Borregaard Miljøvennlige kjemikalier og drivstoff Gudbrand Rødsrud Bioenergi og bio-ccs seminar Gardermoen 28 Nov 2013 Technology Director Business Development Borregaard Industries Ltd, Norway
Mest innovative nykommer
Agenda Borregaard i dag verdens mest avanserte bioraffineri Utviklingsprosjekter og planer Bio-CCS analyse av 2.gen bioetanol (LCA / CO2 analyse fra Østfoldforskning) Litt spekulasjoner og tanker om fremtiden
Borregaard er globalt ledende innen biobaserte kjemikalier Høy råvareutnyttelse gir høy verdiskaping Borregaards biokjemikalier er miljøvennlige og bærekraftige alternativer til oljebaserte produkter
Wood based chemicals in an integrated concept Leading supplier of specialty cellulose Global leader in lignin performance chemicals, 50%+ market share Only producer of vanillin from lignocellulosics Production of lignocellulosic bioethanol since 1938 Worlds most advanced biorefinery in operation
Borregaard Sarpsborg Et komplekst anlegg med høy grad av integrasjon Hovedkontor Forskning og utvikling Produksjon Bioraffineri Finkjemikalier Støttefunksjoner 700 ansatte
From paper mill to biorefinery
Borregaard Forretningsområder En global nisjeaktør med markedsstyrt organisasjon Performance Chemicals (43%) Teknologisk ledende og verdens største leverandør av ligninbaserte produkter Specialty Cellulose (41%) Ledende global leverandør av spesialcellulose. Betydelig produsent av annengenerasjons bioetanol Other Businesses (16%) Eneste produsent av tømmerbasert vanillin. Verdens største produsent av C 3 aminodioler til røntgenkontrastmidler
Betydelige miljøinvesteringer i Borregaard: 2 milliarder NOK i løpet av de siste 20 år 1200 G W 1000 h 800 - d a m p 600 400 200 0 2001 2004 2007 2010 2013 Bio/gjenvinning/avfall/LNG Olje Lavere utslipp til luft og vann Ny teknologi Ombygging til nye driftsmønstre Rensetiltak Tungoljeforbruket faset ut Erstattes med biobrensel, LNG og avfall Uavhengig av tungolje til alle formål innen 2013 Reduserte energikostnader og grønnere produkter
Nytt biorenseanlegg & biogassanlegg 2013 Kostnad 205 mill NOK, herav 30 mill NOK i støtte fra ENOVA 75% KOF-nedbrytning i avløpsstrømmer fra etanolfabrikk og blekeri tilsvarer 20 tonn mindre KOF til Glomma <50 mg/l suspendert tørrstoff i utløpsvannet Fosforutslipp <17 kg per dag Gir grønn energi i form av biogass Leverer over 14 000 Nm3 biogass per dag til spraytørka Luktfri og legionellafri drift med lavt støynivå (70 dba) Anlegget dimensjoneres for å klare framtidig produksjonsøkning Eksiterende renseanlegg legges ned.
Klimapåvirkning ved produksjon av Borregaards produkter Varmeenergiforbruket (bruk av olje) i produksjonen bidrar mest til klimaeffekten Borregaards fokus har vært på å erstatte olje som varmeenergikilde Tungolje gir største bidraget. I 2013 ble tungolje byttet ut med naturgass som gir en betydelig reduksjon i klimapåvirkningen.
Comparison of CO 2 footprint of different ethanols Sources: 1. Brekke, A., Modahl, I.S. and Raadal, H.L. Konkurrentanalyser for cellulose, etanol, lignin og vanillin fra Borregaard (Eng: Competitive CO2 footprint analysis for cellulose, ethanol, lignin and vanillin from Borregaard). Fredrikstad : Ostforld Research, Des. 2008. Confidential report. Will be published. 2. Sutter, J. Life cycle inventories of petrochemical solvents. [red.] H.-J., Chudacoff, M., Hischier, R. Jungbluth, N., Osses, M. and Primas, A. Althaus. Life cycle inventories of chemicals. Final report ecoinvnet data v2.0. Duebendorf and St. Gallen : Swiss Centre for LCI, Empa - TSL, 2007, Vol. 8 / 22. 3. Jungbluth, N., Chudacoff, M., Dauriat, A., Dinkel, F., Doka, G., Faist Emmenegger, M., Gnansounou, E., Kljun, N., Speilmann, M., Stettler, C. and Sutter, J. Life cycle inventories of bioenergy. Final report ecoinvnet v2.0. Volume 17.. Duebendorf and Uster : Swiss Centre for LCI, ESU, 2007.
2. generasjons bioetanol Borregaard vant kontrakt på CO2-regnskap Kilde: Østfoldforskning. Standard dieselbuss bruker 4,7 liter diesel/mil, etanolbuss 8 liter
Globale miljøpåverknadar/klimagassutslepp (CO 2, CH 4, N 2 O, CF 4, C 2 F 6 m.fl.) 250 Drivhusgassutslepp for lette kjøretøy (infrastruktur i form av vegar og kjøretøy er ikkje inkludert) Drivhusgassutslipp lette kjøretøy g/km Bensinmotor g/km Dieselmotor Gassmotor Forbrenning i motor Produksjon drivstoff 200 g/km 150 100 50 0 Etanol frå Borregaard (bioraffineri med mange produkt): Produksjon av drivstoff: ca 40 g CO 2 -ekv/km Forbrenning i motor: ca 2 g CO 2 -ekv/km 2% og 0,5% CH 4 -tap
Fermentering til etanol Borregaard har produsert 2. generasjon bioetanol siden 1938 20 million liter / år er verdens største produsent av 2. gen. Bioetanol også i 2013. Her bukes vanlig bakergjær og sukker fra gran C6 glucose mannose galactose C5 xylose arabinose yeast 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 1G ( food crops ) sugar, starch, vegetable oil, animal fats 2G ( non-food crops ) lignocellulosic biomass 3G, 4G algae, designed crops
Borregaard todays largest producer of 2nd gen bioethanol Capacity 20 mill litres of bioethanol /y 1/3 as 99,5% and 2/3 as 96% To biofuel approx 5-6 mill litres Ethanol to biofuels sold both as ED95 (ethanol for diesel engines) E05 (petrol with 5% ethanol) Composition of ED95 fuel (w/w%) Ethanol 95% 92.2 Ignition/viscosity enhancer 5.0 MTBE 2.3 Isobutanol 0.5 Corrosion inhibitor 90 ppm
Agenda Borregaard i dag (relevant til saken) Utviklingsprosjekter og planer Bio-CCS analyse av 2.gen bioetanol (LCA / CO2 analyse fra Østfoldforskning) Litt spekulasjoner og dristig tenking
Insentivparadokset High OK Food Feed High Materials Quality and price Bio-chemicals Paper Bio-fuel - Bio-ethanol - Bio-diesel - Bio-gas Value and price Low OK Bio-energy -Heat & power - Bio-oil - Pellets Low
Biorefinery conversion routes (Partly degraded) Natural polymers Chemical or mechanical processing Marketable products Pretreatment - Biocehmicals Separation Liquefaction/ hydrolysis - Enzymatic - Weak acid -Strong acid Sugar in solution Fermentation Chemical conversion - Biomaterials - Proteins Pyrolysis extraction, chemical and bio-monomers catalytic conversion - Biofuel Gasification Combustion Synthesis gas, CO + H2 Burning purification catalytic synthesis refining Energy
10 µm Menneskehår Typisk diameter 75µm ( 20 200 µm) Typisk lengde 2 50 cm (20 000 500 000 µm) Microfibrillert cellulose (MFC) Cellulosefiber i papir Typisk diameter 20 60 µm Typisk lengde 2-3 mm (2000 3000 µm 10 µm Microfibrillær cellulose (MFC) Typisk MFC diameter 10 100 nm (0,01 0,1 µm) Typisk Typisk lengde diameter 2 10 3 mm 100 (2000 nm (0,01 3000 µm) 0,1 µm) Typisk lengde opp til 100µm 10 µm
BALI the holistic pretreatment process A pretreatment process that enables production of valuable products out of all three main lignocellulosic components Cellulose Hemicellulose Lignin A pretreatment process that facilitates low cost hydrolysis of cellulose Low enzyme consumption (avoid lignin inhibition) Water soluble lignins Works on any biomass, excellent on softwoods C6 Ethanol Lignocellulose Pretreatment and separation C5 Chemicals Yeast Lignin Performance chemicals
BALI process in a nutshell Mechanical biomass handling Patent granted Patents pending Chemical pretreatment lignin Chemical lignin processing cellulose Enzymatic hydrolysis BALI process sugar Fermentation Ethanol, Chemicals Yeast Chemical processing
The BALI demonstration plant Location: Borregaard Sarpsborg, Norway Flexible feedstock and process conditions Running 24/7 Fully integrated and instrumented plant Using commercial manufacturing equipment -> reduced scale-up risk 1 1,5 metric ton dry matter/day (20-100 kg/h) Ordinary operation from Jan 2013 800 m 2 total area Total NOK 135 mill investment
Fra tre til filet
Agenda Borregaard i dag (relevant til saken) Utviklingsprosjekter og planer Bio-CCS analyse av 2.gen bioetanol (LCA / CO2 analyse fra Østfoldforskning) Litt spekulasjoner og dristig tenking
Spritproduksjon ved fermentering en lyninnføring C 6 H 12 O 6 > 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2 hexoses ethanol carbon dioxide Mw: 46 44 Weight %: 51,1% 48,9% Saccharomyces cereviciae (Bakers yeast) Only fermenting hexoses (C6), not pentoses (C5) Anaerobic fermentation for production of ethanol Aerobic fermentation for production of yeast cells.
