POTENSIALET FOR ET BIORAFFINERI I TRØNDELAG

Transkript

1 POTENSIALET FOR ET BIORAFFINERI I TRØNDELAG En analyse av miljømessige virkninger og bedriftsøkonomi ved produksjon av biodrivstoff basert på trevirke Hans Martin Storø Roald Sand Rapport 2008:2

2 POTENSIALET FOR ET BIORAFFINERI I TRØNDELAG En analyse av miljømessige virkninger og bedriftsøkonomi ved produksjon av biodrivstoff basert på trevirke Hans Martin Storø Roald Sand TRØNDELAG FORSKNING OG UTVIKLING AS STEINKJER 2008

3 Tittel : POTENSIALET FOR ET BIORAFFINERI I TRØNDELAG - EN ANALYSE AV MILJØMESSIGE VIRKNINGER OG BEDRIFTSØKONOMI VED PRODUKSJON AV BIODRIVSTOFF BASERT PÅ TREVIRKE Forfatter(e) : Hans Martin Storø og Roald Sand TFoU-rapport : 2008:2 ISBN : ISSN : Prosjektnummer : 1700 Prosjektnavn : Cost effective production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials Oppdragsgiver : Norges Forskningsråd Prosjektleder : Hans Martin Storø Medarbeider(e) : Roald Sand Layout/redigering Nina Solbakk Referat : Rapporten inneholder en analyse av miljømessige virkninger og bedriftsøkonomi ved produksjon av biodrivstoff basert på trevirke Sammendrag : Norsk Emneord : Biodrivstoff, trevirke, miljøøkonomi, bedriftsøkonomi, Dato : Desember 2008 Antall sider : 79 Pris : 100 Utgiver : Trøndelag Forskning og Utvikling AS Serviceboks Steinkjer Telefon Telefaks

4 i FORORD I prosjektet Cost effective production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials har Universitetet i Bergen (UiB), Papirindustriens forskningsinstitutt (PFI) i Trondheim, Kungliga Tekniska högskolan (KTH) i Stockholm og Trøndelag Forskning og Utvikling AS, siden 2005 samarbeidet om forskning og utvikling av prosesser for omdanning av trevirke til biodrivstoff. I dette arbeidet har vi bidratt med viktig kunnskap spesielt om muligheten til å omdanne lignin til biodrivstoff. I denne rapporten vil vi se på potensialet som en slik prosess vil ha økonomisk og miljømessig. Jeg vil benytte anledningen til å takke Norges Forskningsråd som har bevilget økonomisk støtte til dette prosjektet, våre samarbeidspartere på forskningssiden, samt våre næringslivspartnere StatoilHydro ASA, Borregaard Ltd, Arbaflame AS, Allskog BA, Glommen BA, Statskog SF, Moelven Van Severen AS, Inntre AS, Nord-Trøndelag Fylkeskommune og Norskogmedlemmer i Midt-Norge som også har bidratt økonomisk til prosjektet. Avslutningsvis vil jeg også takk min kollega og medforfatter Roald Sand, som har utført et grundig og arbeidskrevende arbeid med denne rapporten. Forfatterne har i stor grad uarbeidet rapporten i felleskap. Unntakene er kapittel 2 som undertegnede har hatt ansvar, og kapittel 6 som Roald Sand har hatt ansvar for. Steinkjer, desember 2008 Hans Martin Storø prosjektleder

5

6 iii INNHOLD side FORORD INNHOLD FIGURLISTE TABELLER SAMMENDRAG i iii v vi vii 1. INNLEDNING Bakgrunn Rapportens videre oppbygging 2 2. KUNNSKAPSSTATUS Innledning Tidligere kunnskap Innhold i forskningsprosjektet Et mulig bioraffineri i Trøndelag? BIODRIVSTOFFMARKEDET Dagens drivstoffmarked i Norge Biodieselmarkedet Bioetanolmarkedet Anslag på framtidige priser i det norske drivstoffmarkedet Oppsummerende diskusjon VIRKESKOSTNADER Innledning Kleinvirke og mindreverdig virke Økt avvirkning Logistikk Lokalisering 33

7 iv 5. PRODUKSJONSPROSESS OG LØNNSOMHET Produksjonsprosessen Størrelse på anlegget og grunnlag for drift- og investeringskostnader Investeringskostnader og årlig produksjon Drift og lønnsomhet Forutsetninger Et biodrivstoffanlegg som foredler fast kubikkmeter trevirke pr år Et biodrivstoffanlegg som foredler fast kubikkmeter trevirke Et biodrivstoffanlegg som foredler fast kubikkmeter trevirke Oppsummering lønnsomhet MILJØREGNSKAP Forutsetninger Miljøgevinster ved biodrivstoffraffineri i Trøndelag Oppsummering DISKUSJON OG KONKLUSJON Sentrale resultater Konklusjon 61 LITTERATUR 63

