Upload
tfif-kansli
View
210
Download
5
Embed Size (px)
Citation preview
3
Uusiutuvien yleinen tilanne nyt 2015
T&K Demonstraatio Laaja käyttöönotto Kypsä teknologia
CCS
Aaltovoima
MaatuulivoimaMerituulivoima
Aurinkosähkö
Biokaasu (mädätys)
Biokaasu (terminen)
Sähkövarastot
LämpövarastotAurinkolämpö
Pientuulivoima
Biohiili
Biodiesel
Pien-CHP
Sähkö
Polttoaineet
Lämpö
Muut
BioetanoliPyrolyysiöljy
LämpöpumputGeoterminen lämpö
Kiinteistöjen älyratkaisut
Heikentyneet näkymät (esim. kustannuskehitys ollut arvioitua heikompaa, hankkeet viivästyneet teknologisista syistä tms.)
Parantuneet näkymät (esim. kustannusten aleneminen ollut arvioitua nopeampaa, onnistuneita uuden teknologian projekteja tms.)
4
Puupohjaisten biopolttoaineiden systemaattinen riski
Systemaattisella riskillä tarkoitetaan riskiä, joka voi toteutuessaan vaikuttaa perustavanlaatuisesti kokonaiseen
järjestelmään. Puupolttoaineiden tapauksessa ilmeinen systemaattinen riski liittyy puupohjaisten polttoaineiden
päästökertoimeen, joka on sovittu olevan nolla. Systemaattinen riski toteutuu, mikäli tämä oletus kyseenalaistetaan.
Nestemäisille biopolttoaineille sovelletaan jo ns. kestävyyskriteereitä ja niiden laajentamista kiinteisiin
biopolttoaineisiin on myös pohdittu.
Kantojen käytöstä energiantuotannon polttoaineina jo kiistellään samoin kuin metsäteollisuuden puolella kestävän
ainespuun määritelmästä (mm. erilaiset sertifikaatit).
”Puun loppuminen on kehno viesti”, otsikoi Energia-lehti syksyllä 2015. Suomalaisten europarlamentaarikkojen
mukaan Keski-Euroopassa on monia päättäjiä, jotka olisivat halukkaita rajoittamaan suomalaisen metsäenergian
hyödyntämistä.
Harkittaessa investointeja biopolttoaineiden valmistukseen tai käyttöön on systemaattisen riskin olemassaolo
tunnistettava ja sen mahdolliset vaikutukset on ainakin analysoitava, jotta voidaan arvioida riskin merkitys esim.
polttoaineiden saatavuuteen ja hintoihin sekä energiantuotannon päästötavoitteiden saavuttamiseen.
6
On going Projects in the BtL Globally (2013)
• Solana, UK, 120kt (diesel 50kt/kerosin 50kt/naphtha 20kt)
• Raw material: community waste with negative price formula
• Off take with British Airways, 10 years, value 500 m€
• Partners: Fluor (EPC)
• Status: FEED on going
• Red Rock Biofuels, USA, 50kt (diesel & kerosin)
• Raw material: forest residues
• Off take: US Army
• Status: FEED on going
• UPM Kymmene, Finland, 50kt, > 200m€
• Raw material: Forest residues
• Status: FEED on going production on-going
7
On going Projects in the BtL Globally (2013)
• Forest BtL, 150kt (diesel, naphta)
• Raw material: forest residues
• Status: FEED halted, project stopped due to economy
• BioTFuel, France, 120m€, <50 kt
• Partnerit: Axens, Total, Uhde , the French Alternative Energies and Atomic
Energy Commission (CEA), IFP Energies Nouvelles, Sofiprotéol and
ThyssenKrupp
• Pilot plant
• Raw material: forest residues combined with bottom-oil
• Status: FEED on going
7
8
Suomessa toiminnassa olevat sekä suunnitteilla tai rakenteilla olevat biopolttoaineiden tuotantolaitokset (Vapo, Ajos-hanke käytännössä lakkautettu korkean
tuotantokustannuksen vuoksi).
9
Pyrolyysiöljy ja mäntyöljypiki
Pyrolyysiöljy ja mäntyöljypiki soveltuvat energiantuotannon polttoaineiksi, mutta polttoaineiden
varastointi- ja käsittelyjärjestelmien on oltava pyrolyysiöljylle haponkestäviä. Polttoaineiden heikko
säilyvyys voi aiheuttaa ongelmia vara- ja huippuvoimaloiden osalta.
