Biomassebaserade energibärare för transportsektorn
Författare
Summary, in Swedish
Det finns en stor potential för ett ökat utnyttjande av biomassa för energiändamål i Sverige. En ökad användning av biomassa skulle kunna bidra till att minska utsläppen av koldioxid från förbränning av fossila bränslen, minska beroendet av importerade fossila energibärare samt påverka den regionala och lokala miljösituationen såväl positivt som negativt.
Föreliggande studie behandlar framför allt olika miljöeffekter av en ökad användning av biomassebaserade energibärare inom transportsektorn. En ökad användning av biomassa påverkar möjligheterna att uppnå många olika miljömål i flera olika samhällssektorer. I denna studie sker jämförelser av olika alternativ för biomasseutnyttjande på systemnivå där hela kedjan från markutnyttjande till slutlig användning studeras. Särskilt fokuseras på möjligheterna att använda biomassebaserade energibärare för att reducera utsläppen av koldioxid (CO2). För att bedöma hur effektivt biomassa kan utnyttjas för att reducera koldioxidutsläppen används följande jämförelsefaktorer:
* Årlig reduktion av koldioxidutsläpp per ytenhet jordbruks- eller skogsmark använd för biomasseproduktion (kg CO2/ha, år)
* Kostnad per reducerad mängd koldioxid (SEK/kg CO2)
Samtliga kostnader redovisas i 1993 års prisnivå exklusive inhemska skatter, avgifter och subventioner. Investeringskostnader annualiseras med en realränta om 6%. Beräkningarna baserar sig på antaganden om en storskalig användning av biomassebaserade energibärare.
Följande energibärare och biomasseråvaror studeras:
* rapsmetylester producerad från rapsolja vilken förestrats med biomassebaserad metanol
* biogas från lusern
* etanol från vete
* etanol producerad med sur hydrolys från Salix (energiskog) och avverkningsrester
* etanol producerad med enzymatisk hydrolys från Salix och avverkningsrester
* metanol från Salix och avverkningsrester
* vätgas från Salix och avverkningsrester
* elektricitet från Salix och avverkningsrester
Av studerade biomassebaserade drivmedel från jordbruksmark ger de som baseras på Salix störst koldioxidreduktion per hektar. Lägst kostnader för koldioxidreduktion erhålles på medellång sikt för metanol från Salix och avverkningsrester (0,5-1,1 SEK/kg CO2 vid dagens biomassekostnader, 0,4-0,9 SEK/kg CO2 vid uppskattade biomassekostnader för år 2015).
De etanolteknologier som studeras i detta arbete, vilka kan komma att bli kommersiellt tillgängliga inom 5-10 år, har ett energiutbyte i form av etanol på 30-40%. Dessa teknologier bedöms inte kunna konkurrera ekonomiskt med metanol. Om utvecklingen av teknik för etanolproduktion från cellulosa med högre drivmedelsutbyte och lägre kostnader blir framgångsrik, skulle etanol från cellulosarik råvara på lång sikt kunna bli ett kostnadsmässigt jämförbart alternativ till metanol för användning i förbränningsmotorer.
Kostnaderna för koldioxidreduktion vid användning av biogas från lusern är något högre än vid användning av metanol från Salix. Koldioxidreduktionen per hektar är betydligt lägre för biogas från lusern än för de drivmedel som utnyttjas Salix som råvara.
Vätgas från biomassa har en potential för stor koldioxidreduktion per hektar men kostnaderna blir höga på grund av höga kostnader för drivmedelslagring. Varken rapsmetylester (RME) eller etanol från vete är ekonomiskt konkurrenskraftiga jämfört med övriga studerade biomassebaserade drivmedel om man inte kan få avsättning för producerade foderbiprodukter. Avsättning av foderbiprodukter kan förväntas vara begränsad vid en storskalig användning av RME eller etanol från vete. Även med avsättning för foderbiprodukter överstiger kostnaderna för dessa drivmedel avsevärt kostnaderna för metanol. En storskalig användning av RME begränsas dessutom av restriktioner för ökad rapsodling på grund av växtföljdsskäl.
