Euroopan unioni Vipuvoimaa EU:lta

Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittaman hankkeen kuvaus

1 Hanke

Hankekoodi: A75880

Hankkeen nimi: Hiilineutraalin polttoaineen valmistuksen teollisen pilotin feasibility study – P2X

Toimintalinja: 2. Uusimman tiedon ja osaamisen tuottaminen ja hyödyntäminen

Erityistavoite: 3.2. Uusiutuvan energian ja energiatehokkaiden ratkaisujen kehittäminen

Suunnitelman mukainen toteutusaika: Alkaa 1.10.2019 ja päättyy 30.4.2021

Toiminnan tila: Toiminta päättynyt

Vastuuviranomainen: Uudenmaan liitto

2 Hakijan perustiedot

Hakijan virallinen nimi: Lappeenrannan-Lahden teknillinen yliopisto LUT

Organisaatiotyyppi: Yliopisto

Y-tunnus: 0245904-2

Jakeluosoite: PL 20, Yliopistonkatu 34

Puhelinnumero: 029 446 2111

Postinumero: 53850

Postitoimipaikka: Lappeenranta

WWW-osoite: http://www.lut.fi

Hankkeen yhteyshenkilön nimi: Petteri Laaksonen

Yhteyshenkilön asema hakijaorganisaatiossa: Tutkimusjohtaja

Yhteyshenkilön sähköpostisoite: petteri.laaksonen(at)lut.fi

Yhteyshenkilön puhelinnumero: +358405088498

Hakijoiden lukumäärä tai tuen siirto -menettely: Vain yksi hakija

3 Suunnitelman mukainen tiivistelmä toteutuksesta

Polttoaineita tullaan edelleen tarvitsemaan lähivuosikymmeninä lentokoneiden, laivojen, raskaiden ajoneuvojen ja työkoneiden käyttövoimana. Henkilöautojen sähköistäminen tulee ensimmäisenä tapahtumaan suurkaupungeissa ilmanlaatukysymysten seurauksena, mutta infrastruktuuria (tuotanto, jakelu, varastointi, käyttö) ei ehditä muuttamaan kokonaan sähkön käyttöön perustuvaksi, johtuen investointien kokoluokasta ja muutoksen hitaudesta.

Sähköjärjestelmät vaativat uusiutuvan energian osuuden kasvaessa nopeaa säätöä. Uusia joustoresursseja tulee käyttöön: akut, lämpövarastot, rakennusten automaatio ja sähköautot voivat toimia nopeana säätönä. Näitä täydentämään tullaan tarvitsemaan polttoaineisiin perustuvaa sähköntuotantoa kausivaihteluiden tasaamiseen.

Biopolttoaineiden rooli järjestelmässä tulee säilymään, mutta bioraaka-aineet eivät riitä ratkaisemaan globaalia tarvetta. Suomessa metsänkasvusta pitäisi käyttää puolet liikennepolttoaineiden valmistukseen, mikä on kestämätön ratkaisu.

Synteettiset polttoaineet (P2X) ovat globaalissa energiajärjestelmässä keskeinen keino fossiilisten hiilidioksidipäästöjen nollaamisessa seuraavien viidentoista vuoden aikana. Lisäksi niitä tarvitaan kemianteollisuuden raaka-aineiden tuottamiseen fossiilittomalla lähteellä.

P2X hankkeen tavoitteena on tehdä esisuunnittelu teollisen mittakaavan laitoksesta hiilineutraalien liikennepolttoaineiden valmistamiseksi Etelä-Karjalassa. Esisuunnittelussa määritellään laitoksen prosessi mukaan lukien raaka-ainevirrat, kaupallisesti saatavat teknologiat ja niiden integrointi, eri lopputuotteiden kysyntä, logistiikka ja kannattavuus sekä laitosprojektin rahoitettavuus. Hankkeen jälkeen on selvillä toiminnan kannattavuus ja toteuttamiskelpoisuus. Tulokset ovat sovellettavia myös eri paikkakunnille.

