新的氣化方法可以將森林生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料和生物化學(xué)品
2019-02-16
在芬蘭，VTT技術(shù)研究中心開(kāi)發(fā)了一種基于氣化的新技術(shù)。該中心表示，這種技術(shù)提供了一種可持續(xù)的方式，可以將森林工業(yè)的副產(chǎn)品，如樹(shù)皮、鋸末和其他廢棄物，轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸用的生物燃料和生物化學(xué)品。這項(xiàng)新技術(shù)比化石燃料減少了大約90%的二氧化碳排放。
雖然生物質(zhì)氣化本身并不新鮮，但VTT的新方法利用氣化將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)品——液態(tài)碳?xì)浠衔?、甲醇或甲?mdash;—并與公共區(qū)域供熱(DH)工廠或森林工業(yè)發(fā)電廠整合在一起。這些中間產(chǎn)品在煉油廠進(jìn)一步加工，制成可再生燃料或化學(xué)品。
VTT在最近完成的BTL2030項(xiàng)目中開(kāi)發(fā)并試驗(yàn)了新的氣化過(guò)程，并基于該技術(shù)評(píng)估了工廠的競(jìng)爭(zhēng)力。項(xiàng)目小組開(kāi)發(fā)的分布式發(fā)電過(guò)程有效利用了生物質(zhì)蘊(yùn)含的能量。
大約55%的能源被轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸用生物燃料，另外20%到25%的能源可以用來(lái)提供地區(qū)供暖或?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)蒸汽。這項(xiàng)新技術(shù)比化石燃料減少了大約90%的二氧化碳排放。
規(guī)模越小，整體效率越高
該工藝采用VTT低壓、低溫蒸汽氣化技術(shù)，簡(jiǎn)化了氣體凈化和小規(guī)模工業(yè)合成。由于這種小規(guī)模的方法，該過(guò)程產(chǎn)生的熱量可以全年使用，該過(guò)程可以用當(dāng)?shù)氐膹U物作為燃料。
芬蘭以前的計(jì)劃涉及相當(dāng)大的以氣化為基礎(chǔ)的工廠生產(chǎn)可再生柴油，這些柴油的原材料需求無(wú)法由來(lái)自當(dāng)?shù)氐膹U棄物來(lái)滿足。此外，根據(jù)VTT的說(shuō)法，不可能充分利用大型工廠的副產(chǎn)品，因此能源效率很容易低于60%。
計(jì)劃在歐洲建設(shè)的300MW以上的大型氣化廠還沒(méi)有一個(gè)真正建成。事實(shí)證明，近10億歐元的投資以及與新技術(shù)相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)是一個(gè)無(wú)法逾越的障礙。VTT的高級(jí)首席科學(xué)家Esa Kurkela解釋說(shuō)：“我們的解決方案規(guī)模較小，因此更容易獲得資金，用于建設(shè)基于新技術(shù)的第一座工廠。”
成本競(jìng)爭(zhēng)力
除VTT外，BTL2030項(xiàng)目聯(lián)合體的合作伙伴包括匈牙利的Fortum Oyj、Gasum Oy、Helen Oy、Kumera Corporation、氣化技術(shù)公司、Oy Brynolf Gronmark Ab、AF-Consult Ltd、Oy Woikoski Ab、Dasos Capital Oy、Kokkola-nseudun Kehitys Oy和MOL Group。
該小組估計(jì)，用家庭廢物制造的運(yùn)輸燃料的生產(chǎn)成本為每升汽柴油0.8-1歐元。隨著競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的原材料成本的增加，新技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力將大大增強(qiáng)，預(yù)計(jì)至少?gòu)?030年起，這一過(guò)程將具有高度競(jìng)爭(zhēng)力。
該項(xiàng)目包括規(guī)劃從試點(diǎn)發(fā)展到示范的道路，并與參與的企業(yè)共同將技術(shù)商業(yè)化。在短期內(nèi)，這項(xiàng)新技術(shù)的最終競(jìng)爭(zhēng)力取決于原油和二氧化碳配額的價(jià)格以及可再生運(yùn)輸燃料的稅收。
顯著的技術(shù)出口潛力
根據(jù)國(guó)際能源署的《可再生能源2018年市場(chǎng)分析與預(yù)測(cè)——至2023年》，生物質(zhì)能源將是2018年至2023年間增長(zhǎng)最快的可再生能源形式。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，要把全球變暖控制在2攝氏度以?xún)?nèi)，生物質(zhì)能源對(duì)全球能源消耗的貢獻(xiàn)就必須翻兩番，從目前的4.5%提高到2060年的17%左右。
據(jù)VTT估計(jì)，除其他措施外，到2030年，芬蘭將需要占交通行業(yè)能源消耗30%的可持續(xù)生物燃料。用生活垃圾可以滿足一半的原料需求，這需要5-10個(gè)當(dāng)?shù)鼐C合能源生產(chǎn)工廠。
歐盟委員會(huì)最近通過(guò)的可再生能源指令II (REDII)為高級(jí)生物燃料設(shè)定了3.6%的目標(biāo)，相當(dāng)于1100萬(wàn)噸石油當(dāng)量，這意味著僅在歐洲就需要大約200家生物質(zhì)氣化工廠。
Fortum Otso(“熊”)生物油是由其位于Joensuu的熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)工廠生產(chǎn)的。自2013年投產(chǎn)以來(lái)，生物油采用可再生木材為原料，采用快速熱解技術(shù)生產(chǎn)(照片由Fortum提供)。
除運(yùn)輸燃料外，生物質(zhì)氣化技術(shù)還可用于生產(chǎn)可再生原料，在各種化工過(guò)程中替代石油和天然氣。另一方面，合成氣的應(yīng)用可以幫助實(shí)現(xiàn)若干循環(huán)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，例如塑料和其他包裝材料的閉環(huán)回收。
繼續(xù)通過(guò)歐盟項(xiàng)目研發(fā)
該氣化技術(shù)項(xiàng)目的研發(fā)將繼續(xù)通過(guò)VTT協(xié)調(diào)的兩個(gè)歐盟地平線2020項(xiàng)目( Horizon 2020)來(lái)實(shí)施。這些項(xiàng)目的重點(diǎn)是氣體凈化和提高合成技術(shù)的效率，目的是在芬蘭埃斯波VTT的Bioruukki試點(diǎn)中心展示整個(gè)生物燃料鏈的性能。
第一個(gè)項(xiàng)目是運(yùn)輸燃料致密氣化和合成工藝(COMSYN)，目的是開(kāi)發(fā)現(xiàn)代化的、集約化的反應(yīng)堆，與設(shè)備規(guī)模相比，這種反應(yīng)堆具有較高的生產(chǎn)率。
正在開(kāi)發(fā)的第二個(gè)項(xiàng)目是電力、熱力和運(yùn)輸燃料的柔性聯(lián)合生產(chǎn)(FlexCHX)，這是一種基于生物質(zhì)能和太陽(yáng)能、風(fēng)能的柔性混合工藝，既可以?xún)H靠生物質(zhì)能運(yùn)行，也可以通過(guò)電解來(lái)提高產(chǎn)量。
