Biodrivmedelsproduktion i Sverige

Transkript

1 Uppsala Universitet Institutionen för fysik och astronomi Avdelningen för tillämpad kärnfysik Projektkurs i Energifysik, 15hp Ht 2008/Vt 200 Biodrivmedelsproduktion i Sverige - en analys av potentialen för framställning av BTL-diesel och cellulosabaserad etanol Författare: David Björklöf David Karlsson Handledare: Matthias Weiszflog

2 Innehållsförteckning 1 Inledning Syfte Frågeställning Avgränsningar Metod Bakgrund Tillverkning av cellulosabaserad etanol Processen Produktionsutbyte Utvecklingsläget... 5 Tillverkning av BTL-diesel Processen Utvecklingsläget Produktionsutbyte... 6 Råvarupotential och markanvändning Bränslesituationen idag Råvarupotential i skogen Råvarupotentialen i jordbruket Mängd drivmedel ur råvara Ekonomisk analys Produktion av biomassa Avverkningsrester från skogsbruket Energiskog på jordbruksmark Transport av biomassa Omvandling av biomassa till biodrivmedel Etanol FT-diesel Sammanlagd kostnad Miljöeffekter...2 Slutdiskussion Appendix...33 Beräkningar av bränslepotentialen...33 Beräkningar av råvarukostnader...35 Beräkningar av transportkostnader...35 Källförteckning

3 1 Inledning Den globala efterfrågan på olja ökar ständigt och vi är idag mycket medvetna om att världens oljereserver är begränsade. Energianvändningen inom transportsektorn har ökat kraftigt de senaste åren och fortsatt växande ekonomier i Kina och Indien gör att trenden förmodligen kommer att hålla i sig. 1 För att komma bort från ett allt större oljeberoende och samtidigt minska luftföroreningar och den globala uppvärmningen måste alternativa bränslen utvecklas. För att dessa bränslen ska få genomslagskraft bör de vara billiga samtidigt som de måste vara möjliga att framställa i stora kvantiteter från en förnyelsebar energikälla. Det skulle också vara optimalt om dessa bränslen kunde användas direkt i dagens befintliga motorer och distribueras på samma sätt som bensin och diesel. I nuläget finns redan ett flertal alternativa biodrivmedel på marknaden. Ett par exempel är etanol och biodiesel tillverkat av jordbruksgrödor. Kritiken har dock varit stor mot att dessa använder mat för att framställa drivmedel 2. Ett intressant alternativ som blivit möjligt tack vare ny teknik är att istället använda cellulosa från trä som råvara. BTL-diesel (syntetisk diesel) och cellulosabaserad etanol är två förnyelsebara drivmedel som använder sig av denna teknik. De kan framställas ur trämassa vilket är en billig råvara som både är förnyelsebar och finns i stora mängder. Dessutom minskar de utsläppen av växthusgaser, kan enkelt distribueras och kan användas i befintliga motorer. En modern bensinmotor klarar av 20 % etanolinblandning och så kallade flexifuel-bilar kan köra på antingen ren bensin, ren etanol eller en blandning av dem. Dieselbilar kan i sin tur köras på BTL-diesel i valfri mängd utan att motorn behöver modifieras. Nedan ges en grafisk representation över vilka olika drivmedel som finns: Figur 1: Schematisk skiss över drivmedel. Vätgasens placering beror på varifrån elen kommer som används vid vätgasframställningen. 3 I Sverige utgör den stora skogsarealen en stor råvarupotential för att framställa den nya generationens biodrivmedel. Även jordbruket kan genom odling av energiskog utgöra en viktig resurs. Den framtida utmaningen ligger i att effektivisera processen och få ner produktionskostnaden så att dessa drivmedel blir attraktiva på marknaden. Denna rapport kommer att behandla svensk framställning av BTL-diesel och cellulosabaserad etanol och de kommer att utredas ur ett tekniskt, ekonomiskt och miljömässigt perspektiv. 3

4 1.1 Syfte Rapportens syfte är att undersöka potentialen för svensk framställning av två alternativa biodrivmedel; BTL-diesel och cellulosabaserad etanol. 1.2 Frågeställning Några av de frågor vi har för avsikt att besvara i rapporten är: Hur ser råvarutillgången ut för produktion av etanol och BTL-diesel i Sverige och i vilken utsträckning kan de ersätta dagens inhemska användning av petroleumbaserade drivmedel? Vilka olika produktionstekniker finns tillgängliga och hur går framställningsprocessen till? Hur mycket skulle det kosta att framställa dessa drivmedel? Hur skulle en eventuell utbyggnad av en svensk biodrivmedelsproduktion kunna se ut? Vilka miljöeffekter medför de studerade bränslena? 1.3 Avgränsningar En studie av detta slag skulle kunna göras väldigt omfattande, och då tidsramarna för arbetet varit begränsade har vissa avgränsningar gjorts. Undersökningen har genomförts utifrån ett svenskt perspektiv, vilket gör att beräkningar till så stor del som möjligt grundar sig på svenska förutsättningar vad gäller bland annat råvara och produktion. Vidare baserar sig beräkningarna främst på ett framtida scenario, där år 2020 har tagits som riktmärke. Politiska beslut som kan tänkas påverka utvecklingens framfart, såsom subventioner, skatter och lagar, har inte studerats i detalj men tas upp i diskussionen. 4

5 2 Metod Rapporten är uppbyggd som en kombination av litteraturstudier och teoretiska beräkningar. För insamling av information och data har i huvudsak sekundära källor använts, såsom offentliga rapporter och vetenskapliga artiklar inom området publicerade på Internet. Då undersökningen till stor del bygger på framtida bedömningar har det i litteraturen i vissa fall funnits väldigt varierande uppskattningar på de eftersökta värdena. Dessa fall har hanterats genom att antingen beräkna medelvärden av en rad uppskattade siffror, eller genom att använda de data som verkar mest rimliga. Studien kommer att disponeras genom att först redogöra för hur själva processen för drivmedlens framställning går till. Därefter presenteras beräkningar av vilken potential och förutsättning som anses finnas vad gäller råvara från skog och jordbruk, och en jämförelse med dagens drivmedelsanvändning inom fordonssektorn. Vidare sker en analys av vilka kostnader en storskalig produktion av dessa drivmedel skulle medföra och en jämförelse med de mer konventionella. Sedan ges en kortare genomgång av de två biobränslenas miljöeffekter. Slutligen följer ett avsnitt med diskussion och slutsatser kring de presenterade resultaten, och en bedömning av potentialen i de framtida drivmedlen. Något som kan tänkas påverkande på reliabiliteten är svårigheterna att värdera informationen i de sekundära källorna. Eftersom det är ett aktuellt forskningsområde kan man tänka sig en högre värdering av nyare rapporter jämfört med de något äldre, då stora framsteg inom forskningen kan anses göra de nyare mer relevanta. Dock har studien i största möjliga mån baserat sig på publikationer från de senaste åren, och värderingen av informationen från de olika källorna har skett sinsemellan på samma sätt. Då värden från flera olika källor använts har vanligtvis ett medelvärde av dessa uppskattats. 5

