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Portare la polpa alla pompa
Gli impianti di produzione di cellulosa e carta potrebbero presto raddoppiare come bioraffinerie se il finanziamento per un progetto di gassificazione svedese fosse indicativo. Poiché i prezzi del gas sono crollati questo autunno, minacciando di far fallire alcuni innovatori di biocarburanti, la società svedese Chemrec ha ottenuto un flusso di sovvenzioni e investimenti a sostegno di un processo per trasformare il liquore nero rimasto dalla cellulosa e dallo sbiancamento della carta in un biocarburante sintetico a combustione pulita.
Liquore nero: L'impianto di gassificazione di Chemrec a New Bern, NC. La cartiera consuma fino a 330 tonnellate di liquore nero al giorno, una miscela di sostanze chimiche caustiche e legno disciolto rimasto dallo sbiancamento della pasta per la produzione di carta. Attualmente produce un gas a combustione pulita che fornisce energia termica al mulino e ricicla i prodotti chimici caustici.
Chemrec ha ricevuto 20 milioni di dollari in fondi di capitale di rischio all'inizio di questo mese e altri 300.000 dollari dal Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti questa settimana per valutare la fattibilità dell'applicazione del suo processo in una fabbrica di cellulosa a Escanaba, MI. L'azienda con sede a Stoccolma stava già accelerando la ricerca e lo sviluppo attraverso un consorzio di ricerca da 37 milioni di dollari sostenuto dall'UE che coinvolge sette aziende industriali europee, lanciato a settembre.
Parte dell'attrazione è il profilo ecologico del biocarburante generato con il processo di Chemrec, il dimetiletere (DME), che può essere utilizzato in sostituzione del gas di petrolio liquefatto (GPL) e del diesel. Tra la crescente angoscia per gli impatti ecologici della produzione di biocarburanti e l'interruzione della produzione alimentare, recenti analisi, come quella dell'UE Rinnovare studio sui biocarburanti di seconda generazione, hanno scoperto che il DME prodotto dalla gassificazione della biomassa fornisce la più alta riduzione di gas serra al minor costo.
Il cuore della tecnologia di Chemrec è un processo di gassificazione che trasforma il black liquor in una miscela di monossido di carbonio, idrogeno e CO2 chiamata gas di sintesi, o syngas, in breve. La gassificazione del carbone è già un'attività in forte espansione in Cina, dove il syngas risultante viene convertito in prodotti chimici e combustibili. E in aumento anche la gassificazione del cippato. Ad esempio, Nexterra Energy in Canada è uno dei tanti sviluppatori che installano piccole centrali elettriche che gassificano i trucioli di legno e bruciano il syngas risultante per generare energia e calore per gli sviluppi residenziali.
Ma il liquore nero è un'ovvia materia prima per la gassificazione della biomassa. Le cartiere si occupano già di raccogliere carichi di biomassa e, in quanto liquido, il liquore di scarto è più facile da alimentare nel gassificatore rispetto ai pezzi solidi di biomassa. In pratica, tuttavia, questi rifiuti si sono rivelati difficili da gassificare. Il successo misto fino ad oggi dello sviluppatore di gassificazione del liquore nero ThermoChem Recovery International , con sede a Baltimora, esemplifica la sfida. Di due installazioni su larga scala che utilizzano la tecnologia ThermoChem, una è ancora in funzione, mentre la seconda mai utilizzato commercialmente a causa di difetti di progettazione del gassificatore .
Il CEO di Chemrec Jonas Rudberg spiega che il black liquor è particolarmente difficile da trattare a causa delle sostanze chimiche inorganiche altamente caustiche, come l'idrossido di sodio, utilizzate per abbattere la polpa. Nel design del reattore di Chemrec, il liquor nero e l'ossigeno puro iniettati dall'alto alimentano una palla di fuoco a 1.800 °C al centro del reattore. La maggior parte del legno disciolto nel liquor nero forma syngas e fuoriesce dal reattore.
I prodotti chimici inorganici, tuttavia, formano un odore fuso di solfuro di sodio e carbonato di sodio sulle piastrelle di ceramica a schermatura termica che proteggono le pareti del reattore. Mentre l'odore scorre verso il basso e fuori dal reattore, attacca la ceramica. In questo contatto tra fusione e ceramica si verificano reazioni che alterano la superficie del refrattario, dice Rudberg. Il trucco chiave è selezionare materiali in grado di resistere a questo impatto chimico.
