Daniel Wigren & Mikael Walther

Transkript

1 Daniel Wigren & Mikael Walther

2 Innehåll Förord 1. Inledning 1.1. Vad är biobränsle? 1.2. Varför biobränsle? 1.3. Biobränsle i världen 1.4. Biobränsle i Sverige Politiska styrmedel 2. Olika sorters biobränsle 2.1. Biobränsle från skogen Trädbränsle Skogsbränsle Skogsindustrins biprodukter Återvunnet trädbränsle Returlutar 2.2. Torv 2.3. Biobränsle från åkermark Energiskog Stråbränsle Oljeväxter 3. Framställning av energibärare av biomassa 3.1. Pyrolys 3.2. Katalytisk reduktion 3.3. Produktion av flis, briketter, pelletts och pulver 3.4. Pressning för oljeutvinning 3.5. Alkoholbränslen Etanol Metanol 3.6 Biogas Metanjäsning Förgasning 4. Förbrukning 4.1. Skogsindustrin 4.2. Uppvärmning Fjärrvärmesektorn Värme-, värmekraft- och kraftvärmeverk Småhusuppvärmning 4.3. Elproduktion Värme-, värmekraft- och kraftvärmeverk Bränslecell Fordonsdrift 5. Referenser

3 1. Inledning Biobränsle har alltid varit en viktig energikälla för människan. Det senaste århundradet har det dock levt en relativt undanskymd tillvaro. Idag, främst p.g.a. av miljöskäl börjar intresset åter vakna. Vi har börjat inse att vi måste ställa om vårt energisystem till ett långsiktigt hållbart. Denna rapport behandlar biobränsle som ett alternativ för ett framtida, uthålligt energisystem. Tyngdpunketn för arbetet har legat på själva bränslet och dess förädlingsprocess. Detta på slutanvändningens bekostnad. Trevlig läsning! Ha, ha, ha Vad är biobränsle? "Med biobränsle avses bränsle bestående av biomassa." 8 Biomassa är organiskt material som härrör från växternas fotosyntes. Vid fotosyntesen bildas, med växternas klorofyll som enzym (katalysator), kolhydrater och syre ur koldioxid vatten och solenergi (CO 2 + 2H 2 O + ljus O 2 + (CH 2 O) + H 2 O). D.v.s. solenergin omvandlas till kemiskt bunden energi. Fotosyntesen utnyttjar endast strålningen inom nm 7 (synligt ljus), vilket motsvarar 40-45% 7 av den vid jordytan instrålande energin. Den teoretiska verkningsgraden för fotosyntesen ligger runt 15% 7 (räknat på allt solljus). P.g.a. av växternas egen andning, vegetationstidens korthet, brist på näringsämnen och vatten blir dock den faktiska verkningsgraden, mellan instrålad energi och kemisk bunden sällan över 1%. Sett över hela jordklotet lagrar växterna endast 0,1% 7 av den solenergi som når jordytan. Den biomassa som bildas har i genomsnitt ett energivärde på mellan 4,5 och 5,0 kwh/kg 7 torrsubstans. I ved, som har ett relativt högt energiinnehåll kan energivärdet ligga en bit över 5,5 kwh/kg 7. Eftersom kemisk energi egentligen är potentiell energi har det lagrade energiinnehållet i biomassan principiellt sätt en exergifaktor på 100% Varför biobränsle? Idag baseras vårt energisystem till den klart största delen på energikällor som inte är långsiktigt hållbara, t.ex. olja och uran. Problemet är dels att dessa inte kommer att räcka särskilt länge men framförallt de bieffekter som användning av dessa för med sig. T.ex. växthuseffekt, risk för strålskador m.m. Om mänskligheten vill fortsätta sin positiva utveckling måste vi överge dessa källor och ersätta dem med andra, hållbara. Ju förr denna omställning ske desto större och bättre är våra chanser till en ljus framtid. Biobränsle använt på rätt sätt är ett långsiktigt hållbart alternativ. D.v.s. varken skövling av regnskogar eller ett stort uttag av torv är långsiktigt hållbart. Däremot en användning som ligger i balans med nyproduktionen. Ett hållbart biobränslesystem skulle inte bara ha fördelen att det aldrig tog slut utan även att det inte medförde några långsiktigt negativa miljöeffekter t.ex. växthuseffekt utsläpp av miljöfarliga ämnen m.m. Med växthuseffekten menas att solenergi fångas på jorden genom att s.k. växthusgaser, t.ex.co 2, CH 4, H 2 0 låter den kortvågiga strålningen från solen passera men reflekterar tillbaka den långvågiga från jorden. Detta medför att jorden får en högre medeltemperatur (15 o C) 2 än vad den annars skulle haft (-18 o C) 2. Det största problemet idag är att vi, genom förbränning av fossila bränslen tillför ett nettotillskott av koldioxid till atmosfären. Även om inte alla forskarna är eniga om hur mycket den mänskliga påverkan har och kan förändra vårt klimat finns det anledning att vara orolig. Fördelen med biobränsle är at de inte tillför något nettotillskott av koldioxid till atmosfären, då det kol de är uppbyggda av kommit från atmosfären i form av koldioxid. Detsamma gäller självklart för fossilbränslen men då under mycket större tidsperioder. Användning av biobränslen medför inte heller något nettotillskott av miljöfararliga ämnen, t.ex. svavel och tungmetaller, såsom användning av fossilbränslen gör. Allting som släpps ut till det biologiska systemet vid eldning har tagits upp från det vid uppväxt.

