sou · GKB3184 · 1997-01-01 00:00:00 — Isoolefinerna är omättade kolväten med en grenad kolkedja. De fås som biprodukter vid krackning av nafta för framställning av olefiner (eten, propen osv.) och vid krackning av tjocka oljor i raffinaderier. Eterbildningen sker över katalysator och med god selektivitet och låg halt biprodukter (2–). Reaktion mellan metanol och isobuten ger Metyltertiärbutyleter (MTBE). Reaktionen förlöper vid låg temperatur (mindre än 95c C) och måttligt tryck (mindre än 10 bar) och är svagt exoterm. Den kräver mycket lite ånga för uppvärmning och el motsvarande någon procent av produktens innehåll, 1. Motsvarande reaktion för etanol ger Etyltertiärbutyleter (ETBE). Tillgången på kolväteråvara gör att etrar av denna typ svårligen kan komma i fråga som självständiga drivmedel. De kan istället med fördel användas som komponenter för inblandning i bensin, t.ex. vid reformulering. Tillgången kan dock ökas något om butaner, som främst fås som mindre sidoprodukt vid råolje- och naturgasutvinning, tas i anspråk som råvara. Dessa måste då dehydreras och isomeriseras. Detta innebär en längre och dyrare processväg och förutsätter tillgång på billiga butaner. Rapsolja utvinns genom pressning av rapsfrön. Pressningen kan ske såväl kallt som varmt. Varm pressning ger ett högre utbyte men kräver dock en större energiinsats i form av het ånga. Den varmpressade oljan får också en något sämre oxidationsstabilitet, 14. Normalt kan man pressa ut cirka 70–av den totala oljemängden vid pressning av torr raps. Ytterligare högre utbyte kan fås genom extraktion av fröresterna från pressningen med något lösningsmedel, oftast hexan. Processen är energikrävande, driftstemperatur på 60 o C, och förutsätter storskalighet för god lönsamhet, 14. Restprodukten från framställningen av rapsolja uppgår till expeller per liter rapsolja. Rapsexpeller från pressning har en relativt hög oljehalt på cirka 5–. Detta kan användas som proteinfoder. Produktions- och konverteringsteknik 91 av energiinnehållet fås som foderprodukt. Restprodukten efter extraktion har en låg oljehalt, 2–. Det slutliga oljeutbytet beror av såväl oljehalten i rapsfröerna som utvinningsmetoder. För en storskalig anläggning med varmpressning och extraktion antas ett oljeutbyte på , dvs. av rapsfröets torrsubstans erhålls som rapsolja, 14. Den pressade oljan innehåller vissa fasta föroreningar samt lectin (fosforliptider), fria fettsyror och vatten. Rening sker enklast genom sedimentation eller filtrering. Olja som varmpressats och extraherats måste även raffineras varvid borttagning sker av lectin och fria fettsyror. Vatten tillsätts för att hydratisera vattenlösligt lectin och med fosforsyra binds resterande lectin. Med lut eller kalciumoxid tas fria fettsyror bort, 14. 6.5.2Rapsmetylester och Rapsetylester () Rapsoljeestrar för fordonsdrift fås genom omförestring av oljan med en alkohol. Rapsolja består ursprungligen av en ester mellan glycerol (glycerin) och olika fettsyror. Omförestringen innebär att den i oljan trevärda alkoholen glycerol byts ut mot en envärd alkohol (metanol eller etanol), 4. Resultatet blir nya estrar med alkohol och ingående fettsyror. Den gamla alkoholen blir restprodukt. För att reaktionen skall ske snabbt krävs också närvaro av katalysator, vanligen kalium eller natriumhydroxid. Omförestringen sker oftast satsvis och vid en temperatur på cirka 60o C. Vid omförestring bildas det lika stor mängd RME eller REE som tillsatt mängd rapsolja. av rapsfrönas energiinnehåll kan erhållas som ester. Naturgas består till största delen, cirka 85–, av metan. Därutöver innehåller den vanligen några procent etan, propan och inerta gaser (kväve, koldioxid). Naturgas är ett fossilt bränsle som finns lagrat i jordskorpan. 