Utlokaliserad energiproduktion

Ulf-Peter Granö

2010

Förgasning av biomassa

2

Utlokaliserad energiproduktion

Förgasning av biomassa

Ulf-Peter Granö

Karleby 2010

3

Innehållsförteckning

Nr Avsnitt Sida

1. Inledning 4

2. Förnyelsebar energi – Grön energi 5

3. Fossil gas och Gas från biomassa 13

4. Förädling av bioenergiråvaror 17

5. En utlokaliserad CHP-förädling av biomassa 26

6. Mindre CHP anläggningar 32

7. CHP alternativ för energikooperativ 44

8. Integrerad förädling av biomassa 51

9. CHP genom direkt förbränning av biomassa 62

10. Förädling genom värme - Pyrolys 70

11. Förgasning av biomassa till bränsle 77

12. Fermentering av Bio-Syngas 82

13. Exempel på Logistik för biomassan 87

14. Utrustning för sönderdelning av biomassa 97

15. Eftertorkning av skogsflis för förgasning 106

16. Exempel på tillverkare av utrustning för

småskaliga CHP enheter

115

17. Exempel på tillverkare av förgasare för biomassa 130

18. Några använda termer och förkortningar 140

References 153

4

1. Inledning

I både Finland och Sverige finns stora mängder outnyttjade råvaror i form av skoglig biomassa.

När energipriserna stiger som en följd av bl.a. ökande råoljepriser och en allt större efterfråga,

har också intresset för alternativa energiråvaror satt fart på forskning och utvecklingen (FoU).

Ett intressant utvecklingsområde för uppföljning och utveckling är hur man kan utlokalisera

energiproduktionen och nyttja lokala råvaror från skogen och lantbruket. Genom småskaliga

lösningar kan man tänkas att i framtiden också svara för en betydande del av energiproduk-

tionen. Skörd, hantering och förädling lokalt av lokala energiråvaror för lokala och regionala

förbrukare.

Förädling av energiråvarorna kan omfatta ett stort antal olika bränsleråvaror eller längre

förädlade råvaror som slutprodukter i fasta eller flytande bränslen eller el och värme. Genom

samordning i hanteringen och produktionen genom energiterminaler, integrerad produktion och

nyttjande av lokala resurser kan synergifördelar nås. Genom en aktiv sökning för lämplig

kombination och tillämpningar kan man i förädlingen nå en högre nyttjandegrad av råvaran och

sidoprodukterna. På samma sätt kan avfall och outnyttjade sidoprodukter samtidigt minska på

miljöbelastningen.

På de följande sidorna ska en del åskådligt upplagda artiklar på ett praktiskt sätt försöka belysa

en del tema med målsättningen för en utlokaliserad energiproduktion. Det är min förhoppning

att sammanställningen av presentationerna ska bidra till att läsarens intresse väcks, och att det

bidrar till att praktiska beslut tas som påskyndar utvecklingen för småskalig och utlokaliserad

förädling av lokala råvaror till energiprodukter i olika former.

Ulf-Peter Granö

5

2. Förnyelsebar energi – Grön energi

För att få en övergripande bild av olika vägar och möjligheter ska här ges en kort översikt. På

basen av några schematiska bilder beskrivs i förenklad form en del av de många möjligheterna

som finns att tillgå.

Förnyelsebar energi men med inriktning mot biomassa

Biomassa och oljeväxter

Bioråvaror för grön energi från skogen och lantbruket kan komma från många olika

råvarukällor. I bilden på nästa sida kan också ses en grov översikt enligt följande;

Biomassa från skogen kan förenklat indelas i,

- Energived, av olika dimensioner från röjningar och gallringar.

- GROT, grenar och toppar från avverkningar.

- Energiskog, eller energiskog med kort rotation t.ex. odling av glasbjörk.

Energiväxter som odlas på åkermark,

- Rörflen, Hampa (fiberhampa för biomassa), elefantgräs, m.fl.

- Salix eller pil, odlas främst på åkermark och är en mellanform till energiskog.

6

Från lantbruket

- Halm, Gräs, och andra växter som odlats för biogasproduktion.

Våt biomassa

- Gödsel och bio-avfall som t.ex. förstört ensilage i balar eller från silo.

Oljeväxter

- Rybs, Raps, Solrosor, Senap, Oljelin, m.fl., ur dessa kan biooljor pressas som i sin tur genom

omförestring kan bli till biodiesel.

Exempel på vägar för förädling av bioråvarorna

Termo-kemisk eller Bio-kemisk omvandling av biomassa

Beroende på typ av biomassan kan den förädlas genom en Termo-kemisk eller Bio-kemisk

process. Den mest vanliga för t.ex. Energived är att den används till förbränning för

uppvärmning.

Som ett annat exempel på förädling kan vara husdjursgödsel som råvara för fermentering eller

biogasproduktion. Biogasen som fås kan användas för produktion av värme men också

producera el genom en kolvmotor med generator.

7

En grov översikt över vägar för Termo-kemisk och Bio-kemisk omvandling av biomassa.

Alkohol Fermentering är en mera avancerad process för biomassa. För att den ska fungera

måste först biomassan kunna sönderdelas och prepareras så den spjälkas för att sockret blir

tillgängligt för fermenterings-processen. Beroende på typ av jästsvamp och bakteriekultur som

används kan Etanol- eller Butanol alkohol framställas.

Våt biomassa

För biogasproduktion genom en Anaerob Fermentering en våt biomassa som ofta är gödsel eller

bio-avfall från lantbruket. Kommuner och städer använder slam och kompost från samhälls-

avfall för sin biogasproduktion.

Biomassa

Från skogen fås GROT (grenar och toppar) från slutavverkningar har varit av stort intresse för

de stora kraftvärmeverken. I flera regioner, speciellt i Finland, har hyggesresterna under de

senaste åren börjat hanterats i buntar eller sk. risstockar. Nyare alternativ är energiskog med

8

kort rotation, t.ex. glasbjörk. Vedartad biomassa från åker är främst salix.

Från lantbruket kommer biomassa i form av halm och gräs, förutom den våta biomassan som är

gödsel och bio-avfall.

Fasta och gasformiga biobränslen

Man kan indela biobränslen som fås från första steget i förädling av biomassa i tre grupper,

- Fast bränsle

- Flytand bränsle

- Gasformigt bränsle

Flytande bränsle från en första stegs förädling av biobränsle kan närmast fås genom pyrolys,

som ger pyrolysolja. Till fasta bränslen brukar vi räkna olika typer av ved, flis, träpellets och

träpulver, dessa används främst för förbränning. Gasformiga bränslen från våt biomassa kan fås

genom bio-

gasproduktion vid en Anaerob Fermentering. Den andra formen för produktion av gas från

biomassa är genom förgasning. Vid förgasning upphettas biomassan i en reaktor med begränsad

syretillgång.

Indelningen fasta och gasformiga biobränslen för förbränning eller vidareförädling.

9

Förgasning av biomassa

Under de senaste åren har det varit ett enormt ökat intresse för utveckling av utrustning och

anläggningar för förgasning av biomassa. Förgasning av biomassa öppnar många vägar för

vidareförädling.

Historiskt användes förgasningen under kriget för drivning av fordon på gengas. Förgasning

och Fischer-Tropsch processen utvecklades i Tyskland på 1920-talet för att framställa syntetisk

dieselolja från stenkol och senare biomassa.

Flera vägar öppnas för användning och förädling av biomassa vi förgasning.

Förbränning av Bio-Syngasen från förgasningen är den enklaste metoden, för att det ställer de

lägsta kraven på rening av trägasen/rågasen. Används närmast för att producera värme. Vill

man också producera el kan en liten anläggning kombineras med en Stirling motor med

generator. I mindre CHP anläggningar kan andra alternativ vara en kombination med en ORC-

modul eller ev. en mindre ångturbin med generator.

10

Förgasning för gasmotorer eller mikroturbin

Förgasning av biomassa kan vara ett lämpligt alternativ för mindre CHP anläggningar som vill

producera kraftvärme (el och värme) från den lokala skogsbaserade biomassan. Det första

kravet är att man kan få en produktgas som är fri från tjära, för att undvika stora

driftsstörningar. Genom att använda förgasning för värmeproduktion eller i en CHP anläggning

kan man eliminerar stoftutsläppet i rökgaserna. De närmaste åren kan vi vänta nya skärpta

utsläppskrav som kommer att blir ett nyckelproblem för många av dagens mindre värmeanlägg-

ningar som använder fuktig flis som bränsle.

Förgasning kan ge råvaror till fordonsbränsle

Biomassa är en intressant framtida råvarukälla för produktion av syntetiskt bränsle. Bland de

största problemen idag är att kunna producera en Bio-SNG (Bio Syntetisk Naturgas) som är

garanterat helt fri från tjära och andra inte önskade ämnen. Genom den intensiva forskningen

och utvecklingen som pågår får vi räkna med att det fås fram effektivare och billigare processer

än vad vi har idag.

Exempel på principen för förädling av biomassa via förgasning till Biobränsle.

11

Förgasning för kemiska råvaror

Förutom att gasen från förgasningsprocessen kan fungera som råvara för FT-Diesel, efter att

den renats, finns ett stort antal andra alternativ. Av produktgasen kan utvecklas Metanol, Väte

och Bio-SNG.

Från den renade produktgasen kan ett stort antal kemiska råvaror tas fram. Speciellt kemiska

råvaror för plastindustrin är just nu av stort intresse och flera stora plasttillverkare är

involverade i förgasningsprojekt.

Ett stort antal olika råvaror och produkter kan utvecklas från förgasning av biomassa.

Medströmsförgasare för mindre anläggningar

Det har utvecklat ett stort antal olika typer av reaktorer eller förgasare för förgasning av

biomassa.

I stora anläggningar används ofta någon form av bubbelbädd. De två vanliga typer är BFB

(Bubbling fluidised bed) och CFB (Circulating fluidised bed). För förgasning av kol och

svartlut används ofta en EF (Entrained flow) förgasare, som kan hantera t.ex. slammat stenkol.

EF förgasaren kan också användas för biomassa.

12

För små anläggningar används ofta en förgasare med fast bädd. De finns i flera typer. Ett

alternativ är Medströms förgasaren (Downdraft gasifier) i den rör sig råmaterialet och

produktgasen i samma riktning, nedåt. Andra typer är Motströms förgasare (Updraft gasifier)

och Cross-draft förgasare. Flera olika variationer av Medströms förgasare förekommer. Vid

förgasning med temperaturer mellan 800-1200 Cº är ofta ett av problemen med produktgasen

att den innehåller mera eller mindre tjära. När förgasningstemperaturen går över 1200 Cº

minskar problemet med tjära och gasen blir renare och kan kallas för Bio-Syngas (CO, H2).

En grov Schematisk bild över reaktorn i en medströms förgasare.

13

3. Fossil gas och Gas från biomassa

En övergripande översikt över olika former av gas som kan fungera som drivmedel eller som

råvara för vidare förädling. Med hjälp av några schematiska bilder ska skillnaden mellan de

olika gaserna visas.

En jämförelse mellan fossila gaser och gaser från biomassa.

Fossil gas

Förutom naturgas framställs syntetisk naturgas (SNG) från stenkol och från olja. Förgasning av

stenkol sker ofta genom att det krossade stenkolet slammas upp, prepareras och injiceras i en så

kallad ”Entrained flow” förgasare.

Gas från biomassa

Som förnyelsebar energi räknas gas som producerats av biomassa. Som motsats till fossil gas

kan vi använda benämningen Grön gas. Gasen från biomassan kan enklast användas genom

förbränning. När gasen ska användas som bränsle för en gas- eller turbinmotor i en CHP

anläggning ställs krav på en viss rening. Speciellt gas som innehåller tjära kan ställa till stora

problem.

14

Två huvudgrupper

Produktion av gas från biomassa kan ske enligt två principer, Förgasning och Anaerob

Fermentering. Som tumregel har varit att en träfiber baserad biomassa främst används till

förgasning.

De två huvudvägarna för gas från biomassa, förgasning och anaerob fermentering.

Förgasning

Förgasning är en termo-kemisk omvandling av biomassa genom upphettning och begränsad

syretillförsel till temperaturer så biomassan omvandlas till gas form. Förgasningen brukar

indelas i en låg- och en hög förgasningsprocess, där emellan finns en medelhög temperatur zon.

- Förgasning med låg temperatur, 800-1000 ºC

- Förgasning med medelhög temperatur, 100-1200 ºC

- Förgasning med hög temperatur, 1200-1400 ºC

I engelskspråkig litteratur brukar man ofta kalla den producerade gasen för Produkt gas från

förgasning under 1000 ºC. Medan gas från reaktorer med temperaturer över 1200 ºC kallas för

Bio-Syngas. För att gasen vid dessa temperaturer så gott som helt består av H2 (väte) och CO

(kolmonoxid), förutom CO2 (koldioxid) och H2O (vatten).

15

Exempel på tre alternativ för användning av Bio-Syngas/Bio-SNG i mindre CHP anläggningar för produktion av

el och värme.

Anaerob Fermentering

Genom att låta bakterier i en syrefri miljö spjälka biomassan bildas biogas (se bilden på nästa

sida). Olika typer av bakterier används, beroende på temperaturnivån i reaktorn. Bakterierna är

känsliga för temperaturvariationer och kan bara verka inom ett begränsat temperaturområde.

Man brukar skilja mellan att använda en normal Mesofil miljö i reaktorn eller en högre

Termofil bakteriemiljö.

Temperaturområden i biogasreaktorn,

- Psykofil, 15-30 ºC

- Mesofil, 35-40 ºC

- Termofil, 55-65 ºC

I samband med biogasproduktion används en hygienisering (t.ex. 70 grader under en timme)

för att sterilisera råvaran och förhindra smittospridning.

16

Översiktsbild över flera vägar för användning och förädling av gas från biomassa. Omvandling med värme -

Förgasning och genom det andra alternativet genom en biokemisk omvandling - Anaerobisk Fermentering.

Ökat intresse för gasproduktion

Under de senaste åren har intresset för produktion av gas från biomassa haft en kraftig ökning.

Biogasproduktion från främst stallgödsel är intressant för att genom processen kan förutom

energin tas tillvara men också rötresterna medför mindre luktproblem vid spridning.

Förgasning av biomassa är av stort intresse för mindre CHP anläggningar (kraftvärme) på

landsbygden. Genom förgasning kan man undvika stoftutsläpp med rökgaserna som ofta kan

vara ett stort problem vid normal förbränning av fuktig träflis.

17

4. Förädling av bioenergiråvaror

Under de senaste åren har intresset kraftigt ökat för användningen av lokala biobränsleråvaror,

samt att vidareförädla dessa. Förädling av bio-råvaror kan ske på flera olika sätt. Det

traditionella och mest vanliga förädlingssättet har varit förbränning för att få värme för

uppvärmning.

Idag siktar många lokala värmeproducenter och energikooperativ mot att både producera el och

värme i mindre kombinerade anläggningar (CHP) Se närmare i de översikter som följer.

Sammanfattande översikt

I bilden under kan ses en grov översikt, som sammanfattar exempel på olika vägar för förädling

av de olika bioråvarorna. Bioråvarorna kan komma från skog, jordbruk, gödsel och avfall från

lantbruk, samhällsavfall eller vara avfall från t.ex. processindustrin.

Genom förbränning skapas värme som främst användas för uppvärmning och som

processvärme för företag och industrin. Värmen från förbränningen kan också användas för att

producera elström genom olika CHP processer.

Förgasning av biomassa är en form av Pyrolys, man får ut syngas. Biomassan förgasas genom

en styrd process i en reaktor med begränsad syretillgång. Principen är den samma som för

18

gengasproduktion men i ett modernare utförande. Vid förgasning av biomassa fås en syntetisk

gas, som också kallas syngas. Med en träbaserad råvara som bränsle i förgasningen får vi en

syngas som vi kan kalla för trägas. Gasen som kommer ut från förgasningsreaktorn är en rågas

som går genom en första filtrering, tvättning och kylning, resultatet är en sk. Produktgas,

syngas eller trägas.

Översikt

För att ge en övergripande och grov översikt över förädling av bioenergiråvaror från skog och

jordbruk finns bilden på nästa sida. För direkt förbränning kan olika träbaserade bränslen

användas. Träpellets är ett av de mest attraktiva bränslen vid övergång från olja för upp-

värmning av villor.

Förutom direkt förbränning kan förädlingen ske genom Omvandling med värme eller genom en

Biokemisk omvandling.

Fasta, flytande och gasformiga bränslen

o De fasta biobränslen från skogen är, ved, träflis, träpellets samt GROT och stubbar

o Gasformiga biobränslen kan tas fram genom,

- Förgasning, genom värme

- Anaerob bakterieprocess

19

Bioråvaror från skogen kan förädlas till olika fast, gasformiga eller flytande biobränslen

o Flytande biobränslen är avancerade och fås fram på olika sätt, t.ex. genom en

vidareförädling efter en;

- Trä-förgasning

- Alkoholfermentering

- Anaerob nedbrytning

- Förvätskning (Pyrolysolja)

Förädling av biomassa genom värme

Målsättningen med förädling genom omvandling med värme (pyrolys) har varit olika under

åren, och ofta har användningen varit knuten till tillgången på fossila bränslen. Tre vägar vid

pyrolys;

o Förgasning (trä-förgasningen utvecklades först under kriget för gengasdrift)

o Förvätskning ger pyrolysolja

o Pyrolys – karbonisering, används för träkolsframställning

Trä-förgasning

20

Genom förgasning av biomassa kan man få en användbar produktgas som är en intressant

gasråvara, den kan användas för direkt förbränning eller för en vidareförädling.

Bland de mest intressanta alternativen, med sikte mot bränsle eller kemiska råvaror, är Trä-

förgasning av skogsbaserade bioenergiråvaror.

Syngasen eller produktgasen kan användas för en vidare förädling efter rening och anpassning.

Användningsområden är bl.a.;

o Direkt förbränning för värmeproduktion

o Gasbränsle för elproduktion med,

- kolvmotor/gasmotor

- gasturbin

- bränsleceller

o Förädling och uppgradering till,

- fordonsbränsle

- kemiska råvaror

21

Det finns många alternativ för användning av trägasen/produktgasen från en förgasningsanläggning.

Bränsleceller

Trägasen från av skogsbaserade bioenergiråvaror kan redan nu efter rening användas i

bränsleceller i CHP anläggningar för el och värmeproduktion. Utvecklingen av bränsleceller

går snabbt. I Tyskland har företaget MTU under några år tillverkat bränsleceller för

elproduktion för både natur-, bio- eller trägas. Det är fullt möjligt att idag använda renad bio-

och trägas som bränsle i bränsleceller.

