Mitä uutta energiajalosteiden ja liikennepolttoaineiden tuotannosta? Jyväskylä 8.10.2014 8.10.2014 Esa Kurkela, Yrjö Solantausta & Ilkka Hiltunen 1
Content of Presentation Thermochemical Routes to Biofuels - New Piloting Centre BIORUUKKI New Pyrolysis Pilot Plant Restart of the HTL R&D Gasification development Status of industrial projects Barriers in commercialization Improved large-scale concept Dual bed steam gasification High-pressure fixed bed New gasifier for small CHP Conclusions 2
Thermochemical Conversion Platform for Biofuels FAST PYROLYSIS Thermal or catalytic fast Pyrolysis Product upgrading Gasoline Diesel, jet fuel GASIFICATION Gasification Gas cleaning to syngas Liquid fuel synthesis Methanation PSA Methanol, DME Gasoline Diesel, Jet Fuel SNG Hydrogen HTL Hydrothermal liquefaction Product upgrading Gasoline Diesel, jet fuel 3
4
Fast Pyrolysis Pilot in Bioruukki 0.5 tpd feed capacity pilot unit Both thermal and catalytic fast pyrolysis Designed and manufactured by VTT and Valmet 5
HTL of Black Liquor - Project LignoHTL Part of the ERANET Woodwisdom Programme Wood (Pulping) Pulp Biomass (Biorefinery) Biofuels and chemicals from cellulose Black liquor Lignins WP4 TEA VTT WP1 HTL VTT Bio-oil WP2 HDO & upgrading TI & LIKAT Distillable bio-oil WP3 Co-refining CNRS Biofuels and chemicals 6
Hydrothermal Liquefaction (HTL) for Biomass Techno-economic assessments (TEA) employed to support R&D at the VTT thermochemical platform VTT milestones Own experimental 1981- : peat, black liquor, lignins, wood to fuels and bio-chemicals Black-liquor feedstock 1984-90 IEA Bioenergy collaboration (TEA) 1982-89 Pöyry TEA on HTL for VTT 1987 LignoHTL 2014-2016 7
Syngas Route to Biofuels Integration to pulp and paper mills offers significant benefits INTEGRATED CONCEPT PAPER OR PULP PULP AND PAPER MILL ENERGY TO DRYING PROCESS STEAM & POWER GASIFICATION AND GAS TREATMENT POWER PLANT FUEL GAS + STEAM 50-150 MW VTT PDU FORESTRY RESIDUES, MILL RESIDUES, STRAW, ENERGY CROPS, URBAN BIOWASTE BIOMASS HANDLING AND DRYING 150-300 MW BARK. FOREST RESIDUES, OTHER BIOMASS STEAM & OXYGEN SYNTHESIS GAS SYNTHESIS & UPGRADING 75-160 MW INDUSTRIAL DEMO VARKAUS, FINLAND HYDROCARBON FUELS (FT) OR METHANOL, DME, SNG, H 2, etc. GTI PILOT 8
Why Commercial Production Units are not yet under construction? Economic Challenges of first-of-a-kind Plants Investment ca. 50 % higher than for mature plants Large plant size needed =>Over 500 M investment Demonstration of complete production units is too expensive None of NER300 flag ships have resulted to investment decision 2 nd NER300 round: SNG plant of EON in Sweden Significant political uncertainties Binding targets for renewable fuels are missing Long-term support for flag ship projects is expensive Strange discussion on the carbon balance of using forest biomass residues for energy production has created confusion 9
CFB Gasification PDU new developments PFB GASIFIER INCREASED FILTRATION TEMPERATURE 2GBIOFUELS PROJECT 2012-14 IMPROVED REFORMER PERFORMANCE FOR SNG AND FOR BTL FEEDSTOCK - BARK - FOREST RESIDUE - WOOD PELLETS BED MATERIAL AND ADDITIVE COOLER FILTER PRODUCT GAS REFORMER GAS COOLER OXYGEN FILTER ASH STEAM BED REMOVAL 0.5 MW PDU facility has been used for process development, > 4000 hours in operation Improved process concept was developed in 2GBiofuels project in 2012-13 10
