Biojalostamotilanne Suomessa ja Ruotsissa Tero Tuuttila, Forest Refine seminaari, Kokkola 14.5.2013
Sisältö Johdanto biojalostukseen Metsäteollisuuden historiaa Biojalostamoiden nykytila ja kehitys Meneillään olevia hankkeita Yhteenveto 2
Terva, puuhiili, potaska Terva Suomella ja Ruotsilla pitkät perinteet Tärkein vientituote lähes 300 vuoden ajan Tervakauppa alkoi hiipua 1800-luvun lopulla Puuhiili Ruotsissa merkittävässä asemassa raudan ja teräksen valmistuksessa Potaska Käytettiin lasin ja saippuan valmistukseen 3
Sahateollisuus Sahateollisuus alkoi kasvaa voimakkaasti 1850- luvulla Höyrysahat sallittiin Sahauskiintiöt poistettiin Britit poistivat tullit sahatavaralta Suomen suurin viejä 1930-luvulle asti 4
Sellu- ja paperiteollisuus Selluteollisuus kehittyi yhdessä sahateollisuuden kanssa 1800-luvun jälkipuoliskolla Aluksi mekaanista massaa Ensimmäinen kemiallinen sellutehdas Suomeen 1876 Ensimmäinen maailmansota tyrehdytti Venäjänkaupan Myyntiyhdistysten perustaminen Tärkeä asema vientituotteena 5
Sellu- ja paperiteollisuus Structural development in Swedish pulp and paper industry (Skogsindustrierna 2012) 1960 1970 1980 2000 2011 Pulp Number of mills 127 98 72 51 41 Total capacity, Mt 5,6 8,9 10,5 11,1 13,3 Capacity/mill, kt 45 90 145 218 324 Paper Number of mills 76 68 62 52 39 Total capacity, Mt 2,3 4,8 7,2 9,1 12,2 Capacity/mill, kt 30 70 115 175 315 Sellu- ja paperitehtaiden kehitys Suomessa (Metsäteollisuus 2012) 1960 1970 1980 2000 2011 Pulp Number of mills 27 33 26 18 18 Capacity, Mt 6,7 Capacity/mill, kt 372 Paper and board Number of mills 41 45 45 41 36 Capacity, Mt 2 4,3 6 13,5 11,3 Capacity/mill, kt 49 96 133 329 314 (Metla, Metsätilastollinen vuosikirja 2011) 6
Sellu- ja paperiteollisuus 16 Milj. tonnia/m3 14 12 10 8 6 4 Paperi & kartonki Massa 2 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 1.3.2013 LÄHDE: Metsäteollisuus ry 7
Biojalostamoiden nykytilanne Esiselvitysraportti The history and current development of forest biorefineries in Finland and Sweden www.forestrefine.se Yleiskatsaus nykytilanteesta ja kehityksestä, erityisesti: Uudet metsäbiomassan jalostukseen soveltuvat prosessit Integroitu tuotanto, jossa valmistetaan useita tuotteita ja hyödynnetään uusia metsäbiomassajakeita Painopiste arvoketjuissa, joissa on mukana raaka-aineen kemiallista prosessointia (ei pelkästään mekaanista) 8
Biojalostamo mikä se on? Määritelmät vaihtelevat Biojalostuksella tarkoitetaan biomassan jalostamista myytäviksi tuotteiksi ja energiaksi ympäristöä säästävällä tavalla Biojalostamo on laitos, jossa biomassasta valmistetaan polttoaineita, energiaa ja kemikaaleja. Biojalostamoa voidaan verrata öljynjalostamoihin, joissa valmistetaan useita polttoaineita ja tuotteita raakaöljystä. Biojalostuksen tavoitteina Raaka-aineen (biomassan) fraktioiminen erilaisiksi komponenteiksi Tuotevalikoiman monipuolistaminen Prosessien energia- ja materiaalivirtojen integrointi Valmistettujen tuotteiden rahallisen arvon optimointi Sivuvirtojen hyödyntäminen 9
Termokemiallinen Mekaaninen Energia- ja materiaalikäyttö Sahaus Haketus Hienontaminen, jauhaminen Sahatavara Hake Sahanpuru Mekaaninen massa Mustalipeä (ligniini) Sanomalehdet Kuvastot Aikakausilehdet Kirjat Toimistopaperit Aaltopahvi Kartonki Säkit Kassit Metsäbiomassa Kemiallinen Sulfaattimenetelmä Sulfiittimenetelmä Sellu (hemi-/selluloosa) Uuteaineet Sulfiittilipeä (ligniini, hemiselluloosa) Sellu (selluloosa) Talouspaperi WC-paperi Vaipat Huonekalut Kalusteet Lattiat Ovet Ikkunat Polttaminen Lämpö Rakennuspuuta Paneelit Liimapuupalkit Vaneri Viilu Lastulevy Kuitulevyt Lavat Puulaatikot Kaukolämpö Prosessihöyry Sähkö Pelletit Halot 10