Montering av ett bränslecellpaket MTU CFCs fabrik i Tyskland. Bild. MTU CFC

22

Grön Kemi

Genom en kemisk förädling av syngasen eller produktgasen, kan en mängd olika råvaror och

olika produkter tas fram. De största förväntningarna finns i anslutning till fordonsbränsle som

ersättning till de fossila bränslena. När biomassa från skogen är råvara konkurrerar inte denna

med de åkergrödor som passar för livsmedelsproduktion. Genom att utveckla den Gröna Kemin

kan man minska beroendet av de fossila oljeprodukterna, de lokala bioenergiresurserna kan

nyttjas bättre, vilket kan öka sysselsättningen och självförsörjningsgraden i regionen.

Genom den så kallade Gröna Kemin kan flera intressanta produkter utvecklas för framtiden.

Bio-raffinaderi

Intresset för en längre förädling av förnyelsebara råvaror som biomassa har fått ett enormt

intresse efter att de fossila bränslena stigit kraftigt i pris. Men det är tjäran i trägasen som är

bland det största problemet de flesta företag brottats med för att rena från gasen. Att rena

produktgasen från tjäran har varit invecklat och svårt. ”Tjärfria reaktorer” är under utveckling.

23

Från Trägas till flytande bränsle

Produktgasen från träråvaror kan idag genom ett par olika processer fungera som råvara för

tillverkning av flytande bränsle. Den mest kända processen är FT eller Fischer-Tropsch. FT

utvecklades redan under kriget i Tyskland. I dag har tekniken förfinats och man pratar om en

andra och tredje generationens processer.

EniTecnologie-IFP:s pilotanläggning i Frankrike använder nya Fischer-Tropsch processer. Bild, IFP, Frankrike.

24

Mindre enheter för raffineringen

Ett bra alternativ är att förgasningen och raffineringen ordnas i närheten av en CHP anläggning,

då kan man effektivt nyttja värmen från förgasningsprocessen och uppgraderingen av

produktgasen. På så sätt kan man både säkra att lågvärdig gas och värmen som produceras i

anläggningen kan nyttjas i CHP anläggningen och dess fjärrvärmenät.

Mindre anläggningar som förgasar biomassa passar främst för produktion av el och värme i

anslutning till lokala CHP anläggningar. Speciellt om man har tillgång till en av de framtida

förgasningsreaktorerna som kan använda fuktigt eller torrt biobränsle och samtidigt producera

en trägas utan tjärpartiklar. För CHP enheter med förgasning av biomassa som kräver torkning

av bränslet samt också måste ha en effektiv rening från tjära, måste vara en tillräckligt stor

anläggning för att få lönsamhet i gasproduktionen.

Synergieffekter kan nås genom ett effektivare nyttjande av värmen genom att placera förgasningen och förädlingen

i närheten av en CHP anläggning. Mindre anläggningar för förgasning passar främst för elproduktion och bör

vara integrerad med en lokal fjärr- eller närvärmeanläggning.

25

En av de mest lämpliga principerna för mindre förgasare eller reaktorer för biomassa är den så kallade

Medströmsförgasaren, eller på engelska Downdraft gasifier.

Projektet HighBio

Genom projektet HighBio – Interreg Nord forskas det kring tekniken för förgasning med en

Medströmsförgasare. Den finska Pilotanläggningen som används i projektet har utvecklats och

fungerar på så sätt att man kunnat eliminera problemet med tjärpartiklar i den Produktgas som

produceras.

26

5. En utlokaliserad CHP-förädling av biomassa

I de finska och svenska skogarna finns det stora mängder outnyttjade biobränsleresurser. Dessa

kunde nyttjas, förutom för el och värme också som råvaror för fordonsbränsle och som kemiska

råvaror i framtiden. Teknikutvecklingen går snabbt framåt, idag forskas det över hela världen

för enkla och driftsäkra lösningar för förädlingsprocesserna.

Småskaliga lösningar för att förädla biomassan från närområdet för förbrukarna i den

närliggande regionen har inte fått de utvecklingsresurser som varit önskvärda. Tyvärr är det

speciellt ofta i Finland de stora aktörerna som syns och hörs vilket också gjort att både

nationella och EU stöd ofta riktats till dessa. Myndigheter och beslutsfattare har inte haft

intresse eller förmåga att se den verkligt stora potential som finns i småskaliga lösningar för

t.ex. Kraftvärmeproduktion.

Närvärme från biomassa

Med s.k. närvärme eller lokalvärme avses värme till flera fastigheter, bostadshus eller företag

som distribueras från en gemensam värmeenhet. I kommun eller tätortscentrum kan det också

finnas någon större förbrukare som en skola, vårdcenter, ålderdomshem, kyrka, mm som är

ansluten till närvärmenätet. I Finland finns i många kommuner energikooperativ

(energiandelslag) som ansvarar för produktionen av värmen ”i rören” till dessa närvärmenät.

En fliseldad närvärmeenhet på 1,6 MWth som sköts av energikooperativet i Kälviä.

Minska stoftutsläppen

I många av de mindre värmeenheterna har man inte haft krav eller resurser för att ha effektiva

27

system för rökgasrening. Ofta är det fråga om olika typer av cykloner, tvättar och skrubbers

som används i olika kombinationer för rening av rökgasen.

Ett nytt alternativ för mindre värmeenheter som använder träflis som bränsle kan vara att först

förgasa biomassan och därefter bränna trägasen i värmepannan. Genom rätt teknik för

förgasning avlägsnas stoftrester från trägasen (produktgasen) i samband med den primära

gasreningen.

Vid eldning med Bio-Syngasen (renad trägas) blir förbränningen effektiv och fullständig, vilket

resulterar i minimala stoftutsläpp. För uppgradering av den befintliga värmeanläggningen med

en förgasningsutrustning kan det behövas en betydande omändring av transportörer och

förstorning av pannrummet. Moduler med förgasare är under utveckling.

CHP enheter (CHP=Combined Heat and Power)

Mindre kraftvärmeenheter, eller såkallade CHP enheter, producerar också el. förutom värme.

Det finns många olika alternativ och principer för hur en småskalig elproduktion i anslutning

till en närvärmeenhet kan ordnas.

De vanligaste två huvudgrupperna kan vara genom,

o Omvandling från värmeenergi till el och värme

o Förgasning

28

Omvandling av värmeenergi till el och värme

Två nämnbara metoder för omvandling av småskalig värmeenergi till el är;

o Stirling

o ORC (Organic Rankine Cycle)

CHP enheter med Stirling

Produktion av el med Stirling är främst för mindre CHP-anläggningar och kan nyttja

värmeenergin direkt från pannan eller från rökgaserna.

CHP enheter med en ORC modul

Mindre kraftvärmeenheter (0,2 - 2,0 MWe) kan bestå av en integrerad ORC- modul som

omvandlar värmeenergi till både el och värme.

29

Förgasning

Förgasning av biomassa för värme och el (CHP)

De vanligaste typerna av mindre förgasare är

o Medströms förgasare (Downdraft gasifiers)

o Motströms förgasare (Updraft gasifiers)

o Genomströms förgasare (Crossdraft gasifier)

Integrerad enhet

För att kunna använda trägasen eller den sk. produktgasen i en motor krävs att gasen är i det

närmaste fri från tjära och tjärpartiklar. I de mindre förgasarna kan man lättare styra och hålla

en stabil temperatur i förgasningsprocessen. Vid temperaturer på 1.000 ˚C eller högre sker

också en viss ”krackning” av tjäran. Den råa gasen, produktgasen, behöver renas och kylas.

Reningen kan ske med vatten- eller/och med olja renande enheter, sk. skrubbers. Den renade

gasen är en Bio-Syngas, - en syntetisk gas från biomassa. Med rätt rening och kylning kan

gasen nyttjas som gasbränsle i en kolv- eller turbinmotor i en CHP enhet.

30

CHP-kombinat för Trägas och Biogas

Framtida utlokaliserade CHP enheter kommer i vissa områden att kunna dra fördel av en

samordnad råvarupool, som kan beså av råvaror för biogas och skoglig biomassa för förgasning

för trägas och Bio-Syngas. Båda gaserna kan nyttjas till en kolv- eller turbinmotor i en CHP

enhet.

31

Eltariffer för grön elenergi är nödvändiga

För att skapa ekonomiska förutsättningar för småskaliga CHP enheter krävs att politiker och

myndigheter inser behovet av eltariffer. Det är främst fråga om småskaliga CHP enheter som

använder förnyelsebar energiråvaror från skog och lantbruk. Mindre enheter som producerar el

av biomassa genom förgasning, direkt förbränning eller via biogas, har en enorm potential

för en lokal råvaruförädling, sysselsättning, miljöhänsyn och den lokala självförsörjningen av el

och värme. Dessa småskaliga, utlokaliserade, CHP-enheter kan skapa nya möjligheter för att

minska på oljeberoendet och minska på den fossila utsläppsbelastningen.

32

6. Mindre CHP anläggningar

Många mindre värmeproducenter och energikooperativ funderar kring lämpliga alternativ för

att lokalt producera både el och värme i mindre kombinerade anläggningar (CHP). De kraftigt

stigande olje- och elpriserna har påskyndat utvecklingen och planeringen mot en högre lokal

självförsörjning. Man vill bättre nyttja de lokala bränsleråvarorna för uppvärmning men också

för elproduktion i mindre enheter.

Olika tekniker förekommer

Det finns ett antal olika alternativ också för mindre CHP enheter. Främst i Tyskland och

Österrike har man de längsta erfarenheten av elproduktion i mindre CHP anläggningar för

biobränsle.

Systemlösningarna för mindre CHP kan i stort indelas i tre huvudgrupper;

o Direkt förbränning med integrerad el-produktion

o Trä-förgasning med kombinerad el-produktion

o Biogasproduktion med en kombinerad el-produktion

CHP med direkt förbränning

En av mest vanliga metoderna i större anläggningar (10-500 MWe) är att producera el via en

ångturbin och generator. Däremot är en av de nyare metoderna för elproduktion via en s.k.

ORC-anläggning.

33

Alternativ för elproduktion vid direkt förbränning kan vara;

o Ångturbin 1-100 MWe, nyutvecklade små ångturbiner från 100 kWe

o ORC, storlekar mellan 200 kWe - 2 MWe

o Stirling motor, under 100 kWe

Ångturbin

Ångturbiner är vanliga i stora anläggningar för elproduktion, 10-500 MWe. Idag finns nyare

och mindre ångturbinenheter som är mera kompakta och med högre verkningsgrad än tidigare.

Modulerna för ångturbinen anpassas, monteras och kopplas till pannan och fjärrvärme- samt

elnätet på plats. Mindre ångturbiner har tagits fram i storlekar från 100 kWe för industriellt

bruk.

En ångturbin i industriell CHP anläggning

Elproduktionen i en ångturbin ligger ofta mellan 5-20% av den totala energiproduktionen,

största delen av energin måste kunna användas som hög- och lågtrycks ånga, samt värme för ett

fjärrvärmenät.

Ångturbinerna brukar indelas i tre typer

o Kondenserande ångturbin (Condensing Steam Turbines), främst för industrin, den kombi-

neras ofta med en mottrycksturbin.

o Mottrycksturbin (Back-pressure turbines), passar främst processindustrin, men också för

mindre CHP anläggningar..

34

o Extraction turbin (Extraction turbines), kan variera uttaget av högtrycksånga efter indu-

strins behov och producera mera eller mindre el.

Många olika varianter och kombinationer av ångturbiner förekommer.

Ångturbiner och utrustning finns idag för mindre CHP anläggningar 0,5-1 MWe. Som exempel

kan nämnas t.ex. Dresser-Rand’s flerstegs ångturbin. Den finns i effekter från 500 kWe uppåt.

En ångturbin roterar snabbt (upp till 17.000 rpm), kräver hög ångtemperatur (upp till 600 ºC)

och högt ångtryck (upp till 140 bar).

Stirling motorer främst i små CHP anläggningar

En Stirling motors värmepanel monteras ofta direkt till värmepannans eldstad eller

rökgasutlopp. Utvecklingen av Stirling motorerna har under de senaste åren skett i storlekar

mellan 9 - 75 kWe, dessa är närmast avsedda för värmepannor i storlekar som är mellan 100–

800 kW.

Den minsta Stirling på 9 kWe har en encylindrig motor, medan man i enheten på 75 kWe har en

Stirling motor med åtta cylindrar.

Stirling motor på 35 kWe (kWe), innan monteringen, med värmepanelen synlig på cylindertoppen. Bild, Stirling.dk

Passar för mindre anläggningar

Stirling motorn i små CHP anläggningar är idag främst utvecklad för att ge en kompletterande

mängd elström. Man kan ta ut ca 10 % av pannans värmeeffekt i form av elektricitet.

35

Ett mycket aktivt företag i produktutvecklingen har varit Stirling Denmark ApS.

En fyrcylindrig Stirling motor med generator på 35 kWe, som är monterad på en värmepanna. Bild,

www.Stirling.dk

ORC teknik

En av de nya typerna för CHP anläggningars el-producerande modul kallas för ORC (Organic

Rankine Cycle). Den har ett slutet system mellan värmepannans värmeväxlare och turbinen, där

en organisk olja fungerar som drivmedium för turbinen. Till turbinaxeln är kopplad en

elgenerator.

En av de stora tillverkarna är Italienska Turboden som i huvudsak sålt sina ORC moduler i storlekar mellan

200-2000 kWe, i Tyskland, Österrike och Italien. Bild, Turboden.it

36

Funktionsprincipen för en CHP anläggning med ORC enhet för el- och värmeproduktion. Bild, Turboden.it

ORC enheter finns i olika storleksklasser. De byggs som kompletta system i moduler och kopplas i värmeanlägg-

ningen till en flis eller pelleteldad värmepanna. I Mellaneuropa finns redan ett 70-tal anläggningar i drift.

Värmeväxlare för olika värmepannor

Värmeväxlaren i en ORC enhet kan anpassas till olika typer av värmepannor. Mest vanlig för

mindre CHP anläggningar är att man använder träflis som bränsle. Små CHP anläggningar med

ORC teknik kan ofta nå en högre verkningsgrad för elproduktionen än i en ångturbinenhet.

Elproduktionen kan ligga mellan 16-20% av totala energiproduktionen, resten är värme (80-

84%).

37

Fasta och gasformiga biobränslen

o De fasta biobränslen från skogen är, ved, träflis, träpellets samt träflis från GROT och

stubbar

o Gasformiga biobränslen kan tas fram genom,

- Förgasning, genom värme

- Anaerob bakterieprocess

Förgasning av biomassa

Det öppnas många alternativ för användning av trägasen/produktgasen från en förgasningsanläggning.

38

Genom förgasning av biomassa kan man få fram en värdefull produktgas som kallas syngas,

eller också trägas när träbaserad råvara förgasas.

CHP genom förgasning av biomassa

En förgasare eller sk. reaktor används tör att styra Pyrolys-processen för att får ut syngas. Den

syntetiska gasen som bildas genomgår kylning och en första rening. Syngasen som fås kallas

för produktgas, eller trägas när träbaserad biomassa används.

Principbild av en Medströmsförgasare

Trä-förgasning

Intresset för förgasning av biomassa är främst för att man får en mycket användbar produktgas.

Produktgasen kan användas för direkt förbränning eller för en vidareförädling.

Elproduktion med trägas som drivmedel har utvecklas snabbt, främst för att effektivt kunna

nyttja de skogsbaserade bioenergiråvarorna som finns.

Trägasen (syngasen/produktgasen) kan användas i mindre CHP anläggningar som bränsle för

bl.a.;

o Kolvmotor/gasmotor, ofta i storlekar mellan 50 kWe - 2 MWe

o Gasturbin, i storlekar ofta över 500 kWe

o Mikroturbin, i storlekar mellan 30 – 250 kWe

o Bränsleceller, vanligast mellan 20 – 320 kWe

39

Trägasen kan efter rening användas för drivning av kolvmotor/gasmotor eller en gasturbin med generator. Med en

utvecklad ny teknik, finns det också möjligt att producera el genom bränsleceller i en CHP anläggning.

Gasmotor

Kolvmotorer har under lång tid används och anpassats för gasdrift och för att driva en

elgenerator. Det mest förmånliga i mindre enheter har varit en bensin- eller dieselmotor som

anpassats för gasdrift. Bullerdämpning för den höga ljudnivån och dämpning av enhetens

vibrations måste vara ordnade på ett bra sätt.

I lite större CHP anläggningar krävs stora gasmotorer. På bilden en V20 gasmotor på 48 liter från Jenbacher

utrustad med en generator på ca 1000 kWe. Gasmotorn kan drivas med renad biogas eller med trägas.

40

Gasturbin

Normala eller stora gasturbiner i förekommer främst i större CHP anläggningar, 1-100 MWe.

De flesta gasturbiner drivs med flytande bränsle eller t.ex. naturgas. Idag finns också mindre

gasturbiner på 0,5-2 MWe som används inom industrin.

En OPRA gasturbin i en CHP enhet finns ofta i storleksklassen kring 2 MWe. Bild. Ergytec

Mikroturbin

För de mindre CHP anläggningarna finns mikroturbiner. De tillverkas i storlekar mellan 30-250

kWe. Priset på mikroturbinerna är fortfarande 2-2,5 gånger högre än för en kolvmotor.

Mikroturbinen är ofta ihop byggd och integrerade med el-generatorn. Det gör dessa kompakta

och tystgående jämfört med en kolvmotor.

Amerikanska Capstone är en av de stora tillverkarna av Mikroturbiner. Bild, Capstone

41

Bränsleceller

Utvecklingen av bränsleceller för renade bio- eller trägaser pågår intensivt. Bränsleceller

anpassade för CHP anläggningar med naturgas har funnits under ett antal år. De har främst

förekommit som speciella CHP enheter i anslutning till sjukhus och hotell.

Idag utvecklas bränslecellerna snabbt både när det gäller att få en mindre volym per kW och nå

en lägre vikt på stacken.

En bränslecell stack av typ SOFC som tillverkas av Topsoe Fuel Cell A/S i Danmark. Effekten är på ca 1 kWe

(12x12 cm). Under utveckling är stackar av bränsleceller på 3 kWe.

Bränsleceller för biogas och trägas

Trägasen från skogsbaserade bioenergiråvaror kan redan nu efter rening användas i CHP

anläggningar med bränsleceller för el- och värmeproduktion. Utvecklingen av bränslecellerna

går snabbt. I Tyskland har företaget MTU-CFC under några år tillverkat bränsleceller för

elproduktion för både natur-, bio- eller trägas.