8 v FIGURLISTE Figur side 2.1: Flytskjema, fra tømmer til biodrivstoff 8 3.1: Salg av bensin og autodiesel i Norge fra (Kilde: SSB) : Anslått utvikling i salg av bioetanol ved pålagt E5 og satsing på E85 (Egne beregninger) : Anslåtte investeringskostnader i mill. kr pr tusen fast kubikkmeter i årlig foredling til biodrivstoff. 42

9 vi TABELLER Tabell side 3.1: Kostnader, priser og avgifter i kr pr liter for fossilt drivstoff (Kilde: Egne beregninger basert på SFT 2006, avgiftsregime og markedspriser den 5. september 2008) : Anslag på framtidige drivstoffpriser : Anslag på investeringskostnader : Produksjon av biodrivstoff og investeringskostnader for biodrivstoffanlegg som foredler ulike mengder med virke pr år (2008-priser i mill kr) : Kontantstrøm første driftsår og kontantstrømanalyse for et anlegg som foredler fast kbm pr år (2008-priser) : Kontantstrøm første driftsår og kontantstrømanalyse for et anlegg som foredler fast kbm pr år (2008-priser) : Kontantstrøm første driftsår og kontantstrømanalyse for et anlegg som foredler fast kbm pr år (2008-priser) : Investeringskostnader, produksjon, internrente og produksjonskostnader (2008-priser) : Miljøgevinster ved produksjon av biodrivstoff basert på fast kubikkmeter trevirke pr år : Investeringskostnader, produksjon, internrente og produksjonskostnader og miljøgevinster (2008-priser). 59

10 vii SAMMENDRAG Dette er en oppsummering fra TFoU-rapport 2008:2: Potensialet for et bioraffineri i Trøndelag. En analyse av miljømessige virkninger og bedriftsøkonomi ved produksjon av biodrivstoff basert på trevirke, skrevet av Hans Martin Storø og Roald Sand. Bakgrunn og problemstillinger Rapporten er en del av et større forskningsprosjekt finansiert av Norges Forskningsråd og StatoilHydro ASA, Borregaard Ltd, Arbaflame AS, Allskog BA, Glommen BA, Statskog SF, Moelven Van Severen AS, Inntre AS, Nord-Trøndelag Fylkeskommune og medlemmer i Norskog. Prosjektet har hatt navnet: Cost effective production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials og er blitt gjennomført av samarbeidspartene Universitetet i Bergen (UiB), Papirindustriens forskningsinstitutt (PFI), Kungliga Tekniska högskolan (KTH) og Trøndelag Forskning og Utvikling AS i perioden Forskningsprosjektet har fokusert på hvordan utvikle en kommersiell produksjonsprosess for 2. generasjons biodrivstoff med trevirke som råstoff. Innsatsen i forskningsprosjektet er i stor grad rettet mot arbeidet med å utvikle en prosess for omdanning av lignin til biodiesel og masseproduksjon med påfølgende separasjon av massen i cellulose og ligninfraksjoner. Prosessen for omdanning av cellulose til etanol er utviklet i flere forskjellige varianter tidligere og det er derfor ikke forsket videre på dette temaet i prosjektet. Prosjektet har oppnådd gode resultater for arbeidet med å utvikle en prosess for omdanning av lignin til biodiesel. Sentrale resultater er bl.a. blitt søkt patentert. For å utvikle teknikker for masseproduksjon og separasjon i rene fraksjoner av cellulose og lignin, gjenstår imidlertid mer arbeid før man kan gå i gang med kommersiell produksjon av biodrivstoff. Prosjektet omfattet også en analysering av potensialet for en etablering av et bioraffineri i Trøndelag, med hensyn til potensialet for bedriftsøkonomisk lønnsomhet og miljømessige effekter. Dette har vært fokus i denne rapporten.

11 viii Resultater De bedriftsøkonomiske og miljømessige analysene ble utført ved at det ble tatt utgangspunkt i lokalisering av anlegget i Trøndelag og mest mulig lokalt råstoff og forbruk av drivstoff. Her ble det beregnet et virkesforbruk på at m3 trevirke ville produsere all etanol som trengs for å dekke bensinforbruket i de to trøndelagsfylkene med E85, mens den ville produsere biodrivstoff (såkalt LtL) i et kvanta som kan dekke 34,6 % av dieselforbruket i de samme to fylkene. Med bakgrunn i råstoffsituasjonen og etanolmarkedet, ble det også sett nærmere på anlegg med virkesforbruk på m3 og m3. Den eksisterende treforedlingsindustrien i regionen avtar en betydelig andel av råstoffbehovet med det største alternativet til anleggstørrelse. Det er derfor fare for sterk konkurranse om råstoffet og usikkerhet om råstoffprisene i en situasjon hvor eksisterende treforedlingsindustri opprettholder produksjonen på dagens nivå. Dette kan tale i retning av anlegg med lavere virkesbehov. Et anlegg med behov for m3 vil for en stor del kunne bli forsynt med virke som dagens foredlingsindustri ikke etterspør i dag. Etanolmarkedet i Trøndelag og Norge er lite utviklet og ser pr i dag ut til å bli dominert av et omsetningspåbud som vil kreve en innblanding på 5 % etanol i vanlig bensin. I en situasjon med lave markedspriser for etanol internasjonalt, vil dette ikke kunne skape et nødvendig lokalt eller regionalt markedsgrunnlag for et større bioraffineri i Trøndelag. Om det ikke settes i verk tiltak som løfter den nasjonale etterspørselen etter etanol betydelig gjennom økt bruk av E85, vil anlegg med råstoffbehov rundt m3 være aktuell ut fra at man her er sikret mest mulig lokal/regionalt markedsgrunnlag og avsetning. Økonomisk vil etableringen av et bioraffineri kunne gi tilfredsstillende økonomiske resultater, med antatte priser på om lag 6 kr pr liter biodiesel og 3 kr pr liter bioetanol og en størrelse på m3 og m3. En etablering av et anlegg med et lavere virkesforbruk enn anslagsvis m3, vil være avhengig av en høyere etanolpris enn dagens verdensmarkedspris eller importpris. Alternativt må kostnadene reduseres eller inntektene økes ved å utvinne andre produkter enn biodrivstoff.

