Biomassasta alkoholiksi : ensimmäisen ja toisen sukupolven alkoholien tuotantojen vertailua
Partanen, Pyry (2025)
Kandidaatintyö
2025
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025060962845
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2025060962845
Tiivistelmä
Ilmastonmuutoksen hillitseminen ja fossiilisten raaka-aineiden korvaaminen uusiutuvilla vaihtoehdoilla ovat keskeisiä tavoitteita maailmanlaajuisesti. Maakaasu on tällä hetkellä merkittävin raaka-aine alkoholien tuotannossa, mutta biomassa tarjoaa potentiaalisen vaihtoehdon fossiilisille raaka-aineille. Tässä työssä tarkastellaan biomassan hyödyntämistä bioalkoholien valmistuksessa erilaisilla menetelmillä sekä arvioidaan eri tuotantokustannuksia.
Biomassa voidaan jakaa ensimmäisen ja toisen sukupolven raaka-aineisiin, joiden konversiotekniikat poikkeavat toisistaan. Eniten käytetyt ensimmäisen sukupolven raaka-aineet ovat maissi, sokeriruoko ja -juurikas sekä viljat. Ensimmäisen sukupolven bioalkoholien tuotanto on vakiintunutta tekniikaltaan sekä kaupallisesti, mutta kilpailee elintarviketuotannon kanssa. Toisen sukupolven teknologiat mahdollistavat kestävien raaka-aineiden, kuten jätteiden ja lignoselluloosan hyödyntämisen, mutta niiden tuotanto on teknisesti monimutkaisempaa ja kustannuksiltaan kalliimpaa.
Tulokset osoittavat, että ensimmäisen sukupolven bioalkoholien tuotanto on edullisempaa, kun taas toisen sukupolven bioalkoholit edustavat ympäristön kannalta kestävämpää vaihtoehtoa. Tuotantokustannukset vaihtelevat alueellisesti jonkin verran. Intia on kustannustehokkain tuottaja, kun taas Yhdysvallat hallitsevat tuotantomäärissä. Brasilia on merkittävä sekä kustannustehokas tuottaja. Tuotantokustannukset vaihtelevat ensimmäisen sukupolven bioetanolilla 0,20–0,80 USD/l, toisen sukupolven bioetanolilla 0,70–2,0 USD/l sekä biometanolilla yleisesti 0,26–0,41 USD/l. Mitigating climate change and replacing fossil-based raw materials with renewable alternatives are key global objectives. Currently, natural gas is the most used feedstock in alcohol production, but biomass presents a promising alternative to fossil resources. This thesis explores the use of biomass in the production of bioalcohols through various methods and examines the associated production costs.
Biomass feedstocks can be classified into first- and second-generation sources, which differ in their conversion technologies. The most used 1st generation feedstocks are corn, sugarcane, sugar beet, and various grains. First-generation bioalcohol production relies on commercially established processes but competes with food production. Second-generation technologies enable the use of more sustainable raw materials, such as waste and lignocellulosic biomass, although their production processes are more complex and costlier.
The results indicate that first-generation bioalcohols are more cost-efficient to produce, whereas second-generation bioalcohols offer a more environmentally sustainable solution. Production costs vary regionally. India is the most cost-effective producer, while the United States leads in production volume. Brazil is both a major and cost-efficient producer. Production costs for first-generation bioethanol range from 0.20–0.80 USD/l, for second-generation bioethanol from 0.70–2.0 USD/l, and biomethanol generally from 0.26–0.41 USD/l.
Biomassa voidaan jakaa ensimmäisen ja toisen sukupolven raaka-aineisiin, joiden konversiotekniikat poikkeavat toisistaan. Eniten käytetyt ensimmäisen sukupolven raaka-aineet ovat maissi, sokeriruoko ja -juurikas sekä viljat. Ensimmäisen sukupolven bioalkoholien tuotanto on vakiintunutta tekniikaltaan sekä kaupallisesti, mutta kilpailee elintarviketuotannon kanssa. Toisen sukupolven teknologiat mahdollistavat kestävien raaka-aineiden, kuten jätteiden ja lignoselluloosan hyödyntämisen, mutta niiden tuotanto on teknisesti monimutkaisempaa ja kustannuksiltaan kalliimpaa.
Tulokset osoittavat, että ensimmäisen sukupolven bioalkoholien tuotanto on edullisempaa, kun taas toisen sukupolven bioalkoholit edustavat ympäristön kannalta kestävämpää vaihtoehtoa. Tuotantokustannukset vaihtelevat alueellisesti jonkin verran. Intia on kustannustehokkain tuottaja, kun taas Yhdysvallat hallitsevat tuotantomäärissä. Brasilia on merkittävä sekä kustannustehokas tuottaja. Tuotantokustannukset vaihtelevat ensimmäisen sukupolven bioetanolilla 0,20–0,80 USD/l, toisen sukupolven bioetanolilla 0,70–2,0 USD/l sekä biometanolilla yleisesti 0,26–0,41 USD/l.
Biomass feedstocks can be classified into first- and second-generation sources, which differ in their conversion technologies. The most used 1st generation feedstocks are corn, sugarcane, sugar beet, and various grains. First-generation bioalcohol production relies on commercially established processes but competes with food production. Second-generation technologies enable the use of more sustainable raw materials, such as waste and lignocellulosic biomass, although their production processes are more complex and costlier.
The results indicate that first-generation bioalcohols are more cost-efficient to produce, whereas second-generation bioalcohols offer a more environmentally sustainable solution. Production costs vary regionally. India is the most cost-effective producer, while the United States leads in production volume. Brazil is both a major and cost-efficient producer. Production costs for first-generation bioethanol range from 0.20–0.80 USD/l, for second-generation bioethanol from 0.70–2.0 USD/l, and biomethanol generally from 0.26–0.41 USD/l.