Raumalainen Forchem ja Oulussa toimiva Arizona Chemicals ovat jo pitkään jalostaneet selluntuotannon
sivuvirtana syntyvästä raakamäntyöljystä kemian teollisuuden raaka-aineita. Jäännöstisleenä syntyy
raskasta polttoöljyä korvaavaa mäntyöljypikeä, joka usein toimitetaan takaisin sellutehtaalle käytettäväksi
meesauunin polttoaineena.
Forchem (2013), Lausunto työ- ja elinkeinoministeriölle 18.1.2013, saatavilla: http://www.tem.fi/files/35495/Forchem_18.1.2013..pdf [viitattu 27.9.2013].
10
Pyrolyysiöljyn valmistus
Pyrolyysiöljyä valmistetaan kuumentamalla biomassaa hapettomassa tilassa. Tuloksena syntyy kaasuja ja öljymäistä nestettä, pyrolyysiöljyä.
Pyrolyysiöljy eroaa perinteisestä mineraalisesta öljystä etenkin korkealla happipitoisuudella, joka tekee pyrolyysiöljystä korrosoivan ja biologisesti hajoavan tuotteen ja siten hankaloittaa pyrolyysiöljyn käsittelyä ja säilytystä.
Pyrolyysiöljyn valmistukseen on käytettävissä kaksi perusvaihtoehtoa: hidas ja nopea pyrolyysi, jotka
nimensä mukaisesti eroavat toisistaan pyrolyysireaktion keston ja lämpötilan sekä lopputuotteiden suhteen.
Hidas pyrolyysi kestää minuuteista useisiin tunteihin riippuen raaka-aineen palakoosta ja
lämmitystavasta. Korkeimmillaan käytetään noin 400 ⁰C lämpötilaa. Hidas pyrolyysi tuottaa biomassasta
kolmea eri lopputuotetta kutakin noin yhtä suuren osan: biohiiltä, bioöljyä ja synteesikaasua. Hitaalla
pyrolyysillä saatavan bioöljyn energiasisältö on kuitenkin matala, eikä sitä yleensä kannata jalostaa
polttoaineeksi, vaan prosessista syntyvät nesteet yleensä poltetaan pyrolyysikaasun mukana. Mahdollisia
käyttöjä on energiakäytön sijaan arvokkaiden kemikaalien eristäminen bioöljystä.
Nopeassa pyrolyysissä biomassan lämmitys 400–500 ⁰C lämpötilaan tapahtuu alle sekunnissa. Tällöin
päätuote on bioöljy, jota syntyy 50–80 % lopputuotteiden massasta. Nopealla pyrolyysillä valmistettua
bioöljyä voidaan käyttää sellaisenaan raskaan polttoöljyn korvikkeena (ottaen kuitenkin huomioon
pyrolyysiöljyn korrosoivuus ja heikko säilyvyys) tai edelleen jatkojalostaa kuvan 3.2 mukaisesti.
11
Pyrolyysiöljyn käyttö- ja jatkojalostusmahdollisuudet.
