktionsteknik verksamheten är modellering av katalytisk förbränning av förgasad biomassa i samarbete med Kemisk teknologi och Kraft och värme. Kemisk reaktionsteknik har också studerat rening av förgasargas för bränslecellapplikation. I samband med igångkörning av bränslecell med bränsle från förgasad biomassa har en rad forsknings och utvecklingsarbeten genomförts. Förgasad biomassa i form av producer gas har i en serie reaktorer behandlats för att både anrika bränslet och rena en del gaser som anses vara giftiga för bränslecell elektroder, bestående av ädelmetall katalysatorer eller som kan reagera med elektrolyten. Genom vatten gas skift reaktioner kan kolmonoxid tillsammans med vattenånga omvandlas i två steg, dvs. hög temperatur skift reaktor (HTSR) och låg temperatur skift reaktor (LTSR). I dessa reaktorer har en övervägande del av CO reagerat till att bilda vätgas som behövs för anod reaktionen i bränslecellen. En gard i form av zinkoxid bädd behövs för att adsorbera eventuella små mängder av svavel. För att ytterligare minska de små mängder CO som följer med gasen installeras en PROX reaktor med Pt på alumina som katalysator, där den omvandlas till koldioxid. Impregnering av högyte alumina med en lösning av alkalisalter for absorption av CO2 och möjlighet för regenerering vid låg temperatur har också tagits fram i olika EU-projekt. Beroende på typ av bränslecell, adsorberas koldioxiden antingen i en sodalime bädd eller går ut som en inert gas utan att reagera i cellen. En viktig del i bränslehantering efter förgasningen är tjäravlägsning i ett filter och absorbent/adsorbent eller i en tjärkracknings reaktor. I denna senare del kan man använda sig av katalysatorer bestående av dolomit eller zeolit vid högre temperaturer. Detta system där en serie reaktorer ingick och med de krav specifikationer på renhet på inkommande gaser har demonstrerats i en serie försök med bränsleceller. Kemiteknik/Energiprocesser bedriver mera övergripande energisystemstudier över olika effektiva energilösningar för biobränsle, varvid biobränsleförgasning är en viktig enhetsprocess vid biobränslets omvandling till bränsle, el, processånga eller drivmedel. En forskningshypotes har varit att av effektivitetsskäl integrera förädlingen med andra befintliga industriprocesser (en vanlig benämning är bioraffinaderier). En basnivå för förädling är pelletsproduktion och här har vi studerat utrustning och processlösningar för torkning och pellettering inklusive integrering av dessa processer med skogsindustrier eller fjärrvärmeverk. En högre förädlingsnivå är bränngas för kraft- och värmeproduktion varvid såväl konventionella biobränslen som svartlut har behandlats hos oss. Studier har gjorts av olika omvandlingskedjor (atmosfäriska kontra trycksatta förgasare, luftförgasning kontra syreförgasning samt koppling till ångcykler kontra gasmotorer eller gasturbiner). Möjligheter har studerats till modifierade processutformning där gasmotorer och gasturbiner bättre kan anpassas till förgasarlösningar (exempelvis integrering av gasmotorer med svartlutsförgasning). Trycksatt kondensering av rökgas eller bränngas är en annan tänkbar teknik som kan förbättra värme- och ångutbytet i förgasningsbaserade cykler. En ännu högre förädlingsnivå är drivmedelsproduktion för produktion av vätgas (för syntesgas eller bränsleceller), metanol, dimetyleter, syntetisk diesel etc. Även konkurrerande biologiska processer med biogasproduktion eller etanolproduktion studeras hos oss. Olika åkergrödor kommer också ifråga 14

eftersom skogsbränsle bedöms vara för knapp försörjningsbas. En trend är att energiutbytet väsentligt försämras genom att betydande energiförluster och elbehov uppkommer i omvandlingsstegen till drivmedel. En ökad förädlingsgrad ger alltså ofta en minskad koldioxidbesparing per ton biobränsle. Avskiljning och deponering av koldioxid studeras då detta kan visa sig bli aktuell även för dessa biobränslebaserade system. Olika processoptimeringar (t ex bränslecellsdrivna fordon) och integrationer med fjärrvärmelaster eller ångbehov är särskilt nödvändiga för att produktionen av biobaserade drivmedel ska kunna effektiviseras.. Av försörjningsskäl och på grund av kraftigt stigande oljepriser är dock biobaserade drivmedel fortsatt aktuell. Institutionen för industriell ekonomi och organisation, avdelningen för energi, ekonomi och organisation intresse är utvecklingen av hållbara energisystem, i första hand lokala sådana där en stor del av energiförsörjningen baseras på lokala energikällor. I många fall kan det finnas mer primärenergi än vad som behövs för den lokala energiförsörjningen och energi kan då "exporteras", gärna i förädlad form. Detta möjliggör också en uppskalning av de produktionstekniker som används för energiomvandlingen, vilket kan vara en förutsättning för att ett projekt skall vara ekonomiskt gångbart. Med ett lokalt systemperspektiv är det också av största intresse att se på möjligheterna att samproducera olika slags energi, polygeneration inom vida gränser. Förgasning kan då vara en intressant komponent i ett lokalt energisystem. 15

Kontaktuppgifter för personer verksamma inom förgasningsområdet på KTH. Kemiteknik Kemisk Teknologi Sven Järås Krister Sjöström Truls Liliedahl Lars Pettersson Kemisk Reaktionsteknik Emilia Björnbom Yohannes Kiros Rolando Zanzi Johan Andrae Pehr Björnbom Energiprocesser Mats Westermark Per Alvfors Viktoria Martin Energiteknik Kraft och värme Torsten Fransson Catharina Erlich Materialvetenskap Energi & Ugnsteknik Wlodzimierz Blasiak Industriell ekonomi och organisation Energi, ekonomi och organisation Thomas Sandberg 16