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David ChiaramontiBIOSEA BIOSEA –– Pisa, 19/9/2014Pisa, 19/9/2014

David ChiaramontiDavid Chiaramonti

RERE--CORD and CREAR, University of FlorenceCORD and CREAR, University of Florence

image credit: Thomas Splettstoesser; http://www.scistyle.com

� Ente di Ricerca No-Profit

� R&D&D su Bioenergie/Biocombustibili

CREARUniversity Research Center

Villa MontepaldiUniversity Farm

MEMBRI


Pianvallico SpAMugello Land Devel. Company

Spike Renewables SrLEngineering and R&D SME

� Laboratorio Chimico (Pianvallico area)

� Impianti pilota/demo

(Gassificazione, Pirolisi, Torrefazione, HTL, Metanazione..)

BIOENTECH SrL

Start-up Innovativa


Source: IEA-Bioenergy


�� 80 EU80 EU--US projectsUS projects�� 10 Adv10 Adv--D (Diesel)D (Diesel)

�� 1 Adv1 Adv--G (Gasoline)G (Gasoline)

�� 3 LHCF 3 LHCF -- Liquid HydroCarbons Fuels Liquid HydroCarbons Fuels --

FT included)FT included)

�� 1 AvBio1 AvBio

�� 49 BioAlcohols49 BioAlcohols

�� 1 DME1 DME

�� 6 PO6 PO

�� 9 Other (SNG9 Other (SNG--BiogasBiogas--enzymes..)enzymes..)

�� Not including HVO Not including HVO

projectsprojects

�� Planned, abandoned, Planned, abandoned,

under construction, built under construction, built

& in operation included& in operation included

�� 42 prj ≥ 1000 t/y or m3/y 42 prj ≥ 1000 t/y or m3/y

or Nm3/yor Nm3/y

�� 32 ≥ 10.00032 ≥ 10.000

�� 31 ≥ 20.000 31 ≥ 20.000

EU-US Lignocellulosic Projects

Commercial

25%Pilot

35%

Lignocellulosic (80 projects)

Commercial

30%Pilot

33%

Lignocellulosic + HVO (86

projects)


Demo

40%

Commercial Demo Pilot

Demo

37%Commercial Demo Pilot

� Definizione scala: Necessaria per un linguaggio comune� Pilot, Demo, Industrial Demo, First-Of-Its-Kind, Commercial

� US-DOE: Pilot > 1 tDM/d feedstock, Demo > 50 tDM/d, Commercial > 700 tDM/d

� 39 progetti in EU e 41 in US. � EU: 16 progetti su thermochemical route & 23 su biochemical route.

� US: 9 su thermochemical, 25 biochemical, 7 hybrid route

First-of-a-kind-plant

2nd plant

Technology Valley of death : Positioning of FP7 supported technologies

From Demo to 1st of a kind

Bio DME

Pyrolysis oils

Fischer-TropschFrom 1st to 2nd

Lignocellulosic Ethanol


R&D phase in lab

R&D phase in pilot

R&D phase in demo

Competitive market price

3rd plant

4th plant

From R&D to Demo

Algae

From Lab to Pilot

Microbial

Source: European Commission, DG Energy, K.Maniatis


� Squilibrio strutturale tra mercato benzina e gasolio

� EU: 16 raffinerie chiuse dal 2008

� France ha perso 25%, Germany 11%, UK 11% and Italy 8% between 2008 and 2012

� Mercato benzina -3%/y, Diesel import cresciuto: da 49 Mt/y (2008) a 53 MT/y (2012)

Source: www.energyglobal.com/news/processing/articles/Facing_headwinds37.aspx

Source: European Commission, DG Energy, K.Maniatis

Lignocellulosic Advanced Biofuels

Demo projects in EU


Source:

http://demoplants.bioenergy2020.eu/projects/mapindex - IEA Task 39

Lignocellulosic Advanced Biofuels

Demo projects - stopped


Source:

http://demoplants.bioenergy2020.eu/projects/mapindex - IEA Task 39

�

US projects


Source: DOE -

http://www1.eere.energy.gov/biomass/

integrated_biorefineries.html

Advanced Biofuel/Biorefinery

Projects support by EC

� EC (DG ENER) supporto a “large scale industrial Demo” su 2nd

generation/advanced biofuels: ≈ 154 M€.