12 ix Arbeidet viser at en etablering av et bioraffineri i Trøndelag vil bidra til store miljømessig gevinster. Et bioraffineri med et virkesforbruk på m3 vil kunne bidra til å redusere våre nasjonale CO2 utslipp med tonn årlig. Tilsvarende vil årlige CO2-utslipp kunne reduseres med tonn pr for anlegg med virkesbehov på m3 og tonn for anlegg med virkesbehov på m3. Konklusjon Resultatene antyder at et anlegg bør produsere biodiesel og bioetanol ut fra et årlig virkesbehov på minst m3 trevirke for å kunne oppnå god nok bedriftsøkonomisk lønnsomhet. Dette vil kunne gi en produksjon som det finnes nasjonal etterspørsel etter i løpet av På lengre sikt (10-15 år) kan det også oppnås et regionalt markedsgrunnlag hvis E85-salget stimuleres like sterkt som de virkemidler som er iverksatt i Sverige.

13

14 1 1. INNLEDNING I denne rapporten ser vi nærmere på bedrifts- og miljøøkonomiske sider ved en mulig biodrivstoffproduksjon i Trøndelag. 1.1 Bakgrunn I de siste årene har det vært et økende fokus på klimaproblemer som følge av for høy energibruk basert på fossilt råstoff med medfølgende utslipp av drivhusgasser som CO 2. Dette har medført at det brukes store ressurser på å finne karbonnøytrale energikilder og teknologi for flest mulig av de sektorene i samfunnet hvor energi brukes. Energi basert på forbrenning av trevirke eller andre biologiske materialer framstår her som en mulighet til å få til en betydelig reduksjon i CO 2 -utslippene. Transportsektoren står for om lag 34 % av det samlede energiforbruket i Europa. Andelen er noe lavere i Norge (25 %) fordi det går mer energi til oppvarming og til bruk i kraftkrevende industri i Norge, sammenlignet med mange andre land. I dag brukes det i stor grad fossilt drivstoff men det satses bl.a. på å få ned CO 2 -utslippene gjennom mer bruk av biodrivstoff, mer energieffektive motorer og flere hydrogen- og el-biler. Drivstoff produsert med utgangspunkt i fornybart materiale blir ofte kalt biodrivstoff. I motsetning til hydrogen og elektrisitet er biodrivstoffkompatibelt med eksisterende motorteknologi. Produksjon og etterspørsel etter biodrivstoff er økende i tråd med at stadig flere land innfører bestemmelser eller minimumskrav for innblanding av biodrivstoff i vanlig fossilt drivstoff. Per i dag kalles det kommersielt tilgjengelig biodrivstoffet for første generasjons biodrivstoff. Dette har sin bakgrunn i at dette produseres med råstoff fra næringsmiddelavlinger og en veletablert produksjonsteknologi. Første generasjons biodrivstoff har noen fordeler med hensyn til utslipp av CO 2, om en sammenligner med tradisjonelt fossilt drivstoff. Påvirkningen dette drivstoffet har på utslipp av CO 2, avhenger imidlertid sterkt av biokomponentens innblandingsnivå og hvor den kommer fra. Første generasjons biodrivstoff er vanligvis dyrere enn tradisjonell bensin og diesel