Pyrolyysi-
laitos
Turve- ja
kivihiilivoimalaitokset
75 paino-% (nopea pyrolysi)
34 paino-% (hidas pyrolyysi)
Pyrolyysiöljy
Biohiili12 paino-% (nopea pyrolyysi)
33 paino-% (hidas pyrolyysi)
Kaasuvoimalaitokset
Kaasukattilat
Kaasutuslaitos
käsittelemätön pyrolyysiöljy
(polttoöljyn korvaaminen)
Vetykäsittelylaitos
Liikenteen
biopolttoaineet
Öljynjalostamo
raaka-aine
Öljykattilat
LOPP
UTU
OTT
EEN
JALO
STU
SARV
OM
atal
aKo
rkea
Etanolilaitos(esikäsittely +
fermentointi)
Kemianteollisuus
Väkevöintilaitos
Bioetanoli
Laajakirjo sovelluskohteita,
kuten pinnoitteet, musteet,
liimat, puhdistusaineet,
aerosolit, kosmetiikka,
lääkeaineet
Erottelulaitos
Erikois-
kemikaalit
Raskaat
dieselmoottorit
(Laivat, diesel-
voimalaitokset)
Mikäli korroosio- ja säilyvyysongelmat
saadaan ratkaistuksi
Hid
as
pyr
oly
ysi
Puhdistus
Laitemuutokset
korroosion takia
Pilotti/kaupallinen tuotantoketju
Teoreettinen/kehitteillä oleva
tuotantoketju
12
Pyrolyysin teknologiat
Nopeaan pyrolyysiin on kehitetty useita erilaisia teknologioita, joiden yhteenveto on esitetty oheisessa
taulukossa. Tällä hetkellä kaupalliseen tuotantoon sopivat laitteistot pohjautuvat leijupeti- (BFB, bubbling
fluidized bed) tai kiertoleijupetiteknologioihin (CFB, circulating fluidized bed). Nämä on teoriassa
suhteellisen helppo skaalata teollisen mittakaavan tuotantoa varten, vaikka käytännön kokemuksia ei vielä
ole. Toisaalta ne vaativat tasakokoista raaka-ainetta ja syntyvän kaasun puhdistusta pyrolyysiöljyn
kiintoainepitoisuuden laskemiseksi.
14
Tutkimustarpeet ja painopistealueet
Pyrolyysin osalta keskeisimmät tutkimustarpeet ovat:
Reaktorikoon skaalaaminen suuremmaksi ja suurten reaktoreiden luotettava käyttö
Pyrolyysiöljyn standardointi
Pyrolyysiöljyn jatkojalostaminen ja käytettävyyden ja varastoitavuuden parantaminen
IEA Bioenergy (2013), Task 34 - pyrolysis, saatavilla: http://www.pyne.co.uk/?_id=72 [viitattu 18.9.2013].
15
Pyrolyysiöljyn jalostaminen tislaamalla; ei kaupallinen, mutta tutkimustyö intensiivistä; haasteena on heikko saanto
16
Pyrolyysin teolliset kokemukset vaatimattomia
Pyrolyysiöljyn teollisen mittakaavan tuotanto ei ole kuitenkaan käynnistynyt
ongelmitta.
Amerikkalainen KiOR ilmoitti helmikuussa 2014 keskeyttävänsä tuotannon pilottilaitoksellaan ja
on nyt konkurssimenettelyssä.
Ruotsalainen, EU:n uusiutuvan energian NER300-tukiohjelmaan hyväksytty Billerud-Korsnäs
AB:n Pyrogrot-pyrolyysilaitoshanke on keskeytetty joulukuussa 2013. Yhtiön lehdistötiedotteen
mukaan hankkeen esiselvityksen aikana tuotantoteknologia itsessään osoittautui toimivaksi,
mutta pyrolyysiöljylle ei löytynyt riittävää markkinaa edes keskipitkällä aikavälillä.
Yrityksen oma ilmoitus.BillerudKorsnäs AB (2013), lehdistötiedote 16.12.2013.
17
Pyrolyysin teolliset kokemukset vaatimattomia
Toisaalta on myös tapahtunut hienoista edistystä:
Tällä hetkellä pyrolyysiöljyä valmistaa energiantuotannon polttoaineeksi kaupallisessa
mittakaavassa kanadalainen Ensyn (Honeywellin UOP-teknologia), joka on kevään ja kesän
2015 aikana ilmoittanut yksittäisistä uusista asiakkaista, jotka korvaavat polttoöljyä
pyrolyysiöljyllä.
Fortumin Joensuun laitoksella tuotantomäärät ovat olleet vielä vasta muutamia satoja
tonneja ja laitosta on jouduttu vielä virittämään. Alun vaikeuksien jälkeen yhtiö uskoo
tuotannon kasvuun täyteen kapasiteettiin vuoden 2016 aikana. Fortum on myös ilmoittunut
ensimmäisestä pilottiasiakkaasta Ruotsissa.
YLE (2015), Joensuun bioöljytehtaalta toivotaan, että vuoden päästä tuotanto on täydessä vauhdissa, YLE Uutiset 28.8.2015.YLE (2014), Kolme ihmistä loukkaantui bioöljylaitoksen räjähdyksessä, 27.3.2014.Turvallisuus- ja kemikaalivirasto (2014), Fortum Power and Heat Oy:n Joensuun pyrolyysilaitoksella 27.3.2014 sattunut räjähdys, onnettomuustutkintaraportti, Dnro 2544/06/2014, saatavilla: http://www.tukes.fi/Tiedostot/varoasiat/onnettomuustutkintaraportti_joensuu2014.pdf [viitattu 9.9.2014].
