-hanke Biohiilen tuotanto ja logistiikka Bioenergian uusia käyttömahdollisuuksia Biomassa metallurgisessa teollisuudessa Oulun yliopisto 19.9.2012 Projektipäällikkö Jukka Hyytiäinen Helsingin yliopisto, Metsätieteiden laitos 19.9.2013 1
Esityksen sisältö 1. Hankekuvaus BalBiC - tavoitteet - tulokset 2. Biohiilen tuotanto - tuotantomenetelmät ja -laitokset 3. Logistiikka - raaka-ainevarat - hankinta-ketjut - kalusto - kustannukset 19.9.2013 2
The Development of the Bioenergy and Industrial Charcoal (Biocoal) production Project acronym: BalBiC Project number: cb46 Duration: 1.7.2011-31.12.2013 Budget: 1 151 718, ERDF 878 876, NF 272 842 Funding: Central Baltic INTERREG IV A Programme 2007-2013 Priority: 2. Economically competitive and innovative region Direction of sup: Supporting innovative and improving competitiveness www.balbic.eu Partners: University of Helsinki, Department of Forest Sciences, Finland Forestry Development Centre Tapio, Finland State Forest Research Institute Silava, Latvia Add.partners Stora-Enso Wood Products, Finland, Rural Engineering at the Eesti Maaulikool 19.9.2013 3
Projektin tavoitteet Luotettavan ja vertailukelpoisen metsä-bioenergia tiedon tuottaminen Balttian alueelta Biohiilimarkkinoiden edistäminen ja bioenergian kestävän käytön parantaminen Yhteistyön kehittäminen biohiilen tuottamiseksi energiatuottajien, tuotantolaitosten, yritysten ja tutkimuslaitosten kanssa Bioenergian korjuu- ja kuljetusteknologian ja logistiikan kehittäminen biohiilien tuottamiseksi teollisesti Biohiilen liiketoimintaosaamisen kehittäminen Julkisen tietopankin rakentaminen biohiilen metsäraaka-aineen toimittajille, biohiilen valmistajille ja käyttäjille 19.9.2013 4
1.Project management and coordination 5. Network and training 2. Raw-material sources 4. Production and Logistics 3. Market research 19.9.2013 Jukka Hyytiäinen 5
Projektin tuloksia Kirjallisuuskatsaus biohiilestä Tutkimus biohiilen valmistamisesta ja koostumuksesta Arvoketjuanalyysi biohiilen markkinoista ja liiketoiminnasta Suomessa ja Latviassa Raportti biohiilen ja energiapuun tuotannosta ja logistiikasta Suomessa ja Latviassa Biohiilen tuotantoteknologiakatsaus Biohiiliportaali ja simulaattori Biohiiliseminaarit Suomi, Latvia, Viro Esitykset yhteistyöseminaareissa 19.9.2013 6
Biomassasta kivihiili Kivihiilen muodostuminen alkoi hiilikaudelta 360-290 miljoonaa vuotta sitten. Kovassa paineessa ja lämpötilassa biomassasta muodostui eri vaiheiden kautta kivihiili yleensä kosteikkojen pohjassa anaerobisen mikrobitoiminnan seurauksena biomassa turve ruskohiili kivihiili antrasiitti timantti Lähde:Hyvä tietää hiilestä: Energiateollisuus ry ja Hiilitieto ry 2009 19.9.2013 7
Biomassasta biohiili 19.9.2013 8
Recycling & dismantling wood 520 000 m 3 Networks of forest energy 2011 Finland Waste wood 1 330 000 m 3 36 000 000 m 3 Black liquer 6 560 000 m 3 Bark 1 930 000 m 3 Sawdust Energy producer: Heat & electricity 860 000 m 3 Chips in forest industry Roundwood chips Crushed stumps Energy producer/ utiliser: Heat 538 000 m 3 964 000 m 3 2 242 000m 3 3 102 000 m 3 Chips from cutting debris Chips from smallsize trees Pellets & briquets Energy producer/utiliser: Small houses 70 000 m 3 68 000 t 109 000 t 6 041 000 m 3 Firewood billets Chemical forest industry 30 661 000 m 3 Imported wood 10 100 000 m 3 23 219 000 m 3 Mechanical forest industry Chipping /crushing &intermediate storing of small trees, roundwood, cutting debris & stumps Transport of cutting debris and stumps Transport of chips / crushed material Pellet & briquet plant Producing & marketing of firewood billets Transport of roundwood Harvesting roundwood to roadside 58 879 000 m 3 Harvesting cutting debris & stumps to roadside 6 850 000 m 3 Harvesting of energy wood to roadside Forest owner: Growing trees Chipping / crushing on roadside Own consumption 5 360 000 m 3 Harvesting of household wood Market removals 681 000 m 3 Harvesting of firewood to roadside 19.9.2013 9 Bioenergy 2013, Jyväskylä, Arto Rummukainen Metla
