Life cycle assessment of torrefied biomass intended for co-firing in an existing coal-fired power plant
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2017-08-28
Department
Major/Subject
Energiatekniikka
Mcode
K3007
Degree programme
Energia- ja LVI-tekniikan koulutusohjelma
Language
en
Pages
75
Series
Abstract
Climate change is a result of the increased content of greenhouse gases in the atmosphere due to the intense use of fossil fuels in energy production, particularly from coal combustion. In order to curb the climate change and global warming, fossil fuels need to be replaced with renewable energy sources. Torrefied biomass is a promising renewable fuel that could replace coal in large-scale energy production. Due to the improved fuel properties compared to raw biomass, long-distance transport is more attractive and torrefied biomass also enables for higher co-firing rates in existing pulverized coal fired power plants. In this thesis a life cycle assessment is carried out for two different cases where torrefied biomass is produced from wood industry residues. The purpose is to estimate the fuel life cycle emissions and determine the net reduction of greenhouse gas emissions when coal is partly replaced with torrefied biomass. The study is very case specific, thus the results cannot be generalised, but the method applied can easily be adapted to other cases. In the first case torrefied pellets are produced from bark in Finland and transported to the power plant by truck. In the second case torrefied pellets are produced from sawdust in Sweden and transported to Finland by ship to the same power plant as in the first case. In the reference case coal is mined in Russia and transported to Finland by train and ship. This study shows that torrefied biomass offers significant net reductions of greenhouse gas emissions when co-firing with coal. For the torrefied biomass in the first case the fuel life cycle greenhouse gas emissions where 2,47 g CO2eq/MJ fuel and in the second case 2,58 g CO2eq/MJ compared to coal 99,4 g CO2eq/MJ. The fuel life cycle emissions for coal prior to combustion were 11,1 g CO2eq/MJ, which is already higher than for torrefied biomass. By annually replacing coal with 60 000 t torrefied biomass an annual net reduction of greenhouse gas emissions of approximately 116 000 t would be achieved. However, in order to achieve such results, residues from the wood industry should be used as feedstock and the heat required in the torrefaction process should be generated from renewable energy sources.Ilmastonmuutos on seuraus ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuuksien kohoamisesta, joka johtuu intensiivisestä fossiilisten polttoaineiden käytöstä energiatuotannossa, erityisesti hiilenpoltosta. Ilmastonmuutoksen ja maapallon lämpenemisen hillitsemiseksi fossiiliset polttoaineet on korvattava uusiutuvilla energialähteillä. Torrefioitu biomassa on lupaava uusiutuva polttoaine, joka voisi korvata hiilen suuren mittakaavan energiantuotannossa. Parantuneet polttoaineominaisuudet jalostamattomaan biomassaan verrattuna tekevät torrefioidun biomassan kaukokuljetuksesta houkuttelevamman ja mahdollistaa myös korkeimpien biomassaosuuksien käyttöä olemassa olevissa hiilen pölypolttolaitoksissa. Tässä opinnäytetyössä toteutetaan elinkaariarviointi kahdelle eri tapaukselle, jossa torrefioitua biomassaa tuotetaan metsäteollisuuden tähteistä. Tarkoituksena on arvioida polttoaineiden elinkaaripäästöt ja määrittää kasvihuonekaasupäästöjen nettovähennys, kun hiili korvataan osittain torrefioidulla biomassalla. Selvitys on hyvin tapauskohtainen, jonka johdosta tuloksia ei voi yleistää, mutta sovellettua menetelmää voidaan helposti mukauttaa muihin tapauksiin. Ensimmäisessä tapauksessa torrefioitu biomassa valmistetaan Suomessa kuoresta ja kuljetetaan voimalaitokselle kuorma-autolla. Toisessa tapauksessa torrefioitu biomassa valmistetaan Ruotsissa sahanpurusta ja kuljetetaan laivalla Suomeen samalle voimalaitokselle kuin ensimmäisessä tapauksessa. Vertailutapauksessa hiili louhitaan Venäjällä ja kuljetetaan Suomeen junalla ja laivalla. Tämä selvitys osoittaa, että torrefioitu biomassa tarjoaa merkittäviä nettovähennyksiä kasvihuonekaasupäästöihin rinnakkaispoltossa hiilen kanssa. Torrefioidun biomassan elinkaaripäästöt ensimmäisessä tapauksessa olivat 2,47 g CO2eq/MJ polttoainetta ja toisessa tapauksessa 2,58 g CO2eq/MJ verrattuna hiileen 99,4 g CO2eq/MJ. Hiilen elinkaaripäästöt ennen polttoa olivat 11,1 g CO2eq/MJ, mikä jo ylittää torrefioidun biomassan päästöt. Korvaamalla hiiltä vuosittain 60 000 tonnilla torrefioidulla biomassalla saavutettaisiin noin 116 000 tonnin vuosittainen nettovähennys kasvihuonekaasupäästöjen osalta. Tällaisten tulosten saavuttamiseksi olisi kuitenkin käytettävä metsäteollisuuden tähteitä raaka-aineena ja torrefioinnissa tarvittava lämpö tulisi olla tuotettu uusiutuvalla energialla.Description
Supervisor
Järvinen, MikaThesis advisor
Nocito, AlejandroKohl, Thomas
Keywords
torrefied biomass, torrefaction, life cycle assessment, greenhouse gas, co-firing, offset