� EC (DG RES) supporto ad advanced biofuels e bioenergia

≈ 196 M€, di cui 125 M€ a biofuels/biorefining


≈ 196 M€, di cui 125 M€ a biofuels/biorefining

� EC DG CLIMA (NER300-1) : ~ 629 M€ a Bioenergy�~ 82 M€ (13%) a processi Biochimici�~ 547 M€ (87%) a processi Termochimici� Di 8 progetti, 5 su Advanced Biofuels (516 M€)

�3 Termochimici, ~457 M€ (88, 170, 199 M€)

�2 Biochimici, ~59 M€ (28, 31 M€)

� EC DG CLIMA (NER300-2): ~ 308 M€ a

Bioenergy�203.7 M€ a SNG da lignocell per via

termochimica

Operational Advanced

Biofuels Facilities

(demo & commercial) -

EuropeBorregaard

Chempolis

Ne

ste

Oil

Inbicon

BioMCN

L.EtOHL.EtOH

L.EtOH

BioMethanol

HVO


www.demoplants.bioenergy2020.euAbengoa

Clariant

Biomassekraftwerk

Güssing

BioMCN

Neste Oil

M&G/Chemtex

L.EtOH

L.EtOH

L.EtOH

HVO

SNG

Collaborazione con M&G/Biochemtex su

filiera Etanolo da Lignocellulosico

(PROESATMLignocell EtOH)


Gassificazione e Pirolisi

(PROESATMLignocell EtOH)


USA� Energy Independence and Security Act (2007) � Obiettivo USA

di 36 miliardi di galloni / anno (BGPY) al 2022

� Limite a 15 BGY per “Conventional Corn Starch-based Biofuels”

� US-DOE ha investito oltre 1 miliadro di dollari in 29 “integrated

biorefinery projects”.

� Di 29 progetti:


� Di 29 progetti:�16 cellulosic ethanol, 766 M USD support,

�11 hydrocarbon fuel, 326 M USD support,

�1 butanol, 30 M USD support

�1 succinic acid, 50 M USD support.

� 2 R&D bench scale demo facility, 12 pilot scale demo facilities, 9 impianti

full scale demo e 6 impianti a scala commerciale.

� Prodotti principali: etanolo, butanolo, benzina e gasolio (FT liquid and FT

waxes), Jet fuels, prodotti chimici, ed energia.Source: J.McMillan, NREL, 2012

Operational Advanced

Biofuels Facilities

(demo & commercial) –

North America

Virent

Iogen

Petrobras / Blue

Sugars

GeoSynFuels

L.EtOH

L.EtOH

L.EtOHL.EtOH

David ChiaramontiBIOSEA BIOSEA –– Pisa, 19/9/2014Pisa, 19/9/2014www.demoplants.bioenergy2020.eu

ZeaChem

Enerkem

BP Biofuels

Dynamic Fuels Du Pont Fiberight

L.EtOH

L.EtOH

L.EtOH L.EtOH

L.EtOH

POET-DSM: Project Liberty� Grand Opening: 3/9/2014

� 20�25 Million Gallon EtOH/y

(94600 m3 – 74600 t/y)

� 285000 t/y biomass,770 t/d

� 275 MUS$ investment


Capacità produttiva cumulata biocarburanti avanzati

existing prospect


2 190 000 tons

Source: D.Bakovski, 2013

HVO: il principale…ma non da lignocellulosico!

� NESTE: NEXBTL Renewable Diesel� Porvoo (2 unit, 190+190): 380.000 t/y

� Singapore: 800.000 t/y (capacità installata)

� Rotterdam: 800.000 t/y

� Total investment 1.5 Bill.€


� Total prod cap ≈2 Mill.t/y, da incrementare

sino a circa 2.3 Mill.t/y (+15%)

� ENI (ENI-UOP Ecofining): Green diesel� 500.000 t/y (Porto Marghera) design capacity

� Possibili nuovi progetti


Utilizzo di VO-UCO per Biokerosene


1,500,000

2,000,000

2,500,000

cu

mu

lati

ve o

utp

ut

cap

acit

ies [

t/y

]

chemical

thermochemical

Capacità produttiva cumulata biocarburanti avanzati – solo

lignocellulosico

existing prospect


0

500,000

1,000,000

2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

cu

mu

lati

ve o

utp

ut

cap

acit

ies

start up year

biochemical

Projects with unknown

start up are assumed to

start up in 2018.

