BioCarb+ Enabling the biocarbon value chain for energy

Transkript

1 BioCarb+ Verdikjeden for biokarbon: Fra biomasse til energi BioCarb+ Enabling the biocarbon value chain for energy Bioenergidagene 2016, november, Gardermoen Dr. Ing. Øyvind Skreiberg Sjefforsker, SINTEF Energi AS BioCarb+ prosjektleder NFR KPN prosjekt MNOK 1

2 Innhold Nasjonale strategier og biokarbon/trekull/biokull Noen prosesser for termisk behandling av biomasse NFR KPN BioCarb+, med spesiell fokus på høyt utbytte av biokarbon og egenskapene til dette som reduksjonsmiddel eller ved forbrenning NFR BIA Eyde Biokarbon - Kortreist biokarbon fra skogen til smelteverksindustrien, produktspekter fokus NFR IPN CNMP - Carbon Neutral Metal Production, med fokus på integrert biokarbon produksjon i smelteverksindustrien NFR Idélab (radikale løsninger for nullutslippssamfunnet med hjelp av muliggjørende teknologier) - Capture+ 2

3 Biokarbon i Skog22 Energi: "Det er forventet at vekst innen energiområdet først og fremst kommer fra produksjon av flytende biobrensler (drivstoff og bioolje) men også fra faste biobrensler som pellets og biokull." Viktige FoU- og innovasjonsområder: "Prosesser for lønnsom produksjon av biokarbon/biokull, bindemidler og reduksjonsmiddel til prosessindustrien eller til bruk som jordforbedringsmiddel." Bruken av begrepet "biokull" er til dels forvirrende, det brukes i disse dager også for lett varmebehandlet biomasse ment for sambrenning i kullfyrte kraftverk 3

4 Noen prosesser for termisk behandling av biomasse Lett varmebehandling, høyt utbytte av fast materiale Høyere grad av varmebehandling, fokus på biokarbon Høyere grad av varmebehandling, fokus på bioolje N2 Tørr torrefisering / mild pyrolyse Tørr karbonisering Hurtig pyrolyse, biokarbon som restprodukt Vann Våt torrefisering / hydrotermisk forbehandling Våt karbonisering Likvifaksjon, biokarbon som restprodukt Damp Dampeksplosjon Høyt C innhold og høy brennverdi Moderat økning i C innhold og brennverdi Det faste produktet fra en spesifikk type biomasse behandlet med de ulike metodene vil ha høyst varierende egenskaper! 4

5 BioCarb+ partnere Både forsknings- og industripartnere fra ressurs til sluttbrukersiden 5

6 Hva er biokarbon? Briketter Pulver Carbonized Torrefied Mechanically upgraded Untreated Low quality biomass Waste 6

7 Hvorfor biokarbon? Biomasse er fremtidens karbon og hydrokarbon kilde, og en viktig energikilde Biomasse er en fornybar og klimavennlig ressurs Biomasse potensialet er langt fra utnyttet, og potensialet øker Biokarbon har mange bruksområder Biokarbon har mange positive bruksegenskaper Karbonisering er en brenselsoppgraderingsmetode 7

8 Hvorfor biokarbon? Høyest brennverdi, og energitetthet når komprimert Lett å male opp til små og runde partikler Høy reaktivitet Lavt vannopptak Reduserte logistikk kostnader Mest stabile forbrenningsbetingelser Ingen bakteriologisk nedbrytning Reduserte anleggskostnader (investering og drift) Minst utslippsfluktuasjoner Lavere NOx og SOx utslipp enn fra kull Mindre aske enn i fossilt kull Biokarbon er det ultimate faste biomasse brenselet, og et ettertraktet reduksjonsmiddel 8

9 Hvor skal vi bruke biokarbon? Smelteverksindustri Biocarbon for energy Environment and climate friendly Reduksjonsmiddel for metalloksider, også for silisium produksjon, som brukes i solceller Varme og kraft 9

