sou · H1B384 · 2013-12-16 00:00:00 — Ur motortillverkarens synpunkt är drop-in bränslen idealiskt eftersom de inte kräver någon motormodifiering Vad gäller höginblandande biodrivmedel utgörs utmaningen bland annat av tillgången på anpassade motorer och regelverk för certi- fiering av dessa. Vad gäller anpassning av motorer krävs samsyn inom främst EU för att främja prioriterade fossilfria drivmedel. bör ha en aktiv roll för att driva på. Utredningen vill uppmärksamma frågan om metanläckage. I och med att metan är en stark växthusgas (25 koldioxidekvivalenter) är det viktigt hålla metanläckaget så lågt som möjligt i varje steg. Utredningen bedömer att det finns tekniska möjligheter att hålla metanläckage på en acceptabel nivå men att det är viktigt att upp- märksamma och arbeta med detta. De hållbarhetskrav som ställs på biodrivmedel inkluderar även läckage av metan från produktions- anläggningar. Huruvida kraven på hållbarhet faktiskt leder till minskade utsläpp under anläggningens livslängd är oklart för utred- ningen. Krav för att säkerställa låga metanutsläpp från biogas- anläggningar under deras livslängd kan därför behöva utredas vidare. Utredningen finner sammanfattningsvis att biodrivmedel kan ha en betydande roll att spela för att uppnå prioriteringen och visionen om ett klimatneutralt energisystem 2050. Detta kom- mer dock inte att ske utan att verkningsfulla styrmedel används. Utredningens förslag till sådana kommer i kapitel 14. För att uppnå en fossilfri fordonstrafik krävs en kombination av: Samhällsåtgärder som minskar behovet av transporter och premierar användning av energieffektiva trafikslag. Effektivare fordon och användning av dessa som innebär att mindre energi behövs för att uträtta samma transportarbete. Tillförsel av fossilfri energi till fordonen – i huvudsak elektrifiering och användning av biodrivmedel. Batteribilar väntas i huvudsak förbli nischfordon som främst används i lokal offentlig och privat service samt som inslag i bilpools- och uthyrningsflottor. För laddhybrider kan genomslaget bli snabbare och bredare genom att de inte är förknippade med några räckviddsproblem. kan eldrivna fordon komma att spela en mycket stor roll för att uppnå fossilfria vägtransporter. Elektrifieringen är också önsk- värd för att minska avgasutsläppen och ger dessutom andra fördelar som lägre buller. Förutsättningarna för hel eller partiell elektrifiering av den tunga trafiken är goda och underlättas ekonomiskt av att kost- naden kan slås ut över väsentligt längre årliga körsträckor än för personbilar. Kostnaderna för bränsleceller har minskat snabbt och livslängden har ökat. Även vätgaslagringen har utvecklats. Gemensamt för batterier och bränsleceller är att det fortfarande finns en viss osäkerhet kring livslängd och kostnader. Det finns dock bedömningar som pekar mot att bägge dessa drivlinor kan vara storskaligt konkurrenskraftiga mot konventionella drivlinor . Osäkerheten hur snabbt utvecklingen av olika typer av el- fordon och bränslecellsfordon går gör att staten återkommande behöver se över incitamenteten och behoven av investeringar i olika typer av infrastruktur. 11.1Allmänna förutsättningar för elektrifiering av vägtrafik Den svenska järnvägs- och spårtrafiken är nästan helt elektrifierad och har förutsättningarna för en partiell elektrifiering av vägtrafiken stärkts genom bättre batterier och ett växande utbud av helt eller delvis eldrivna personbilar, lätta lastbilar och bussar. Omfattande satsningar på forskning, demon- strationsprojekt och upphandling av elfordon pågår i stora delar av världen i syfte att främja elektrifiering av vägtrafik. Men fort- farande finns betydande osäkerhet, främst beträffande takten hos batteriernas fortsatta kostnads- och kvalitetsutveckling men också med avseende på utbyggnaden av laddinfrastrukturen. Till följd av att elmotorer har betydligt högre verkningsgrad än förbränningsmotorer skulle en ökad elektrifiering av vägtransport- erna reducera transportsektorns