Aine-, energia- ja rahataseet prof. Olli Dahl

Transkriptio

1 Aine-, energia- ja rahataseet prof. Olli Dahl Puhtaat teknologiat tutkimusryhmä Sisältö Johdanto Aine- ja energiatase Reaaliset rahavirrat, yritystaso rahatase Esimerkkejä: Kemiallisen massan eli sellun valmistus Puuhiilen valmistus Yhteenveto 1

2 Johdanto Jotta uusia prosesseja voidaan suunnitella ja jo olevien prosessien toimintaa voidaan ymmärtää, mallintaa ja optimoida tulee ymmärtää ainakin seuraavat asiat: Aineen häviämättömyyden laki ja termodynamiikan pääsäännöt Lisäksi tulee ymmärtää miten yksikköprosessit toimivat (ilmiötasolla) ja mistä yksikköprosesseista prosessikokonaisuus muodostuu Nykyisin prosessisuunnittelussa korostuvat materiaalitehokkuus ja energiatehokkuus ns. puhtaat teknologiat valtaavat alaa hyvinkin nopeasti (Clean Technologies) Onko teollinen tuotanto kannattavaa vai ei ja mitkä tekijät vaikuttavat kannattavuuteen eniten? Ainetase ja energiatase Termodynamiikan ensimmäisen lain mukaan järjestelmään tulevan ja sieltä poistuvan energian tulee tasapainotilassa olla yhtä suuret. Samalla aineen häviämättömyyden laki määrää järjestelmään tulevan ja sieltä poistuvan massan yhtä suuriksi. Termodynamiikan toisessa laissa todetaan suljetun systeemin entropian kasvavan, eli lämpöenergian muuttaminen täydellisesti työksi ei ole mahdollista. 2

3 Aine- ja energiatase Rajatun systeemin yksinkertaistettu aineja energiatase (Hukkanen 2009). Aine- ja energiatase ENERGIA LISÄAINEET ILMAPÄÄSTÖT MELU RAAKA-AINE PROSESSI LOPPUTUOTE ENERGIA VESI JÄTEVESI KIINTEÄT JÄTTEET Periaatekuva prosessin aiheuttamasta ympäristökuormasta 3

4 Reaaliset rahavirrat, yritystaso - rahatase Myynti Muut tulot Lyhennykset Teollisuusyritys Lainat Annit Korot Osinko Verot Muuttuvat kust. Kiinteät kust. Korvausinvest. Uusinvestoinnit Kemiallisen massan eli sellun valmistuksen perustaseet yksikköprosessit ja niiden merkitys Kuitulinja Raaka-aineet Lisäaineet (Kemikaalit) Keittokemikaalien valmistus Lopputuote / toisen prosessin raaka-aine Energian tuotanto Prosessikokonaisuus: sellutehdas Osaprosessit: Puunkäsittely, kuitulinja ja kemikaalikierto Yksikköprosessit: satoja erilaisia (sulatus, kuorinta, haketus. 4

5 Kemiallisen massan eli sellun valmistuksen perustaseet yksikköprosessit ja niiden merkitys Puunkäsittely Kuitulinja Kemikaalien talteenotto (Lipeälinja) Kemiallisen massan eli sellun valmistuksen kokonaistaseet, ainetase ja energian tuotto Sellutehtaan ainetase (erittäin karkealla tasolla) Tuotanto, ADt/y Käytetyn puun määrä kuorellisena - puunkulutusluku 5,8 m 3 /ts kuoren määrä, m3/a osuus 12,2 % kuoren määrä, tn-ka/a tiheys 320 kg/m puun määrä, m3/a puun kuiva-aine, tn-ka/a tiheys 400 kg/m Kuorikattilan energian tuotanto, lämpöarvo 18 MJ/kg 4,08 GJ/Adt hyötysuhde 85 % - Höyryn tuotanto, GJ/Adt 2,43 - Sähkön tuotanto, GJ/Adt 1,04 Tärpätin tuotanto, tn/a 4 kg/ts Raaka-mäntyöljyn tuotanto, tn/a 60 kg/ts Saanto (havu), % puusta 46,00 Kuiva-ainesuhde, t ka/adt 1,65 Keitossa liuennut org, t ka org./adt 1,06 Lämpöarvo, MJ/kg ka 13,50 GJ/Adt 22,28 Soodakattilan energian tuotanto, t ka/d hyötysuhde 75 % - Höyryn tuotanto, GJ/Adt 13,37 - Sähkön tuotanto, GJ/Adt 3,34 5