I studien förutsätts att högre verkningsgrad kan erhållas vid användning av fordonsalkoholer och biogas i ottomotorer än vid användning av bensin, medan motsvarande fördelar jämfört med diesel i dieselmotorer inte kan förväntas. Dessa antaganden medför att större koldioxidreduktion per utnyttjad mängd biomassa och lägre kostnader för koldioxidreduktion erhålles vid ersättning av bensin med fordonsalkoholer och biogas i lätta fordon än om diesel ersätts i tunga fordon.
De miljöfördelar som finns med att utnyttja biomassebaserade drivmedel i tunga fordon kan emellertid motivera en tidigare introduktion av biomassebaserade drivmedel i dessa fordon. Möjligheterna att reducera emissioner av kväveoxider och partiklar är goda vid en övergång från diesel till framför allt biogas men även fordonsalkoholer i tunga fordon. I lätta fordon kan inte en minskning av kväveoxidemissionerna påräknas vid ersättning av bensin i katalysatorförsedda fordon. Däremot kan en minskning av kolväteemissionerna erhållas.
Föreliggande studie visar att en utveckling av använda metoder för biomasseproduktion kan komma att få stor betydelse för att öka biomassepotentialen och reducera kostnaderna. För drivmedel baserade på Salix eller lusern uppskattas att nettoproduktionen av drivmedel per hektar kan öka med 80-90% och att drivmedelskostnaderna kan minska med 10-20% inom ett par decennier tack vare denna utveckling. Dagens uttag av avverkningsrester begränsas av ekologiska restriktioner, men genom ökad kompensation av näringsförluster vid biomasseuttag kan uttaget öka betydligt.
Odling av vallgrödor och Salix kan förväntas bidra till förbättrad markstruktur, ökad mullhalt och minskat näringsläckage jämfört med odling av konventionella ettåriga åkergrödor. Ökad mullhalt innebär förutom förbättrad produktionsförmåga att atmosfärisk koldioxid binds som organiskt kol i marken. Vallgrödor ger jämfört med Salix större flexibilitet i jordbruksmarkens användning och mindre inverkan på landskapsbilden. Uttag av biomassa från skogen kan leda till försämrad produktivitet om inte skogen kompenseras för näringsbortförseln genom t ex askåterföring.
Milkostnaderna för en personbil som använder biomassebaserad metanol i förbränningsmotor är med dagens produktionskostnader för biomassa och dagens bensinpriser 1-2 SEK/mil högre än för ett bensinfordon. Med uppskattade biomassekostnader för år 2015 kan milkostnaderna uppskattas vara 80 öre till 1,50 kronor högre än för ett bensinfordon (dagens bensinpris). Detta motsvarar en ökning av de totala milkostnaderna för personbilsanvändning på ungefär 3-6%. En värdering av emissioner av koldioxid med 32 öre/kg CO2 skulle öka kostnaderna för att använda ett bensinfordon med cirka 70 öre/mil. En ekonomisk värdering av koldioxidutsläpp skulle kunna minska kostnadsskillnaderna mellan att använda biomassebaserad metanol och bensin avsevärt.
Ökade fossilbränslepriser skulle förbättra de biomassebaserade drivmedlens konkurrenskraft. En ökning av det reala bensinpriset, exklusive skatter och avgifter, med 20% skulle kunna göra metanol konkurrenskraftigt för användning i personbilar med förbränningsmotorer redan med dagens biomassekostnader förutsatt en värdering av koldioxidutsläpp med 32 öre/kg CO2.
Användning av batteridrivna eller bränslecellsdrivna elfordon kan leda till ett mycket effektivt utnyttjande av biomassa samtidigt som emissionerna av luftföroreningar är mycket låga. Såväl metanol som vätgas är tekniskt lämpliga energibärare för bränslecellsfordon men användning av metanol som reformeras till vätgas i fordonet förväntas ge lägst kostnader. Ett uppbyggande av ett system för produktion och användning av metanol från biomassa i fordon med förbränningsmotorer skulle, på grund av bränslets lämplighet för framtida användning i bränslecellsfordon, vara ett viktigt strategiskt val för att skapa ett transportsystem baserat på en kombination av fordon med hög energieffektivitet och användning av förnybara energikällor.