energianvändning. Andra fördelar med elektrifiering, särskilt i stadsmiljö, är minskat buller och från- varo av lokala avgasutsläpp. Elanvändningen leder dessutom till ökad diversifiering av energitillförseln inom i transportsektorn och förbättrar försörjningstryggheten. Eftersom det inte kommer att vara möjligt att i någon högre grad elektrifiera flyg och sjöfart är det desto viktigare att utnyttja potentialen inom marktransport- erna. Detta kapitel diskuterar olika typer av elektrifiering av vägtrafik: Elektrifiering av gator och vägar för kontinuerlig matning av fordon Ofta används beteckningen elbil om fordon som enbart drivs med el från batterier men kan ibland även betyda fordon med möjlighet till partiell eldrift dvs. I utredningen används beteck- ningen elbil endast som sammanfattande begrepp, i övrigt talas om batterifordon och laddhybrider. Den ökade elanvändningen för vägtransporter balanseras av en cirka dubbelt så stor minskning av användningen av fordonsbränslen, mätt som bränsleenergi, se kapitel 8. När vägtrafik elektrifieras förflyttas koldioxidemission- erna från transportsektorns fordon till kraftproduktionen vars emissioner ligger under taket för EU:s utsläppshandelsystem. I ett livscykelperspektiv bestäms således utsläppen från eldrivna trans- porter av elproduktionssystemets utformning. 11.2Den nordeuropeiska elmarknaden och effekter av EU ETS En partiell elektrifiering av vägtrafiken kommer att medföra ökad efterfrågan på el. Ökningen blir dock förhållandevis liten och sker gradvis över . För att illustrera elanvändningens omfattning kan man anta att 2050 kör på el till av antalet fordonskilometrar, fjärrlastbilar och lands- vägsbussar till och distributionslastbilar och stadsbussar till av antalet tonkilometrar blir vägtrafikens elför- brukning drygt enligt (2012a) underlaget till Färdplan 2050. På lite kortare sikt kommer batteribilarna bara utgöra en mindre del av fordonsflottan och under det närmaste årtiondet är ladd- hybrider ett mera troligt val än bilar som drivs enbart med el från batterier. Om man antar att en fjärdedel av hela personbilsparken består av laddhybrider som i genomsnitt kör halva den årliga körsträckan på el, så skulle detta kräva drygt . Därtill kom- mer troligen ett mindre antal rena batteribilar (kanske 20–30 000), något tusental helt eller delvis elektrifierade tätortsbussar och distributionsfordon samt möjligen en del eldrivna långtradare som i så fall trafikerar delar av motorvägsnätet. Det kan leda till att efter- frågan på el för transporter på väg hamnar på 1,5 till . räknar i underlaget till Färdplan 2050 med att vägtrafiken ska konsumera el . Dessa nivåer på elanvändningen kan jämföras med den nu- varande nettoförbrukningen (exkl. överföringsförluster) av el i som uppgick till 128 TWh.1 Som jämförelse kan också nämnas att järnvägstrafiken 2012 konsumerade knappt och att räknar med en ökning till . Det svenska elnätet är integrerat i det nordiska elförsörjnings- systemet som i sin tur allt mer växer samman med de tyska, baltiska och polska till ett nordeuropeiskt kraftsystem. Utbyggnaden av vindkraften, främst i , driver på integrationen, eftersom 1 Den totala elproduktionen i uppgick till (inklusive överförings- förluster på och export) enligt . överföringen mellan länderna måste förstärkas för att man ska kunna utnyttja vindkraften optimalt och ersätta bortfallet med lite vind. Sammantaget innebär detta att vägtrafikens elanvändning kommer att något påverka elbalansen i . Vid inhemskt produktionsöverskott medför detta att utrymmet för export ökar och vid underskott leder det till ökad import. Produkt- ionen i våra grannländer påverkas således av variationer i svensk efterfrågan liksom av förändringar i utbudet av el från svenska pro- duktionsanläggningar. Elektricitet är fördelaktigt från emissionssynpunkt därför att utsläppen från drift av fordonen är noll. Utsläppen sker i stället vid kraftproduktionen om denna utnyttjar bränslen. I elproduktions- system