6 Kemiallisen massan eli sellun valmistuksen kokonaistaseet energiataseet Sellutehtaan energiataseet Lämpötase GJ/ADt Kulutus Puunkäsittely 0,15 Keitin, happivalkaisu, lajittamo ja valkaisu 3,02 Haihduttamo 4,71 Muu talteenotto 0,20 Massan kuivaus 2,85 Muut 1,00 Kulutus yhteensä 11,93 Tuotto yhteensä (soodakattila ja kuorikattila) 15,79 Ylimääärä höyry 3,86 Sellutehtaan sähkötase kwh/adt Kulutus Kuorimo 55 Keitin, happivalkaisu, lajittamo ja valkaisu 294 Talteenotto 150 Satunnaiset kulutukset 100 Sähköenergian muut kuluttajat 20 Jäteveden käsittely 20 Massan kuivaus 105 Kulutus yhteensä 744 Tuotto yhteensä (soodakattila ja kuorikattila) 277, Ylimääärä sähkö 473 Esimerkki yrityksen rahalaskelmasta kemiallisen massan valmistus Kustannusten perustavanlaatuisin jakoperuste on jako kiinteisiin ja muuttuviin kustannuksiin. Kiinteinä pidetään kustannuksia, jotka eivät lyhyellä aikavälillä muutu tuotannon määrän mukaan. Tyypillisiä kiinteitä kustannuksia ovat rakennukset, koneet ja hallinto sekä muuttuvia kustannuksia materiaalin hankintakustannukset Valmistuksen työvoimakustannukset lasketaan usein muuttuviin kustannuksiin, vaikka niidenkin sopeuttaminen tuotannon laskuun kestää monissa tapauksissa viikkoja tai kuukausia. 6

7 Esimerkki yrityksen rahalaskelmasta kemiallisen massan valmistus ts/a tuottava tehdas; sellun hinta 600 /tn Myyntitulot Sellun myynti, Sivutuotteet myynti, Energian myynti, Yhteensä, /ts ts/a tuottava tehdas; sellun hinta 400 /tn Myyntitulot Sellun myynti, Sivutuotteet myynti, Energian myynti, Yhteensä, /ts Muuttuvat kustannukset Esikäsittely, Prosessi, Valmistuspalkat, Yhteensä, Myyntikate, /ts Myyntikate-% myynn. 44,9 Kiinteät kustannukset, Käyttökate, Käyttökate-% myynn. 28,3 Muuttuvat kustannukset Esikäsittely, Prosessi, Valmistuspalkat, Yhteensä, Myyntikate, /ts Myyntikate-% myynn. 21,7 Kiinteät kustannukset, Käyttökate, Käyttökate-% myynn. -1,9 Suunn. poistot, Lask. korot, Lask. verot, Operattiivinen tulos, Suunn. poistot, Lask. korot, Lask. verot, Operattiivinen tulos, Onko investointi kannattava vai ei? Investoinnin tavoitteet Investoinnin tarkoituksena on yleensä tuotannon aloittaminen tai lisääminen. Muitakin tavoitteita voi olla, kuten tuotannon tehostaminen, työnteon helpottaminen, ympäristökuormituksen vähentäminen tai viranomaisen säännöksen noudattaminen. Investointi on yleensä suuri sijoitus, jonka oletetaan maksavan itsensä pitkällä aikavälillä takaisin. 7

8 Grillihiilen valmistus: ainetase abs. Kuivaa havupuuta tuottaa seuraavat jakeet 100 kg 32 kg Hiiltä 8kg A-tervaa 40 kg Puuhappoa 33kg Vettä 2 kg etikkahappo 0,7 kg metanoli 0,6 kg tärpätti 3,7 kg B-terva 20 kg lauhtumattomia kaasuja 12 kg Hiilidioksidi 6 kg Hiilimonoksidi 2 kg Vety ja hiilivedyt Laboratoriokokeet 1900-luvun alussa Grillihiilen valmistus: ulkopuolisen energian tarve 8

9 Grillihiilen valmistus: prosessiin kohdistuvat rahavirrat Grillihiilen valmistus: alustava talouslaskelma / investoinnin kannattavuus Investointien arviointimenetelmät kts. Erillinen excel Takaisinmaksuaika Herkkyysanalyysi Investoinnin hinta 15 milj. Johtopäätös: Voi olla kannattavaa, mutta investointiin liittyy useita epävarmuustekijöitä 9

10 Yhteenveto Aine ja energiataseiden muodostaminen perustuu yksinkertaisiin sääntöihin Insinöörin tulee ymmärtää yksikköprosessien toiminta ilmiötasolla Insinöörin tulee ymmärtää prosessikokonaisuuksia ja osata muodostaa näille aine- ja energiataseet ja tarvittaessa hyödyntää ylimäärä aine- ja energiavirrat muissa prosesseissa (teollinen symbioosi) Insinöörien tulee ymmärtää onko olemassa oleva tuotanto kannattavaa ja mitkä tekijät siihen vaikuttavast eniten Insinöörin tulee osata myös laskea ja arvioida uusien prosessien kannattavuutta riittävällä tarkkuudella, jotta vältyttäisiin vääriltä investoinneilta 10