Hem / Projekt / HTL – Hydrotermisk förvätskning av restströmmar från skogs- och jordbruk (BioEk 2.0)

HTL – Hydrotermisk förvätskning av restströmmar från skogs- och jordbruk (BioEk 2.0)

Område: Kemikalier & Energi
Kategori: Innovationsprojekt

Projektet pågick mellan september 2017 och juli 2020.

Projektet var en del av innovationsprojektet BioEkonomi 2.0 – Bättre valorisering av restströmmar.

För att öka lönsamheten vid all processning av lignocellulosa är det en nödvändighet att värdet av de olika delströmmarna från processen och råvaran maximeras. Vid olika processer baserade på vedråvara produceras alltid delströmmar, exempelvis sågspån, lignin och bark. I regel förbränns dessa för att generera energi för intern användning, men det saknas tydliga raffineringskoncept för att skapa ett högre värde än energivärdet. Dessutom finns stora mängder avverkning- och gallringsrester som inte har någon användning i större skala.

Ett koncept för att åstadkomma ett högre värde och ett breddat användningsområde av dessa delströmmar är att producera en bioolja genom en hydrotermisk förvätskningsprocess; resultatet från denna process kan liknas vid en förnybar version av fossil råolja. Biooljan kan användas som en förnybar eldningsolja eller uppgraderas vidare mot fordonsbränsle, samt har potential att kunna användas för framställning av kemikalier och material.

Deltagare

RISE Processum AB, RISE ETC AB, RISE AB, Holmen Energi AB, Lantmännen Agroetanol AB, SEKAB AB, Sveaskog AB och Övik Energi AB.

Budget

Projektets budget var 6 080 000 SEK.

Projektets bidrag till en biobaserad samhällsekonomi

Nya biobaserade råvaror är intressanta för de industrier som idag använder fossila råvaror i omställningen till en biobaserad ekonomi. Stora volymer fast biomassa är inte enkelt att hantera för industrier som ej har erfarenhet eller logistik kring detta. Att omvandla biomassan till flytande form, en bioolja, som sedan kan gå in i oljeraffinaderier är därför en intressant möjlighet att göra biomassan tillgänglig för dagens drivmedelsproducenter och samtidigt höja värdet på dessa råvaror. Att omvandla den fasta biomassan till flytande form ökar dessutom dess energidensitet och gör transporterna mer effektiva.

Här finnas en potential för restströmmar som uppstår vid skogsbruk såsom grot och biprodukter som uppstår vid industrier där skogsråvara förädlas idag, såsom bark vid massaindustrier och sågspån vid sågverk.

Nyttjandet av till exempel sågspån eller andra rester från sågverk som råvara för att framställa eldningsolja eller drivmedel möjliggör nya affärsmodeller som ökar värdet på denna biprodukt som idag i huvudsak används till produktion av pellets eller produktion av värme och el. Detsamma gäller bark som idag framför allt förbränns till värmeenergi på massa- och pappersbruk. Restprodukter från HTL-processen såsom gas och koks samt restvärme kan användas vid de existerande anläggningarna för att delvis täcka behovet av processvärme. Integration med sågverk eller massa- och pappersbruk är därför lämpligt för att optimera produktionen av bioolja via HTL-processen. En stor mängd vatten innehållandes organiska ämnen erhålls också ut från HTL-processen, det är därför extra intressant att titta på integration med industrier där stor mängd processvatten redan hanteras, till exempel massabruk.

Skogsavverkningsrester i form av grenar och toppar, så kallat grot, lämnas idag ofta kvar efter avverkning då det inte på alla ställen i landet är ekonomiskt hållbart att samla in och transportera till kraftvärmeverk. Groten är inhomogen vilket gör den till en besvärlig råvara att använda i biokemiska processer. I HTL-processen fungerar den dock bra vilket gör att produktion av HTL-olja kan ge skogsägare en ekonomiskt hållbar avsättning för groten.

Vid till exempel produktion av andra generationens etanol processas lignocellulosa i biokemiska processer. Sockret används för etanolproduktion men det har varit en utmaning att få ekonomi i dessa processer då en stor del av biomassan utgörs av lignin. Hydrolyslignin (lignin från hydrolyserat lignocellulosa material) blir alltså en viktig samprodukt i sådana processer. Att hitta ett värde på denna ligninfraktion som är högre än bränslevärdet kan vara avgörande för att finna ekonomi i dessa typer av processer. Det lignin (hydrolyslignin) som bildas från dessa biokemiska processer har därför också undersökts som möjlig råvara i en HTL-process. Hydrolyslignin både från skogs- och jordbruksråvara har använts i försöken.

