Verifiering av produktion av stabiliserad pyrolysolja hos Cortus – steg 1

Projektet pågick mellan maj 2021 och februari 2022.  

Syftet med detta projekt var att demonstrera flexibiliteten på Cortus WoodRoll® koncept och undersöka potentialen att tillverka högvärdiga produkter redan från pyrolysgasen tillsammans med internt producerad vätgas. Detta skulle utvärderas genom att de genererade pyrolysångorna uppgraderas katalytiskt under väteatmosfär, så kallad ex-situ katalytisk hydropyrolys, följt av kondensering. På så sätt skulle en stabil, mer lätthanterlig och energität pyrolysolja tillverkas som skulle kunna uppgraderas vidare till drivmedel alternativt kan biokemikalier som exempelvis fenoler utvinnas.

Projektets hypotes var att verifiera produktion av stabiliserad pyrolysolja genom uppgradering av en delström av pyrolysångor i Cortus anläggning i Höganäs genom katalytisk vätebehandling. Pyrolysångorna skulle katalyseras i befintlig småskalig utrustning utvecklad av RISE och med katalysatorer tillhandahållna av Haldor Topsoe följt av gemensam utvärdering.

Deltagare

Cortus AB, RISE och Haldor Topsoe A/S.

Budget

Projektets budget var 1 MSEK.

Därför var detta viktigt

För att möjliggöra omställningen till en biobaserad ekonomi kommer flera olika processvägar och tekniska lösningar vara nödvändiga. Termisk pyrolys av biomassa är en mogen teknik som är under uppbyggnad mot industriell skala. En uppgradering av pyrolysoljan genom hydropyrolys skulle generera en pyrolysolja med förbättrade egenskaper (stabilitet och energivärde), vilket möjliggör fler användningsområden och därmed förbättrad marknadspotential.

Förväntade resultat

Efter lyckad verifiering i liten skala skulle det finnas möjlighet att fortsatt verifiera tekniken i större skala, förslagsvis i Cortus anläggning i Köping. Genom att möjliggöra storskalig tillverkning av biobaserade kemikalier och drivmedelskomponenter kan den marknadsmässiga potentialen öka avsevärt. Förbättrad oljestabilitet och energivärde medför förbättrad lagring, transport och fortsatt förbättrad uppgradering i befintlig raffinaderiinfrastruktur samt utvinning av kemikalier. Pyrolys är en relativt mogen teknologi (TRL 7) medan katalytisk hydropyrolys endast har validerats i liten skala/labbskala (TRL3/4).

Genom att testa denna metod under industriellt relevanta förhållanden, med verklig pyrolysgas, skulle även TRL nivån att kunna ökas ett steg. Viktig kunskap förväntades tas fram i projektet både i form av processtekniska delarna samt ökad kunskap om egenskaper på den producerade pyrolysoljan. Dessa data skulle bidra till en fortsatt utveckling av området. Vidare, om projektet visade sig positivt skulle det finnas möjlighet att utvinna biobaserade kemikalier, som exempelvis fenoler, som i stort framställs från fossil råvara i dagsläget.

Projektet förväntades leda till en ökad produktion av biobaserade produkter och har en positiv påverkan på bland annat FN:s hållbarhetsmål om hållbar industri, innovationer och infrastruktur samt ett minskat utsläpp av fossila klimatgaser.

Konkreta resultat

I och med detta projekt har Cortus patent för produktion av hydrerad pyrolysolja (WO 2019/074431 A1) verifierats praktiskt. Projektet genomfördes i huvudsak genom praktiska tester och uppföljande analyser. Tabell 1 visar syreinnehållet i biomassa samt den obehandlade och behandlade pyrolysoljan. Där kan ses att syrehalten är 6 procentenheter lägre i den behandlade oljan jämfört med obehandlad, vilket betyder att den katalytiska processen bidrar till en mer stabil produkt.

Vid all processhantering av pyrolysgas föreligger tekniska utmaningar med exempelvis partikelmedryckning som kontaminerar gasen samt risk för kondensering i processutrustning om man inte lyckas hålla hela produktionskedjan vid rätt temperatur. För den katalytiska processen behöver också metaller avskiljas för att inte kontaminera katalysatorn och inverka negativt på processen. Detta var första gången som man vid Cortus anläggning kunde ta ut en delström av pyrolysångor från en kontinuerlig procesström, filtrera den med hjälp av keramiskt filter innan den katalytiska behandlingen och slutligen kondensera ut en oljeprodukt. Resultaten visar att metoden har potential för vidare tester, optimering och uppskalning.

Projektet har verifierat att det finns en potential i att integrera ett katalytiskt vätebehandlingssteg i Cortus befintliga WoodRoll®koncept för produktion av stabiliserad pyrolysolja. Detta ger möjlighet till en större flexibilitet utifrån befintlig biobaserad råvara samt en breddad produktportfölj, vilket i sin tur öppnar upp för nya slutanvändare/kunder och ett potentiellt högre produktvärde. Vidare kan ett sådant uppgraderingssteg även användas som ett tillägg till befintliga pyrolysanläggningar/aktörer för att förbättra oljekvalitén och därmed kan potentialen förbättras ytterligare.

Samhälleliga förutsättningar

En drivkraft för projektet och vidare uppskalning och kommersialisering är bland annat det kvotpliktsystem som finns i Sverige som ställer krav på drivmedelstillverkare om inblandning av förnybara råvaror i befintliga bränsletyper på marknaden. Detta bidrar både till en ökad efterfrågan på biobaserade oljor och långsiktighet i densamma, vilket är en viktig förutsättning för den typ av stora investeringar som krävs för att bygga upp anläggningar för processning och förädling av bioråvaror. Ett annat viktigt instrument för att skapa gynnsamma förutsättningar är den skattebefrielse som funnits för höginblandade biodrivmedel och som den svenska regeringen ansökt om förlängning för hos EU-kommissionen.

I takt med omställningen från fossila råvaror till förnybara kommer det sannolikt att uppstå konkurrens om grundråvara såsom skogs- och jordbruksavfall. Prissättning på slutprodukt kommer att styra råvara mot de mest högvärdiga produkterna, där mest avkastning kan erhållas. Ur den aspekten har pyrolysolja en bra marknadsposition i och med de många möjligheter som finns för vidareförädling till olika typer av kemikalier och drivmedel. Samtidigt förs i såväl Sverige som Europa en debatt om skogsbrukets, och dess produkters, hållbarhet i förhållande till miljöpåverkan och markutnyttjande. Här finns starka röster som förespråkar en stramare reglering och nedtrappning, vilket skulle kunna grusa förutsättningarna för lönsamhet i nya bioraffinaderier och därmed motverka möjligheten att byta ut dagens fossilbaserade produkter mot förnyelsebara.

Nästa steg

Resultaten från projektet visar att det finns en potential i den produkt som erhållits och att goda förutsättningar finns att utveckla processen vidare. För att ta produkten och tekniken till en kommersiell nivå krävs dock omfattande utvecklingsarbete i flera steg. Med detta som grund planeras ett större fortsättningsprojekt som ska fokusera på att identifiera och optimera viktiga processparametrar med hjälp av praktiska försök och analyser. En vidare utredning av marknadsförutsättningar och användning av pyrolysoljan i nedströms applikationer planeras också ingå i studien.