4 Hankkeen kohderyhmät

4.1 Varsinaiset kohderyhmät

Kohderyhmänä ovat alueen kaupungit ja kunnat, alueen suuret toimijat (sellutehtaat, sementin valmistus, kemianteollisuus), kansainväliset ja pohjoismaiset toimijat (polttoaineen jakelu, teknologia) sekä PK toimijat hankkeessa oppimaan globaalin ja nopeasti kasvavan teollisuuden, hiilineutraalien polttoaineiden valmistuksen prosessit, liiketoimintamallit ja laitevalmistuksen.

1. Alueen kaupungit ja kunnat
- Uusien kasvualueiden synnyttäminen ja työpaikkojen luonti
2. Teollisuusyritykset
- Uusien liiketoiminta-alueiden synnyttäminen myös PK yrityksille (laitevalmistus, polttoainevalmistus)
- Hiilidioksidin kierrätys ja CO2 raaka-aineliiketoiminta
- Ylijäämävedyn hyödyntäminen, tuotannon tehostaminen
- Markkinan testaus uusien polttoaineiden osalta
3. Valtio
- Osoitus syntteettisten polttoaineiden mahdollisuudesta biopolttoaineiden rinnalle (Proof-of-Concept)
- Regulaatio- ja lainsäädäntökysymysten ratkominen
4. LUT konserni - Tutkimustoiminnan siirtäminen teollisen mittakaavan prosesseihin
- Energiatehokkuus
- Materiaalivalinnat
- Kone- ja laitossuunnittelu
- Logistiikka
- Liiketoiminta
- Kestävyys

4.2 Välilliset kohderyhmät

Suomen valtio ja sen asukkaat
- Globaalin, nopeasti kasvavan, teollisuuden teknologiaosaamisen ja sitä kautta kilpailukyvyn kasvattaminen
- Metsien hiilidioksidin kaksoiskierrätys
- Vähentää fossiilisten polttoaineiden käyttöä
- Vähentää liikennesektorin päästöjä Suomessa
- Parantaa kauppatasetta (vähentää fossiilisten polttoaineiden tuontia)
- Nykyisten autojen ja koneiden kestävän käytön mahdollistaminen hiilineutraaleilla polttoaineilla

Yritysten teollisen yhteistyön kansainvälistyminen

5 Projektin julkinen rahoitus, euroa

Myönnetty EU- ja valtion rahoitus: 224 645

Toteutunut EU- ja valtion rahoitus: 224 645

Suunniteltu julkinen rahoitus yhteensä: 240 921

Toteutunut julkinen rahoitus yhteensä: 240 921

6 Maantieteellinen kohdealue

Maakunnat: Etelä-Karjala

Seutukunnat: Imatran, Lappeenrannan

Kunnat: Imatra, Lappeenranta

Toteutuspaikan osoite, jos hanke toteutetaan yhdessä paikassa

Jakeluosoite:

Postinumero:

Postitoimipaikka:

7 Hakemusvaiheessa ilmoitettavat arviot hankekohtaisista seurantiedoista

7.1 Uusien työpaikkojen määrä (kysytään vain erityistavoitteisiin 1.1, 2.1 ja 3.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joihin työllistyvät naiset 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joihin työllistyvät naiset 0

7.2 Uusien yritysten määrä (kysytään vain erityistavoitteeseen 1.1 kuuluvissa hankkeissa)

Suunniteltu: 0, joista naisten perustamia 0

Toteutunut seurantatietojen mukaan: 0, joista naisten perustamia 0

8 Horisontaaliset periaatteet

8.1 Sukupuolten tasa-arvo

Hankkeessa on tehty toimintaympäristön analyysi sukupuolinäkökulmasta: Kyllä
Kyseessä on teollisen toiminnan esiselvitys.
Sukupuolinäkökulma on huomioitu hankkeen toiminnassa (valtavirtaistaminen): Kyllä
Henkilövalinnat toteutuksessa tehdään parhaan osaamiseen perusteella. Sukupuolella ole valinnoissa vaikutusta.
Hankkeen päätavoite on sukupuolten tasa-arvon edistäminen: Ei
Hankkeen tavoitteena ei ole sukupuolen tasa-arvokysymykset.

