DONG Energys erfaringer med produktion af electricitet og bioethanol på basis af halm og korn

1. DONG Energys erfaringer med produktion af electricitet og bioethanol på basis af halm og korn Kim Winther, DONG Energy Generation Børge Holm Christensen, Biosystemer

2. Indledning – hvem er vi? • Cand. agro Kim Winther, DONG Energy Generation • DONG, Elsam, E2, Københavns Energi, NESE og Frederiksberg forsyning • DONG Energy pr. 1/9-2006 • Børge Holm Christensen, Biosystemer • Initiativtager og partner i IBUS-projektet • Medgrundlægger og medejer af Elsam Biosystems A/S Doc. info

3. Disposition • De ydre rammer • Teknologiudviklingen af bioethanol • IBUS-konceptet • Energibalance • Økonomi • Landbrug Doc. info

4. Scenarier for CO2-koncentration De ydre rammer - truslerne • Global opvarmning • Kyoto: 5% CO2-reduktion pr. 2008-2012 (DK: 21%) • post-kyoto: Behov for 15-30% CO2-reduktion i 2020? • Forsyningssikkerhed • Stigende energipriser • Høj olieafhængighed: EU 80% olieimport. Transportsektor ~100% olieafhængig R/P (reserver/produktion) ratio for dansk olieproduktion 1987-2003 Doc. info

5. De ydre rammer - politik • EU’s mål: • 12% vedvarende energi i 2010 • 22% biomasse i elforsyningen i 2010 • EU’s biobrændstofdirektiv (2003): Vejledende mål: 2% i 2005 og 5,75% i 2010. Mulige fremtidige EU-mål: 8% i 2015 og 25% i 2030? • 3 prioriterede områder: CO2-reduktion, forsyningssikkerhed, beskæftigelse • Andre vigtige politikområder i EU: Innovation og udvikling samt afsætning af landbrugsprodukter • Danmark: 0,1% i 2005 (biodiesel). 2010-mål endnu ikke fastlagt! • Tværministeriel arbejdsgruppe om alternative drivmidler skal fremlægge mål for 2010 ultimo 2006 • Regering vil bruge 200 mio. kr. fra globaliseringsfond til demonstration af 2. generations biobrændstof • F&U-strategi for flydende biobrændstoffer (Energistyrelsen, 2006) Doc. info

6. De ydre rammer – marked og teknik • EU-markedet: • Marked domineres 100% af 1. generations ethanol (primært hvede i EU, sukkerrør i Brasilien) • EU-marked drives af politisk efterspørgsel • Tyskland, Sverige, Ungarn og Spanien har 100% afgiftsfritagelse • Frankrig og England har reduceret afgiften for biobrændstoffer • Danmark har fritaget biobrændstof for CO2-afgift • Det tekniske: • Ethanol kan iblandes op til 5-10% i alm. motorer (E5 – E10) • E85 kan anvendes i flexifuelbiler • Eksisterende infrastruktur • Ethanol har lavere energiindhold end benzin – men højere oktantal Doc. info

7. Teknologiudviklingen – fra halmafbrænding til bioethanol • Politisk pres for at anvende biomasse til energi (Biomasseaftalen 1993) • behov for at udvikle teknologier til halm- og træflisfyring • Tekniske udfordringer: • højt indhold af alkalisalte (kaliumklorid) i halm => korrosion i kedler (f.eks. Enstedværket) • Løsning: Halmvask • renere fast biobrændsel til samfyring med kul => højere virkningsgrader • Muligheder i vaskevand • vaskevand med alkalisalte og hemicellulose (C5-sukker) • udvikling af nye enzymer • Svaret: IBUS! Doc. info

8. IBUS – Integreret Biomasse Udnyttelses System IBUS-konceptet: biomasse (korn, halm, energiafgrøder og affald) konverteres til ethanol, foder og biobrændsel gennem en proces hvor: • overskudsvarmen fra kraftværkerne udnyttes • råvarens næringsstoffer recirkuleres til landbruget via foderet • ligninresten i biomassen kan samfyres med kul, olie og gas på kraftværker • halm og korn bindes sammen i et IBUS-anlæg hvilket rummer en række synergifordele Doc. info

9. IBUS – Integreret Biomasse Udnyttelses System F&U-indsatsen har primært været finansieret via EU-projekter. Det seneste: 2002-2006: IBUS 1 – ”Co-production of biofuels” • RISØ, KVL, Sicco (Biosystemer), DONG Energy og TMO Renewable Ltd. UK • Budget på 100 mio. kr. – heraf halvdelen fra EU • Procesudvikling, pilotanlæg (10,100 og 1000 kg/h ) og feasibility beregninger for fuldskala Udpluk af resultater: • Der er eftervist en kontinuert, low-cost proces med højt tørstofindhold (30-45%) og hvor 90% af alkalisaltene udvaskes. • 100% udnyttelse af råvarer, 0 spildevand og 0 emissioner • Produktionsomkostninger: 3,1-4,2 kr/liter EtOH i forskellige alternativer Flere projekter er ansøgt via PSO og Højteknologifonden Doc. info