Rudberg afferma che Chemrec ha lavorato a stretto contatto con i ricercatori di Laboratorio nazionale di Oak Ridge identificare i materiali appropriati per i test in un impianto di gassificazione che opera in uno stabilimento Weyerhaeuser a New Bern, NC, dal 1996. Questo impianto può elaborare fino al 15 percento del liquore nero dello stabilimento. Rudberg afferma che il refrattario di New Bern è in funzione da due anni, un periodo che ritiene sufficientemente lungo da dimostrare che la sua commercializzazione è fattibile.
Questa performance è chiaramente sufficiente per convincere i sostenitori di Chemrec a finanziare il prossimo passo: generare biocarburante dal syngas. Mentre Weyerhaeuser brucia semplicemente il syngas per generare calore a New Bern, il piccolo impianto di ricerca di Chemrec a Pitea, in Svezia, ha dimostrato la produzione di syngas sufficientemente puro per la sintesi del combustibile catalitico. BioDME , il consorzio di Chemrec finanziato dall'UE, trasformerà quel syngas in tra le quattro e le cinque tonnellate di DME al giorno.
Un altro partner di BioDME, Haldor Topsoe , costruirà l'impianto di sintesi del DME, che sarà avviato nel 2010. Con sede a Göteborg Gruppo Volvo (da non confondere con la divisione di auto di lusso di proprietà di Ford, Volvo Cars) adatterà i sistemi di alimentazione di 14 camion diesel a lungo raggio per funzionare con DME. E compagnia petrolifera svedese preem sta costruendo quattro stazioni di rifornimento per distribuire il DME in tutta la Svezia.
Allo stesso tempo, Chemrec sta eseguendo l'ingegneria per due impianti che sarebbero 25 volte più grandi, producendo 40.000 tonnellate di DME ogni anno: uno a Pitea e uno presso lo stabilimento di New Page nel Michigan. La conversione di ogni fabbrica di cellulosa negli Stati Uniti, secondo Rudberg, genererebbe l'equivalente di circa 7,5 miliardi di galloni di carburante, circa un quinto dell'obiettivo totale del governo degli Stati Uniti per il 2020.
Ma resta da chiedersi se la domanda seguirà naturalmente. Il DME è attualmente utilizzato principalmente come sostituto delle bombolette spray e chiaramente saranno necessarie più di quattro stazioni di rifornimento in Svezia affinché possa decollare come biocarburante. Marc Londo, ricercatore senior ed esperto di biocarburanti presso il Centro di ricerca energetica dei Paesi Bassi , ad Amsterdam, afferma che questo dilemma dell'uovo e della gallina è un grave inconveniente. Ritiene che il successo di Chemrec sarebbe più assicurato se producesse diesel sintetico dal suo syngas, una strategia perseguita dall'innovatore tedesco di gassificazione della biomassa Choren Industries. Il forte vantaggio del diesel sintetico è che puoi semplicemente mescolarlo con il diesel attualmente disponibile, afferma Londo. Per bio DME, hai bisogno di reti di distribuzione dedicate.
Londo afferma che il diesel sintetico ha un altro vantaggio: mentre produrre dal syngas costa leggermente di più rispetto al DME, il diesel sintetico ha una densità energetica più elevata. Un serbatoio di diesel occuperà un camion a lungo raggio il doppio di un serbatoio di DME: per i camion a lungo raggio, la densità di energia è un fattore critico e il diesel sintetico è quindi un carburante più prezioso, afferma.
Il leader del progetto BioDME Per Salomonsson, un manager di ricerca e sviluppo con Volvo Group, afferma che si tratta di quanto carburante produrrà un acro di terra. Il diesel sintetico sarebbe molto più facile per il Gruppo Volvo da inserire nei suoi veicoli, ma secondo le loro stime, DME fornirà oltre il 65 percento in più di miglia di viaggio per acro coltivato; rispetto al biodiesel convenzionale prodotto da olio vegetale, il vantaggio è di cinque a uno. In futuro ci sarà una carenza di biomassa, afferma Salomonsson. A lungo termine, non possiamo permetterci di avere nient'altro che il processo più efficiente.