Metsäbiomassan jalostaminen tunnetaan Nykyisen kehityksen liikkeellepanevia voimia Ilmastonmuutoksen jarruttaminen vähentämällä fossiilisia CO 2 -päästöjä Riippuvuuden vähentäminen fossiilisista raaka-aineista (esim. raakaöljy) Sopeutuminen metsäteollisuuden muutoksiin raakaaine- ja perinteisten metsäteollisuustuotteiden markkinoilla Tiukentunut kilpailu ohjaa teollisuutta tehokkaampaan raaka-aineiden käyttöön ja tuottamaan lisäarvoa metsävaroille 11
Energia- ja materiaalikäyttö Metsäbiomassa Sahaus Haketus Hienontaminen, jauhaminen Uuttaminen Sulfaattimenetelmä Sulfiittimenetelmä Polttaminen Kaasutus Pyrolyysi Torrefiointi Hydrolyysi Sahatavara Hake Sahanpuru Mekaaninen massa Luonnonkemikaalit Mustalipeä (ligniini) Sellu (hemi-/selluloosa) Uuteaineet Sulfiittilipeä (ligniini, hemiselluloosa) Sellu (selluloosa) Sokeri Ligniini Lämpö CO, H 2, CH 4 Pyrolyysiöljy, koksi Torrefioitu biomassa Sanomalehdet Kuvastot Aikakausilehdet Kirjat Dme Toimistopaperit Etanoli Metanoli Aaltopahvi FT-Diesel Kartonki Metaani Säkit Butanoli Kassit Eteeni Talouspaperi Olefiinit WC-paperi Muovit Vaipat Sulkukalvot Emulgointiaineet Huonekalut PLA Kalusteet Liimat Lattiat Tekstiilit Ovet Hiilikuidut Ikkunat Komposiitit Suodattimet Rakennuspuuta Paneelit Ravintoaineet Liimapuupalkit Rehut Vaneri Elintarvikkeet Viilu Lastulevy Lääkkeet Kuitulevyt Antioksidantit Kosmetiikka Lavat Puulaatikot Kaukolämpö Prosessihöyry Sähkö Pelletit Halot 12
Biojalostamo Kokemuksia muilta jalostamoaloilta Monipuolistuminen Pyritään siirtymään yhden tuotteen valmistuksesta (esim. petroli ja tärkkelys) sellaiseen tuotantoon, jossa lähtöainefraktiot hyödynnetään optimaalisesti ja saadaan lisättyä niiden arvoa Tuotevalikoimaan vaikuttavat tekijät : kysyntä raaka-aineen saatavuus, koostumus ja hinta saatavissa oleva tuotantolaitteisto ja kapasiteetti käyttökustannukset kilpailuasema asetukset Joustavuus; mahdollisuus muuttaa tuotantoa haluttuun suuntaan ajan myötä Prosessien kehittymisen myötä tärkein yksittäinen tekijä kokonaistaloudellisesti on raaka-aineiden hinta 13
Biojalostamohankkeet Meneillään olevia kaupallisia biojalostamohankkeita sekä tutkimus- ja kehitysprojekteja Teknologiat Selluloosan hydrolyysi ja etanolin valmistus Kaasutus Pyrolyysi ja torrefiointi Sellutehtaisiin integroidut biojalostamot Muut 14
34 Development of the production and utilization of first generation bio oils, Phase 2 Tutkimus ja verkostot Biojalostukseen liittyvää tutkimusta kaikissa yliopistoissa Tutkimuslaitokset, esim. VTT, Metla, Innventia Klusterit, tutkimuskeskukset, esim. Finnish Bioeconomy cluster (FIBIC) Cluster for energy and the environent (CLEEN) Uusiutuva metsäteollisuus -klusteri Energia teknologia -klusteri Benet bioenergy network Biofuel region Biorefinery of the future Number One ETC Swedish gasification centre F3 Wallenberg wood science centre 32 CO2UTIL Towards Utilization of Carbon Dioxide as a Green and Versatile Commodity Chemical: Clean Synthesis of Methanol and Dimethyl Carbonate (DMC) 33 Conversion of pectin rich residues to D-galacturonic acid and other platform chemicals using solid state fermentation and metabolically engineered fungal