VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND LTD
Biopolttonesteistä
biokemikaaleihin
Biotaloudesta viennin veturi – Kuuntele VTT:n
näkökulma, 30.11.2015
Yrjö Solantausta, Kai Sipilä ja Esa Kurkela
Sisältö
Uuden, kilpailukyisen tekniikan markkinoille saattaminen
VTT teollisuuden partnerina prosessien skaalaamisessa: riskien
vähentäminen
Prosessikehityksen avulla ratkaistavat haasteet – yhdessä
teollisuuden kanssa
Biopolttonesteiden markkinat
02/12/2015
2
Biotuotteiden vienti Suomesta
Lähde: www.metla.fi/metinfo/tilasto/julkaisut/vsk/2013/vsk13_11.pdf
02/12/2015
3
Ratkaisujen Suomi
Kymmenen vuoden strateginen tavoite
Suomi on bio- ja kiertotalouden sekä cleantechin
edelläkävijä. Kestävien ratkaisujen kehittämisellä,
käyttöönotolla ja viennillä olemme parantaneet
vaihtotasetta, lisänneet omavaraisuutta, luoneet
uusia työpaikkoja sekä saavuttaneet ilmastotavoitteemme ja Itämeren hyvän ekologisen tilan.
Liikenne
Puolitetaan tuontiöljyn käyttö kotimaan tarpeisiin
2020-luvun aikana.
Nostetaan liikenteen uusiutuvien polttoaineiden
osuus vuoteen 2030 mennessä 40 prosenttiin.
Neuvottelutulos strategisesta
hallitusohjelmasta.
Prosessitekniikan
skaalaaminen
Helsinki, 3 September 2009
Innovaation haaste – prosessinkehityksen
nopeuttaminen
IATA 2014 Report on
Alternative Fuels
02/12/2015
6
Biopolttonesteet ja biokemikaalit
Uusi vaihtoehto - laboratorio
Skaalaaminen pilot-kokoon
Teollinen demonstrointi
02/12/2015
7
IEA-yhteistyö 1980-luvulla
Nopea pyrolyysi
identifioitiin lupaavaksi
biopolttonestetekniikaksi
02/12/2015
8
Fast pyrolysis for bio-fuel oil - scale-up
FORTUM, PORVOO, FINLAND
FORTUM DEMONSTRATION - JOENSUU, FINLAND
UNION
FENOSA, SPAIN
IEA BIOENERGY
COLLABORATION
1980
ENEL, BASTARDO, ITALY
1985
EARLY FAST PYROLYSIS
BENCH-SCALE
o Canada, USA
o IEA bioenergy assessments
02/12/2015
1990
1995
VALMET, TAMPERE, FINLAND
2000
2005
2010
2015
FIRST EUROPEAN PILOTS 1994-2000
SCALE-UP 2004 - 2015
o Two Canadian, one Finnish technology
o Continuous operation verified
o Operated by European utilities
o
o
o
o
o
ENSYN in Canada
BTG in Malaysia
VALMET 2008FORTUM demonstration 2014
BTG demonstration 2015
9
Long-term R&D co-operation with partners
produces results – Pyrolysis as an example
2007
1980’s
First Finnish R&D
laboratory studies on
pyrolysis (VTT)
Technology
development
consortium formed
(Valmet, UPM, VTT)
2010
Tekes support starts
Start of concept
planning for a
commercial demo plant
Cold model tests for oil
production start at
Valmet R&D Center in
Tampere
Pyrolysis oil combustion
tests
2013 R&D projects on
pyrolysis oil
upgrading
on-going
Press release March
11, 2014
Fortum, UPM and
Valmet are jointly
developing technology
to produce advanced
biomass based fuels
2013
2009
1990’s
First R&D projects
including Finnish
companies
Fortum joins
development
consortium
Bio-oil pilot tests at
Valmet R&D Center
starts
27 October
02/12/2015 IEA Bioenergy 2015
© Valmet | Joakim Autio
2012
Commissioning and
commercial operation
of Joensuu plant
June 30, 2015
Joensuu plant
handed over to
Fortum
Fortum and Valmet sign
contract on Joensuu
plant
10
Fortumin CHP-laitos Joensuussa
Polttoaineet: Metsätähteet, puru, turve
Sähköä 55 MW
Kaukolämpöä 110 MW
2014 myös 30 MW of biopolttoöljyä
metsätähteistä
Reaktori ja muu pyrolyysilaitteisto rakennuksen sisällä
Bioöljytankit
Polttoaineen
vastaanotto, kuivaus ja
murskaus
02/12/2015
11
Biomass gasification for fuels and chemicals
BIO-FUELS AND
CHEMICALS
DFB, GUSSING, AUSTRIA
GTI PILOT, USA
o
o
o
o
o
PEAT AMMONIA PLANT
OULU, FINLAND
Diesel, MeOH, DME,
SNG, H2, Gasoline
Olefins, other chemicals
Forest & agro-industry integration
Integration to heat and power
Bio-CCS easy to add, if needed
NSE BIOFUELS DEMO - VARKAUS, FINLAND
1985
1995
GASIFICATION
R&D AND PILOTING
USA, Germany,
Sweden
02/12/2015
2000
2005
2010
SYNGAS R&D FOR BIOFUELS
o
o
o
o
Gasification process development
Catalytic reforming
Final gas cleaning
Testing of synthesis catalysts
2015
2020
2025
2030
R&D NEEDS 2013 - 2020
o
o
o
o
Improved large-scale gasification process
New processes for smaller scale
Simpler, cheaper gas cleaning
New concepts for integrated production of fuels,
power and heat
12
Jätteen
kaasutukseen
perustuva
kaukolämpölaitos Lahdessa
www.lahtienergia.fi
02/12/2015
13
Prosessinkehitys tutkimuksesta tuotantoon
- Miten ylitetään kriittiset vaiheet?