6 3 Bakgrund Europakommissionen kunde under slutet av år 2008 enas om ett omfattande paket för ökandet av andelen förnyelsebar energi inom unionen, med målet att motverka pågående klimatförändringar och minska utsläpp av växthusgaser. De mål som kommissionen satt upp sträcker sig främst till år 2020, mål som framför allt är: - Minst 20 % minskning av utsläppen jämfört med 10 års nivåer - Energieffektiviseringar på minst 20 % - Minst 20 % av energiproduktionen skall vara från förnyelsebara energikällor - Biobränslen skall utgöra minst % av bensin- och dieselanvändningen Paketet innefattar i övrigt även utökad handel med utsläppsrätter och satsningar på teknik för koldioxidlagring. 4 Sveriges regering har dock satt mål som sträcker sig ännu längre. Några av de mål som ingår i dess långsiktiga energipolitik är: Sveriges fordonsflotta skall till år 2030 vara oberoende av fossila bränslen. Den svenska industrin skall vara världsledande i omställningen från fossila drivmedel, genom att bl a utveckla hybridfordon, elbilar och biodrivmedel. Forskning kring biokombinat för miljö- och klimatanpassad framställning av biomedel och andra produkter skall prioriteras. Styrmedel som man anser vara grundläggande för denna långsiktiga energipolitik är i huvudsak koldioxidskatter, internationell utsläppshandel och certifikat för förnyelsebar elproduktion. 5 Sverige är det land inom EU som har de mest bränsleslukande bilarna och som även avger en stor mängd koldioxid. Bensinförbrukningen för nya bilar var under 2007 i genomsnitt 7,8 liter per 0 km, för dieselbilar var motsvarande siffra 6,6 liter och etanolbilar 8,0 liter. Försäljningen av etanolbilar var under samma år 11,7 % av den totala nybilsförsäljningen. 6 En tredjedel av alla nysålda bilar under 2008 var klassade som miljöbil. 7 Till miljöbilar hör till exempel de som drivs av etanol, natur- eller biogas, elbilar och elhybrider, samt bränslesnåla bilar med låga koldioxidutsläpp. 8 Användningen av etanolen som drivmedel var däremot, trots att låginblandning numera sker i nästan all bensin, inte mer än ca 2,37 % av total drivmedelsförbrukning. Livscykelanalyser (LCA) för etanol visar att utsläppen av växthusgaser minskar avsevärt i jämförelse med vanlig bensin. Olika studier visar att minskningen är mellan 70 % och 0 %, där skillnaden beror på var och hur etanolen tillverkas. 11 För BTL-diesel finns liknande möjligheter att minska utsläpp av växthusgaser med ca 75 % - 6 % i jämförelse med fossila drivmedel. 6

7 4 Tillverkning av cellulosabaserad etanol Produktion av etanol har förekommit i årtusenden och målet har varit att erhålla drickbar alkohol. Etanolen framställs enklast genom att jäsa socker från sockerrika grödor såsom sockerrör och sockerbetor eller genom jäsning av stärkelserika grödor såsom vete, potatis och majs. Idag produceras majoriteten av den svenska etanolen från dessa jordbruksgrödor och denna etanol ingår i kategorin kallad första generationens biodrivmedel. Det är även möjligt att utgå från träråvara vid framställning av etanol. Detta är betydligt mer komplicerat eftersom sockerarterna är kemiskt och strukturellt mer komplext bundna. 15 Denna etanol, även kallad cellulosabaserad etanol, klassas som andra generationens biodrivmedel och har ännu inte kommersialiserats fullt ut. Vid denna process framställs biodrivmedel ur biomassa där råvaran kan vara exempelvis avverkningsrester från skogen, halm, energiskog och energigräs. Råvaran består av lignocellulosa som i sin tur kan delas upp i cellulosa, hemicellulosa och lignin. Den cellulosabaserade etanolen kan produceras antingen i fristående drivmedelsanläggningar eller i energikombinat där drivmedelsproduktionen integreras med el, värme och annan bränsleproduktion. Etanolproduktion i energikombinat medför en högre totalverkningsgrad men drivmedelsutbytet blir i sin tur mindre Processen Produktion av etanol från vedråvara består av ett flertal delsteg. Processen inleds med en förbehandling av biomassan följt av hydrolys. Därefter sker jäsning av sockret till etanol som avslutas med att destilleras till den färdiga slutprodukten. 17 (Se figur 2) I förbehandlingssteget sker en separation av biomassan till två eller flera av de fyra huvudkomponenterna hemicellulosa, cellulosa, lignin och extraktämnen, vilket gör råvaran mer lättillgänglig för de kommande kemiska eller biologiska behandlingarna. Målet är att frigöra cellulosan från det omgivande skyddande skalet av lignin och hemicellulosa. 18 Vätebindningarna i hemicellulosan börjar brytas sönder i detta steg och därmed övergå till sockermolekyler. Förbehandlingen kan ske på flera olika sätt. En metod är att mekaniskt sönderdela råvaran med hjälp av het ånga. Det går även att förbehandla råvaran kemiskt med hjälp av syror, svaveldioxid, koldioxid eller andra kemikalier som på ett eller annat sätt gör råvaran redo för nästa steg i processen. En tredje metod är biologisk förbehandling i kombination med kemisk för att lösa ut ligninet och på så sätt göra cellulosan mer lättillgänglig för hydrolysen. 1 I hydrolyssteget används syra eller enzymer för att bryta ner råvarans cellulosa och hemicellulosa till socker. 17 Det finns två olika grundsätt att genomföra hydrolysen på, antingen genom kemiska reaktioner med syror eller biologiskt med hjälp av enzymer. Dessa kan även kombineras ihop i en och samma process. Den kemiska processen kan i sin tur utföras dels med svag syra och hög temperatur och dels med stark syra och låg temperatur. En nackdel med denna metod är att det bildas giftiga biprodukter vid syrareaktionen som kan störa den efterföljande jäsningsprocessen. I den biologiska hydrolysen används istället en enzymblandning som generellt kallas för cellulas. Dessa bryter ner cellulosakedjan till glukos. En nackdel med denna metod är att enzymerna är dyra och förbrukningen hög, dock sjunker kostnaderna för enzymtillverkning ständigt. 3 I jäsningssteget används mikroorganismer för att fermentera sockermolekylerna till etanol. Vanlig bagerijäst används för att jäsa sockermolekylerna bestående av sex kolatomer. Denna jäst klarar dock inte av att omvandla femvärt socker, s.k. pentos, så då krävs genetiskt 7

8 modifierade mikroorganismer. Det finns även bakterier som kan jäsa sockret samtidigt som den enzymatiska hydrolysen genomförs vilket innebär att de kan utföras i samma reaktor. 3 I det avslutande steget separeras jästen från etanollösningen och återanvänds. Därefter destilleras etanollösningen och blir därmed klar för användning. 16 Under processens gång bildas många energirika restprodukter. Ligninet som frigörs under hydrolysen innehåller upp till 30 procent av råvarans ursprungliga energiinnehåll. Denna restprodukt kan antingen omarbetas till pellets eller användas internt för kraftvärmeproduktion. Vidare så kan ofermenterat socker och avloppsvatten rötas för biogasproduktion som i sin tur kan omarbetas till biodrivmedel alternativt användas internt. 16 Figur 2 Schematisk skiss över ett energikombinat som producerar cellulosabaserad etanol Produktionsutbyte Hur mycket etanol som kan framställas ur råvaran beror på kvalitén hos vedråvaran och vilken av hydrolysmetoderna som används. Vedråvaran består vanligtvis av cirka viktprocent lignin, 40 viktprocent cellulosa, 25 viktprocent hemicellulosa samt några procent övriga ämnen. Det är endast cellulosan och hemicellulosan som kan brytas ner till jäsbara sockerarter och därmed bidra till etanolframställningen. Vidare är det endast 50 viktprocent av sockret som omvandlas till etanol, resten blir till koldioxid. 17 När starka syror används under hydrolysen uppgår etanolutbytet, beräknat på energibasis, till maximalt 30 procent. När svagare syror används i kombination med enzymer uppgår motsvarande siffra till ca 40 procent. Syrametoden har prövats i stor skala medan enzymmetoden fortfarande bedrivs i mindre pilotanläggningar, bland annat av SEKAB i Örnsköldsvik. 16 Börjesson & Ericsson (2008) har gjort en sammanställning av olika forskares bedömningar av nutida och framtida produktionsutbyten i olika drivmedelsanläggningar. Där framgår det att etanolutbytet, beräknat på energibasis, varierar mellan cirka procent. Hur mycket etanol som kan framställas ur vedråvaran beror av hur effektivt cellulosan kan sönderdelas till socker under hydrolysen och hur effektivt mikroorganismer kan arbeta under jäsningen av detta socker. Det teoretiskt maximala etanolutbytet uppgår dock till cirka 50 procent. När etanolen produceras i ett energikombinat, där en betydande del av råvarans energi blir till värme och el, erhålls ett lågt utbyte. Ett högre utbyte fås i drivmedelsoptimerade anläggningar där fokus ligger på att producera etanol och inte el eller värme. Däremot blir den totala verkningsgraden högre i de anläggningar där drivmedelsframställningen kombineras med 8

