Tremasse til mer enn papp og papir

Transkript

1 Tremasse til mer enn papp og papir Øyvind W. Gregersen, NTNU (med betydelig hjelp fra Størker Moe, NTNU) NTNU

2 2 Petroleum raffineriet Størker Moe, Department of Chemical Engineering, NTNU

3 3 Bioraffineriet Størker Moe, Department of Chemical Engineering, NTNU

4 4 Innhold Bakgrunn Hvorfor er vi interessert i bioraffineri? Dagens situasjon innen treforedlingsindustrien Energi, råvarer, klima og befolkningsvekst Trender Bioraffinerier Fornybare råvarer til materialer, energi og drivstoff Er det en miljøgevinst? Konklusjon

5 5 Hvorfor bioraffineri? - Verdens ojeproduksjon faller Med fallende oljeproduksjon og økende befolkning, vil prisen på olje i særdeleshet og energi generelt øke i fremtiden

6 6 Klimaendringer.

7 7 Dagens situasjon for treforedling: Råvaresituasjon

8 8 Råvaresituasjon - tilvekst

9 9 Trevirke er ikke gratis Ca 625 kr/tonn

10 10 Priser Gran, sliptømmer ~625 kr/tonn Sulfatcellulose ~5000 kr/tonn Papir ~ kr/tonn Etanol ~3700 kr/tonn Råolje ~4700 kr/tonn Brenselutgifter i et fjernvarmeanlegg el lign. Fyringsolje 0,55 kr/kwh Ved (tørr) 0,15 kr/kwh Strøm 0,5 kr/kwh

11 11 Biomasse energipotensiale Region Energi, EJ Ojeekvivalenter, boe USA Europa Afrika Latin Amerika Totalt Source: Huber et al, 2006

12 12 Er det nok? Verdens totale energiproduksjon, EJ 500 Olje, EJ 170 Til transport, EJ 90 Dagnes biomassepotensial, EJ 75 Biomasse alene kan ikke dekke verdens energibehov Biomasse alene kan ikke dekke verdens energibehov til transport Biomasse sammen med andre fornybare energiformer kan være tilstrekkelig til å dekke verdens energibehov til transport. USA har resurser til å erstatte ~30% av sitt bensinforbruk med biodrivstoff 1) 1) Perlack et al, 2005: Biomass as feedstock for a bioenergy and bioproducts industry

13 13 Før økte papirforbruket eksponsensielt.

14 14 Forbruk av avispapir i USA dramatisk fall

15 15

16 16 Ny papirproduksjon - trender Greenfieldfabrikker (avis liner) i befolkningstette områder Stor etablering i Kina (fiberunderskudd) Enorm ekspansjon av sulfat kortfiber i Sør-Amerika Betydelig nedleggelse av fabrikker for trykkpapir og kortfibersulfat i Europa og Nord-Amerika. Tissue øker mer enn BNP, emballasje med BNP og trykkpapir faller i Vesten, men øker i land med sterk BNP-vekst.

17 17 Teknologiutvikling Annonse og nyhetsmarkedet forsvinner fra papir Kapasiteten til nye sulfatfabrikker går opp (2 mill tonn/år) Lukket baneføring på PM reduserer bruken av armeringsmasse Energi og kostnadseffektivitet tar over for kvalitet som optimaliseringsparameter Øket fokus på bioraffinerikonsept der tradisjonell treforedling integreres med ny industri ved felles råvarehåndtering, energiintegrering og utnyttelse av sidestrømmer.

18 18 Trender: Verdens befolkning Ca 1/4 bor i Vesten Ca 2/3 bor i Asia!

19 19 Trender: Plantasjeskog Monokulturer av klonede trær Rotasionstid: 5-25 år Svært høye veksthastigheter Image from

20 20 Trender: Vann Verdens resurser av rent vann avtar Befolkningen øker Det vil si at ferskvann kan få en pris som gjør papirindustri ulønnsomt i noen områder.

