sou · H1B384 · 2013-12-16 00:00:00 — Den geografiska fördelningen visar att större delen av biogas- produktionen var centrerad till ett fåtal län. , och stod för drygt hälften () av landets bio- gasproduktion. Generellt sett har biogasproduktion från avloppsslam, hushålls- avfall och industriavfall en högre energieffektivitet än biogas- produktion från gödsel och energigrödor (et al, 2013). Detta beror på att avfall och restprodukter oftast kräver en relativt begränsad energiinsats vid insamling och transport i kombination med att dessa substrat normalt ger ett relativt högt biogasutbyte. Biogasutbytet från gödsel är oftast lägre än från hushålls- och industriavfall och för biogassystem baserat på energigrödor krävs en relativt stor energiinsats vid odling (motsvarande 15–av biogasens energiinnehåll). Den totala energiinsatsen (uttryckt som primärenergi) vid produktion av fordonsgas från restprodukter och avfall motsvarar vanligen 25–av biogasens energi- innehåll, medan energiinsatsen för fordonsgas baserat på gödsel och grödor ligger kring eller något högre (et al, 2013). Vid biogasproduktion genereras en flytande rötrest med låg torr- substanshalt i ungefär motsvarande mängd som tillförda substrat. Rötresten innehåller alla de näringsämnen som fanns i de ursprung- liga substraten och används därför som gödselmedel förutsatt att den inte blivit förorenad och klarar gränsvärden för tungmetaller med mera (et al, 2013). syftar till att bygga upp en biogasproduk- tion som baseras på multifunktionella täckgrödor och restprodukter (Skånska Biobränslebolaget, 2013). Täckgrödor odlas mellan de vanliga grödorna och syftar till att minska näringsläckage då jord som lämnas bar över vintern har betydligt större näringsläckage än mark som är täckt på något sätt. Biobränslebolaget ska testa olika täckgrödor som kommer att odlas /vinter/vår och skördas . Efter skörden odlas konventionella grödor. Detta innebär att täckgrödorna inte konkurrerar med matproduktion. Anläggningen ska producera 110 GWh gas . bio- gödsel kommer att produceras som kan ersätta konstgödsel. I ett senare skede ska produktionen öka till 330 GWh. Gasen ska upp- graderas och matas in på gasnätet. Enligt planerna ska gasen an- vändas som drivmedel. En faktor som påverkar biogasens växthusgasprestanda är ut- släpp av metan då den är en så stark växthusgas. För att biogas- system ska bli sämre än bensin och dieselolja ur växthusgassynpunkt krävs enligt et al (2013) normalt metanutsläpp kring 17–, med en variation mellan beroende av råvara och beräkningsmetod19. För naturgas tillåts utsläpp från naturgasbaserade drivmedel innan dessa blir sämre än bensin och dieselolja ur växthusgassynpunkt. Miljöbyrån Ecoplan (2013a) gör en sammanställning av kun- skapsläget kring utsläpp av metan i den svenska fordonsgaskedjan. Utsläppen av metan uppstår vid produktion av naturgas och biogas, vid distribution, i samband med tankning och i fordonsdrift i form av oförbränd metan från motorerna men även i form av eventuellt läckage från tankarna. I Tabell 10.1 visas den bedömda storleken på utsläpp . 19 Beräkningsmetodik enligt förnybartdirektivet eller enligt systemutvidning (ISO). Tabell 10.1 Sammanställning av bedömda utsläpp för olika delar av fordonsgaskedjan i Buss och lastbil gCH4/kWh Personbil gCH4/kWh Andel av gasens energimängd Distributionen är räknad som ett snitt vid av distribution via nät, resterande via flak. Från Miljöbyrån Ecoplan (2013). Huvuddelen av metanutsläppet sker vid produktion och uppgradering men läckaget har minskat . Miljöbyrån Ecoplan (2013a) lyfter fram att det finns anläggningar som varken är anslutna till det pro- gram för minskat läckage som Avfall driver eller har myn- dighetskrav kopplade till metanutsläpp. Fordonsdrift är den därefter största källan till metanläckage. Miljöbyrån Ecoplan bedömer att det nya regelverket för avgasutsläpp, Euro 6, kommer att innebära förbättringar. I Tabell 10.2 kan en sammanställning ses av