Biohiilen tuotanto In the production process of bio-coal outputs are about 40% bio-coal, 20% water, 18% gases, 16% tars, 6% acids, alcohol & others. 19.9.2013 10
Biohiilen tuotantolaitos Erätoimiset BalBiC Batch process is operated in steps: First kiln is loaded with wood Temperature is raised to peak level and holded there for a given time Charcoal is unloaded from the kiln Volyme capacity typically 180 m3 Source: EPA, Emission Factor Documentation for AP-42, Section 10.7 19.9.2013 11
Biohiilen tuotantolaitos Jatkuvatoimiset In continuously operated kiln wood is loaded and charcoal is unloaded all the time Capacity 2,5 tons/hour BalBiC Source: EPA, Emission Factor Documentation for AP-42, Section 10.7 Charcoal. EPA,Washington, 1995. 19.9.2013 12
Biohiilen tuotantolaitos Danish Torrefaction Demo Plant Project Overview of vertical reactor technology Lähde: 2nd Nordic Biochar Seminar, Helsinki Congress Paasitorni, February 15, 2013 19.9.2013 13
Biohiilen tuotanto Latvia ARHEO LTD in production unit use environment friendly and high production capacity charcoal productions kilns. All kilns productions capacity is about 500 tones per month. 19.9.2013 14
Biohiilen teollinen tuotanto Suomessa ei vielä ole teollista biohiilituotantoa. Ensimmäiset koelaitteistot ovat suunnitteilla tai rakenteilla Kuvassa Biosammon koelaitteisto Anjalankoskelta. 19.9.2013 15
Higher heating value, MJ/kg Pyrolyysi lisää materiaalin lämpöarvoa Samaan aikaan energiatiheys massaa kohden kasvaa Kuljetuskustannukset alenevat Varastointi on helpompaa kuin käsittelemättömän puun Pyrolyysi muuttaa puun hiileksi Biohiilen / torrefioidun puun etuja 35 30 25 20 15 10 5 0 BalBiC Heating values for solid fuels wood torrefied wood charcoal coal Kuva Mikko Havimo 19.9.2013 16
Biohiilen vertailu muihin tuotteisiin Wood chips (pine) Torrefied biomass Wood pellets TOP pellets Charcoal Coal Moisture content, % LHV, as received (MJ/kg) LHV, dry (MJ/kg) Bulk density, (kg/m 3 ) Energy density (bulk), (GJ/m 3 ) 45 3.0 7.0-10.0 1.0-5.0 1.0-16.0 5.0-10.0 7.5 19.9 16.2-15.6 21.6-19.9 31.8-27.2 24.8 19.3 20.4 17.7 22.7-20.4 30-35 27.9 330 230 500-650 750-850 130-150 900-1000 3.1 4.6 7.8-10.5 14.9-18.5 3.5-4.8 22.3-24.8 The Development of Bioenergy and Industrial Charcoal (Biocoal) Production (Report of the BalBiC project cb46) Report 3/2013,Production and Logistics 19.9.2013 17
Mikä tuotantomalli? 19.9.2013 18
Supply chain operations The current weak parts of the SC are: production of bio-coal, marketing & sales of bio-coal, and harvesting & collecting of biomass. Weak chains in the bio-coal supply chain 70 60 50 40 30 20 10 0 Currently In future, approx. 10 years 19 19.9.2013
Logistiikka Puutavarakuljetukset Total volumes, average transportation distances and unit costs of roundwood in 2011 according to Metsäteho Domestic roundwood 1000 m 3 sob % km cent/m 3 km /m 3 Total long-distance transport Total by road By road to mill Rail transportation sequence By road to railway Rail transportation Water transportation sequence Floating sequence By road to floating point Floating Barge transportation sequence By road to barge Barge transportation 43 704 162 5.2 8.37 43 681 99.9 95 7.2 6.82 33 016 75.8 111 6.7 7.46 9 213 21.2 321 3.5 11.30 9 493 45 10.7 4.84 9 213 276 2.3 6.42 1 299 3.0 310 3.7 11.33 715 1.6 362 3.3 11.86 715 62 8.0 4.94 715 300 2.2 6.67 584 1.3 246 4.3 10.68 440 46 10.5 4.82 584 201 3.5 7.05 19.9.2013 20