92 Produktions- och konverteringsteknik Naturgas utvinns på samma sätt som råolja, dvs. genom borrning ned till fyndigheterna. Vid nästan all utvinning av råolja får man också naturgas som en biprodukt. Därutöver sker även utvinning av fyndigheter som enbart innehåller naturgas. Naturgasen får ofta upp genom självtryck men i vissa fall krävs tryckhöjning. Till importeras naturgas i rörledning från de danska gasfälten i södra . Distribution sker i stamledning från till med vissa grenledningar. Tekniken att behandla rågasen till konsumtionsgas är väl etablerad och innefattar avskiljande av kondenserbara kolväten (propan, butan, osv. ), svavelföreningar och vatten. På så sätt uppnås en torr gas för problemfri distribution i rörledningar, 1. Planer finns/diskuteras för en fortsatt stamledning från eller från och norrut. Även nya ledningar som binder ihop med och diskuteras. 6.7Dimetyleter (DME) Dimetyleter (DME) framställs genom dehydratisering av redan producerad metanol (naturgas som råvara). I ny storskalig produktion av DME kan dehydratiseringen integreras med metanolsyntesen för att ge DME som huvudprodukt med bibehållen selektivitet. Detta kan ske genom modifikation av katalysatorn. För ren framställning av DME avskiljes och återföres metanol. För drivmedels ändamål räcker det dock om metanolhalten ej överstiger för att inte tändvilligheten i en dieselmotor skall bli lidande, 1. DME kan även framställas från syntesgas från andra råvaror som olja, kol eller biomassa. Verkningsgraden i DME–framställningen är några procent högre än för metanol. Den största delen av motorgas/gasol till den svenska marknaden kommer från . Produktions- och konverteringsteknik 93 Motorgas/gasol kan dock produceras genom raffinering av råolja (biprodukt). Biogas kan framställas dels via biobaserad syntesgas (förgasning av organiskt material) och selektiv syntes till metan dels biokemiskt via bakteriell nedbrytning av organiskt material frånvaro av syre. Biogas som erhålls då biologiskt nedbrytbart organiskt, dvs. kolinnehållande, material bryts ned i syrefri miljö kallas rötgas. Processen fortgår spontant i ett stort antal naturliga miljöer såsom i myrar, sumpmarker och i magen på idisslare och termiter, 5. Rötning används i människans tjänst för nedbrytning av olika sorters organiska avfall. Exempel på detta är reningen av avloppsvatten, stabilisering (rötning) av reningsverksslam och rötning av fast avfall som organisk fraktion ur hushållsavfall, 5. Rötning sker vid i stort sett alla avloppsreningsverk för att stabilisera avloppsslammet. Spontan bildning av rötgas sker i avfallsdeponier. Rötgas som utvinns ur avfallsdeponier brukar benämnas deponigas, 5. Nedbrytningen sker med en bakterieflora som innehåller selektivt metanbildande bakterier. Processen utförs vid 30–40 o C, alternativt vid 50–60o C. Ju högre temperatur desto snabbare process men också desto större bränsle/energibehov. Processtiderna är långa och räknas , vilket nödvändiggör stor reaktorvolym och är en bidragande orsak till att tillämpningarna är relativt småskaliga, 1. Då metaninnehållet varierar och gasen även innehåller inerta gaser måste den renas och uppgraderas före användning. Rening kan utföras genom absorption i vatten under tryck, genom adsorption på fast material som senare regenereras (PSA–teknik) eller genom separation med membran. På samma sätt som för naturgas måste biogasen vara torr, dvs. vattenånghalten i gasen (daggpunkten) måste vara låg. Torkning kan ske i samband med komprimering (för rörtransport och lagring) genom kraftig nedkylning eller adsorption på fast regenererbart material, I stort sett alla typer av organiskt avfall kan rötas. 