Maria Grahn, Chalmers

Chalmers Mekanik och Maritima Vetenskaper

Author Of 3 Presentations

En mångfald av drivmedel för hållbara transporter Miljöanpassade transporter, fordon och drivmedel 

6.2.3 - Framtida alternativa bränslen: resultat från ett nationellt samverkansprojekt

Abstract

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), OME3-5, 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.

Collapse
En mångfald av drivmedel för hållbara transporter Miljöanpassade transporter, fordon och drivmedel 

6.2.4 - Är koldioxidinfångning ombord på fartyg en del av lösningen? – En utvärdering av HyMethShip konceptet

Room
SF, St Larssalen (140)
Date
Wed, 08.01.2020
Time
13:15 - 14:45
Presentation Topic
Miljöanpassade transporter, fordon och drivmedel 

Abstract

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.

Collapse
Driv för hållbara drivmedel Miljöanpassade transporter, fordon och drivmedel 

6.3.1 - Utsikt för förnybara sjöfartsbränslen

Room
SF, St Larssalen (140)
Date
Wed, 08.01.2020
Time
15:30 - 17:00
Presentation Topic
Miljöanpassade transporter, fordon och drivmedel 

Abstract

Bakgrund

Sjöfarten behöver införa alternativa drivmedel för att minska sin miljö- och klimatpåverkan både på kort och lång sikt. Under våren 2018 antog t ex FN-organet för internationell sjöfart (IMO), en strategi med syfte att eliminera utsläppen av växthusgaser från sjöfart under detta århundrade. Mer specifikt är målen att minska de totala utsläppen av växthusgaser från internationell sjöfart med minst 50% år 2050 jämfört med 2008 och att minska CO2-utsläppen per utfört transportarbete med 40% till 2030 och 70% till 2050.

Det finns en rad alternativa bränslen med olika karaktäristik vilket gör valet av bränsle till en komplex fråga. De alternativa marina drivmedlen har till exempel olika kostnader/pris och olika för-och nackdelar i förhållande till miljön och hälsa, tillgänglighet och behov av infrastruktur. Syftet med denna presentation är att redovisa slutliga resultat från en jämförande analys av förutsättningarna för ett antal alternativa marina bränslen till 2030 med hänsyn tagen till olika aktörers preferenser och ett antal olika faktorer. Bränslen som ingår är LNG (förvätskad naturgas), vätgas (förnybar och fossil), ammoniak och olika biodrivmedel som förvätskad biogas (LBG), metanol (förnybar och fossil) samt HVO (hydrotreated vegetable oil). Även HFO (heavy fuel oil, tung eldningsolja) är med i jämförelsen som referens.

Metod

Denna studie analyserar och rangordnar det inkluderade marina bränslena baserat på deras relativa prestanda för tio olika kriterier som omfattar både ekonomiska, miljömässiga, tekniska och sociala faktorer, samt på den relativa betydelsen av dessa kriterier baserat på input från en panel av svenska sjöfartsaktörer. Kriterierna inkluderar t ex bränslepris, tillgänglig infrastruktur, tillgång, klimatpåverkan, hälsopåverkan och säkerhet. De aktörsgrupper som ingår är redare, bränsleproducenter, motortillverkare och relevanta svenska myndigheter.

Metoden som används är främst så kallad multikriterieanalys vilket är ett etablerat verktyg för att på ett strukturerat sätt jämföra och väga samma faktorer av olika slag. Den multikriterieanalysmetod som används är den så kallade Analytic Hierarchy Process (AHP). Multikriteriemetodik kan användas för att stödja beslutsfattande.

Resultat och slutsats

Variationen av preferenser och bedömningar hos olika aktörsgrupper (det vill säga den relativa betydelse som olika grupper ger till olika faktorer) påverkar rangordningen av de studerade marina bränslena. För redare, bränsleproducenter och motortillverkare anses ekonomiska kriterier främst bränslepriset vara viktigast. Dessa aktörsgruppers viktningar resulterar i en rangordning med LNG i toppen, och sen HFO följt av metanol och sedan olika biodrivmedel (LBG, förnybar metanol och HVO). Representanter från olika svenska myndigheter prioriterar å andra sidan miljömässiga kriterier, framförallt växthusgasutsläpp och sociala kriterier, framförallt möjligheten att nå olika regelverk och mål, vilket resulterar i att de rangordnar förnybar vätgas högst följt av förnybar metanol och sen HVO. Även om inte biodrivmedel rangordnas högst av någon aktörsgrupp kan dessa bränslen fortfarande vara intressanta för marina applikationer.

En slutsats från studien är att det behövs styrmedel för att främja introduktionen av förnybara marina bränslen och att dessa styrmedel behöver påverka dessa bränslens prestanda för relevanta faktorer. En bättre förståelse av olika aktörsgruppers preferenser kan bidra till förbättrad utformning och implementering av styrmedel.

Preliminära resultat för ett färre antal bränslen har presenterats på Transportforum tidigare.

Collapse

Presenter Of 1 Presentation

En mångfald av drivmedel för hållbara transporter Miljöanpassade transporter, fordon och drivmedel 

6.2.3 - Framtida alternativa bränslen: resultat från ett nationellt samverkansprojekt

Abstract

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), OME3-5, 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.

Collapse

Moderator Of 1 Session

SF, Tellus (65) Robusta och tillförlitliga vägar och järnvägar
Date
Wed, 08.01.2020
Time
15:30 - 17:00
Room
SF, Tellus (65)