Från idé till kommersiell verksamhet inom processindustrin

Branschen står inför utmaningen att ställa om till fossilfria och hållbara processer

Processindustrin genomgår för närvarande en stor förändring, med fokus på att hitta hållbara och resurseffektiva processer. Nya start-up bolag och utveckling av nya tekniker kommer att spela en avgörande roll för att lyckas med den gröna omställningen. Vi på AFRY anser att en framgångsrik utveckling mot industrialisering för så många som möjligt av dessa företag kommer att vara en förutsättning för att uppnå det övergripande målet att ställa om till ett fossilfritt samhälle.

Vägen till industrialisering är dock inte spikrak och alla idéer blir inte framgångssagor. Ibland används termen "dödens dal" (se figur 1) för att beskriva de utmaningar som är förknippade med att överföra en idé till genomförande och kommersialisering, särskilt under en kritisk fas när utvecklingskostnaderna överstiger intäkterna. Det är en nödvändighet att arbeta fram ett robust koncept och etablera starka partnerskap/nätverk för att säkra adekvat finansiering och expertis, så att man kan navigera ut ur denna utmanande period.

Många briljanta idéer, men alla leder inte till framgång

Oavsett hur lysande en idé är, krävs det en strukturerad arbetsmetod och tålamod för att skapa en framgångsrik industriell verksamhet. Vid projektutveckling är det viktigt att ha en omfattande förståelse för projektets livscykel (se bild 2) som omfattar de grundläggande stegen med dess logik och innehåll.  

Projektets livscykel kan delas in i tre faser: utveckling, genomförande och produktion. Allt börjar med en idé, och under resans gång mot produktion kommer många kritiska och avgörande beslut att fattas.

Utvecklingsfasen särskilt viktig

Utvecklingsfasen är särskilt viktig när det handlar om innovativa tekniker och processer, i syfte att minska både ekonomiska och tekniska risker. Det är av yttersta vikt att det ägnas tillräcklig med tid och resurser för denna fas. I jämförelse med mer konventionella projekt inom processindustrier, som t.ex. skogsindustrin, kräver denna utvecklingsfas i allmänhet mer tid och finansiella resurser. Det är nödvändigt för att säkerställa att omfattande teknisk dokumentation och en investeringskostnadskalkyl med tillräcklig noggrannhet skapas innan man går vidare till genomförandefasen och fattar det avgörande investeringsbeslutet.

Stegvist tillvägagångssätt

För att skapa en stabil grund för genomförandefasen är det lämpligt att följa projektmetoden Front-End Loading (FEL), som beskrivs i figur 3. Denna metod innebär att man genererar nödvändig information som gör det möjligt för intressenter att hantera risker och fatta välgrundade beslut. Varje FEL-fas omfattar olika leveranser, var och en med en specifik status. I de inledande faserna kan olika koncept undersökas, men allteftersom utvecklingen fortskrider måste ett beslut fattas om vilket koncept som är att föredra. När du rör dig åt höger blir alltfler personer involverade och eventuella förändringar får generellt större konsekvenser och blir mer kostsamma.

Viktiga överväganden för att utveckla en lönsam och hållbar process

Vissa viktiga och mer konceptuella beslut måste fattas eller åtminstone övervägas i början av utvecklingsfasen.

Gränssnitt

Ska exempelvis processen producera en mellanprodukt eller en förädlad produkt som är redo för slutanvändaren?
Detta beslut har betydande konsekvenser för projektet, både när det gäller ekonomi och komplexitet. Ett illustrativt fall är SunPine i Piteå och UPM Lappeenranta bioraffinaderi. Båda anläggningarna använder tallolja som råvara och har liknande kapacitet. SunPine producerar dock en rå biodiesel som kräver ytterligare raffinering och uppgradering vid ett separat raffinaderi, medan UPM producerar en biodiesel som är redo att levereras till tankstationer och slutanvändare. Dessa olika tillvägagångssätt påverkar markant investeringskostnaderna, produktvärdet och anläggningens komplexitet.

Är målet att producera en ny produkt eller en befintlig produkt med specifika krav?

Valet påverkar också det övergripande konceptet och projektet. Din produkt kan till exempel uppfylla nödvändiga funktioner men ha en gul nyans, medan den befintliga marknadsprodukten är färglös. Denna avvikelse kan leda till utmaningar när det gäller att få marknadens acceptans för produkten.

