Fra trevirke til diesel Transportforskning 2012

Transkript

1 Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet Fra trevirke til diesel Transportforskning 2012 Edd A. Blekkan Institutt for kjemisk prosessteknologi NTNU Name, title of the presentation

2 Not a new idea: Wood as fuel Illustration: Lars Stigsson: Oral presentation, Biofuels From The Forest, 20 Nov. 2008, Trondheim, Norway. 1 liter gasoline replaced by about 2,5 kg wood (often in the form of small pellets called knott ) The wood was gasified in a small chemical plant The driver and his helper (a lot of manual work involved in stoking and cleaning the apparatus) usually covered in soot!

3 Innhold Diesel og biodiesel Biodiesel fra trevirke prosessen Eksempler fra forskningen (kort!) Oppsummering og spørsmål

4 Diesel Diesel: Drivstoff (brennbar væske), som oppfyller spesifikasjoner: Kokepunkt ca C Cetantall >55 S-innhold < 10 mg/kg PAH < 2 % Tetthet > 840 kg/m 3.. Noen av disse er knyttet til forbrenning/motoregenskaper, andre er knyttet til utslippsbegrensninger EU-direktiv: Klimagassutslipp fra motordrivstoff (bensin og diesel) skal reduseres, trinnvis med totalt 6% før Myndighetene skal sørge for at leverandørene overholder dette «Livsløpsperspektiv» Dette skjer bl.a. med innblanding av biodiesel

5 Biodiesel (1G) Biodiesel er FAME (Fatty Acid Methyl Ester) (fettsyre metylestere Lages fra oljer (typisk raps, soya, palmeolje) og metanol (vektforhold ca. 9 :1), med glyserin som biprodukt OK drivstoff, men med noe dårlige kuldeegenskaper Etisk problemstilling: Lages fra mat Fremstilling av biodrivstoff bidrar til sterkt økende matpriser Industriell oljeproduksjon fortrenger regnskog Kjemi:

6 Alternativet (framtida?) : 2G Lignocellulose (trevirke, energivekster, landbruksavfall, papiravfall) danner grunnlaget for 2.generasjons biofuel (2G) 2 hovedveier: Termokjemisk Pyrolyse eller gassifisering fulgt av syntese - diesel Biokjemisk (Bio)Etanol eller (Bio)Butanol (bensinerstatning) 3. generasjon: Alger Enda lengre frem!

7 Very different from conventional fuels Cellulose Conventional fuels: Hydrocarbons Key differences: Molecular weight Chemical structure Oxygen content Key challenge: Efficient and viable processing Part of lignin polymer

8 Forslag til prosess: Tremasse (flis, pellets) Svartlut GROT Strå Etc. Biomassen må først høstes og samles Utfordringer: logistikk, størrelse på anlegg Forbehandling kan være nødvendig Gi biomasse tilpasset frakt, stabil, bedre egenskaper

9 Destruksjon: Gassifisering Gassifisering: Viktig teknologi! Bilde: «Entrained flow» (mest aktuell teknologi) Bruker oksygen (forenklet: forbrenning med underskudd oksygen) Gassifisering C O 2 og H 2 O CO, H 2, CO 2 (+CH 4, tjære, hydrokarboner, svovel, aske ) = Syntesegass Bilde: «PRENFLO» reaktor (UHDE) Viktig: Syntesegassen må renses og foredles før den kan brukes i syntese

10 SYNTESE: FTS (Fischer-Tropsch Syntese) Produktet er parafinvoks som må raffineres til drivstoff Syntesegass og katalytisk teknologi lenker alle råstoffer som inneholder karbon med en rekke produkter Teknologi kan overføres fra eksisterende industri (kull eller naturgassbasert), men må tilpasses Hovedproblem: Tilgang på råstoff og størrelse på anlegg

11 Shell «Pearl» GTL i Qatar Ca fat/dag (6 millioner tonn/år) Tilsvarende BTL-anlegg vil kreve ca. 50 millioner m 3 /år All tilvekst i norsk skog er ca. 25 millioner m 3 /år

12 Fischer-Tropsch -diesel Bilde: Shell BTL-diesel av denne typen gir stor reduksjon av CO 2 (vugge-til-grav) Høy kvalitet (ikke svovel, aromater, PAH) gir sterkt reduserte utslipp Svovelutslipp er eliminert Hydrokarboner og CO sterkt redusert Partikler og sot redusert Noe reduksjon i NO x (rapportert opp til 20%) Potensialet for utslippsreduksjon er større Ny motorteknologi

13 Vår aktivitet Vår ekspertise: Prosesskjemi og katalyse Vi ser på utvalgte deler av en slik prosess: Gassbehandling og gassrensing Syntese Vårt prosjekt: Biomass To Liquid Fuels (KMB i Renergi, finansiert av Norges forskningsråd, Statoil, NTNU og SINTEF) Ett av mange prosjekter i Forskningsrådet som omhandler teknologiutvikling for 2G biodrivstoff

14 Effekt av alkali på katalysatorer: Ulike effekter avhengig av prosessen Effekt av forurensning på FTS-katalysator: Selv et lavt nivå ødelegger katalysatoren Effekt av forurensning på reformer-katalysator: Katalysatoren er ganske tolerant for alkali Kilde: Andreas H. Lillebø, NTNU Synfuel, Munchen juni 2012 Kilde: Wangen and Blekkan, Topics in Catalysis 54 (2011) 960.

15 Problemer som må løses Biomasse logistikk Biomasse er spredt over store areal Kjemiske prosesser er billigst og mest effektive i stor skala Innsamling, og konsentrasjon av biomasse viktig Kjemisk sammensetning Biomasse krever ny kjemi og ny teknologi Forskningen vår bygger på erfaringer fra «fossilbasert» prosesskjemi Krevende med lønnsomhet Tungt å få til industriell satsing Politiske valg må til?

16 Takk for oppmerksomheten! Spørsmål?