Biohiilen maantiekuljetus Maantiekuljetus on yleisin kuljetusmuoto lyhyillä ja keskipitkillä matkoilla Suomessa 1543 puutavara-autoa (2011) Sekä 600 hakkeen tai turpeen kuljetukseen sopivaa kuorma-autoa, jotka sopivat myös biohiilen kuljetukseen. Keskimääräinen kuljetusmatka pyöreälle puulle 111 km ja energiapuulle 51 km Kuormatilavuus vaihtelee 121-140 m3 välillä. Kantavuus on noin 35-40 tn. Metsähakkeen kuljetukseen sopivia kuorma-autoja on noin 150. Kuormatilavuus on 140 M3 L&T s forest chip truck with a detachable container. Photo by Lauri Heilala. Trailer of a biomass truck with an expandable load space. Photo by Lauri Heilala. 19.9.2013 21
Biohiilen rautatiekuljetus Sopii kuljetusmuodoksi pitkille matkoille ja suurille määrille Pyöreän puun alkukuljetusmatka oli autolla 45 km ja junalla 270 km (2011) Hakkeen kuljetusvaunujen kantavuus on 48,8, - 51 tn, tilavuus 151,5 m3 Yksi vaunu voi kantaa kolme konttia maksimipaino on 60,5,tn Heikkouksina ovat vähäiset energiapuun kuljetusmäärät ja puutteellinen infrastruktuuri BalBiC Railway wagon for energy wood transportation. Photo by VR Transpoint Railway wagon with the container solution. Photo by VR Transpoint 19.9.2013 22
Merikuljetukset Merkittävimmät meriteitse kuljetettavat bioenergia-tuotteet ovat liikenteen biopolttoaineina käytettävät bioetanoli ja biodiesel, sekä pelletit, joita käytetään sähkön- ja lämmöntuotannossa. Haketta kuljetetaan käytettäväksi paperiteollisuuden raaka-aineena. Pellettikuljetuksissa valtameren yli Pohjois-Amerikasta Eurooppaan keskimääräinen lasti on n. 20 000 30 000 tonnia/rahti. Kuljetuksissa Baltiasta ja Venäjältä Pohjoismaihin käytetään pienempiä rannikkoaluksia, jolloin keskimääräinen lastin koko on 4 000 6 000 tonnia. (Sikkema et al. 2009). Pellettien tuonti EU:n alueelle vuonna 2010 oli noin 2,5 Mt, josta Kanadasta 0,93 Mt ja Yhdysvalloista 0,74 Mt. Lähde Energiahyödykkeiden merikuljetukset, Lassi Similä VTT 2012 19.9.2013 23
Mitkä logistiset mallit? 1c Use of biocoal 1. Chipping at the landing 1a Energy wood terminal 1b Biocoal refinery 1g Use of biocoal 1d Biocoal terminal 1e Use of biocoal Roadside landing (Small diameter energywood, logging residues, stumps, defective roundwoo) 1f Biocoal refinery 2. Terminal chipping 1h Biocoal terminal 2a Biocoal refinery 1i Use of biocoal 2b Use of biocoal 2c Biocoal terminal 2d Use of biocoal 3. Chipping at the mill 3a Biocoal terminal 3b Use of biocoal 3c Use of biocoal 19.9.2013 24
Biohiilen logistiset kustannukset Division of transportation costs of biocoal from the Kouvola-based biocoal refinery. Report 3/2013,Production and Logistics 19.9.2013 25
Raaka-aineiden tutkiminen Needles Wood Bark Helsingin yliopiston Metsätieteiden laitoksella valmistettu retortti puun hiiltämiseen Pyrolysis Pyrolysis Pyrolysis Elemental analysis 19.9.2013 26
Potassium is found mostly in needles. The concentration increases dramatically in pyrolysis above 300⁰C. Only needles contain significant amounts of chlorine. Concentration of chlorine decreases slightly in pyrolysis. 19.9.2013 27
Most dramatic mass loss occurs during the endothermic reaction (temperatures below 300 C) due to cellulose and hemicellulose decomposition. Hemicellulose starts to degrade in temperature of 230 C, cellulose following at 260 C and lignin above 300 C. ²,³ Higher mass yield of pine in lower temperatures (250 and 300 C) is the result of pine s lower hemicellulose share. Mass yield begin to stabilise after 350 C. Mari Rautiainen,MSc student 19.9.2013 28
Biocoal Portal Profilecard search Profilecard User Desktop Profilematching Forum for Discussions Maintenance Notifications Map Contact Info Upload Service Simulator 19.9.2013 29
Saadaanko biohiilestä ja pyrolyysin sivuvirroista uusia innovaatioita? www.balbic.eu Projektihenkilöiden yhteystiedot: esko.mikkonen@helsinki.fi jukka.hyytiainen@helsinki.fi paula.kallioniemi@helsinki.fi liisa.kaar@tapio.fi risto.juntunen@tapio.fi andis.lazdins@silava.lv gruduls.kristaps@silava.lv 19.9.2013 30