Utvikling av et nytt Norsk bioraffineri – samproduksjon av energipellets og verdifulle plattformkjemikalier fra skogbruk og landbruksrester

Arbaflame er et norsk selskap som har utviklet en innovativ metode for produksjon av pellets med høy brennverdi som er et fornybart alternativ til kull og kan brukes som kullerstatning i blant annet kullkraftverk.

Den termokjemiske forbehandlingsmetoden dampeksplosjon benyttes for å behandle biomassen før den kan presses til pellets. Under dampeksplosjon injiseres høytrykksdamp inn i en lukket reaktor som inneholder biomasse hvor dampen raskt varmer opp biomassen. Dette setter i gang hydrolyse av hemicellulose fraksjonen av biomassen, noe som fører til at sukkermonomerer og organiske syrer frigjøres fra trevirket. De høye temperaturene og de sure forholdene i reaktoren utløser kjemiske reaksjoner i de frigjorte sukkermolekylene som omdanner C5-sukkermolekyler til furfural og C6-sukkermolekyler til 5-hydroksymetylfurfural (5-HMF). Disse furan molekylene er begge verdifulle plattformkjemikalier som kan brukes av den kjemiske industrien til syntese av et bredt spekter av ulike produkter, som for eksempel fornybar plast, impregneringsbelegg, medikamenter, og smakstilsetninger.

Fokuset i prosjektet har vært på gjenvinning av plattformkjemikalier fra sidestrømmer som stammer fra dampeksplosjon av lignocellulosisk biomasse. Den kondenserte dampen fra dampeksplosjonsprosessen inneholder betydelige mengder furfural, mens 5-HMF kan vaskes ut fra den dampeksploderte biomassen.

Arbeidet utført i dette Ph.d. prosjektet har bidratt til utvikling av et bioraffineri hvor overskuddsflis fra sagbruk og annen bærekraftig biomasse benyttes som råmateriale i produksjon av energi pellets for kullerstatning og de verdifulle plattformkjemikaliene furfural og 5-Hydroxymethylfurfural. Mengdene av disse kjemikaliene som produseres er avhengig av både temperatur og trykk i forbehandlingen, og også av type råstoff i prosessen. Prosjektet har etablert kunnskap om hvordan utbyttene av mål-forbindelsene avhenger av driftsbetingelsene, og hvordan de aktuelle komponentene kan gjenvinnes mest mulig effektivt i full-skala produksjon og videreforedles til en ren form.  I tillegg er prosessen testet med overskuddsbiomasse fra landbruk blandet inn i råstoffet i en betydelig andel, og det er vist at dette kan gjennomføres uten å svekke kvaliteten av pelletsen eller gjenvinningen av kjemikaliene.  De nye funnene har potensiale til å bidra vesentlig til verdiskapingen i bioraffineriet og vil også bidra til reduksjon av utslipp fra prosessen. Dette utgjør et viktig kunnskapsgrunnlag for videreutvikling av pellets-fabrikken til et bio-raffineri som utvinner flere verdifulle produkter samtidig fra fornybare råstoff.

Personalia

Dag Helge Hermundsgård (f. 1993) har en mastergrad i fornybar energi (2017) fra Universitetet i Bergen. Doktorgradsarbeidet er finansiert av Norges Forskningsråd og Arbaflame AS og er gjennomført i sammarbeid med Arbaflame som en norsk produsent av energi pellets. hovedveileder gjennom doktograden har vært professor Tanja Barth, mens Rune Brusletto CTO i Arbaflame har hatt rollen som biveileder.