Increased Filter temperature Publication available: http://bit.ly/192vl3g 11
Dual Bed Steam Gasification Pilot at Bioruukki New low-pressure process for 50-150 MW input PDU development was started in 2013 at VTT in the 2GBiofuels project 12
DFB Steam Gasification to H 2 Estimated performance of target process Estimated production cost of H 2 60-70 /MWh Investment 109-130 M 13
High-Pressure Steam-O 2 Fixed-Bed Gasification Suitable for Methanol and other high-pressure syntheses Biomass O 2 FIXED BED REFORMER OUTLET T = 850 C GAS COOLER SHIFT CONVERSION 30 bar 1 x O 2 + 3-5 x Steam/CO 2 Advantages: Total carbon conversion, fully oxidised ash Simple gasifier design High thermal efficiency Low dust content Reformer is the most critical process step PDU plant will be constructed in 2015 at VTT s Bioruukki Piloting Centre Proposal to EU/Horizon 2020 LCE11 14
MW High-Pressure Steam-O 2 Fixed-Bed Gasification Estimated performance for target gasification process 90 Biomass input to dryer 100 MW 80 70 60 50 40 30 20 10 Net Electricity District Heat MeOH 0-10 CFB Basic process 4 bar Fixed Bed 30 bar 15
Kaasutus-CHP-pienvoimalan kehitys ja demonstrointi kolmeen kokoluokkaan - hakemus INKA-ohjelmaan Innovatiivinen kaasutustekniikka tarjoaa mahdollisuudet uudelle liiketoiminnalle, jolla on merkittävä vientipotentiaali ympäri maailmaa Projektissa toteutetaan seuraavat tehtävät: 1. Parannetaan alle 50 kwe:n kokoluokan myötävirtakaasuttimien kilpailukykyä laajentamalla niiden polttoainepohjaa pilotointi ja testaus Mekrijärven kaasuttimella 2. Pilotoidaan ja demonstroidaan kokonaan uusi VTT:n innovaatioon perustuva kaasutustekniikka 200-2000 kwe kokoluokkaan (VTT Bioruukki) sekä arvioidaan sen kilpailukyky valituissa sovelluskohteissa (CHP, höyrykeskukset). 3. Luodaan kotimaisten yritysten ja tutkimuslaitosten yhteistyömalli ja kehitysalustat, joiden avulla pystytään viemään uusi teknologia nopeasti vientimarkkinoille. 4. Haetaan kaasutus-chp-laitoksille sopivat sijoituspaikat 5-6 demolaitokselle, joilla katetaan kokoluokat 30-50 kwe, 100-500 kwe sekä 1-2 MWe ja näin tehdään mahdolliseksi myös kv-markkinoille pääsy, joka edellyttää hyviä referenssejä. 16
Yhteenveto Pyrolyysiöljyn jatkojalostusta liikenteen polttoaineeksi kehitetään Pyrolyysiöljyn käyttö kattilapolttoaineena kaupallistumassa VTT:n uusi Pilot-laitos käyntiin Bioruukissa kesällä 2015 Tekes-projekti HighDemand käynnistynyt => liikennepolttoaineet HTL ja HTC tutkimukset käynnistetty uudelleen Pienen mitan koetoimintaa ja teknistaloudellisia tarkasteluja Kaasutustekniikan kehitys jatkuu Kypsän teknologian kilpailukyky näyttää hyvältä raakaöljyn rajahinta 120-130 $/barreli ensimmäinen laitos haasteellinen Uudet kaasutusprosessit kehitteillä pienempään kokoluokkaan: vety, SNG, metanoli, DME ja FT-tisleet PDU/pilot-kokeet Bioruukissa Hajautettu metanolin valmistus ja keskitetty uusiutuvan olefiinien valmistus mielenkiintoinen vaihtoehto Kaasutustekniikan soveltaminen lämmön ja sähkön tuotantoon etenee