Det är fullt möjligt att kunna börja planera att använda renad bio- och trägas som bränsle i

mindre CHP enheter med bränsleceller. Tyvärr är priset fortfarande 3-5 gånger högre för

bränsleceller än en gasmotor.

Utveckling av CHP enheter med bränsleceller sker som exempel hos företag som;

- Wärtsilä i Finland, http://www.wartsila.com

- MTU CFC Solutions i Tyskland, http://www.mtu-cfc.com/en/

42

Troligtvis är MCFC och SOFC bränsleceller de som bäst passar för elproduktion med bio- eller trägas. Företaget

MTU i Tyskland använder MCFC och finska Wärtsilä SOFC bränsleceller i sina CHP-enheter. Bild. MTU CFC

Wärtsilä har tagit fram en liten CHP enhet på ca 20 kWe. Bränslet är biogas och bränslecellerna är av typ SOFC.

En pilotanläggning, WFC20, (på bilden) finns i Vasa som nyttjar metangas från Vasa gamla avstjälpningsplats.

43

Kombinera biogas och trägas

På landsbygden kan det vara skäl att ta med i planeringen möjligheten att kombinera en trä-

förgasande enhet med en biogasanläggning. Speciellt när gaserna ska användas till el- och

värmeproduktion och kopplas till ett fjärrvärmenät.

Solpaneler kan kombineras till en värmeanläggning

En intressant lösning är att också kombinera den lokala värmeanläggningen med solpaneler, för

att nyttja den tillsatsvärme man kan få från solen. Speciellt under vår och höst kan värmen från

solpaneler på ett effektivt sätt komplettera värmeanläggningen.

Vissa synergieffekter kan nås genom att kombinera solpaneler till en värmeanläggning för närvärme.

44

7. CHP alternativ för energikooperativ

Det finns ett ökat intresse hos energikooperativ för att utveckla och bygga upp mindre CHP

anläggningar som producerar både värme och el. (CHP = Combined Heat and Power). I Finland

väntar man på att få eltariffer för småskaliga och mindre CHP enheter eller kraftvärmeanlägg-

ningar.

Eltariffer

Med eltariffer garanteras ett minimipris för levererad el till nätet. Det viktiga med eltariffer är

att dessa öppnar nya möjligheter för att man i byar och kommuner på landsbygden kan bygga

upp lokala CHP enheter. I dessa kan man nyttja de lokala råvarorna från skogen och lantbruket

som bränsle, genom detta tryggas arbetsplatser och man kan minskar på det lokala

oljeberoendet. Speciellt stort intresse för mindre anläggningar på landsbygden finns hos lokala

energikooperativ, energientreprenörer samt jord- och skogsbrukare.

En översiktsbild med exempel på de två huvudprinciperna för CHP, direkt- och indirekt förbränning.

Flera alternativ

Det finns flera olika tekniska alternativ att välja på för mindre CHP anläggningar. De kan

bygga på en direkt eller indirekt förbränning av biomassan. Man ska utgå bl.a. från om den

45

befintliga värmeanläggningen kan konverteras, eller om värmepannan helt måste bytas ut. Det

gäller att försöka välja en lämplig utrustning som bäst passar för de egna förutsättningarna och

den egna anläggningen.

Under de senaste åren har utvecklingen av tekniken som är lämplig för mindre CHP

anläggningarna tagit fart, och nya alternativa lösningar och modifieringar av tidigare teknologi

har dykt upp.

En av de nya lösningarna är att använda en s.k. hetluftsturbin som driver generatorn. Det

alternativet har blivit av större intresse efter att förgasningstekniken för biomassa utvecklats

och att t.ex. trägasen förbränns direkt efter förgasningen. Det alternativet ger förhållandevis

rena rökgaser som minskar på problemet med beläggningar på värmeväxlaren för

hetluftsturbinen i rökgaskanalen. Med mindre beläggningar, betyder det lägre underhåll och en

bättre värmeöverföring.

CHP anläggningar

För energikooperativ finns ett antal olika koncept att välja mellan när man planerar att bygga

upp en lokal kraftvärmeenhet. Det första valet är mellan en anläggning med,

- Direkt förbränning av biomassa

- Indirekt förbränning av biomassa

Direkt förbränning av biomassa

Vid en direkt förbränning av skoglig biomassa, förbehandlas bioråvaran på olika, för att främst

används i form av träflis, träpellets eller träpulver. Ett led i förbehandlingen är ofta att nyttja

den naturliga torkningen i fält. Den mest vanliga metoden för sönderdelningen är flisning. En

eftertorkning ger alltid ett högre bränslevärde vid förbränningen.

Exempel på några typer av teknisk utrustning för kraftvärmeproduktion,

o ORC, (Organic Rankine Cycle) främst i storlekar mellan 200 kWe - 2 MWe

o Stirling motor, under 100 kWe, små och mikro CHP (kWe = kilowatt el)

o Ångturbin 1-100 MWe, nyutvecklade små ångturbiner finns från 100 kWe

o Ångmotor 5 – 500 kWe, en ny generation av mindre ångmotorer har utvecklats för små-

och mikro – CHP-enheter.

o Hetluftsturbin (HAT=Hot air turbine) Små enheter har utvecklat och finns mellan 500

kWe - 2 MWe (Observera att Hetluftsturbinen kräver rena rökgaser för värmeväxlarens funktion,

därför bör utrustningen helst vara i kombination med förgasning av biomassa)

46

Biomassa för direkt förbränning kan vara i form av pulver, flis eller pellet. Stora CHP enheter har av tradition

använt den så kallade Ång-cykeln, med en eller flera ångturbiner som driver generatorer för elproduktion. Ett

150-tal CHP enheter som använder ORC tekniken, är idag i drift i Mellaneuropa..

ORC

Ett mycket intressant alternativ för CHP anläggningar i Mellaneuropa är att använda en s.k.

ORC-modul, (Organic Rankine Cycle).

47

Den fungerar i slutna system med termoolja och organisk vätska som via värmeväxlare överför

värmeenergin från pannan eller rökgaserna till turbinenheten som är försedd med en generator.

I Mellaneuropa finns över 150 st. ORC enheter i drift. Det är enheter mellan 200 kWe-2 MWe,

de finns främst i Tyskland och Österrike där man haft eltariffer för småskaliga CHP-enheter

under många år.

Stirling

Ett intressant alternativ för små- eller mikro- CHP anläggningar kan vara en Stirling enhet. De

passar främst för integrering med värmepannor i villor, bostadshus och jordbruk. Stirling

enheten kan vara monterad till pannans eldstad eller rökgaskanal. Finns i storlekar mellan 1-

100 kWe. Förbränningsprocessen bör vara bra för att undvika beläggningar på Stirling enhetens

värmeväxlare som snabbt försämrar funktionen.

En översiktlig bild över principen för en CHP anläggning för produktion av el och värme. Alternativ ett; via

Gasmotor, Mikroturbin (eller i framtiden Bränslecell).

Ångturbin

Idag finns också små ångturbiner på marknaden, från 100 kWe - 2 MWe. Ångturbinen kan vara

ett alternativ i vissa CHP anläggningar från 1-2 MW.

48

Hetluftsturbin (HAT=Hot air turbine)

Det allra senaste alternativet för mindre anläggningar, från 2-3 MW kan vara en hetluftsturbin

för elproduktion. Tekniken kommer bl.a. från stora s.k. CAT-Cycle Plant (CAT=coal-fired air

turbine). Dessa koleldade hetlufts-turbinenheter har idag anpassats för biomassa, och för

tekniken används ofta förkortningen HAT.

I mindre enheter med förgasning av biomassa där Bio-Syngasen förbränns effektivt, är det

värmeväxlaren som från de heta rökgaserna skapar den komprimerade hetluften för

hetluftsturbinen. Hetluften har temperaturer mellan 800-950 ˚C när den går till turbinen.

En översiktlig bild över principen för en CHP anläggning för produktion av el och värme som är försedd med

Förgasning av biomassa vid indirekt förbränning. Men här förbränns Bio-Syngasen i en värmepanna som

integrerats med en Hetluftsturbin enhet med värmeväxlare för värmeöverföring från rökgaserna för

Hetluftsturbinens drift.

Indirekt förbränning av biomassa

Med en indirekt förbränning av biomassa avses att biomassan i första steget genomgår en

termisk omvandling med värme. Det kan ske genom Förgasning som ger Bio-Syngas,

Förvätskning som ger pyrolysolja eller genom karbonisering för träkolsframställning.

49

Förgasning av biomassa

Fördelarna med förgasning av biomassa är att trägasen/produktgasen efter rening är en

användbar Bio-Syngas som kan användas som bränsle till en gasmotor eller mikroturbin som är

integrerad med en generator för kraftvärmeproduktion.

Ett annat alternativ är att Bio-Syngasen förbränns i en värmepanna och värmeenergin i

rökgaserna, via värmeväxlare, används för en ORC modul eller en hetluftsturbin. Andra

alternativ är en mindre ångturbin eller en större Stirling enhet. Genom att det är en ren Bio-

Syngas som förbränns är också underhållet och beläggningarna på värmeväxlarna mindre.

Gasmotor eller Mikroturbin

Alternativa motorenheter för Bio-Syngasen är en gasmotor (ofta en stor diesel som byggts om

och försetts med tändstift) eller en mikroturbin. Fortfarande är priset på en mikroturbin rätt

högt i förhållande till en kolvmotor, men den ökade efterfrågan medför på sikt att prisskillnaden

minskar.

Förgasning och Bio-Syngas för direkt förbränning i CHP enhet

Principbild förgasning i en medströmsförgasare (Downdraft) i en integrerad förgasning och förbränning i CHP

enheter. När råvaran är träflis som förtorkats till lämplig fukthalt kan också funktionen för förgasningsreaktorn

garanteras. Bilden visar några alternativ av enheter för elproduktion, Ångturbin, ORC, Hetluftsturbin, Ångmotor

och Stirling.

50

För mindre värmeanläggningar som idag saknar en rökgasrening kan bl.a. stoftutsläppen vara

ett problem när anläggningen kör på låg effekt och vid uppstart.

Genom förgasning av biomassan innan förbränningen kan man reducera stoftutsläppen till en

bråkdel. Intresset och dagens utveckling av förgasare för biomassa går snabbt framåt med

utvecklingen av förgasare som också klarar av fuktig biomassa.

Förgasning med en integrerad CHP enhet

Små och mindre CHP enheter som bygger på förgasning av biomassa i form av träflis finns

idag på marknaden. Ett av de företag som utvecklar små CHP enheter, som en modul monterad

i en container, är GasEk Oy i Reisjärvi, Finland. Bland annat så under Farmari mässan 2009 i

Karleby visades en enhet på 50 kWe och 100 kWth i praktisk drift.

GasEk tillverkar CHP moduler monterade i en container, t.h. flissilo med transportskruv upp till förgasaren i

containern. Träflisen kan flisas direkt i flissilon (flishuggens utloppsrör syns uppe till höger).

Mindre beläggning på värmeväxlaren

Genom förbränning av Bio-Syngas från en förgasare, blir rökgaserna klart bättre. Det minskar

på beläggningarna på värmeväxlare som placeras i rökgaskanalen, t.ex. I en CHP enhet med en

hetluftsturbin. (se föregående sidor).

51

8. Integrerad förädling av biomassa

Småskalig och utlokaliserad förädling av biomassa har goda möjligheter att i framtiden bli en

viktig nyckel i ett regionalt miljötänkande. Genom forskning för ny teknik, anpassad till

utlokaliserade förädlingsprocesser, kan den lokala biomassa råvaran förädlas för lokala och

närregionens kunder och förbrukare. Det finns ett ökat intresse för att integrera, och på olika

sätt koppla ihop förädlingsprocesserna för att öka samordningen, och på så sätt skapa positiva

synergieffekter.

En översiktlig bild med två exempel på alternativ för en lokal förädling av träflis till värmekunder i närområdet,

alternativt en mindre CHP anläggning som också producerar el jämsides med värme.

Närvärme från biomassa

Närvärme/lokalvärme har i många regioner utvecklats genom aktiva energikooperativ och

energientreprenörer. Det finns utrymme för många fler utlokaliserade små värme- eller

kraftvärmeenheter (CHP) som samordnar uppvärmningen av skolor, servicehus, ålderdoms-

eller seniorbostäder, industrihallar, radhus, lantbruksbyggnader eller grupper av bostadshus

(villor) i kommuncentra, byar och husgrupper. För att få fart på utvecklingen är en av förutsätt-

ningarna att man inom kommun- och regionförvaltningen är positiv och stöder nyttjandet av

lokala biobränslen.

52

Integreringsmöjligheter

Samordning av verksamheter kring en värmeenhet för närvärme kan ske på olika sätt och

utvecklas allt efter som. Därför är det redan i etableringsstadiet av närvärmeenheten viktigt att

försöka placera denna så att man kan göra en framtida utveckling på ett smidigt sätt. Det

behövs markutrymmen och fungerande logistik i vägar samt el- och värmeförbindelser i form

av ledningar och rör.

Några exempel på verksamheter i paletten för integrering kan vara;

o Flistorkning

o CHP enhet (kraftvärme, el + värme)

o Energiterminaler med en Integrerad hantering av biomassaråvaror och förädlade

råvaror

o Förgasning av biomassa

o Solenergi

o Geoenergi

o Pelletproduktion

o Biogasproduktion från lantbruk

o Biogasproduktion från närsamhälle

o Förädling till råvaror för fordonsbränsle

Vad som ska ingå beror främst på den lokala utvecklingen och intressen.

Integreringen utvecklas ofta stegvist, och är beroende på i vilken följd man vill ta de olika

bitarna när man utvecklar den lokala verksamheten. Vad som prioriteras beror främst på

intresset inom t.ex. det lokala energikooperativet samt närområdets behov och efterfråga.

Integrering med en lokal Flistorkning.

Den lokala enheten för närvärme kan förbättra verkningsgraden för bränsleråvaran genom

flistorkning för den egna förbrukningen men också för ev. försäljning. Från värme enheten kan

ofta spillvärme nyttjas för torkningen alternativt kombinerat med sol- eller i vissa fall geoenergi

(bergs-, jord- och sjövärme).

53

En översiktlig bild med exempel på delar som kan integreras kring en lokal anläggning för energiproduktion

54

Lokala Energiterminaler

Energiterminaler med en Integrerad hantering biomassaråvaror och förädlade råvaror. Ett

följande steg i utvecklingen kring lokala enheter för närvärme eller lokalvärme är integrering i

terminal-hantering av biomassa.

En terminal eller i första hand ett hårdgjort plant område som helst asfalterats i anslutning till

byggnaden för värme eller CHP enheten. Terminalen kan utrustas med enkla hallbyggnader för

mellanlagring av bioenergiråvaror och produkter.

CHP - kraftvärme

Utlokaliserade CHP enheter för el- och närvärme kan utformas på flera olika sätt, mycket

beroende på inom vilken storlek på elproduktion man eftersträvar. En viktig faktor är det

garanterade elpriset eller elbidrag.

Några exempel på typ av enhet kan vara,

o Direkt förbränning av träflis/pellets + Stirling

o Direkt förbränning av träflis/pellets + ORC (Organic Rankine Cycle)

o Direkt förbränning av träflis/pellets + liten ångturbin

o Förgasning + direkt förbränning + Gasmotor eller Mikroturbin

o Förgasning + direkt förbränning + ORC

o Förgasning + Gasmotor (kolvmotor)

55

o Förgasning + Mikroturbin

o Biogas + Gasmotor

o Biogas + Mikroturbin

o Kombinerad Bio-Syngas och Biogas + Gasmotor eller Mikroturbin

Integrering med Förgasning av biomassa

Ett intressant alternativ till direkt förbränning av biomassa i form av träflis är att först förgasa

biomassan. Förgasningen öppnar nya möjligheter till en förbränning med minimala

stoftutsläpp.

Ska den integrerade anläggningen endast producera värme går produktgasen/rågasen direkt till

pannan för förbränning. Värmepannan kan utrustas med värmeväxlare för en ORC enhet och på

så sätt får man en CHP anläggning, som producerar både el och värme.

Man kan också välja en annan linje för den integrerade produktionen av el och värme i CHP

anläggningen. Den kylda och renade produktgasen, eller sk. Bio-Syngasen kan användas direkt

till en gasmotor (kolvmotor) eller mikroturbin som driver en generator.

56

Integrering med en lokala Pelletproduktion

En terminal med värmeenhet för närvärme och flistork ger goda möjligheter att också integrera

småskalig tillverkning av träpellets. Vid den typen av integrering kan man också styra de bättre

fliskvalitéerna för pellettillverkning för i första hand lokala kunder och förbrukare.

En mindre pelleteringsanläggning i drift, SPC (Sweden Power Chippers Ab);

1. Cyklon för torkad och mald träflis,

2. Blandnings och doceringsenhet,

3. Pelletpress,

4. transportör upp till kylare,

5. Pelletskylare,

6. Transportör till pelletsilo,

7. Pelletsilo,

8. Säckningsutrustning för småsäck,

9. Inplastare för småsäck på lastpall,

10 Träpellets i småsäck på lastpall.

57

Integrering med en lokal Biogasanläggning

En lokal CHP enhet kan också byggas för integrering med en biogasproducerande enhet.

Biogas från lantbruk kan nyttjas för drivning av en gasmotor eller mikroturbin och producera el

och värme.

Biogasen från en närbelägen biogasanläggning kan ledas i gasledningar till CHP anläggningen,

alternativt att biogasanläggningen byggs i anslutning till närvärmeanläggningen.

Det är skäl att skilja mellan de två typerna av biogasanläggningar som förekommer utgående

från råvaran;

O Biogas från lantbruksråvaror (gödsel, biomassa avfall och gräsväxter)

O Biogas från samhällsavfall (samhällsslam och ev. Komposterbara hushållssopor)

Integrering med Solenergi

För en småskalig värmeenhet för närvärme kan en kombinering eller integrering med

solfångare ge ett lämpligt värmetillskott. Idag finns flera typer av effektiva solfångare för att

kombinera uppvärmningen av hus. Den lokala värmeenhetens byggnad kan redan i planerings-

stadiet anpassas för solfångare och placeras med tanke på bästa instrålningseffekt från solen.

I Mellan Europa är det rätt vanligt att kombinera fliseldning med t.ex. solfångare av olika slag.

58

Ett par exempel från Österrike på närvärmeanläggningar som kombinerat träflis med solvärme. T.v. Med

solpanelerna monterade på taket. Anläggningen till höger är en CHP enhet utrustad med solfångare monterade på

ett separat stativ. Bild. Bioenergy-in-motion.com.