10. Bestanddele i halm Cellulose Hemicellulose Lignin Doc. info Foder Ethanol Kraftvarme Ethanol

11. IBUS demonstration plant – grain + straw + CHP Grain store Boiler reactor Enzymetreatment Stripper Grain Process Hammer mill Separation CO2 Electricity SSFfermentation Vapour Ethanol ReinforcementFinal drying Evaporation Boiler reactor Condensate Straw store Doc. info Condensate Chopper Vapour Straw Process Electricity C5 Enzymetreatment DDGS Drying C5 melassefor evaporation Solid bio fuel CO2 Separation Lignin/drying Electricity and heat Stripper SSFfermentation CHP Bio fuel

12. Energibalance for IBUS-helsæd Doc. info

13. Økonomi – feasibilitystudie for IBUS Output: Biobrændsel: 4,5 euro/GJ DDGS: 98 euro/t C5 melasse: 86 euro/t Input: Halmpris: 60 euro/t. Kornpris: 120 euro/t C2: 945.000 t. halm Case 1: 479.000 t. korn 2015 gæt: Enzymer: 0,03 Euro/l EtOH 2006: Enzymer = 0,16 Euro/l EtOH Doc. info

14. Integration af 1. og 2. generation i IBUS • ”Traditionel” opfattelse: • 1. generation = hvede, roer, majs mm. • 2. generation = halm, træflis, mm. • IBUS gruppen: • IBUS er integration af korn og halm, dvs. helsæd samt energiafgrøder • IBUS er også integration af energileverancer ml. kraftværk og de to proceslinier • korn giver god skalaøkonomi i ethanolanlæg • det faste biobrændsel fra halmlinien forsyner både halm- og kornlinien med energi • potentiale for besparelser ved samlet afgrøde Doc. info

15. DONG Energy og landbruget • DONG Energys strategiske overvejelser • Primært teknologiudvikling af IBUS • 1. Opskalere pilotanlæg til demonstrationsanlæg på 4 t/h halm og 4 t/h korn • 2. Opføre fuldskala kornethanolanlæg på 475.000 t. korn = 140.000 t. EtOH • 3. Integrere fuldskala halm- og korn i IBUS • Strategien i relation til landbruget • Efterspørgsel efter råvarer til ethanolproduktion • Udbud af foderprodukter, hhv. DDGS og C5-melasse, eller kombineret i en pelleteret foderblanding • Fleksibelt bioraffinaderi: håndtering af flere råvarer og biprodukter afhængig af udbud/efterspørgsel • Forbrugere bruger 3-4 gange mere energi på transport end på fødevarer, dvs. større marked Doc. info

16. Den ”ideelle” afgrøde • højt tørstofindhold • lav proteinandel = mindre næringskrævende = mindre udvaskning • højt indhold af kulhydrateter • lav lignin andel • høj produktivitet/ lang dyrkningssæson • Behov for at overveje nye dyrkningssystemer / nye afgrøder Doc. info

17. Hvad kan vi lave på 1 ha? (Kilde: Claus Felby) 1. generation IBUS • Hvede • 2050 kg ethanol • 2100 kg CO2 • 1900 kg Distillers grain • 4000 kg Solid biofuel • Energimajs • 5000-7000 kg ethanol (C5+C6 fermentering) • 5000-7200 kg CO2 • 3000- 4000 kg Distillers grain • 3000- 4000 kg Fast brændsel Doc. info

18. Biomassen i forhold til Danmarks benzinforbrug Beregningseksempel baseret på energimajs: • Forbrug på ca. 2 mio. t. benzin = 3,3 mio. t. ethanol • 1 ha => 6 t. EtOH 3,5 t. foder 3,5 t. biobrændsel • Areal: 550.000 ha - foderproduktion frigør ca. 200.000 ha. • ”Nettoareal”: 350.000 ha = knap 15% af dyrket areal • Men mindre kan også gøre det…. Doc. info

19. Tak for opmærksomheden! Oplysninger: www.bioethanol.info www.dongenergy.com Kontakt: Kim Winther, tlf. 7923 3133, kimwi@dongenergy.dk Charles Nielsen, tlf. 7622 2406, chani@dongenergy.dk Børge Holm Christensen, tlf. 4970 9882, biosystemer@post4.tele.dk Doc. info

20. Ekstra Doc. info

21. VEnzin-vision Doc. info

22. IBUS pilotanlæg Doc. info