Feasibility Study for Industrial Pilot of Carbon-Neutral Fuel Production – P2X: Final Report
Laaksonen, Petteri; Karjunen, Hannu; Ruokonen, Jenna; Laari, Arto; Zhaurova, Mariia; Kinnunen, Sini-Kaisu; Kosonen, Antti; Kärri, Timo; Sinkkonen, Tiina; Rissanen, Tommi; Tervonen, Antero; Varis, Juha (2021-04-30)
Publishers version
Laaksonen, Petteri
Karjunen, Hannu
Ruokonen, Jenna
Laari, Arto
Zhaurova, Mariia
Kinnunen, Sini-Kaisu
Kosonen, Antti
Kärri, Timo
Sinkkonen, Tiina
Rissanen, Tommi
Tervonen, Antero
Varis, Juha
30.04.2021
1-101
Lappeenranta-Lahti University of Technology LUT
LUT Scientific and Expertise Publications Tutkimusraportit – Research Reports
School of Energy Systems
Kaikki oikeudet pidätetään.
© LUT University
© LUT University
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-335-668-9
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-335-668-9
Tiivistelmä
Kokonaisvaltainen energiajärjestelmän murros pohjautuu vahvasti nykyisen sähköntuotantojärjes-telmän uusiutumiseen ja kestävään kehitykseen, joka on vahvasti kytköksissä aina yhteiskunnan perusrakenteisiin asti työllisyysvaikutusten ja talouden kautta. Tulevaisuudessa sähkön käyttö tu-lee lisääntymään kohteissa, joissa se on helppo toteuttaa, kuten henkilöliikenteessä ja lämmityk-sessä. Nestemäisiä polttoaineita tarvitaan kuitenkin myös jatkossa tietyissä käyttötarkoituksissa, kuten esimerkiksi lentoliikenteessä, laivaliikenteessä ja raskaan tavarankuljetuksen saralla. Hiili-neutraalit polttoaineet voivat näissä kohteissa korvata nykyisiä fossiilisia polttoaineita – samanai-kaisesti kun sähköjärjestelmä uudistuu ja vähentää omia päästöjään. Sähköpohjaiset polttoaineet soveltuvat niin energian käyttöön kuin sen varastointiin, ja niitä voidaan lisäksi käyttää kemianteol-lisuuden raaka-aineina.
Tämän projektin tavoitteena oli toteuttaa kattava kannattavuusselvitys sekä taloudellisessa että teknillisessä mielessä teollisen kokoluokan pilot-laitokselle, joka tuottaisi hiilineutraaleja polttoaineita hyödyntämällä Finnsementin sementtitehtaan savukaasuista kaapattavaa hiilidioksidia ja Kemiran kloraattitehtaan ylijäämävetyä. Prosessissa tuotettaisiin ensin metanolia, joka sitten jalostettaisiin valitusta reitistä riippuen joko pelkästään bensiiniksi, tai yhdistelmäksi eri hiilivetyjakeita (bensiini, kerosiini ja diesel).
Projektin pääasiallinen rahoitus on peräisin Euroopan aluekehitysrahastosta Etelä-Karjalan liiton ohjauksessa. Muu täydentävä rahoitus saatu LUT-yliopistosta sekä projektin osakkailta, joita ovat St1, Wärtsilä, Kemira, Finnsementti, Shell, Neste, Finnair, Refinec, Premekon, Jotex works, Te-rästorni ja Lappenrannan kaupunki. Projekti toteutettiin aikavälillä 1.1.2020 ja 30.4.2021.
Tutkimuksen tekninen osuus pohjautuu Aspen Plus -ohjelmalla toteutettuun yksityiskohtaiseen mallinnukseen metanolisynteesistä ja kahdesta vaihtoehtoisesta jatkosynteesistä. Vedyn lähteenä tutkittiin ylijäämävedyn lisäksi elektrolyysitekniikalla tapahtuvaa vedyntuotantoa erillisenä vaihtoeh-tona. Mallinnuksen perusteella saatavia investointi- ja käyttökustannuksia verrattiin laitevalmistajilta saatuihin alustaviin tarjouksiin. Kannattavuutta arvioitiin suorittamalla eri prosessivaihtoehdoille kassavirtalaskelmat, sekä haastattelemalla alalla toimivia henkilöitä markkinanäkemysten kartoi-tusta varten. The target of the P2X Joutseno project was to make a thorough feasibility study, both technical and economical, for industrial-size pilot of carbon-neutral fuel production through methanol route from excess hydrogen produced in water electrolysis for chlorate production at Kemira at Joutseno and captured CO2 from Finnsementti cement plant at Lappeenranta
Project was financed by European Regional Development Fund , LUT University as lead partner and partner firms. The other partners in project were St1, Wärtsilä, Kemira, Finnsementti, Shell, Neste, Finnair, Refinec, Premekon, Jotex works, Terästorni, and City of Lappeenranta.