Integrering med Geoenergi

Värmeenergin från berggrunden kan vara ett utmärkt komplement till vissa lokala

värmeenheter. Beroende på mängden värme som man vill ta ut från berggrunden borras det

antal borrhål på 100-200 meter djup som man beräknat att behövs. För att lyckas med

planeringen måste man anlita de företag och organisationer med tillräckligt med sakkunskaper

59

redan i ett tidigt skede. Med geoenergi avses; bergvärme, sjövärme och markvärme, som

alternativt kan användas för uppvärmning eller också kombineras för kylning.

Från borrhålen i berget överförs värmen till vattnet i rören som gåt till värmepumpen som därefter höja

temperaturen och överför värmen till en värmeväxlare som värmer vattnet i närvärmesystemet eller i husets

värmetank.

60

Energikooperativ

Som administratör och ansvarig för mindre lokala värme- eller CHP enheter kan ett lokalt

energikooperativ vara en bra lösning. Medlemmarna i ett energikooperativ kan vara skogsägare,

entreprenörer, kommunen, lokala organisationer och kunder. Av erfarenhet fungerar

energikooperativ som säljer ”värme i rören” till kommuners skolor, åldringshem, radhus mm,

mycket bra i Finland. Dessa energikooperativ kunde vara bland de som är med och vidare

utvecklar sin verksamhet genom integrering för en vidareförädling av biomassa. Det kunde

t.ex. vara, en energiterminal, flistorkning, pelletering, förgasning mm.

Energikooperativ fungerar ofta som säljare av ”värme i rören” till kommunen, företag eller privata.

Energiföretagare och entreprenörer

Det finns många bra exempel på lokala energiföretagare som samordnar hanteringen av skoglig

biomassa till flis och också producerar värme i egna eller kommunala värmeanläggningar.

Duktiga energiföretagare, entreprenörer eller mindre företag med intresse och kunskaper inom

bioenergi och för produktion av värme och el behövs i framtiden. Dessa kan vara en viktig

aktör för utveckling av den lokala förädlingen av biomassa. I vissa fall kan också kommunen

vara en delägare i ett energiproducerande företag, eller driva ett eget energibolag.

61

Många möjligheter är öppna

Möjligheterna att integrera på olika sätt finns, nu är det de enskilda energikooperativen eller

entreprenörerna som får försöka välja de mest intressanta delarna till sin terminal- och

förädlingspalett för den lokala hanteringen av den lokala biomassa råvaran som finns.

I Finland finns det många bra exempel på energikooperativ, energiföretagare, entreprenörer och småföretag som

skördar och förädlar biomassa lokalt.

62

9. CHP genom direkt förbränning av biomassa

För produktion av värme och el i mindre CHP anläggningar finns ett allt större intresse (CHP =

Combined Heat and Power). Speciellt stort är intresset bland de mindre värmeanläggningarna

på landsbygden som idag producerar närvärme, de vill också utveckla sin verksamhet för att i

framtiden också kunna producera el.

Energikooperativ

Med närvärme menas att man levererar värme i rören till ett begränsat antal fastigheter inom

närregionen. Ofta är det fråga om uppvärmning av skolor, vårdcentraler, ålderdomshem,

företagsfastigheter, radhus, mm.

Speciellt på den finska sidan har man bildat s.k. energikooperativ (energiandelslag) som sköter

eller äger anläggningen och ”säljer värme i rör”. Medlemmarna är ofta skogsägare som på så

sätt kan sälja sina bioenergiråvaror i form av träflis.

Andra bränslealternativ kan förekomma som t.ex. halm, rörflen, salix, bark och spån från

mindre såg, mm.

En översiktsbild över de vanligaste alternativen för CHP vid direkt förbränning.

63

Tre alternativ

När man genom direkt förbränning av biomassa också vill producera elström finns tre

alternativa tekniker för mindre anläggningar, 200 kWe – 2,0 MWe. För riktigt små anläggningar

finns bara Stirling som alternativ 10 - 200 kWe. (MWe = Megawatt el)

CHP anläggningar

Av tradition har el och värme producerats i stora anläggningar i ångturbiner som driver

generatorer (10-500 MWe).

Idag finns också mindre ångturbiner på marknaden från 100 kWe. Men en mindre ångturbin

kommer ofta in först som ett alternativ i CHP storlekar från 1MWe.

En av de nyare metoderna för elproduktion i CHP anläggningar är via en s.k. ORC-modul.

(ORC = Organic Rankine Cycle).

Biomassa för direkt förbränning kan vara i form av pulver, flis eller pellet.

Stora CHP enheter har av tradition använt den så kallade Ångcykeln, med en eller flera ångturbiner som driver

generatorer för elproduktion.

64

De vanligaste alternativen för elproduktion vid direkt förbränning kan vara;

o ORC, storlekar mellan 200 kWe - 2 MWe

o Ångturbin 1-100 MWe, nyutvecklade små ångturbiner från 100 kWe

o Stirling motor, under 100 kWe

o dessutom finns också nyutvecklade ångmotorer och hetluftsturbiner

En förenklad principbild över en CHP anläggning med direkt förbränning av biomassa.

ORC-moduler är mycket intressanta

Ett av de mest intressanta alternativen för mindre CHP anläggningar med direkt förbränning av

biomassan är ORC. Speciellt i Mellaneuropa har det skett en våldsam utveckling under de

senaste åren. Idag finns bl.a. över 70 CHP enheter med ORC-moduler som italienska Turboden

levererat.

65

En översiktlig bild över principen för en CHP anläggning som är försedd med en ORC-modul för produktion av el

och värme.

Bilder fån en CHP anläggning i Mainkofen, Deggendorf i Tyskland. Den använder fuktig träflis som bränsle.

Värmepannan är på 4,25 MW, ORC-enheten kommer från Turboden och har en nominell effekt på 540 kWe.

Anläggningen togs i bruk år 2004.

66

ORC–modul klar för leverans från tyska Maxxtec AG. De tillverkar ORC-moduler på upp till 2,0 MWe. Bild,

Maxxtec AG

Förutom i CHP anläggningar med förbränning av biomassa används också ORC enheter

elproduktion inom industri med spillvärme. Också platser där man har tillgång till Geovärme

använder ORC moduler i sina anläggningar för el produktion.

Stirling

Med större efterfråga och stort intresse för småskalig elproduktion har fått olika tillverkare av

Stirling enheter att vidareutveckla tekniken.

T.v., En 35 kWe Stirling motor med värmepanelen på cylindrarnas topp vänd uppåt. T.h., En CHP enhet med

Stirling motor (grön) monterad till värmepannan. Bilder, Stirilng.dk

67

MCHP med Stirling

Att producera värme och el i en villapanna är möjligt genom en integrerad Stirling motor. En

mycket liten CHP enhet kallas för MCHP, (Micro Combined Heat and Power). Med

värmepannan I gång är man självförsörjande vid t.ex. strömavbrott.

En mikro kraftvärmeenhet, en pelleteldad värmepanna med en Stirling motorn infälld ovanpå enheten. MCHP-

enheten ger 15 kWth och 1 kWe. Bild: SPM -Stirling Power Module

Förgasning och Bio-syngas för direkt förbränning i CHP enhet

För att minska på problemen med stoftutsläpp när biomassa förbränns i en mindre

värmeanläggning kan man välja att först förgasa biomassan och därefter bränna Bio-Syngasen i

värmepannan. Från en sådan anläggning blir det inga stoftutsläpp med rökgaserna.

Utvecklingen går snabbt framåt med utvecklingen av förgasare som också klarar av fuktig

biomassa.

En mindre CHP enhet

I en mindre CHP anläggning med en större värmepanna på 500 kW – 5 MW, kan kombineras

med alternativt en ORC-enhet eller en mindre ångturbin. En värmepanna på 100-1000 kW

passar för en större Stirling-enhet för produktion av värme och 9-75 kWe.

En MCHP enhet med en värmepanna mellan 15-100 kW kan ha en integrerad Stirling enhet

som producerar mellan 1-9 kWe.

68

Principbild för en integrerad förgasning och förbränning i CHP enheter, där råvaran är träflis som förtorkats till

lämplig fukthalt som passar förgasningsreaktorn.

En principbild över en integrerad CHP enhet med förgasning och ORC-teknik.

69

Förgasning med en integrerad ORC enhet

Ett intressant alternativ är att genom förgasning av biomassan helt kunna undvika stoftutsläpp

med rökgaserna. Speciellt i närheten av bostadsområden kan en integrerad förgasnings- och

ORC enhet vara ett av de alternativ man bör beakta för framtida el- och närvärmeproduktion.

Men för en sådan enhet ska värmepannan helst vara över 2 MW.

Minskade stoftutsläpp

För många små värmeanläggningar idag kommer en framtida skärpning av stoftutsläppen att

betyda stora extra kostnader i rökgasrening. Detta kommer också att vara en av orsakerna

varför förgasning av biomassan kommer att bli ett intressant alternativ i mindre lokala CHP-

enheter.

Flera alternativ finns för integrerad CHP enhet med förgasning och förbränning av Bio-Syngasen.

70

10. Förädling genom värme - Pyrolys

Att genom Pyrolys behandla biomassa, betyder upphettning, utan eller med begränsad

syretillgång. Pyrolys eller termokemisk omvandling, kallas också för torrdestillation och

omvandling med värme. Förbränningsprocessen sker utan en öppen låga.

Olika målsättning

Målsättningen med Pyrolysprocessen och slutprodukten kan vara olika. Processen styrs främst

genom utformningen och typ av reaktor, temperaturen, uppehållstiden för biomassan, typ av

biomassa, tillsatser, mm.

Målsättningen för en Termokemisk omvandling eller Pyrolys kan vara fasta, flytande eller gasformiga

slutprodukter

Tre huvudgrupper

Inriktningen eller målsättning med pyrolys kan man också indela i t.ex. tre grupper;

o Karbonisering eller förkolning för att få träkol

o Förvätskning för att få fram Pyrolysolja

o Förgasning för att få produktgas för Bio-Syngas

71

Tre olika vägar, Pyrolys med inriktning mot karbonisering, förgasning eller förvätskning .

Temperaturer

En grov översikt över olika temperaturområden som man i huvudsak håller sig inom för att få

fram olika produkter.

o Karbonisering, normal framställning av träkol, sker ofta med temperaturer mellan 300-

500 ˚C .

o Förvätskning till Pyrolysolja, temperaturer som används ligger ofta mellan 400-650 ˚C.

o Vid förgasning för framställning av produktgas för Bio-Syngas, (eller Bio-SNG), då är

det normala temperaturområdet 700-1200 ˚C.

Det förekommer många olika typer av snabba pyrolysprocesser, med olika temperaturer och

uppehållstider för biomassan.

Integrerade processer

Vid en integrerad produktion av träkol, pyrolysolja och trägas användes ett högre temperatur-

område än vid normal träkolsframställning, 400-600˚C.

72

Karbonisering

Karbonisering eller omvandling av trädbiomassa genom upphettning och förkolning till träkol.

Förkolningen sker med en begränsad syretillgång. Träkol har tidigare under långa tider använts

för smide och olika industriella ändamål. I Norden används idag träkol, från lövträd, främst för

utegrillar. I viss mån används också fortfarande träkol som smideskol.

Träkol är fortfarande ett viktigt inslag som bränsle för hushållen i många länder, främst i

Sydamerika och Asien.

En schematisk översikt mot vilket mål man kan sträva för Pyrolysoljan. Den kan förädlas till värme, el, bränsle

eller kemiska produkter.

Träkol

Tidigare användes en kolmila för träkolsframställning också hos oss, det kallades för att

kolning. Idag är det främst träkol i form av grillkol eller smideskol som används. Kolframställ-

ningen idag sker i speciella pyrolysugnar.

Tidigare fick man också i samband med tjärbränning bra smideskol. I många av utvecklings-

länderna använder man träkol som bränsle för den dagliga matlagningen. Kolframställningen

73

där är dock också ofta ett lokalt miljöproblem som man idag försöker minimera genom

utbildning. Ökade kunskaper behövs både vid kolningen och för att minimera jorderosion från

kalhyggen som uppstår när träden huggs ner för kolframställningen

Kolmila på gammalt vis. Bild, Kolarföreningen Grillkol framställs av lövträ, främst björk och asp.

Exempel på träkolsframställning idag i Polen. Bild, Wikipedia. T.h. Pyrolysoljan är en mörkbrun flytand vätska

med en rökaktig lukt. Bild, First Resources Corp.

74

Pyrolysolja

Pyrolys för att ta fram pyrolysolja i större skala, är idag främst intressant som råvara för

utveckling av fordonsbränsle samt för den kemiska industrin. För direkt förbränning kan

pyrolysolja användas som sådan i stora värme- och CHP anläggningar, som ersättning för fossil

tung eller lätt brännolja.

En förädling av pyrolysoljan måste till, för en annan användning än för direkt förbränning.

Pyrolysoljan är instabil för lagring och kan ha ett mycket varierande innehåll, surhet, syre-

innehåll och vara termisk ostabil.

Rengörning från fasta partiklar sker ofta genom en eller flera cykloner och filtrering.

Pyrolysoljan kan på olika sätt förädlas till bränsle, den kan också omförestras för att få

Biodiesel.

Förgasning för Bio-Syngas

Vi förgasning av biomassa sker en fullständig termisk sönderdelning av biomassan till en

brännbar och lättflyktig gas samt aska. Det förekommer ett flertal olika typer av förgas-

ningsreaktorer och förgasare för biomassa.

Principen för en Medströmsförgasare

75

Att förbränna Bio-Syngasen för att producera värme är den enklaste metoden, med de lägsta

kraven på rening av produktgasen. I mindre CHP anläggningar kan Bio-Syngasen producera el

via en gasmotor eller gasturbin, men då ska gasen vara fri från tjära.

Många möjligheter genom förgasning

Översiktlig bild för olika möjligheter användning och förädling av Bio-Syngasen.

Förgasning för kemiska råvaror

Ett stort antal olika kemiska råvaror kan tas fram från den renade produktgasen eller Bio-

Syngasen.

Vid sidan av råvaror för fordonsbränsle, är bland de mest intressanta andra möjligheterna

kemiska råvaror för plastindustrin, där just nu förväntningarna är stora. Från Bio-Syngasen kan

bl.a. framställas olika olefiner (ethylene, propylene och butadiene), aromater (benzene, toluene,

och xylenes) samt metanol, mm.

Genom en fortsatt forskning och utveckling kan i framtiden biomassan från de finska skogarna

komma att utgöra en stor del av den kemiska industrins närproducerade råvaror som ersättare

76

till flera av dagens fossila och importerade råvaror.

Förädling av Bio-Syngas till Biobränsle

Det finns ett stort intresse för att, med biomassa som råvarukälla, ta fram olika typer av

framtida syntetiska bränslen. Det stora problemet idag är fortfarande, att kunna producera en

Bio-Syngas som är garanterat helt fri från tjära och andra inte önskade ämnen.

En intensiv forskning och utvecklingen pågår för att få fram effektivare och billigare tekniker

och processer än vad vi har idag för att få på så sätt ta fram råvaran för nästa generation av

biobränslen som kan ersätta fossilt fordonsbränsle helt eller som inblandningar. Det finns

intresse för att ta fram både flytande och gasformiga Biobränslen.

Ett exempel på en översiktlig uppställning för olika vägar och möjligheter förädling av Bio-Syngasen till olika

typer av framtida fordonsbränslen. Det bör noteras att lera andra alternativ till förädling av fordonsbränsle finns.

En kort förklaring till förkortningarna;

GTL= Gas to liquid (från gas till flytande)

DME =Di-Methyle-Ether (ett dieselbränsle)

BTL= Biomass to liquid (från biomassa till flytande)

FT=Fischer-Tropisch

77

11. Förgasning av biomassa till bränsle

Genom förgasning av biomassa öppnas många intressanta möjligheter för vidareförädling av

trägasen. Efter en första kylning och rening av trägasen eller rågasen, får man en s.k.

produktgas. Efter en bättre filtrering och rening som avlägsnar partiklar och tjära har man en så

kallad Bio-Syngas.

Gasformiga eller flytande bränslen

Vid förgasning av biomassa kan man ha olika målsättningar med användningen av

produktgasen eller Bio-Syngasen. Det enklaste steget är att använda produktgasen för en direkt

förbränning i en värmepanna.

En översikt på förgasningsprocessen och vidare förädling mot fordonsbränsle.

För vidareförädling till gasformiga eller flytande bränsleråvaror kan följande exempel på en

grov indelning användas. Indelningen utgår från mot vilket mål förädlingen avser,

o Gasformigt bränsle,

- för direkt förbränning av produktgasen – Bio-Syngasen (värme alt. värme + el)

- som bränsle för gasmotor eller mikroturbin (CHP, värme + el)

- för förädling till Bio-SNG, syntetisk naturgas

78

o Flytande bränsle,

- förädling genom FT syntes för bensin eller dieselråvaror

- genom en Metanol syntes förädling för dieselråvaror eller bensin- tillsatser

- i en Blandad Alkoholsyntes ta fram Etanol eller Butanol

o Speciella bränsleprodukter,

- t.ex. separering av väte (H) från Bio-Syngasen (till vätgas H2)

BTL (Biomass to Liquid)

Förgasningsprocessen är ett av de effektivaste sätten att bryta ned träaktig biomassa till trägas,

som är en gasformig råvara som via rening blir produktgas eller Bio-Syngas. I BTL processen

kan man från en Bio-Syngas råvara förädla vidare till flytande råvaror genom olika katalytiska

vägar eller genom en fermenteringsprocess. I dag dominerar forskningen av olika försök till

förädling via olika katalytiska synteser.

GTL (Gas to Liquid)

Vidareförädling av Bio-Syngas till råvaror för fordonsbränsle kan ske via olika typer av

katalytiska vägar. Syntes processen kräver rätt typ av katalysatorer och bärare. Den katalytiska

processen sker med tryck och värme. Processerna för de olika synteserna bildar också värme,

därför krävs det kunskaper och en fungerande säkerhet för styrningen av processen.

Olika katalytiska vägar

Man brukar indela de katalytiska processerna i tre alternativa vägar eller typer av syntes,

o FT syntes (Fischer-Tropsch)

o Metanol syntes

o Blandad Alkohol syntes

Katalysatorer som används i de olika synteserna är nyckeln till hur effektivt processen fungerar

för omvandlingen av Bio-Syngasen till flytande bränsleråvaror.

En katalysator kan vara uppbyggd av flera aktiva delar som fästs till en bärare. Katalysatorn

kan ha en eller flera aktiva delar, de kan t.ex. var Fe (järn,) Co (kobolt), Ru (rutenium), Cu

(koppar), mm.