med många leverantörer kan man inte fysiskt härleda vissa elektroner till bestämda kraftverk, däremot kan certifieringssystem användas för att veta hur den el man köper har producerats. När efterfrågan på el förändras uppåt eller nedåt påverkas kraftproduk- tionen och utnyttjandet av befintliga kraftverk. Stigande efterfrågan på el kan medverka till att det inhemska utbudet förändras. Men om efterfrågan växer långsamt och om det finns ledig kapacitet i de befintliga produktionssyste- men kan det ta . Det är föga troligt att en partiell elektrifie- ring av vägtransporterna inom något eller några tiotals år kommer att påverka det svenska utbudet av el. Vid svenskt överskott på el kan detta exporteras till grann- länderna och där ersätta fossil kraft. Förutsättningar för detta är dock överföringskapacitet och en tillräcklig prisskillnad för att göra den gränsöverskridande handeln intressant. Om efterfrågan i överstiger den egna produktions- förmågan kommer el att importeras från våra grannländer. Det kan beroende på förhållandena i dessa länder bli allt från tysk brunkols- el till norsk vattenkraft. Beträffande risken för underskott spelar frågan om hur den åldrande svenska kärnkraften ersätts viss roll. Den står för av den inhemska pro- duktionen. I ett längre perspektiv kommer skärpta krav på koldioxidutsläpp i i kombination med teknikutveckling och behov av att lägga ner åldrade anläggningar att leda till förändrade investerings- Det kommer dock att ta innan kraftförsörjningen är helt fossilfri. 11.2.2Effekter av det svensk-norska elcertifikatssystemet Det svensk-norska elcertifikatssystemet tvingar kraftproducent- erna att genom avgifter på kundernas el (exkl. elintensiv industri) säkerställa att ny fossilfri kraftproduktion byggs ut genom att köpa elcertifikat motsvarande deras andel av försäljningen till kund.2 Berättigade producenter av förnybar el får ett certifikat för varje megawattimme el som de producerar. Genom försäljning av el- certifikat får de en ökad intäkt vilket ger incitament att investera i ett ökat utbud. Förhållandet att de fossileldade kraftverkens utsläpp ligger under taket för det europeiska utsläppshandelssystemet (EU ETS) tas ibland som utgångspunkt för slutsatsen att marginaleffekten av att använda el inom vägtrafiken blir noll. Med ett tätt tak kan ju inte ökad efterfrågan på el leda till annat än höjda priser på utsläpps- rätterna. Det är i så fall närmast en fördel om vägtrafikens utsläpp genom elektrifiering byter från den icke-handlande sektorn (som inte har något tak) till handelssektorn. På samma grund kan man hävda att marginaleffekten av ökad flygtrafik också blir noll, efter- som flyget täcks av EU ETS. Det innebär att överflytt- ning av flygresenärer till tåg, t.ex. till följd av en satsning på hög- hastighetsbanor, inte påverkar totalutsläppen. En kritisk och osäker faktor i sammanhanget är om taket för EU ETS långsiktigt kommer att sänkas tillräckligt snabbt för att hålla takten med den svenska visionen . Enligt nu fattade beslut ska taket sänkas räknat års nivå och därefter fortsätta att sänkas i samma takt (om inget nytt beslut fattas). Av stor betydelse för handels- systemets klimateffektivitet och priset på koldioxid är också hur reglerna för utnyttjande av utsläppskrediter från projekt i utveck- lingsländerna utformas. Med nu gällande regler får man (som 2 Målet för den gemensamma elcertifikatsmarknaden är att öka den förnybara elproduktionen med . alternativ till att köpa utsläppsrätter) tillgodoräkna sig utsläpps- minskningar från projekt som inte skulle ha genomförts utan stöd. Det har dock ifrågasatts om verklig additionalitet alltid upp- kommer. Om så inte är fallet läcker utsläppstaket. För att säkerställa en snabb och omfattande förändring av elproduktionen är det viktigt att länder som satsar på elektrifiering av vägtrafiken driver på arbetet med att reformera EU:s utsläpps- handelssystem samt satsar på att effektivisera sin elanvändning inom alla