8.2 Kestävä kehitys

VälitönVälillinen
Ekologinen kestävyys
Luonnonvarojen käytön kestävyys 0 10
Hiilidioksidin vähentäminen on maapallon elinolosuhteiden ja luonnon kannalta välttämätöntä. Hanke osoittaa, että hiilineutraalien polttoaineiden teollinen valmistus on mahdollista ja kannattavaa jo nyt.
Ilmastonmuutoksen aiheuttamien riskien vähentäminen 0 10
Teollisen mittakaavan proof-of-concept käynnistää investoinnit maailmassa.
Kasvillisuus, eliöt ja luonnon monimuotoisuus 0 4
Hiilidioksidin vähentäminen on maapallon elinolosuhteiden ja luonnon biodiversifiteetin kannalta välttämätöntä.
Pinta- ja pohjavedet, maaperä sekä ilma (ja kasvihuonekaasujen väheneminen) 0 9
Hankkeessa tuotettu polttoaine vähentää suoraan maaperästä pumpattavaa öljyä ja fossiilisten polttoaineiden käyttöä.
Natura 2000 -ohjelman kohteet 0 0
Taloudellinen kestävyys
Materiaalit ja jätteet 10 10
Kyseessä on ylijäämävedyn ja päästöhiilidioksin (jäte) jalostus (kierrätys) arvokkaaksi lopputuotteeksi. Hanke osoittaa teknologian olevan kypsää ja tuotannon olevan kannattavaa. Tästä seuraa nopeasti uusia suurempia investointeja. (Proof-of-Concept)
Uusiutuvien energialähteiden käyttö 7 6
Prosesssin sähkönkäyttö on pientä, koska vety saadaan nyt ylijäämänä (jäte). Tulevaisuudessa vedyn valmistuksen kasvu tulee lisäämään sähkön tuotannon tarvetta. Uusi tuotanto tulee olemaan edullisuutensa takia päästötöntä sähköä.
Paikallisen elinkeinorakenteen kestävä kehittäminen 10 8
Hanke tuo teollisuudelle tutkimuksen luoman teknologiaosaamisen. Hanke luo paikalliselle laitevalmistukselle mahdollisuuden päästä mukaan uusiin yhteistyöjärjestelyihin ja nopeasti kasvaan uuteen liiketoimintaan.
Aineettomien tuotteiden ja palvelujen kehittäminen 10 7
Hankkeessa selvitetään uudet liiketoimintakonseptit sekä niiden kasvupotentiaalit.
Liikkuminen ja logistiikka 9 8
Hankkeessa vaikutus liikenteeseen on kaksiosainen 1. Lopputuotteena on polttoaineita, joita voidaan hyödyntää nykyisissä polttomoottoreissa ja jakelujärjestelmissä 2. Hiilidioksidineutraalit polttoaineet vähentävät liikennesektorin päästöjä
Sosiaalinen ja kulttuurinen kestävyys sekä yhdenvertaisuus
Hyvinvoinnin edistäminen 6 6
Lopputuloksena syntyy välittämästi sekä pidemmällä aikavälillä uusia työpaikkoja Suomeen. Siirtymällä hiilineutraaleihin polttoaineisiin hidastetaan ilmakehän hiilidioksiditason nousua ja siten ihmisten hyvinvointia lyhyellä ja pitkällä aikavälillä.
Tasa-arvon edistäminen 0 0
Yhteiskunnallinen ja kulttuurinen yhdenvertaisuus 0 0
Kulttuuriympäristö 0 3
Suunniteltava laitos sijoittuu todennäköisesti Joutsenon teollisuusalueelle ja luo jatkuvuutta Etelä-Karjalan teolliselle perinteelle.
Ympäristöosaaminen 10 9
Hankkeen lopputuloksena tunnetaan eri valmistusmenetelmien ympräristövaikutukset sekä riskit. Osaaminen tuotannon ja lopputuotteiden osalta kasvaa ja mahdollistaa nopean soveltamisen.