Föreliggande studie behandlar framför allt olika miljöeffekter av en ökad användning av biomassebaserade energibärare inom transportsektorn. En ökad användning av biomassa påverkar möjligheterna att uppnå många olika miljömål i flera olika samhällssektorer. I denna studie sker jämförelser av olika alternativ för biomasseutnyttjande på systemnivå där hela kedjan från markutnyttjande till slutlig användning studeras. Särskilt fokuseras på möjligheterna att använda biomassebaserade energibärare för att reducera utsläppen av koldioxid (CO2). För att bedöma hur effektivt biomassa kan utnyttjas för att reducera koldioxidutsläppen används följande jämförelsefaktorer:
* Årlig reduktion av koldioxidutsläpp per ytenhet jordbruks- eller skogsmark använd för biomasseproduktion (kg CO2/ha, år)
* Kostnad per reducerad mängd koldioxid (SEK/kg CO2)
Samtliga kostnader redovisas i 1993 års prisnivå exklusive inhemska skatter, avgifter och subventioner. Investeringskostnader annualiseras med en realränta om 6%. Beräkningarna baserar sig på antaganden om en storskalig användning av biomassebaserade energibärare.
Följande energibärare och biomasseråvaror studeras:
* rapsmetylester producerad från rapsolja vilken förestrats med biomassebaserad metanol
* biogas från lusern
* etanol från vete
* etanol producerad med sur hydrolys från Salix (energiskog) och avverkningsrester
* etanol producerad med enzymatisk hydrolys från Salix och avverkningsrester
* metanol från Salix och avverkningsrester
* vätgas från Salix och avverkningsrester
* elektricitet från Salix och avverkningsrester
Av studerade biomassebaserade drivmedel från jordbruksmark ger de som baseras på Salix störst koldioxidreduktion per hektar. Lägst kostnader för koldioxidreduktion erhålles på medellång sikt för metanol från Salix och avverkningsrester (0,5-1,1 SEK/kg CO2 vid dagens biomassekostnader, 0,4-0,9 SEK/kg CO2 vid uppskattade biomassekostnader för år 2015).
De etanolteknologier som studeras i detta arbete, vilka kan komma att bli kommersiellt tillgängliga inom 5-10 år, har ett energiutbyte i form av etanol på 30-40%. Dessa teknologier bedöms inte kunna konkurrera ekonomiskt med metanol. Om utvecklingen av teknik för etanolproduktion från cellulosa med högre drivmedelsutbyte och lägre kostnader blir framgångsrik, skulle etanol från cellulosarik råvara på lång sikt kunna bli ett kostnadsmässigt jämförbart alternativ till metanol för användning i förbränningsmotorer.
Kostnaderna för koldioxidreduktion vid användning av biogas från lusern är något högre än vid användning av metanol från Salix. Koldioxidreduktionen per hektar är betydligt lägre för biogas från lusern än för de drivmedel som utnyttjas Salix som råvara.
Vätgas från biomassa har en potential för stor koldioxidreduktion per hektar men kostnaderna blir höga på grund av höga kostnader för drivmedelslagring. Varken rapsmetylester (RME) eller etanol från vete är ekonomiskt konkurrenskraftiga jämfört med övriga studerade biomassebaserade drivmedel om man inte kan få avsättning för producerade foderbiprodukter. Avsättning av foderbiprodukter kan förväntas vara begränsad vid en storskalig användning av RME eller etanol från vete. Även med avsättning för foderbiprodukter överstiger kostnaderna för dessa drivmedel avsevärt kostnaderna för metanol. En storskalig användning av RME begränsas dessutom av restriktioner för ökad rapsodling på grund av växtföljdsskäl.
I studien förutsätts att högre verkningsgrad kan erhållas vid användning av fordonsalkoholer och biogas i ottomotorer än vid användning av bensin, medan motsvarande fördelar jämfört med diesel i dieselmotorer inte kan förväntas. Dessa antaganden medför att större koldioxidreduktion per utnyttjad mängd biomassa och lägre kostnader för koldioxidreduktion erhålles vid ersättning av bensin med fordonsalkoholer och biogas i lätta fordon än om diesel ersätts i tunga fordon.
