EU:s Green Deal och Q-Robot – från fossila bränslen till biomassa

 

Jag lyssnade med intresse på en presentation påBioenergins vinterdagar(28.1.2021) där Bioenergy Europe-förbundets Giulia Cancian gav en lägesrapport om bioenergin från Bryssel. Användningen av biomassa i uppvärmningen har i EU-länderna stadigt ökat från år 2000. Giulia Cancians presentation, som baserade sig på Eurostats statik, gav att biomassans andel i uppvärmningen var 16,7 % år 2018. Tills år 2035 kommer andelen att öka till 25 %. Bioenergy Europe förutspår att biomassa-användningen växer mest inom boende- och industrisektorerna.

Lägesrapporten länkas på ett naturligt sätt med EU:s Green Deal och EU:s utfasande av fossila bränslen i energisystemet. Över 75 % av EU:s utsläpp av växthusgaser har sitt ursprung i energiproduktionen och -användningen. Enligt Giulia Cancian använde Ungern, Litauen, Estland, Lettland, Luxemburg, Polen och Finland mest bioenergi år 2017 i EU. De stora länderna i EU såsom Frankrike och Tyskland lämnade långt efter i jämförelsen.

Enligt Bioenergy Europe stöder sig användningen av bioenergi i huvudsak på hållbar användning av biomassa. Frågan är då vilka saker som hindrar övergången från förbränning av fossila bränslen till förbränning av biomassa i kraftverken? 

 

Fakta 1

Biomassamaterialet kan vara alltifrån halmstrån till avverkningsavfall, bitar av kvistar till blad från växter.

Lösning: Prometecs Q-Robot tar automatiskt prov ur materialet då det anländer till kraftverket och skickar data till både kraftverket och materialtransportören. Q-Roboten kan ta prover ur alla slag av krossade och grovkorninga material.

 

Fakta 2 

De flesta kraftverk använder torkning i ugn som metod vid analyseringen av biomassaproverna och resultatet fås först efter ca två dygn efter provtagningen. Kvalitetsdata kan inte utnyttjas i optimeringen av processen eller förbränningen.

Lösning: Prometecs Q-Robot fungerar i realtid. Kvalitetsdata kan utnyttjas redan då långtradaren som transporterar materialet är vid provtagningen. Detta möjliggör en optimering av processen: biomassa av dålig kvalitet kan motas direkt, biomassa av en viss kvalitet kan lagras i terminaler för användning i perioder av köld till exempel. Exempelvis torr biomassa lönar sig att föra till lagring i terminalen och fuktig biomassa kan brännas direkt eftersom fuktigt biomassamaterial hållbarhet är sämre har det visat sig i undersökningar. Provtagningen räcker under 10 minuter.

Olika slag av biomassor kan blandas för att skapa en optimal bränsleblandning. Då kvalitetsdata utnyttjas proaktivt kan man exempelvis styra torr och fuktig biomassa växelvist i kraftverkets lossningsfickor så att fuktvariationerna i bränslet jämnas ut då pannan matas.

 

Fakta 3

En del kraftverk ger fullmakt åt långtradarchauffören att ta prover ur biomassan som transporterats. Chauffören kan agera fel antingen medvetet eller omedvetet vid provtagningen. Det har visat sig att chaufförerna tar torrare prover än vad bränslelasset egentligen är eftersom det påverkar förmånligt på priset för dem. Provtagningen är också förknippat med risker i arbetssäkerheten: aktiviteter vid lossningstället kan leda till risk för fallande eller skador.

Lösning: Q-Roboten tar proverna slumpvis på ett systematiskt sätt på alla områden i lasset och på olika nivåer. Utöver detta är borren i robotens provtagare alltid ren och material från olika leverantörer eller av olika slag blandas aldrig ihop.

 

Fakta 4

I skandinaviska och nordeuropeiska förhållanden kan det vintertid finnas snö och is i långtradaren med biomassa som inverkar både på vikten och kvaliteten på biomassan.

Lösning: Q-Robot ger ett noggrant värde på bränslets energiinnehåll och fukthalt. Enligt VTT:s undersökning sker det till och med 2 procentenheters felmarginal vid bestämningen av biomassans fukthalt vilket i sin tur inverkar på priset som betalas för bränslet, optimeringen av bränslelogistiken och förbränningsprocessen. Dessa tillsammans inverkar förstås på lönsamheten att förbränna biomassa i jämförelse med stenkol.

Vårt företag är grundat år 2012 och för tillfället sysselsätter vi 15 personer. Vi har verksamhet i tre länder. Q-Robotar är som bäst i bruk i Finland, Sverige och de Baltiska länderna. Vi tror att vår helhetslösning kommer att ha en viktig roll under de närmaste decennierna i EU:s Green Deals minskning av användningen av fossila bränslen – också Asien kommer att vara ett betydande marknadsområde för oss.

 

Det samma säger Deloitte: I januari placerade sig Prometec Tools på plats 23 på listan över de snabbast växande teknologieföretagen i Finland.