Tutkitusti* kriittinen vaihe innovaatioketjussa on se, kun vastuu
siirtyy organisaatiolta toiselle
Tehokas tiedonsiirto vastuuorganisaation vaihtuessa on
onnistumisen välttämätön edellytys
Onnistunut pilotointi yhteistyönä teollisuuden kanssa
*Source: Merrow, E., Phillips, K., Myers, C., Understanding cost growth and performance shortfalls in pioneer process plants. Prepared by RAND
Corporation for the U.S. Department of Energy. Santa Monica, CA. R-2569-DOE. September 1981.
02/12/2015
14
VTT vähentää
skaalaamisen riskejä
Helsinki, 3 September 2009
Tekniikan skaalaus laboratoriosta tuotantoon
Yleensä prosessinkehitykseen kuuluu ainakin kolme kokoluokkaa:
laboratorio-, pilot- ja demonstraatiolaitokset mutta usein
enemmänkin.
Pilot-laitos
Pilot-laitoksessa on integroituna toimivaksi kokonaisuudeksi kaikki
teollisen prosessin eri yksiköt
Se on tarpeeksi suuri, jotta prosessi voidaan siinä saatujen tulosten
perusteella skaalata teolliseen kokoon
Demonstraatiolaitos
Ensimmäinen kaupallisen koon tuotantolaitos
02/12/2015
16
Nopea pyrolyysi: bioöljyn jalostuksen pilot
02/12/2015
17
Vesihöyrykaasutus polttonestesynteesin
syötöksi
Syngas to
fuels &
chemicals
Fuel gas
to CHP
02/12/2015
18
VTT facilities for lignocellulosic
bioethanol production
02/12/2015
19
Biopolttonesteet ja
biokemikaalit
Helsinki, 3 September 2009
40 %:n vähenemä Suomen liikenteen kasvihuonekaasupäästöissä on kansantaloudellisesti edullisin kotimaisilla
liikenteen biopolttoaineratkaisuilla
Lähde: Saara Tamminen, Juha Honkatukia, VATT: Tieliikenteen 40 %:n hiilidioksidipäästöjen vähentäminen vuoteen 2030: Kansantaloudelliset
vaikutukset . VTT 2G 2020 Biofuels Seminaari 26.5.2015 Espoo.
02/12/2015
21
Polttonesteet, kemikaalit ja markkinat
Biopolttonesteet
Direktiivi kasvihuonekaasujen vähentämiseksi
Energialähteiden laajentaminen / riippumattomuus tuontienergiasta
Raakaöljyn hinta
EU 2030 -ilmastotavoitteet: -40 % GHG
120
100
Biokemikaalit
Ei toistaiseksi säädeltyä
Kuluttaja on veturi
Usein erikoiskemikaaleja
Tuleeko CO2:lle hinta?
80
$/bbl
40
$ nominal
$ 2014
02/12/2015
60
20
0
1960
1970
1980
1990
2000
2010
2020
22
Öljytuotteiden myyntijakauma
vuonna 2014
Muut
öljytuotteet*
24 %
Raskas
polttoöljy
6%
Dieselöljy
31 %
Kevyt
Moottoripolttoöljy bensiini
19 %
20 %
* Mm. nestekaasu, lentobensiini ja -petroli, bitumituotteet, voiteluaineet ja petrokemian raaka-aineet,
Öljy- ja biopolttoaineala, www.oil.fi/fi/tilastot-3-suomen-oljymarkkinat/34-oljytuotteiden-myynti
02/12/2015
23
Esteban Chornet, Thermochemical
Strategies for Biofuels, Green
Chemicals, Polymeric Biomaterials
and Biofuels. Industry Canada
Nov 2005.
02/12/2015
24
Polttonesteet ja kemikaalit – edellytyksiä
- Onko integraatioetuja?
Polttonesteet
Biopolttonesteet
Yksikkökoko
Suuri
Pieni-keskisuuri
Raaka-aine
Neste
Kiintoaine
Markkina
Ohuet marginaalit
Tuet,
sekoitusvaatimukset
Petrokemikaalit
Biokemikaalit
Yksikkökoko
Suuri - keskisuuri
Pieni
Raaka-aine
Öljynjalostuksen
sivutuotteet
Kiintoaine - muun
tuotannon sivutuote
Markkina
Ohuet marginaalit –
kannattavat
erikoistuotteet
Erikoistuotteet
02/12/2015
25
EU MARKET 2030: Huge need to be satisfied?
What would mean e.g. 5%
of EU market for BTL?
15 Mtoe/a + energy efficiency
e.g.150 thermochemical plants
of 300 MW feed, output 0.1 Mt/a
If 400 M€ investment/plant
=> 60 B€ investments
Aviation fuels: 4% target
2 Mtoe/a by 2020?
20 gasification-FT/HVO plants
“If all the wastes and residues that are sustainably available in
the European Union were converted only to biofuels, this could
supply 16% of road transport fuel in 2030.”
02/12/2015
Sustainability and ILUC
GHG reduction > 60%
iLUC Directive < 7% food type
biomass + 0.5% advanced bf
26
TECHNOLOGY FOR BUSINESS