De förväntade produkterna från en HTL-process kan användas som drop-in bränslen (antingen direkt eller efter uppgradering) i ett befintligt oljeraffinaderi, eller som eldningsolja i mindre fjärrvärmepannor eller i kraftvärmeverk. Detta bidrar till att marknadsintroduktion kan ske relativt snabbt. Andra potentiella användningar kan vara som bas för tjär-baserade produkter eller, i analogi med fossila råvaror, utgöra ett råmaterial för framställning av finkemikalier efter upprening.

Därför var detta viktigt

Projektet bidrar till att förbättra affärsmässiga aspekter för uppbyggandet av svensk bioekonomi genom investeringar i bioraffinaderier där alla fraktioner tas till vara. Användning av den svenska skogsråvaran kan säkerställas för överskådlig tid genom att etablera nya industrisektorer. Även jordbruksråvara studeras vilken är en betydande råvara utanför Sverige vilket gör att det finns goda möjligheter till internationella tillämpningar av resultaten.

Projektet bidrar till FN:s hållbarhetsmål, främst:

  • MÅL 7 (Hållbar energi för alla), särskilt delmål 7.2 (öka andelen förnybar energi i världen) genom att hitta ett sätt att kunna få in förnybar råvara i befintlig infrastruktur i oljeraffinaderier där stora investeringar redan är gjorda.
  • MÅL 9 (hållbar industri och innovationer), särskilt delmål 9.4 (Uppgradera all industri och infrastruktur för ökad hållbarhet) genom att ta fram ny råvara till befintlig industri som idag är fossilbaserad för att göra dess produkter mer hållbara, men även genom effektivare resursanvändning i existerande industriprocesser.
  • MÅL 12 (hållbar konsumtion och produktion), särskilt delmål 12.2 (Hållbar förvaltning och användning av naturresurser) genom att öka värdet på sidoströmmar som uppstår vid användning av förnybar råvara såsom skogs- och jordbruksråvara vilka idag inte har någon annan avsättning än för värmeproduktion.

Förväntade resultat

Resultatet från projektet väntades bli en uppskalning av HTL-processen till en kontinuerlig process, där högkvalitativa biooljor skulle framställas. Uppgradering av dessa till exempelvis drivmedel skulle undersökas. Även oljor av eldningsoljekvalitet skulle utvärderas under projektet.

Projektförslaget avsåg bidra till att förbättra affärsmässiga aspekter för uppbyggandet av svensk bioekonomi genom investeringar i bioraffinaderier där alla fraktioner tas till vara. Även jordbruksråvara skulle studeras som är en betydande råvara utanför Sverige, vilket gör att det skulle finnas goda möjligheter till internationella tillämpningar av resultaten.

Effekter av projektets resultat som kan uppstå på sikt är till exempel:

  • Ekonomiska, sociala och miljömässiga fördelar som är förknippade med utvecklingen av en effektiv metod att framställa produkter baserade på förnybar råvara.
  • Stärka den ekonomiska och miljömässiga konkurrenskraften för svensk industri genom att skapa ytterligare hållbara inkomstkällor och optimera processflöden.
  • Bidra till Sveriges arbete för minskad klimatpåverkan och mål gällande förnybar energi.
  • Minska Sveriges beroende av fossil råvara, öka den regionala försörjningstryggheten och öka prisstabiliteten samt konkurrenskraften för näringsverksamhet.
  • Uppmuntra forskning inom hållbar utveckling och integration av industriparter i innovationsprocessen.
  • Bidra till systematiskt lärande genom att parter i olika delar av värdekedjan kopplats ihop inom delprojektet samt även genom att delta i koordineringsprojektet för överföring av kunskap mellan olika delprojekt.
  • Svensk export av innovativa koncept och värdefull teknisk know-how till omvärlden.
  • Skapa direkta och indirekta arbetstillfällen och därigenom stärka den regionala utvecklingen och stimulera en hållbar ekonomisk tillväxt.