bedömda metanutsläpp vid bästa möjliga teknik. Tabell 10.2 Sammanställning av bedömda utsläpp för olika delar av fordonsgaskedjan i vid användning av bästa tillgängliga teknik Biogas, ny produktion och användning, med bästa tillgängliga teknik (BAT) Biogasproduktion, rötning. anläggning med mycket låga emissioner Biogasproduktion, uppgradering COOAB. Uppmätt genomsnitt för denna teknik. Drift EURO VI respektive Euro 6. Nuvarande beräknad nivå. Nuvarande beräknad nivå. Andel av gasens energimängd vid BAT Nuläge, snitt andel av gasens energimängd Källa: Miljöbyrån Ecoplan (2013a). I och med att metan är en stark växthusgas (25 koldioxidekviva- lenter enligt IPCC) är det viktigt att minska metanläckaget i varje steg. Utredningen delar bedömningen som görs i Miljöbyrån Ecoplans rapport att det finns tekniska möjligheter att minska ut- släppen. De hållbarhetskrav som ställs på biodrivmedel inkluderar även läckage av metan från produktionsanläggningar. Krav för att säker- ställa låga metanutsläpp från biogasanläggningar under deras livs- längd kan behöva utredas vidare. Vad gäller fordon skulle en kontroll i samband med kontroll- besiktningen vara ett komplicerat och dyrt sätt att komma åt problemen. En parallell situation finns genom de krav som ställs inom EU för att minimera avdunstningsutsläpp från lätta fordons bränslesystem. Kraven ställs på maximala utsläpp av kolväten i samband med typgodkännandet och det håller även på att utarbetas krav på hållbarhet av systemen för fordon i trafik. Denna hållbar- hetskontroll genomförs av fordonstillverkare och natio- nella myndigheter på avgasutsläpp enligt en inom EU föreskriven metod. Vissa länder däribland har också lång erfarenhet av hållbarhetskontroll av bilars system för skydd mot avdunstning. har varit drivande i att få in hållbarhetskrav på avdunstningsutsläpp, något som alltså lett till framsteg. har även erfarenheter från flera olika projekt där metangasutsläpp mätts från såväl läckande system som i avgaser. Utredningen gör därför bedömningen att även bör driva krav inom EU som inkluderar hållbarhet för att garantera mycket låga utsläpp av metan från bränslesystemet såväl som genom avgaser. Detta gäller såväl lätta som tunga fordon. Hydrerade vegetabiliska oljor (HVO) är ett drivmedel som kan framställas med hjälp av samma råvaror som FAME, det vill säga olika typer av oljor och fetter. HVO kan dock även produceras av andra råvaror. Ett exempel är tallolja, som är en restprodukt från massaindustrin. För tallolja krävs mer omfattande förbehandling i produktionen än om vegetabiliska oljor används. HVO-processen innebär att fettsyror reagerar med vätgas under högt tryck och Slutprodukten blir en konventionell dieselolja men där andelen biodiesel kan vara betydligt högre än vid låginblandning av FAME i dieselolja. Den HVO som används på den svenska marknaden produceras främst i och (, 2012b). Den svenska dieselblandningen med råtalloljebaserad HVO kallas för och säljs av Preem . Preems kapacitet är /år, vilket motsvarar 1000 GWh (och , 2013). Finskproducerad HVO, även kallad NeXBTL, är baserad på rapsolja och animaliska fetter och tillverkas av . I säljs bränsle under namnen DieselBio+ (OKQ8) och diesel bio (Statoil) och har funnits på den svenska marknaden . För en ökning av HVO-bränsle skulle det vara betydelsefullt att hitta nya råvaror. är ett företag som söker utveckla teknik för att genom katalytisk reaktion, betecknad som övergångs- hydrogenolys, (vid +80˚C och atmosfärstryck) omvandla lignin till ett flytande kolvätebaserat oljederivat (Löchen, 2013). Preem be- kräftar att detta derivat kan användas som förnybar råvara för framställning av såväl dieselolja som bensin. Processtekniken täcks av svenskt patent. Företaget siktar på att använda lignin som utvinns ur massa- industrins svartlutar, men andra ligninkällor är också tänkbara. Inledningsvis är tanken att avskilja lignin ur svartlut för transport till en externt belägen produktionsanläggning. I