microorganisms 35 Development of the production and utilization of first generation bio oils, Phase 3 36 DISCO Targeted discovery of novel cellulases and hemicellulases and their reaction mechanisms for hydrolysis of lignocellulosic biomass Economic-ecological optimization of timber and bioenergy production and sequestration of carbon in Norway spruce stands 37 38 Efficient production of fuels from biomass 39 Feasibility of Finnish and Brazilian biomasses in advanced biorefineries 40 FOBIT Forest-based fuel and material demand and the overall climatic impacts 41 FuBio Future Biorefinery 42 Functional Genomis of Tree Biomass 43 Functional natural fiber reinforced composites 44 FunMan Targeted Functionalization of Spruce Galactoglucomannans with Aid of Galactose Oxidase 45 Future technologies of forest, energy and chemical industries 46 HemiEx Comparative evaluation of different hemicelluloses isolation processes integrated with alkaline cooking 47 Hemu Pressurized hot-water extraction of wood hemicelluloses 48 Hidaspyro Development of slow pyrolysis business operations in Finland 49 HYPE High efficiency consolidated bioprocess technology for lignocellulose ethanol 50 Improvement of Xylose Utilisation for Bioprocesses 51 Industrial and agricultural sidestreams as raw material sources for new biomass products 52 Integrated utilisation chains of second generation pyrolysis 53 JoBi Risk mitigation and production flexibility in integrated forest biorefinery 54 Kinetics of biomass pyrolysis (part of the project "Integrated utilisation chains of second generation pyrolysis") 55 LigniCarb Lignin för kolfiberframställning 56 LigniVal Lignin valorisation 57 LIPIDO Optimizing Lipid Production by planktonic Algae 58 Microfuel Microbes and algae for biodiesel production 59 NEMO Novel high performance enzymes and micro-organisms for conversion of lignocellulosic biomass to ethanol 60 New, innovative pretreatment of Nordic wood for cost-effective fuel-ethanol production 61 NILE New Improvements for Ligno-cellulosic Ethanol 62 Optibio Optimal use of NExBTL -diesel from renewable feedstock (phases 1&2) 63 Optimal Treatment Process of Lignocelluloses to Bioethanol 64 Oxygen-steam CFB gasification process development 65 Pafrak Fractionation and business potential from sludge 66 PEGRES Paper, bioenergy and green chemicals from nonwood residues by a novel biorefinery 67 Pilot plant for waste based ethanol production 68 Poliols and biofuels Polysaccharide-based Biofuels and Smart Biomaterials: Sustanable Production Integrated with Pulp and Paper 69 Processes 70 PRE-CU New methods applicable for biomass pre-treatment 71 Probark A Sustainable process for production of green chemicals from softwood bark 72 Production of green diesel from algaes 73 PROFOAM Promoting functional biopolymer foams 74 PROSUITE Development and application of standardized methodology for the PROspective SUstaInability assessment of TEchnologies 75 Protein and Organic Fertilizer 76 PUUMA Use of wood-based materials in rubber compounds (PUUMA) 77 Pyrolysis oil; preprocessing of raw material, quality assurance and combustion tests 78 Replacement of chemical pesticides and biocides with birch distil 79 Star-COLIBRI Strategic Targets for 2020 - Collaboration Initiative on Biorefineries 80 SUBICHOE Sustainability of Biomass Utilisation in Changing Operational Environment 81 SugarTech Hydrolysis technology