94 Produktions- och konverteringsteknik avfall för framställning av rötgas är förutom nämnda avloppsslam även stallgödsel, slaktavfall och vissa grödor som t.ex. lucern och rörflen. Sådana fasta råvaror med relativt låg vattenhalt (t.ex. energigräs och lucern) kräver nedbrytning i en tvåstegsprocess. I denna görs först en bakteriell nedbrytning (hydrolys) i fast bädd till organiska ämnen i vattenfas som sedan används som råvara i metanbildningssteget. Tekniken är ännu inte färdigutvecklad, 1. Råvaror med hög ligninhalt som ved passar sämre för biogasframställning, 1. Med energigrödor som lucern beräknas av energiinnehållet i dess torrsubstans kunna erhållas som metan. Med hjälpenergi (bränsle och el) inräknat beräknas utbytet bli för hela processen till komprimerad metan för motordrift, 1. I detta sammanhang kan noteras att energiverkningsgraden är högre om åkermarken används för biogasproduktion jämfört med etanolproduktion. I många av de rötningsanläggningar som finns vid kommunala reningsverk finns en viss överkapacitet. Detta möjliggör att rötning kan ske där av andra organiska material som t.ex. slakteriavfall och stallgödsel. Det finns ett flertal tillgängliga tekniker för fullstor produktion/utvinning och konvertering olika råvaror till alternativa drivmedel. Ytterligare tekniker är under utveckling och kan enligt min mening vara kommersiellt tillgängliga om cirka 3–, beroende på hur mycket som satsas på forskning och utveckling samt uppförande och drift av demonstrations- och pilotanläggningar. 7 Distribution av alternativa drivmedel Alkoholer och etrar av alkoholer är vätskeformiga. När de används som ersättning för bensin eller dieselolja kan de således distribueras på likartat sätt som de traditionella drivmedlen och efter nödvändiga justeringar i många fall i redan befintliga system. Detta kan ske antingen i ren form eller genom inblandning i bränslet. Med ren form avses dock oftas alkoholer med en mer eller mindre stor inblandning av bensin. Inblandningen görs för att förbättra kallstartsegenskaperna hos alkoholerna. För svenska förhållanden är en inblandning på bensin vanligast. Vid inblandning av alkohol i bensin kan problem uppstå om alkoholen inte är näst intill vattenfri. Då vatten inte löser sig i bensin får man annars en mer eller mindre kraftig fasseparation. Metanol är i sin vanliga handelsform nära 100 procentig. Etanol kan dock inte i vanliga fall destilleras till , resten är i stor utsträckning vatten. Om man i stället använder den avvattnade och därmed dyrare 100 procentiga etanolen, eller även 100 procentig metanol, kan inte den vanligt förekommande metoden med lagring i bergrum på vattenbädd förekomma. Om så sker kommer den i bensinen inblandade alkoholen, till skillnad från bensinen, att ta upp vatten och problem med fasseparation uppstå. Även de övriga systemen för lagring och distribution av bensin är inte helt vattenfria utan måste vid inblandning av alkohol i bensin byggas om. Inblandningen kan dock som ett alternativ ske vid tankställets pump från en separat etanoltank. Vid inblandning av alkoholer i dieselolja krävs tillsats av emulgator för att undvika fasseparation mellan dieselolja och alkohol. Eventuellt krävs även tändförbättrare för att kompensera för den minskning av cetantalet (mått på tändvillighet) som inblandning av alkoholer innebär. (Ecotraffic) har på uppdrag av Kommunikations- forskningsberedningen (KFB) gjort en bedömning av vilka åtgärder som krävs för att anpassa de befintliga distributionsätten så att alkoholer och 96 Distribution av alternativa drivmedel etrar kan användas som ersättning för bensin och dieselolja i såväl ren som inblandad form, 22. Förutsättningen för studien har varit att som ett första mål av bensin- och dieseloljeförbrukningen skall ersättas av motoralkoholer och att detta i första hand skall ske genom låginblandning i bensin av såväl etrar (MTBE och ETBE) som alkoholer (metanol och etanol). För att nå upp till de ansatta målet om krävs därutöver användning av rena alkoholer i både ottomotorer, i så kallade FFV-fordon, och dieselmotorer i tätortsfordon för transport och distribution, se även kapitel 8. Enligt Ecotraffic krävs en anpassning av distributionsnätet för bensin ända från tankfartyg till bensinstation på så sätt så att alla delar konstrueras i material som är beständiga mot alkoholer. Detta kräver ett visst utbyte av delar i det befintliga nätet. Vidare krävs nyanläggning av lagercisterner och blandningsutrustning för alkohol vid depåer. För införande av en ny drivmedelskvalitet för FFV–fordon, dvs. ren