Download to read offline
Uploaded byIlkka Hannula
LECTIO PRAECURSORIA
VÄITÖSTIEDOTE 12.10.2015: Uusiutuvien polttoaineiden valmistus metsätähteistä edullisin vaihtoehto Suomen olosuhteissa Diplomi-insinööri, erikoistutkija Ilkka Hannula VTT:ltä on väitöstutkimuksessaan vertaillut uusiutuvien liikennepolttoaineiden valmistamiseen soveltuvien teknologioiden kannattavuutta. Metsätähteistä valmistetut polttoaineet osoittautuivat Suomen olosuhteissa edullisimmaksi vaihtoehdoksi. Biomassaa tai sähköenergiaa hyödyntävien prosessien teknistaloudellista suoristuskykyä vertailtiin nyt ensimmäistä kertaa. Tutkimuksen lähtökohtana oli biomassan kaasutukseen perustuva prosessi, jota vertailtiin vaihtoehtoon, jossa polttoaineita valmistetaan hiilidioksidista ja vedestä sähköenergian avulla. Tämän lisäksi väitöstyössä kehitettiin Suomen oloihin räätälöity hybridiprosessi, joka yhdistelee piirteitä edellä mainituista tekniikoista. Uusiutuville liikennepolttoaineille laskettiin seuraavat, bensiinilitran energiasisältöä (Lb-ekv.) vastaavat tuotantokustannusarviot: metaani 0,6–1,2 €/Lb-ekv., metanoli 0,7–1,3 €/Lb-ekv. ja bensiini 0,7–1,5 €/Lb-ekv. Vaihteluvälin alhaisimmat kustannukset saavutettiin kaasutukseen perustuvalla prosessilla, toiseksi alimmat hybridiprosessilla ja korkeimmat sähköenergiaan perustuvalla prosessilla. Metaanin ja metanolin hinnat eivät sisällä jakelun ja loppukäytön aiheuttamia lisäkustannuksia, kun taas bensiinin käytössä voidaan hyödyntää olemassa olevaa jakeluverkkoa ja kalustoa. Tutkimuksessa havaittiin myös, että samasta määrästä metsätähdettä pystytään tuottamaan merkittävästi enemmän biopolttoainetta, mikäli prosessiin syötetään lisää vetyä ulkopuolisesta lähteestä. Lisävety voidaan tuottaa esimerkiksi uusiutuvasta sähköstä veden elektrolyysin avulla. Jotta tämä olisi taloudellisesti kannattavaa, pitäisi uusiutuvan sähkön hinnan olla alle 20 €/MWh, eli merkittävästi nykyistä hintatasoa alhaisempi. Väitöstutkimuksessa tarkastellut uusiutuvat polttoaineet ovat kalliimpia kuin öljypohjaisen bensiinin veroton hinta (~0,5 €/l). Uusiutuvien polttoaineiden ja sähkön käyttöä liikenteessä tulee kuitenkin lisätä, jotta Euroopan vuodelle 2030 asettamat 40 %:n päästövähennystavoitteet voidaan saavuttaa. Tämä edellyttää pitkäkestoisia edistämistoimia, joihin lukeutuu merkittävä panostus tutkimukseen, mutta erityisesti toimet, jotka nopeuttavat demonstraatiolaitosten rakentamista. Diplomi-insinööri Ilkka Hannula väittelee 16.10.2015 klo 12 (Sali 216, Otakaari 4, Espoo) Aalto-yliopiston energiatekniikan laitoksella aiheenaan ”Synthetic fuels and light olefins from biomass residues, carbon dioxide and electricity: Performance and cost analysis”. Väitöskirja verkossa: http://www.vtt.fi/inf/pdf/science/2015/S107.pdf Lisätietoja: Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy Ilkka Hannula, erikoistutkija ilkka.hannula@vtt.fi, puh. 020 722 6370
LECTIO PRAECURSORIA
- 1. TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VTTOY LECTIO PRAECURSORIA Synteettisiä polttoaineita ja olefiineja metsätähteistä, hiilidioksidista ja sähköstä Teknistaloudellinen tarkastelu Ilkka Hannula pe 16. lokakuuta 2015, kello 12 Sali K216, Aalto-yliopisto, Energiatekniikan laitos
- 2. 218.10.2015 2Lähteet: LeQuére ym. 2013; CDIAC Data; NOAA/ESRL Data; Global Carbon Project 2013.
- 3. 318.10.2015 3 Esiteollinen 280ppm 400ppm 425～440ppm Nykyhetki Vaarallinentaso Globaali hiilen kierron hallinta Ihmisperäiset päästöt 9,4 GtC/v Nielut 5,2 GtC/v Teollistuminen Ilmakehän CO2 Meret 2,6 Maat 2,6 2ppm/v 2,4-2,8℃ nousu vrt. esiteoll. Lähteet: Nishioka, NIES, Japani, Le Quére ym. 2013 Kuinka pintaa säädellään?
- 4. 4Lähde: World ResourcesInstitute
- 5. 5Lähde: World ResourcesInstitute Väitös- tutkimuksen kohde
- 6. 618.10.2015 6 Väitöstutkimuksessa käsiteltyjäkysymyksiä Millä hyötysuhteella uusiutuvia polttoaineita voidaan tuottaa? Mitä uusiutuvien polttoaineiden tuottaminen maksaa? Mitä polttoainetta voidaan tuottaa edullisimmin? Miten eri raaka-ainevaihtoehdot eroavat toisistaan hyötysuhteen ja kustannusten kannalta? Mitkä ovat biopolttoaineiden tuotantoprosessin parannusmahdollisuudet (hyötysuhde / kustannukset)? Miten uusiutuvien polttoaineiden tuottaminen vertautuu uusiutuvien muovien tuottamiseen hyötysuhteen ja kustannusten kannalta?