for producing sugars from biomass as raw material for the chemical industry 82 SUSFUFLEX New, innovative sustainable transportation fuels for mobile applications: from biocomponents to flexible liquid fuels 83 SusProc Sustainable Processing of Natural Resources 84 SUSWOOD Sustainable and Eco-Friendly Wood Material for Future Industrial Needs 85 The effects of intensive bio-fuel production and use on regional air quality and global climate 86 TKK Biorefinery CONCEPTS FOR SECOND GENERATION BIOREFINERY 87 TORREFACTION Torrefaction of agro and woody biomasses as energy carrier for European markets 2020 88 Transportation bioethanol from cellulosic and ligncellulosic waste material via St1 process 89 UCGFunda Fundamental studies of synthetic-gas production based on fluidised-bed gasification of biomass 90 Upgrading Biogas for Vechicle Use 91 URAKAMU Nouvel routes towards catalytic transformations of renewable biomaterials 92 URAKAMU II Catalytic valorization of renewable raw materials 93 ValueWaste Value chains for biorefineries of wastes from food production and services 15
NER300 EU:n NER300 rahoitusohjelma, jolla edistetään vähähiilistä energiaa hyödyntäviä, innovatiivisia hankkeita.
Etanolin tuotanto ST1 - development St1 biofuels are currently producing ethanol from sugar- and starch-containing waste in several plants and are researching technology for ethanol production from cellulose. Chempolis - development Chempolis Ltd is an R&D company developing biorefinery technologies, specialised in non-food, non-wood raw materials. Has a biorefinery park in Oulu. EPAB - development Pilot plant for cellulosic ethanol production in Örnsköldsvik (~200 m3/yr). Owned by Umeå University, Luleå University, SEKAB. NBE Sweden - development Development plant for cellulosic ethanol production in Sveg (3000 t/yr). Owned by NBE Co. Ltd., HMAB, Härjedalen municipality. 17
Kaasutus NSE Biofuels - development Neste Oil and Stora Enso built a wood gasification demo (12 MWth) in Varkaus. Syngas combusted in lime kiln. The aim was a commercial BTL plant, but it has not been prioritised for NER300 support. Vaskiluodon Voima - production 140 MW gasification plant for CHP started to operate in 2012 in Vaasa Metsä Fibre - production Metsä Fibre has opened a 48 MW gasification plant in their pulp mill in Joutseno. The plant has started production in autumn 2012, and uses bark as a fuel. BLG DME - development Black liquor gasification demonstration plant. Pressurised (30 bar), oxygen-blown entrained flow gasifier (3 MWth) with a DME demo plant. Technology developed by Chemrec AB. IVAB - development Pressurised entrained flow wood powder gasification pilot plant (1 MW, 15 bar) in Piteå. WoodRoll - development Indirect gasification technology demo (150 kw) in Köping. Developed by Cortus. Chalmers - development A 2-4 MWth indirectly heated gasifier integrated on the return leg of a 12 MWth CFB boiler Värnamo IGCC - development IGCC demo plant (18 MWth). Planned rebuild for syngas production was cancelled. Mothballed. Vallvik biofuel - production Planned black liquor gasification plant with methanol production at the Rottneros mill in Vallvik. Applied for NER300 support but has not been prioritised. UPM Rauma - production Planned gasification/ft plant in either Rauma (Finland) or Strasbourg (France). Strasbourg plant prioritised for NER300 support and Rauma plant on the reserve