9 kraft- och värmeproduktion. Detta mycket på grund av att den energirika restprodukten lignin utnyttjas internt 20. Vi väljer även här ett medelvärde av etanolutbytet som varierar mellan procent och får därmed ca 30 procent drivmedel ur råvaran. 4.3 Utvecklingsläget Sverige har sedan länge satsat stora resurser på forskning kring etanol från skogsråvara. Det sjuåriga forskningsprogrammet etanol från skogsråvara avslutades 2004 och hade som huvudmål att demonstrera etanolproduktion i stor skala och sänka kostnaderna för cellulosabaserad etanolproduktion. Resultatet har blivit att en pilotanläggning för etanolproduktion startats i Örnsköldsvik. 3 I anläggningen, som drivs av SEKAB, pågår arbete med processutveckling och optimering. Fabriken är tänkt att fungerar som ett mellansteg mellan laboratorieskala och kommersiellt fungerande skala och producerar i dagsläget liter etanol per dygn. 21 Målet att sänka produktionskostnaden har inneburit forskning kring effektivare tekniker för processens olika delar, utveckling av bättre jäsningsorganismer och optimering av råvarutillförsel, vattenåtgång och energiförbrukning. Stora delar av den svenska forskningen bedrivs vid Lunds tekniska högskola där forskare studerar bland annat hur enzymanvändningen kan minimeras och hur olika jästsorter kan genmodifieras för att omvandla sockerarten xylos till etanol. 15 I Sverige startades nyligen ytterligare en försöksanläggning för cellulosabaserad etanolframställning. Denna fabrik är placerad i Sveg och drivs av NBE Sweden. Stora satsningar genomförs även på andra håll i världen. Investeringsbeslut för flera fullskaleanläggningar har fattats i bland annat USA så tekniken kan anses väldigt nära kommersialisering. 16 Anläggningarna i USA är tänkta att producera mellan miljoner liter etanol per år. 20

10 5 Tillverkning av BTL-diesel Kunskapen om framställningen av syntetisk diesel har funnits länge, och har sitt ursprung i upptäckter av de tyska kemisterna Franz Fischer och Hans Tropsch under 120-talet. Dessa tog patent på en metod för att tillverka långa kolvätekedjor ur syntesgas under inverkan av järnkatalysator. Bränslet kom följaktligen att bli benämnt Fischer-Tropsch diesel, men har även kallats syntetisk diesel, paraffinbränsle eller FT-diesel. Idag används dock ofta även begreppen BTL (Biomass-to-liquids), GTL (Gas-to-liquids) och CTL (Coal-to-liquids), vilket helt enkelt görs för att klargöra vilken råvara som använts vid framställningen. 22 Men det är hittills främst GTL och CTL, alltså framställning ur fossil råvara, som har tillämpats i större skala, och för förgasning av biomassa finns idag endast ett fåtal pilotanläggningar. Det största hindret för kommersiell produktion av BTL-diesel idag är att tekniken för att förgasa biomassa ännu inte är färdigutvecklad. Men trots att processen måste anpassas till råvaran som förgasas så bör emellertid kunskap och erfarenheter från förgasning och syntes baserad på fossil råvara vara värdefullt vid utvecklingen av drivmedelsproduktion via förgasning av biomassa Processen FT-dieseln består till stor del av paraffiner med mellan -26 st kolatomer i kolvätekedjan, med paraffininnehåll över % i vissa varianter av dieseln. Vanligtvis kan det användas som bränsle i vanliga dieselmotorer utan att någon anpassning av motorerna krävs. 22 Den termiska förgasningen av biomassa kräver hög temperatur och kontrollerad syretillförsel. I stället för att elda upp råvaran så eldar man med syreunderskott för att bilda den energirika syntesgasen. 23 Förgasning av skogsråvaran bedöms ha stora fördelar vid framställningen av biodrivmedel, då syntesgasen som fås har en flexibilitet som är mycket fördelaktig. Syntesgasen, som består av vätgas (H 2 ) och kolmonoxid (CO), kan nämligen användas för framställning av en rad olika drivmedel. 24 En annan fördel med förgasningen gentemot etanolframställningen är dessutom att en större del av råvarans energiinnehåll hamnar i huvudprodukten. Det finns ett antal olika tekniker att utföra förgasningen på (några illustreras nedan i figur 3). Vi kommer inte i den här rapporten gå in så mycket närmare på de olika förgasarnas egenskaper, men de som har konstaterats vara bäst lämpade för produktion av en högvärdig biosyntesgas för användning till fordonsdrivmedel är förgasartyperna fluid beds och entrained beds (CFB och EF förekommer på vissa ställen i rapporten som förkortning av dessa typer). Dessa är mer komplexa än förgasare enligt principen moving beds, men ger också bättre förutsättningar för uppskalning, stabilare gassammansättning, lägre tjärhalt i gasen och mindre känsligt för sammansättningen av råvaran. 22

11 Figur 3 Bild över några olika förgasningstyper. 22 Tillverkningen av BTL-diesel sker huvudsakligen i fyra olika steg, där förgasningen av biomassan är det första. Andra steget är att rena syntesgasen via flera olika reningssteg, för att få bort bland annat svavel och tjärämnen. Syntesgasen upparbetas vidare via skiftreaktor och reformer, som bland annat justerar förhållandet mellan CO och H 2. Det tredje steget är omvandlingen av syntesgasen till syntetisk råolja genom Fischer-Tropsch syntesen med hjälp av katalysator i en särskild reaktor. FT-syntesen omvandlar syntesgasen till ett spektrum av kolväten med allt från gasformiga kolväten till tyngre vaxer, en blandning som påminner lite om halv-raffinerad råolja. I ett sista steg sker sedan en upparbetning av råoljan till främst syntetisk diesel och nafta, helst i en fördelning ca 80 % - 20 %. Den mindre delen nafta kan vidare förädlas till t ex flygbränsle. 25 Från syntesgas kan omvandling ske även till andra drivmedel, såsom metanol, DME eller biometan. Vilken som framställs beror bland annat av valet av katalysator i processen. 16 Figuren nedan visar några av stegen vid produktion av biodrivmedel via förgasning: Figur 4 Schematisk skiss över ett energikombinat som producerar BTL-diesel

12 Drivmedelsanläggningarna kan utformas på olika sätt, huvudsakligen envägskonfigurerad eller recirkuleringskonfigurerad. Envägskonfigurationen innebär att syntesgasen passerar reaktorn en gång och att den därefter oreagerade gasen används för el- och värmeproduktion. El- eller kraftvärmeproduktion via kombicykel är ofta mest naturligt eftersom produktionen baseras på gasformigt bränsle. Recirkuleringskonfigurationen är utformad så att merparten av den oreagerade gasen recirkuleras, vilket ger ett högre drivmedelsutbyte men lägre elutbyte. En maximering av drivmedelsutbytet kräver dessutom ofta att förgasningen sker under tryck med syrgas istället för luft, och att syntesgasen upparbetas via skiftreaktor och/eller reformer före den katalytiska processen Utvecklingsläget Tyskland är det land som har kommit allra längst i utvecklingen att framställa syntetisk diesel. En första demonstrationsanläggningen för kommersiell framställning av BTL-diesel (med 45MW installerad effekt) har nyligen upprättats i Freiberg, och är planerad att producera ca m 3 årligen. 26 Men planerna finns även på en fullskalig anläggning för BTL-diesel i tyska staden Schwedt till år 2013, som beräknas ha en produktionskapacitet på ca m 3 per år. Den största förgasningsanläggningen i Sverige finns idag i Värnamo och har en effekt på 18 MW. Den byggdes för att testa elproduktion genom förgasning av biomassa. Men efter att inte ha använts på ett tag har istället planer på drivmedelsproduktion utarbetats. Dock har problem med finansiering av projektet gjort att utvecklingen har gått trögt. Förstudier för produktion av syntetisk diesel har även gjorts i Sundsvall. Tanken är att i anslutning till massafabriken Stockviksverken upprätta en anläggning för framställning av FT-produkter ur de restgaser som produceras, alltså en GTL-anläggning. Andra steget blir därefter att uppföra en anläggning för förgasning av biomassa för att göra den till en komplett BTL-anläggning. 22 Under utveckling är även en anläggning för förgasning av svartlut för DME-produktion i Piteå, som väntas stå klar i slutet av året Produktionsutbyte Verkningsgraden för biodrivmedelsframställningen kan som vi redan nämnt beräknas på olika sätt, och kan beroende på vilken teknik som används variera allt mellan 20 % - 50 % (vilket kan jämföras med ca 0 % för att omvandla olja till bensin). BTL-diesel ligger på den övre delen av denna skala och har generellt sett något bättre verkningsgrad än framställningen av etanol. Vidare påverkas på samma sätt här verkningsgraden av om framställningen optimeras för drivmedelsproduktion, eller om störst vikt fästs vid den totala energiverkningsgraden. 16 I modelleringsstudier av Larsson m fl (2005) och Tijmensen m fl (2002) har man uppmätt verkningsgraden för termisk förgasning till mellan 34 % och 44 % beroende på om envägskonfiguration eller recirkuleringskonfiguration används, där den senare används för att optimera just drivmedelsutbytet. Vid envägskonfiguration beräknas dock ca 20 % av energiinnehållet kunna användas till produktion av el eller värme, vilket gör att totala verkningsgraden för denna blir högre. 16 Vi kommer även i detta fall utgå från ett medelvärde av de olika uppskattningarna och får då en 3 % verkningsgrad, vilket även råkar stämma överrens med det planerade drivmedelsutbytet ur den idag största anläggningen för tillverkningen av BTL-diesel som finns i Freiberg.

