Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

In this thesis an energy analysis of ethanol production at the ethanol plant of
Lantmännen Agroetanol in Norrköping has been performed. The ethanol plant has
been studied in combination with Händelöverket, the combined heat and power
plant which provides the ethanol process with steam. The purpose of this study
was to determine the energy consumption for the whole production chain from
grain to ethanol. The analysis has included the energy consumption for cultivation
of grain, production of chemicals, the production chain for wood chips, the steam
production and the ethanol plant. The grain and wood chips are both considered
raw materials there for the energy content in these are not included as energy input
in the system. Instead the help energy to produce these two raw materials have
been included as input of energy.

The result from the study is presented as an energy balance, defined as the energy
content for the ethanol divided by the total energy input for production of the
ethanol. The energy balance has shown to be 2,6 if economic allocation is used.
This means that there is more energy produced in form of ethanol than has been
used to produce the ethanol. It is possible to make the production of ethanol more
energy efficient by producing electricity with a steam turbine before the steam is
used in the ethanol plant. If this is done the energy balance will increase to 3,1.

An alternative production system for ethanol has also been studied, in which
DDGS (distillers dried grains with solubles) and DWG (distillers wet grain) is used
as fuel for steam and electricity production. This system has less quantity of byproducts
since most of the DDGS is used as fuel instead of animal feed as in the
earlier studied system. The energy balance for this system showed to be 2,9 or 3,1
for economic allocation depending on if DWG or DDGS is used as fuel.

I denna studie har en energianalys av etanolproduktionen vid Lantmännen
Agroetanols fabrik i Norrköping utförts. Etanolanläggningen har studerats som ett
så kallat bioenergikombinat tillsammans med det närliggande fliseldade
kraftvärmeverket. Både spannmål och skogsflis ses som råvaror i processen och
det är den hjälpenergi som har förbrukats för att producera spannmål och ta hand
om skogsavfall i form av flis som har inkluderats som insats av energi och inte
deras energiinnehåll. Detta eftersom solenergin för att producera deras biomassa
ses som gratis energi. Energianalysen har använt livscykelperspektiv vilket innebär
att hela produktionskedjan har studerats för att utreda den totala
energiförbrukningen vid etanolproduktion.
Resultatet presenteras i form av en energibalans som i detta fall är kvoten mellan
etanolens energiinnehåll och den hjälpenergi som har förbrukats för att producera
etanolen. Energibalansen vid ekonomisk allokering har visat sig vara 2,6 vilket
innebär att mer energi produceras i form av drivmedel än vad som sätts in som
hjälpenergi för att få fram biomassa och för att driva produktionen. För varje enhet
energi som sätts in i systemet fås 2,6 enheter energi ut i form av etanol, när
ekonomisk allokering används. Allokering innebär att den insatta energin i
systemet fördelas mellan de olika produkterna som lämnar systemet. I detta fall
består produkterna av etanol, biogas och djurfoder.
Mest energi förbrukas vid odlingen av spannmål som står för cirka 60% av den
insatta energin vid etanolproduktion. Vid odlingen är den största energiinsatsen i
form av naturgas som behövs vid tillverkning av handelsgödsel.
Etanolanläggningen står för nästan 30% av den totala energiinsatsen i systemet och
det är främst el som belastar etanolproduktionen. Energieffektiviteten i
produktionssystemet kan ökas genom att en ångturbin används för att först
generera el från den ånga som sedan används i etanolprocessen. Energibalansen
skulle då förbättras till 3,1, vid ekonomisk allokering. Energibalansen förbättras
eftersom mindre el behöver sättas in utifrån systemet.
Ett alternativt produktionssystem för etanol har också studerats, där skogsflisen
ersatts med drank från etanolfabriken och utnyttjats som bränsle vid ång- och
elproduktion. Drank är ett svårare bränsle att elda än skogsflis och det har i studien
konstaterats att det på grund av bränsleegenskaperna kan uppstå problem vid
förbränning av drank. Alkalihalten är hög vilket gör att det kan uppstå problem
med slaggbildning och sintring på grund av låg asksmälttemperatur. Både svaveloch
klorhalten är hög vilket kan leda till problem med korrosion i pannan.
Energibalansen när fuktig drank (55% fukthalt) används som bränsle för att
producera ånga och el vid etanolanläggningen blir vid ekonomisk allokering 2,9.
Om dranken istället eldas torkad (10% fukthalt) blir energibalansen 3,1 alltså något
bättre, också detta vid ekonomisk allokering. Energibalansen blir bättre främst
eftersom mer el kan produceras om dranken torkas till 10% fukthalt, då utgör
nämligen fabriken ett större mottrycksunderlag för elproduktion.