15 per energienhet. I tillegg er mange kritisk til innvirkningen på biologisk mangfold og produksjon og priser på matvarer. Andre generasjons biodrivstoff fremstilles av råvarer som ikke brukes til matproduksjon, f.eks. avfallsprodukter fra jord- og skogbruk. Ublandet andre generasjons biodrivstoff kan redusere produksjonen av CO2 med rundt 90 % basert på hele livssyklusen, og det konkurrerer ikke med næringsmiddelavlinger. I en rekke land foregår det nå forsknings- og utviklingsarbeid for å gjøre andre generasjons biodrivstoff kommersielt tilgjengelig. Prosjektet: Cost effective production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials er blitt gjennomført av samarbeidspartene Universitetet i Bergen (UiB), Papirindustriens forskningsinstitutt (PFI), Kungliga Tekniska högskolan (KTH) og Trøndelag Forskning og Utvikling AS i perioden Dette prosjektet har nettopp fokusert på hvordan utvikle en kommersiell produksjonsprosess for 2. generasjons biodrivstoff med trevirke som råstoff. En av problemstillingene i prosjektet har vært å belyse bedriftsøkonomi og miljømessige virkninger ved etablering av et foredlingsanlegg for biodrivstoff i Trøndelag. 1.2 Rapportens videre oppbygging Kapittel 2 inneholder kunnskapsstatus om produksjon av andre generasjons biodrivstoff basert på trevirke. Kapittel 3 inneholder en beskrivelse av biodrivstoffmarkedet. Kapittel 4 innholder en beskrivelse av virkesmarkedet og følger for virkeskostnadene ved biodrivstoffproduksjon i Trøndelag. Kapittel 5 inneholder en vurdering av en mulig produksjonsprosess med tilhørende anslag på kostnader og inntekter. Kapittel 5 inneholder en analyse av miljøøkonomiske virkninger. Kapittel 6 inneholder diskusjon av sentrale resultater og konklusjon. 2

16 3 2. KUNNSKAPSSTATUS I dette kapittelet går vi gjennom bakgrunn og status fra prosjektet: Cost effective production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials. 2.1 Innledning I løpet av de siste 50 år har vi hatt en dramatisk reduksjon i realverdien på massevirke fra skogbruket i Norge. I samme periode har hovedmengden av treforedlingen blitt flyttet fra salgssliperier til såkalt TMP-produksjon i tilknytning til papirfabrikker. Antallet foredlingsbedrifter har sunket dramatisk, og innkjøpene var i mange år samlet i to innkjøpsorganisasjoner som til sammen var landsomfattende. Denne utviklingen i tømmerpris har gitt betydelig svekkelse i økonomien i det norske skogbruket, og svekket muligheten til å opprettholde norske landbrukseiendommer som selvstendige driftsenheter. Noe som har vært med på å underbygge sterke sentraliseringstendenser i det norske samfunnet. Vi skal ikke her gå inn på spørsmålet om det er manglende betalingsevne eller betalingsvilje som avgjør hvilke priser som treforedlingsindustrien betaler for massevirke fra skogbruket og industriflis fra norske sagbruk. Det som imidlertid er av stor interesse, er om andre anvendelsesområder for virket kan bidra med en verdiskapning som gir grunnlag for en bedre pris for råstoffet. Noe som vil være av avgjørende betydning for utviklingen av økonomien i skogbruket framover. Dersom andre anvendelsesområder skal vurderes, bør det være riktig å først vurdere hva våre naboland arbeider med i forbindelse med tilsvarende problemstillinger. Det har vært en omfattende internasjonal forskningsinnsats innenfor treforedlingsområdet i mange år. Av dette er det i Sverige og Finland arbeidet en del med produksjon av energi på jordbruksarealer. I forbindelse med disse landenes medlemskap i EU, har de arbeidet med alternativ bruk av deler av jordbruksarealene for å bidra til reduksjon av unionens overproduksjon av jordbruksprodukter. Det er derfor lagt inn en del forskningsinnsats for utnyttelse av energiplanter på disse arealene. Det er her snakk om flere forskjellige vekster, både rasktvoksende løvskog, halm og

17 planter som lin og hamp. Energiressursen av dette har blitt vurdert utnyttet til både tradisjonell bioenergi og til omdanning til forskjellige former for flytende drivstoff. Hovedårsaken til at en så stor innsats har blitt rettet mot energiproduksjon på jordbruksarealer, er selvsagt de forpliktelser som disse landene har påtatt seg vedrørende sin framtidige energiforsyning. I forbindelse med Kyotoprotokollen må de begrense sine utslipp av CO 2, som gir dem store behov for alternativt drivstoff som ikke gir netto utslipp av CO 2. Sverige har jo dessuten den målsetningen at atomkraftverkene skal avvikles i framtiden, og ser andre former for bioenergi som et alternativ for tradisjonell varmeproduksjon. Det kan dreie seg om både tradisjonell fyring av flis, briketter og pellets, samt eventuell produksjon av biologisk fyringsolje. I Sverige og Finland har de derfor drevet en del med forskning rundt produksjon av brenselsolje fra energiplanter og trevirke, gjennom bruk av Flash pyrolyse metoden. I Sverige har det dessuten vært en betydelig satsning på utredning av etanolproduksjon med trevirke som råstoff for å skaffe tilveie biologisk drivstoff. Olje produsert med Flash pyrolyse metoden kan benyttes som fyringsolje, og har det fortrinn at den kan fraktes over lenge avstander uten store kostnader som gjør den konkurransedyktig i forhold til fast bioråstoff. I Sverige har det imidlertid blitt utført omfattende forsøk med å raffinere treolje til biodiesel uten at det har gitt tilfredsstillende resultat. Her i Norge er vi også forpliktet av politiske målsetninger om å satse på biologisk drivstoff. Vi har vedtatt mål om innblanding av 5 % biologisk drivstoff i bensin og diesel innen 1. juli For at en slik målsetning skal realiseres med bruk av nasjonalt råstoff, er det behov for å gjennomføre en omfattende innsats innen forskning og produktutvikling. En slik andel etanolinnblanding i bensinen, bør det være uproblematisk å produsere med norsk trevirke som råstoff. Produksjon i et slikt omfang er kun et prisspørsmål, ved at man må benytte cellulose som råstoff når man ikke kan utvinne tilstrekkelige mengder fra biproduktet sulfittavlut fra celluloseindustrien. Den produksjon som Borregaard har i dag, gir ca 20 millioner liter etanol pr år, som utgjør i underkant av 1 % av bensinforbruket i Norge 4