I Finlands nya bioekonomistrategi som blir färdig sommaren 2021 tar man kraftigare ställning till utnyttjandet av lösningar inom cirkulär ekonomi och förnybara naturresurser än tidigare. Man har berättat om arbetet med strategin i offentligheten att med hjälp av den tänker man säkerställa en hållbar användning av naturrsesurserna som en del av EU:s klimatmål. En betydande del av utsläppen av växthusgaser uppstår i energiproduktionen. I Finland är nästan hälften av energin sådan som har sitt ursprung i fossila bränslen såsom torv och stenkol, som producerar utsläpp av växthusgaser.

Som en del av arbetet med bioekonomistrategin ordnade jord- och skogsbruksministeriet och arbets- och näringsministeriet många bioekonomiforum-webinarier lokalt förra hösten som också vi på Prometec deltog i. Det var väldigt tankeväckande att se kunnandet inom bioekonomi och aktörerna i de olika landskapen.

Vad de nationella koldioxidneutrala målen än är som ska skrivas in i strategin och nås senast år 2035 så kommer vår lösning med Q-Robot för sin del underlätta för kraftverken att börja förbränna biomassor i stället för stenkol och torv.

Då torven börjar ersättas med biomassa i Finland påverkas också långtradartrafiken. Ett långtradarlass med torv innehåller i medeltal 130 megawatt energi, men då det här ersätts med motsvarande mängd biomassa så är energiinnehållet 100 megawatt. Det här betyder att övergången till biomassa innebär att mängden material som ska transporteras ökar.

 

En årlig inbesparning på en miljon euro för kraftverken

Torv och stenkol är som material homogena dvs enhetliga varpå övergången till biomassa betyder förbränning av inhomogent material. Hur kvaliteteten på materialet kan bestämmas pålitligt intar då en nyckelroll och hur detta tas i beaktande vid förbränningen i pannan. Till exempel kan fukthalten för ett lass med flis från skogsrester variera mellan 30–60 %. Då är det väldigt viktigt att prover tas systematiskt på ett rätt och pålitligt sätt så att det tagna provet motsvarar materialet i lasset så noggrant som möjligt.

Betydelsen av hur biomassakvaliteten bestäms har undersökts både av oss och av VTT. Ett av undersökningsresultaten visar en stor felmarginal på i medeltal 2 % för kvalitetsbestämningen av fukthalten. Felet beror på manuell provtagning då biomassalångtradarens chaufför tar ett prov ur lasset med till exempel en spade från ett sådant ställe där det är lättast att ta. De största problemen har orsakats av snö och is och hur de inverkat på mätresultaten vintertid. Felmarginalen på fukthalten blir till en stor extra kostnad för kraftverken – på årsbasis till och med 5 % av bränslekostnaderna.

Bränsleförbrukningen för ett stort kraftverk kan gå upp till 1000 gigawatt i året. Då balansfelet för energin är 5 % och priset per megawatt för biobränsle är i 20 euros klassen så blir det en årlig kostnad på en miljon euro. Detta inverkar förstås på lönsamheten att förbränna biomassa i jämförelse med stenkol.

 

Mellanrubrik Kvalitetsmedvetenhet hjälper till att minimera CO₂-utsläpp

Q-Robotens pålitliga inspektion då lasset med biomassan tas emot ger information om materialkvaliteten i realtid. På det här sättet betalar man det rätta priset för biomassan och bränslets varierande kvalitet kan tas i beaktande då man gör bränsleblandningen för pannan i kraftverket. Biomassan kan bestå av sidoprodukter från skogsavverkningar, skogsbruk och skogsindustrin. Kvalitetsmedvetenheten möjliggör minimering av CO₂-utsläppen då man förser kraftverket med material i rätt tid och av rätt kvalitet och förbränningsprocessen optimeras.

Enligt energibranschens färdplan för koldioxidutsläpp kommer man att frångå fossila bränslen i trafiken, tjänster, arbetsmaskiner, industri, uppvärmning och jordbruk.

För tillfället ser EU:s kommission Finland som EU-områdets föregångsland inom bioekonomi. För att behålla den här rollen innehar den nationella bioekonomistrategin en stor roll. Prometecs lösning på kvalitetsmätning stöder förverkligandet av bioekonomistrategin inom olika branscher – till exempel förutom i värme- och kraftverk också inom massa-, gruv- och livsmedelsindustrin.

 

Fakta: hur kan Q-Robotens kvalitetsdata i realtid användas?

• I övervakning av bränslekvaliteten
• I styrning av bränslelogistiken
• Vid formning av optimal bränsleblandning
• I optimering av förbränningsprocessen
• Vid beräkning av lagernivån
• Vid planering av inköp

 

Läs mera om Prometecs lösningar

• värmeverk och kraftverk
• massaindustri
• gruvindustri
• livsmedelsindustri

 

Henna Karlsson, CTO

In the quality control of solid biofuels, techniques have been developed for many years to make it possible to analyze the moisture content of samples collected from loads immediately at the time of sampling or immediately afterwards. Especially here in the North, the biggest problem during the winter is the effect of snow and ice on the measurement results. In addition, the degree of difficulty is raised by the ever-changing measurable fuels, each of which must be calibrated to the measuring equipment separately. Now a solution is being sought in Finland with the help of two top professional companies.