alkohol (med viss inblandning av bensin), krävs utbyggnad med ny tank och pump vid vissa av de stationer där försäljning skall ske. Detta är delvis beroende på hur många bensinkvaliteter som saluförs. Skulle den nuvarande kvaliten med blyersättningsmedel och högre svavelhalt fasas ut kommer det på de flesta stationer att finnas tank och pump tillgänglig efter nödvändiga justeringar av material m.m. Användningen av ren alkohol i dieselmotorer kräver ombyggda eller nya tankningsanläggningar hos de transport och distributionsföretag som skall använda detta bränsle. RME är ett vätskeformigt bränsle som kan ersätta dieselolja. Detta kan ske i både ren form och genom inblandning i dieselolja. På samma sätt som för distribution av alkoholer kan det befintliga distributionsnätet användas vid distribution av RME. Även här krävs dock anpassning av material så att beständighet mot den i vissa fall mer aggressiva RME:n uppnås. Detta gäller i stor utsträckning slangar och packningar. För införande av RME i ren form (ny drivmedelskvalitet) krävs utbyggnad med ny tank och pump där försäljning skall ske. Det kan också krävas att nya tankar och eventuellt även ny blandningsutrustning installeras vid depåer. Användningen av ren RME eller RME blandad i dieselolja kräver anpassning av tankningsanläggningarna hos de enskilda användare som Distribution av alternativa drivmedel 97 skall använda detta bränsle. För RME torde det dock oftast röra sig om enskilda användare. Därmed kommer omfattningen att vara av betydligt mindre storlek än för alkhoholerna. Det rör sig här ofta om lantbrukare eller små företag där tankningsanläggningen i fråga är en så kallad "farmartank" . 7.3.1Komprimerad naturgas (Compressed Natural Gas) (CNG) Naturgas används för fordonsdrift vanligen i sin komprimerade form (CNG). Detta kräver ledningar och kompressionsstationer för distribution till tankstationer. Då ett nationellt ledningsnät har en hög investeringskostnad går det inte att få lönsamhet i ett nationellt nät bara för fordonsdrift. Distribution av komprimerad naturgas för fordonsdrift sker därför i det nät som finns uppbyggt för andra ändamål som t.ex. i industriella processer och uppvärmning, 5. I finns ett naturgasnät etablerat i södra och västra delen av landet. Där används naturgasen i viss mån även för fordonsdrift. Befintligt nät medger en utökad användning till såväl fordons- som andra ändamål. Om gasnätet byggs ut mot exempelvis södra inland, och sker detta med andra huvudmotiv än användningen i fordon. Dock kommer en sådan utbyggnad att medföra att även användningen i fordon kan utvidgas väsentligt. Fordonsanvändningen kan därför komma att utgöra ett av flera viktiga underlag inför ett eventuellt beslut om utbyggnad. Användningen av naturgas i fordon kräver andra typer av tankstationer och lagringstankar i fordonen än vad som gäller för vätskeformiga bränslen. 7.3.2Vätskeformig naturgas (LNG) Naturgas kan genom nedkylning till –162 o C överföras till vätskeform. Detta medför att man får ett drivmedel som kan hanteras på ett sätt liknande det för dieselolja och bensin. En skillnad är dock att det krävs andra typer av utrustning för lagring och transport av den vätskeformiga gasen till tankstationen. Det krävs även en isolerad lagringstank för bränslet ombord på det fordon där det används. 98 Distribution av alternativa drivmedel I används ingen vätskeformig naturgas för fordonsdrift. I används sådant drivmedel i viss begränsad utsträckning. Efter rening och uppgradering är biogas till sin sammansättning mycket lik naturgas. Detta gör att de produktrelaterade förutsättningarna för distribution och även användning av biogas och naturgas är ungefär desamma. Biogas finns dock inte att tillgå i samma kvantiteter som naturgas. Råvaran för biogas finns vidare spridd över hela landet och produktionen kommer med stor sannolikhet att ske i många relativt små förgasningsanläggningar. Detta gör att en eventuell samdistribution av biogas och naturgas bara kan ske