ett senare skede kan den katalytiska reaktionen byggas in som ett processteg före eller som delström från massabrukets indunstning av svartluten. Då blir bruken producenter av oljederivat som skeppas till ett olje- raffinaderi för vidare förädling. Ännu har dock den katalytiska processen bara prövats i mikro- skala. Nästa steg blir ett verifieringsprojekt i kubikmeterskala som underlag för en närmare bedömning av tekniken och dess verk- ningsgrad. har beviljats stöd av och räknar med att kunna genomföra projektet . Avsikten är att därefter skala upp processen i en pilotanläggning som företaget hoppas kunna ta i drift 2015. I detta avsnitt berörs ytterligare några typer av termokemiska pro- cesser. Underlaget är främst hämtat från et al (2013). Glycerol kan omvandlas till syntesgas genom upphettning, förångning och ångreformering. Syntesgasen kan sedan utgöra basen för de biodrivmedel som beskrivs i avsnitt 10.4.1. I finns två anläggningar som producerar biometanol med glycerol som råvara. Glycerol kan också omvandlas till drivmedels- relevanta kemikalier. På det sättet kan propan eller isobutanol framställas. För isobutanol behövs, förutom glycerol, metanol och vätgas till processen. Isobutanol är en intressant kemikalie för inblandning i bensin. et al (2013) redovisar en studie som visar på växthusgasminskning för isobutanol jäm- fört med bensin under förutsättning att glycerol är en restprodukt och därmed inte har några växthusgasutsläpp. I studien antas att vätgas och metanol produceras med fossila råvaror. Pyrolys är en termokemisk process som omvandlar biobränslet till gasformiga, fasta och flytande produkter genom upphettning till 500–1000º C i syrefri miljö. Gaserna som avgår består bland annat av metan och andra lättare och tyngre kolväteföreningar. De sistnämnda kan kondenseras till tjära eller en råolja (bio-olja). Bio- oljan kan uppgraderas till drivmedel men den innehåller betydande mängd syrehaltiga föreningar som är oönskade vid användning i fordonsmotorer som måste tas bort. Bio-oljan kan också förgasas för vidare syntes till drivmedel. Billerud har ett projekt i planeringsfasen, Pyrogrot, där pyro- lysolja ska produceras från skogsrester vid bruk. Denna bio-olja ska ersätta fossil eldningsolja för värmeproduktion, men den skulle även kunna användas för framställning av biodrivmedel. Nikoleris och (2013) har på utredningens uppdrag gjort en kunskapssammanställning om elektrobränslen. Elektrobränslen är ett samlingsnamn för kolhaltiga bränslen som producerats med el som främsta energikälla. Själva slutprodukten kan vara bensin, dieselolja eller olika alkoholer samt gaser och det finns många olika produktionsvägar. Kolatomerna i bränslet kan komma från kol- dioxid som infångats från luften, havet eller rökgaser från exem- Koldioxid i syntesgas som bildats vid för- gasning av biomassa eller koldioxid i biogas ligger nära till hands att använda och elektrobränslen skulle på så sätt kunna produceras tillsammans med biodrivmedel i ett bioraffinaderi. Figur 10.8 ger en principbild över framställning av elektrobränslen. Figur 10.8 Principskiss över framställning av elektrobränslen Källa: Nikoleros och (2013). Av de olika alternativen är det endast koldioxid från biomassa som kan användas med fullt utvecklad teknik. Koldioxidinfångning från luften pågår i ett fåtal demonstrationsprojekt och koldioxid- infångning från havet har endast testats i labbskala. Potentialen för att producera elektrobränslen är beroende av tillgång på billig el och infångad koldioxid till rimlig kostnad. Uppskattning av verkningsgraden från el för framställning av en enklare alkoholer varierar mellan . Fördelarna med tekniken är möjligheten att ta fram bränslen som relativt enkelt kan integreras i befintliga system. Nackdelen är främst att jämfört med att använda el direkt som drivmedel i fordon blir verknings- graden i hela kedjan betydligt lägre. För den teknik som fångar in koldioxid från luft krävs betydliga mängder vatten, vilket kan bli en begränsande faktor för den tekniken. et al (2013) beskriver att metan, metanol, FT-diesel med mera kan framställas genom att koldioxid reagerar med vätgas, så kallad koldioxidhydrering. En pilotanläggning finns i . På framställs metanol i en anläggning där råvarorna är geotermisk el och koldioxid från geologiska formationer. 