Konkreta resultat och leverabler

Målet har varit att hitta processbetingelser som ger hög kvalitet och högt utbyte av bioolja från fem olika fraktioner av biomassa, samtidigt som det är ekonomiskt och processtekniskt möjligt att skala upp till en kommersiell process. Biooljans kvalitet har fastställts genom diverse analyser i syfte att förstå dess värde som eldningsolja samt som råvara för produktion av transportbränslen. Biooljan har hydrogenerats i labbskala för att få ner syrehalten till en nivå (< 1%) så den kan tas in i ett oljeraffinaderi. Biooljan har även testats i pilotskala i FCC (Fluidized Catalytic Cracking) som är en enhetsoperation som finns på många oljeraffinaderier och där denna typ av råvara skulle kunna tas in. Därutöver har även förbränningstester gjorts i labbskala för att förstå dess egenskaper som eldningsolja.

Bioolja har tagits fram från 5 olika biomassafraktioner, nämligen grot, sågspån, bark, hydrolyslignin från vedråvara samt hydrolyslignin från vetehalm.  Tekniska rapporter har skrivits för samtliga experimentella försök som har utförts. Därutöver har en teknisk rapport sammanställts med resultat från integrationsstudie med specifikt massabruk och kraftvärmeverk samt tekno-ekonomisk analys och LCA-analys baserad på grot som råvara. Samtliga tekniska rapporter har distribuerats till i detta delprojekt deltagande industriparter.

Presentation från BioInnovations årskonferens i december 2020:

Resultatens effekter och potential

Fraktioner av biomassa av industriell kvalitet har valts ut i samråd med de industriella parterna. Nyttjandet av till exempel sågspån eller andra rester från sågverk som råvara för att framställa eldningsolja eller drivmedel möjliggör nya affärsmodeller som breddar den ekonomiska effektiviteten (den huvudsakliga användningen är idag som biopellets och energi). Detsamma gäller bark som idag framför allt förbränns till värmeenergi på massa- och pappersbruk. Massa- och pappersbruk samt sågverk har stort energibehov för torkning av produkterna. Restprodukter eller överskottsenergi från HTL-processen kan därför få en självklar användning i dessa processer vilket gör kombinatet med sågverk och massa- och pappersbruk intressant förutom att del av råvaran redan finns här. Massabruken har dessutom enhetsoperationer där processvattnet från HTL-processen skulle kunna tas om hand, till exempel indunstning och externrening.

Integration med kraftvärmeverk har också studerats då det även här finns synergier med avseende på hantering av stora mängder fast biobränsle som till exempel logistik och bränslelagring. Ofta är effektiv hantering av ligninfraktionen ekonomiskt avgörande för biokemiska processer där lignocellulosa används som råvara och nya affärsmodeller för ”socker”-plattformen kan bli genomförbara om man kan hitta en ekonomisk hållbar avsättning även för ligninfraktionen.

Att hitta en avsättning för de fraktioner som uppstår vid skogsavverkning (grot) eller skörd av jordbruksråvaror som har ett högre värde än för kraftvärmeproduktion ger också möjlighet till mer effektivt nyttjande av biomassan som helhet och möjliggör nya värdekedjor.

Genom att råvaruägare samverkat med processindustri och slutanvändare samt att företag från både skogs- och jordbrukssektorn har deltagit i detta projekt har förståelse för varandras råvaruflöden samt processer kunnat erhållas. Diskussion om priser, volymer och möjlig marknad har också kunnat hållas på en övergripande nivå Detta bäddar för möjligheter att hitta nya värdekedjor och affärsmodeller där dessa restströmmar används till produktion av en mer högvärdig slutprodukt än vad som är fallet idag.

Samhälleliga förutsättningar

Sverige har som mål att minska koldioxidutsläppen från vägtransportsektorn med 70% till 2030 jämfört med år 2010. Ett krav på minskning av koldioxidutsläpp har införts i Sverige från 1 juli 2018, s k reduktionsplikt. Det nya systemet syftar till att ge branschen en mer förutsägbar efterfrågan på marknaden för förnybara bränslen för transport. Reduktionsplikten innebär att alla drivmedelsleverantörer varje år måste minska växthusgasutsläppen från bensin och diesel med en viss procentsats genom en gradvis ökad inblandning av biodrivmedel. För diesel ökar reduktionsplikten från 19,3% 2018 till 21% 2020 och för bensin från 2,6% 2018 till 4,2% 2020. Inget beslut om reduktionsnivåer efter 2020 är taget. Reduktionsplikten är ett viktigt styrmedel för att investeringar i anläggningar för produktion av bioolja ska komma till stånd. Reduktionsplikten bäddar för ökad efterfrågan på förnybar råvara till de industrier som idag producerar drivmedel från fossil råolja.