18 5 og representerer derfor en liten del av det kvantum som vi har forpliktet oss til å blande inn i vårt drivstoff. Innblanding av biologisk drivstoff i diesel er imidlertid en større utfordring i Norge. Hittil har vi utvunnet biodiesel fra vegetabilsk olje produsert av raps og rybs her i landet. Dette er det imidlertid begrenset tilgang på, og vi har heller ikke store landbruksområder som kan omprioriteres til slik produksjon, på samme vis som våre naboland. For å kunne innfri målsetninger om 5 % innblanding av biologisk drivstoff i diesel, vil det derfor være av avgjørende betydning om man klarte å utvinne biodiesel med tilstrekkelig kvalitet fra treolje. Det vil derfor være av stor interesse og se om det er mulig å produsere en olje av bestanddeler i trevirke som lar seg raffinere til biodiesel av tilstrekkelig kvalitet. 2.2 Tidligere kunnskap Etter en gjennomgang av tidligere forskning og erfaringer innenfor området, er det noen arbeider som det kan være grunn til å referere spesielt. Flash pyrolyse har i Finland blitt vurdert som en viktig forutsetning for alternativ utnyttelse av jordbruksarealer. (Lindholm 1995). Man forutsetter at f. eks. hamp, lin og halm kan defibreres igjennom en prosess og utnyttes industrielt. Med flash pyrolyse blir råstoffet oppvarmet til 475 C under trykk (Meier 1999), for så å avkjøles hurtig og kondenseres til en tyktflytende brunaktig væske. Denne væsken har ca halvt energiinnhold sammenlignet med tradisjonell fyringsolje. I Finland er massevirke og industriflis fra skogbruket ikke vurdert som aktuelt råstoff for denne prosessen, da betalingsevnen ikke ble vurdert som tilfredsstillende. Energiverdien i oljen ga bare lønnsomhet ved bruk av halm, grønnflis og annet mindreverdig råstoff. I Sverige vurderte man flash pyrolyse som produksjonsmetode for biodiesel (Sjöström 2001), noe som ville gi betalingsevne til bruk av massevirke som råstoff. Avgiftsfritak på biodiesel ville sikre lønnsomhet i denne produksjonen, men problemer med å unngå finpartikler i oljen forhindret raffinering av oljen til biodiesel. Det er derfor ikke utviklet industriell flash pyrolyse produksjon i Sverige.

19 Dersom vi går til Canada finner vi imidlertid flere fabrikker som benytter massevirke som råstoff til flash pyrolyse, og oppnår en lønnsom produksjon. Her blir imidlertid noen ekstraaktivstoffer utvunnet igjennom prosessen, som har så stor verdi at de sikrer lønnsomhet i produksjonen. Dette dreier seg både om bestanddeler til lim og maling, og smaksstoffer til bruk i yoghurt og andre næringsmidler. Det ser derfor ut til at man må utvinne mer verdifullt materiale enn fyringsolje, for å realisere produksjon med flash pyrolyse prosessen. Bioenergiselskapet Norsk Pellets AS benytter en prosess som frigjør cellulose fra lignin, ved at virket blir kokt under høyt trykk og temperatur og den blir derfor benevnt som dampeksplosjonsmetoden. Den foredlede massen blir i dag benyttet til å lage komprimerte energipellets, ved at den frigjorte strukturen lar seg komprimere i langt større grad. Massen blir derfor bare produsert av mindreverdig virke, når produktet går til energiformål. Prosessen gjennomføres ved at sagflis føres inn i en trykkbeholder hvor det tilsettes damp på 20 bar. Trykket reduseres i 2 trinn hvor man i det siste trinnet tømmer sagflis ut av beholderen. Sagflisen har da endret farge fra gult til brun. Fargeendringen skyldes at ligninet etter trykkbehandlingen er frigjort fra trevirket. Deretter tørkes og komprimeres massen til pellets i dagens produksjon. Pellets er etter denne prosessen tilnærmet keramisk harde. Igjennom forsøk er prosessen også forsøkt benyttet til andre produkter. Noe som imidlertid viste seg å være en eksperimentell balansegang på slakk line. Var temperaturen for høy fikk man en kraftig nedbrytning av cellulosekjedene, mens man med for lav temperatur eller for kort reaksjonstid ikke fikk skilt cellulosen fra ligninet. Med nedbryting av cellulosekjedene blir produktet uegnet til papirproduksjon og andre mekaniske anvendelsesområder. Det medfører imidlertid ikke at anvendelsesmulighetene til Etanolproduksjon blir forringet. I svenske forskningsmiljøer er det blitt arbeidet en del med mulighetene for å spalte cellulosemolekylene opp til sukker. Når trevirke (eller ren cellulose) varmes opp til 200 C sammen med en svak svovelsyre, 6