10 Hvorfor forske på det? Ulike typer biomasse gir ulikt biokarbon utbytte og kvalitet Ulike karboniseringsteknologier (og prosessbetingelser) også Ulike sluttbruker områder har ulike kvalitetskrav Dette er en utfordring men også en stor styrke! Kunsten er å bruke rett biomasse ressurs til produksjon av biokarbon med akseptable sluttbruksegenskaper, på en bærekraftig måte Optimalisering av alle ledd i verdikjeden! Skogen: Tresorter Stammevirke Grener og topper Røtter Produksjon: Karboniseringsteknologi Prosessparametere (temperatur, tid, trykk, etc.) Produktform Logistikk Sluttbruk: Reduksjonsmiddel Forbrenning Gassifisering etc. 10

11 Hvorfor BioCarb+? OVERALL OBJECTIVE The overall objective of BioCarb+ is development of new strategies for use of low-grade biomass, pulpwood and energy wood resources for BC production for raw material for industrial applications (reduction agent / metallurgical coke) and conversion for energy purposes. SUB-OBJECTIVES (over the 4-year period) New or improved biomass harvesting and logistics solutions, with special attention to forest residues, but also pulpwood and energy wood (including hardwood), and their properties New or improved biocarbon production solutions through development or improvement of biomass pretreatment methods, biocarbon production processes and applications and biocarbon logistics solutions New or improved biocarbon conversion solutions through development or improvement of biocarbon conversion applications with focus on high energy efficiency and low emissions, and biocarbon properties for industrial applications Efficient utilisation of by-products from the biocarbon production process to improve overall economy and improve sustainability (CO 2 -footprint) of biocarbon production and utilisation Education of highly skilled candidates within this area and training of industry partners Monitoring of activities and state-of-the-art within this area and dissemination of knowledge to the industry partners, and other interested parties where applicable The anticipated results of the project are reduced harvesting and logistics costs for low-grade biomass resources, maximised BC yield and quality in the BC production process and maximised energy efficiency and minimised emissions in the BC end-use applications. Utnyttelse av skogen Nye eller bedre løsninger/ prosesser Høyt biokarbon og fast karbon utbytte Optimal biokarbon sluttbruk 11

12 Hvordan skal vi forske på det? 12

13 Illustrerende resultater Scanning electron microcopy (SEM) image of cellulose char produced in (a) open crucible and (b) crucible covered by a lid Sekundære reaksjoner gir økt utbytte men også strukturendringer og endrede egenskaper 13

14 Illustrerende resultater Wang et al. (2015) Effects of pressure on spruce wood and forest residue powder charcoal yield 14

15 Illustrerende resultater Høy reaktivitet ønskes i forbrenningsprosesser Myrvågnes (2008) Testing av CO2 reaktivitet: Bjørk < Gran Stammevirke < GROT 15

16 Andre initiativer - BIA Eyde Biokarbon 16

17 Andre initiativer - BIA Eyde Biokarbon 17

18 Andre initiativer - BIA Eyde Biokarbon 18

19 Andre initiativer - BIA Eyde Biokarbon 19

20 Andre initiativer - BIA Eyde Biokarbon 20

21 Andre initiativer - IPN CNMP --innovation/langsiktig-fou/carbonneutral-metal-production/ 21

22 Andre initiativer - IPN CNMP innovation/langsiktig-fou/carbon-neutralmetal-production/ 22

23 Andre initiativer - Idélab Capture+ Hovedmålet med Capture+ er å utvikle biokull som et verktøy for å oppnå et nullutslippssamfunn, gjennom en tverrfaglig tilnærming i utviklingen, analysen og implementeringen av biokull i jordbruk og skogbruk. 23

24 Hva handler det egentlig om? Bioøkonomi og globalt klima Utnyttelse av våre økende biomasse ressurser, helst i Norge, på en miljøvennlig og energi- og kostnadseffektiv måte Nasjonal kompetansebygging og industriutvikling CO2 reduksjon og bærekraft Hva skal vi bruke biomassen til i fremtiden? 24

25 Takk til NFR og industripartnerne for støtten til BioCarb+! 25