Träflis in – syntetisk diesel ut
2009-11-05
Den första anläggningen i världen som klarar att göra syntetisk diesel
av träflis i kommersiell skala är snart redo att tas i bruk.
Världens blickar riktas mot en sömnig småstad i östra Tyskland.
Text och foto Björn Forsman
Förnybara drivmedel tillverkade av skogsavfall och annan billig biomassa skulle kunna bidra till att lösa både klimatkrisen och problemet med sinande oljeresurser.
I Sverige knyts förhoppningar till skogsetanol någon gång i framtiden och till utvinning av DME från svartlut. På andra håll i världen, inte minst i Tyskland, är siktet inställt på att med olika förgasningstekniker tillverka syntetisk diesel, även kallad Fischer-Tropsch- eller FT-diesel.
Längst fram i ledet går Choren Industries i tyska Freiberg, nära Dresden. Ett litet teknikföretag med mäktiga partners som Volkswagen, Daimler och Shell.
Just nu pågår intrimningen av en nybyggd anläggning som kostat närmare en miljard att bygga. I början av nästa år startar tillverkningen av Sun Diesel, det varumärke som används för att skilja produkten från vanlig rapsdiesel, RME.
Att tillverka syntetisk diesel med hjälp av Fischer-Tropsch-syntesen är relativt etablerad teknik. Tyskarna utnyttjade metoden redan under andra världskriget och sydafrikanska Sasol vidareutvecklade tekniken under apartheidbojkotten. I båda fallen användes stenkol som råvara.
På senare år har bland andra Sasol och Shell använt FT-syntesen för att producera diesel och syntetiska kemikalier ur naturgas, så kallat Gas-to-Liquids, GtL.
Samtidigt har kolförgasning för bränsleändamål (Coal-to-Liquids, CtL) på grund av oljeprisets utveckling fått ett uppsving i framför allt Kina, där flera nya anläggningar byggs varje år. Ur klimatsynpunkt är stenkolsdiesel en riktig rysare, de samlade koldioxidutsläppen blir ofta mer än dubbelt så höga som från vanlig, fossil diesel.
Desto större skäl att i stället tillämpa förgasningstekniken på biomassa, kan man tycka. Syntetisering av flytande drivmedel ur en förnybar råvara brukar betecknas som Biomass-to-Liquids, BtL. Men detta är en betydligt mindre beprövad teknik, full av potentiella fallgropar.
Det berättar Jochen Vogels, projektledare på Choren Industries under en rundvandring på den nybyggda, men ännu inte driftsatta demonstrationsanläggningen i Freiberg.
– Den förgasningsteknik vi använder, så kallad suspensionsförgasning, förutsätter en råvara som är flytande eller i pulverform. Kol kan relativt enkelt malas ned, men att göra samma sak med träråvara skulle vara orimligt energikrävande, förklarar han.
– En viktig utgångspunkt för vårt arbete har därför varit att skapa en lämplig förbehandling av råvaran.
En annan nyckelfråga har varit att undvika problem med trätjära.
– Lyckas inte det så får man en klibbig beläggning på alla komponenter som ingår i processen. Tjäran har hittills varit den stora stötestenen i alla tidigare försök med förgasning av biomassa, hävdar Jochen Vogels.
Carbo-V är namnet på den patenterade teknik som Choren tagit fram för att komma runt svårigheterna. Med hjälp av denna process ska det enligt företaget vara möjligt att i mycket stor skala omvandla biomassa till ren syntesgas – den blandning av vätgas och kolmonoxid som sedan är utgångspunkten för FT-syntesen.
Knepet är att dela upp förgasningen i tre steg, med olika temperaturer och kemiska förhållanden. Därigenom undviker Carbo-V-processen, enligt Choren, alla de problem som förgasning av biomassa traditionellt dragits med. Det som kommer ut ur det tredje förgasningssteget (läs mer i faktarutan) är en ganska ren syntesgas.
Dock återstår ett antal processteg innan gasen är redo att skickas in i FT-syntesen. Först tas värmen tillvara i en värmeväxlare. Ångan som produceras används dels direkt på olika ställen i processen, dels för att tillverka el. Därefter filtreras kvarvarande partiklar av kol och aska bort och går tillbaka till högtemperaturförgasaren. Där smälter askan och bildar ett värmeisolerande slaggskikt på kärlets insida – ytterligare en nyckelteknologi i Carbo-V-processen.
