TEKNOLOGIAN TUTKIMUSKESKUS VTT OY

LECTIO PRAECURSORIASynteettisiä polttoaineita ja olefiineja metsätähteistä, hiilidioksidista ja sähköstäTeknistaloudellinen tarkastelu

Ilkka Hannulape 16. lokakuuta 2015, kello 12Sali K216, Aalto-yliopisto, Energiatekniikan laitos

216.10.2015 2Lähteet: Le Quére ym. 2013; CDIAC Data; NOAA/ESRL Data; Global Carbon Project 2013.

316.10.2015 3

Esiteollinen 280ppm

400ppm

425 ～ 440ppm

Nykyhetki

Vaarallinen taso

Globaali hiilen kierron hallinta

Ihmisperäiset päästöt9,4 GtC/v

Nielut5,2 GtC/v

Teollistuminen

Ilmakehän CO2

Meret 　 2,6 Maat 　 2,6

2ppm/v

2,4-2,8 nousu vrt. esiteoll.℃

Lähteet: Nishioka, NIES, Japani, Le Quére ym. 2013

Kuinka pintaasäädellään?

4Lähde: World Resources Institute

5Lähde: World Resources Institute

Väitös-tutkimuksenkohde

616.10.2015 6

Väitöstutkimuksessa käsiteltyjä kysymyksiä

Millä hyötysuhteella uusiutuvia polttoaineita voidaan tuottaa? Mitä uusiutuvien polttoaineiden tuottaminen maksaa? Mitä polttoainetta voidaan tuottaa edullisimmin? Miten eri raaka-ainevaihtoehdot eroavat toisistaan hyötysuhteen

ja kustannusten kannalta? Mitkä ovat biopolttoaineiden tuotantoprosessin

parannusmahdollisuudet (hyötysuhde / kustannukset)? Miten uusiutuvien polttoaineiden tuottaminen vertautuu

uusiutuvien muovien tuottamiseen hyötysuhteen ja kustannusten kannalta?

716.10.2015 7

Väitöstutkimuksessa käsiteltyjä kysymyksiä

Millä hyötysuhteella uusiutuvia polttoaineita voidaan tuottaa? Mitä uusiutuvien polttoaineiden tuottaminen maksaa? Mitä polttoainetta voidaan tuottaa edullisimmin? Miten eri raaka-ainevaihtoehdot eroavat toisistaan

hyötysuhteen ja kustannusten kannalta? Mitkä ovat biopolttoaineiden tuotantoprosessin

parannusmahdollisuudet (hyötysuhde / kustannukset)? Miten uusiutuvien polttoaineiden tuottaminen vertautuu

uusiutuvien muovien tuottamiseen hyötysuhteen ja kustannusten kannalta?

816.10.2015 8

Biomassasta toisen sukupolven biopolttoaineita

Esikäsittely ja hydrolyysi

Fermentointi Väkevöinti Etanoli ja muut alkoholitlipidit diesel, kerosiini

BIOTEKNIIKKA

Terminen tai katalyyttinen nopea pyrolyysi

Tuotteen jalostus Bensiini,diesel, kerosiini

NOPEA PYROLYYSI

Kaasutus Kaasun puhdistus

Nestemäiset hiilivedyt

Metanoli, DMEbensiini, diesel, kerosiini

Vety

SNGMetanointi

PSA

KAASUTUS

9

Biomassa polttoaineiden raaka-aineena

10

?

11

hiilivety

happityppirikki

tuhka

hiilivety

Prosessi

12

hiilivety

happityppirikki

tuhka

hiilivety

typpi happi

rikki tuhka

Prosessi

Synteettisten biopolttoaineiden valmistus

1316.10.2015 13

Lähde: Graves C, Ebbesen SD, Mogensen M, Lackner KS. Sustainable hydrocarbon fuels by recycling CO2 and H2O with renewable or nuclear energy. Renew Sustain Energy Rev 2011;15(1):1e23.

hiilivetyProsessi

Hiilineutraalit biopolttoaineet

1416.10.2015 14*Oletettu: 6 GJ/bbl, 14 $/bbl jalostusmarginaali ja 1.0 €/$ vaihtokurssi

1516.10.2015 15

Lähteet: BP Statistical Review of World Energy (2015 ) ja EIA Short-term Energy Outlook (heinäkuu 2015)

1616.10.2015 16

Bensiininveroton hinta* kunöljy maksaa:

$100/bbl

$50/bbl

*Oletettu: 6 GJ/bbl, 14 $/bbl jalostusmarginaali ja 1.0 €/$ vaihtokurssi

1716.10.2015 17*Oletettu: 6 GJ/bbl, 14 $/bbl jalostusmarginaali ja 1.0 €/$ vaihtokurssi

Jakeluun jaajoneuvoihin liittyvät lisäkustannukseteivät mukanatuotantokustannuksissa?