18
Pyrolyysin teolliset kokemukset vaatimattomia
Hollantilainen EMPYRO-konsortio (mm. BTG Biomass Technology Group päälaitteistojen
toimittajana ja AkzoNobel suurimpana asiakkaana) on saanut toukokuussa 2015 valmiiksi 3,5 t/h
pyrolyysiöljyä tuottavan koelaitoksen Hengelossa AkzoNobelin tehdasalueella.
Yhtiön oma ilmoitus.
Uusista pyrolyysilaitosinvestoinneista pisimmillä on Oulun Energian hanke, jossa
vaihtoehtoina ovat joko pyrolyysiöljyn tai biohiilen tuotannon integrointi Laanilaan
rakennettavan CHP-laitoksen yhteyteen. Investointipäätös syntynee syksyyn 2016
mennessä.
Uusia pyrolyysilaitoksia on kaavailtu myös Kajaaniin ja Forssaan. Näistä hankkeista ei
kuitenkaan ole kuulunut uusia uutisia.
Forssan seudun kehittämiskeskus (2014), Biojalostamo vihreän kasvun kärjeksi, seminaari 14.10.2014.
19
Liikenteen biopolttoaineet
Liikenteen nestemäiset biopolttoaineet voidaan jakaa biodieseliin ja bensiiniin sekoitettavaan bioetanoliin. Suomessa ja myös kansainvälisesti Neste on ollut liikenteen biopolttoaineiden valmistuksessa edelläkävijä, mutta viime vuosina useat muut yhtiöt ovat käynnistäneet omaa biopolttoaineiden tuotantotoimintaa
Puuperäistä biomassaa käyttäviä liikenteen biopolttoaineteknologioita on kuitenkin tulossa markkinoille.
UPM:n Lappeenrannan biojalostamossa tuotetaan kaupallisessa mittakaavassa vetykäsittelymenetelmällä
raakamäntyöljystä biodieseliä noin 120 miljoonaa litraa vuodessa. Tuotetta yhtiö markkinoi UPM
BioVerno -tuotemerkillä. St1 puolestaan aloitti elokuussa 2015 Cellunolix-etanolitehtaan rakentamisen
Kajaanissa. Valmistuttuaan tehtaan on suunniteltu valmistavan sahanpurusta bioetanolia noin 10 miljoonaa
litraa vuodessa.
St1 (2014), Cellunolix-etanolitehtaan rakentaminen alkaa Kajaanissa, tiedote 14.8.2014.
20
Suomi on innokas uusiutuvissa biopolttoaineissa!
Suomi on asettanut tavoitteeksi, että uusiutuvan energian osuus liikennesektorin energian loppukäytöstä on
20 % vuoteen 2020 mennessä ja 40 % vuoteen 2030 mennessä. Käytännössä tämä toteutetaan
biopolttoaineiden sekoitusvelvoitteella. Toisaalta on otettava huomioon, että tähteistä, jätteistä ja
elintarvikeketjun ulkopuolisesta biomassasta valmistetun, ns. toisen sukupolven, polttoaineen osuus
lasketaan kaksinkertaisena uusiutuvien polttoaineiden osuutta määritettäessä.
Mäntyöljypien käyttö energiantuotannon polttoaineena saattaa tulevaisuudessa vähentyä ja sen sijaan siitä
valmistetaan korkeamman jalostusasteen energiatuotteita. Muun muassa Neste on ilmoittanut alkavansa
käyttää mäntyöljypikeä ja UPM raakamäntyöljyä HVO-biodieselin raaka-aineena sekä SunPine Ruotsissa
käyttää raakamäntyöljyä FAME-biodieselin raaka-aineena.
Neste Oil (2013a), Neste Oil uses tallo il pitch to produce traffic fuel, lehdistötiedote 4.4.2013.
21
Näkymiä nyt!