De miljöfördelar som finns med att utnyttja biomassebaserade drivmedel i tunga fordon kan emellertid motivera en tidigare introduktion av biomassebaserade drivmedel i dessa fordon. Möjligheterna att reducera emissioner av kväveoxider och partiklar är goda vid en övergång från diesel till framför allt biogas men även fordonsalkoholer i tunga fordon. I lätta fordon kan inte en minskning av kväveoxidemissionerna påräknas vid ersättning av bensin i katalysatorförsedda fordon. Däremot kan en minskning av kolväteemissionerna erhållas.
Föreliggande studie visar att en utveckling av använda metoder för biomasseproduktion kan komma att få stor betydelse för att öka biomassepotentialen och reducera kostnaderna. För drivmedel baserade på Salix eller lusern uppskattas att nettoproduktionen av drivmedel per hektar kan öka med 80-90% och att drivmedelskostnaderna kan minska med 10-20% inom ett par decennier tack vare denna utveckling. Dagens uttag av avverkningsrester begränsas av ekologiska restriktioner, men genom ökad kompensation av näringsförluster vid biomasseuttag kan uttaget öka betydligt.
Odling av vallgrödor och Salix kan förväntas bidra till förbättrad markstruktur, ökad mullhalt och minskat näringsläckage jämfört med odling av konventionella ettåriga åkergrödor. Ökad mullhalt innebär förutom förbättrad produktionsförmåga att atmosfärisk koldioxid binds som organiskt kol i marken. Vallgrödor ger jämfört med Salix större flexibilitet i jordbruksmarkens användning och mindre inverkan på landskapsbilden. Uttag av biomassa från skogen kan leda till försämrad produktivitet om inte skogen kompenseras för näringsbortförseln genom t ex askåterföring.
Milkostnaderna för en personbil som använder biomassebaserad metanol i förbränningsmotor är med dagens produktionskostnader för biomassa och dagens bensinpriser 1-2 SEK/mil högre än för ett bensinfordon. Med uppskattade biomassekostnader för år 2015 kan milkostnaderna uppskattas vara 80 öre till 1,50 kronor högre än för ett bensinfordon (dagens bensinpris). Detta motsvarar en ökning av de totala milkostnaderna för personbilsanvändning på ungefär 3-6%. En värdering av emissioner av koldioxid med 32 öre/kg CO2 skulle öka kostnaderna för att använda ett bensinfordon med cirka 70 öre/mil. En ekonomisk värdering av koldioxidutsläpp skulle kunna minska kostnadsskillnaderna mellan att använda biomassebaserad metanol och bensin avsevärt.
Ökade fossilbränslepriser skulle förbättra de biomassebaserade drivmedlens konkurrenskraft. En ökning av det reala bensinpriset, exklusive skatter och avgifter, med 20% skulle kunna göra metanol konkurrenskraftigt för användning i personbilar med förbränningsmotorer redan med dagens biomassekostnader förutsatt en värdering av koldioxidutsläpp med 32 öre/kg CO2.
Användning av batteridrivna eller bränslecellsdrivna elfordon kan leda till ett mycket effektivt utnyttjande av biomassa samtidigt som emissionerna av luftföroreningar är mycket låga. Såväl metanol som vätgas är tekniskt lämpliga energibärare för bränslecellsfordon men användning av metanol som reformeras till vätgas i fordonet förväntas ge lägst kostnader. Ett uppbyggande av ett system för produktion och användning av metanol från biomassa i fordon med förbränningsmotorer skulle, på grund av bränslets lämplighet för framtida användning i bränslecellsfordon, vara ett viktigt strategiskt val för att skapa ett transportsystem baserat på en kombination av fordon med hög energieffektivitet och användning av förnybara energikällor.
Avdelning/ar
Publiceringsår
1995
Språk
Svenska
Publikation/Tidskrift/Serie
KFB-rapport
Dokumenttyp
Rapport
Förlag
Kommunikationsforskningsberedningen
Ämne
- Energy Systems
Nyckelord
- biomass
- carbon dioxide
- biomassa
- biofuel
- kostnader
- koldioxid
- biodrivmedel
- costs
Status
Published
Report number
11
ISBN/ISSN/Övrigt
- ISSN: 1104-2621
- ISBN: 91-88370-94-1