År 2018 användes 20,7 TWh biodrivmedel i Sverige, varav 17,5 TWh för inrikes transporter. Totalt utgjorde biodrivmedel 21% av den slutliga energianvändningen i inrikes transporter. Det biodrivmedel som levererades i störst mängd 2018 var HVO (13,8 TWh) varav cirka två tredjedelar var låginblandat och en tredjedel HVO100. Råvarorna till den HVO som levererades till den svenska marknaden 2018 var i huvudsak PFAD, animaliska fetter och råtallolja. Ca 5% av råvaran till HVO som levererades på den svenska marknaden hade svenskt ursprung. Produktion av bioolja från svensk biomassa, restströmmar från både från skogs- och jordbruk, ökar tillgången på inhemsk råvara som kan användas för produktion av förnybara drivmedel.

Det styrande regelverket inom EU för utsläpp inom energisektorn är RED (Renewable Energy Directive) där en ny utgåva kommer att träda i kraft från 1 januari 2021 vilket går under namnet RED II. I RED II finns krav på att varje medlemsland ska uppnå 32% minskade växthusgaser i hela energisektorn, varav 14% i transportsektorn till 2030. Det är upp till respektive medlemsland att sätta de nationella regelverken för att uppnå målen i RED II. Utöver kravet på 14 % utsläppsminskning i transportsektorn finns ytterligare krav i RED II som beskriver en minsta användning av de avancerade biodrivmedlen, dvs. ej grödobaserade, för att främja teknikutveckling på detta område. De nivåer som ska uppnås är minst 0,2% 2020, 1,0% 2025 och 3,5% 2030. De råvaror som testats i detta projekt utgör restströmmar från skogs- och jordbruk och skulle därmed bidra till att möjliggöra att kraven i RED II uppfylls då det skulle innebära produktion av avancerade biodrivmedel.

Både den svenska reduktionsplikten samt RED II är därför viktiga styrmedel för att investeringar i den här typen av teknik ska komma till stånd.

Extern synlighet

Projektet har beskrivits i både branschpress och bredare media:

Nästa steg

Projektet har utvärderat en ny värdekedja från restströmmar från skogs- och jordbruk till biodrivmedel genom att producera en bioolja via hydrotermisk förvätskning (HTL -Hydrothermal liquefaction). I projektet har aktörer deltagit som idag använder fossil eldningsolja och därför ser denna HTL-olja som intressant förnybart alternativ. I nästa steg bör kommersiella drivmedelsproducenter också involveras som slutanvändare för att bättre förstå de kvalitetskrav som ställs på oljan för att den ska vara intressant som råvara samt marknad och prissättningar.

I HTL-processen erhålls en vattenfas som behöver tas om hand vilket gör att den lämpar sig för integration med andra processindustrier som redan hanterar en större mängd processvatten. Detta skiljer sig från till exempel pyrolysprocessen där vattnet torkas bort från biomassan innan den går in i reaktorn. Ca 20% av det totala organiska materialet i biomassan in i en HTL-reaktor hamnar i vattenfasen. I massabruken finns redan investeringar i enhetsoperationer som lämpar sig för att ta hand om denna typ av processvatten, bland annat indunstning och externa vattenreningsanläggningar. Att hitta lämplig integration av HTL-processen med befintlig processindustri där synergier kan göra att både driftskostnader och investeringar hålls nere har identifierats som viktigt att studera vidare.

Sortering och mekanisk förbehandling av råvaran är också ett område som bör studeras noggrannare vid uppskalning av en sådan här process. Här kan även samprocessning av flera olika råvaror vara intressant att studera då det kan möjliggöra större produktionskapacitet vilket kan hålla nere investeringskostnaderna samt spara på transportkostnader för råvaran.

RISE driver för närvarande en projektidé tillsammans med, inom HTL-området, relevanta aktörer som Universitetet i Aalborg. I detta projektförslag är det tänkt att dels HTL-processen vidareutvecklas också för uppgradering av mer kväverika råvaruströmmar som avloppsslam mm men där det huvudsakliga fokuset ligger på formulering av ”ordinarie” kvaliteter av HTL-oljor från skogsråvara levererade av kommersiella aktörer inom HTL-området för uppgradering i pilotskala i slurry hydrocracking-piloten hos RISE i Piteå. Covid-19 ses som främsta orsaken till att intresset för deltagande från industrin i projektet sannolikt tillfälligt gått ner och projektidén bedöms så pass angelägen att den drivs vidare mot andra utlysningar längre fram när läget i industrin har normaliserats.

Kontaktperson

Fler projekt

Visa fler