Greenhouse gas emissions of methanol from co-gasification of black liquor with by-product biomass

Research output: Book/ReportReport

Abstract

En hållbar omställning av transportsystemet kan komma att kräva olika typer av bränslen, tekniker och infrastrukturförändringar, och som ett möjligt alternativ finns biodrivmedel. En potentiell resurs för biodrivmedelsproduktion i Sverige är svartlut, en ligninrik biprodukt från pappers- och massaindustrin, som kan förgasas och omvandlas till metanol. Mängden svartlut som finns tillgänglig begränsas av massaproduktionen men ett sätt att utöka potentialen för biodrivmedelsproduktion kan vara att blanda svartlut med andra typer av biomassabiprodukter i samförgasning, och på så sätt utöka råvarubasen för förgasning samtidigt som en potentiellt effektiv omvandlingsprocess för biprodukter till biodrivmedel görs möjlig. Därmed kan fördelarna med samförgasning vara dubbla.

Utav biomassabiprodukter som möjligen skulle kunna användas i samförgasning med svartlut utreds här tre alternativ:
i) pyrolysvätska gjord av grot,
ii) råglycerol från RME-produktion,
iii) fasta fermenteringsrester från cellulosabaserad etanolframställning.
Möjligheten att producera hållbart biodrivmedel från dessa resurser och samförgasningssystem kräver dock att ytterligare aspekter, däribland miljömässiga, beaktas. Syftet med denna studie är därför att utvärdera växthusgasutsläppen av bränslen från samförgasning av svartlut med biomassabiprodukter, såväl som mängden bränsle som dessa system kan producera. För att underlätta tolkning av resultaten jämförs dessutom varje samförgasningsscenario med ett referensscenario där alternativ hantering av både svartlut och biomassabiprodukt (i-iii) sker. För varje typ av biomassaprodukt utreds ett låginblandnings- och ett höginblandningsfall, samt produktion av två olika typer av metanolbränsle.

Växthusgasutsläppen från samförgasning av svartlut med i) pyrolysvätska, ii) råglycerol och iii) fermenteringsrester utreddes med två livscykelbaserade beräkningssätt, dels utifrån kriterierna i EU:s förnybarhetsdirektiv och dels utifrån ISO-standarderna för livscykelanalys. För referensscenarier antogs den alternativa hanteringen vara förgasning av svartlut, direktförgasning av grot, rötning (anaerobisk nedbrytning) av råglycerol och förbränning med elproduktion för fermenteringsrester.

Resultaten skiljer sig mellan de olika samförgasningssystemen både vad gäller växthusgasutsläpp och bränsleproduktion. För grot medför det adderade konverteringssteget i form av pyrolys, som är nödvändigt för samförgasning med svartlut, en förlust som inte kan kompenseras för av förgasningens omvandlingseffektivitet. Således produceras mer metanol i referensscenariot. Vad gäller växthusgasutsläpp ger samförgasnings- och referensscenarierna i liknande resultat, om än något lägre utsläpp för referensscenariot i höginblandningsfallen. För glycerol produceras liknande mängder drivmedel i samförgasnings- och referensscenarierna men med något lägre växthusgasutsläpp i samförgasningsscenarierna på grund av metanläckage från rötningsprocesserna. För fermenteringsrester resulterar den låga omvandlingseffektiviteten i elproduktionen till ett energimässigt lägre utbyte, men också med svårigheten att jämföra metanol och elektricitet. Växthusgasutsläppen är i grova drag jämförbara mellan samförgasnings- och referensscenarierna även om jämförelsen mellan systemen påverkas av valet av beräkningsmetod (RED eller ISO). Generellt ger ISO-metoden högre växthusgasutsläpp vilket förklaras av att fler processer inkluderas i beräkningarna. För samtliga studerade system visar beräkningar av växthusgasutsläpp enligt RED att alla fall och scenarier uppfyller det nuvarande kravet på 60 % utsläppsreduktion jämfört med en referens för fossilbaserat bränsle.

Med resultaten följer en rad osäkerhetsaspekter, inte minst vad gäller tillgänglighet till och marknader för biomassabiprodukter, och även vad gäller utvecklingen av det svenska energisystemet i stort. För det första baseras de modellerade systemen på den tekniska möjligheten att blanda biproduktbiomassa med svartlut för samförgasning och metanolproduktion i en framtida, storskalig, integrerad massa- och biodrivmedelsanläggning. Framtida tillgänglighet till råvarorna har därmed inte beaktats explicit i denna rapport. För det andra bidrar elanvändning till en betydande del av växthusgasutsläppen för samtliga studerade samförgasningssystem och utvecklingen av det nordiska elsystemet påverkar på så vis resultaten. Andra viktiga parametrar att nämna i samband med osäkerhet och växthusgasutsläpp är klimatpåverkan från förändringar i skogsmarkens kollager till följd av grotuttag, som illustreras här med ISO-beräkningar, och den antagna alternativa användningen av biomassabiprodukter.

Denna studie visar att samförgasning av svartlut med en utökad råvarubas skulle kunna omvandla biomassa till biodrivmedel med en effektivitet och klimatprestanda som är jämförbar med alternativ hantering av biomassaresurserna. Därmed kan de undersökta biomassabiprodukterna utöka råvarubasen för metanolproduktion genom samförgasning med svartlut, men samförgasningen verkar inte ge några fördelar i termer av effektivitet och växthusgasutsläpp jämfört med andra möjliga tekniker som skulle kunna omvandla biprodukterna till biobränsle. På grund av nämnda osäkerhetsaspekter bör resultaten dock tolkas med försiktighet. Ytterligare utförliga studier med specifika data för varje enskilt fall skulle behövas för att adressera några av osäkerheterna och dra vidare slutsatser.

Details

Authors
Organisations
Research areas and keywords

Subject classification (UKÄ) – MANDATORY

  • Renewable Bioenergy Research
  • Energy Systems
  • Other Environmental Engineering
Original languageEnglish
Place of PublicationLund, Sweden
PublisherMiljö- och energisystem, LTH, Lunds universitet
Number of pages34
VolumeReport 107
ISBN (Print)978-91-86961-33-6
StatePublished - 2018 Mar 21

Total downloads

No data available

Related projects

View all (1)