Hur katalysatorn är preparerad, och vilka aktiva delar som ingår är avgörande för dess funktion.

79

Som tumregel gäller det att få en maximal stor yta på de aktiva delarna och i rätt förhållande till

varandra. Katalysatorns aktiva utformning är helt beroende på vilket resultat man önskar.

Dessutom krävs att temperatur och gastryck måste kunna hållas inom bestämda gränser, för att

kunna få en viss typ av slutprodukt.

En schematisk översikt över tre typer av katalytiska vägar i vidare förädling av Bio-Syngasen mot fordonsbränsle.

Fermentering av Bio-Syngas till biobränsleråvaror

Ett helt nytt alternativ som utvecklats under de senaste åren är att produktgasen eller Bio-

Syngasen förädlas av mikroorganismer i en fermenteringsprocess.

Helt beroende på vilken eller vilka typer av mikroorganismer som används i processen kan man

få fram Etanol- eller Butanolråvaror.

80

Fermentering av Bio-Syngasen kan vara ett framtida alternativ för ett nytt biobränsle.

Fermentering kräver effektiva mikroorganismer

Översikt, en övergripande och förenklad bild för tre katalytiska vägar samt alternativet att genom fermentering

förädla Bio-Syngasen till biobränsleprodukter.

81

För att lyckas med fermentering av Bio-Syngas till Etanol eller Butanol ställs stora krav på att

förädlingen av mikroorganismerna lyckas bra. I fermenteringsprocessen uppstår giftiga

produkter som effektivt måste kunna avlägsnas. Uppodlingen av bakterierna måste kunna ske

av rätt typ och i rätt omfattning, för att kontinuerligt kunna tillföra nya mikroorganismer till

fermenteringsprocessen.

Lokala förädlare

I framtiden finns alla förutsättningar för att också lokalt utlokaliserade mindre anläggningar gör

den första vidareförädlingen av Bio-Syngasen från förgasning av biomassa till koncentrat för

bränsleråvaror.

De flytande råvarorna eller bränslekoncentraten kan därefter transporteras till en koncentra-

tionsanläggning och raffinaderi där råvarorna vidareförädlas och det slutliga bränslet

produceras.

82

12. Fermentering av Bio-Syngas

Fermentering av Bio-Syngas är en mikrobiell process. Det finns ett flertal mikroorganismer

som kan producera ”bränsle och kemikalier” genom att utnyttja Bio-Syngasen. Under lämpliga

förhållanden producerar mikroorganismerna den typ av alkohol som de är ”specialister” på, det

kan t.ex. vara Etanol eller Butanol.

Förgasning av biomassa

Innan fermenteringen tas Bio-Syngasen fram genom förgasning. Vid förgasning av biomassa

används ofta temperaturer mellan 700-1200 ˚C i reaktorn. Omvandling med värme är en

Termokemisk process då fast biomassa bryts ner i kemiska beståndsdelar till en trägas, som ofta

kallas rågas eller produktgas när den lämnar reaktorn. Efter kylning och rening får man sen så

kallade Bio-Syngas.

En översikt för biomassans väg vid förädling via förgasning, rening och fermentering, samt fortsatt väg via

alkoholåtervinning, raffinaderi till bränsle eller bränsle cocktail och ut till bränslepumpen.

Bland de största problemen man brottas med, världen över, är att minimera tjäran i trägasen. Att

kunna avlägsna eller kracka tjäran direkt vid efter strax efter förgasningen. I Finland har ett par

83

typer av lovande förgasningsreaktorer utvecklats som producerar en, ren eller nästan helt tjärfri

Bio-Syngas.

Inom HighBio projektet (2008-11) följs de två reaktorernas tekniska lösningar upp och

analyseras som ett lämpligt alternativ för utlokaliserad förädling av biomassa.

Bio-Syngas från träbiomassa

Syntetisk gas genom förgasning

Bio-Syngas från förgasning av trädbiomassa är en blandning av väte H2, kolmonoxid CO och

koldioxid CO2, dessutom förekommer i varierande mängd, ammoniak NH3, svavelväte H2S,

vatten H2O, tjära, damm, mm. Mycket beroende på råvaran för förgasningsprocessen och

gasreningen, så kan varierande mängder av andra ämnen förekomma i gasen som lämnar

anläggningen.

Dessutom produceras aska eller kol samt kyl- och tvättvatten som kan innehålla tjära, damm,

mm.

Utrustning för fermentering av Bio-Syngas från träbiomassa

Laboratorieutrustning

Under de senaste åren har några universitet analyserat och upptäckt fördelarna med att

fermentera Bio-Syngasen, och på så sätt få fram alkoholer som direkt kan användas som

fordonsbränsle, eller som inblandning i bränsle.

Forskningsutrustning för laboratoriemiljö för fermentering av Bio-Syngas i labbet på Iowa State University.

Bild, Iowa State University, USA.

84

Fermenteringen har främst varit med sikte att effektivt nyttja Bio-Syngasen, och med lämpliga

mikroorganismer kunna producera etanol eller butanol för fordonsbränsle.

Ett par universitet kan nämnas som satsat på forskning inom fermentering av Bio-Syngas, de är

Iowa State University och University of Oklahoma i USA.

Exempel på träbiomassans väg till Bio-Syngas, - från skogen, hantering, sönderdelning, vidare till förgasnings-

reaktorn och därefter till kylning och rening.

Pilotutrustning i Karleby

Till Campus kemilaboratorium i Karleby hör Chemplant anläggningen. Det är en

pilotanläggning eller en kemisk miniatyrfabrik. I Chemplant anläggningen kan utföras bl.a.

Fermentering och destillation.

Inom en nära framtid kommer också fermentering av Bio-Syngas att genomföras i pilotskala,

men först måste en del praktiska problem lösas i en mindre fermenteringsutrustning.

En av de stora utmaningarna är att utveckla tillräckligt effektiva mikroorganismer som

”överlever” tillräckligt länge i fermenteringsmiljön. Miljön för mikroorganismerna måste också

85

kunna anpassas på rätt sätt, för att dessa så effektivt som möjligt ska producera lämpliga

alkoholer för fordonsbränsle.

Chemplant pilotanläggning på Campus i Karleby används i samarbete mellan, Mellersta Österbottens

Yrkeshögskola, Centria och Karleby universitetscenter Chydenius.

Utveckling av mikroorganismer

För att uppnå ett bra alkoholutbyte och en effektiv fermentering ställs stora krav på de

mikroorganismer som används vid fermenteringen av Bio-Syngasen. En av de mest krävande

forskningsinsatserna är utveckling, anpassning och förökning av t.ex. Lämpliga bakterier.

Normalt används ”snälla” bakterier i dessa fermenteringsprocesser men det krävs ändå alltid

lämpliga och skyddade utrymmen för utveckling och uppodling av mikroorganismer.

Utlokaliserad förädling är mycket viktigt i framtiden!

Med en lämplig teknik- och metodutveckling finns goda förutsättningar för att vi i framtiden

kan få utlokaliserade anläggningar för förädling av biomassa till råvaror för biobränsle. Hur

långt den lokala förädlingen kan drivas återstår att se. Det första steget, att genom förgasning

producera Bio-Syngas, kan säkert fungera nära skogsråvaran. Hur däremot utvecklingen av en

86

lämplig vidareförädling av Bio-Syngasen tekniskt och ekonomiskt bäst kan ske i regionala

fermenteringsanläggningar återstår att utreda.

Utvecklingsmöjligheterna finns för att vi i framtiden kan få bränsleråvaror för fordonsbränsle

från både de finska och svenska skogarna.

Principen för flödet av rågasen/produktgasen via gasrening till bioreaktorn och vidare till alkoholåtervinning och

koncentration, med en ren Etanol- eller Butanolalkohol som resultat.

87

13. Exempel på Logistik för biomassan

För att förgasningen ska har biomassa tillgänglig krävs att logistiken eller hanteringskedjan

fungerar. Logistiken är beroende på vilken typ och kvalité av råvara som man ska använda.

Tumregeln som ofta används är att desto homogenare och renare råvaran desto enklare blir

reningsprocessen efter förgasningen.

Utgångsläget är ofta tillgängligheten på råvaran och vad produktgasen eller Bio-SNG (Bio-

Syngas) ska användas till. Ska den producerade gasen direkt förbrännas i en lokal CHP-enhet

(kraftvärmeverk) ställs rätt låga krav på produktgasens renhet. För annan användning ökar

kraven.

Skörd, hantering och förbehandling eller processning av biomassa från skogen kan ske på

många olika sätt, helt beroende på vem som är säljare och köpare. Den största skillnaden i

hanteringskedjan ser man ofta om det är fråga om en stor kund, ett kraftvärmeverk, eller en

lokal kund som ett energi kooperativ (andelslag).

En förenklad översiktsbild över vilka vägar biomassan kan ta från, Energiskog, gallringar eller slutavverkningar.

Valen är många och användningsmöjligheterna och konkurrensen om biomassan ökar.

För en småskalig förgasning på landsbygden, är det i första hand fråga om att kunna kombinera

förgasningsanläggningen med den lokala CHP-enheten. Detta för att nyttja förgasningen i att

producera både värme och el. Beroende på typ av förgasningsanläggning, kan det behövas mera

eller mindre förtorkning av biomassan förrän den kan finfördelas och användas för förgasning.

88

Biomassa från gallringar

Utrustning för skörd och hantering av biomassa från gallringar använder ofta något mindre

maskiner och utrustning än för slutavverkningar där virket är grövre och en stor andel stockträd

finns med. Här ska tas med endast ett par exempel på maskiner och utrustning.

Skörd

En mindre skördare som utrustats med ett MTH aggregat för skörd av gagnvirke och biomassa i en gallring. Ett

mindre skördaraggregat till höger är försett med bandmatning och knivar för kvistning, aggregatet har teknik för

MTH skörd (MTH=Multi-Tree Handling, eller flerträdsskörd) Med aggregatet till höger kan man kvista i bunt.

En jordbrukstraktor utrustad med skördare som har ett stegmatat skördaraggregat för gagnvirke. T.h. Ett enklare

MTH aggregat för energivirke i en gallring, som saknar drivrullar och knivar för kvistning.

89

Skotning

Uttransport av gagnvirke och biomassaråvaror från gallringar sker ofta med en mindre

skogstraktor eller skotare.

T.v. Lastning av energivirke på skotare. T.h. En mindre timmergrip med klippfunktion kan också klippa av eller

fälla mindre stammar vid röjning.

Drivning

För ett kombinerat arbete vid skörd och uttransport av gagnvirke och/eller biomassa kan en

mindre drivare användas. De enklast byggda är ofta en skotare som utrustats med lämplig kran

och skördaraggregat för att klara av uppgiften. Ska samtidigt en mindre mängd gagnvirke tas ut

kan skördaraggregatet vara av en enklare modell som försett med kvistningsknivar. Kvistningen

kan då göras genom att greppa stammen och föra aggregatet upp efter stammen så högt man

vill kvista för gagnvirke. Resten kan tas som biomassa med kvistarna kvar.

En mindre drivare som skördar energivirke i en gallring. T.h., Ett mindre MTH aggregat för skörd av biomassa i

en gallringsskog, detta saknar kvistningsknivar.

90

Biomassa från slutavverkning

Maskiner för skörd och hantering av gagnvirke och biomassa från slutavverkningar kan ofta

vara ”fullvuxna” maskiner. Speciellt om skogen har en stor andel stockträd behövs en rejäl

utrustning. Här följer ett par exempel på maskiner och utrustning.

Skörd

En större skördare som utrustats med ett MTH aggregat för skörd av gagnvirke och biomassa i en gallring. MTH

aggregatet till höger används för att plocka flera energiträd i samma grepp. Eftersom aggregatet har

kvistningsknivar kan det också buntkvista de greppade träden när man vill ha ett energivirke ”utan gröna delar”

för t.ex. tillverkning av träpellets.

En stor skördare kan ha ett skördaraggregat som passar för timmer men är försett med drivrullar som också

passar att samla flera stammar av energived i samma grepp för buntkvistning. T.h. närbild av ett sådant MTH

aggregat för både timmer, massaved och skörd av och biomassa.

91

Skotning

Kapaciteten på skotning i slutavverkningar kan vara hög för att det finns gott om utrymme för

större maskiner. Utkörning av gagnvirke och GROT ofta med samma typ skotare men i skilda

omgångar beroende på om man vill förtorka kvistar och toppar på hygget eller i stack vid

skogsbilväg.

T.v. Lastning av gagnvirke på skotare. T.h., GROT lastas på skotare för utkörning till skogsbilväg för flisning och

vidare transport.

Drivning

För ett kombinerat arbete vid skörd och uttransport av gagnvirke och/eller biomassa kan också

en drivare användas. Drivaren kan ha ett kombinerat lastutrymme som samtidigt kan ta gagn-

och energivirke.

En stor drivare som skördar timmer som sorteras och läggs i lastutrymmet på maskinen för uttransport.

92

Buntning av biomassa

Stora kraftvärmeverk kan ha buntning av GROT som ett alternativ i sin hantering av

energiråvara från avverkningar. GROT i risbuntar kan vara ett framtida alternativ också för

anläggningar med förgasning av biomassa.

Buntning av CRL eller risstockar, t.h. Hög med risstockar som torkar intill en skogsbilväg.

(CRL=Composite Residue Logs)

Biomassa från energiskog

Lämpliga maskiner för skörd och hantering av biomassaråvaror från energiskog kan ofta vara

av samma typ som används för skörd i gallringar. Det kan vara skäl att avväga användningen

till vad man vill använda de grövre stammarna i energiskog, kanske dessa passar bättre att

användas till gagnvirke än som energivirke.

Skörd av glasbjörk

En skördare med ett MTH aggregat för skörd av gagnvirke och biomassa i en energiskog med odlad glasbjörk.

Glasbjörk kan vara ett bra alternativ i energiskog med kort rotation.

93

Skörd av salix

Salix av snabbväxande arter odlas på åkermark, Salix är en form av vide. Metoder för

plantering, odling och skörd har bl.a. Utvecklats i Sverige, Danmark och Holland där odlingen

är rätt omfattande jämfört med de blygsamma försök som gjorts i Finland. Det gör också att

den mesta och bästa kunskapen kan hämtas från dessa länder. Salix är också ett alternativ till

råvara för förgasning av biomassa.

Salix eller vide odlas mera i Sverige, Danmark och Holland. Där används också speciella skördemaskiner för en

rationell skörd. Bild, Claas, Tyskland.

Skörd för en rå eller färsk flis

Kvalitén på biomassa råvaran försämras snabbt om svampar, bakterier och insekter ges

möjlighet att snabbt föröka sig under lagringen. Denna risk finns alltid med rå eller fuktig flis

som får ta värme.

94

Flisning av GROT

Större värme- och kraftvärmeverk (CHP-enhet) använder två metoder för flisning av GROT.

Dels grön eller färsk råvara, men helst en brun eller lufttorkad råvara.

Flisning av grön GROT på en slutavverkning med en större flisutrustning monterad på en skotare.

Undvik att råvaran bryts ner under lagringen

Kvalitén på biomassa råvaran försämras snabbt om svampar, bakterier och insekter ges

möjlighet att snabbt föröka sig under lagringen. Man kan minska risken för nedbrytning genom

en förtorkning som ordnas på rätt sätt.

95

Flisning i skogen

Normalt sker sönderdelningen eller flisningen vid skogsbilväg. Men det finns utrusning som

också passar för flisning av biomassan i skogen med en lastbärande enhet. Utrusningen

förutsätter att energiråvaran är lätt tillgänglig och av ren kvalité utan jord och steninblandning.

Mobil flisenhet integrerad i en skogstraktor. Bild, Silvaro Ab.

Naturlig torkning

En naturlig lufttorkning är det förmånligaste alternativet för att bli av med den högsta

fuktigheten i råvaran. Genom täckning innan höstregnen startar kan man få ett torrare material

och nå minst 5 % enheter lägre fuktighet i energiråvaran, jämfört med en hög utan täckning.

En väl utför täckning av energiråvaran ger en torrare slutprodukt. Beroende på förutsättningarna kan fukthalten i

råvaran fås ner till under 30 % vh (vattenhalt).

96

Sönderdelning

Sönderdelningen sker ofta med en flishugg eller en kross. När det är fråga om lägre kvalité på

råvaran och där det finns risk för att den har förorenats av jord används en kross. För

hyggesrester i buntar kan en kross många gånger vara funktionsdugligare, än jämfört med en

stenkänslig flishugg.

En större flishugg har utrustning för att snabbt utföra flisningen, den garanterar också en jämn och bra kvalité på

den färdiga flisen.

97

14. Utrustning för sönderdelning av biomassa

För att använda biomassan från skogen i mindre värmeanläggningar eller mindre CHP enheter

ska materialet vara sönderdelat. Ofta används träbränslet i form av flis.

Torr eller våt flis

Våt flis (30-50% vh) med en hög vattenhalt har varit mest vanlig i de mindre finska

värmeanläggningarna. För uppvärmning med träflis i anslutning till bostadshus eller jordbruk

har man lärt sig, att man högst betydligt kan minska hälsoriskerna genom att använda torkad

flis. Tumregeln är att använd inte fuktig flis i värmeanläggningar som placerats närmare än 50

m från bostadshuset. Mögelsporer bildas snabbt från högar med fuktig flis.

För att använda flis träflis i anslutning till bostadshuset kan man använda tumregeln, högst 20

% fukthalt i flisen. Det betyder att någon form av eftertorkning behöver ordnas.

För flis för en förgasningsreaktor har det normalt varit att flisen eftertorkas till vattenhalter

under 25 %. Under utveckling är förgasningsreaktorer som klarar av fukthalter på upp till 45 -

50 %.

Översikt

I bilden under kan ses en grov översikt över några alternativa vägar för biomassa från skogen

98

via sönderdelning och förädling tills den är i form av värme eller el och värme, alternativt som

biobränsle för kemiska råvaror.

Mindre eller större entreprenörer

Utvecklingen på landsbygden har visat att olika maskintjänster allt oftare överlämnas att utförs

av entreprenörer. Detta gäller också i en allt större utsträckning mekaniska skogsarbeten. Skörd

och transport av gagn och energivirke, GROT-buntning, flishuggning, mm görs av mindre eller

större entreprenörer. De mindre entreprenörerna är ofta lokala enmansföretagare.

Självverksamma skogsägare kan vid sidan om sina egna arbeten vara den som utför mindre

entreprenörsarbeten åt grannar och andra bybor.

Här ska endast ges några exempel på maskinutrustning som kan tänkas ingå i mindre eller

större maskinkedjor.