i de delar av landet där naturgasnät finns samt att produktionen av biogas då även bör ske nära distributionsnätet för naturgas. Även om distribution av biogas i vissa delar av landet kan ske i naturgasnätet är det dock tveksamt om detta är det mest effektiva sättet att använda biogas för fordonsdrift i varje fall . Då produktion av biogas sker decentraliserat och i relativt små volymer på respektive produktionsställe talar mycket för att detta bränsle i första hand inte bör distribueras utan användas på plats i fordon som återkommer till samma uppställnings- eller tankstation. Exempel på möjliga användare är lokala transport- och distributionsfordon med begränsad omfattning av fordonsflottan. 7.5Motorgas (LPG) Motorgas (LPG) kan genom måttlig kompression bringas att övergå till ett vätskeformigt stadium. Detta gör att motorgas kräver ett slutet hanteringssystem. Därmed intar motorgasen distributionsmässigt en mellanställning till å ena sidan bensin, dieselolja och alkoholer/etrar och å andra sidan naturgas/biogas. Motorgas säljs under produktnamnet gasol i form av en blandning av i huvudsak propan och butan. Leverans sker till olika orter i hela för i första hand användning inom industrin och i viss mån även till uppvärmning. Leveranserna sker oftast i speciella tågtankvagnar. Den ovan nämnda gasblandningen används även för fordonsdrift. till distributionsmöjligheterna är en ökad användning av motorgas fullt Distribution av alternativa drivmedel 99 möjlig då det finns ett heltäckande distributionsnät, om än i första hand till andra ändamål. Motorgas har tidigare använts i mycket större utsträckning i , med möjlighet till tankning på ett relativt stort antal allmänna tankstationer. På grund av bl.a. ändrade skatteregler har dock denna användning kraftigt minskat , och antalet allmänna tankstationer är mycket begränsat. Utöver dessa finns det en betydligt mer omfattande användning i lokala fordonsflottor, som t.ex. arbetsfordon inom fabriksområden. I dessa fall har man självfallet egna tankstationer för de aktuella fordonen. Det är i dessa fall inte heller ovanligt att man då även har andra fordon för lokala transporter och distribution som drivs på motorgas. En på nytt ökad allmän användning av motorgas kräver att nya tankstationer byggs eller att befintliga sådana för bensin och dieselolja byggs om, kompletteras, och förses med den för motorgas nödvändiga utrustningen för lagring och tankning. 8Prisbild för råvaror, produktion och distribution Produktionskostnaderna för de alternativa drivmedlen överstiger mer eller mindre produktions- eller importkostnaderna för dieselolja och bensin. Till detta kommer förhöjda distributionskostnader, kapitalkostnader för fordon samt i många fall ökade driftskostnader, exklusive drivmedelskostnader. Beroende på råvara, produktionsteknik m.m. kan produktionskostnaden för drivmedel delas upp i olika poster. För biobaserade drivmedel finns dels en kostnad för produktion av råvara dels en kostnad för konvertering av råvara till färdigt drivmedel. Kostnaden för råvaran kan sedan delas upp på flera poster som t.ex. kostnad för odling, transport m.m. Kostnaden för konvertering kan i sin tur, beroende på typ av råvara och drivmedel som skall framställas, delas upp på flera poster som t.ex. förgasning, syntes, hydrolys, jäsning, dehydratisering, isomerisering m.m. För fossila drivmedel finns dels en kostnad för utvinning och dels en kostnad för konvertering till färdig råvara. Är det gas som utvinns blir den efterföljande konverteringen relativt marginell då det i stort sett bara rör sig om torkning och mindre rening samt komprimering vid tankstation. Är det olja som utvinns tillkommer kostnaden för raffinering, det vill säga separering av råoljan i olika produkter samt även viss förändring av i oljan ingående komponenter. För samtliga drivmedel oavsett ursprung finns en kostnad för distribution ut till användarna. Nedan görs en kort sammanställning av prisuppgifter från dels bränsleproducenter, dels