10.4.5Övrig mikrobiell eller biokemisk omvandling I denna del tas ytterligare möjliga biodrivmedel upp, även här är underlaget hämtat från et al (2013). Ett alternativ är pro- duktion av butanol genom fermentering på liknande sätt som för etanolproduktion, men med hjälp av modifierade bakteriestammar eller jästsvampar. Processerna kan ge n-butanol eller isobutanol, där den senare kan vara ett intressant drivmedel för fordon. Det finns två företag som demonstrerar denna teknik för produk- tion av isobutanol. Enligt et al (2013) finns inga veten- skapliga utvärderingar av verkningsgrader och växthusgasminsk- ningar. De värderingar som finns bygger på uppgifter från företagen men pekar på en prestanda liknande den för etanolproduktion baserat på liknande råvaror. Två övriga områden som är uppmärksammade men som båda ligger i ett tidigt utvecklingsskede är drivmedelsproduktion baserad på alger samt drivmedelsproduktion via någon form av artificiell fotosyntes. Vad gäller alger så är det främst amerikanska företag som forskar inom området (et al, 2013). Förhoppningen är att få fram ett dieselbränsle med oljerika alger som råvara (FAME eller HVO) via esterifiering respektive hydrering. Det finns ett flertal livscykelanalyser publicerade som visar på väldigt varierande resul- tat vad gäller växthusgasprestanda. Förhoppningen vid forskning om artificiell fotosyntes är att kunna hoppa över stadiet med odling av biomassa som råvara för biodrivmedelsproduktion (et al, 2013). Det har gjorts vissa industriella satsningar på teknik som använder modifierade cyanobakterier, vilka omvandlar solljus och koldioxid till paraffinisk diesel. Hur det kommer att utvecklas vidare är osäkert. Figur 10.9 och Figur 10.10 visar utsläpp av koldioxidekvivalenter för olika produktionskedjor från framställning av råvara till färdigt biodrivmedel. Underlag för detta avsnitt är et al (2013). Figurerna visar variationer utifrån råvaror och processer. Det kan noteras låga utsläpp av växthusgaser från olika typer av avfall, exempelvis för biogasproduktion från slam och gödsel, och HVO från tallolja. När systemutvidgning enligt ISO-standard tillämpas får biogas från gödsel och slakteriavfall negativa växthusgasutsläpp på grund av minskade metanemissioner från konventionell gödsel- lagring respektive ersättning av mineralgödsel. Betydelsen av hur man räknar på biprodukter har också betydelse för exempelvis etanol från vete och RME-produktion, då båda produktions- metoderna ger upphov till foder som kan ersätta annat djurfoder. Utsläpp från biodrivmedel producerade via termisk förgasning ligger lågt, särskilt när skogsflis (grot) används som råvara. Figur 10.9 Växthusgasprestanda för produktionssystem för produktion av bio-SNG, DME/ metanol och FT-diesel via termisk förgasning samt för HVO, etanol, RME och samproduktion av etanol och biogas i etanolkombinat beräknat enligt metodiken i EUs Renewable Energy Directive (RED) respektive i ISO-standarden för livscykelanalys Källa: et al (2013). Figur 10.10 Växthusgastprestanda för produktionssystem för uppgraderad biogas beräknat enligt metodiken i EUs Renewable Energy Directive (RED) respektive i ISO-standarden för livscykelanalys Källa: et al (2013). Det finns naturligtvis andra studier om växthusgasutsläpp från olika drivmedelskedjor, bland annat ett stort samarbetsprojekt på europeisk nivå (JEC-Joint Research Centre-EUCAR-Concawe collaboration, 2013). (2013) gör en jämförelse mellan uppgifterna i et al (2013), som är baserade på svenska förhållanden och version 4 från den europeiska studien, som är baserat på europeiska förhållanden. et