Avancerede biobrændstoffer kan produceres ekstremt effektivt

En chance for at skifte til vedvarende energikilder, elektricitet og brændstof, samtidig med at det giver nye muligheder for flere industrier til at producere et stort antal vedvarende produkter. Sådan lyder dommen fra forskere fra Chalmers University of Technology, Sverige, hvem nu, efter 10 års energiforskning i forgasning af biomasse, se en række nye teknologiske præstationer.

"Potentialet er enormt! Brug kun de allerede eksisterende svenske energianlæg, vi kunne producere vedvarende brændstoffer svarende til 10 procent af verdens flybrændstof, hvis en sådan konvertering blev fuldt ud implementeret, siger Henrik Thunman, Professor i energiteknologi på Chalmers.

Hvordan man implementerer en omstilling fra fossile brændstoffer til vedvarende energikilder er et vanskeligt problem for mange industrier. For tunge industrier, såsom olieraffinaderier, eller papir- og papirmasseindustrien, det er især presserende at begynde at flytte, fordi investeringscyklusser er så lange. På samme tid, det er vigtigt at få investeringen korrekt, fordi du kan blive tvunget til at udskifte kedler eller faciliteter på forhånd, hvilket betyder store økonomiske omkostninger. Takket være den langsigtede strategiske indsats, forskere ved Sveriges Chalmers University of Technology har nu banet vejen for radikale ændringer, som kan anvendes på nye installationer, samt implementeres på tusinder af eksisterende fabrikker rundt om i verden.

Den præsenterede løsning indebærer udbredt forgasning af biomasse. Denne teknologi i sig selv er ikke ny. Groft forklaret, hvad der sker er, at ved høje temperaturer, biomasse omdannes til en gas. Denne gas kan derefter raffineres til slutprodukter, der i øjeblikket er fremstillet af olie og naturgas. Chalmers-forskerne har vist, at et muligt slutprodukt er biogas, der kan erstatte naturgas i eksisterende gasnet.

Tidligere har udviklingen af ​​forgasningsteknologi er blevet hæmmet af store problemer med, at tjære frigives fra biomassen, som forstyrrer processen på flere måder. Nu, forskerne fra Chalmers 'division af energiteknologi har vist, at de kan forbedre kvaliteten af ​​biogassen gennem kemiske processer, og tjæren kan også håndteres på helt nye måder. (Se animation og billede nedenfor.) Dette, i kombination med en parallel udvikling af varmevekslingsmaterialer, giver helt nye muligheder for at konvertere fjernvarmekedler til biomasse forgassere.

"Det, der gør denne teknologi så attraktiv for flere industrier, er, at det vil være muligt at ændre eksisterende kedler, som derefter kan supplere varme- og kraftproduktion med produktion af fossilfrie brændstoffer og kemikalier. ", siger Martin Seemann, Lektor i energiteknologi på Chalmers.

"Vi ombyggede vores eget forskningsfyr på denne måde i 2007, og nu har vi mere end 200 årsværk forskning til at bakke os op om, "siger professor Henrik Thunman." Kombineret med lektioner i industriel skala, der er lært ved demonstrationsprojektet GoBiGas (Gothenburg Biomass Gasification), lanceret i 2014, det er nu muligt for os at sige, at teknologien er klar til verden. "

De anlæg, der kan konverteres til forgasning, er kraft- og fjernvarmeværker, papir- og papirmøller, savværker, olieraffinaderier og petrokemiske anlæg.

"De tekniske løsninger udviklet af Chalmers -forskerne er derfor relevante på tværs af flere industrielle områder", siger Klara Helstad, Leder af enheden for bæredygtig industri hos det svenske energistyrelse. "Chalmers kompetence og forskningsinfrastruktur har spillet og afgørende rolle for demonstration af avancerede biobrændstoffer inden for GoBiGas-projektet."

Det svenske energistyrelse har finansieret energiforskning og infrastruktur på Chalmers i mange år.

Hvor meget af dette teknologiske potentiale, der kan realiseres, afhænger af de økonomiske forhold i de kommende år, og hvordan det vil påvirke industri- og energisektorernes vilje til at konvertere. Tilgængeligheden af ​​biomasse er også en afgørende faktor. Biomasse er en vedvarende ressource, men kun hvis vi ikke nedbryder betingelserne for dets biologiske produktion. Der er derfor en grænse for det samlede biomasseudbytte.

Potentiale for fossilfrie brændstoffer via forgasning, ved ændring af eksisterende anlæg

• De faciliteter, der kan ændres, har en type forbrændingskedel kaldet en fluidiseret seng. Det er den mest almindelige teknologi i svenske kraft- og fjernvarmeværker, og er også almindelig i mange papir- og massemøller og savværker. I alt, over 100 fabrikker i Sverige har kedler med fluidiseret bed.
• Hvis alle disse anlæg blev modificeret til biomasse forgassere, de ville kunne producere 346 TWh biogas (metan) om året, givet tilstrækkelig tilgængelighed af biomasse. Det svarer til cirka en procent af verdens samlede naturgasforbrug i 2013.
• Alternativt kan værkerne kunne producere 278 TWh luftfartsbrændstof om året, equivalent to approximately 10 percent of the world's total aviation fuel consumption in 2014.
• The biomass consumption in the above scenarios exceeds the production estimates of the Swedish agriculture and forestry industry, so a major conversion to biomass gasification would probably require a mixture of domestic and imported biomass.
• Globalt set there are thousands of plants that have fluidised bed combustion, and could therefore be modified to biomass gasification.

Chemicals, materials and electrical fuels as end-products

• The technology is very flexible when it comes to end-products. Gasification of biomass produces syngas—a mixture of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide—which can then be converted to a variety of hydrocarbons. In addition to biogas and aviation fuel, you can, for eksempel, produce methanol, gasoline and diesel.
• In addition to power and district heating plants and paper-, pulp- and sawmills, the conversion could also include oil refineries and petrochemical plants. The gasification process could provide renewable hydrocarbons that can replace oil in the production of fuels, chemicals and materials. But also, it offers the possibility of supplementing their operations with their own combustion of biomass.
• The technology can also be used to produce electro fuels. These are synthetic vehicle fuels that are produced with carbon dioxide captured from biomass combustion, el og vand. In a future energy system, with a high proportion of electricity from solar cells and wind power, it could be a method of utilising electricity during surplus periods. An installation can be designed to switch between the production of electric fuel and other fuel, depending on the current electricity price.
• With sufficient access to biomass, the expanded production could coexist with existing production in the facilities, and provide an increased degree of utilisation for today's infrastructure.

The availability of sustainably produced biomass

There are differences in opinion over how much biomass can be produced in a sustainable way.

"My assessment is that biomass can make a significant contribution to the energy supply. But it is not enough to provide for all the applications that currently require fossil fuels, " says Göran Berndes, Professor of Biomass and Land use at Chalmers. "In this perspective, the conversion to gasification is very interesting, as it enables biomass to be used very efficiently to meet several different needs in society."

Göran Berndes continues, "regardless of how biomass is used in the end, it is important to ensure that it comes from sustainable forestry and agriculture. Love, regulations and market-based sustainability certification schemes provide better conditions for sustainable production, but countries and individual actors differ in terms of sustainability priorities. It is therefore likely that the changeover to renewability will still be characterised by a debate regarding the sustainability of different solutions."