LCA/CO 2 analyse av bio-ccs fra fermentering til etanol Østfoldforskning Det analyserte systemet inkluderer tørking, komprimering og kjøling transport til Nord-vest landet med båt (scenario 1) eller bil (scenario 2) ytterligere kompresjon, rørtransport og deponering av CO2 under havbotn.
Resultater CO2 gass potensialet er -0,90 kg CO2-ekv/kg CO2 Lite energi benyttes til komprimering og transport
CCS and fermentation processes Future limit for advanced fuels in EU and US BALI BALI + CCS Sources: 1. Directive 2009/28/EC of 23 April 2009 On the promotion of the use of energy from renewable sources and. 2. Modal, I.S., 2011, Klimagasspotensialet ved komprimering, transport og lagring av biologisk CO2. Screening LCA. Confidential report by Ostfoldforskning for Borregaard.
Reduksjon av klimagasser 120 % 119 % 115 % 110 % Karbon negativt Her reduseres faktisk CO2 innholdet i atmosfæren 112 % % reduksjon av klimagass fra LCA sammenlignet med diesel eller bensin 100 % 90 % 80 % 70 % 69 % 71 % 87 % 93 % 65 % 83 % 84 % 78 % 81 % 60 % 56 % RED and RFS3 50 % 1G ethanol Wheat (Straw CHP) 1G ethanol Corn (NG CHP) 1G ethanol Sugar cane 2G ethanol Wheat straw 2G biodiesel F-T farmed wood BRG Sulfite ethanol 99,5% BRG Sulfite ethanol 95% BALI Bagasse BALI Wheat straw BALI Wood BALI Bagasse + CCS BALI Wheat straw + CCS BALI Wood + CCS Standardverdier fra Fornybardirektivet og beregninger fra Østfoldforskning
Agenda Borregaard i dag (relevant til saken) Utviklingsprosjekter og planer Bio-CCS analyse av 2.gen bioetanol (LCA / CO2 analyse fra Østfoldforskning) Litt spekulasjoner og dristig tenking
Hvor mye CO2 kan vi fange i Norge fra bioetanol? Utslipp fra veitransport i Norge, tonn CO2 ekv/år 10 mill
Estimated ethanol fuel capacity 135 mill tonn CO2 ekv CCS Source: Walter, A et al, Perspectives on fuel ethanol and trade,biomass AND Bioenergy 32 (2008) 730 748
Biodrivstoff behov ved 10 % innblanding i 2012 Antar at videre økning i veitransport kompenseres av el og motoreffektivitet 10% Drivstoff forbruket i Norge: 4.000 mill liter totalt 2.600 mill. liter autodiesel 1.400 mill. liter bensin 400 mill liter biodrivstoff 200 mill liter ved 2x telling 100 mill liter ved 4x telling 200 mill liter bioetanol tilsvarer ca. 1,5 mill fm3 trevirke Årlig forbruk Borregaard 1 mill m3 Årlig forbruk Tofte 1.9 mill m3 Årlig avvirkning i Norge 10 mill fm3 Bærekraftig avvirkning 17 mill fm3 Årlig tilvekst i Norge 25 mill fm3
Biokarbon vil bli mangelvare må benyttes til å erstatte fossile produkter der ingen andre alternativer finnes Behov for karbon Slik må biomasse karbon benyttes i fremtiden Mat Her finnes ikke grønne alternativer Materialer Kjemikalier Tungtransport Bruk biokarbonet til mat, materialer, kjemikalier og tungtransport Lett transport Her finnes grønne alternativer Stasjonær energi Varme Bruk solkraft, vannkraft, jordvarme, bølgekraft, kjernekraft osv til stasjonær energi
Erstatte bortfallet av papir med hva? Bygg - Heltrehus - Plank, limtre Høy Biomaterialer - Polymers - Composites Kjemikalier - Flavours - Monomers - Proteins - Fine chemicals - Speciality chemicals - Spesialcellulose Cellulose -Papir -Papp Verdiskapning Biodrivstoff - Bioethanol - Biodiesel - Biogas Bioenergi - Electricity/Heat - Liquid Fuels - Pellets Lav
Verdiskapning og volum VERDISKAPNINGS POTENSIALE, kr/tonn Drivstoff Kjemikalier Materialer Masse -virke Bygg Energi VOLUM POTENSIALE, tonn/år