Exempel på skillnaden mellan mindre och större entreprenörer. Stora entreprenörer har ofta flisutrustning med

kapaciteter på över 150 m3/h. Stora mobila krossar används främst i anslutning till stora kraftvärmeverk för t.ex.

Krossning av stubbar eller rivningsvirke.

En bra kvalité i energiråvaran gör det också enklare att få en bra kvalité i slutprodukten. För

energived gäller tumregeln, att effektivt nyttja den naturliga lufttorkningen och undvika att

99

råvaran bryts ned av bakterier och svampar. Genom att täcka råvaruhögen på rätt sätt innan

höstregnen startar kan man räkna med minst 5 % enheter torrare material.

Flishuggar

Flishuggar förekommer i många olika utföranden, både när det gäller storlek och tekniskt

utförande. De kan vara försedda med knivhjul eller knivtrumma. Större flishuggar har kan vara

monterade på en egen vagn eller på en lastbil och vara försedd med en egen motor. Flishuggen

kan också vara monterad eller integrerad i en skogsmaskin. För självverksamma skogsägare

kan en mindre flishugg vara dimensionerad för det egna behovet och ev. för ett grannsamarbete.

Dessa är ofta av modell enkel knivhjulshugg som matas för hand eller med en mindre

skogskran.

Liten traktordriven knivhjulshugg för en självverksam skogsägare matas för hand.

Flishuggar för mindre entreprenörer

När efterfrågan på skogsflis ökat har också flera entreprenörer kommit på marknaden som

erbjuder flisning med större eller mindre typer av utrusning. Många mindre entreprenörer

skaffar ofta en begagnad flishugg av ett känt märke. En traktordriver flishugg är mest vanlig

bland de mindre entreprenörerna. De som har längre flisningsavtal med en värmeanläggning

har kanske anskaffat en medelstor flishugg, försedd med egen motor, och en kapacitet upp till

150 m3 flis per timme.

100

Ett par exempel på flishuggar för mindre entreprenörer, t.v. Kesla Foresteri med egen motor på 200 kW.

T.h. En begagnad Bruks trumhack med traktordrift.

Flishuggar för stora entreprenörer

Stora entreprenörer som erbjuder flisning med olika typer av utrustning. Med mobila flishuggar

monterade på t.ex. en lastbil sker flisningen från skogsbilväg.

Stora mobila flishuggar som monterats på skogstraktor klarar också av att röra sig på hyggen

och i vissa typer av gallringar.

T.v. En stor mobil Bruks flishugg som är monterad på en skotare. Kapacitet ca 200 m3 flis/h. Den har en egen

motor på 450 hk. När den högtippande flisbehållaren är full körs lasten ut till en skogsbilväg och flisen tippas

över till en lastbil. T.h. En stor mobil LHM-flishugg som har monterats på lastbil. Kapacitet ca 200 m3 flis/h. Den

har en egen motor på 600 hk + lastbilens motor på 400 hk som kan nyttjas vid flishuggningen.

101

Grönt eller Brunt GROT

GROT (Grenar och toppar) hanteras bl.a. enligt två metoder,

• utan förtorkning = Grönt GROT

• med förtorkning = Brunt GROT

Allt fler av de stora förbrukarna av biomassa från skogen i form av GROT, väljer att låta

råvaran torka på hygget eller invid en skogsbilväg.

Grenar och toppar (GROT) som lagt i hög eller välta invid en skogsbilväg för förtorkning blir Brunt GROT.

Logistiken viktig för hög kapacitet

För stora entreprenörer som flisar direkt till lastbil ställs stora krav på att logistiken för

transporterna fungerar. Stora flishuggar med kapacitet på 150-200 m3 per timme kräver en

smidig försörjning av energived eller GROT, jämsides som långtradare för transport av flis ska

finnas på plats i rätt tid. Det finns väldigt många olika tekniska lösningar för storskapig

flishantering. Här finns endast ett fåtal exempel.

Utkörning av GROT med en skotare från hygget till skogsbilväg. Buntning av GROT till risstockar (CRL) med en

skotare som utrustats med buntarenhet.

102

Lufttorkat GROT och risstockar som väntar på flisning på plats eller för transport till terminal för flisning eller

sönderdelning i en kross.

En långtradare utrustad med en egen flishugg, underlättar samordningen av flisning och transport av flisad

GROT. Flishuggens vikt gör att nyttolasten för flistransport minskar.

Krossar

Krossning av biomassa förekommer främst i anslutning till större kraftvärmeenheter.

Motsvarande utrustning används också för sönderdelning av byggnadsavfall för förbränning.

103

Stor krossutrustning för stubbkrossning i anslutning till Alholmens krafts stora CHP anläggning i Jakobstad.

Värmeenergin i stubbar kan vara högst betydande. Efter stubbryckningen läggs stubbarna i stack och får torka

upp till ett år. På så sätt kan också de en del jord och sten ramla av.

104

Direkt flisning

Under åren har det kommit många nya typer av hanteringsmetoder för flishuggning ute i fält.

Att kunna kombinera en utrustning som skördar och flisar samtidigt har visat sig rätt

problematiskt. Dels blir maskinen mycket massiv som ska röra sig i skogen, samtidigt som hela

hanteringskedjan blir sårbar om logistiken inte fungerar bra.

Flisning från hög invid en skogsbilväg ger flisutrustningen möjlighet till att den kan nyttjas

med en hög flisningskapacitet.

Silvaro är en stor mobil flishugg som integrerats i en skogsmaskin som helst upparbetar en utkörd skogsråvara

intill en skogsbilväg. Maskinen kan också smidigt röra sig efter körstråk/stickvägar i skogen och flisa energiveden

som lagts i större eller mindre högar. Bild, Silvaro Ab

En jämnstor flis underlättar den efterföljande hanteringen.

105

Olika typer av råvaror kan ge olika kvalité på bränsle genom olika metoder i den efterföljande hanteringen.

106

15. Eftertorkning av skogsflis för förgasning

Förgasning av biomassa kan ske med flera olika typer av förgasare eller reaktorer. För

småskalig förgasning används ofta någon typ av förgasare med fast bädd. En av de två

vanligaste typerna är den så kallade Medströms förgasaren (Downdraft gasifier) och den andra

är Motströms förgasare (Updraft gasifier).

Vid förgasning av biomassa kräver de flesta typerna av förgasare någon form av torkning så att

fukthalten fås under 20-25%. Det finns dock lovande försök med reaktorer till förgasare som

kan klara fukthalter upp till ca 45 % i träflisen eller biomassan som matas in i förgasaren.

Nyttja den naturliga torkningen

För att bibehålla en bra kvalité på energiråvaran bör man nyttja den naturliga torkningen. Den

bästa torkperioden är naturligtvis under sommarmånaderna med hög temperatur och lägre

luftfuktighet.

En grov översikt över olika typer torkar för småskalig torkning och mindre entreprenörer eller energikooperativ

(energiandelslag).

Den sämsta perioden är de regniga höstarna när luftfuktigheten är hög, då sker ofta en uppfukt-

107

ning. Speciellt om högen med energiråvaran har lämnats utan täckning, då förloras lätt flera

procentenheter i en högre fukthalt. För täckning används olika typer av material, allt från

presenningar som kan användas under flera år, till täckmaterial av kraftpapper som är av en

gångs natur och som också kan matas in i flishuggen vid flisningen.

Försök har visat att en väl utförd täckning av energiråvaran gör att fukthalten kan vara mellan

5-10 procentenheter lägre jämfört med material utan täckning. En täckt energiråvara utan

täckning kan efter torkningen ha en fukthalt på 35-45%, medan en täckt råvara efter samma

torkperiod har en fukthalt på 30-35%. Vid optimala lagrings- och täckningsförhållanden kan

fukthalten fås under 30 % i energiråvaran.

Flera olika typer av torkar För torkning av flis finns flera tänkbara typer av torkar, valet är

ofta beroende på; i hur stor omfattning verksamheten ska bedrivas, vad som finns sedan

tidigare, beredskap för utveckling och storlek på investering.

En grov översikt över några olika typer av torkar för småskalig torkning och för mindre entreprenörer eller

energikooperativ (energiandelslag).

108

De vanligaste typerna av torkar som används för flistorkning är,

• Planbottentork (med körbart golv)

• Silotork

• Trumtork

• Bandtork

• Multi-Bandtork

Dessutom förekommer vagnstorkar för mindre behov av torkning. Speciellt sommartid kan

träflisen snabbt torkas i en vagnstork, som samtidigt kan nyttjas för transport från flisningen i

skogen till flislagret.

Körbar Planbottentork

Speciellt för mindre torkbehov och som en tilläggstork kan en körbar planbottentork användas.

Torkningen sker tyvärr mycket ojämnt med början underifrån. På en del gårdar finns en körbar

Planbottentork sedan tidigare som använts för t.ex. spannmål, då är det också naturligt att den

används en sådan i första hand.

Torkmedium i torken kan vara varm luft som blåses igenom flislagret. Speciella flerstegs eller

Multi-Bandtorkar kan ha hetvatten eller het olja som cirkulerar i torken.

109

Solfångare

Finns det bara möjlighet ska man utrusta en planbottentork med en enkel solfångare. En enkel

solfångare av svart plast, fäst på några reglar, kan vara den enklaste solfångare påskyndar

torkningen. Solfångaren byggs efter väggen där huvudkanalens inlopp finns. På så sätt får

fläkten en förvärmd luft, ofta är värmeökningen 2-5 ˚C beroende på tidpunkt och solfångarens

storlek.

Flistork med en enkel solfångare och ett körbart golv underlättar fyllning och tömning.

Solfångare av svart plast som gjorts så att det bildas en luftkanal för förvärmd tilluft till fläkten

110

Kontinuerlig Trumtork

Inom industrin och storskalig verksamhet är trumtorkar mycket vanliga, t.ex. Vid pelletproduk-

tion. Träflisen eller sågspånet i torktrumman flyttas sakta framåt under torkningen av trummans

rotation, från inloppet till utloppet, Rotationen gör att flisen blandas om vilket ger en jämn

torkning.

Principbild för en roterande trumtork, med uppvärmd het luft som blåses och sugs genom flisen i torktrumman.

Flisens förflyttning mot utloppet bestäms av fukthalten.

I mitten ovan finns inmatningen av flis, den bortre isolerade delen är torktrumman som roterar och för materialet

bortåt och ut vid torkningen. Röret närmast t.h. är hetluftsröret från värmepannan.

111

Torktrumman lutar något mot utloppet. Rotationshastigheten styr flisens rörelse mot utloppet

och den styrs av mätningen av fukthalten vid trummans utlopp. Det finns flera olika lösningar

på torktrummor, med mantel eller utan, att torkluften rör sig medströms eller motströms eller

att het olja eller vatten cirkulerar i trummans mantel.

Silotork

En silotork som är välbyggd silotork kan användas för torkning av träflis. Förutsättningarna är

att silon, utmatningen och transportörerna är dimensionerade så det undviks att flisen bildar

valv och hänger sig.

Har man tänkt sig att använda en begagnad spannmålstork ställs stora krav på att den ombyggs

på rätt sätt för att garantera en bra genomsläpplighet. Annars får man räkna med stora

funktionsstörningar. Också transportörerna måste dimensioneras för att klara träflis och stickor,

annars blir det lätt stopp.

Principbild av en Silotork. Inmatningen kan ske med en transportör som förs flisen in till torkens övre del. Där

fördelas flisen med t.ex. skruvar till hela torksilons bredd. Den torkade flisen matas ut i botten på torksilon. Het

torkluft blåses igenom flisen och fuktmättad luft sugs ut. Utmatningshastighet på flisen bestäms av fukthalten på

flisen vid utloppet.

112

Bild av en kontinuerlig silotork. Torken finns i CHP-anläggningen i Lestijärvi, Finland.

Funktionsprincipen för en bandtork (bäddtork)

Från inloppet för våt flis till torken, fördelas flisen över hela torkens bredd av en

inmatningsskruv. Under torkningen rör sig flisbädden långsamt framåt. Het torkluft blåses in

underifrån torkbädden, 80-120 grader, och passerar upp genom flisbädden där torkningen sker.

Torkningen sker nedifrån, därför är det översta lagret mer- eller mindre fuktigt. Vid flisutloppet

skalas det översta fuktiga flislagret av och går för ny torkning. Skruven som skalar av den

fuktiga flisen intar lämpligt höjdläge beroende på hur fukthalten är i flislagret.

Den varma och fuktiga luften som avgår, kan också återanvändas och ledas i så fall in till

början av torkbädden för att utföra en förvärmning av flisen, och på så sätt påbörja och

påskynda torkningen. Torktemperaturen är ofta 80-110°C.

113

Principbild av en Bandtork (Bäddtork). Torken har ett kedjedrivet torkbotten som dras materialet framåt, mot

utloppet, under torkningen. Medan flisen rör sig sakta framåt blåses het torkluft genom flisbädden.

Principbild av en Multi-Bandtork (kallas också Multi-Bäddtork). I denna tork sker torkningen sker i flera nivåer

av torkbäddar, flisen rör sig framåt och nedåt medan het luft passerar genom bäddarna med början nedifrån

genom första flisbädden och uppåt till nästa.

114

Det förekommer också Multi-Bandtorkar som använder het olja som torkmedium. Oljan

cirkulerar under flisbädden i rör, en fläkt kan kombineras för att föra torkluften igenom

torkbädden.

En jämn storlek på flisen underlättar möjligheten att få en snabb och jämn slutfukthalt.

Många olika typer och modeller av torkar förekommer

I dagens stora pelleteringsfabriker förekommer många olika typer av flis- och sågspånstorkar.

För en snabb torkning används i de mera avancerade torkarna en s.k. superhettad ånga som

torkmedium (SSD, Superheated Steam Dryer). Det är ånga under högt tryck och hög

temperaturer, 120 - 220 °C (eller högre), som används vid torkningen.

115

15. Exempel på tillverkare av utrustning för småskaliga CHP enheter

Genom det internationellt ökande intresset för bioenergi har det under de senaste årtionden har

det skett en positiv utveckling av utrustningar och teknologier för förädling av bioenergi. Detta

har också ökat utbudet på tekniska lösningar och utrustning småskaliga CHP enheter.

Här ska endast ges en kort översikt över exempel på företag som tillverkar utrustning som kan

vara aktuell att ingå i en mindre CHP anläggning.

Översikten över tillverkare av utrustning som kan passa för en småskalig CHP anläggning har

fördelats i följande grupper;

o Förgasning av Biomassa

- 0,1-2 MW förgasare

o Värmemotor - turbin som drivenhet för generator

- ORC enheten

- Hetluftsturbiner

- Stirling enheter

- Ångturbiner

- Ångmotorer

o Förbränningsmotor som drivenhet för generator

- Gasmotorer - Kolvmotor

- Mikroturbiner

- Gasturbiner

o Bränsleceller

- MCFC (Molten Carbonate Fuel cell)

- SOFC (Solid Oxide Fuel cell)

o Värmepannor och anläggningar 300 - 5000 kW

o Torkar för träflis

- Silotorkar

- Planbottentorkar

- Motströmstorkar

- Trumtorkar

116

- Bandtorkar – Bäddtorkar

- Multi-Bäddtorkar /Multi-Bandtorkar

Det bör noteras att företagens Internet adresser kan ändras, de nedan angivna adresserna var i

bruk och fungerade i januari 2010.

Förgasning av Biomassa (0,1-2 MW) finska företag

CCM-Power

Oulunsalo, Finland

Medströms-motströmsförgasare

o 0,1-0,3 (-> 1) MW bränsleeffekt

http://www.ccm-power.fi/

http://www.ccm-

power.fi/index.php?name=Content&nodeIDX=7&parentI

DX=1&rootIDX=0

Entimos

Tervola, Finland

Medströmsförgasare

o 1 (–> 7) MW bränsleeffekt

http://www.entimos.fi

http://www.entimos.fi/kuvia.htm

http://www.entimos.fi/inenglish.htm

GasEk

Reisjärvi, Finland

Medströmsförgasare

o 0,1-0,2 (-> 1) MW bränsleeffekt

http://www.gasek.fi/http://www.gasek.fi/epages/PPO.sf/sv

_SE/?ViewObjectID=299751

117

Vapor Finland

Nivala, Finland

Biomassaförgasare under utveckling

http://www.vaporfinland.com/

http://www.vapor.fi/

Värmemotor – turbin

ORC enheter

Turboden Italien

ORC enheter

o 0,2 - 2,2 MWe

http://www.turboden.eu/en

http://www.turboden.eu/en/products/products-chp.php

Maxxtec AG Tyskland

ORC enheter

o 0,3 - 2,0 MWe

http://en.maxxtec.net/

http://www.adoratec.com/productnav.html

http://en.maxxtec.net/products/renewable-energies/orc-

module/

Kohlbach Group Österrike

ORC enheter

o 0,45 – 1,7 MWe

http://www.kohlbach.at/

http://www.kohlbach.at/?siid=11&sip=2&prod=11&laid=2

118

Polytechnik

Österrike

ORC enheter

o 0,2 – 5 MWe

http://www.polytechnik.com

http://www.polytechnik.com/modules/ContentExpress/img

_repository/downloads/Folder/Polytechnik_engl.pdf

Ångturbiner

Polytechnik Österrike

Ångturbiner

o 0,15 - 4 MWe http://www.polytechnik.com/

Siemens Tyskland

Ångturbiner

o 0,1 - 10 MWe

http://www.energy.siemens.com/ http://www.energy.siemens.com/hq/en/power-generation/steam-

turbines/ http://www.energy.siemens.com/hq/pool/hq/power-

generation/steam-turbines/downloads/E50001-W4100-A100-X-

4A00_Pre-Designed_Steam%20Turbines_E_f_screen.pdf

Dresser-Rand USA

Ångturbiner

o 0,5 - 10 MWe

http://www.dresser-rand.com/

http://www.dresser-rand.com/aboutus/default.asp

119

Hetluftsturbiner

HTI - Heat Transfer International,

USA - Italien

Hetluftsturbiner

o 2 - 10 MWe

http://www.heatxfer.com/

http://www.heatxfer.com/products/airturbines.html

Ångmotorer

Energiprojekt Ab Sverige

Ångmotor CHP enheter

o 500 kWe http://www.energiprojekt.com/

Spilling Energie Systeme Tyskland

Ångmotorer för CHP enheter

o 100 -1500 kWe http://www.spilling.de /

http://www.spilling.de/english/index.php

Polytechnik Österrike

Ångmotorer för CHP enheter

o 280 kWe

http://www.polytechnik.com

http://www.polytechnik.com/modules/ContentExpress/img

_repository/downloads/Folder/Polytechnik_engl.pdf

BIOS BIOENERGIESYSTEME GmbH

Österrike

Skruv- ångmotor för CHP enheter

o 730 kWe (Hartberg testanläggning)

http://www.bios-bioenergy.at/http://www.bios-

bioenergy.at/en/working-field/research-development.html

120

Förbränningsmotorer

Gasmotorer - kolvmotorer

Jernbach Österrike

Gasmotorer

o 0,25 - 4 MW

http://www.power-technology.com/ http://gepower.com/prod_serv/products/recip_engines/en/index.ht

m

http://gepower.com/prod_serv/products/recip_engines/en/downlo

ads/type2_feb08_brochure.pdf

MWM Tyskland

Gasmotorer

o 0,4 – 4,3 MW

http://www.mwm.net/modules/home/

http://www.mwm.net/modules/wfdownloads/singlefile.php

?cid=17&lid=85

Gasturbin

ORPRA Holland

Gasturbin

o 0,5 - 2 MW

http://www.opraturbines.com/en

http://www.opraturbines.com/upload/Products/General%2

0brochure%20OPRA%20hi-res,%20rev0.pdf

Vericor USA

Gasturbiner

o 0,5 – 3,5 MW

http://www.vericor.com/

http://www.vericor.com/products/productsTFSeries.html

121

Mikroturbiner

Capstone USA

ORC Mikroturbin enheter

o 30 - 200 kWe

http://www.capstoneturbine.com/ http://www.capstoneturbine.com/prodsol/products/index.asp