Balance:

mainly SNG (18600 t/y)

and DME (2400 t/y)

..mostly lignocell EtOH..

Source: D.Bakovski, 2013

Biocarburanti Avanzati da Rifiuti e Residui


� Disponibili in un quantitativo significativo in EU: 900 Mt/y: ¼ potrebbe essere disponobile per energia, cioè circa 220 Mt/y.

� Potenziale tecnico se convertito in biocombustibili: 16% del consumo per trasporto stradale nel 2030

Riflessioni sullo stato tecnologico

(materie prime lignocellulosiche)

� Thermochemical route

� Queste tecnologie non si sono sviluppate come inizialmente atteso

� PO per generazione di calore e generazione elettrica a scala demo (Fortum/Valmet/UPM/VTT, BTG, UOP-Envergent)

� PO nel settore trasporti ancora da dimostrare, tecnologia molto compless e costosa. Elevati rischi finanziari (vedi KIOR)

� Gassificazione + FT: idem, ma stato più avanzato di PO (e.g. Choren)


� Gassificazione + FT: idem, ma stato più avanzato di PO (e.g. Choren)

� HTL: da verificare nel medio termine-lungo

� Biochemical route

� Oggi la più avanzata e prossima alla cometitività con i fossili

� Numerosi impianti demo costruiti ed in corso di realizzazione in EU, USA, Br, Asia

� Etanolo: prodotto principale, destinato a mercato benzine (in difficoltà)

� Chemical route

� Tecnologia UMP da CTO

Trasporti Stradali ed Aerei

� Biocombustibili per aviazione: ad oggi solo HVO

� Attori principali: NESTE Oy, in prospettiva UOP-ENI (Ecofining process)

� Drop-in fuels, 50% blend (ASTM)

� Biomasse lignocellulosiche: ancora da sviluppare per aviazione� Iiniziative su Av Biofuel all’interno del programma FP7 ENERGY


� Iiniziative su Av Biofuel all’interno del programma FP7 ENERGY

� Varie tecnologie e processi possibili

� Additivi: una ulteriore opzione possibile (es PO-aromatici)

� Potenziale competizione per le materie prime

� Schemi di supporto diversi per Aviation Biofuels (ETS). Incertezza.

� Strada ed Avio spesso contemporanei nel processo produttivo

� In aggiunta, anche Trasporti Marittimi guardano ai Biofuels

Policy per lo sviluppo dei biocarburanti in EU

� Le Direttive/Norme nazionali presentano molte incertezze sulla premialità dei biocombustibili � difficoltà nel rendere bancabile il progetto

� ILUC e post 2020

�Obiettivi specifici per Advanced Biofuels


�Finanziamento (garanzie)

�Schemi di sostenibilità effettivamente applicabili

� Numerosi progetti interrotti in EU (es UPM, nonostante contributo di170 M€ EU per una bioraffineria a biomassa solida a Strasbourg;Vapo/Forest-BTL)

� In totale, 300 M€ NER300-1 non utilizzati da 4 progetti approvati nelprimo round (Stracel, Westwave, Pyrogrot, AjosBTL)!

“US EPA 2013 cellulosic biofuel requirements”

nell’ambito del Renewable Fuels Standard (RFS)

� Anche negli USA la situazione è complessa

� “EPA original 2013 cellulosic standard”: 6 millioni di galloni

� EPA ha rivisto l’obiettivo cellulosico per il 2013


� EPA ha rivisto l’obiettivo cellulosico per il 2013

� Poposta riduzione a 810,185 galloni etanolo-equivalente� 0.0005 % dei combustibili per trasporti in USA

� Assieme alla confusa situazione delle policy in EU, questo crea ulteriore incertezza enll’industria dei Biocombustibili Avanzati ed in paticolare Lignocellulosici.

Grazie per l’Attenzione


David Chiaramonti

RE-CORD, Renewable Energy COnsortium for R&DCREAR, Research Center for Renewable Energy, University of Florence

[email protected] - [email protected]

Date post:	01-Feb-2018
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