Feasibility study of a novel system for the production of advanced biofuels in Greece: Thermodynamic and technoeconomic assessment

Tatoulis, Panagiotis; Τατούλης, Παναγιώτης

dc.contributor.author	Tatoulis, Panagiotis	en
dc.contributor.author	Τατούλης, Παναγιώτης	el
dc.date.accessioned	2025-02-18T11:07:59Z
dc.date.available	2025-02-18T11:07:59Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61128
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28824
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Biomass	en
dc.subject	Biofuels	en
dc.subject	Supply	en
dc.subject	Fischer-Tropsch	en
dc.subject	Chemical Looping Gasification	en
dc.title	Feasibility study of a novel system for the production of advanced biofuels in Greece: Thermodynamic and technoeconomic assessment	en
dc.title	Διερεύνηση βιωσιμότητας ενός πρότυπου συστήματος παραγωγής προηγμένων βιοκαυσίμων στην Ελλάδα: Θερμοδυναμική και Τεχνο-οικονομική αξιολόγηση	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Mechanical engineering	en
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-10
heal.abstract	Advanced biofuels will play a central role in the decarbonization of the aviation and maritime sectors. Stimulated from the prospect of enhancing the energy security of Greece by domestically producing advanced biofuels, the goal of this thesis is to investigate the feasibility of a commercial scale biofuel plant in Greece. A framework is presented to identify a suitable candidate region to develop a case study for biomass utilization. The followed approach involved setting an initial basis, by assessing the current policy landscape surrounding biofuels, and determine policy trends of the EU and the Greek state. It was thus possible to align the region and feedstock selection with the established trends and evaluate the supply security for a biofuels production plant in the region. The chosen region is Peloponnese, and the results of supply security analysis indicate that 70ktDM of biomass can be available, corresponding to 41 MWth plant scale, under competitive market conditions and biomass availability constraints. More than 50% of biomass supply will be olive tree prunings with an expected average price of 70.3 €/tDM at 20% share of total market available potential. Considering the available biomass types and quantities, a preliminary level analysis of a proposed biomass processing plant is then conducted. This part of the thesis develops and analyses a processing scheme for the conversion of biomass feedstocks to advanced biofuels. It makes use of the novel chemical looping gasification (CLG) technology, and the OLGA process coupled with activated carbon beds for tar removal to produce a clean and high-quality syngas. This configuration upstream the fuel synthesis step makes possible to alleviate the plant of the expensive and energy intensive air separation unit (ASU) used for oxygen production. Also, a suitable catalyst for the employed Fischer-Tropsch synthesis (FTs) process catalysing both CO and CO2 reactions is used, to examine the possible cost benefits of not including an Acid Gas Removal (AGR) unit for CO2 removal. However, this led to high external H2 demand, impacting operational costs. The process is modelled in Aspen PlusTM software using literature and experimental data. The results reveal the high efficiency of CLG which operates close to an 80% cold gas efficiency. Also, compared to other FTs, an increase is observed in carbon utilization towards FT-crude that reaches 58% stemming from the utilization of carbon content in CO2. An overall plant efficiency close to 36% is achieved without including excess heat utilization. The technoeconomic assessment of the proposed processing plant completes the case study. The results show a break-even selling price (BESP) of FT-crude at 3 €/kg with a Total Capital Investment of 176 M€. The high BESP is a result from the high green H2 demand and priced at 3.5 €/kgH2 making it the greatest contributor to operating costs. The insights gained from the Peloponnese region case study, highlight its favorable prospects to harbor a bio-based industry. The technoeconomic assessment of the proposed plant reveals the sections of the process scheme that steep cost reductions can be achieved, thus lowering the BESP of produced FT-crude to a competitive range.	en