Ingersoll Rand USA

ORC Mikroturbin enheter

o 250 kWe

http://www.ingersollrandproducts.com/ http://www.ingersollrandproducts.com/IS/Category.aspx-am_en-

18218

Stirling enheter

Stirling DK Lyngby, Danmark

Stirling enheter

o 35 - 140 kWe

http://www.stirling.dk/

http://www.stirling.dk/index.php?What_We_Offer

HTI - Heat Transfer International USA - Italien

Stirling enheter

o 20 - 100 kWe

http://www.heatxfer.com/

http://www.heatxfer.com/products/stirlingengines.html

122

Bränsleceller

MCFC (Molten Carbonate Fuel cell)

MTU Onsite Energy Tyskland

CHP-Bränsleceller

o 345 kWe

http://www.mtu-online.com/

http://www.mtu-

online.com/mtuonsiteenergy/products/fuel-cell-systems

FuelCell Energy

USA

CHP-Bränsleceller

o 300 - 1500 kWe

http://www.fuelcellmarkets.com//

http://www.fuelcellmarkets.com//products_and_services/3,

1,11275,17,14241.html

Bränsleceller

SOFC (Solid Oxide Fuel cell)

Wärtsilä

Finland

CHP-Bränsleceller

o 20-50 kWe

http://www.wartsila.com/ http://www.wartsila.com/,en,productsservices,0,product,E5BF1B

55-B877-4139-8E2E-F4667EC39BD9,5CA49D21-7B6C-45CC-

BA6B-D894FB826B5C,,.htm

http://www.wartsila.com/Wartsila/global/docs/en/products_servic

es/fuel_cells/wartsila-fuel-cell-WFC20-brochure.pdf

123

Torkar för träflis

Silotorkar

CCM-Power Finland

Mobilt Torktorn

Torkar ca 70 m³ flis/dygn

http://www.ccm-power.fi/

http://www.ccm-

power.fi/index.php?name=Content&nodeIDX=64&parentI

DX=1&rootIDX=0

Trumtorkar

DIEFFENBACHER GMBH Tyskland

Trumtork, 5-65 t/h

http://www.dieffenbacher.de/enhttp://www.dieffenbacher.d

e/en/wood-based-panel-division/osbosl-lines/drum-

dryer.html

Stela Laxhuber BmbH

Tyskland

Roterande trumtorkar i olika storlekar

http://www.stela.de/content_englisch/

http://www.stela.de/content_englisch/trommeltrockner_e/d

rum_drier_e.htm

Energy Unlimited Inc USA

Trumtorkar i olika storlekar

http://www.rotarydrumdryers.com/

http://www.energyunlimitedinc.com/products.html

Recalor, S.A

Spanien

Trumtorkar i olika storlekar

http://www.recalor.com/

http://www.recalor.com/dataeng/prod-dryers.asp

124

AB Torkapparater Sverige

Trumtorkar i olika storlekar

http://www.torkapparater.se

http://www.torkapparater.se/pdf/ABT_5referenser_060601

_sve.pdf

GEA Barr-Rosin Inc Canada

Trumtorkar för biomassa i olika storlekar

http://www.barr-rosin.com/

http://www.barr-rosin.com/english/pdf/rotary.pdf

http://www.barr-rosin.com/products/rotary-dryer.asp

Lehra Fuel Tech Private Limited India

Trumtorkar för biomassa i olika storlekar

http://www.indiamart.com/lehra/index.htmlhttp://www.indi

amart.com/lehra/biomass-briquetting-plant-

machinery.html#rotary-drum-dryer

Planbottentorkar

Akron Sverige

Planbotten torkar för träflis

o 15,5 och 32m³

http://www.akron.se/

http://www.akron.se/sida.asp?MenuID=185

Motströmstorkar

Svensk rökgasenergi

Sverige

Motströmstorkar för träflis

http://www.sre.se/ http://www.sre.se/eng/torksystem.html

http://www.sre.se/pdf/broschyr.pdf

125

Bäddtorkar – Bandtorkar

Bruks

Sverige - Tyskland

Bäddtorkar i olika storlekar

http://www.bruks.com/en /

http://www.bruks.com/en/Products/Bed-Dryer1/

http://www.mamut.net/svegro/dryer_swe_low.pdf

EXERGY Engineering & Consulting, Sverige

Bäddtorkar i olika storlekar

http://www.exergyse.com/

http://www.exergyse.com/Downloads.htm

Stela Laxhuber BmbH

Tyskland

Bandtorkar

http://www.stela.de/http://www.stela.de/content_englisch/

http://www.stela.de/content_englisch/belt_drier_e/bandtroc

kner_hackschnitzel_e/bandtrockner_hackschnitzel_prospe

kt_e/saegespaenetrockner_11_06_e.pdf

Multi-Bäddtorkar

R. Sjöstrand Ab

Sverige

Flatbäddstork för träflis med termisk olja http://www.sjostrand.se/http://home.swipnet.se/sjostrandab/ http://www.sjostrand.se/tork.html

Stela Laxhuber BmbH

Tyskland

Mulit-bandtorkar

http://www.stela.de/

http://www.stela.de/content_englisch/

http://www.stela.de/content_englisch/belt_drier_e/bandtroc

kner_hackschnitzel_e/bandtrockner_hackschnitzel_prospe

kt_e/saegespaenetrockner_11_06_e.pdf

126

Värmepannor och anläggningar

o 300 - 5000 kW (finska tillverkare)

Actorit, Heinola, Finland

Värmeanläggningar

o 0,3 – 5 MW

http://www.actorit.fi/

http://www.actorit.fi/tuotteet.html

JPK-Tuote, Joensuu, Finland

Värmeanläggningar

o 120 – 760 kW

http://www.jpk-tuote.fi/

http://www.jpk-tuote.fi/lampokeskukset

Laatukattilat, Tampere, Finland

Värmeanläggningar och pannor

o 0,2 - 10 MW

http://www.laka.fi/

http://www.laka.fi/pdf/Laka-Y,%20engl.%2026.2.2008.pdf

Sykäke, Sykäräinen, Finland

Värmeanläggningar och pannor

o 0,3 – 5 MW

http://www.sykake.fi

http://www.sykake.fi/index.php?id=14

Livite, Seinäjoki, Finland

Värmeanläggningar och pannor

o 0,4 – 15 MW

http://www.livite.fi/

127

Vaasan Kuljetuskanavat Oy, Vasa, Finland

Värmeanläggningar

o 0,3 - 5 MW

http://www.kuljetuskanavat.fi/

http://www.kuljetuskanavat.fi/tmp_vaasankuljetuskanavat_

site_0.asp?lang=1&sua=1&q=y&s=20

Vapor Finland, Nivala, Finland

Hetvatten och ångpannor

o 0,5 – 10 MW

http://www.vaporfinland.com/

http://www.hlr-energia.fi/ http://www.vaporfinland.com/en/products/hot-water-boilers

Säätötuli, Kauhajoki, Finland

Värmeanläggningar och pannor

o 50 - 1500 kW

www.saatotuli.fi

Tulimax, Haapamäki, Finland

Värmeanläggningar och pannor

o 30 - 1000 kW

http://www.htenerco.fi/en/

http://www.htenerco.fi/en/farming_industry_municipalities

/?id=263

Tulostekniikka, Kyyjärvi, Finland

Värmeanläggningar

o 0,3 – 3 MW

http://www.tulostekniikka.com/

http://www.tulostekniikka.com/index.php?sisalto=tuotteet

128

Masa-Tuote, Kiuruvesi, Finland

Värmeanläggningar

o 250 – 1000 kW

http://www.masatuote.fi/

http://www.masatuote.fi/250_1000.html

MW Power, Finland

(Metso-Wärtsilä)

Flispannor

o 4 – 18 MW

http://www.mwpower.fi/

http://www.mwpower.fi/mwpower/mwpower_pages.nsf/W

ebWID/WTB-090422-22575-F2C82?OpenDocument

Nakkilan Konepaja, Kauhajoki, Finland

Värmeanläggningar och pannor

o 1 - 8 MW

http://www.nk.fi/

http://www.nk.fi/Default.aspx?id=32

MW Power, Finland

(Metso-Wärtsilä)

BFB pannor (Bubbling fluidized bed)

o 3 – 10 MW

http://www.mwpower.fi/

http://www.mwpower.fi/mwpower/mwpower_pages.nsf/W

ebWID/WTB-090422-22575-10279?OpenDocument

Renewa, Tampere - Oulu, Finland

Värmeanläggningar och pannor

o 2 – 12 MW grate boilers

o 3 – 12 MW FB boilers

http://www.renewa.fi/

http://www.renewa.fi/en/references/grate-boilers.html

129

Megakont, Hellamaa, Finland

Värmeanläggningar

o 300 - 500 kW

http://www.kuljetuskanavat.fi/

http://www.kuljetuskanavat.fi/tmp_vaasankuljetuskanavat_

site_0.asp?lang=1&sua=1&q=y&s=20

Värmepannor och anläggningar

o 300 - 5000 kW (svenska företag)

Osby, Osby, Sverige

Värmeanläggningar och pannor

o 350 - 3000 kW

http://www.osbyparca.se/ http://www.osbyparca.se/osbyparca/p26182/files/Transport._Osb

y_PB2_low.pdf

Ariterm Sweden AB, Kalmar, Sverige

Värmeanläggningar och pannor

o 40 - 3000 kW

http://www.Ariterm.se http://195.198.92.151/ariterm/H_Arimax_Bio_120-3000_kW.pdf

Svebo Bioenergy, Sverige

Värmepannor, Osby och Arimax pannor

o 50 - 3000 kW

http://www.swebo.com/

http://www.osbyparca.se/

Mekano i Malung Ab, Malung, Sverige

Värmepannor och värmecentraler

o 120 - 3000 kW

http://www.mekano.nu/

http://www.mekano.nu/pc700.pdf

Notera att i sammanställningen ovan har endast en del företag och deras produkter tagits. Kontaktuppgifterna till

olika företag kan snabbt ändras, därför ges ingen garanti för att alla webb-adresserna fungera efter en tid.

130

17. Exempel på tillverkare av förgasare för biomassa

En omfattande forskning och utveckling sker över hela världen för att utveckla effektiva

förgasare för biomassa. Bland de problem som många av företagen försöker lösa är, att kunna

producera en tjärfri Bio-Syngas.

Här ges endast en kortfattad översikt över några företag som arbetar med utveckling av mindre

förgasare för biomassa. Observera att kontaktuppgifterna i form av Internet adresser snabbt kan

ändras, dessa länkadresser var i funktion i januari 2010.

Mindre förgasare för biomassa kan vara uppbyggda enligt många olika koncept. Dels kan de

vara byggda som Mobila enheter eller för en permanent monterring. Förgasningsenheten kan

också vara byggd i moduler och fabriksklara, det ger en enklare montering på plats.

Indelningen av förgasare enligt funktionsprinciperna kan vara följande;

- Medströmsförgasare (Down draft gasifier)

- Motströmsförgasare (Updraft gasifier)

- Genomströms förgasare (Crossdraft gasifier)

- Entrained-flow förgasare (Entrained-flow gasifier)

- BFG förgasare (Bubbling fluidised bed gasifier, BFB-gasifier)

- CFG förgasare (Circulating fluidised bed gasifier, CFB-gasifier).

För mindre förgasare är det främst de tre först typerna som förkommer med fast bädd.

Översikt över tillverkare av förgasare för biomassa

Förgasare för Biomassa (företag i Canada)

Enerkem

Montréal, Canada

Förgasare för biomassa

- FBG (fluidized bed gasifier)

BTL-process, Etanol

http://www.enerkem.com/

http://www.enerkem.com/index.php?module=CMS&id=6

&newlang=eng

131

AgriTherm

University of Western Ontario

London, Ontario, Canada

Förgasare för biomassa

http://www.agri-therm.com/solution.html

Westwood

Kamloops, BC, Canada

Förgasare för biomassa

- Direkt förbränning av syntetgasen

http://westfibre.com/ http://westfibre.com/gasifier2.html

http://www.maxwestenergy.com/downloads/MaxWest%20

FWEA%20Presentation%20September%202007

Nexterra

Vancouver, Canada

Förgasare och CHP enheter

http://www.nexterra.ca/

http://www.nexterra.ca/technology/index.cfm

Förgasare för Biomassa (företag i Holland)

HoSt B.V.

Enschede, Holland

Förgasare för biomassa

- FBG (fluidized bed gasifier)

http://www.host.nl/en/

http://www.host.nl/en/gasifiers/

132

Förgasare för Biomassa (företag i England och Irland)

ITI Energy LimitedYork, GB

Innovation Technology Centre

Förgasare för biomassa

http://www.iti-energy.com/

http://www.iti-energy.com/technology.php

THOMPSON SPAVEN London, GB

Förgasare i moduler för biomassa

http://www.thompsonspaven.com/ http://www.thompsonspaven.com/acatalog/gasification.html

Destin Biomass CHP Ltd

Antrim, Northern Ireland

Förgasare för biomassa

http://www.biomasschp.co.uk/

http://www.biomasschp.co.uk/internal.php?page=ourtech

Förgasare för Biomassa (företag i Österrike)

ANDRITZ AG

Graz, Austria

Förgasare och CHP enheter

ANDRITZ Carbona gasifier

Pressurized bubbling fluidized bed (BFB)

http://www.andritz.com/

http://www.andritz.com/iss_20.pdf

133

REPOTEC - Renewable Power Technologies

Güssing, Austria

Förgasare och CHP enheter

http://www.repotec.at/

http://www.repotec.at/cms/index.php?id=1&L=1

Förgasare för Biomassa (företag i Belgien)

Xylowatt SA

Belgien

Förgasare och CHP enheter

http://www.xylowatt.com/

http://www.xylowatt.com/MainTechnologyEN.htm

http://www.xylowatt.com/Folders/XW_EN_A4.pdf

Förgasare för Biomassa (företag i USA)

HTI - Heat Transfer International Kentwood, Michigan , US

Förgasare och CHP enheter

http://www.heatxfer.com/

http://www.heatxfer.com/products/fixedbed.html

Thermogenics, Inc New Mexico, US

Förgasningsanläggningar för biomassa

http://www.thermogenics.com/

http://www.thermogenics.com/process_flow.html

RER - Recovered Energy Resources Washington, US

Förgasning av biomassa

http://www.recoveredenergyresources.com/ http://www.recoveredenergyresources.com/how_rerpp_work.stm

134

Destin Energy

Alabama, US

Mobila förgasningsenheter för biomassa

http://www.destinenergy.com/

http://www.destinenergy.com/news_item.asp?NewsID=12 http://www.nrmdi.auburn.edu/SpecialFeatures/BiomassGasificati

on.php

Frontline

Ames, Iowa, US

Förgasning av biomassa

http://www.frontlinebioenergy.com/

http://www.frontlinebioenergy.com/en/products/

Community Power Corporation Colorado, US

Förgasare i moduler för biomassa

http://www.gocpc.com/products.html

http://www.gocpc.com/evolution/bm75.html#nogo

http://www.gocpc.com/evolution/bm50.html

ZeroPoint Clean Tech, Inc New York, US

Förgasningsanläggningar för biomassa

http://www.zeropointcleantech.com/

http://www.zeropointcleantech.com/technology.html

EPI Energy Products of Idaho

Idaho, US

Förgasare för biomassa

- FBG (fluidized bed gasifier)

http://www.energyproducts.com/EPITechnology.htm http://www.energyproducts.com/documents/Publication5a.pdf

135

PrimeEnergy

Oklahoma, US

Förgasningsanläggninar för biomassa

http://www.primenergy.com/

http://www.primenergy.com/Gasification_idx.htm

Förgasning av Biomassa (företag i Finland)

CCM-Power Oulunsalo, Finland

Medströms-motströmsförgasare

o 0,1-0,3 (-> 1) MW bränsleeffekt

http://www.ccm-power.fi/

http://www.ccm-

power.fi/index.php?name=Content&nodeIDX=7&parentI

DX=1&rootIDX=0

Entimos Tervola, Finland

Medströmsförgasare

o 1 (–> 7) MW bränsleeffekt

http://www.entimos.fi

http://www.entimos.fi/kuvia.htm

http://www.entimos.fi/inenglish.htm

GasEk Reisjärvi, Finland

Medströmsförgasare i moduler

o 0,1-0,2 (-> 1) MW bränsleeffekt

http://www.gasek.fi/http://www.gasek.fi/epages/PPO.sf/sv

_SE/?ViewObjectID=299751

136

Vapor Finland

Nivala, Finland

Biomassaförgasare under utveckling

http://www.vaporfinland.com/

http://www.vapor.fi/

Förgasare för Biomassa (företag i Tyskland)

Mothermik GmbH

Pfalzfeld, Tyskland

Förgasare för biomassa i CHP enhet

http://www.mothermik.de/engl/index.html http://www.mothermik.de/Bilder/download/BroschEngl_1.10.08.

pdf

http://www.mothermik.de/Bilder/download/HolzverstrEngl_16.5.

