Techno-economic evaluation of suitable conversion technologies for the production of biofuels from woody-biomass

Abstract

In order to reduce emissions of greenhouse gases derived from the combustion of fossil fuels, renewable alternatives is currently being explored in order to replace conventional fossil feedstock for the generation of either heat and power or as transportation fuels and chemicals. Woody biomass also referred to as lignocellulose biomass, constitutes a significant portion of the global biomass potential and provides a renewable feedstock for heat and power through direct combustion or it can be converted using suitable conversion-processes into chemical and fuels [1]. The scope of this thesis is to evaluate different conversion-technologies to identify the most suitable technology for producing biofuels from woody biomass. In order to identify the most suitable conversion-technology using woody biomass as a feedstock for the production of biofuels an extensive literature review has been performed. In the literature review a selection of technologies has been presented and evaluated in order to find a suitable process able to produce liquid hydrocarbons from woody biomass. From the literature review two thermochemical conversion-pathways were considered best suited for utilizing woody biomass as feedstock. The processes to be further analyzed were pyrolysis and gasification. These technologies is evaluated and the process-path for producing liquid hydrocarbons is explained and compared against available literature and data. Both technologies is found suited for producing gasoline and diesel from a woody biomass feedstock. When comparing the technologies, the pyrolysis-pathway provides a higher yield of hydrocarbons at lower investments cost and fuel selling price than the gasification-pathway. The challenge for the production of liquid hydrocarbons from woody biomass using pyrolysis is the low quality fuel produced which limits the marked. Liquid fuel produced from gasification and subsequent upgrading using Fischer Tropsch synthesis are of a higher quality and produces a significant fuel-fraction which can be utilized as fuel for aviation purposes. The opportunity of producing renewable jet-fuel from woody biomass has gained significant interest from the aviation industry. This helps accelerate the development and the technology is expected to be commercially viable within the decade [49]. At this point in time there seems to be no commercial production of transportation fuels from either pyrolysis or gasification due the technological and economic challenges described in this thesis.

For redusere utslippene av drivhusgasser fra forbrenning av fossile brensler, har ført til at nye fornybare alternativer blir utforsket for å erstatte fossile råstoffer for produksjon av varme og energi eller produksjon av kjemikalier og drivstoff. Biomasse fra energivirke/massevirke/skog (trevirke) utgjør en betydelig del av det globale biomasse potensialet og er en fornybar ressurs for fyring eller energiproduksjon gjennom forbrenning eller den kan omdannet til kjemikalier eller drivstoff gjennom egnede prosesser. Målet med denne oppgaven er å evaluere forskjellige teknologier for å finne den mest egnede prosessen for å omdanne denne type biomasse om til biodrivstoff. For å identifisere den mest egnede teknologen som kan bruke denne type biomasse som råstoff for produksjon av biodrivstoff har det blitt gjennomført en omfattende litteraturstudie som en del av denne oppgaven. I denne studien har et utvalg av teknologier blitt presentert og evaluert for å finne egnede prosesser som kan produsere flytende hydrokarboner fra biomasse. Fra litteratur studien ble to termokjemisk prosesser ble vurdert som de mest egnede teknologiene for å bruke biomasse fra trevirke som råstoff. Prosessene som skal videre analyseres er pyrolyse og gassifisering. Disse teknologiene skal evalueres videre og prosess-veien mot flytende hydrokarboner er forklart og sammenlignet mot tilgjengelig litteratur og data. Begge teknologiene foreslått er funnet egnet for produksjon av bensin og diesel fra trevirke. En sammenligning av de aktuelle teknologiene viste at pyrolyse produserte en større mengde hydrokarboner fra en gitt mengde trevirke med lavere investeringskostnader og lavere produksjonspris enn veivalget med gassifisering. Utfordringen med produksjon av flytende hydrokarboner fra trevirke ved bruk av pyrolyse er den lave kvaliteten på sluttproduktet som begrenser markedet. Flytende drivstoff produsert ved gassifisering og videre oppgradering gjennom Fischer Tropsch syntese er av en høyere kvalitet og produseres en betydelig andel bensin som kan brukes som drivstoff i flyindustrien. Muligheten til å produsere fornybar flybensin fra trevirke har vekket stor interesse blant forskjellige aktører. Dette har hjulpet med å akselerer utviklingen av denne teknologien og den er forventet å være kommersielt levedyktig innen et tiår [49]. På dette tidspunktet er det tilsynelatende ingen kommersiell produksjon av drivstoff fra enten pyrolyse eller gassifisering som følge av teknologiske og økonomiske utfordringer som har blitt beskrevet i denne oppgaven.