13 6 Råvarupotential och markanvändning 6.1 Bränslesituationen idag Idag utgör de fossila bränslena majoriteten av drivmedelsanvändningen i världen. Svenska Petroleum Institutet (SPI) har gjort en sammanställning av drivmedelsanvändningen i Sverige under år 2007 och den redovisas i figur 5. Ur diagrammet framgår det att den inhemska användningen av förnyelsebara drivmedel för transporter uppgår till 4.03 % beräknat på energiinnehåll, vilket är en ökning från 3.5 % Den största andelen av detta återfinns som låginblandad volym i de konventionella fossila drivmedlen då det sedan ett par år tillbaka har varit möjligt att blanda in 5 % FAME (Fat Acid Methyl Esther) i dieselbränsle, respektive 5 % etanol i bensinen. Mängden förbrukad bensin i Sverige har legat på en konstant nivå sedan mitten av 0-talet. Däremot har användningen av diesel ökat, dels på grund av ökad andel tunga transporter och dels på grund av en ökad andel dieselbilar inom personbilssektorn. Figur 5 Drivmedelsfördelning Som framgår av tabell 1 uppgick den förbrukade mängden bensin och diesel för transportändamål under 2007 till respektive kubikmeter. 28 Majoriteten av råoljan importerades från Ryssland och Norge. Etanolen som används i Sverige har olika ursprung beroende på om den ingår i E85 (85 % etanol, 15 % bensin) eller som låginblandad i 5 oktanig bensin. Enligt Naturvårdsverkets rapport 5820 Index över nya bilars klimatpåverkan 6 var ca 20 % av den etanol som låginblandades vetebaserad från Norrköping, ca 25 % importerad europeisk etanol och ca 55 % brasiliansk sockerrörsetanol. Samma rapport beskriver att 0 % av den etanol som återfinns i E85-bränslet är sockerrörsbaserad etanol från Brasilien och omkring % sulfitmassabaserad etanol från Örnsköldsvik. Under 2007 gick drygt två tredjedelar av all etanol i Sverige till låginblandning, cirka en fjärdedel användes i E85-bränsle och ungefär 6 % användes i bussar 6. Således bestod den totala svenska drivmedelsetanolen 2007 av cirka: - 66 % brasiliansk sockerrörsetanol - 17 % europeisk etanol - 14 % vetebaserad etanol från Norrköping - 3 % sulfitmassabaserad etanol från Örnsköldsvik Produktionen av FAME -bränsle är störst i Europa och länderna inom EU står för 85 % av den globala tillverkningen 2. Den vanligaste råvaran för att framställa detta bränsle är rapsolja som 13

14 omvandlas till RME (rapsmetylester) 30. Produktionen i Sverige uppgår till årligen cirka kubikmeter FAME och förbrukningen var 2007 ungefär kubikmeter. Cirka hälften av råvaran som behövs för den inhemska produktionen odlas i Sverige, resterande importeras från övriga Europa i form av rapsolja. 6 Således bestod den svenska drivmedelsanvändningen av FAME under 2007 av cirka: - 44 % svenskproducerad FAME av inhemska råvaror - 44 % svenskproducerad FAME av importerade råvaror - % importerad FAME Tabell 1 återger hur den svenska drivmedelsförbrukningen fördelats mellan de olika bränsletyperna. Dessutom redovisas energiinnehåll och densitet för de olika bränslena. Dessa värden har, tillsammans med värdena i diagram 1 och siffrorna över svensk bränsleimport, legat till grund för uträkningen av hur mycket etanol respektive FT-diesel som behöver produceras för att nå specifika mål. Detta redovisas i sin tur i tabell 2. Bränslen Volym 2007 Energi för transportändamål 000m 3 TWh Bensin* Dieselbränsle* Etanol för låginblandning FAME för låginblandning Etanol bussar Etanol ren i E FAME ren Biogas (Nm 3 ) Totalt 8.52 Bränslen Energiinnehåll Densitet kwh/m 3 kg/m 3 Bensin Dieselbränsle Etanol FAME FT-diesel Biogas (Nm 3 ) Tabell 1 Bränsleåtgång i Sverige respektive energiinnehåll och densitet för de olika bränslena. *exkl. inblandad etanol respektive FAME. 28 I tabell 2 nedan redovisas, överst i första kolumnen, hur mycket energi etanol som behöver produceras för att ersätta den mängd bensin som används under ett år. Förutom energimängden redovisas även vad denna energimängd motsvarar för volym. Siffrorna inom parantes anger den energimängd etanol som behöver produceras för att ersätta även den importerade etanolen. Överst i den andra kolumnen redovisas hur mycket etanol som måste produceras för att nå EU:s klimatmål 2020 där % av drivmedelsanvändningen ska basera sig på biobränslen. Den procentuella energimängden biodrivmedel som fattas upp till klimatmålet uppnås då genom att öka energimängden etanol samtidigt som bensinen minskas med motsvarande energimängd. Siffrorna inom parantes beskriver detta fall den totala energimängden etanol som måste produceras för att förutom nå klimatmålet, även ersätta den importerade etanolen. Resterande celler i tabell 2 anger motsvarande värden för konventionellt dieselbränsle som ersätts med FT-diesel. I dessa fall motsvaras den importerade etanolen av importerad FAME. 14

15 Mål Bränsle Etanol För att ersätta bensin FT-diesel För att ersätta diesel Mängd bränsle som måste produceras för att ersätta all dagens användning av bensin respektive diesel. Inom parantes anges om även importerad etanol respektive FAME ska ersättas. Energi, Volym TWh / 7.70 Mm 3 (47.1 TWh / 8.00 Mm 3 ) TWh / 4.28 Mm 3 (41.16 TWh / 4.35 Mm 3 ) Mängd bränsle som måste produceras för att nå klimatmålet 2020 där % ska vara förnyelsebart bränsle. Inom parantes anges om även importerad etanol respektive FAME ska ersättas. Energi, Volym 5.34 TWh / 0.1 Mm 3 (7. TWh / 1.21 Mm 3 ) 5.34 TWh / 0.57 Mm 3 (6.02 TWh / 0.64 Mm 3 ) Tabell 2 Mängd etanol respektive FT-diesel som måste produceras för att nå specifika mål 6.2 Råvarupotential i skogen Den svenska skogsindustrin har haft stor betydelse för samhällets utveckling och välfärd. Tidigare har det främst varit stamveden under barken som fångat skogsnäringens intresse. I och med oljekrisen på 70-talet förändrades dock detta och värdet på restprodukterna från skogen ökade markant. Skogsråvaran används sedan dess både till traditionella produkter såsom sågad vara, papper och emballage till nya ändamål såsom till fjärrvärmeverk, elgenerering och drivmedel inom transportsektorn. 31 Restprodukterna vid avverkning av skogen består av grenar och toppar (GROT), virke utan industriell användning (t ex rötskadat virke), stubbar, biprodukter i form av bark och sågspån från industrin samt ved som används för uppvärmning i enskilda hus 31. Idag utnyttjas inte dessa restprodukter fullt ut och potentialen för ökat uttag är stor. Det ökade uttaget begränsas däremot av vad som är ekologiskt hållbart, tekniskt genomförbart samt ekonomiskt försvarbart. T ex skulle ett allt för stort GROT-uttag kunna leda till att den långsiktiga näringsbalansen i marken påverkas negativt. Den svenska skogsmarken omfattar en areal av ca 27 miljoner hektar. Ungefär 4,3 milj. hektar av dessa växer på fridlyst mark och är således skyddad från avverkning och industriellt utnyttjande. Av den återstående delen som kan användas finns ca 5 milj. hektar vardera i Götaland och Svealand, och de övriga nära 13 milj. ha i Norrland. Den totala volymen av virkesförrådet i de svenska skogarna har under det senaste århundradet ökat stadigt, beroende på att avverkning och naturlig avgång varit mindre än tillväxten, och uppskattas idag till ca 3300 miljoner kubikmeter. En stor del av detta utgörs av gran och tall som står för vardera ca 40 % av den svenska skogen, medan lövträden tillsammans endast utgör ca 18 %

