Techno-economic analysis and comparison of biomethanol and synthetic methanol production

Abstract

Humanity's dependence on fossil fuels has already caused irreversible changes to ecosystems and weakened social sustainability, especially in remote areas. It is crucial to transition from a fossil fuel-based economy to more sustainable economies, where carbon neutrally produced fuels, such as renewable methanol are used. Renewable methanol can be produced using Power-to-X technology and/or biomass, providing a solution to replace crude oil and reduce anthropogenic greenhouse gas emissions.

Finland is an excellent location to invest in renewable fuel production, due to its high capacity of renewable electricity and availability of sustainable biomass. Thus, investments in renewable fuel production are expected to grow in the future. Before investment decisions are achieved, studies are needed to evaluate the project's profitability comprehensively while considering technical and economic opportunities and risks involved.

In this thesis, techno-economic analysis of biomethanol and synthetic methanol production facilities were conducted, and their results were compared to each other. The basis of comparison was synthetic methanol production with electrolyser capacity of 17.8 MW, and biomethanol produced from Finnish pine chips and residues. Both facilities yielded equivalent production volumes. Aspen simulation models were created for both facilities, process flowcharts were prepared, and capital investment and operating costs were assessed, along with profitability and sensitivity analyses.

Multiple literature references and quotations from vendors were used to produce TIC estimate with ± 40 % accuracy. Total investment cost of 83 700 000 € was estimated for the synthetic methanol facility, and 74 200 000 € was estimated for biomethanol facility.

Ihmiskunnan riippuvuus fossiilisista polttoaineista on jo nyt aiheuttanut peruuttamattomasti muutoksia ekosysteemeihin ja heikentänyt sosiaalista kestävyyttä erityisesti syrjäisillä alueilla. Fossiilitaloudesta on siirryttävä kestävimpiin talouden muotoihin, joissa keskeisissä rooleissa ovat hiilineutraalisti valmistetut polttoaineet, kuten metanoli. Uusiutuvaa metanolia voidaan valmistaa Power-to-X-teknologialla sekä biomassasta. Näiden avulla on mahdollista korvata raakaöljy ja vähentää antropogeenisten kasvihuonekaasujen määrää.

Suomeen kannattaa investoida uusiutuvan polttoaineen tuotantoa korkean uusiutuvan sähkötuotannon kapasiteetin sekä biomassan saatavuuden vuoksi. Onkin odotettavissa, että Suomeen tehtyjen uusiutuvien polttoaineiden tuotantolaitosten investointien määrä kasvaa lähitulevaisuudessa. Ennen investointipäätöstä tarvitaan kuitenkin toteuttavuusanalyysejä, joissa hankkeen kannattavuutta arvioidaan kokonaisvaltaisesti ottaen huomioon tekniset ja ekonomiset mahdollisuudet sekä riskit.

Tässä diplomityössä laadittiin teknisekonomiset analyysit 17.8 MW elektrolyysiteholla tuotettavan synteettisen metanolin tuotantolaitoksesta sekä männyn hakkeesta ja jäämistä valmistettavasta biometanolin tuotantolaitoksesta. Molempien laitosten tuotantomäärät olivat samansuuruisia. Molemmista laitoksista laadittiin Aspen-simulointimallit, virtauskaaviot, arvioitiin investointi- ja käyttökustannukset sekä tehtiin kannattavuus- ja herkkyysanalyysit.

Kustannusarviot kerättiin useista kirjallisista lähteistä sekä laitetoimittajilta. Arvion tarkkuus on ± 40 %. Synteettisen metanolilaitoksen investointikustannuksiksi arvioitiin 83 700 000 € kun taas biometanolilaitoksen investointikustannuksiksi arvioitiin 74 200 000 €.