Torrefioitu biomassa tuotantoprosessi ja mahdollisuudet David Agar Jyväskylän yliopisto Kestävä bioenergia www.susbio.jyu.fi
Sisältö Mitä on torrefiointi? Miksi torrefiointi? TOP-prosessi Tapaustutkimus Yhteenveto
Torrefiointiprosessi Torréfaction (ranskaa = paahtaminen) Mieto pyrolyysi (220-300 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 220-300 C torrefioitu biomassa 0.7M, 0.9E foto: Thermya SA
Termisen hajoamisen mekanismi torrefioinnissa Hemiselluloosa Ligniini Selluloosa (Puu- ja ruohobiomassa) Hiillytys Torrefiointi Hemiselluloosa (xylan) eniten reagoiva Kuivaus (lämpökäsittely) Source: Bergman (2005)
Lämpöarvo, saapumistilassa = 10 MJ 1000 Torrefiointi vs. hiillytys 900 800 700 Pelletointiraja (ligniini ei riittää) tuhka 600 N g 500 400 9 MJ O H 300 200 100 6 MJ C H20 0 hake torrefioitu puu puuhiili Pyrolyysin laajuus
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
Euroopan kivihiililaitokset (mustat pisteet, 2007) Torrefioidun biomassan arvioitu kysyntä 360 Mt/vuosi (v. 2020) Konsultti: McKinsey & Company Euroopan puupellettituotanto 2008 n. 7 Mt
Helsingin Sanomat 28.10.2010
Polttoaineen laatu (torrefioitu puu) Alkuainekoostumus C-pitoisuus kasvaa H-pitoisuus laskee O-pitoisuus laskee Lähde: Bergman, 2005
sähkönkulutus JYVÄSKYLÄN YLIOPISTO Jauhettavuus Kivihiili ja torrefioitu biomassa Tuore paju kivihiili torrefioitu paju (Kiel, 2005)
Korvaa kivihiiltä? Paljonko kivihiiltä voidaan korvata? 50%, 80%, 100%? Dataa ei ole vielä saatavissa EON tehnyt polttotestejä 2010 Topell: jopa 100% voidaan korvata
Torrefiointiteknologia TOP-prosessi (ECN, Hollanti) Pechiney-prosessi (CENER, Espanja) Torbed (Topell, Hollanti) Torrefiointitehdas Duivenissa (2011) 60 000 t/vuosi, käyttö Geertruidenbergin voimalaitoksessa TORSPYD (Thermya, Ranska) TIES-mikroaallot (Rotawave, Skotlanti) Tehdas Kanadaan (Terrace, BC) keväällä 2011
Torrefiointivaihe TOP-prosessissa (liikkuva peti -reaktori) lisäpolttoaine ilma savukaasu torrefioitikaasu poltto biomassa kuivaus torrefiointi torrefioitu biomassa P savukaasu lämmönvaihto savukaasu
ECNn pilottidata Omavarainen prosessi ( autothermal operation ) torrefiointikaasun energiasisältö ei riittää prosessiin torrefiointikaasun energiasisältö liian korkea raaka-aineen vesipitoisuus (%)
Torrefiointi ja Pelletöinti (TOP) -prosessi Tapaustutkimus TOP-pellettituotanto vs. puupellettituotanto Valmistus Etelä-Afrikassa, kuljetus Hollantiin Raaka-aine märkää biomassaa (sahanpuru) Tuotanto 56 000 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 05-073, Petten, NL, (2005). www.ecn.nl
TOP vs. Puupelletti E = 10% TOP ei ole omavaraista maakaasu lisäpolttoaineena
TOP-pelletit
Tuotannon kokonaiskustannukset TOP-pelletit Puupelletit Käyttöpääoma (M ) 0.7 0.5 Pääoma yhteensä (M ) 5.6 3.9 Työvoima, 5 työntekijää (M /v.) 0.25 0.25 15.8 TOP ( /t) 15 raaka-aine (sahanpuru) pellettituotanto Puupelletti ( /t) 18.3 11 28 45 merikuljetus käsittely & varastointi 35 41 (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
Kassavirta-analyysi Myyntihinta voimalaitoksella = 7.3 /GJ 120 /t 148 /t Kuvaus Laskelma Puupelletti (M ) TOP (M ) A liikevaihto 8.80 7.62 B kulut 7.87 5.07 C toimintatulo A-B 0.93 2.54 D arvonalennus 0.32 0.49 E voitto (veroton) C-D 0.61 2.05 F vero (35%) vero*e 0.21 0.72 G nettotulo E-F 0.40 1.33 H kassavirta G+D 0.72 1.83 efektiivinen korko (IRR) 13% 30% takaisinmaksuaika years 6 3
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
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
Kiitos! David Agar Jyväskylän yliopisto Kestävä bioenergia www.susbio.jyu.fi