al (2013) visar något bättre växthusgasprestanda för biodrivmedel från åker- grödor, medan den europeiska studien visar något bättre växthus- gasprestanda för så kallade andra generationens biodrivmedel. De stora skillnaderna gäller RME och HVO från tallolja där et al (2013) visar betydligt bättre växthusgasreduktion än den euro- peiska studien. Däremot visar den europeiska studien betydligt bättre växthusgasreduktion för gödselbaserad biogas jämfört med et al (2013). Slutsatsen är dock att sifforna ligger nära varandra för större delen av drivmedelskedjorna. Ett annat sätt att visa effektivitet är vilken växthusgasreduktion ett biodrivmedel åstadkommer per hektar, jämfört med ett fossilt alternativt. Detta visas för en rad biodrivmedel i Figur 10.11. Figur 10.11 Växthusgasreduktion per hektar och år för olika biodrivmedelssystem (avser produktion i för de råvaror som kan odlas där) baserat på beräkningsmetodik i RED (förnybartdirektivet) respektive ISO-standarden för livscykelanalys Källa: et al (2013). Utredningens bedömning om biodrivmedels effektivitet Biodrivmedel med olika avfall som råvara (exempelvis biogas från gödsel och andra avfall samt HVO från tallolja) samt förgasnings- drivmedel från restprodukter från skogsbruk som råvara är de som generellt visar upp de största växthusgasreduktionerna, men det finns olika metoder att förbättra alla typer av processer. et al (2013) anser att man inte generellt kan bedöma hållbarhet för ett visst biodrivmedel utan att varje system för framställning av biodrivmedel bör bedömas för sig och utredningen delar den be- dömningen. Det finns en grund för detta i och med de hållbarhets- kriterier som finns i EU:s förnybartdirektiv och som är införlivat i svensk lagstiftning. Det kan vara värt att påpeka att beräknings- metodik har en ganska stor betydelse för utfall i livscykelanalyser vilket detta avsnitt visar på. Utredningen bedömer att studierna om olika biodrivmedels växthugasprestanda, i kombination med fördelen av att få en mer diversifierad och breddad råvarubas, motiverar att medel satsas för att utveckla och kommersialisera tekniker som kan använda ligno- cellulosa som råvara. 10.4.7Betydelse av geografisk lokalisering et al (2013) beskriver vikten av lokalisering av anlägg- ningar för biodrivmedelsproduktion. Transportkostnaden för råvara kommer att bli betydelsefull då anläggningar kommer att behöva vara stora för att uppnå skalfördelar. Detta gäller särskilt för anlägg- ningar för förgasning av biomassa. En produktionsanläggning för biodrivmedel via termisk förgasning av lignocellulosa med en bränslekapacitet om cirka 300 MW motsvarar ett bränsleintag på omkring bränsle eller 2,4 TWh20. Det är jäm- förbart med ett normalstort svenskt massabruk i biomassaåtgång (et al, 2013). Som jämförelse antas storleken på etanol- kombinatanläggningar baserat på lignocellulosa motsvara ett bränsle- behov på . En uppskattning är att upptagnings- området för bränslen inte bör överskrida 10–om lastbil ska användas för transporterna (Nohlgren et al, 2010). För transporter med tåg eller båt är betydligt större avstånd acceptabla. Hänsyn behöver också tas till leveranskedjor, konkurrens om råvaran från exempelvis den traditionella skogsindustrin och den stationära energisektorn samt var behovet av drivmedel finns. En placering nära kusten möjliggör sjötransporter av såväl råvara som slutprodukt, vilket har varit av stor betydelse vid lokalisering av oljeraffinaderier samt massa- och pappersbruk. Detta gäller troligen även biodrivmedelsanläggningar. 