samhällssektorer. Effektivisering av den eldrivna fordons- parken är av stor vikt liksom ett energisnålt framförande av alla typer av fordon. I batterifordon sker energitillförseln uteslutande genom att batte- riet laddas från elnätet. Exempel på sådana bilar är iMiEv och . Ju större batteri desto längre räckvidd, allt annat lika. Typiska räckvidder är 100–. Enstaka mycket dyra specialbilar når avsevärt längre. Lägre framdrivnings- motstånd är en väsentlig faktor för att erbjuda längre räckvidd. I tätortskörning är fordonets vikt avgörande för energibehovet. Tänkbara batterifordon är främst bilar i småbilsklassen och olika former av lättviktsfordon som cyklar samt tre- och fyrhjulingar. Även stadsbussar och måttligt stora lastbilar som går i stadstrafik kan konstrueras som batterifordon. Lastbilar för långväga gods är däremot uteslutna, eftersom batterivikten skulle bli orimligt hög. Batteridrift erbjuder fördelar såsom frånvaro av lokala emissioner, låg ljudnivå och enkelt handhavande. De viktigaste hindren för acceptans är kort räckvidd och högt inköpspris. har bilar generellt sett blivit avsevärt mera energieffektiva. Däremot har de ett oförändrat högt behov av energi för kupéklimat och övrig elutrustning (se kapitel 9). I en energi- effektiv batteribil kommer detta att vara ett problem, eftersom elanvändning för sådana ändamål reducerar räckvidden. Denna utrustning kan troligen effektiviseras men kommer ändå att kräva batterikapacitet. En annan faktor som bestämmer den möjliga räckvidden är batteriets vikt. Ett riktmärke är att 100 Wh lagringskapacitet väger . Ett batteri på 25 kWh väger då . Detta motsvarar i grova drag batterier per räckvidd. ande förbättringar har inte förutspåtts med nuvarande batteri- teknik. En långfärdsbil kräver räckvidd speciellt som tankningen tar tid. Detta medför en batterivikt på vilket är oacceptabelt. Utan frekventa snabbladdningar blir den möjliga årliga kör- sträckan hos batteribilar begränsad genom att fordonen i ringa utsträckning används för längre färder. Ett sätt att öka den användbara räckvidden är att snabbladda batte- riet. Den teknik som används innebär att cirka halva batterikapaciteten kan snabbladdas och då med cirka 50 kW. Att ladda ett 25 kWh batteri med halva kapaciteten tar då och ger extra körsträcka. Om man kan hålla en medel- hastighet /h mellan laddningarna sjunker dock den verk- liga medelhastigheten drastiskt när hänsyn tas till laddtiden. Se Tabell 11.1 nedan. Att ibland snabbladda batteriet påverkar knappast livslängden, men att ha snabbladdning som en del av det dagliga mönstret kan reducera den. Tabell 11.1 Medelhastighet när laddtiden inräknas 2 (10 A) 3 (16 A) 50 (3 fas) Snabbladdning kan hålla räckviddsångesten borta och vara använd- bar i närområdet men är för de flesta sannolikt inte tillräcklig för långturer. Ett annat sätt att öka räckvidden är att snabbt byta ett urladdat batteri mot ett fulladdat. Detta praktiseras av i bilmodellen i samarbete med batteridistributören har dock inte fått några efterföljare bland andra bilfabrikanter. Nackdelar med batteribyte är främst att det kräver hård standardi- sering om inte lagerhållningen ska bli orimlig. Lagerhållning ökar det totala antalet batterier i omlopp. Ökningen av antalet batterier jämfört med att bara ha batterier i bilarna är svårbedömd men uppskattas till mellan . Standardisering försvåras av att säkerhetskraven medför att batteriet måste placeras i skyddat läge i mitten av bilen. 