Yleisesti nestemäisten biopolttoaineiden teknologiakehityksen tärkeimmät ajurit ovat raaka-ainejoustavuus
(eli mahdollisuus käyttää joustavasti erilaisia ja eri laatuisia saatavilla olevia raaka-aineita ja siten pienentää
raaka-ainekustannuksia), kokonaissaantojen parantaminen ja laajemmat tuoteportfoliot. Nämä auttavat
parantamaan tuotannon kustannustehokkuutta.
Olennaista on myös lainsäädännön kehittyminen ja erityisesti kestävän raaka-ainepohjan määrittely ja
saatavuuden varmistaminen. Tältä osin etenkin EU:n komission energiastrategia 2030 ja joulukuussa
2015 käytävät Pariisin ilmastoneuvottelut ovat lisänneet epävarmuutta markkinoilla. EU:n
tavoitteista on jätetty pois aiemmissa vuoden 2020 tavoitteissa mukana olleet uusiutuvan
energian tavoitteet, jotka ovat jäsenmaissa konkretisoituneet esim. pakollisina kiintiöinä
liikenteen biopolttoaineille. Pahimmillaan sekoitusvelvoitteen täydellinen poistaminen voi
romuttaa biopolttoaineiden markkinat lähes täysin, sillä etenkin nykyisillä fossiilisten
polttoaineiden hinnoilla biopolttoaineet eivät ole kilpailukykyisiä avoimilla markkinoilla.
Euroopan komissio (2014b), Vuoteen 2030 ulottuvat ilmasto- ja energiatavoitteet kilpailukykyiselle, varmalle ja vähähiiliselle EU:n taloudelle, lehdistötiedote 22.1.2014, saatavilla: http://europa.eu/rapid/press-release_IP-14-54_fi.htm [viitattu 23.4.2014].
22
Pyrolyysin näkymiä
Jo keväästä 2015 lähtien jatkunut trendi näyttää olevan, ettei pyrolyysiöljystä sellaisenaan olisi
tulossa merkittävää läpimurtotuotetta (vrt. aiemmin mainittu Pyrogrot Ruotsissa), vaan pyrkimyksenä on
sen sijaan jatkaa siitä edelleen korkeamman jalostusasteen tuotteiksi. Esimerkiksi Suomessa Fortum, UPM ja
Valmet pyrkivät
LignoCat-projektissa kehittämään katalyyttisen pyrolyysiprosessin avulla liikenteen biopolttoaineita.
UPM Oyj (2014b), lehdistötiedote 11.3.2014.
Myös Ensyn on ilmoittanut, että yhtiö testaa pyrolyysiöljyn käyttöä perinteisissä öljynjalostamoissa liikennepolttoaineiden raaka-aineena. Ensimmäiset testit, joissa käytetään 5 % pyrolyysiöljyn sekoitussuhdetta, valmistuvat vuoden 2015 aikana.
Yhdysvaltalainen teknologiakehittäjä Cool Planet on ilmoittanut saavansa valmiiksi syksyllä 2015 ensimmäisen
pienen kokoluokan ja helposti siirrettävän katalyyttisen pyrolyysilaitoksen, jonka yhtiö väittää tuottavan suoraan
polttoainekelpoista (ns. drop-in) bioöljyä noin miljoona gallonaa (3.7 miljoonaa litraa) vuodessa. Keskeisenä
etuna on yrityksen mukaan mahdollisuus sijoittaa laitos lähelle raaka-aineiden lähteitä.
Aiemmin (jo vuonna 2013) yhdysvaltalainen tutkimuslaitos Batelle ilmoitti pilotoivansa rekalla kuljetettavaa,
suuren valtamerikontin (40 jalkaa) kokoista pyrolyysilaitosta. Tästä hankkeesta ei kuitenkaan ole sen jälkeen
raportoitu.
23
Kustannuskehitys ja kilpailukyky
Tuoreimmat arviot pyrolyysin kustannuskehityksestä ovat amerikkalaiselta Ensyniltä, joka huhtikuussa 2014 arvioi pyrolyysiöljyn tuotantokustannukseksi 45 USD/BOE (barrel of oil equivalent) eli noin 24 EUR/MWh.