21 21 Trender - Elektrisitet Ikke lenger kraftoverskudd

22 22 Trender: Priser og etterspørsel Prisen på olje og mat er følsomme for svikt i produksjon/økning i etterspørsel. Mulighetene for rask produksjonsøkning er begrenset. Svært uheldig å bruke mat til drivstoffproduksjon (1. generasjon biodrivstoff)

23 23 Extraction Sugars Fermentation Alcohols (ethanol, butanol) Hydrolysis Fine chemicals Hydrocarbon s Hydrogenation Extraction Transesterification Biodiesel Triglycerides Glycerol

24 24 Bioraffineriet Størker Moe, Department of Chemical Engineering, NTNU

25 25 2 nd generation resources Wood and wood residues Softwoods Hexoses, lignin (pentoses) Hardwoods Hexoses, pentoses, lignin Agricultural residues Straw (wheat, rice, barley) Hexoses, pentoses, lignin Corn stover Hexoses, pentoses, lignin Bagasse Hexoses, pentoses, lignin Non-wood energy crops Switchgrass Hexoses, pentoses, lignin Miscanthus Hexoses, pentoses, lignin Images: Wikipedia

26 26 Extraction Sugars Fermentation Alcohols (ethanol, butanol) Hydrolysis Fine chemicals Sugars Pretreatment Hydrolysis Lignin Gasification Synthesis Pyrolysis Upgrading Hydrocarbons Hydrogenation Extraction Transesterification Biodiesel Triglycerides Glycerol

27 27 Extraction Sugars Fermentation Alcohols (ethanol, butanol) Hydrolysis Fine chemicals Sugars Pretreatment Hydrolysis Catalytic processing Lignin Gasification Synthesis Pyrolysis Upgrading Hydrocarbon s Hydrogenation Extraction Transesterification Biodiesel Triglycerides Glycerol Serrano-Ruiz, J.C., Dumesic, J.A. (2011): Energy Environ Sci 4, Based on Xuyen Kim Phan s PhD trial lecture (2011)

28 28 Kraft pulp mill as a biorefinery Kraft pulp mill dissolved organic substances and extractives are concentrated in black liquor during the wood cooking process.

29 29 TMP mill as a biorefinery TMP - mechanical compression of wood chips prior to refining effectively releases large amount of wood resin and dissolved organic substances (hemicelluloses, lignin) from the wood into the water phase.

30 30 Lignocellulosics utilization Current Building material (wood, straw) Solid fuel (wood, bark) Industrial liquid fuel (kraft black liquor) Fiber-based (packaging) materials (paper and board) Natural fibers (jute, cotton) Regenerated fibers (rayon, viscose) Bulk chemicals (cellulose, cellulose derivatives, resin acids, lignosulfonates) Specialty chemicals (xylitol, vanillin) Possible Advanced fiber-based materials Wood fiber composite materials Nanosized cellulose composite materials Liquid transportation fuels (ethanol, Fischer-Tropsch hydrocarbons) Other liquid fuels (pyrolysis oils) Gaseous fuels (methane/sng) Specialty chemicals Bioactive compounds Størker Moe, Department of Chemical Engineering, NTNU

31 31 Environment: Carbon sources Fossil carbon Coal Petroleum Natural gas Biomass carbon Agricultural crops, incl. wastes Forests and forest plantations Marine algae Animal waste Household waste Not in the carbon cycle, contributes to GHG levels when extracted from the Earth s crust Already in the carbon cycle, does not contribute to GHG levels

32 32 Norsk gran fordeler Tynne fibervegger Lavt ekstraktivinnhold Høy lyshet Lavt energiforbruk ved raffinering Dyr for energi og drivstoff, avfallsvirke bør brukes

33 33 Norge fordeler og ulemper Fordeler Lite (ingen) korrupsjon Vann, tre, elektrisitet, infrastruktur finnes Stabile politiske forhold Ulemper Høyt lønns og kostnadsnivå Lav befolkningstetthet Lunken industri og forskningspolitikk

34 34 Sammendrag We live in interesting times stabil vekst er ikke lenger regelen. Norge har noen fordeler (råvarer, kompetanse, vann, energi) og noen ulemper (kostnadsnivå, lite hjemmemarked). Betydelig endring av produkter er nødvendig for å tjene penger på treforedling i fremtiden, bioraffinerier er en mulig slik utvikling. Dette krever store investeringer og dermed en betydelig mer industrivennlig og forutsigbar industripolitikk en den rådende.