Bakgrund

Ambitionerna för minskning av växthusgasutsläpp i Sverige är höga och det senaste övergripande målet från den svenska regeringen är noll netto-utsläpp av växthusgasekvivalenter år 2045. Regeringen har även fastställt ett sektorspecifikt mål för att minska utsläppen av växthusgaser från den inhemska transportsektorn med 70% år 2030 jämfört med 2010. Förnybar flytande metan har potential att bidra till betydande minskningar av växthusgasutsläpp jämfört med fossila drivmedel.

Förnybar flytande metan lyfts i Sverige och på EU-nivå fram som ett intressant alternativ till fossila drivmedel vid drift av tunga fordon och fartyg på grund av sin teknikmognad, sin potentiellt relativt höga klimatnytta jämfört med andra drivmedel samt relativt höga energitäthet. Till exempel talas det ofta om att dagens och planerad användning av flytande naturgas (LNG) på sikt kan ersättas med flytande biogas (LBG).

Metod

Denna studie innehåller en kartläggning av möjligheterna för svensk efterfrågan av LBG vilket jämförs med scenarier för produktion. En kvalificerad och systematisk bedömning av förutsättningarna för LBG och tillhörande fordon och infrastruktur med fokus till år 2030 har utförts. Litteraturstudier och kontakter med aktörer inom området ligger till grund för framtagandet av scenarier och analyser av förutsättningarna för LBG som drivmedel i Sverige. Hur befintliga och planerade styrmedel inom transportsektorn påverkar utvecklingen av LBG i Sverige har också kartlagts översiktligt.

Den möjliga inhemska efterfrågan av LBG har tagits fram för tre olika scenarier och tre scenarier har även utformats avseende den möjliga framtida inhemska produktionen av LBG till 2030. Utgångspunkten i scenarierna är dagens situation där LBG är dyrare än LNG.

Resultat och slutsats

Framtagna scenarier for inhemsk efterfrågan och produktion på LBG redovisas i en rapport. Scenarierna har tagit hänsyn till inhemsk efterfrågan från vägtransport, sjöfart och industri samt utbud från produktion av LBG via rötning.

Tunga fordon står för den största efterfrågan i alla scenarier där sjöfart och industri uppskattas kunna stå för en mindre del av efterfrågan. Skälet till att tunga fordon står för den största delen av efterfrågan är att dessa bedöms vara kommersiellt tillgängliga, infrastrukturen håller på att byggas ut, subsidier föreslås och att det bedöms finnas ett marknadssegment tillgängligt när HVO i större utsträckning används för låginblandning. Sjöfart och industri som använder LNG skulle framöver kunna gå över från LNG till LBG och det är en prisfråga som avgör vilket drivmedel eller bränsle som används. Framtagna scenarios visar på en möjlig efterfrågan på cirka 200 – 2 700 GWh/år 2030 och en möjlig produktion på cirka 450 – 1 900 GWh/år 2030.

I scenario 1 överstiger produktionen efterfrågan med cirka 250 GWh/år 2030. I scenario 2 och 3 överstiger efterfrågan produktionen med cirka 800 – 1 000 GWh/år 2030. De första åren kan dock produktionen överstiga efterfrågan i Scenario 2 och 3. Hur mycket LBG som efterfrågas och produceras beror även på flertalet faktorer såsom styrande lagstiftning från EU, nationella styrmedel, konkurrerande drivmedel och drivlinor och internationella trender.

Bakgrund

Polyoximetylen dimetyletrar (OME_3-5) utpekas som lovande drivmedelsalternativ för dieselmotorer. De kan blandas in i hög utsträckning eller användas som rent (bio)drivmedel i befintliga motorer, samt leder till en avsevärd minskning av utsläpp av både kvävedioxid och partiklar. De kan framställas från metanol via olika processvägar. I denna studien jämför vi olika produktionsprocesser för OME_3-5 – både från biomassa (bio-OME_3-5) och från el (e-OME_3-5) via elektrolys – med fokus på energi och växthusgasprestanda (koldioxidekvivalenter). Processintegrationsvinster för en samlokalisering av biomassa resp. el till metanol och metanol till OME_3-5 processerna visas upp. Även en hybridprocess där CO₂ från den biobaserade processen används som råvara före-OME_3-5, i syfte att maximera kolutbyte från biomassa till OME_3-5, presenteras och utvärderas.