Samoin amerikkalainen Avello Bioenergy on ilmoittanut demolaitoksensa kannattavuusrajaksi 50–65
USD/BOE (27–35 EUR/MWh), mikäli raaka-ainehinta on 60–70 USD/t (14–17 EUR/MWh). Nämä ovat
poikkeuksellisen alhaisia verrattuna eurooppalaisiin toimijoihin: Hollantilainen Empyro ilmoittaa pyrolyysiöljyn
kustannustasoksi 65–75 EUR/MWh, jos raaka-aine saadaan hankittua noin 14 EUR/MWh kustannuksella.
Vuonna 2013 Fortum puolestaan arvioi pyrolyysiöljyn myyntihinnan olevan kevyen ja raskaan polttoöljyn
välillä (65–90 EUR/MWh). Yhtiön oma ilmoitus.
24
Paikallinen soveltuvuus
Tekninen
Taloudellinen
Soveltuvuus Suomessa
Muutosvoima
Pyrolyysiöljyn käyttö voisi olla mahdollista niissä laitoksissa, jotka toimivat säännöllisesti ja joiden polttoaineiden kulutus olisi tasaista. Tällöin pyrolyysiöljyn heikko säilyvyys ei muodostuisi ongelmaksi. On kuitenkin huomattava, että pyrolyysiöljy on voimakkaasti hapanta ja syövyttää perinteisiä polttoainejärjestelmiä. Happamuuden takia tarvittaisiin investointeja korroosiota kestäviin polttoainejärjestelmiin
25
Source: Metry and Pöyry
Reduction factor
of pulp wood:
1 m3 = 2 MWh
Prices without
VAT
Price difference between energy wood and pulp wood at mill gate
27
ESTIMATED PRICE DEVELOPMENT +2,7 %/aFirst thinning energy stem wood (main raw material)
Prices with out VAT and subsidiaries
Estimated on the grounds of realized development
Nominal price, without affect of inflation
28
28
Teknologia-toimittajia Referenssit Mittakaava,
ym.huomioita
Tavallinen pelletti Useita, esim. Andritz lukuisia 100 000 t/a+
Höyryräjäytetty pelletti Andritz,Arbaflame, Valmet 2-4, rakenteilla mm. yksi Norjaan
100 000t/a+
Pyrolyysiöljy Ensyn / Envergent (Green Fuel Nordic), BTG-BtL (Hollanti)
Useita pienessä mittakaavassa, ei kaupallista vielä
50 000t/a +Välituote!
Selluetanoli+ligniini Borregaard,Poet-DSM, Domsjö Fabriker
3, Norja, Ruotsi, USA +vireillä 1
50 000t/a ligniiniä35 000t/a etanolia
Biodiesel Linde, Lurgi, AxensUOP,…
Ei ole Min 150 000t/a biodieseliä eli yli 2 TWh puuta
Märkähiilto AVA-CO2, Suncoal, Terranova
Demoasteella Välituote, josta hiilikuituja ja muita teknisiä hiiliä
Selluetanoli+furfuraali+etc.(Formicobio)
Chempolis Oy Ei ole, vireillä Intiaan peltobiomassalle
Sopii vain peltobiomassalle ja ehkä lehtipuulle
Potentiaalisia teknisiä ratkaisuja
29
Price of oil is the determining factor- also the market is very politically driven-
1. Bioethanol price =
f (oil price, energy density, tax treatment, strategic stock pile fee,…)
2. Biodiesel price =
f (oil price, energy density, tax treament, ssf,regulatory limit/demand,…)
3. Pyrolysis oil (intermediate product)=
f (heavy fuel oil, ….)
Bioethanol and biodiesel are not now lucrative products !
30
Bio-
Crude
Syn-Crude
Hydroprocessin
g
Conventional
Refinery Processes
Jet Fuel
ASTM Aviation Fuel Specifications
Crude Oil
D 7566 Annex
A1
D1655
D 7566 Annex
A2
31
”Halpa” uusiutuva sähkö on tehokasta energian käyttöä
• Uusiutuvien sähkö korvaa fossiilisia eri sektoreilla, myös liikenteessä!!
32
Timescale / Success stories
In the energy area 5 years and usually 10 years is the
minimum time unit to develop new products
So far there are 2-3 global success stories and they were all
developed during 80’s and 90’s, (i.e. Pyroflow,diesel motors,..)
Most of todays energy technology activity is abroad i.e. Germany,
USA,…
BUT we have good know-how to apply them quickly!