08.pdf

BHKW-Anlagen Ltd

German Biomass & Renewable Engineering

Buende, Tyskland

Talbotts förgasare för biomassa

http://www.nrg-consultants.com/http://www.nrg-

consultants.com/downloads/bg25infopack.pdf http://www.nrg-

consultants.com/biomass/biomassfromelectrity3474kwstirlingpo

wer/54003099f811eab01/index.html#54003099f812aba17

Förgasare för Biomassa (företag i Schweiz)

CTU - Conzepte Technik Umwelt AG Winterthur, Switzerland

Förgasare för biomassa

http://www.ctu.ch/

http://www.ctu.ch/front_content.php?idcat=76 http://www.ctu.ch/front_content.php?&idcat=164&changelang=2

&idart=230

137

Pyroforce Energietechnologie AG

Emmenbrücke, Switzerland

Förgasare för biomassa

http://www.pyroforce.ch/?id=c

Förgasare för Biomassa (företag i Danmark)

Babcock & Wilcox Vølund A/S

Esbjerg, Danmark

Förgasare för biomassa

http://www.volund.dk

http://www.volund.dk/solutions_references/gasification_so

lutions http://www.volund.dk/news/more_news/news_archive/third_bio

mass_gasification_plant_in_japan_licensee_jfe_environmental_s

olutions_sells_new_plant

Dall Energy Horsholm, Danmark

Förgasare för biomassa

http://www.dallenergy.com/

http://www.dallenergy.com/Biomass+Gasification+Plants.

12.aspx

Förgasare för Biomassa (företag i Frankrike

Martezo Paris, Frankrike

Förgasare för biomassa

http://www.martezo.fr/

http://www.martezo.fr/GB/plansite.html

138

Förgasare för Biomassa (företag i New Zealand)

Fluidyne Gasification

New Zealand

Californian Andes Class Gasifier

California, Alabama, US

http://www.fluidynenz.250x.com/May09b/calandies.html

http://www.fluidynenz.250x.com/Dec09/dec09.html

Förgasare för Biomassa (företag i Indien)

Radhe

Radhe Renewable Energy Development Pvt.

Ltd. Rajkot, India

Förgasare för biomassa

http://www.radheenergy.com/prod1_intro.htm

http://www.radheenergy.com/prod1_tech.htm

INFINITE ENERGY PVT. LTD New Delhi, India

Förgasare för biomassa

http://infinitenergy.tradeindia.com/

http://infinitenergy.tradeindia.com/Exporters_Suppliers/Ex

porter10181.1223C.25472P/Gasifier.html

Förgasare för Biomassa (företag i Sydafrika)

CARBO CONSULT & ENGINEERING (Pty)

Ltd

Johannesburg, South Africa

Förgasare för biomassa

http://www.carboconsult.com/

http://www.carboconsult.com/gas-producer.asp

http://www.carboconsult.com/pdfs/08-

2007%20INTRODUCTION%20BROCHURE.pdf

139

Denna kortfattade översikt ska endas ses som exempel på företag med olika erfarenheter i

utveckling av förgasare för biomassa. För alla återstår ännu att praktiskt lösa problemen för en

tjärfri produktgas och utveckla en effektiv rening för att få en hög kvalité på Bio-Syngasen från

förgasningsanläggningen.

140

18. Några använda förkortningar och termer

Allt oftare kommer vi i kontakt med olika förkortningar och nya termer. Speciellt inom området

för bioenergi används en hel del nya termer och olika förkortningar på metoder, funktioner,

processer och system. Ofta får vi acceptera att nya ord tas från det engelska språket, liksom de

flesta förkortningarna. Många av dessa engelska ord, termer och förkortade begrepp har

överförts och används både i svenska och finska skrifter och rapporter idag.

I detta Info-blad ges endast en kort översikt över en del av dessa förkortningar som används

med en kort notis om ursprung vad de avser.

Bubblande fluidiserande bädd

(panna eller förgasare) Bubbling Fluidized Bed (Boiler or Gasifier)

BFB

Gas från biomassa Biomass Derived Gas BDG

Alkalisk bränslecell Alkaline Fuel Cell AFC

Ångpanna med Fluidiserad bädd (svävande bädd)

Atmospheric Fluidized-Bed

Combustor

AFBC

Anaerobisk rötning (i t.ex. biogasreaktor)

Anaerobic Digestion AD

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

Integrerad combination av gasifisering av biomassa med kombinerad cirkulation

Biomass Integrated Gasification

Combined Cycle

BIGCC

Biokemisk Metan potential Biochemical Methane Potential BMP

Brittisk värmeenhet, term British thermal unit 3,413 Btu = 1 kWh

Btu

Biomassa till flytande form, syntetisk diesel genom t.ex. FT metoden

Biomass To Liquid

BTL

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

141

Anaerobisk rötning (AD) i en biogasreaktor som producerar biogas (metangas), som kan användas för

uppvärmning och elproduktion i en CHP anläggning .

Kombinerat cirkulations system Combined Cycle System CCS

Kombinerad cirkulation (omlopp)

Combined Cycle CC

Analys av kostnad jämfört med nyttan

Cost Benefit Analysis CBA

Kraftvärmeverk, producerar värme och el

Combined Heat and Power CHP

Kol/Kväve förhållande Carbon/Nitrogen ratio C/N

Bunt av kombinerade hyggesrester till en “risstock”

Composite Residue Logs CRL

Cirkulerande fluidiserande bädd. Det finns två typer av fluidiserande bädd

- den bubblande med hög partikeltäthet och - den svävande (cirkulerande), snabbt fluidiserande bädden med betydligt lägre partikeltäthet.

Circulating Fluidized Bed

CFB

Kraftvärmeenhet, producerar kylning, värme och el

Combined Cooling, Heating and

Power

CCHP

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

142

Enzym-socker plattform Enzyme Sugar Platform ESP

(exajoule) ExaJoule -1018 joules EJ

Kraftvärmemaskin med yttre uppvärmning

t.ex. kolvmotor eller turbin

External Combustion

EC

Direktmetanolbränslecell (Vanligen av PEFC-typ)

Direct Methanol Fuel Cell DMFC

Bränsle som passar för en dieselmotor

Di-Methyl-Ether DME

Elproduktion i liten skala nära förbrukarna – Kraftvärmeverk

Distributed Generation -

Combined Heating and Power

DG-CHP

Kortvirkesmetod drivnings-metod med virke kapade I delar

Cut-To-Length

CTL

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

Direktförbränning av gas i turbin, enkelt omlopp

Direct Fired Gas Turbine (simple cycle)

DF-GT

Kortvirkesmetod (används främst i

Norden)

Nordic Cut-To-Length Nordic CTL

143

Gasturbin Gas Turbine GT

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

Tekniska träprodukter Engineered Wood Products EWP

Institutet för gasteknologi Gas Technology Institute GTI

Från gas till flytande form Gas -To-Liquid GTL

Hyggesrester GRenar Och Toppar GROT

GreenHouse Gas GHG

Avlägsnande av svavel från rökgaser

Flue Gas Desulfurization FGD

Teknisk diesel framställt genom FT förgasningsmetod

Fischer-Tropsch -diesel FT-diesel

Katalytisk kemisk process för omvandling av syngas till bränsle (t.ex. FT-diesel)

Fischer-Tropsch

FT

Fordon med flexibelt bränslesystem, fordon som använder flera eller kombinerade bränslen, t.ex. etanol och bensin

Flexible Fuel Vehicle

FFV

Bränslecell batteri Fuel Cell Battery (fuel cell bus) FCB

Styrt drag (t.ex. med en rökgasfläkt)

Forced Draft FD

Fast bädd (i värmepannor och förgasare)

Fixed Bed FB

Metanolbaserad biodiesel Fatty Acid Methyl Ester FAME

Etanolbaserad biodiesel Fatty Acid Ethyl Ester FAEE

Buntning av risstockar (CRL). Hantering av GROT i

buntar används främst av stora kraftvärmeverk.

Som tumregel används att en GROT-bunt innehåller ca

1 MWh energi.

144

Högt tryck High Pressure HP

Bränsle med högt värme-värde – bränslets kalorimetriska värmevärde

High Heating Value

HHV

Kilowatt värme Kilowatt of thermal heat kWth

Kilowatt el Kilowatt of electricity kWe

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

Gigawatt (1GW = 1 000 000 kW)

GigaWatt 109 watt (1GW = 1 000 MW)

GW

Gigawatt timme GigaWatt -hour 109 watt-hours GWh

Värmeväxlare Heat EXchanger HEX

Effekt Kilowatt kW

(IGT gasifier) Institute of Gas Technology IGT

Integrerad förgasning och bränslecell

Integrated Gasifier Fuel Cell IGFC

Integrerad förgasning i kombinerat omlopp

Integrated Gasifier Combined Cycle

IGCC

Kolvmotor med inre uppvärmning

Internal Combustion Engine ICE

Kraftvärmemaskin med inre uppvärmning, t.ex. kolvmotor eller turbin

Internal Combustion

IC

Hög ts-halt (låg fukthalt) High Solids HS

Värmeåtervinnande ånggenerator

Heat Recovery Steam

Generator

HRSG

Hög temperatur High Temperature HT

145

Kilowatt timme Kilowatt - hour kWh

Flytande petroleumgas (råoljegas)

Liquefied Petroleum Gas LPG

Gas från jordfyllnad och avstjälpningsplats

LandFill Gas LFG

Bränsle med lågt värmevärde – bränslets kalorimetriska värmevärde

Low Heating Value

LHV

Flytande naturgas Liquefied Natural Gas LNG

Lågt tryck Low Pressure LP

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

Smältkarbonat-bränslecell Molten Carbonate Fuel Cell MCFC

Mekanisk biologisk behandling

Mechanical Biological Treatment MBT

Låg temperatur Low Temperature LT

Används som katodmaterial I bränslecell

Lanthanum Strontium

Manganite

LSM

Låg ts halt (hög fukthalt) Low Solids LS

Tyska MTU-CFC Solutions tillverkar CHP-enheter med

bränsleceller. Enheten på bilden är i storleken, (el och

värme) 250 kWe och 180 kWth

Bild. MTU CFC

146

Mycket små kraftvärmeverk (Mikro CHP) som producerar värme och el

Micro Combined Heat and

Power

MCHP

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

MCHP – Mikro kraftvärmeverk. SPM (Stirling Power Module) och

KWB:s kraftvärmeenhet för villor som eldas med träpellets.

Enheten på bilden har en effekt på 1 kWe (el) och 15 kWth (värme).

Bild. SPM-KWB

Megajoule (miljoner Joule) (1 J

= 1 N x m) 1 Wh = 3600 J)

Mega Joule - 106 joules (1 watt hour = 3600 J)

MJ

Metanol-oxidations reaktion Methanol Oxidation Reaction MOR

Flerstegs Multi-Stage MS

Fast samhällsavfall Municipal Solid Waste MSW

Organiska fraktionen av fast samhällsavfall

organic fraction of Municipal

Solid Waste

ofMSW

Mikroturbin. En liten turbin och generator, 30-250 kWe

Micro-Turbine MT

Manufacturing and Technology

Conversion International

MTCI

147

Mikroturbiner (MT). Amerikanska Capstone

är en av de stora tillverkarna av mikro-

turbiner i storlekar mellan 30-250 kWe.

Bild. Capstone

Flerträdesskörd, med ett ackumulerande skördar-aggregat

Multi-Tree Handling

(Multi-tree harvesting)

MTH

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

MTH aggregat för flerträdesskörd, ett ackumulerande

skördeaggregat.

Används för skörd av energived från gallringar. MTH

Aggregatet på bilden är försett med drivrullar och

knivar för kvistning.

148

ORC – modul, för en CHP enhet.

ORC-moduler tillverkas i storlekar mellan 200 kW – 2 MW. En av de stora tillverkarna i Europa är Italienska

Turboden. Idag finns ett 70-tal anläggningar i drift i Mellaneuropa Bild. Turboden

Megawatt MegaWatt MW

Megawatt i elektricitet MegaWatt of electricity MWe

Megawatt timme MegaWatt –hour MWh

Megawatt i värme MegaWatt of thermal heat MWth

Normal kubikmeter. Används t.ex. som måttenhet vid stoftutsläpp (100 mg/MJ

motsvarar ca 270-280 mg/Nm3 )

Normal (standard) cubic meter

Nm3

Anodmaterial i bränslecell Nickel Oxide (Nickelous Oxide) NiO

Naturgas (främst metan) Natural Gas (mostly methane) NG

Turbin som använder organisk olja i stället för vattenånga

Organic Rankine Cycle

ORC

Samlad värmeöverförings-kefficienten

Overall Heat Transfer

Coefficient

OHTC

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

149

Processutvecklingsenhet Process Development Unit PDU

Avvisad och avlett bränsle Refuse Derived Fuel RDF

Foto elektrisk (t.ex. solpanel) Photo Voltaic PV

T.ex. solpanel som genererar el., Photo Voltaic

Photo Voltaic Generator PVG

Absorbering av trycksvängningar

Pressure Swing Absorption PSA

Certifikat för förnyelsebar energi

Renewable Energy Certificates REC

Sammanslutning för förnyelsebar energi

Renewable Energy Corporation REC

Biodiesel på rybs/raps Rapeseed Ethyl Ester REE

Biodiesel på rybs/raps Rapeseed Methyl Ester RME

Förnybart energi system som producerar el

Renewable Energy Systems -

Electricity

RES-E

Scanning med elektron-mikroskop

Scanning Electron Microscopy SEM

Polymerelektrolyt bränslecell Polymer Electrolyte Fuel Cell PEFC

Polymerelektrolytmembran bränslecell

Polymer Membrane Electrolyte

Fuel Cell

PEMFC

Bränslecell baserad på keramisk elektrolyt

Protonic Ceramic Fuel Cell PCFC

Pulveriserat kol Pulverized Coal PC

Processluftvärmare Process Air Heater PAH

Fosforsyra bränslecell Phosphoric Acid Fuel Cell PAFC

Syrereducerande reaktion Oxygen Reduction Reaction ORR

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

150

Bio Syntetisk naturgas, produceras t.ex. genom syngas-förgasning eller genom rötning (metangas)

Bio Synthetic Natural Gas

Bio-SNG

Ångreformator för Metan Steam Methane Reforming SMR

Syntetisk naturgas, produceras från t.ex. brunkol

Synthetic Natural Gas SNG

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

Selektiv ej katalytisk reducering

Selective Non-Catalytic

Reduction

SNCR

Selektiv katalytisk reducering Selective Catalytic Reduction SCR

151

Fastoxid-bränslecel Solid Oxide Fuel Cell SOFC

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

Sockerplattform, hydrolys med syra eller/och enzymer

Sugar Platform SP

Ångtryck Steam Pressure SP

Ångturbin Steam Turbine ST

152

Kilowattimmar = 1000 Wh = 3 600 000 Joule (1 kWh = 3,6 MJ (MegaJoule)

KiloWatt hour (= 1000 Wh = 3 600 000 J) 1 kWh = 3,6 MJ

1 kWh

Bränslecell av typ ”Zink/luft” Zinc Air Fuel Cell ZAFC

aktiv katod i bränslecell kan t.ex. vara LSM/YSZ och

anoden i en bränslecell kan

t.ex. vara, NiO/YSZ

Yttria Stabilized Zicronia

YSZ

Övergång till Vattengas. När kolmonoxid (CO) reagerar med vatten under en hög temperatur bildas vätgas (H2) och koldioxid (CO2) Denna blandning kallas för vattengas.

Water Gas Shift

WGS

Fuktig bas (otorkad) wet basis wb

Terawatt timme Tera Watt hour TWh

Terawatt (1 TW= 1 000 000 MW) Tera Watt 1012 watt (1 TW = 1 000 gigawatt

TW

Totala organiska kol Total Organic Carbon TOC

Råmaterial för framställning av teflon

TetraFluoroEthylene (C2F4 ) TFE

förklaring förkortningen kommer från, Förkortning

153

References

Bain, R. Overend, R., Craig, K. Biomass-Fired Power Generation, National Renewable Energy Laboratory,

Golden CO, 1996.

Barp, B. Designing a SOFC fuel cell system for household energy supplies, Proceedings, Fuel Cells in the

Energy Market, 1996.

Craig K., Mann M., Cost and Performance Analysis of Three Integrated Biomass Combined Cycle Power

Systems, National Renewable Energy Laboratory, Golden, CO, 2002.

Datar Rohit P., Shenkman Rustin M., Fermentation of Biomass-Generated Producer Gas to Ethanol,

Biotechnology and bioengineering 86, 587-594, 2004.

Evans R.J., Milne T.A., Chemistry of Tar Formation and Maturation in the Thermochemical Conversion of

Biomass. Developments in Thermochemical Biomass Conversion, Vol. 2, 1997.

H.A.M. Knoef, Handbook on Biomass Gasification, BTG biomass technology group B.V. Enschede, The

Netherlands, 2005

Johansson T. B., Kelly H. , Reddy A. K. N., Williams R. H.. Renewable Energy, Sources for fuels and electricity.

ISBN 1-55963-139-2

Klasson K.T., Elmore, B.B., Vega, J.L., Biological Production of Liquid and Gaseous Fuels from Synthesis

Gas, Applied Biochemistry and Biotechnology 24/25, 857-873, 1990.

Lampinen Ari, Uusiutuva liikenne-energian tiekartta, Pohjois-Karjalan ammattikorkeakoulun julkaisuja B:17,

Joensuu, Finland 2009, 439p

Milne T.A., Evans R.J., Biomass Gasifier Tars: Their Nature, Formation, and Conversions, National

Renewable Energy Laboratory, Golden, CO. NREL/TP-570-25357. (1998).

Nathanael Greene, Hpw Biofuels Can HelpEnd Americ´s OilDependence, NRDC ,2002

Rajvanshi Anil K., Biomass Gasification , Nimbkar Agricultural Research Institute, Maharashtra,

India, 1986 (pgs. 83-102.).

Reed T.B., Gaur S., Survey of Biomass Gasification—1998, Volume 1 Gasifier Projects and Manufacturers

around the World, Golden, CO: The National Renewable EnergyLaboratory and The Biomass Energy

Foundation, Inc., 1998

Reed Thomas B. and Siddhartha Gaur, A Survey of biomass gasification 2000. Gasifier projects and

Manufacturers around the World., The national renewable energy laboratory and the Biomass Energy

Foundation, Inc. Golden CO, USA, 1999”.

Sinnot R K, Coulson & Richardson’s Chemical engineering, volume 6, 1998

Uil H., Mozafarrian, M., et. al, New and Advanced Processes for Biomass Gasification. Netherlands Energy

Research Foundation (ECN), (2000)

USDOE, Fuel Cell Handbook, 5th edition, 2000.

154