Granskning av avancerade pyrolysprocesser med lignocellulosa som råvara – tekniska lösningar och marknadsförutsättningar

Autor: Sundberg, Elisabet
Jazyk: švédština
Rok vydání: 2017
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: När befolkningsmängden ökar och teknisk och ekonomisk utveckling sker så påverkas även energianvändningen. Detta ställer krav på att energitillförseln är säker, stabil och hållbar. I dag är det fossila bränslen som dominerar globalt sett vilket får konsekvenser för den miljö vi lever i, och dessutom är det en ändlig, ohållbar resurs. Därför behöver dessa ersättas av hållbara alternativa energikällor, vilket också är centralt för miljömål i både Sverige och i den Europeiska Unionen. Förhoppningar finns om att processer som omvandlar lignocellulosa till fasta, flytande och gasformiga drivmedel och bränslen kan bidra till omställningen från fossilt till förnybart. I detta examensarbete som utförts i samarbete med KTH och IVL Svenska Miljöinstitutet har främst en av dessa omvandlingsprocesser undersökts närmare – pyrolys. Pyrolys är en termisk process som omvandlar lignocellulosa under temperaturer mellan cirka 300-650 °C under syrefria förhållanden. Tre faser kan erhållas. En gasfas som kan kondenseras till pyrolysolja, en fast fas som benämns biokol eller kol (beroende på slutanvändning) och en okondenserbar gasfas. Utbytet av produkter och kvalitet på dessa styrs främst av: typ av råvara, typ av reaktor och av vilka processförhållanden som råder. En undersökning av olika pyrolysprocessers status på marknaden har gjorts. Graden av kommersialisering och status i nuläget och hur framtiden kan se ut för både tekniken och produkterna har uppskattats genom litteraturstudier, internetsökningar och intervjuer med utvalda företag och personer med kunskaper inom pyrolys. Rapporten visar att pyrolys inte ännu är en helt kommersiell process, men att den har möjlighet att bli det med rätt förutsättningar. Det är svårt att säga när det sker, då det förutom fortsatt teknisk utveckling, ökad kunskap kring pyrolysprocessen och resultat av demonstrationer beror på olika externa faktorer. Yttre faktorer för kommersialisering av pyrolys i Sverige har identifierats som ökad säkerhet kring politiska styrmedel och beslut kring långsiktiga sådana (osäkerhet och kortsiktiga beslut skrämmer bort investerare), vikten av att etablera en värdekedja för att säkra investeringen, och priser på fossila drivmedel och biomassa som råvara. Processer för produktion av biokol verkar dock ha hunnit längre än de för pyrolysolja och är i ett tidigt stadium av kommersialisering. Den enda tillämpningen som är fullt kommersiell idag är produktion av träkol och för detta tillämpas ofta traditionella satsvisa processer. Många möjliga användningsområden för produkterna finns där de har potential att reducera koldioxidutsläpp och bidra till en mer hållbar framtid. Standardisering och certifiering av produkter är då viktigt, samt demonstration av användning. Stabilisering och vidare förädling av pyrolysoljan är en annan viktig faktor för kommersialisering. Ännu verkar processer för katalytisk uppgradering inte vara tillräckligt tekniskt eller ekonomiskt utvecklade för att ge en konkurrenskraftig produkt, men forskning pågår kring detta. Integrering av processen ser ut att kunna öka energieffektiviteten, samt bidra till minskade produktionskostnader.
The population growth as well as a rapid technical and economic development globally affects the energy consumption. This requires a secure, stable and sustainable supply of energy. Today fossil fuels dominate globally and this results in environmental problems. Fossil fuels are also a finite, unsustainable resource. Thus, there is a need to replace fossil fuels with sustainable alternative sources of energy. This is also central for environmental goals both in Sweden and in the European Union. There are expectations that processes for the conversion of lignocellulosic biomass to solid, liquid and gaseous fuels can contribute to a transition from fossil to renewable fuels. In this thesis, carried out in collaboration between KTH and IVL Swedish Environmental Research Institute, one of the conversion processes is investigated in detail – pyrolysis. Pyrolysis is a thermal process that converts lignocellulose under anaerobic conditions at temperatures between about 300-650°C. Three phases can be obtained as products. A volatile which can be condensed into pyrolysis oil, a solid which may be termed biochar or charcoal depending on the end use, and a gas phase. The yield and the quality of the products is dependent upon the type of raw material, the type of reactor and the process conditions. An examination of the status of different pyrolysis processes on or on the way to the market has been made. The current degree of commercialization and what the future may look like for both the technology and the products have been assessed through literature studies, internet searches, and interviews with selected companies and individuals with expertise in pyrolysis. This report reveals that continuous pyrolysis is not yet a fully commercial process, but that it has the opportunity to reach commercialization during the right conditions. It is difficult to say when it occurs, due to various external factors, continued technical development, increased knowledge of the pyrolysis process and results of the current demonstrations. In this report, several critical factors for the commercialization of pyrolysis in Sweden have been identified, e.g. increased stability for policy instruments and that will limit the risk for investments (uncertainty and short-term decisions frightens investors) and the establishment of a value chain for the products, i.e. a stable market. Prices on fossil fuels and biomass feedstock are also important factors. Processes for the production of biochar is in the early stages of commercialization, and seem to have reached further in their development than processes for pyrolysis oil. The only fully commercial application of pyrolysis today is the production of charcoal that commonly is performed in traditional batch-wise processes. There are many possible uses for the products in which they have the potential to reduce carbon emissions and contribute to a more sustainable future. Standardization and certification of products is important, and demonstration of the use. Stabilization and further upgrading of pyrolysis oil is another important factor for commercialization. It seems like processes for catalytic upgrading are not yet sufficiently technically or financially developed to be able to provide a competitive product. Research and development in this area are ongoing. Integration of the process with incumbent industrial processes seems to be able to offer increased energy efficiency and reduced production costs.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: