Nanocellulose: Technology, Applications Marketsmktintell.com/files/16NAN03_miller.pdf · Nano, micro, macro? ... Paints and coatings 40,000 2.0% 800 ... Source: Nanocellulose: Technology,

PRESENTED BYJack MillerPrincipal Consultant, Market-Intell LLCAssociate Consultant, RISI

Nanocellulose: Technology, Applications and Markets

From the lab to the market

Source: GAO

Types of “nano” cellulose• CNF vs CNC: vastly different, depending on the CNC• CNF vs MFC vs CF: how different are they, really?

CrystallinityCompatibilization

Degree of fibrillationPurity

Aspect ratioNano, micro, macro?

Which of these characteristics matter for each application?

Cellulose Nanocrystals (CNC)Capacity 2016

(kg per day)

Source: RISI, Nanocellulose: Technology Applications, and Markets, Market-Intell LLC

CelluForce 1,000American Process 500Melodea 100Alberta Innovates  20US Forest Products Lab 10Blue Goose Biorefineries    10FPInnovations 2

Cellulose Nanofibrils (CNF)Capacity 2016(kg/day dry basis)

Source: RISI, Nanocellulose: Technology Applications, and Markets, Market-Intell LLC, ISO/TC, U of Kyoto, VTT

Paperlogic, USA 2,000University of Maine, USA 1,000American Process, USA 500Nippon Paper, Japan 150**Innventia, Sweden 100Oji Paper, Japan 100Empa 15UPM, Finland Pre‐commercialDai‐ichi Kyogo, Japan Pilot**FPInnovations, Canada PilotSeiko PMC PilotSAPPI, Netherlands Pilot*U of Kyoto, RISH PilotVTT, Finland PilotDaicel, Japan LabLuleå University of Technology, Sweden LabUS Forest Products Laboratory, USA Lab

* Start up 2016** TEMPO

Microfibrillated Cellulose  (MFC)Capacity 2016(kg/day dry basis)

Source: RISI, Nanocellulose: Technology Applications, and Markets, Market-Intell LLC, ISO/TC, VTT

FiberLean Technologies, Asia, USA* 20,000*FiberLean Technologies, UK 5,000Borregaard, Norway* 3,000*CTP/FCBA, France 100Stora Enso, Finland Pilot market**UPM, Finland Pre‐commercialFPInnovations, Canada PilotNorske Skog, Norway PilotDaicel, Japan LabLuleå University of Technology, Sweden LabUS Forest Products Laboratory, USA Lab

* Start up 2016** With Elopak

A word about biorefineries“A facility that integrates biomass conversion processes and equipment to produce fuels, power, and chemicals from biomass. The biorefinery concept is analogous to today's petroleum refineries, which produce multiple fuels and products from petroleum. Industrial biorefineries have been identified as the most promising route to the creation of a new domestic biobased industry” (NREL).

• Input: – Biomass

• Output:– Pulp– Cellulose > nanocellulose– Cellulosic sugars– Bioethanol– Lignin

Commercial Development:  North America

• American Process: 100 tpy demonstration plant April 2015. CNC, CNF and blends; hydrophilic and hydrophobic lignin coated. Collaboration.

• Blue Goose Biorefineries: New product BGB Ultra. Samples available on line.

• Paperlogic:  CNF 2 tpd , 2015.• CelluForce: CNC 1 tpd. New shareholder: Schlumberger.  Development in oil and gas, plastics, electronics. 

• Performance  BioFilaments: continuing to develop applications for cellulose filaments: automotive, concrete. $25 million grant for an NFC plant (nanofibrillated cellulose). 

• Kruger: Running at 5 tpd since March. Collaboration/joint development.

Commercial Development: Europe

• Stora Enso.  100 million Elopak packages in Eastern Europe pilot market with New Natura Concept board grades containing MFC. 

• Borregaard, Norway. Exilva cellulose microfibrils. Commercial scale 1,000 tpy Q3 2016. EUR 25 million grant: consortium with Unilever and several research groups.

• FiberLean Technologies: SE U.S. printing and writing mills Q3;  Asian coated woodfree mill also Q3 2016.. Total 8000 tonnes/yr.

• Holmen/Melodea: 100 kg per day pilot plant to produce CNC from paper mill sludge. Official opening  first half 2016; production second half. 

• Innventia, June 2014. Announced plans to develop mobile facilities for nanocellulose production with Billerud Korsnäs, for papermaking.

• SAPPI announced new process for dry redisersible CNF with Edinburg Napier University. Pilot plant started up Feb 2016.

Commercial Development: Japan

• Nippon Paper Crecia Co., Ltd.,  announces “ first commercial products made of functional cellulose nanofibers“:  TEMPO CNF in  deodorant sheets for “Hada Care Acty” adult diapers.

• Mitsubishi Pencil Co and DKS ballpoint pen ink with Rheocrysta.• Oji agreement with Nikko Chemicals for joint development of CNF for 

cosmetic applications.• RISH: 5 tpy test plant for CNF composites• Consortium of 100 companies: 

“The Japanese Economy, Trade and Industry Ministry contacted manufacturers that may use nanocellulose in the future, and established a study group for the public and private sectors. It will comprise major paper manufacturers, such as Nippon Paper Industries and Oji Holdings Corp.; Toyota Auto Body Co.; Mitsubishi Motors Corp.; Mitsui Chemicals Inc.; Denso Corp.; Kao Corp. and other interested companies.”    ‐ the Japan News, August 8, 2014

http://techon.nikkeibp.co.jp/atclen/

news_en/15mk/091000034/

Uni‐ball 307

Forecasts

Tonnes (000) Year

Vireo Advisors, high 56,481 potentialUSDA 34,000 ~2045RISI, potential 23,500 potentialVireo Advisors, low 18,283 potentialRISI, forecast 450 2025Arbora Nano 145 NACelluForce 15 2017Future Markets 0.8 2017

$65 million in 2015: Zion Research$250 million in 2014: RnR Markets$ 8 billion by 2030: Japanese government

Applications and potential volume(thousand tons)

Market size  Potential loading

Nano Cellulose potential

Paper and paperboard 400,000 5.0% 20,000Paints and coatings 40,000 2.0% 800Composites 9,000 2.0% 180Films and barriers 9,670 2.0% 193Excipients 4,600 2.0% 92Natural textiles 34,500 2.0% 690Manufactured textiles 56,300 2.0% 1,126Cement 15,000 0.5% 75Oil and gas 17,500 1.0% 175Nonwovens 7,000 2.0% 140Adhesives 500 2.0% 10

TOTAL 23,500Source: Nanocellulose: Technology, Applications and Markets, RISI 2014

The road to commercialization• Value proposition• Consistent quality from batch to batch• Which material is best for a given application?• What loading is optimal?• Regulatory hurdles• Who develops the applications? Who does the R&D?• More than one source of supply• Implications for customer process

Hundreds of companies have tested the material. Maybe 1,000?Commercial applications?Interest in CNF outpaces interest in CNC, and not just for papermaking

Value proposition

• Weight reduction• Rheology• Improved performance/ substitution• Process improvement

Supply and DemandQuantity

Price

Supply

Demand

Supply and DemandQuantity

Price

Supply

Demand

Breakeven nano costvs. weight reduction and loading

$0

$10

$20

$30

$40

$50

$60

2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16%

Breakeven na

no cost

Weight reduction

1.0%

0.3%

5.0%

Source: Market‐Intell LLC

“We always overestimate the change that will occur in the next two years and underestimate the change that will occur in the next ten.”

‐‐Bill Gates

Thank you!

PRESENTED BY:

Jack MillerPrincipal Consultant, Market-Intell LLC

[email protected]