En chans att byta till förnybara källor för uppvärmning, el och bränsle, samtidigt som det ger nya möjligheter för flera industrier att producera ett stort antal förnybara produkter. Det anser forskare från Chalmers tekniska högskola, Sverige, vem nu, efter 10 års energiforskning om förgasning av biomassa, se en rad nya tekniska landvinningar.

"Potentialen är enorm! Använder bara de redan befintliga svenska energiverken, vi skulle kunna producera förnybara bränslen motsvarande 10 procent av världens flygbränsle, om en sådan omvandling genomfördes fullt ut, säger Henrik Thunman, Professor i energiteknik på Chalmers.

Hur man genomför en övergång från fossila bränslen till förnybara energikällor är en knepig fråga för många industrier. För tung industri, som oljeraffinaderier, eller pappers- och massaindustrin, det är särskilt brådskande att börja röra på sig, eftersom investeringscyklerna är så långa. På samma gång, det är viktigt att göra investeringen rätt eftersom du kan bli tvungen att byta ut pannor eller anläggningar i förväg, vilket innebär stora finansiella kostnader. Tack vare långsiktiga strategiska insatser, forskare vid Sveriges Chalmers tekniska högskola har nu banat väg för radikala förändringar, som skulle kunna tillämpas på nya installationer, samt implementeras på tusentals befintliga anläggningar runt om i världen.

Den presenterade lösningen innebär en omfattande förgasning av biomassa. Denna teknik i sig är inte ny. Grovt förklarat, vad som händer är att vid höga temperaturer, biomassa omvandlas till en gas. Denna gas kan sedan förädlas till slutprodukter som idag tillverkas av olja och naturgas. Chalmersforskarna har visat att en möjlig slutprodukt är biogas som kan ersätta naturgas i befintliga gasnät.

Tidigare, utvecklingen av förgasningstekniken har hämmats av stora problem med att tjära frigörs från biomassan, som stör processen på flera sätt. Nu, forskarna från Chalmers avdelning för Energiteknik har visat att de kan förbättra kvaliteten på biogasen genom kemiska processer, och tjäran kan också hanteras på helt nya sätt. (Se animation och bild nedan.) Detta, i kombination med en parallell utveckling av värmeväxlarmaterial, ger helt nya möjligheter att konvertera fjärrvärmepannor till biomassaförgasare.

"Det som gör denna teknik så attraktiv för flera industrier är att det kommer att vara möjligt att modifiera befintliga pannor, som sedan kan komplettera värme- och elproduktionen med produktion av fossilfria bränslen och kemikalier." säger Martin Seemann, Docent i energiteknik på Chalmers.

"Vi byggde om vår egen forskningspanna på detta sätt 2007, och nu har vi mer än 200 manår av forskning för att backa upp oss, ", säger professor Henrik Thunman. "Kombinerat med lärdomar i industriell skala från demonstrationsprojektet GoBiGas (Göteborg Biomass Gasification), lanserades 2014, det är nu möjligt för oss att säga att tekniken är redo för världen."

De anläggningar som skulle kunna omvandlas till förgasning är kraft- och fjärrvärmeverk, pappers- och massabruk, sågverk, oljeraffinaderier och petrokemiska anläggningar.

"De tekniska lösningar som utvecklats av Chalmersforskarna är därför relevanta inom flera industriområden", säger Klara Helstad, Chef för enheten för hållbar industri på Energimyndigheten. "Chalmers kompetens och forskningsinfrastruktur har spelat en avgörande roll för demonstrationen av avancerade biobränslen inom GoBiGas-projektet."

Energimyndigheten har under många år finansierat energiforskning och infrastruktur på Chalmers.

Hur mycket av denna tekniska potential som kan realiseras beror på de kommande årens ekonomiska förutsättningar, och hur det kommer att påverka industri- och energisektorernas vilja att konvertera. Tillgången på biomassa är också en avgörande faktor. Biomassa är en förnybar resurs, men bara förutsatt att vi inte utarmar förutsättningarna för dess biologiska produktion. Det finns därför en gräns för den totala produktionen av biomassa.

Potential för fossilfria bränslen via förgasning, genom modifiering av befintliga anläggningar

• De anläggningar som skulle kunna modifieras har en typ av förbränningspanna som kallas fluidiserad bädd. Det är den vanligaste tekniken i svenska kraft- och fjärrvärmeverk, och är också vanlig i många pappers- och massabruk och sågverk. Totalt, över 100 anläggningar i Sverige har virvelbäddspannor.
• Om alla dessa anläggningar modifierades till biomassaförgasare, de skulle kunna producera 346 TWh biogas (metan) per år, tillräcklig tillgång till biomassa. Det motsvarar cirka en procent av världens totala naturgasförbrukning 2013.
• Alternativt anläggningarna skulle kunna producera 278 TWh flygbränsle per år, motsvarande cirka 10 procent av världens totala flygbränsleförbrukning 2014.
• The biomass consumption in the above scenarios exceeds the production estimates of the Swedish agriculture and forestry industry, so a major conversion to biomass gasification would probably require a mixture of domestic and imported biomass.
• Globalt, there are thousands of plants that have fluidised bed combustion, and could therefore be modified to biomass gasification.

Chemicals, materials and electrical fuels as end-products

• The technology is very flexible when it comes to end-products. Gasification of biomass produces syngas—a mixture of hydrogen, carbon monoxide and carbon dioxide—which can then be converted to a variety of hydrocarbons. In addition to biogas and aviation fuel, du kan, till exempel, produce methanol, gasoline and diesel.
• In addition to power and district heating plants and paper-, pulp- and sawmills, the conversion could also include oil refineries and petrochemical plants. The gasification process could provide renewable hydrocarbons that can replace oil in the production of fuels, chemicals and materials. Men också, it offers the possibility of supplementing their operations with their own combustion of biomass.
• The technology can also be used to produce electro fuels. These are synthetic vehicle fuels that are produced with carbon dioxide captured from biomass combustion, electricity and water. In a future energy system, with a high proportion of electricity from solar cells and wind power, it could be a method of utilising electricity during surplus periods. An installation can be designed to switch between the production of electric fuel and other fuel, depending on the current electricity price.
• With sufficient access to biomass, the expanded production could coexist with existing production in the facilities, and provide an increased degree of utilisation for today's infrastructure.

The availability of sustainably produced biomass

There are differences in opinion over how much biomass can be produced in a sustainable way.

"My assessment is that biomass can make a significant contribution to the energy supply. But it is not enough to provide for all the applications that currently require fossil fuels, säger Göran Berndes, Professor of Biomass and Land use at Chalmers. "In this perspective, the conversion to gasification is very interesting, as it enables biomass to be used very efficiently to meet several different needs in society."

Göran Berndes continues, "regardless of how biomass is used in the end, it is important to ensure that it comes from sustainable forestry and agriculture. Laws, regulations and market-based sustainability certification schemes provide better conditions for sustainable production, but countries and individual actors differ in terms of sustainability priorities. It is therefore likely that the changeover to renewability will still be characterised by a debate regarding the sustainability of different solutions."