Metod

Baserat på publicerade data för de olika delstegen i processerna för framställning av OME_3-5 har mass- och energibalanser for de olika processvägarna beräknats. Åtgång av elenergi för de olika processkedjorna har också tagits fram och produktion av el via en ångcykel som använder överskottsvärme har tagits hänsyn till. Produktion av OME_3-5 sker via metanol och analysen har gjorts för både fristående anläggningar för metanol och OME_3-5-framställning samt en integrerad anläggning där hela processen från biomassa respektive el och CO₂ till OME_3-5 sker. Energieffektiviseringsvinster som erhålls från att integrera de två delprocesserna har utvärderats med hjälp av processintegrationsverktyg. En förenklad analys av växthusgasprestandan för produktion av OME_3-5 har gjorts mot bakgrund av olika möjliga framtida energisystem. I analysen värderas CO₂ utsläpp från biomassa baserat på en alternativ marginalanvändning av biomassa som t.ex. sameldning i kolkraft. Detta möjliggör en värdering huruvida bio- och e-OME_3-5 står sig emot varandra samt emot fossil diesel för olika möjliga framtida bakgrundsenergisystem.

Resultat och slutsats

Bio-OME_3-5 uppnår en totalverkningsgrad kring 46% som ökar upp till 52% när man har en integrerad anläggning för OME_3-5-produktion från biomassa via metanol. För e-OME_3-5 ligger verkningsgraden kring 34.5 % och ökar till 36 % om man integrerar metanolanläggningen med vidareförädling till OME_3-5. För hybridprocessen är motsvarande siffror 41.8% respektive 44.1%. Integrationsvinsterna är därmed klart störst för det biobaserade alternativet där betydande överskottsvärme finns från biomassa till metanol processen. Växthusgasprestandan påverkas klart mest av hur man värderar CO₂-utsläpp från biomassa för bio-OME_3-5 samt vilka utsläpp elproduktionen har för e- OME_3-5. För att bio- OME_3-5 ska ha lägre koldioxidavtryck än fossil Diesel (88.6 g CO_2eq/MJ) krävs att CO₂-utsläpp från biomassa värderas lägre än ca 45 g CO_2eq/MJ biomassa. För e- OME_3-5 krävs mindre än 30 g CO_2eq/MJ el för att det är ett bättre alternativ än fossil diesel ur klimatperspektiv.

Bakgrund

Det övergripande målet för projektet är att identifiera bränslen som kombinerar utmärkta förbränningsegenskaper med hög långsiktig hållbarhet. Eftersom det tar lång tid och är förknippat med beteendeförändringar och kostnader att byta ut en fordonsflotta har vi lagt huvudfokus på bränslen som kan användas i befintlig fordonsflotta (flytande drop-in-bränslen). Ett arbetspaket fokuserar på grundläggande förbränningsegenskaper för att öka förståelsen för möjligheten att kombinera nytt bränsle med nytt framtida motorkoncept (varken bensin eller dieselmotor, WP1). Bränslealternativ för diesel- och bensinmotorer testas och analyseras på Chalmers (WP2) och KTH (WP3). Utöver den experimentella forskningen görs även systemstudier för att bedöma bränslenas produktionskapacitet, kostnader och miljöprestanda (WP4, WP5).

Projektet är ett nationellt samverkansprojekt, finansierat av Energimyndigheten, med aktörer från akademi, bränsle- samt sjöfart- och fordonsindustri, dvs Chalmers tekniska högskola, Chalmers Industriteknik, Chevron, f3, KTH, Lantmännen, Lunds tekniska högskola, Perstorp AB, Preem, Scania AB, st1, Saybolt Sweden AB, Stena Line, Volvo AB och Volvo Cars.

Metod

Studierna startar med att identifiera intressanta bränslematriser utifrån teorin kring bränslens egenskaper. Detta ger ett stort antal bränsleblandningar som systematiskt testas och analyseras. I WP1 testas varje blandning utifrån frågorna “is it sensitive?”, “is it consistent?”, “is it transferable?”, Beroende på om frågorna kan besvaras med ja eller nej tas bränsleblandningen vidare till stegen “update mix specification” eller “Test more fuels” och slutligen “Final mix description”. I WP2 testas blandningar av framför allt kemikalierna 2-ethylhexanol, n-octanol, n-decanol and 2-proylheptanol. I WP3 testas blandningar av metanol, etanol, n-butanol, iso-butanol, MTBE och ETBE. Egenskaper som undersöks är bla verkningsgrad, utsläpp, tändningsfördröjning, förbränningshastighet, knackning. WP4 och WP5 fokuserar på de alternativa bränslena 2-etylhexanol (2-EH), OME_3-5, 2-methyltetrahydrofuran (2-MTHF), n-oktanol, n-dekanol, di-n-butyl ether (DnBE), samtliga producerade från lignocellulosa. Stort fokus har även lagts på elektrobränslen (bränslen från el, koldioxid och vatten). Metoder som används i kostnads- och miljövärderingarna är exempelvis livscykelanalys, resursanalys, mass- och energibalans, processintegration, kostnadsminimeringsmodellering och multikriterieanalys.

