Gasification and FT-Synthesis of Lignocellulosic Feedstocks

Målet med GAFT prosjektet er å finne de beste tekniske løsningene, samt legge til rette for en hurtig igangsetting av lokalt biodrivstoff produksjon i Norge. Utfordringen er å få til en prosess som er økonomisk mulig å implementere under Norske forhold som samtidig utnytter muligheten for integrasjon med eksisterende anlegg. Dette skal bidra til at Norsk industri vil være i stand til å erstatte deler av det fossile drivstoffet som i dag forbrukes på transport, med et miljøvennlig og bærekraftig alternativ. Det er satt søkelys på fremstilling av to spesifikke produkter, "jet-fuel" for flytransport og bio-diesel som et alternativt drivstoff for tungtransport. En miks av tilgjengelig biomasseressurser er brukt under fremstillingen av overnevnte produkter. Prosjektet har hatt høyt fokus på bruk av lav-verdi biomasse som er lett tilgjengelig i Norge sammen med høy-verdi produkter. To nøkkelvalg er gjort i forhold til prosessutformingen: (1) Størrelsen på anlegg er begrenset til medium skala (100-500 MW), noe som bidrar til realistiske transport kostnader (2) Prosessen i sin helhet er optimalisert og tenkes utgjort av tre separate del-prosesser: a. Et desentralisert forbehandlingstrinn som benytter torrefisering for å få til et homogent produkt som kan transporteres rimeligere b. Et sentralisert anlegg for gassifisering og FT-prosess c. Bruk av eksisterende raffinerianlegg for videre oppgradering av FT-produktene Vi har arrangert flere arbeidsmøter sammen med industripartnere, blant annet for å identifisere politiske føringer og andre kritiske parametere som har en innflytelse på prosessøkonomi. Basert på dette, utviklet vi prosessmodeller som er i stand til å anslå kostnader, energibalanse og utslipp på verdikjeder som er relevante for norske forhold. IEA Bioenergy, Task 33 Gasification of Biomass and Waste ble invitert til Trondheim der vi arrangerte et felles arbeidsmøte på gassifisering for produksjon av fly biodrivstoff som tema. Arbeidet med termiske forbehandlingsmetoder og blanding av norske biomasse ressurser for problemfri konvertering til gass har vist gode resultater. Det har også blitt gjennomført testing av en rekke katalysator typer for FT-syntesen der et par lovende katalysatorer vil ble valgt for videre undersøkelser. Et arbeidsmøte ble arrangert I 2017 med den hensikt å: a) skaffe industrien kunnskap om de metodene som brukes for estimering av produksjonspriser til biooljen og b) skaffe input fra industrien for å forbedre de teknoøkonomiske modellene som benyttes i prosjektet. Produksjonskostnader for biooljen ble estimert til 18 - 22 $/GJ for en anleggsstørrelse på 150 - 600 MW. Estimatet er basert på co-prosessering av biomasse og biorestfraksjon etter anaerob nedbryting av slam hvor mottaksgebyret (gate-fee) for slam er satt til 50 $/ton. Resultatene fra dette arbeidet har blitt publisert i tidsskriftet Energy & Fuel. I 2017 ble et styringskomitemøte arrangert på Follum med Viken Skog som vert. Møtet ble holdt over 2 dager der det ble arrangert en workshop for resultats formidling den første dagen. Dagen etter, hadde vi Norges Forskningsråd på besøk der vi gikk gjennom en midtveisevaluering på prosjektet. Trond Værnes var tilstede fra NFR. I 2018 ble avholdt 2 møter med industrien, 8. juni i Oslo lufthavn (Radisson Blu), mens det andre møtet ble avholdt i Trondheim 28. og 29. november. En siste workshop ble arrangert 28. november hvor de siste prosjektresultatene ble formidlet. Resultatene inneholdte blant annet en sensitivitetsanalyse basert på endring av spesifikke parametere i.e. biomasse tilgjengelighet og kostnad, fuktighetsinnhold, avstand til anlegg, transport kostnader og mange flere andre variabler. Konklusjonen var som følge: a. Biodrivstoff prisen er sterkt avhengig av prisen og tilgjengeligheten på biomassen b. Desentralisering av forbehandlingsanlegg basert på torrifisering gir økte kostnader c. Utnyttelse av gassen fra torrifisering i gassifiseringsanlegget gir gode økonomiske gevinster d. Samprosessering av biomasse og slam gir en økonomisk fordel for en "gate fee" pris på over 50 $/ton e. Oppgradering av FT-produkter i eksisterende raffinerier gir en kostnadsreduksjon på 10-15 % Prosjektet ble avsluttet I juni, 2019. Tiden har blitt brukt til å gjennomføre en forsinket eksperimentell aktivitet knyttet til gassifisering. Forsøkene har nå blitt gjennomført og det skrives en vitenskapelig artikkel basert som vil bli ferdigstilt innen utgangen av 2019. Det er også planlagt en gjennomføring av en kampanje, samt en ekstra artikkel I 2020.

Prosjektet har jobbet med å fremskynde teknologi for produksjon av flytende biodrivstoff, fremstilt av råstoff og gjennom utnyttelse av arealer som ikke kan utnyttes til produksjon av mat eller dyrefor. Prosjektet har bidratt til en betydelig kompetanseutvikling i hele verdikjeden fra ressursinnhøsting til biodrivstoff produksjon. Det er også jobbet med konvertering av sidestrømmer som næringslivet er meget opptatt av, f.eks. reststrømmer fra anaerob nedbrytning av organisk avfall. Disse har fått mye fokus spesielt med tanke på mikroplast innholdet. Dette arbeidet gir industri som sliter med omdisponering av slike sidestrømmer kunnskap om konvertering til en syngass. Det er også utviklet beregningsmodeller for prediksjon av biodrivstoff pris for den valgte prosesskjeden. Gjennomført sensitivitetsanalyse gir en pekepinn på politiske føringer som må til for å få realisert anlegg for biodrivstoff produksjon som er konkurransedyktige i forhold til eksisterende fossilbaserte løsninger.

GAFT aims at accelerating implementation of liquid biofuels production in the Norwegian market through studying and developing reliable and more cost efficient technologies that will open for the replacement of fossil fuels with a sustainable alternative. Two specific markets will be targeted, bio-jetfuel for the aviation sector and bio-diesel for the heavy road transport sector. The project will facilitate technological advancement in entrained flow gasification as well as the Fischer-Tropsch synthetic process. The project will aim at utilizing a diverse range of available fuels, from relatively clean wood chips to low-grade forestry and agricultural residues which besides being more economical, will be available in substantial amounts. Substantial efforts will be concentrated on addressing some of the main technical challenges and on optimizing the overall process economy through increased energy efficiency over the entire value chain. This will be attained by carefully looking into the needs of the Norwegian market. Two key areas have been identified as necessary for a successful implementation: (1) Technology development for a medium scale plant (100-500 MW) which is considered more suited for Norwegian conditions. (2) The division of the overall process into three separate units consisting of (a) Decentralised feedstock pre-treatment sites using torrefaction. (b) Centralised gasification and FT for bio-crude production. (c) The use of existing refineries for further upgrade of the bio-crude into transport fuels. In addition, integration of the gasification/FT installation with concrete cases such as Tofte and Follum for optimal and flexible energy utilisation will be evaluated through a techno economic assessment. GAFT builds on the experience accumulated through the previous competence building GasBio project.