20 7 spaltes cellulosemolekylene til sukker. Sukkeret kan man deretter produsere etanol av, som kan benyttes til drivstoff som erstatning for bensin. Dette gir imidlertid ikke noen muligheter for å utnytte dette sukkeret til næringsformål, da det finnes giftige fenoler og aldehyder i sukkeroppløsningen. Noe som er rester etter de kjemiske prosesser som svovelsyren har utløst. Vi har dermed ikke muligheter til å utnytte cellulosen til næringsmiddelproduksjon, noe som ville vært mulig dersom man klarte å spalte cellulosen til sukkermolekyler uten at sukkeroppløsningen inneholdt giftstoffer. Vi kan i et slikt scenario se for oss store muligheter dersom cellulose kunne utnyttes som bestanddel i fór til f.eks. oppdrettsfisk. Forskningsmiljøene i Sverige har derfor i de senere årene arbeidet en del med spalting av cellulosemolekylene til sukker ved bruk av enzymer. Enzymene fungerer som biologiske katalysatorer som setter i gang kjemiske reaksjoner uten selv å bli forbrukt. Man vil i så fall kunne frambringe de samme prosesser som foregår i vomma til drøvtyggerne. En slik prosess tar noe tid, men etter fire døgn er over halvdelen av råstoffet omdannet til sukker. Det er derfor fullt mulig å omdanne cellulose til sukker for næringsmiddelformål, spørsmålet er bare om en slik prosess har kommet så langt at det er mulig å kjøre den med lønnsomhet. Ut fra dette er det et interessant scenario å kjøre eksplosjonsprosessen for deretter å foredle cellulosen til etanol og ligninet til flash pyrolyse. Man skaffer seg dermed en større brennverdi på biooljen enn om prosessene skulle tatt utgangspunkt i uforedlet virke som råstoff. Det er i den sammenhengen også av interesse hvilke andre anvendelsesområder som cellulosefibrene kan ha, i en industriell produksjon. Under forutsetning av at ligninet kan frigjøres uten for store mekaniske skader på cellulosemolekylene, kunne fremstilling av ren salgscellulose være et alternativ. Ligninet kan dermed frigjøres til foredling til bioolje eller andre formål, mens cellulosen kan selges. Imidlertid har dette ingen betydning dersom cellulosen med lønnsomhet kan omdannes til etanol for innblanding i bensin. Trevirket kan da i hovedsak foredles til flytende drivstoff, cellulosen til etanol og ligninet til biodiesel.

21 2.3 Innhold i forskningsprosjektet For å få gjennomført forskning som kan bidra til å finne en løsning på utfordringen med å omdanne trevirke til biodrivstoff, ble det etter en del innledende arbeider organisert et større forskningsprosjekt som fikk en tilstrekkelig finansiering fra forskningsrådet og næringslivsaktører. Her inngikk masseproduksjon med bruk av "eksplosjonsmetoden", deretter utskilling av renest mulig cellolosefraksjoner og ligninfraksjoner. Ligninfraksjonen skal deretter brennes til olje igjennom en raffineringsprosess, og så raffineres til biodiesel. For cellulosefraksjonen vil det gjennomføres en spalting til sukker og deretter gjæring til etanol. I tillegg til dette vektlegges mulighetene for å utvinne ekstraktivstoffer fra trevirke, dersom de kan omsettes til en høyere pris i forhold til råstoffvolum enn biodrivstoffkomponentene. Prosjektskissen illustreres i figuren nedenfor: Figur 2.1: Flytskjema, fra tømmer til biodrivstoff Prosjektet har som hovedmål å forsøke å omdanne trevirke fra norsk skogbruk, til etanol og biodiesel, som kan innblandes i bensin og dieselolje 8

