Torrefioitu biomassa tuotantoprosessi ja mahdollisuudet

Transkriptio

1 Torrefioitu biomassa tuotantoprosessi ja mahdollisuudet David Agar Jyväskylän yliopisto Kestävä bioenergia

2 Sisältö Mitä on torrefiointi? Miksi torrefiointi? TOP-prosessi Tapaustutkimus Yhteenveto

3 Torrefiointiprosessi Torréfaction (ranskaa = paahtaminen) Mieto pyrolyysi ( ºC, ilman happea) Parantaa lämpöarvoa [MJ/kg] (10-22%) Biomassa haurastuu (helppo murskata) Hydrofobinen tuote (varastointikyky) torrefiointikaasu (lämpö käyttöön) 0.3M, 0.1E tuore biomassa 1M, 1E Torrefiointi C torrefioitu biomassa 0.7M, 0.9E foto: Thermya SA

4 Termisen hajoamisen mekanismi torrefioinnissa Hemiselluloosa Ligniini Selluloosa (Puu- ja ruohobiomassa) Hiillytys Torrefiointi Hemiselluloosa (xylan) eniten reagoiva Kuivaus (lämpökäsittely) Source: Bergman (2005)

5 Lämpöarvo, saapumistilassa = 10 MJ 1000 Torrefiointi vs. hiillytys Pelletointiraja (ligniini ei riittää) tuhka 600 N g MJ O H MJ C H20 0 hake torrefioitu puu puuhiili Pyrolyysin laajuus

6 Miksi torrefiointi? Korvaa kivihiiltä ilman lisäinvestointeja kivihiilivoimaloissa EU:n ilmasto- ja energiatavoite: uusiutuvan energian osuus 20% vuoteen 2020 mennessä Parannetaan biomassan lämpöarvoa Mahdollistaa uusien raaka-aineiden käytön pellettituotannossa

7 Euroopan kivihiililaitokset (mustat pisteet, 2007) Torrefioidun biomassan arvioitu kysyntä 360 Mt/vuosi (v. 2020) Konsultti: McKinsey & Company Euroopan puupellettituotanto 2008 n. 7 Mt

8 Helsingin Sanomat

9 Polttoaineen laatu (torrefioitu puu) Alkuainekoostumus C-pitoisuus kasvaa H-pitoisuus laskee O-pitoisuus laskee Lähde: Bergman, 2005

10 sähkönkulutus JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO Jauhettavuus Kivihiili ja torrefioitu biomassa Tuore paju kivihiili torrefioitu paju (Kiel, 2005)

11 Korvaa kivihiiltä? Paljonko kivihiiltä voidaan korvata? 50%, 80%, 100%? Dataa ei ole vielä saatavissa EON tehnyt polttotestejä 2010 Topell: jopa 100% voidaan korvata

12 Torrefiointiteknologia TOP-prosessi (ECN, Hollanti) Pechiney-prosessi (CENER, Espanja) Torbed (Topell, Hollanti) Torrefiointitehdas Duivenissa (2011) t/vuosi, käyttö Geertruidenbergin voimalaitoksessa TORSPYD (Thermya, Ranska) TIES-mikroaallot (Rotawave, Skotlanti) Tehdas Kanadaan (Terrace, BC) keväällä 2011

13 Torrefiointivaihe TOP-prosessissa (liikkuva peti -reaktori) lisäpolttoaine ilma savukaasu torrefioitikaasu poltto biomassa kuivaus torrefiointi torrefioitu biomassa P savukaasu lämmönvaihto savukaasu

14 ECNn pilottidata Omavarainen prosessi ( autothermal operation ) torrefiointikaasun energiasisältö ei riittää prosessiin torrefiointikaasun energiasisältö liian korkea raaka-aineen vesipitoisuus (%)

15 Torrefiointi ja Pelletöinti (TOP) -prosessi Tapaustutkimus TOP-pellettituotanto vs. puupellettituotanto Valmistus Etelä-Afrikassa, kuljetus Hollantiin Raaka-aine märkää biomassaa (sahanpuru) Tuotanto t/v (10 v. tuotannossa) Tuotantodata ECN:n pilottilaitokselta Bergman, P.C.A., Combined torrefaction and pelletisation the TOP process, Energy Research Centre of the Netherlands (ECN), ECN- C , Petten, NL, (2005).

16 TOP vs. Puupelletti E = 10% TOP ei ole omavaraista maakaasu lisäpolttoaineena

17 TOP-pelletit

18 Tuotannon kokonaiskustannukset TOP-pelletit Puupelletit Käyttöpääoma (M ) Pääoma yhteensä (M ) Työvoima, 5 työntekijää (M /v.) TOP ( /t) 15 raaka-aine (sahanpuru) pellettituotanto Puupelletti ( /t) merikuljetus käsittely & varastointi (sis. arvonalennus ja rahoituskulut) Yhteensä 5.81 M /v. 104 /t 4.99 /GJ Yhteensä 8.35 M /v. 104 /t 6.61 EUR/GJ

19 Kassavirta-analyysi Myyntihinta voimalaitoksella = 7.3 /GJ 120 /t 148 /t Kuvaus Laskelma Puupelletti (M ) TOP (M ) A liikevaihto B kulut C toimintatulo A-B D arvonalennus E voitto (veroton) C-D F vero (35%) vero*e G nettotulo E-F H kassavirta G+D efektiivinen korko (IRR) 13% 30% takaisinmaksuaika years 6 3

20 ECN-raportin yhteenveto TOP on parempi sijoitus (tässä tapauksessa): IRR 30% vs. 13%, takaisinmaksuaika vain 3 v. vs. 6 v. Yhdistetty torrefiointi ja pelletöinti (TOP) kannattavaa kaukana käyttöpaikasta Pienemmät tuotantokustannukset

21 Yhteenveto Biomassan torrefioinnin (puu- ja ruohobiomassa) edut: Lämpöarvo kasvaa 10-22% Polttoaineen laatu paranee Parantunut jauhettavuus (kuin kivihiili) Parantunut varastointikyky (hydrofobinen) Tutkimusta tarvitaan Perustutkimus eri raaka-aineista Torrefioidun biomassan käyttö pellettituotannossa Torrefiointiteknologian tarkempi tutkimus Avoin kustannusanalyysi

22 Kiitos! David Agar Jyväskylän yliopisto Kestävä bioenergia