- 7. 718.10.2015 7 Väitöstutkimuksessa käsiteltyjäkysymyksiä Millä hyötysuhteella uusiutuvia polttoaineita voidaan tuottaa? Mitä uusiutuvien polttoaineiden tuottaminen maksaa? Mitä polttoainetta voidaan tuottaa edullisimmin? Miten eri raaka-ainevaihtoehdot eroavat toisistaan hyötysuhteen ja kustannusten kannalta? Mitkä ovat biopolttoaineiden tuotantoprosessin parannusmahdollisuudet (hyötysuhde / kustannukset)? Miten uusiutuvien polttoaineiden tuottaminen vertautuu uusiutuvien muovien tuottamiseen hyötysuhteen ja kustannusten kannalta?
- 8. 818.10.2015 8 Biomassasta toisensukupolven biopolttoaineita Esikäsittely ja hydrolyysi Fermentointi Väkevöinti Etanoli ja muut alkoholit lipidit diesel, kerosiini BIOTEKNIIKKA Terminen tai katalyyttinen nopea pyrolyysi Tuotteen jalostus Bensiini, diesel, kerosiini NOPEA PYROLYYSI Kaasutus Kaasun puhdistus Nestemäiset hiilivedyt Metanoli, DME bensiini, diesel, kerosiini Vety SNGMetanointi PSA KAASUTUS
- 9.
- 10.
- 11.
- 12. 12 hiili vety happi typpi rikki tuhka hiili vety typpi happi rikki tuhka Prosessi Synteettistenbiopolttoaineiden valmistus
- 13. 1318.10.2015 13 Lähde: GravesC, Ebbesen SD, Mogensen M, Lackner KS. Sustainable hydrocarbon fuels by recycling CO2 and H2O with renewable or nuclear energy. Renew Sustain Energy Rev 2011;15(1):1e23. hiilivety Prosessi Hiilineutraalit biopolttoaineet
- 14. 1418.10.2015 14*Oletettu: 6GJ/bbl, 14 $/bbl jalostusmarginaali ja 1.0 €/$ vaihtokurssi
- 15. 1518.10.2015 15 Lähteet: BPStatistical Review of World Energy (2015 ) ja EIA Short-term Energy Outlook (heinäkuu 2015)
- 16. 1618.10.2015 16 Bensiinin veroton hinta* kun öljymaksaa: $100/bbl $50/bbl *Oletettu: 6 GJ/bbl, 14 $/bbl jalostusmarginaali ja 1.0 €/$ vaihtokurssi
- 17. 1718.10.2015 17*Oletettu: 6GJ/bbl, 14 $/bbl jalostusmarginaali ja 1.0 €/$ vaihtokurssi Jakeluun ja ajoneuvoihin liittyvät lisäkustannukset eivät mukana tuotantokustannuksissa ? ?
- 18. 1818.10.2015 18 *Lähde: Wasted- Europe’s untapped resource , http://europeanclimate.org/wp-content/uploads/2014/02/WASTED-final.pdf Kestävien jätteiden ja tähteiden saatavuus EU:ssa vuonna 2030* “Jos kaikki EU:n alueella kestävästi saatavilla olevat jätteet ja tähteet käytettäisiin vain biopolttoaineiden valmistamiseen, voitaisiin niillä tuottaa 16 % liikenne- polttoaineen tarpeesta vuonna 2030 (tekninen potentiaali).”
- 19. 1918.10.2015 19 Aurinkoenergian potentiaaliylittää tarpeen moninkertaisesti Maapallolle yhdessä tunnissa saapuvan auringonvalon energiasisältö (4.3 × 1020 J) on suurempi kuin ihmiskunnan vuosittainen energian kulutus (4.1 × 1020 J). Auringonvalosta voitaisiin tuottaa tarvittava 15 TW uusiutuvaa sähköä 10 % hyötysuhteella toimivilla aurinkokennoilla, jotka peittäisivät 0.17% maapallon pinta-alasta Tämä vastaa suunnilleen 2,5 kertaisesti Suomen pinta-alaa.
- 20. 20 Hiilidioksidi ja vesi polttoaineidenraaka- aineena
- 21.
- 22.
- 23.
- 24.
- 25. 2518.10.2015 25 Bensiinin veroton hinta* kun öljymaksaa: $100/bbl $50/bbl *Oletettu: 6 GJ/bbl, 14 $/bbl jalostusmarginaali ja 1.0 €/$ vaihtokurssi
- 26.
- 27.
- 28.
- 29.
- 30.
- 31. 3118.10.2015 31 Bensiinin veroton hinta* kun öljymaksaa: $100/bbl $50/bbl
- 32. 3218.10.2015 32 Kommentteja Biopolttoaineidenkannattavuusraja noin 100 – 130 $/bbl. Metaani halvinta ja metanoli toiseksi halvinta tuottaa, bensiini kalleinta. Jakelun ja käytön kustannuksia ei kuitenkaan huomioitu. Kansantalouden näkökulmasta kannattavuudelle eri kriteerit. Öljytuonnin arvo vuodessa 4 – 8 mrd. euroa. Sähköpolttoaineet nykyoloissa merkittävästi kalliimpia Uusiutuvan sähkön tuotantokustannukset nopeassa laskussa, sähköpolttoaineet kilpailukykyisiä biopolttoaineiden kanssa sähkön hinnan alittaessa 20 €/MWh (2 c/kWh). Siirtyminen hiilineutraaleihin polttoaineisiin edellyttää pitkäkestoisia edistystoimia, jotta kustannuksia voidaan edelleen alentaa. Näihin lukeutuu merkittävä panostus tutkimukseen, mutta erityisesti toimet, jotka nopeuttavat demonstraatiolaitosten rakentamista.