16 Möjlighet finns alltså att öka energiuttaget ur skogen, främst genom att ta tillvara på tidigare outnyttjade restprodukter men även genom mer avverkning. Vi har utifrån ihopsamlade uppgifter och uppskattningar från olika håll försökt sammanställa en tabell (tabell 3) över den ytterligare potential som har bedömts kunna tas ut ur råvaran från skogen, även benämnt primärt skogsbränsle: Organisation Potential energi År SLU(2006) 33 6,1 Skogsindustrierna 34 20,3 LRF 35 (2005) Oljekommisionen 36 (2006) Svebio 37 (2008) ÅF (2006) Tabell 3 Sammanställning över olika organisationers potentialbedömningar Vi har alltså funnit uppskattningar från olika håll som varierar mellan TWh möjligt extra energiuttag ur skogen. Till stor del verkar de stora skillnaderna bero på olika metoder och synsätt på vilka grotmängder som kan tillvaratas, och antaganden om vad som är ekonomiskt, ekologiskt och tekniskt möjligt. Tidigare mätningar har konstaterat att drygt 18TWh i dagsläget utvinns av det primära skogsbränslet, vilket innebär att minst en fördubbling är möjlig även med de mest försiktiga beräkningarna. 37 Vi har dock valt att utgå från ett medelvärde av de ovan nämnda siffrorna. Den potentiella energin att utnyttja från det primära skogsbränslet blir då ca 41,5 TWh. Tidigare uppskattningar av energipotentialer har dock sällan inkluderat stubbar, som även dessa kan komma att få en betydelsefull roll. Minst ca 5- TWh uppskattas utan problem kunna tas tillvara (av en total volym motsvarande ca 36TWh 37 ). 38 Med stubbarna inkluderat uppgår vår bedömning av den potentiella extra energin från skogen till 4 TWh, vilket blir det värde som fortsättningsvis i studien kommer att representera råvarupotentialen i skogen. Däremot ingår inte heller energi från massafabrikernas avlutar i de presenterade siffrorna. Detta är en energirik flytande vätska som skulle passa utmärkt att använda för framställning av drivmedel. Ungefär 40TWh energi per år utvinns idag genom förbränning av avlutar i så kallade sodapannor. Dock har energin från dessa hittills använts internt inom fabrikerna för värme och el till anläggningsdriften, och något större intresse att avsätta denna för drivmedelsproduktion verkar inte finnas i dagsläget. Man kan dock anta att även intresset för detta skulle öka i fall det visar sig bli en kostnadseffektiv lösning för företagen Råvarupotentialen i jordbruket Den svenska jordbruksarealen uppgår till 3,2 miljoner hektar vilket kan jämföras med skogsarealens 22,7 miljoner hektar. Jordbruksproduktionen utgörs dels av djurhållning och dels av växtodling, där den senare tar störst landareal i anspråk. Ungefär hektar, motsvarande 3 % av åkerarealen, används idag till producera grödor som används till energiproduktion. Till de energigrödor som odlas hör dels de traditionella såsom spannmål, oljeväxter, sockerbetor och vall, och dels de nyare energigrödorna såsom Salix, rörflen, majs och hampa. Även snabbväxande lövträd som till exempel poppel och hybridasp tillsammans med gran utgör en viktig källa till energi

17 De olika energigrödorna skiljer sig åt när det gäller skördeavkastning och behov av insatsenergi. Dessutom påverkar de lokala förutsättningarna utbytet där odling i södra Sverige ger mer energi. Mest fördelaktigt är det att odla fleråriga grödor då dessa har en låg energiinsats per skördad mängd biomassa. För ogödslad gran, poppel och hybridasp utgör energiinsatsen ungefär 2-4 % av den skördade energin. Motsvarande siffra för Salix är 5-6 % och för ettåriga grödor cirka -17 %. Dessa siffror kan dock variera beroende på odlingsår, fältens placering och dess storlek. 30 Idag finns det stora ytor nedlagd jordbruksmark som inte används till jordbruks- eller skogsproduktion. Uppskattningsvis rör det sig om upp till hektar som skulle kunna användas till odling av energigrödor. Kvalitén på denna mark är lägre (en av anledningarna till att marken lades ned) vilket skulle generera något lägre skördar. För energiskogsproduktion kan den däremot anses som bra. Ytterligare en faktor som kan öka skördeavkastningen de närmaste åren är växtförädling och förbättrad odlingsteknik. Uppskattningsvis bedöms en ökning på cirka 2 % per år de närmaste -15 åren. Med genteknik väntas dessa siffror öka ännu mer i framtiden. 30 Nedan presenteras ett antal organisationers bedömningar om hur stor areal och bioenergimängd som jordbruket kan generera i framtiden (tabell 4). Värt att notera är att det är uppskattningar av ren teoretisk potential, alltså vad som är fysiskt möjligt, vilket inte behöver vara det samma som realistiskt med avseende på ekonomiska och ekologiska faktorer mm. Organisation Potential Areal (ha) År Anm. energi (Twh) Naturvårdsverket (17) Varierar TWh var ett beting som skulle uppnås i studien Svebio (2004) Baseras på LRF:s bedömningar LRF:s energiscenario (2006) Lantmännen (2006) ,5 Upp till en 2020 Lantmännens affärsvision milj. Ha Lars Johansson (2005) Lång sikt Kommissionen mot 45 oljeberoende (2006) Klimatkommittén (2000) Tabell 4 Sammanställning över olika organisationers potentialbedömningar Även från utifrån dessa siffror har vi beräknat ett medelvärde, och i de fall ett intervall har angivits har även ett medel av intervallet beräknats. Det medelvärde vi får fram av den totala potentialen från jordbruket blir därmed totalt 24 TWh och blir därmed det värde som kommer att användas i kommande beräkningar. 6.4 Mängd drivmedel ur råvara Vi har nu tillgång till alla de värden som behövs för att räkna ut hur stor mängd biodrivmedel som skulle kunna ersätta fossila bränslen. Energipotentialen i skogsbränslet uppgår till 4 TWh och motsvarande siffra för jordbruket är 24 TWh. Bränsleutbytet vid framställning av syntetisk diesel är uppskattat till 3 %. Detta innebär att 3 procent av energin i den råvara 17