heal.abstract	Τα προηγμένα βιοκαύσιμα θα έχουν κεντρικό ρόλο στην απανθρακοποίηση της αεροπορίας και της ναυτιλίας. Η διπλωματική αυτή διερευνά τη βιωσιμότητα μίας εμπορικής κλίμακας μονάδας παραγωγής βιοκαυσίμων στην Ελλάδα με στόχο την ενίσχυση της ενεργειακής ασφάλειας. Αρχικά, παρουσιάζεται ένα πλαίσιο για την εύρεση κατάλληλης περιοχής για την ανάπτυξη μελέτης περίπτωσης για αξιοποίηση βιομάζας. Η ακολουθούμενη προσέγγιση ξεκίνησε με τη μελέτη του τρέχοντος τοπίου πολιτικών σχετικά με τα βιοκαύσιμα, και τον καθορισμό των τάσεων στην Ευρωπαϊκή Ένωση και το Ελληνικό κράτος. Έτσι, κατέστη εφικτή η ευθυγράμμιση της πρώτης ύλης με τις καθορισμένες τάσεις. Έπειτα αξιολογήθηκε η ασφάλεια προμήθειας βιομάζας σε μία μονάδα παραγωγής βιοκαυσίμων στην Πελοπόννησο που επιλέχθηκε ως η περιοχή της μελέτης περίπτωσης. Η ανάλυση έδειξε ότι 70 kt ξηρής βιομάζας θα είναι διαθέσιμοι υπό ανταγωνιστικές συνθήκες αγοράς και περιορισμούς στη διαθέσιμη βιομάζα. Η ποσότητα αυτή αντιστοιχεί σε μονάδα θερμικής κλίμακας 41 MW και περισσότερο από το 50% της προμηθευόμενης βιομάζας θα είναι κλαδοδέματα ελιάς. Η μέση τιμή προμηθευόμενης βιομάζας εκτιμήθηκε στα 70.31 €/t ξηρής βιομάζας με μερίδιο αγοράς 20% από την κινητοποιημένη βιομάζα. Λαμβάνοντας υπόψιν τους διαθέσιμους τύπους και ποσότητες βιομάζας, διεξάγεται μία προκαταρκτικού επιπέδου ανάλυση της προτεινόμενης μονάδας. Στο τμήμα αυτό, αναπτύσσεται και αξιολογείται ένα σχήμα μετατροπής της βιομάζας σε προηγμένα βιοκαύσιμα. Χρησιμοποιείται μία πρότυπη τεχνολογία αεριοποίησης με χημική ανακύκλωση ώστε να παραχθεί υψηλής ποιότητας αέριο σύνθεσης και η πλύση αερίου με βιοέλαια συζευγμένη με στρώματα ενεργού άνθρακα. Έτσι, δεν χρειάζεται η ακριβή και ενεργοβόρα μονάδα διαχωρισμού αέρα για παραγωγή οξυγόνου. Ακόμα, στη Fischer-Tropsch σύνθεση χρησιμοποιείται καταλύτης που καταλύει αντιδράσεις για το CO και το CO2 ώστε να εξεταστεί το πιθανό οικονομικό όφελος από τη μη χρήση μονάδας αφαίρεσης όξινων αερίων για την αφαίρεση CO2. Αυτό οδήγησε σε υψηλή αναγκαία ποσότητα H2, επηρεάζοντας τα έξοδα λειτουργίας. Οι διεργασίες μοντελοποιήθηκαν με το λογισμικό Aspen PlusTM με χρήση πειραματικών δεδομένων. Τα αποτελέσματα έδειξαν υψηλό βαθμό απόδοσης χημικής ενέργειας της μονάδας αεριοποίησης, κοντά στο 80%. Επίσης, σε σχέση με άλλες FT σύνθεση διεργασίες, παρατηρήθηκε αυξημένη αξιοποίηση άνθρακα προς το προϊόν, FT-crude, περίπου στο 58%. Η απόδοση ολόκληρης της μονάδας είναι κοντά στο 36%, χωρίς να ληφθεί υπόψιν η αξιοποίηση της περίσσειας θερμότητας. Η τεχνοοικονομική ανάλυση της προτεινόμενης μονάδας ολοκληρώνει τη μελέτη με την τιμή κόστους του FT-crude να είναι 3€/kg με κεφάλαιο επένδυσης 176 εκ. €. Η υψηλή τιμή κόστους οφείλεται στην κατανάλωση πράσινου H2 στην τιμή των 3.5 €/kg. Η μελέτη περίπτωσης ανέδειξε τις ευνοϊκές προοπτικές της Πελοποννήσου να φιλοξενήσει βιομηχανία βασισμένη στη βιομάζα. Η τεχνοοικονομική ανάλυση της προτεινόμενης μονάδας φανέρωσε τμήματα της διεργασίας με έντονη μείωση κόστους μέσω των οποίων μπορεί να γίνει ανταγωνιστικό το παραγόμενο FT-crude.	el
heal.advisorName	Karellas, Sotirios	en
heal.committeeMemberName	Rentzileas, Athanasios	en
heal.committeeMemberName	Tolis, Athanasios	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	148 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false