myndigheter och konsulter. Det är viktigt att komma ihåg att de priser som anges för vissa av de aktuella drivmedlen 102 Prisbild f ör råvaror, produktion och distribution är rena uppskattningar då någon tillverkning eller marknad ännu inte finns eller i vart fall är mycket begränsad. I vissa fall är det uppskattningar av vad en framtida teknik kommer att innebära kostnadsmässigt. Priset för vissa av de alternativa drivmedlen är så kallade alternativpriser, dvs. ett pris som motsvarar eller något underskrider priset för det bränsle man ersätter, inklusive eventuella merkostnader för ny utrustning som t.ex. tankningsstationer. Man bör också vara medveten om att priser på drivmedel är mycket rörliga och att de "dagspriser" som här anges, på grund av en mängd faktorer som t.ex. ränteläget, oroligheter i berörda delar av världen, världshandelspolitik m.m., mycket fort kan förändras. Hur räntan sätts är naturligtvis viktigt för det slutliga utfallet. Svenskt Gastekniskt Center (SGC) har t.ex. påpekat att man i den utredning som redovisas i kapitel 8.3 endast tagit med bankräntan i kalkylerna. Enligt SGC:s uppfattning bör generellt räntesatsen byggas upp av upplåningsräntan plus avkastningskrav (alternativt realräntan plus avkastningskrav) plus inflation. Nedan angivna kostnader för de alternativa drivmedlen bör jämföras med vad det kostar att importera eller producera bensin och dieselolja. Ecotraffic har uppgivit att importpriset för bensin och dieselolja i snitt låg på per liter för bensin (blyfri 95 oktan) och per liter för dieselolja, 1. Årsmedelpriset vid pump, exklusive moms och andra skatter, uppgick för bensin och dieselolja i snitt till 2,10 respektive per liter, 24. I nedanstående figur från Svenska () årsrapport för redovisas årsgenomsnittet av löpande priser för bensin (95 oktan). Fig. 8:1 finns endast i den tryckta versionen. Prisbild f ör råvaror, produktion och distribution 103 Det bör påpekas att många storkonsumenter, som t.ex. företag och myndigheter, köper drivmedel i bulk, vilket oftast resulterar i ett betydligt lägre pris räknat per liter. I beräkningarna har genomgående ett dollarpris på använts oaktat det lägre priset. Förhållandena är dock desamma oavsett dollarpriset och en förändring av dollarpriset påverkar i stor utsträckning alla drivmedel. Stiftelsen () uppskattar råvarupriset för skogsråvara i till mellan 40–per MWh fritt fabrik, 8. Dessa priser har använts för aktuella kalkyler av etanolproduktion. Då detta pris understiger priset för skogsråvara till massaindustrin anser SSEU att det inte finns någon risk för konkurrens om råvaran mellan etanol och massa. Om energiverkningsgraden för produktion av etanol från skogsråvara ansätts till innebär det att råvarukostnaden för etanol blir 160–per MWh. Om energiverkningsgraden för produktion av metanol från skogsråvara ansätts till innebär det att råvarukostnaden för metanol blir cirka 70–per MWh. har på uppdrag av Kommunikationsforsk- ningsberedningen (KFB) och gjort en uppskattning av de årliga kostnaderna för att producera och distribuera 1 500 000 m 3 etanol för fordonsdrift, 36. Rapporten ingår i det material som ligger till grund för KFB:s och till (KomKom) beträffande kostnaderna för att ersätta av bensin och dieselolja med biobaserade drivmedel. I det redovisade materialet anges råvarukostnaden för etanol från träråvara till per MWh, vid en årlig produktion av 100 000 m 3 etanol. () har på uppdrag av gjort en beräkning av de samhällsekonomiska konsekvenserna av etanolproduktion från spannmål, 18. Beräkningarna har avsett en anläggning för produktion av 56 500 m 3 etanol , där 50 000 m 3 104 Prisbild f ör råvaror, produktion och distribution används som drivmedel i ren eller blandad form samt för produktion av drivmedelskomponenten ETBE. Som råvara har man antagit en blandning av hälften vete och hälften korn till ett pris av per kg, vilket motsvarar av marknadspriset (kontraktspris). Den totala kostnaden för inköp av råvara uppskattas till .