11.3.3Potential för energi- och koldioxidreducering I en konventionell batteridriven bil kan man under normala omständigheter räkna med att av den energi som tas från nätet kan överföras till hjulen (Mazza och Hammer- schlag, 2005). Förluster uppstår vid laddningen av batteriet och i den elektriska motor som driver bilen. Dessutom urladdas en del av batteriernas energi när bilen inte används. El går också åt till kom- fortvärme/kyla. I en bensin- eller dieselbil når av bränslets energiinnehåll drivhjulen. Tätortskörning med låga motor- belastningar och många stopp ger lägre värden. Att använda elström från nätet innebär en kraftig energieffektivisering i fordonet jämfört med alla andra drivsystem. Den faktiska potentialen beror dels på hur stora marknads- andelar som kan uppnås och dels på hur elen produceras. Kostnaden är den viktigaste begränsningen för en ökning av batteristorleken. Angivelser för batteripriser varierar och är inte alltid jämförbara. Vissa uppgifter avser enbart celler med en viss laddningskapacitet medan andra inkluderar hela strukturen inklusive den utrustning som behövs för att hålla batteriet över- vakat och konditionerat. En tumregel säger att cellpriset är halva 3 Som gick i konkurs efter en mångmiljardförlust. komplettpriset (Grandin, 2013). I batteribilar är energiinnehållet viktigast och de batterierna optimeras för största möjliga energi- innehåll. I hybriddrift krävs att batteriet ska kunna ladda in respektive ladda ur stora energimängder och ett sådant batteri effektoptimeras. et al (2013) har på utredningens uppdrag genomfört en litteraturstudie kring kostnadsläget för batterier och bränsleceller. Dagens (2013) batteripriser ligger på 600–/kWh lagrings- kapacitet. Prognosen (baserat på en rad bedömningar) pekar mot 400–/kWh för energioptimerade litiumjonbatterier och 200–/kWh . För effektoptimerade litiumjonbatterier, som används i laddhybrider, bedöms kostnaden bli 10–högre. uppgår materialkostnaden till drygt halva den totala batterikostnaden. Enligt et al behöver fabrikationskostnaden sjunka så mycket att materialkost- nadsandelen ökar till av totalkostnaden för att batteri- bilarna ska kunna konkurrera med konventionella bilar. Att sänka materialkostnaden är också viktigt men kan vara svårt utan byte till billigare material. Utbudet på världsmarknaden av vissa batteri- metaller kan påverkas av politisk oro eftersom antalet leverantörer är få. På kan nya batterikoncept ge möjlighet till radikalt förbättrad energitäthet hos bilbatterier, men et al (2013) bedömer att de nya teknologierna inte kommer att vara mogna för användning i fordon förrän efter 2025. Återvinningsgrad och skrot- värde kan påverka kostnadsbilden för dagens batterier, men det råder, enligt et al, kunskapsbrist om hur uttjänta batterier kan tas till hos såväl fordonstillverkarna som övriga berörda aktörer. Det är också oklart om rekonditionering av uttjänta batterier kan vara en möjlighet liksom om batterier som inte längre klarar bilarnas behov kan användas för andra ändamål och hur stor efterfrågan på dem i så fall kommer att vara. Batteriernas livslängd har stor betydelse för batteribilarnas ekonomi, eftersom de svarar för en betydande del av fordonens totala pris. För personbilar räknar fordonsindustrin med livslängd hos batterier som används normalt. Frågan om hur frekventa snabbladdningar av energioptimerade batterier kan in- verka på deras livslängd är svårbedömd och kunskaperna om detta räcker inte för säkra slutsatser (et al, 2013). Kostnader jämfört med en konventionell bil Prognosen för batterikostnaden kan användas för en grov kalkyl av när och under vilka förutsättningar som batteribilen blir privatekonomiskt lönsam jämfört med en motsvarande bensinbil. Förutsättningarna i det följande räkneexemplet är: Elförbrukning 0,2 kWh/km Elpris /kWh. Elkostnaden blir /mil. Batterikostnad 400–per kWh. Den totala batteri- kostnaden blir då 70 000–. Bensinbilen antas förbruka 3,8 l/, vilket motsvarar en milkostnad av /mil om bensinen kostar /liter. blir 5,7 – 2,6 på 70 000/3,1 innan merkostnaden för batteriet är betalt. Om däremot bensinpriset stigit till /liter blir milkost- naden dvs. en merkostnad av /mil. Då krävs en total körsträcka på 70 000/5 = innan batteriet är betalt. I ovanstående enkla kalkyl, där varken ränta på kapital eller skill- nader i servicekostnader ingår, krävs det ett bensinpris på /liter innan batteribilen blir privatekonomiskt lönsam. En viktig och svårbestämd faktor är andrahandsmarknaden för en sådan bil. Osäkerhet om livslängden hos batterierna kommer att försämra andrahandsvärdet. Att köpa nya batterier till en bil kan bli svårt att motivera.4 Batterileasing eller tillverkar- garantier kan vara sätt att komma runt problemet. Konventionella bilar köps i stor utsträckning av hushåll med god ekonomi i större städer. Då bilen byter ägare under sin livs- längd vandrar den ofta ut till glesbygden. Kan en elbil med begränsad lastförmåga och räckvidd följa samma mönster? Om inte kan detta försämra andrahandsvärdet. 