20 Beräknat på 8000 timmars årlig drifttid. Det är också fördelaktigt om det finns avsättning för värme som genereras från biodrivmedelsproduktion då både verkningsgrad för anläggningen samt ekonomiska förutsättningar förbättras (et al, 2013). har ett stort antal industrier och fjärrvärmenät där olika processer för biodrivmedelsproduktion potentiellt kan integreras. Vid integration i pappers- och massabruk eller annan skogsindustri kan bränslehantering- och logistikfördelar erhållas. Även oljeraffinaderier är intressanta ur integrationssynpunkt. Vad gäller fjärrvärmeunderlaget kan det dock komma att minska i fram- tiden i takt med att bostadsbeståndet blir mer energieffektivt. Det innebär att det inte är säkert att det finns behov av ytterligare värme till fjärrvärmenäten i den utsträckning som kan bli följden av en utbyggnad av biodrivmedelsproduktion. 10.4.8Internationell utblick av satsningar på nya anläggningar för biodrivmedelsproduktion och (2013) redovisar status i världen för befintliga och planerade produktionsanläggningar för främst cellulosabaserade drivmedel. De utgår från IEA Bioenergy Task 39 och en kartlägg- ning som är gjord där. När det gäller andra generationens etanolproduktion finns minst 15 anläggningar utanför som är i drift eller planeras att vara i drift , med en total produktionskapacitet på nästan per år21. De flesta anläggningar finns i . När det gäller HVO finns det nu minst 8 anläggningar utanför med en sammanlagd kapacitet på . Anläggningar som planerar produktion av syntetiska bränslen via förgasning av bioenergi indikerar en sammanlagd produktions- kapacitet på metanol och Fischer-Tropsch-bränslen. Siffrorna i detta stycke handlar om anläggningar som ses som kom- mersiella. Vad gäller mindre anläggningar, pilot- och demonstration finns fler anläggningar. För en sammanställning hänvisas till och (2013). 21 Här inkluderas alltså produktion från både anläggningar som är i drift eller anläggningar som ska sättas i drift . 10.4.9Ledtider för framställning av biodrivmedel (, 2013) Att utveckla en ny metod för produktion av biodrivmedel är en lång och kostsam process. Från att en ny process utvecklas i labora- torieskala krävs i regel flera steg innan den kan introduceras på marknaden. Det första steget från laboratoriet är att bygga en pilot- anläggning. Det här är det första steget där man kan bygga en mer eller mindre komplett process. I laboratorieskala arbetar man oftast bara med vissa kritiska delar men det är först i en pilotanläggning som man tar med de flesta delarna av processen. Kostnaderna för pilotanläggningar är oftast i storleksordningen 50–. En pilotanläggning producerar små mängder drivmedel och ofta av varierande kvalitet, vilket innebär att man har få eller inga intäkter från anläggningen. I pilotanläggningen får man lösa nya tekniska problem som uppstår när man bygger en integrerad pro- cess. Det kräver arbete i pilotskala. Efter att ha löst problem och skaffat tillräcklig kunskap för att gå vidare behöver processen demonstreras i en skala som är tillräck- ligt stor för att i nästa steg kunna bygga en anläggning som kan köras på kommersiella villkor. En demonstrationsanläggning kostar i allmänhet 500–. Demonstrationsanlägg- ningen producerar oftast en produkt som är säljbar och genererar vissa intäkter men skalan är för liten för att anläggningen ska vara kommersiellt intressant. I demonstrationsskalan kan de flesta tek- niska problemställningar redas ut. Dock kräver det att anlägg- ningen körs under för att man ska få kunskap om till- gänglighet, driftskostnader, livslängd hos komponenter etc. och det är vanligt att man modifierar och förbättrar anläggningen . körning av en demonstrationsanläggning kan vara ett bra beslutsunderlag för att bygga den första anläggningen i kom- mersiell skala. En fullskalig anläggning för produktion av biodriv- medel kräver en investering i storleksordningen 2–5 miljarder, even- tuellt ännu mer. Den första anläggningen av sitt slag är vanligen dyrare än en efterföljande andra anläggning till följd av de problem och risker som följer med att vara först. Man behöver ofta till exempel överdimensionera komponenter och använda dyrare mate- rial än vad som kanske visar sig nödvändigt vilket innebär poten- tiella besparingar i anläggning nummer två, när man ha kunskaper från driften av den första anläggningen. Det är i allmänhet bara