9 Loppuraportin tiivistelmä

Siirtymä kestävään energiatalouteen tapahtuu vihreän sähköistymisen kautta. Sähkö ja siitä tuotettu vety ovat uuden järjestelmän kulmakivet. Ne alueet, jotka voidaan helposti sähköistää, kuten henkilöautot ja lämmitys, siirtyvät sähkölle. Nestemäisten polttoaineiden kysyntä tulee jatkumaan tulevina vuosina erityisesti lento- ja laivaliikenteessä sekä raskaissa kuljetuksissa.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tehdä huolellinen esiselvitys, sekä tekninen että taloudellinen, teollisen mittakaavan hiilineutraalien polttoaineiden valmistuksesta. Hankkeessa selvitettiin vedystä ja hiilidioksidista syntetisoimalla sähköisten polttoaineiden (bensiini, kerosiini ja diesel) valmistusta metanolireitin kautta. Näillä polttoaineilla liikenne olisi mahdollista dekarbonisoida ja niiden valmistus avaisi Suomelle ja muille pohjoismaille uskomattoman uuden vientimarkkinan sekä polttoaineina että laite- ja osaamisvientinä.

Tutkimusote oli case tutkimus. Tutkimuscase perustui Kemiralta saatavaan ylijäämävetyyn ja Finnsementin sementin tuotannosta talteenotettuun hiilidioksidiin. Tutkimukseen tekemiseen osallistuivat LUT yliopiston kaikki tiedekunnat sekä St1:n että Wärtsilän osaajat.

Tutkimuksessa selvitettiin tuotannon tekninen prosessi kaasujen (H2 ja CO2) talteenotosta ja puhdistuksesta metanolisynteesiin ja siitä edelleen polttoaineiksi sekä MTG että MTO-MOGD prosessien kautta. Prosessi mallinnettiin sekä ASPEN+ ohjelmistolla että budjetääristen tarjousten kautta. Näin saatiin selville teknologian kypsyys (TRL) ja budjetääriset hinnat (CAPEX). Vastaavasti käyttökustannukset (OPEX) mallinnettiin sekä ASPEN+ ohjelmistolla että teollisuuden (Wärtsilä, St1) kokemukseen perusteella.

Näin saatu investointi- ja käyttökustannustieto oli pohjana Discounted Cash Flow (DCF) mallille, jolla pystyttiin tekemään herkkyysanalyysiä sekä CAPEX että OPEX vaikutusten osalta.

Erillisenä selvityksenä tehtiin analyysi EU regulaation Renewable Energy Directive II (REDII) vaikutuksesta polttoaineiden valmistukseen. Työn kustansi lakiasiaintoimisto Hannes Snellman.

Lopputuloksena tiivistäen voidaan todeta:
- Tarvittava teknologia on valmista (TRL9) ja sitä saa useammilta valmistajilta
- Kannattavuus on erittäin herkkä vedyn hinnalle. Vedyn pitää olla huomattavasti alle nykyisten hinta-arvioiden (3-4 EUR/kg), luokkaa alle 1 EUR/kg. Tähän voidaan päästä erittäin edullisella sähköllä.
- Tuotannon käyttöasteen tulee olla normaalilla kemianteollisuuden tuotantoa vastaavalla tasolla (8000 h/a).
- Investoinnin kokonaiskustannuksella on suuri merkitys - projektin johtaminen on tärkeää
- Lopputuotteelle eli sähköpolttoaineille tulee olla markkina. Jos tuote voidaan luokitella vihreäksi sähköpolttoaineeksi, sitä voidaan käyttää sekoitevelvoitteen täyttämiseen. Tällöin on mahdollista päästä kannattavaan tuotantoon edellisten ehtojen täyttyessä.
- RED II nykyisenmallisena estää polttoaineiden tuotannon käytännössä, vaikka siinä kyllä mahdollistetaan periaatteessa sähköpolttoaineiden valmistus. Tämä johtuu mm.
- sähkön alkuperävaatimuksista --> ei saavuteta RED vaatimusta vihreäksi polttoaineeksi
- sähkön lisäisyysvaatimusta --> pitää rakentaa uutta sähköntuotantoa laitoksen käyttöön
- verkkosähkön käytön laskenta

Erityisenä huomiona voidaan todeta, että REDII, joka implementoitiin Suomenkin lakiin kesäkuussa 2021, on epäonnistunut sähköpolttoaineiden osalta.

Työn jatkona on käynnistetty hanke liiketoiminnan käynnistämisen edellytysten selvittämiseksi.