list. Ajos BTL - production Planned gasification/ft-plant. Metsä group recently withdrew from the project. Vapo Oy are persuing the project and are seeking new partners. Prioritised for NER300 support. Rottneros biorefinery - production Planned gasification plant for methanol production at the Rottneros mill in Rottneros. Applied for NER300 support but has not been prioritised. WoodRoll Köping - production Cortus is planning 5 MW gasifier with upscaling to 25 MW in a second step. Hagfors - production Planned fluidized bed gasifier for methanol production (1000000 t/yr) by Värmlandsmetanol. Uhde selected as technology supplier. Norrtorp - production Pre-study for 250 MW methanol and SNG plant by Vämlandsmetanol, EON, SAKAB and others. GoBiGas - production 20 MW plant for SNG under construction by Göteborg Energi. An 80-100 MW unit is planned for a second phase. Has been prioritised for NER300 support. E.ON Bio2G - production SNG plant planned by EON, up to 200 MW. On the reserve list for NER300 support. 18
Pyrolyysi ja torrefiointi Fortum - production Fortum has started to construct a pyrolysis oil plant (50000 t/yr) in Joensuu. Green Fuel Nordic - production Three facilities for pyrolysis oil production to be built. Expected output 270000 t/yr. Metso - development 2 MW pyrolysis R&D plant in Tampere. BioEndev - development Torrefaction demonstration plant planned in Umeå. Pyrogrot - production Planned pyrolysis oil plant at the Billerud pulp mill in Skärblacka. Prioritised for NER300 support. Torkapparater - development Torrefaction demonstration project located on Gotland. 19
Selluteollisuus Integroidut biojalostamot Sellukuitujen kehittäminen uusiksi materiaaleiksi ja tuotteiksi Sivuvirtojen hyödyntäminen Uusien prosessien energian integrointi Raaka-aineen esikäsittely, uuttaminen polttoaineiden ja kemikaalien valmistamiseksi UPM BioVerno Planned tall oil based diesel (BioVerno) production facility in Lappenranta. Domsjö Production of specialty cellulose, ethanol and lignin at industrial biorefinery site in Örnsköldsvik. Södra Cell New materials such as specialty cellulose and composite materials. Lignin extraction from black liquor. SunPine/Preem Production of diesel (Evolution Diesel) from tall oil. Arizona Chemicals Production of a range of chemicals from tall oil. 20
Domsjö biorefinery Process Engineering Steam, electricity & district heating Ethanol CO2 R & D Cellulose derivatives Ethanol products fuels chemicals Extractives Speciality cellulose Energy Lignosulfonate Biogas
Muut Uuteaineet Lääkeaineet Tuholaistorjunta Peruskemikaalit Metanoli Butanoli Olefiinit Puukomposiitit Puuhakkeesta ja biohajoavasta muovista valmistut kipsit Kemianteollisuuden innovaatiopalkinto 2012 22
Yhteenveto Biojalostus on laaja kenttä, pitäen sisällään useita erilaisia prosesseja ja tuotteita paljon mahdollisuuksia Kiinnostusta uusien metsäbiomassasta tuotteiden valmistukseen riittää Tutkimus- ja kehitystoimenpiteitä runsaasti Kehitetään uusien prosesseja, hyödynnetään sivutuotteita, etsitään uusia käyttökohteita ja tuotteita T&K-projektien vieminen kaupallisiksi prosesseiksi haasteellista Tällä hetkellä tuotteet eivät ole hinnaltaan kilpailukykyisiä verrattuna fossiilisista raaka-aineista saataviin tuotteisiin Uusien teknologioiden käyttöönottoon liittyvät riskit Epävarmuus markkinoista, tukipolitiikka 23
Kiitos mielenkiinnosta! Lisätietoja: www.forestrefine.se