18 som tillförs processen kommer ut i form av drivmedel. Enbart skogsbränslet kan således omvandlas till 1,1 TWh syntetisk diesel vilket motsvarar 21 % av den totala drivmedelsanvändningen i Sverige. Mängden åkerbränslen kan på samma sätt omvandlas till,4 TWh syntetisk diesel vilket motsvarar 11 % av drivmedelsanvändningen. Detta medför att syntetisk diesel från åker- och skogsbränslen tillsammans kan täcka 32 % av dagens drivmedelsbehov. Våra beräknade värden åskådliggörs grafiskt i figur 6 nedan. Om råvaran används för att framställa etanol blir mängden drivmedel mindre eftersom bränsleutbytet bara är 30 %. Detta innebär att skogsbränslets 4 TWh kan omvandlas till 14,7 TWh etanol och att åkerbränslets 24 TWh kan generera 7,2 TWh etanol. Dessa kan således utgöra 16 % respektive 8 % av dagens drivmedelsbehov. Tillsammans kan då etanolen från åker- och skogsbränslen täcka 24 % av Sveriges totala drivmedelsanvändning. Värdena redovisas nedan i figur 7. Utifrån tabell 2 kan vi då konstatera att miljömålet 2020, där % av drivmedelsanvändningen ska vara förnyelsebart bränsle, kan uppfyllas med stor marginal. Ur tabell 2 framgår det också att det behövs 7,1 TWh etanol för att klara miljömålet om importen av utländsk etanol skulle upphöra. Denna mängd skulle kunna tillverkas enbart utifrån åkerbränslen. På samma sätt kan enbart åkerbränslena generera syntetisk diesel så att miljömålet uppfylls med stor marginal. Däremot räcker råvaran från skogen och åkern inte till för att ersätta hela den icke förnyelsebara drivmedelsanvändningen utan maximalt cirka en tredjedel. Om vi förutsätter ett scenario där hälften av råvaran används för tillverkning av BTL-diesel och andra hälften till etanol så resulterar det i 14,2 TWh diesel och 11 TWh etanol. Detta motsvarar 35 % av dagens dieselanvändning och 24 % av bensinanvändningen. Potentiell andel syntetisk diesel av den totala drivmedelsanvändningen [baserat på bränsleutbyte 3 % i drivmedelsframställningen] fossila bränslen 68% syntetisk diesel från skogsråvara 21% syntetisk diesel från jordbruksråvara 11% Figur 6 Cirkeldiagram över hur stor andel av den totala drivmedelsanvändningen som syntetisk diesel kan ersätta. 18

19 Potentiell andel etanol av den totala drivmedelsanvändningen [baserat på bränsleutbyte 30 % i drivmedelsframställningen] fossila bränslen 76% etanol från skogsråvara 16% etanol från jordbruksråvara 8% Figur 7 Cirkeldiagram över hur stor andel av den totala drivmedelsanvändningen som etanol kan ersätta. 1

20 7 Ekonomisk analys Framställningen av biodrivmedel kan delas upp i ett flertal olika delsteg. Denna rapport fokuserar på de tre första stegen; produktion av biomassa, transport av biomassa samt omvandling av biomassa till biodrivmedel. Produktionskedjan åskådliggörs i figur 8. Produktion av biomassa Transport av biomassa Omvandling av biomassa till biodrivmedel Distribution av biodrivmedel Figur 8 De olika delarna i produktionskedjan. Kostnaden för att producera biodrivmedel beror på ett flertal faktorer såsom hur biomassan odlas och skördas, om den transporteras med lastbil, båt eller tåg samt vilken tillverkningsteknik som används i fabriken 47. Det första steget i kedjan omfattar kostnader för produktion av biomassa och denna kostnad beror av plantering, gödsling, skördning, transporter inom skördeområdet samt packning och förvaring. Nästa steg inkluderar transportkostnader för biomassan från skördeområdet till fabriken. Denna kostnad beror på hur infrastrukturen ser ut, det vill säga vilket transportsätt som är möjligt, eventuella omlastningar samt hur lång sträcka biomassan måste transporteras. Det tredje steget anger kostnaden för omvandlingen av råvaran till drivmedel och beror därmed på vilken tillverkningsmetod som används samt investerings- och underhållskostnader för fabriken. Kostnaderna redovisas nedan för olika typer av råvaror, transportsätt och produktionsmetoder. 7.1 Produktion av biomassa Kostnaden för att producera biomassa inkluderar olika utgifter beroende på om det är energiskog som odlas eller om det är avverkningsrester från skogsbruket som tas till vara på. När priset för restprodukter från skogen beräknas tas ingen hänsyn till plantering och skötsel av skogen utan endast vad det kostar att ta ut materialet ur skogen. Siffrorna som presenteras bygger delvis på uppskattningar varvid kostnaderna bör ses som ungefärliga Avverkningsrester från skogsbruket Restprodukter från skogsavverkning består av grenar, toppar, smalare stammar och rötter. Dessa samlas ihop av skogsmaskiner och lagras vid vägkanter i närheten av avverkningsplatsen. Flisning av skogsbränslet sker också normalt sett innan det säljs vidare till kunden. Detta kan göras av skogsbolaget, en utomstående entreprenör eller skogsägaren själv. Marknadspriset för skogsflis har under de senaste åren gått upp ganska kraftigt och efter första halvan av 2008 låg medelpriset, enligt statistik från energimyndigheten 48, mellan 144 och 165 SEK/MWh (redovisade medelvärden för industri respektive värmeverk exklusive skatt). RENEW s rapport från 2008 anger ett liknande pris på 3, /GJ, vilket omräknat i SEK/MWh motsvarar ca 140 SEK/MWh. 47 Det finns dock även stora variationer mellan olika delar av landet. Priset på industriella biprodukter ligger också på en liknande nivå, medan returträ (återvunnet trämaterial) ligger betydligt lägre på ca 70 SEK/MWh. Hur prisutvecklingen kommer att fortsätta under kommande år är naturligtvis svårt att ange, men troligt är att priserna kommer att fortsätta uppåt till följd av en ökad konkurrens om skogsbränslet. Nedan visas prisutvecklingen för skogsflis (nationellt medelvärde) de senaste åren (figur ): 20

21 Figur Prisutveckling för skogsflis. 4 Den extra kostnaden för uttag av avverkningsrester blir som minst vid slutavverkning. Tidigare har vi konstaterat att ett överskott av GROT finns i de svenska skogarna. Detta gör att prisnivån på detta bränsle också till stor del kommer att påverkas av produktionskostnaden, som främst bestäms av kostnaderna för ihopsamlandet, flisningen och transporten av råvaran. Det finns dock anledning att vänta sig sakta stigande priser i takt med att förbrukningen ökar, eftersom de avverkningsrester som är billigast att ta ut och transportera kommer att tas ut först. 4 Bedömningar om vilken nivå priserna för skogsbränslet kommer att ligga på i framtiden varierar. En uppskattning av Elforsk uppskattar ett pris på 186 SEK/MWh år 2015, och en gjord av Åforsk 4 nämner siffran 170 SEK/MWh för samma år. Uppskattningarna blir så klart än mer osäkra ju längre fram de sträcker sig. Eventuell brytning av stubbar kan dock väntas ge mycket större energiutbyte då man jämför med grot, visar erfarenheter från Finland där detta görs. En hög produktion skulle kunna få ner priset per utvunnen MWh till under 40kr. 50 Den siffran vi här har valt att använda för skogsråvarukostnad är 170SEK/MWh. En ökad framtida konkurrens om skogsflis kan väntas leda till högre priser, men vi tror att prisökningen samtidigt kan dämpas något om biomassa från exempelvis stubbar i högre grad kommer att användas Energiskog på jordbruksmark Det finns flera olika sorters energiskog som kan odlas i Sverige. Till de vanligaste arterna hör salix, hybridasp, poppel och gran. De produktionskostnader som redovisas här inkluderar odlingskostnad, maskinkostnader, ränta, overheadkostnader, lagringskostnad samt tre mils transport till uppsamlingsplats. I en rapport från Energimyndigheten presenterar Berndes et. al. (2008) uppskattningar av produktionskostnaden för odling av skog på åkermark. Där framgår det att växthastigheten är beroende av geografisk placering och kvalitet på jorden vilket därmed får en avgörande inverkan på odlingskostnaden. Eftersom odling av energiskog är effektivast på åkermark i södra och mellersta Sverige är det just där den bör odlas. Den ungefärliga kostnaden baserar sig därför på produktion i dessa områden och redovisas som är ett medelvärde av Götaland och Svealand. Kostnaden blir cirka 146 SEK/MWh för salix,