22 9 produsert av mineralolje. Dersom en slik prosess lykkes, vil man bidra til å oppfylle de vedtatte miljømål med innblanding av biologisk drivstoff til bruk for vår veitrafikk. Dette kan beskrives i flere delproblemstillinger, hvor masseproduksjon av forskjellige råstoffkvaliteter, for å teste hvilket råstoff som er best egnet for å få et godt produksjonsresultat med dampeksplosjonsmetoden, er en viktig delproblemstilling. Viderebehandling av denne massen, hvor man forsøker å skille cellulosen fra ligninet er en annen viktig arbeidsoppgave i prosjektet. Forutsetningen for at man skal ha stor mulighet til å kunne produsere biologisk drivstoff med lønnsomhet, er at man kan benytte en treforedlingsprosess som er mindre kostnadskrevende enn sulfittprosessen. Dersom en enkel mekanisk frigjøring av cellulosen fra ligninet, muliggjør videre atskilling av disse bestanddelene i relativt rene fraksjoner, kan man deretter forsøke en kjemisk videreforedling av bestanddelene. For å kunne oppnå et godt foredlingsresultat, er man avhengig av at fraksjonen er mest mulig ensartet. I en slik kjemisk videreforedling, ligger omdanning av cellulose til sukker og videre til etanol, som en viktig arbeidsoppgave. Dersom cellulosebestanddelene er relativt rene, bør det kunne gjennomføres med relativt høyt utbytte. Her er imidlertid mye grunnforskning gjennomført tidligere, så det blir her snakk om en utprøving av de fraksjoner som kommer fra vår prosess med mål om å optimalisere utnyttelsesgrad og kvalitet. For ligninfraksjonen sin del er derimot den planlagte foredlingsmetoden et mer nytt arbeid vitenskapelig sett. Her arbeider prosjektet med omdanning av lignin med flash pyrolyse, og deretter raffinering av pyrolyseoljen til biodiesel. Med denne prosessen er det godt håp om bedre resultat enn det er oppnådd i Sverige, da man forhåpentligvis unngår kokspartikler i biodieselen når cellulosen tas ut av råstoffet før prosessen starter. I prosjektet Cost effective production of renewable liquid biofuel and biochemicals from Scandinavian wood materials er et av delprosjektene å vurdere økonomiske og miljømessige forhold rundt etablering av et foredlingsanlegg for biodrivstoff i Trøndelag. Gjennomføringen av prosjektet har til nå medført at vi har fått kartlagt ressurspotensialet i Midt-

23 Norge og arbeidet med omdanning av lignin til biodiesel er kommet svært nær en prosess som gir et produkt som har en akseptabel drivstoffkvalitet. Innenfor arbeidet med å produsere en tremasse som muliggjør en kostnadseffektiv og kvalitativ god nok separering i ligninfraksjoner og cellulosefraksjoner, gjenstår det en god del arbeid før det er utviklet en kommersielt realiserbar prosess. 2.4 Et mulig bioraffineri i Trøndelag? Kartleggingen av råstoffpotensialet i Midt-Norge viser at det er tilstrekkelig med uutnyttede råstoffressurser til å dekke en 5 % innblanding i transportsektoren i regionen (Bjørnstad og Storø 2006). For Nord-Trøndelag er andelen noe høyere, for landet som helhet noe lavere. Det er i denne sammenhengen råstoffpotensial som omfatter ledige jordbruksarealer og virkesressurser fra skogbruket som ikke blir utnyttet i dag. Dersom behovet for biodrivstoff øker utover en 5 % innblanding må ressurstilgangen utvides. Med sterkt begrensede jordbruksarealer i Norge er det fra skogbruket disse ressursene må hentes, da det er bare på våre skogarealer biomasse i et slikt omfang kan produseres. Vi har valgt å fokusere på at lokalt råstoff fra skogbruket og trelastindustrien skal foredles for å dekke den lokale etter-spørselen av drivstoff til transportsektoren. For å avgrense dette arbeidet, tar vi utgangspunkt i råstofftilgang og drivstofforbruk i Nord-Trøndelag og Sør-Trøndelag. I de fleste sammenhenger er Helgeland og Nord-Møre en integrert del av det Midtnorske forsyningsområdet for råstoff til skog-industrien, og for en del sortimenter også flere tilgrensende geografiske områder. Ved en konkret realisering av et bioraffineri vil det derfor med stor sannsynlighet være naturlig å vurdere et større geografisk område i Midt-Norge for virkesforsyning og leveranser av ferdig drivstoff. I dette arbeidet avgrenser vi imidlertid dette til de to Trøndelagsfylkene. For å optimalisere en miljøeffekt vil det være naturlig å forsøke å unngå langtransport av råstoff og ferdig drivstoff, da det vil kunne gi en betydelig redusert miljøeffekt i forhold til hva en lokalt basert etablering kan forvente å gi. Det vil derfor være det naturlige utgangspunkt å vurdere hva som gir 10