There have long been two major problems with quality control of biofuels. The first challenge is to automatically take representative samples of each load and the second is to obtain real-time information on the moisture content of the material before unloading. Prometec, a Kajaani-based company which focuses on quality control of biofuels, has solved the first problems by launching a fully automatic sampling equipment that takes samples by drilling them out from each incoming fuel load. Prometec currently operates in three different countries. Now Prometec has focused on solving another major problem together with Puumit Oy, a Kuopio-based manufacturer of measuring equipment. Puumit’s measuring device has been successfully tested in a pilot project in Kajaani throughout the winter and spring. Innovatively, combining measurement techniques, Puumit enables moisture analysis of samples collected with Prometec’s Q-Robot sampler and obtaining results immediately after sampling before the truck leaves the sampling station. Thus, the driver can be instructed to drive to specific unloading locations depending on the quality of the fuel and real-time data on the moisture content of the load is provided to both the power plant and the supplier

Real-time measurement of representative samples

Unlike typical electromagnetic moisture measurement methods such as microwaves or radio waves, Puumit Oy utilizes the frequency range of the electromagnetic spectrum, where the permittivity of ice corresponds to the permittivity of water. Thus, with impedance spectroscopy, it is possible to accurately measure moisture even from frozen material. Utilizing machine learning methods and artificial intelligence, spectral analyzes can be performed individually for different biofuels. The method is also self-learning, which contributes to improving the accuracy and reliability of the method.

“Sampling and measuring are the most important processes in determining fuel quality. Billing is based on these samples. Now when we can connect a reliable measuring device to the Q-Robot, we think we have found the missing piece for our offering, ”says Juha Huotari, CEO of Prometec.

“Cooperation with Prometec is vital to us. In this way, we get hundreds of samples measured and analyzed per month and we can develop our product more accurately, Elmo funding has made it possible to develop this new technology, ”says Heikki Sonninen, CEO of Puumit Oy.

Traditionally, trucks transporting biofuels have been sampled manually with a shovel. This causes an error in the moisture determination because obtaining representative samples manually is very challenging and time consuming. It is not possible to spend too much time on sampling per load, as during the busiest times of the heating seasons over one hundred trucks can arrive to the site and all of them needs to be sampled. Prometec’s sampler collects samples automatically, reliably and representatively before unloading.

“We have often been asked that either we can also measure the moisture of samples in real-time. That is why we have joined this development project, because our customers want these solutions and we want to serve them as well as possible. We see the measurement of samples as a challenging but potential task. It is clear that measuring equipment will be integrated into every Q-Robot, because it has so many benefits for customers, ”says Huotari from Prometec.

Future quality control is comprehensive. Both sampling and quality measurement should be automatic and accurate. By combining an automatic sampler with Q-Robot and Puumit measuring equipment, this big leap towards automatic quality control right at the receiving point, is possible to do.

1. Vilka är fördelarna med Q-Robot?
• Q-Robot tillhandahåller representativa prover direkt från lasten innan de lossas. Användning av Q-Robot ökar säkerheten på jobbet och påskyndar den tid som spenderas på lastbilar i fabriksområdet avsevärt. Q-Robot är helautomatisk och tar prover slumpmässigt enligt EN-18135. Provtagning av en lastbil i full storlek tar mindre än 10 minuter och från semitrailern under 8 minuter.

2. Mäter Q-Robot något?
• Helautomatisk Q-Robot använder maskinsyn som en av dess kontroller. Q-Robot har också en integrerad kamera som övervakar lastkapaciteten. Q-Robot-mjukvaran får in data om biomassakvalitet, lastvikt, leverantör och lastbilstorlek. Varje bil identifieras individuellt i systemet och Q-Robot känner till deras volym. Baserat på denna information kan vi snart generera beräkningsfuktdata och volyminformation från varje belastning som kan användas för att kontrollera logistiken och optimera förbränningsprocessen. Detta är i pilotsteg.

3. Vad ingår i leveransen?
• Vi vill ge våra kunder enkel åtkomst till totalentreprenadleverans, inklusive en samplingshall, Q-Robot och vid behov provbehandlingsutrustning som kan skalas efter kundens behov och automatiseras. Provtagaren och provtagningsutrustningen har tillverkats, monterats och testats i Kajaani, vilket säkerställer snabb installation och idrifttagning vid kraftverket.

4. Vilket slags material får Q-Robot prover från?
• Q-Robot kan ta prov på många olika typer av krossade och granulära material med en partikelstorlek mindre än 150 mm. Skruven är alltid ren och materialet blandas aldrig mellan leverantörer eller arter.

5. Vad händer efter provtagning?
• När Q-Robot har samlat ett (biomassa) standardprov släpps det till de angivna koordinaterna. I de flesta fall släpps prover i leverantörs- och kvalitetsspecifika blandartankar, där ett dagligt prov bildas. På det enklaste släpps prover i en hink med en plastpåse och lastbilschauffören besöker och tar dem till en överenskommen plats för att vänta på laboratorietester.