4 En laddhybrid som är försedd med förbränningsmotor har dock ett restvärde även om batterierna tagit slut. Om batteripriserna fortsätter att sjunka enligt prognoserna efter 2020 eller kostnaderna för att köra på fossila bränslen stiger kan batteribilen komma att kunna kostnadskonkurrera med bensin- bilen. Konsultfirman (2010) anger att totala ägandekost- nader för alla olika typer av drivsystem kommer att konvergera efter 2025. Tidiga nischer för batteribilar kan vara kommersiella eller kommu- nala servicefordon samt som inslag i bilpooler och biluthyrning, främst i större städer. Av ekonomiska skäl blir det troligen i första hand fråga om småbilar som t.ex. inte är lämpade för stora laster eller dragning av släp. Automatisk snabbladdning (induktiv eller konduktiv) där bilen stannas eller parkeras dvs. vid köpcentrum, matställen etc. skulle öka komforten och användbarheten. Det förhållandevis höga inköpspriset och begränsningar i stor- lek och prestanda gör sannolikheten för bred acceptans liten. Möj- ligen kan batteribilen accepteras som pendlings- och inköpsbil av främst välbärgade hushåll. En del av dem kommer troligen att finna att batteribilen används mera än hushållets förstabil som i så fall kanske kan avyttras och för längre färder ersättas av hyrbil. I ett samhällsperspektiv konkurrerar emellertid pendlingsbilen med kollektivtrafiken och vid begränsad användning riskerar kapital- kostnaden att bli hög. Vid sjunkande priser ökar sannolikheten för bred acceptans. Små lätta fordon med 2–4 hjul har bra förutsättningar att fungera som batterifordon. Framdrivningsmotståndet är lågt varför det kostsamma batteriet kan hållas litet. På marknaden finns ett brett spektrum av sådana fordon allt ifrån elcyklar via trehjuliga moped- klassade fordon till minibilar. Säkerhetskraven har emellertid drivit personbilsutvecklingen mot allt tyngre bilar. Hur ultralätta fordon säkerhetsmässigt ska kunna anpassas i trafiken måste beaktas. En lösning kan eventuellt vara att dessa fordon får egna områden och filer vilket dock försämrar framkomligheten för konventionella bilar. Zoner med låga hastighetsbegränsningar kan underlätta. Stadsbussar är en fordonstyp som har förhållandevis gynnsamma förutsättningar att utformas med batteridrift. Utnyttjandegraden räknad som körtimmar är hög vilket sänker avskrivningskostna- derna. Rörelseområdet är måttligt. Linjesträckningen är fastlagd vilket ger förutsättningar för tillgång till laddning. Eldrivna stadsbussar skulle förmodligen höja busstrafikens image då de skulle uppfattas som ett modernt, tyst och utsläppsfritt trans- portsätt. Distributionsbilar har bitvis samma förutsättningar som stadsbussar att drivas med el. De låga emissionerna och bullernivån skulle kunna ge dem tillträde till känsliga stadskärnor vid känsliga tid- punkter vilket kan vara en konkurrensfördel gentemot förbrän- ningsmotorfordon. Återkommande linjesträckning ger bättre förut- sättningar för att skapa en infrastruktur för snabbladdning. Batteribilen kan inte fullt ut ersätta en traditionell bil Batterikostnad är en kritisk faktor, acceptabel kostnad kan nås efter 2020 Snabbladdning kan öka användbarheten men räcker inte till för att kunna ge rimliga prestanda för långfärder En ökad acceptans för att använda flera olika färdsätt under en resa bäddar för högre batteribilsandel Hög utnyttjandegrad är viktig då kapitalkostnaden är hög, gyn- nar bl.a. bilpooler Ultralätta fordon kan bidra till utökad elektrifiering