Svavel, klorider och andra salter tas bort i en skrubber och därefter justeras förhållandet mellan vätgas och kolmonoxid i den färdiga gasen. Slutligen tvättas all koldioxid ut.
Den ultrarena syntesgasen, som nu innehåller omkring 80 procent av den ursprungliga biomassans energi, förs sedan vidare in i FT-syntesens många processteg. Här är det delägaren Shell som står för den tekniska kompetensen.
I den syntesdiesel som så småningom rinner ur avtappningskranen återfinns cirka 55 procent av råvarans energi. Men mycket av den förlorade energin har tagits tillvara i form av ånga och el. Med en tillräckligt torr råvara är produktionen näst intill självförsörjande med energi.
Den nya fabriken, kallad Beta-anläggningen, väntas komma i drift först i början av nästa år. Men Carbo-V-tekniken bygger ändå inte enbart på teori. Under åtta år drev Choren en pilotanläggning, kallad Alpha, enligt samma princip. Enda skillnaden var att den var lite mindre förfinad – och femtio gånger mindre. Alpha-anläggningen togs ur drift 2006, men står kvar i ett hörn av området.
Den nya Beta-anläggningen har kostat närmare en miljard kronor att bygga och är på 45 megawatt. Vid full drift kommer den att tillverka drygt 15 000 ton syntetisk diesel årligen.
I praktiken innebär det att ett tiotal stora lastbilar varje dygn kommer att leverera träflis till anläggningen samtidigt som två tankbilar fraktar iväg den färdiga produkten.
– Den här anläggningen byggs i kommersiell skala för att demonstrera tekniken. Men den är egentligen för liten för att vara kommersiellt gångbar, konstaterar Jochen Vogels.
– Vi tror att en realistisk storlek innebär en produktionskapacitet på mellan 100 000 och en miljon ton diesel per år.
En sådan anläggning finns redan på ritbordet. I Schwedt, nordöst om Berlin och nära den polska gränsen, planerar Choren för sin första så kallade Sigma-anläggning. Den ska klara en årlig produktion på 200 000 ton. Råvaran kommer att bestå av energiskog.
Kostnaden för denna tolv gånger större anläggning uppskattas till omkring åtta miljarder kronor. Enligt Jochen Vogels kommer det inte att bli något problem att hitta riskvilligt kapital. Det tyska stödsystemet för biodrivmedel har nyligen gjorts om så att de fordonsbränslen som tillhör den andra generationen gynnas.
Men förutsättningen för att anläggningen i Schwedt och andra Sigma-projekt ska bli verklighet är att Beta-anläggningen i Freiberg blir den succé som Choren och deras partners hoppas på. Produktionsstarten har redan skjutits framåt i tiden ett par gånger.
– I huvudsak på grund av säkerhetsfrågor. Vi har fått anpassa oss till de höga krav som gäller på Shells raffinaderier, förklarar Jochen Vogels.
Han är väl medveten om att företaget har världens blickar på sig.
– Det visar alla frågor vi får: Hur går det egentligen i Freiberg?
Om några månader har vi troligen svaret.
Fakta Carbo-V-processen
Förgasningen delas upp i tre steg, med olika temperaturer och kemiska förhållanden. I ett första förberedande förgasningssteg genomgår träflisen en pyrolys eller torrdestillation. Den hettas då upp till mellan 400 och 500 grader i en blandning av luft, syrgas och het ånga.
Resultatet blir två fraktioner: Dels en pyrolysgas, som innehåller alla flyktiga kolväten, inklusive den förgasade trätjäran. Dels en fast produkt, som består av träkol och aska.
Medan träkolet förs ut ur flödet för att svalna – och därefter malas till ett fint pulver – så går pyrolysgasen rakt in i nästa steg, högtemperaturförgasaren:
Här förbränns en del av kolvätena i en atmosfär av luft och ren syrgas, vilket höjer gasens temperatur till närmare 1 500 grader. Följden blir att de långa kolvätemolekylerna slås sönder nästan fullständigt.
Den heta och nu tjärfria gasen förs sedan vidare in i den tredje förgasningskammaren. Genom ett munstycke i botten av behållaren sprutas det pulveriserade träkolet in i gasströmmen. Detta resulterar i en serie kemiska reaktioner och en mycket snabb temperatursänkning med cirka 500 grader.