22 SEK/MWh för hybridasp, 200 SEK/MWh för poppel och 288 SEK/MWh för gran 51. EU:s forskarprogram kring förnyelsebara energikällor, RENEW (2008) har gjort en liknande kostnadsberäkning för odling av energiskog och kommit fram till siffran 6 SEK/MWh för salix. I SOU 2007:36 uppgår produktionskostnaden för salix till 0 SEK/MWh. Forsberg et. al. (2007) vid Institutet för jordbruks- och miljöteknik, JTI, presenterar i sin tur en produktionskostnad för salix till cirka SEK/MWh beroende på om träden flisas direkt vid avverkning eller vid senare tillfälle. Dessa siffror redovisas i tabell 5. Organisation Energimyndigheten (2008) RENEW (2008) SOU 2007:36 (2007) JTI (2007) Salix Kostnad SEK/MWh Hybridasp Kostnad SEK/MWh Poppel Kostnad SEK/MWh Tabell 5 Odlingskostnad för energiskog i södra och mellersta Sverige Gran Kostnad SEK/MWh Utifrån dessa siffror har ett medelvärde räknats fram. Eftersom trädslagen hybridasp, poppel och gran är dyrare än salix och dessutom bara finns representerade av en organisation, har de uteslutits. Det mest troliga scenariot är således att salix kommer att odlas på jordbruksmark till en ungefärlig kostnad omkring 132 SEK/MWh. Detta är det värde som vi fortsättningsvis låter representera odlingskostnaden för energiskog i beräkningarna av den totala framställningskostnaden för biodrivmedel. Kostnaden för att odla energiskog beror mycket på regionspecifika förhållanden såsom kvalitet, placering och storlek hos fälten. En större biomassakoncentration per ytenhet medför en mindre skördekostnad och ett lättillgängligt fält medför kortare transportavstånd. Kostnaden för att odla energiskog är förhållandevis stor idag jämfört med traditionella grödor. Detta beror på att det är en ganska ny och obeprövad jordbruksgröda där hanteringen ännu inte hunnit bli fullt effektiviserad. Således kommer de fasta maskinkostnaderna sannolikt att minska i framtiden på grund av teknisk utveckling och ökad konkurrens mellan olika leverantörer vilket kan leda till lägre produktionskostnader Transport av biomassa Kostnaden för transport av biomassa inkluderar lastning av biomassa, transport och avlastning. Eftersom biomassan från både skogsrester och energiskog antas vara i form av flis, kan en gemensam kostnadsberäkning utföras. Forsberg et. al. (2007) har genomfört en studie med syftet att undersöka förutsättningarna för lantbrukare att leverera åkerbränslen till stora kraftvärmeverk. I denna rapport presenteras kostnadsberäkningar för transport av biomassa till kraftvärmeverk enligt ett flertal olika scenarier. De olika alternativen som undersöks är transport med lastbil, tåg och båt samt transportavstånden 0 respektive 250 km. Resultaten visar att transport med lastbil är det billigaste alternativet vid avstånd upp till 0 km medan tågtransport är att föredra vid längre avstånd. Som lägst blir kostnaden enligt studien cirka 60 SEK/MWh för lastbilstransport 0 km respektive 6 SEK/MWh för tågtransport 250 km. 22

23 Inom det europeiska forskningsprogrammet RENEW har en liknande studie genomförts för att beräkna kostnaden för transport av biomassa 47. I den studien har de inte beräknat kostnaden för olika specifika transportsträckor utan istället för olika fabriksstorlekar. Det första scenariot syftar på transport till en 50 MW biodrivmedelsanläggning och det andra syftar på leverans till en 500 MW anläggning. Eftersom transportsträckans längd inte uppges är det svårt att jämföra dessa värden med Forsbergs et. al. (2008) värden. Ett rimligt antagande är dock att transportavståndet till 50 MW anläggningen är kortare än till 500 MW anläggningen då den lilla anläggningen har en mindre upptagningsyta, d v s har sina råvaruleverantörer närmare än vad den större 500 MW anläggningen har. Med en eurokurs på SEK blir kostnaden för att transportera biomassa till drivmedelsfabriken ungefär 42 SEK/MWh för den kortare sträckan och 1 SEK/MWh för den längre sträckan. För att få fram ett medelvärde har transportsträckan 0 km likställts med kort avstånd och transportsträckan 250 km likställts med långt avstånd. Således blir den genomsnittliga kostnaden för kort avstånd cirka 51 SEK/MWh och för långt avstånd cirka 0 SEK/MWh. Det är dessa värden som kommer att representera transportkostnaden för biomassan i den fortsatta beräkningen av den totala framställningskostnaden för drivmedlen. 7.3 Omvandling av biomassa till biodrivmedel Omvandlingen av biomassan till biodrivmedel sker på olika sätt beroende på om det är etanol eller FT-diesel som tillverkas. Kostnaden för att tillverka biodrivmedel kommer därför att presenteras i två skilda avsnitt. Det är dock viktigt att poängtera att det i dagsläget är svårt att med säkerhet avgöra vad produktionskostnaden blir eftersom fullskalig produktion ännu inte har inletts. Nedan sker en presentation och sammanräkning av produktionsrelaterade kostnader såsom investerings- och underhållskostnader samt kostnader för extern tillförsel av gas, el och andra konsumtionsprodukter Etanol I en artikel i Bioresource Technology (2007) presenterar Wingren et al. resultaten från en processimulering av etanolproduktion i stor skala. Denna simulering presenterar bland annat en kostnadskalkyl för drivmedelsframställningen vilket gör det möjligt att räkna ut hur stor produktionskostnaden för etanol blir. Den totala kapitalkostnaden för byggnader, produktionsutrusning och diverse övrig utrustning uppgår i detta specifika fall till 80 MSEK för en anläggning med 150 MW installerad effekt. Prisuppgifter är hämtade från svenska leverantörer och den årliga amorteringskostnaden baserar sig på en avbetalningstid på 15 år samt en räntenivå på 6 %. Vidare utgår beräkningarna från att biprodukterna lignin och koldioxid kan säljas för 140 SEK/MWh respektive 0.03 SEK/kg samt en elkostnad på 250 SEK/MWh. Ångan som behövs i processen genereras genom att förbränna cirka 60 % av restprodukten lignin varvid 40 % blir kvar till försäljning. I tabell 6 redovisas de enskilda kostnaderna för framställning av etanol med biomassa som råvara. 23

24 Kostnad SEK/MWh etanol SEK/L etanol Kapital Restprodukter Elektricitet Kemikalier Enzymer Övrigt Total kostnad Tabell 6 Kostnadssammanställning för etanolproduktion. 52 Wingren et al. (2007) undersökte även vilka ekonomiska fördelar som fanns med att samlokalisera etanolfabriken med ett kraftvärmeverk eller en pappersmassafabrik och på så sätt köpa ånga från dem. Beräkningar visar på att en sådan samlokalisering är ekonomiskt fördelaktig om ångan kan köpas till ett pris lägre än 200 SEK/MWh (baserat på en ångkostnad på 0 SEK/ton och en energiåtgång på 2.2 MJ/kg producerad ånga). Vidare skulle en ökad biogasproduktion kunna minska kostnaden med cirka 0.2 SEK/L (34 SEK/MWh) då en mindre andel av restprodukten lignin skulle behövas för att producera ånga FT-diesel Den kostnaden som tillkommer för omvandlingen av biomassan till BTL-diesel beror till stor del av investeringskostnaderna i produktionsanläggningen. En anläggning med en hög produktionskapacitet leder naturligtvis till att de initiala investeringskostnaderna blir mycket stora, men bör ändå i slutändan ge en lägre kostnad per producerad liter av BTL-diesel. ECN(2005) har publicerat en rapport som behandlar marknadspotentialen i storskalig holländsk produktion av FT-diesel. Man bedömer i denna rapport att själva omvandlingsprocessen från biomassa till färdig FT-diesel kan göras av en kostnad så pass låg som 4,7 /GJ (3,2 /GJ för omvandlingen biomassa->syngas + 1,5 /GJ för syngas->diesel). En siffra som i jämförelse med andra verkar ganska låg, och framför allt gäller anläggningar i mycket stor skala (>2000 MW) Vi kan dock göra att antal jämförande beräkningar med den produktion av BTL-diesel som sker i Tyskland. Den anläggning som nu är under planering att påbörjas i staden Schwedt, och kan komma att stå klar till , kommer att vara av storleken 640 MW installerad effekt. De beräkningar man gjort för denna anläggning är att investeringskostnaden kommer att hamna strax över 800M, och dieselproduktionen kommer att uppnå ca 270 miljoner liter per år. 54 Om vi i detta fall gör beräkningar utifrån en avskrivningstid på 15 år och räntesats på 6 % skulle det innebära att vi får en årlig kapitalkostnad för investeringen motsvarande,3 % av den totala investeringen, vilket i nämnda fallet blir ca 82,4 M per år. Hur den totala investeringskostnaden kan tänkas fördela sig på olika delar av produktionsprocessen kan illustreras enligt figur nedan. 24