Resultat och slutsats

Testresultat visar att samtliga blandningar, jämfört med fossil diesel, minskar utsläppen av koldioxid och sot utan att försämra varken verkningsgrad eller utsläppen av kväveoxider (NOx) och kolväten (HC). Jämfört med bensin ses en förbättrad verkningsgrad och en minskning av samtliga utsläpp. WP4 och WP5 har detaljstuderat tre utvalda produktionskedjor för 2-etylhexanol från lignocellulosa, genererat mass- och energibalanser och räknat fram de totala växthusgasutsläppen ur ett livscykelperspektiv. Känslighetsanalyser har fokuserat på mängden samproduktion av biprodukter, värme och el. Möjligheterna att integrera produktionskedjorna i befintlig processindustriell infrastruktur utvärderas. Utvärdering visar väl fungerande miljö- och energiprestanda för 2-etylhexanol. Slutsatser från den kostnadsminimerande energisystemmodelleringen, där fokus var att analysera under vilka förutsättningar som elektrobränslen kan bli konkurrenskraftiga, är att elektrobränslen inte är en kostnadseffektiv lösning för att klara klimatmålen om ifall koldioxid kan lagras i underjorden (CCS). Om lagringsmöjligheten skulle vara begränsad (tekniska skäl eller brist på acceptans), kan elektrobränslen fylla en viktig, kompletterande, roll i den globala bränslemixen för att nå ambitiösa klimatmål.

Bakgrund

Att fånga in koldioxid diskuteras som ett möjligt tekniskt hjälpmedel för att minska människans utsläpp av växthusgaser (Gibbins and Chalmers, 2008). Olika typer av infångning direkt från luften, rening av rökgaser och biofixeringsstrategier är möjliga alternativ (Koytsoumpa et al., 2018), men nya tekniska lösningar utvecklas kontinuerligt. En sådan ny teknisk lösning är HyMethShip konceptet som är under utveckling i ett H2020 projekt. I konceptet fångas koldioxid in ombord på ett fartyg innan förbränningsprocessen i motorn.

Hela HyMethShip konceptet bygger på att metanol bunkras ombord på fartyget. Vid drift splittras metanol till vätgas och koldioxid i en reformer. Vätgasen används som drivmedel i en förbränningsmotor, medan koldioxiden lagras ombord och lastas av i hamn. Metanolen agerar som en vätgasbärare och genom att använda fossilfri så kallad elektrometanol sluts koldioxidkretsloppet. Elektrometanol är ett syntetiskt bränsle som producerats med hjälp av koldioxid, el och vatten (Brynolf et al., 2018).

Metod

Som en del i projektet undersöks hur fartyg som använder HyMethShip konceptet kan bidra till minskad påverkan på miljö och klimat jämfört med fartyg med traditionella förbränningsmotorer drivna på marin gasolja (”fossil diesel”), metanol från olika källor (fossilt, bio, elektrobränsle), och kondenserad vätgas. Utvärderingen görs med hjälp av livscykelanalys och de olika alternativens utsläpp under en resa med RoPax (passagerare/bil) färja mellan Göteborg och Kiel har jämförts. Studien täcker bränslets livscykel från produktionen av el till förbränningen i motorn samt återanvändningen av infångad koldioxid. Utgångspunkten är europeiska förhållanden och verktyget openLCA har använts för beräkningar tillsammans med ILCDs rekommenderade karakteriseringsmetoder (Heinrich, 2010).

Resultat och slutsats

I studien visas att det är möjligt att med HyMethShip konceptet är det möjligt att minska utsläppen av växthusgaser jämfört med dagens konventionella bränslen och hamna på liknande nivåer som bränslen från biomassa under vissas förutsättningar. Valet av el för produktionen av elektrometanol är centralt för att uppnå låga utsläpp och resultaten indikerar att lägst klimateffekt går att uppnå om konceptet kombineras med infångning och lagring av koldioxid. Detta förutsätter säkra lagringsmetoder med en lång lagringstid. Det finns även en avvägning mellan låga klimatutsläpp och andra typer av miljöeffekter som beror på elproduktionens emissioner. Också om konceptet kombineras med metanol från andra källor, så som biogena, kan det leda till sänkta klimatutsläppen jämfört med dagens fossila alternativ.

BRYNOLF, S., TALJEGARD, M., GRAHN, M. & HANSSON, J. 2018. Electrofuels for the transport sector: A review of production costs. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 81, 1887-1905.

GIBBINS, J. & CHALMERS, H. 2008. Carbon capture and storage. Energy Policy, 36, 4317-4322.

HEINRICH, A. B. 2010. International reference life cycle data system handbook. International Journal of Life Cycle Assessment, 15, 524-525.

KOYTSOUMPA, E. I., BERGINS, C. & KAKARAS, E. 2018. The CO2 economy: Review of CO2 capture and reuse technologies. Journal of Supercritical Fluids, 132, 3-16.