24 11 grunnlag for den største dimensjoneringen av et foredlingsanlegg med hensyn til drivstofforbruk og råstofftilgang. Når vi tar utgangspunkt i råstofftilgangen og drivstofforbruket i de to Trøndelagsfylkene, må vi vurdere hvor store produksjonsvolumer de gir grunnlag for. Det totale bensinforbruket i de to fylkene er på 163 millioner liter pr år, mens det tilsvarende forbruket av diesel er på 306 millioner liter pr år. Tar vi utgangspunkt i at en produksjon av biodrivstoff bidrar med 100 liter biodiesel og 130 liter etanol pr m3 trevirke, vil vi med 100 % bruk av E85 til erstatning for bensin trenge 138 mill liter etanol for å dekke forsyningen av 163 mill liter E85 i de to Trøndelagsfylkene. For å kunne produsere et slikt kvantum med etanol trengs da m3 trevirke. Med et slikt produksjonskvantum, vil det gi en produksjon av 106 mill liter LtL som vil utgjøre 34,6 % av det totale dieselforbruk i de to fylkene. Det er derfor naturlig å ta utgangspunkt i en slik anleggsstørrelse når vi skal estimere etableringen av et slikt foredlingsanlegg for biodrivstoff. Tar vi utgangspunkt i de skogressurser vi disponerer i disse to fylkene, er det i følge Næsvold (1990) et praktisk vurdert balansekvantum i Nord-Trøndelag på ca m3 og tilsvarende m3 i Sør-Trøndelag. Ved skogregistreringene til NIJOS (1999) ble det biologiske balansekvantumet i de to fylkene vurdert til henholdsvis m3 og m3. Dette volumet er nå steget til over 2 mill m3 (Øyen et al. 2008). Dette er imidlertid et volum som av driftsøkonomiske og tekniske forhold ikke kan utnyttes fullt ut, men det er en klar indikasjon på at potensialet på avvirkningen i de to fylkene er høyt dersom rammebetingelsene for skogsdrift endres. Dette kan for eksempel skje ved at nye anvendelsesområder for trevirke bidrar til økt konkurranse om virket og at det blir bedre rammebetingelser for næringen eller nye anvendelsesmuligheter for mindreverdig virke. Det vil derfor være mulig å skaffe tilstrekkelig med trevirke til et foredlingsanlegg med et virkesbehov på drøye 1 mill m3 med forbruk av massevirke, industriflis og mindreverdig virke med utgangspunkt i de ressurser som er tilgjengelig i de to Trøndelagsfylkene. Det må derfor kunne konkluderes med at et bioraffineri med en kapasitet som gir et råstoffbehov på m3 trevirke fast mål som en teoretisk størrelse for et foredlingsanlegg, oppfyller prosjektbeskrivelsens målsetning

25 om å estimere potensialet for et bioraffineri med trevirket i Trøndelag som råstoff. I praksis vil imidlertid et foredlingsanlegg lokalisert i Trøndelag med en slik størrelse måtte forholde seg til et større geografisk område enn de to fylkene for både råstoffinnkjøp og marked for ferdig drivstoff. Like aktuelt for næringsaktørene kan imidlertid anlegg av en mindre størrelse være, for en etablering i Trøndelagsregionen på kort og mellomlang sikt. Det må forutsettes at det trengs lang tid for å utvikle markedet for biodrivstoff, for at satsninger på foredlingsanlegg av en slik størrelse kan realiseres. For øvrig må vi også forutsette at en betydelig del av tilgjengelig trevirke bli utnyttet av vår eksisterende skogindustri i overskuelig framtid. Dermed er det i hovedsak mindreverdig virke og uutnyttede virkesressurser i skogbruket som vil danne grunnlaget for etableringen av bioraffineri i den nærmeste framtid. I tillegg til dette vil en slik satsning kunne utnytte de kvanta massevirke og industriflis som blir overflødig etter nødvendige markedstilpasninger som gjennomføres med kutt i produksjonskapasiteten til vår papirindustri. I tillegg til å vurdere miljøeffekter og driftsøkonomisk situasjon for et bioraffineri med et virkesforbruk på m3, vurderer vi i denne sammenhengen også anleggsstørrelser med virkesbehov på m3 og m3. Slik vil vi kunne få en identifikasjon på hvilke stordriftsfordeler vi vil kunne oppnå med etablering av en slik industri, og hvordan en etablering av mindre enheter vil kunne oppnå bedriftsøkonomisk lønnsomhet. Noe som kan være av avgjørende betydning, da en etablering av en mindre enhet kan være det som vil være mulig i et umodent marked for biodrivstoff. For aktuelle aktører i regionen vil resultatet av disse beregningene kunne få betydning for om de vil foreta egne utredninger av muligheten for slike etableringer, og må derfor vurderes å kunne få like stor betydning som skisseringen av et anlegg med en kapasitet som dekker hele regionens behov, og med all sannsynlighet er mindre aktuelt på kort sikt. 12

26 13 3. BIODRIVSTOFFMARKEDET I dette kapitlet går vi gjennom etterspørselen etter biodrivstoff i Norge, og vi ser på i hvilken grad en eventuell produsent i Trøndelag kan få regional avsetning for drivstoff. En slik regional avsetning er viktig for miljøvirkningene av prosjektet så vel som produsentenes konkurranseevne. 3.1 Dagens drivstoffmarked i Norge Drivstoffmarkedet i Norge preges av sterk vekst i salget av autodiesel og en nedgang i salget av bensin. Figuren nedenfor viser denne utviklingen. Figur 3.1: Salg av bensin og autodiesel i Norge fra (Kilde: SSB). I midten av 2004 ble det for første gang solgt mer autodiesel enn bilbensin i Norge, og i de tre siste årene har forskjellen økt. I 2007 var salget av autodiesel nær 3000 mill. liter mens det ble solgt under 2000 mill. liter bensin, hhv. en oppgang på 12 % og en nedgang på 5 % fra året før (SSB).