?

1816.10.2015 18*Lähde: Wasted - Europe’s untapped resource , http://europeanclimate.org/wp-content/uploads/2014/02/WASTED-final.pdf

Kestävien jätteiden ja tähteiden saatavuus EU:ssa vuonna 2030*

“Jos kaikki EU:n alueella kestävästi saatavilla olevat jätteet ja tähteet käytettäisiin vain biopolttoaineiden valmistamiseen, voitaisiin niillä tuottaa 16 % liikenne-polttoaineen tarpeesta vuonna 2030 (tekninen potentiaali).”

1916.10.2015 19

Aurinkoenergian potentiaali ylittää tarpeen moninkertaisesti

Maapallolle yhdessä tunnissa saapuvan auringonvalon energiasisältö (4.3 × 1020 J) on suurempi kuin ihmiskunnan vuosittainen energian kulutus (4.1 × 1020 J).

Auringonvalosta voitaisiin tuottaa tarvittava15 TW uusiutuvaa sähköä 10 % hyötysuhteellatoimivilla aurinkokennoilla, jotka peittäisivät0.17% maapallon pinta-alasta

Tämä vastaa suunnilleen 2,5 kertaisestiSuomen pinta-alaa.

20

Hiilidioksidi ja vesi polttoaineiden raaka-aineena

21

?

22

hiilivety

happi

hiilivety

happi

Sähköpolttoaineiden valmistus

Prosessi

2316.10.2015 23

Talteenotto ilmasta

hiilivetyProsessi

Hiilineutraalit sähköpolttoaineet

24

2516.10.2015 25

Bensiininveroton hinta* kunöljy maksaa:

$100/bbl

$50/bbl

*Oletettu: 6 GJ/bbl, 14 $/bbl jalostusmarginaali ja 1.0 €/$ vaihtokurssi

26

Sähköenergialla täydennetyt biopolttoaineet

2716.10.2015 27

Hiili

Ylimääräinen hiili

VetyMetsä-tähde

Polttoaine

2816.10.2015 28

Hiili

Ylimääräinen hiili

Lisävety

VetyMetsä-tähde

Polttoaine

2916.10.2015 29

Hiili

Polttoaine

Ylimääräinen hiili

Lisävety

Vety PolttoaineMetsä-

tähde

3016.10.2015 30

Polttoaine

Hiili

Vety

Ylimääräinen hiili

Metsä-tähde

Lisävety

3116.10.2015 31

Bensiininveroton hinta* kunöljy maksaa:

$100/bbl

$50/bbl

3216.10.2015 32

Kommentteja

Biopolttoaineiden kannattavuusraja noin 100 – 130 $/bbl. Metaani halvinta ja metanoli toiseksi halvinta tuottaa, bensiini kalleinta.

Jakelun ja käytön kustannuksia ei kuitenkaan huomioitu. Kansantalouden näkökulmasta kannattavuudelle eri kriteerit.

Öljytuonnin arvo vuodessa 4 – 8 mrd. euroa. Sähköpolttoaineet nykyoloissa merkittävästi kalliimpia Uusiutuvan sähkön tuotantokustannukset nopeassa laskussa,

sähköpolttoaineet kilpailukykyisiä biopolttoaineiden kanssa sähkön hinnan alittaessa 20 €/MWh (2 c/kWh).

Siirtyminen hiilineutraaleihin polttoaineisiin edellyttää pitkäkestoisia edistystoimia, jotta kustannuksia voidaan edelleen alentaa. Näihin lukeutuu merkittävä panostus tutkimukseen, mutta erityisesti toimet, jotka nopeuttavat demonstraatiolaitosten rakentamista.