Designkriterier

Detta är en avgörande faktor som bör fastställas så tidigt som möjligt för att skapa ett tydligt mål. Några exempel på kriterier:

• Anläggningens kapacitet 
• Tillgänglighet: Ska anläggningen vara i drift kontinuerligt (24/7) eller endast under vissa timmar? Valet påverkar designen och utformningen av anläggningen.
• Specifikation av råvaror: Vilka råvaror och i vilket format är tillgängligt och realistiskt för en fullskalig produktion? I labbskala kan råvaror förfinas och justeras enkelt, till exempel genom att skära dem i små bitar. Det är dock viktigt att fundera över vad som verkligen är nödvändigt och vilken råvarukvalitet som är gångbar i större skala.
• En annan viktig aspekt är att ha en plan för alla strömmar, inkl. restströmmar som kommer från anläggningen. Medan små gasflöden eller avloppsströmmar kanske inte utgör några större problem i labbskala, kräver dessa strömmar noggrann hantering i full skala. Att säkerställa denna hantering kan innebära behov av ytterligare processutrustning och tillhörande kostnader. Kostnaderna för dessa icke primära, kringliggande system, kan vara relativt höga och påverka den totala investeringskostnaden avsevärt.
• Att utforska integrationsmöjligheter kan vara en strategi för att minska kostnaderna för dessa kringliggande system, och potentiellt dra nytta av befintliga processystem och logistik genom att bygga anläggningen i anslutning till befintlig industriverksamhet.
• Själva idén och konceptet måste lyckas inte bara tekniskt utan också lönsamhetsmässigt. Flera faktorer måste noga övervägas och balanseras för att optimera konceptet och säkerställa att önskad lönsamhet uppnås. Figur 4 illustrerar en graf som schematiskt visar sweet spot för lönsamhet utifrån tillgänglighet i förhållande till utbyte. Det finns dock flera andra faktorer att beakta, t.ex. energiförbrukning, samt investerings- och underhållskostnader, för att utveckla ett konkurrenskraftigt och lönsamt koncept.

AFRY kan ge stöd från innovation till produktion i industriell skala - och allt däremellan

AFRYs ambition är att aktivt bidra till resan från en idé till ett framgångsrikt kommersiellt företag med produktion i industriell skala och hjälpa dessa start-up bolag att ta sig upp ur "dödens dal". AFRY har en gedigen erfarenhet av att samarbeta med denna typ av företag, tillhandahålla värdefullt stöd inom affärsutveckling och alla tekniska kompetenser, inklusive specialister inom digitalisering och hållbarhet.  

Som ingenjörsföretag är flexibilitet och anpassningsförmåga avgörande när man ska hantera de utmaningar som är förknippade med start-up bolag och utveckling av ny teknik. I viss utsträckning måste du implementera och industrialisera forskningsresultat.

Några ingenjörsrelaterade insikter:

1. Att identifiera lämpliga leverantörer kan vara en utmaning och ibland krävs att man letar efter nya leverantörer utanför sitt normala nätverk, t.ex. från olika branscher.
2. Dimensionering av utrustning kan visa sig vara komplicerat, beroende på anläggningens storlek och typ av utrustning. Det kan till exempel vara svårt att hitta lämplig och kostnadseffektiv utrustning för pilot- och/eller demoanläggningar, då utrustning i labskala är för liten och utrustning i industriell skala är för stor.
3. Även när standardutrustning används kan justeringar vara nödvändiga för att anpassa för nya råvaror eller processförhållanden. Sådana anpassningar kan innebära verifieringsförsök med en eller flera leverantörer för att säkerställa att utrustningen är kompatibel med de nya betingelserna. Dessa tester och verifieringar kan vara tidskrävande och påverka projektets tidsplan. Ibland ger testkörningar oväntade och oönskade resultat, vilket leder till behov av att hitta nya idéer/koncept, vilket i sin tur påverkar projektplanen ytterligare. Att säkerställa och erhålla tillfredsställande processgarantier från leverantörer kan också vara en utmaning och kräver ofta flera testkörningar som utförs i samarbete med leverantören.
4. Det är viktigt att fastställa ett optimalt/önskat driftsfönstret, t.ex. nödvändiga temperaturer och tryck inom processen. Om möjligt så skall så milda processbetingelser som möjligt eftersträvas. Höga temperaturer och tryck kan påverka anläggningens utformning och kostnader, men å andra sidan krävs viss flexibilitet för att anläggningen ska fungera smidigt.
5. Att hantera fenomen som igensättning och nedsmutsning blir allt viktigare vid uppskalning och kontinuerlig drift. För att hitta effektiva lösningar och motverka det verkliga problemet är det viktigt att förstå orsakerna och kemin bakom.
6. Anrikning av oönskade komponenter, t.ex. på grund av recirkulation, är ett driftsproblem som är svår att förutse i liten skala men som kan visa sig i full skala.
7. Koncept för styrning och mätning av processen kan vara avgörande. Det är viktigt att bestämma hur processen ska övervakas och att fastställa vilka de viktigaste parametrarna är. Att bedöma om in-line-mätningar är möjligt eller om off-line-labmätningar krävs (vilket kan leda till försenade resultat) är en avgörande beslutspunkt.