Added value opportunities for biorefineries : a study on business models for green chemicals

Abstract

The forest industry produces large quantities of bark each year as a by-product. Today, bark is mainly burned for energy, although the bark is rich in chemical structure and a versatile material. Due to its chemical composition, bark is a potential source of renewable chemicals. Although academic research has been conducted about the potential of birch bark as a raw material for chemicals, there only few industrial applications exists.

The objective of this thesis is to study the market opportunities of birch bark based renewable chemicals and to give an overview from business perspective. This work provides an overview to the chemicals markets, drivers and barriers of green chemistry, business models in the chemical industry, and key success factors of bio-based chemicals. As a potential end use case, when analyzing business potential of birch bark based chemicals, is used water repellent chemicals in textiles.

The textile and clothing industry is one of the most polluting industries. As a case example in the study was assessed economic feasibility, if chemicals from birch bark would be used as a more environmentally friendly alternative to current methods to achieve water-repellent properties on textiles. In addition to the literature work, an Excel-based Monte Carlo simulation tool was developed for studying preliminary markets and economic feasibility of proposed end use.

Further studies are required and proposed on technical feasibility of bark based chemicals as water repellents in industrial scale. Also, more thorough studies are needed on market demand aspects of the birch bark based chemicals and of their prices in industrial scale.

Metsäteollisuus tuottaa vuosittain suuria määriä puunkuorta sivuvirtanaan. Nykyään kuori poltetaan pääasiassa energiaksi, vaikka puunkuori on kemialliselta rakenteeltaan rikas ja monipuolinen. Kemiallisesta koostumuksestaan johtuen kuori on potentiaalinen uusiutuvien kemikaalien lähde. Vaikka akateemista tutkimusta on tehty koivun kuoren mahdollisuuksista kemiantuotteiden raaka-aineena, löytyy teollisenmittakaavan sovelluksia kuitenkin vain vähän.

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on tutkia koivunkuorenpohjaisten uusiutuvien kemikaalien markkinamahdollisuuksia ja antaa yleiskuva liiketoiminnan näkökulmasta. Tämä työ antaa yleiskuvan kemikaalimarkkinoista, vihreän kemian ajureista ja esteistä, kemian teollisuuden liiketoimintamalleista, ja biopohjaisten kemikaalien menestystekijöistä. Esimerkkisovelluskohteena koivunkuorenpohjaisten kemikaalien liiketoimintapotentiaalin analysoimiseksi työssä käytetään tekstiilien vedenhylkykemikaaleja.

Tekstiili- ja vaateteollisuus on yksi saastuttavimmista teollisuudenaloista. Työssä arvioitiin esimerkkitapauksena liiketoimintamahdollisuuksia, jos koivunkuoresta saatavia kemi-kaaleja käytettäisiin ympäristöystävällisempänä vaihtoehtona nykyisille menetelmille tekstiilien vedenhylkyominaisuuksien saavuttamiseksi. Kirjallisuustyön lisäksi kehitettiin Excel-pohjainen Monte Carlo simulaatio työkalu ehdotetun loppukäytön taloudellisen toteutettavuuden ja markkinoiden alustavaan analysointiin.

Lisätutkimusta tarvitaan kuoripohjaisten kemikaalien teknisestä toteutettavuudesta vedenhylkykemikaaleina teollisessa mittakaavassa. Lisäksi perusteellisempaa tutkimusta tarvitaan kuoripohjaisten kemikaalien markkinakysynnästä ja niiden hinnoista teollisessa mittakaavassa.