Utvikling av bioraffineri fra dampeksplosjon (ArbaBioRaf)

Ideen med prosjektet er å utvikle et nytt bioraffinerikonsept som bruker avfallsstrømmer fra pelletsproduksjonen til å produsere viktige, grønne biokjemikalier. Prosjektet har utarbeidet kvantitative analyser for furfural og HMF mf. som bidrar til å kunne optimalisere bioraffineriet med hensyn til utbytte av kjemikalier. Måleusikkerhet er innenfor akseptable grenser. Analysene kombineres med kvalitative analyser, som sammen danner et solid grunnlag for videre beslutninger. Det har blitt utført forsøk på lab og i pilot-lab-skala med ulike prosessbetingelser. Kvalitative føringer kan trekkes fra disse forsøkene, men da det er relativ stor forskjell fra fullskala-testing gjenstår det å se om det er kvantitative sammenhenger. Så snart fullskala-testing lar seg gjennomføre vil dette bli iverksatt. Samtidig er det utført vaskeforsøk, der andre grønne kjemikalier forsøkes utvunnet. Forsøkene så langt anses vellykkete. Analyser er gjennomført på både fast stoff, kondensater, filtrater og vaskevann. Enkle matematiske modeller er utarbeidet, og det er påbegynt mer avanserte modelleringer. En god modell er avhengig av god input, og på grunn av relative forskjeller mellom pilot-lab-skala og fullskala er modellen avhengig av resultater fra fullskala-testing som foreløpig ikke foreligger. Det er i tillegg forsket på ukjente utfordringer som har oppstått i fullskala-anlegget, bl.a. dannelsen av et fast stoff som hittil påvirker prosessen negativt. Det synes å være en sammenheng med enkelte prosessparametere, men noen rotårsak foreligger foreløpig ikke. Prosjektet i sin helhet har blitt påvirket av pandemien, både av hensyn til tilgjengelig lab-tid, men også reising og samarbeid mellom de ulike partene i prosjektet. Ikke minst har pandemien påvirket fullskala-testing da ferdigstillelse og commissioning av anlegget har blitt utsatt. Dette medførte noe forsinkelse i prosjektet, og utsettelse av prosjektavslutningen. Noe av ønsket aktivitet må følges opp etter prosjektavslutningen.

The new Arbaflame process is operating continuously, producing brown biofuel pellets and furfural in a novel process. In addition to furfural, the condensate and the aqueous phase contains other biomass-based chemicals like methanol, acetone, diacetyl, 5-hydroxymethylfurfural and various sugars. The content of these compounds has been quantified. 5-hydroxymethylfurfural is regarded as a valuable platform chemical for development of renewable materials and may constitute an additional revenue stream for the mill, and basic data required for designing a process for production of 5-hydroxymethylfurfural have been generated. Methanol and acetone are produced in sufficient purity to be used as an onsite biofuel, and less volatile compounds like acetate is digested to form biogas which also is used as an onsite biofuel. There has been a significant improvement in the control of pellet quality, increasing their competitiveness as an alternative to coal.

The goal with this project is to develop a completely new biorefinery concept. The concept incorporates the production of valuable bio-based chemicals in the established Arbaflame pellet production process. In the last years, growing environmental concerns have contributed to an increased attention to efficient resource use, and promoted the shift towards a wider use of renewable resources. In line with this trend, Arbaflame AS has developed a process for the production of steam exploded pellets. These pellets share many of the properties of coal and have been specifically developed to replace fossil fuel in coal-fired power plants to help the green shift. In the production process of steam exploded pellets, several highly valuable chemicals are produced as by-products, but they currently remain un-recovered in the condensate stream or in the residual moisture in the pellet. Among these chemicals, furfural and HMF not only have a high market value, but they have also been appointed as promising bio-based platform chemicals, which represent a valid alternative to chemicals from fossil resources. Moreover, methanol, acetone and acetic acid, if recovered, can directly replace their fossil-derived equivalent. Thus, these by-product represent a significant untapped economic potential, which could be taken advantage of if these chemicals were recovered and added to the Arbaflame product portfolio. In addition, the recovery of these bio-based chemicals can help the transition to the 2050 low-carbon economy envisioned by the EU climate strategy. By integrating the chemical extraction process into the pellet production chain, this new concept will use both residual material streams and waste energy streams as useful inputs for the biorefinery extraction processes.