Wirtschaftliche Evaluierung von innovativen Bioraffinerieszenarien

Abstract

Für langfristige Entscheidungen die immer mit Risiken verbunden sind, kann es hilfreich sein bereits in frühen Phasen eine wirtschaftliche Evaluierung der möglichen Szenarien durchzuführen. Diese Problemstellung ergibt sich auch für das Institut für Verfahrenstechnik der TU Wien im Rahmen der innovativen Bioraffinerieentwicklung. Ziel der Entwicklung ist ein neuartiges Verfahren, das besonders die Gewinnung von hochwertigem Nanolignin ermöglicht. Die Arbeit identifiziert, anhand dieser konkreten Problemstellung, die Frage wie für die innovative Bioverfahrensentwicklung frühzeitig Alternativen effizient wirtschaftlich bewertet und vergleichbar gemacht werden können. Als Ziel soll ein Modell entwickelt werden, um mit möglichst geringem Aufwand verschiedene (noch zu entwickelnde) innovative Anlagen frühzeitig miteinander vergleichbar zu machen. Um dies zu erreichen wird eine zu optimierende Kennzahl gesucht, die den zu erwartenden Gewinn unter diesen besonderen Umständen bestmöglich widerspiegelt. Gewinne ergeben sich durch Erlöse minus Kosten. Aus diesem Grund ist es notwendig die Fragestellung in zwei Teilfragen zu trennen. Die erste Teilfrage, die der Kosten wird gelöst indem das Gestehungskostenmodell aus einem anderen Bereich herangezogen und für den vorliegenden Fall adaptiert wird. Anhand der Literatur und mittels Marktdaten kann das Modell für die unterschiedlichen Produktvarianten kalibriert werden. Die zweite Teilfrage beschäftigt sich mit den Erlösen, wobei ebenso eine passende, äquivalente Kalibrierung wie im ersten Modell durchgeführt wird. Um den innovativen Aspekt der Thematik zu berücksichtigen, wird für die Modelle besonders auf mögliche Bandbreiten und das inhärente Risiko Rücksicht genommen. Beide Modelle werden durch Subtraktion der Kostenkennzahl von der Erlöskennzahl gekoppelt und stellen gemeinsam das Artefakt im Sinne der Lösungsentwicklung dar. Die Demonstration des Artefakts erfolgt durch Analysen und Auswertungen, insbesondere durch eine Monte Carlo Simulation. Die Investitionskosten werden, neben den Rohstoffkosten, Wärmekosten und Personalkosten als besonders relevant identifiziert. Obwohl bei der Analyse der Gestehungskosten der Rohstoff Stroh sehr vielversprechend wirkt, zeigt sich im Rahmen der Auswertung der Erlöskennzahl, dass Holz wesentlich vielversprechender ist und im Rahmen der kombinierten Gewinnkennzahl als deutlicher Sieger mit der höchsten Wahrscheinlichkeit auf eine positive Gewinnkennzahl hervor geht. Besonders spannend wäre in diesem Zusammenhang die mögliche Abgabe der Rohcellulose an die Papier- und Kartonindustrie, mit dem Potential des Nanolignins die Anlage als hochpreisiges Produkt quer zu finanzieren.

Long-term decisions are always linked with risk, therefore an early economic evaluation of possible scenarios might be helpful. This issue arises for the Institute of Chemical Engineering at TU Wien, due an innovative biorefinery development and different possible product scenarios. The goal of the development is a new process to produce especially valuable nanosized lignin materials. Therefore the question how to evaluate different innovative long-term development alternatives at an early stage will be shown on the practical example of different development scenarios of the novel process. The goal of the thesis is a model able to evaluate different innovative biorefinery scenarios and make them comparable with each other. A key performance indicator (KPI) reflecting the profit will be created, by subtraction of an expenses KPI from a revenue KPI. Thereby two subquestions emerge as different parts of the overall question. To answer the first part the "levelized costs of energy" model from a different sector is adapted to reflect future expenses evaluated on today's value of money. The creation and calibration of the model is done by research of literature and by the help of market data in combination with technical knowledge. For the second part describing the revenues a model is generated and a fitting, equivalent calibration is done. To cope with the innovative aspect of the topic, great care is taken to potential scopes of variables and the inherent risk. Both models are combined with each other and represent the artefact that is solving the problem. The demonstration and evaluation of the artefact is done by analysis and a monte carlo simulation. The investment costs, beside material, (heat) energy and personnel costs are identified as most relevant. Due to the expenses analysis using straw seems as a promising possibility but a closer look at the revenue KPI reveals that wood might dominate the other alternatives. The simulation confirms this by showing the highest possibility of a positive profit KPI for the two wood alternatives. A synthesis with pulp and paper industry seems highly interesting to produce a pulp alternative with the high-value nano-sized lignin material cross-financing the pulp.