25 Figur Fördelning av investeringskostnader för olika förgasningsprocesser. Ändelse med D representerar BTL-diesel. 47 Kostnadsfördelningen beror som synes av använd metod och vilken produkt som tillverkas, men då vi här fokuserar på dieselframställning utifrån förgasning med entrained flow-teknik så är det de två staplarna till vänster som är intressanta. Förutom kapitalkostnaden beräknad ovan bör så klart även driftkostnaden beräknas. Då vi inte lyckats finna några sådana beräkningar specifikt för denna anläggning så använder vi samma uppskattningsmetod som i RENEW-rapporten, som utgår från procentuell andel av totala investeringskostnaden (total cost investment). 47 Se tabell 7: Tabell 7 Fördelning av driftskostnader. 47 Summerat så verkar det alltså rimligt att uppskatta den årliga driftkostnaden till ca 6,75% av den totala investeringen, och skulle då i detta fall bli ca 54M. Framställningsprocessen innebär ju dock inte bara produktion av FT-diesel, utan även biprodukter såsom nafta utvinns och också el som genereras. Värdet av dessa bör naturligtvis räknas in då vi uppskattar tillverkningskostnader för FT-dieseln. Vilka mängder av dessa som kommer att framställas i planerade anläggningar har vi tyvärr inte lyckats finna information om, och vi väljer därför att utgå från att andelarna är ungefär liknande de i Chorens nuvarande 25

26 Beta-anläggning. I denna utvinns 14,3 % nafta, och 6,4 % el som kan levereras till elnätet (utöver de 3 % av energiinnehållet som går till huvudprodukten). 6,4 % skulle i så fall innebära 41 GWh, vilket med 2008 års elpriser på ca 51 /MWh 55 skulle ge en förtjänst på ca 21,3 M om detta säljs. När det gäller nafta går det att räkna på en kompensation motsvarande ca 400 /ton 47, vilket totalt skulle innebära ytterligare ca 27, M för de nära ton som produceras. Anläggningen kan alltså utöver inkomster av såld FT-diesel väntas göra en årlig förtjänst omkring 4M från andra former av energi. När dessa inkomster från biprodukter dragits från de årliga kapital och driftkostnaderna återstår då ca 87,2 M. Dessa kostnader fördelade på anläggningens planerade produktion av 270 miljoner liter FT-diesel blir därmed 0.32 per liter drivmedel (338 SEK/MWh). Kostnaden för att producera en liter FT-diesel, utifrån de olika leden i produktionskedjan, kan därefter illustreras i ett diagram nedan (se figur 11 och ). Dessa uppskattningar pekar alltså mot ett produktionspris för BTL-diesel totalt på strax över SEK per liter, beräknat på produktion i en anläggning med 640 MW installerad effekt. Dock är siffrorna naturligtvis mycket osäkra eftersom denna typ av anläggningar och produktion ännu bara befinner sig i ett planeringsstadie. Priset för biomassan utgör också en osäkerhet, då det är svårt att bedöma hur prisutvecklingen här kommer att ske. Om vi istället hade räknat efter priset på skogsflis i dagsläget skulle literpriset för dieseln bli ca 1 SEK lägre. Transporterna är också beräknade relativt högt i det angivna literpriset. 7.4 Sammanlagd kostnad Den sammanlagda kostnaden för drivmedelsframställningen fås genom att summera kostnaden för produktion av bioråvaran, transport samt omvandling av biomassan till drivmedel. Kostnadssammanställningen redovisas nedan i figur 11 (SEK/L) och i figur (SEK/MWh) och de olika produktionskedjorna redovisas i tabell 8 Scenario Produktionskedja 1 GROT + kort transport + FT-dieselframställning 2 GROT + lång transport + FT-dieselframställning 3 energiskog + kort transport + FT-dieselframställning 4 energiskog + lång transport + FT-dieselframställning 5 GROT + kort transport + etanolframställning 6 GROT + lång transport + etanolframställning 7 energiskog + kort transport + etanolframställning 8 energiskog + lång transport + etanolframställning Tabell 8 Beskrivning över de olika scenarierna 26

27 Kostnadssammanställning FT-diesel respektive Etanol 8 3,2 Kostnad [SEK/l] ,2 1,24 2,18 3,2 3,2 2,42 2,42 1,24 2,18 1 1,77 2,42 1 2,42 1,77 Processomvandling (FT-diesel) Processomvandling (etanol) Transport (långt avstånd) Transport (kort avstånd) Råvara (flis från energiskog) Råvara (flis från GROT) 2 1 4, 4, 3,2 3,2 3,34 3,34 2,6 2, Scenario Figur 11 Kostnadssammanställning för olika produktionskedjor Värt att notera är att etanol har ett lägre energiinnehåll per liter än vad FT-diesel har. Detta innebär att kostnaden per MWh är högre för etanol än för FT-diesel trots att motsatt samband gäller med avseende på literkostnad. Valet att presentera kostnaden per liter har gjorts för att kunna ge en uppfattning om hur kostnaden ligger till jämfört med dagens pris på etanol och konventionell diesel. För att se kostnaden baserat på energiinnehållet hänvisas till figur Idag kostar stärkelsebaserad etanol 4,50 SEK/l att producera i Sverige. Världsmarknadspriset (Brasiliens pris) på etanol ligger idag på ca 3.80 SEK/l 56 men inom EU är etanolpriserna mycket högre eftersom det finns importtullar som skyddar EU:s marknad. Kostnaden för konventionell diesel var under 2008 ca 6 SEK/l exkl. skatter

28 Kostnadssammanställning Ft-diesel respektive Etanol Kostnad [SEK/MWh] ,2 131,1 338,2 230,4 338,2 131,1 338,2 230,4 4,2 16,5 4, ,2 16,5 4,2 300 Processomvandling (FT-diesel) Processomvandling (etanol) Transport (långt avstånd) Transport (kort avstånd) Råvara (flis från energiskog) Råvara (flis från GROT) ,5 435,5 338,2 338,2 566,1 566,1 440,7 440, Scenario Figur Kostnadssammanställning för olika produktionskedjor Ur figur framgår det tydligare att FT-diesel kan framställas till en lägre kostnad än etanolen. Vidare framgår det att flis från energiskog är den billigaste råvaran. 28

29 8 Miljöeffekter Som redan nämnts finns det stora miljömässiga fördelar med biodrivmedlen jämfört med de fossila. Utsläpp och klimatpåverkan från de konventionella drivmedlen, såsom bensin och diesel, beror till största delen på användningen i fordonet och egenskaperna hos den utvunna oljan. Medan en betydligt mindre del härrör från raffineringen och transport. För biodrivmedel är det snarare tvärtom. De stora insatserna av resurser och energi går åt i produktionsprocessen, för odling och förädling av råvaran till ett färdigt drivmedel. 57 Då beståndsdelarna i biodrivmedlet är av biologiskt ursprung är de i sig själva närmast koldioxidneutrala vid slutanvändningen. Det är därmed de förädlingssteg som råvaran genomgår som avgör hur mycket bättre eller sämre nettoeffekten av denna framställning är ur klimatsynpunkt i förhållande till bensin och diesel. För att få en fullständig bild av olika drivmedels egenskaper och effekter på miljön måste alltså samtliga steg i deras produktion användning tas med i beräkning, även kallat from well to wheel. 57 Till exempel är sockerrörsetanol från Brasilien ur klimatsynpunkt betydligt bättre än spannmålsetanol producerat i nordligt klimat. Etanol framställd ur cellulosa bedöms dock ha potential att bli betydligt bättre än den genomsnittliga spannmålsetanolen. Se bild nedan över uppskattade framtida nettoutsläpp av växthusgaser för några olika drivmedel. Figur 13 Nettoutsläpp gram koldioxidekvivalent per km. (källa VIEWLS) Längden av staplarna indikerar osäkerheten i de utförda undersökningarna. Vidare är utsläppshalterna beroende av vilket land produktionen sker i, och vilken processteknologi som används. 2