Project execution took place between 1.1.2020 and 30.4.2021.
The technical part of the research was made using Aspen Plus modelling of the process elements through methanol route to gasoline, kerosene, and diesel. As an alternative, production of hydro-gen by water electrolysis was also studied. The capital expenditures (CAPEX) and operational expenses (OPEX) of the process were evaluated by modelling the process. In order to confirm the results of the economic modelling, both CAPEX and OPEX were also gathered and analyzed from budgetary offers together with LUT, Wärtsilä and St1.
The economic analysis was based on 20-year discounted cash flow calculation model (Figure 0.2), which was used to analyze different scenarios and sensitivities in the scenarios. A base case was set to be a process starting from hydrogen and CO2 to produce methanol as an intermediate which is then upgraded to gasoline. The base case was selected because all the technology for the process is on Technology Readiness Level (TRL) 9, meaning that all the whole process is com-mercially available.
Tämän projektin tavoitteena oli toteuttaa kattava kannattavuusselvitys sekä taloudellisessa että teknillisessä mielessä teollisen kokoluokan pilot-laitokselle, joka tuottaisi hiilineutraaleja polttoaineita hyödyntämällä Finnsementin sementtitehtaan savukaasuista kaapattavaa hiilidioksidia ja Kemiran kloraattitehtaan ylijäämävetyä. Prosessissa tuotettaisiin ensin metanolia, joka sitten jalostettaisiin valitusta reitistä riippuen joko pelkästään bensiiniksi, tai yhdistelmäksi eri hiilivetyjakeita (bensiini, kerosiini ja diesel).
Projektin pääasiallinen rahoitus on peräisin Euroopan aluekehitysrahastosta Etelä-Karjalan liiton ohjauksessa. Muu täydentävä rahoitus saatu LUT-yliopistosta sekä projektin osakkailta, joita ovat St1, Wärtsilä, Kemira, Finnsementti, Shell, Neste, Finnair, Refinec, Premekon, Jotex works, Te-rästorni ja Lappenrannan kaupunki. Projekti toteutettiin aikavälillä 1.1.2020 ja 30.4.2021.
Tutkimuksen tekninen osuus pohjautuu Aspen Plus -ohjelmalla toteutettuun yksityiskohtaiseen mallinnukseen metanolisynteesistä ja kahdesta vaihtoehtoisesta jatkosynteesistä. Vedyn lähteenä tutkittiin ylijäämävedyn lisäksi elektrolyysitekniikalla tapahtuvaa vedyntuotantoa erillisenä vaihtoeh-tona. Mallinnuksen perusteella saatavia investointi- ja käyttökustannuksia verrattiin laitevalmistajilta saatuihin alustaviin tarjouksiin. Kannattavuutta arvioitiin suorittamalla eri prosessivaihtoehdoille kassavirtalaskelmat, sekä haastattelemalla alalla toimivia henkilöitä markkinanäkemysten kartoi-tusta varten.
Project was financed by European Regional Development Fund , LUT University as lead partner and partner firms. The other partners in project were St1, Wärtsilä, Kemira, Finnsementti, Shell, Neste, Finnair, Refinec, Premekon, Jotex works, Terästorni, and City of Lappeenranta.
Project execution took place between 1.1.2020 and 30.4.2021.
The technical part of the research was made using Aspen Plus modelling of the process elements through methanol route to gasoline, kerosene, and diesel. As an alternative, production of hydro-gen by water electrolysis was also studied. The capital expenditures (CAPEX) and operational expenses (OPEX) of the process were evaluated by modelling the process. In order to confirm the results of the economic modelling, both CAPEX and OPEX were also gathered and analyzed from budgetary offers together with LUT, Wärtsilä and St1.
The economic analysis was based on 20-year discounted cash flow calculation model (Figure 0.2), which was used to analyze different scenarios and sensitivities in the scenarios. A base case was set to be a process starting from hydrogen and CO2 to produce methanol as an intermediate which is then upgraded to gasoline. The base case was selected because all the technology for the process is on Technology Readiness Level (TRL) 9, meaning that all the whole process is com-mercially available.
Lähdeviite
Laaksonen, P., Karjunen, H., Ruokonen, J., Laari, A., Zhaurova, M., Kinnunen, S., Kosonen, A., Kärri, T., Sinkkonen, T., Rissanen, T., Tervonen, A., Varis, J. 2021. Feasibility Study for Industrial Pilot of Carbon-Neutral Fuel Production – P2X: Final Report. LUT Scientific and Expertise Publications: Tutkimusraportit - Research Reports 123.