4 Kväveoxider bildas i någon mån vid all förbränning. Kväve från luften reagerar tillsammans med syre och bilder kväveoxider, NO x. Dessa reagerar sedan med vatten och bildar salpetersyra, HNO 3. Denna bidrar både till försurning och övergödning. Eftersom de flesta biobränslen innehåller kväve (inte alla högförädlade t.ex. etanol) skulle man kunna tro at det bildas mer kväveoxider än vid motsvarande förbränning av fossilbränslen. Endast ca. 20% 3 av kvävet i bränslet omvandlas dock till kväveoxider, samtidigt blir flamtemperaturen vid eldning av biobränslen (låg förädlade) lägre än vid eldning av fossilbränslen, p.g.a. det lägre värmeinnehållet. Detta leder till att kvävet reagerar slöare och det sålunda inte bildas så mycket kväveoxider. På det hela taget ger eldning av bio- och fossilbränslen ungefär lika stora kväveoxidutsläpp. En kort- och långsiktig anlednings till att vi i Sverige ska använda biobränsle är den samhällsekonomiska. Bränslet kommer från inhemska råvaror vilka inte bara gör oss mindre beroende av import utan också skapar nya arbetstillfällen och välfärd i landet Biobränsle i världen Världens totala energibehov är idag (1990) 105 PWh/år 6 (380 EJ). Den största delen, 79% 10 utgörs av fossilbränslen. Biobränslen står för mellan 10-14% 6 av det totala energibehovet. Det största tillskottet är i form av brännveds användning i U-världen, denna är dock inte alltid hållbar då den leder till skogsskövling och ökenspridning. Endast 3% 6 av den industrialiserade världens energi kommer från biobränsle. Av de industrialiserade länderna är det främst USA, Sverige, Österrike och Danmark som använder biobränsle kommersiellt. Världsledande då det gäller användning av biobränslen är Brasilien genom sin höga användning av etanol som motorbränsle. Energiförbrukning per region i Mtoe Källa: IEA Världens energiförbrukning (1990), PWh/år OECD-länder 48,8 Ekonomier i förändring 19,8 Utvecklings länder 36,1 Totalt 104,7 Källa: WEC Världens energiförbrukning per energikälla (1990), PWh/år Kol 25,6 24% Olja 36,1 34% Gas 19,8 19% Kärnkraft 5,8 5,6% Vattenkraft 4,7 4,4% Nya förnyelsesebara 2,3 2,2% Traditionell biomassa 10,5 10% Totalt 104,7 100%

5 Källa: WEC Den framtida energiförbrukning är i högsta grad osäker, framtidsprognoserna varierar i många fall med upp till 100% inom en femtioårsperiod. Klart kan dock ses att ökat välstånd inte kräver våldsamt ökad energiförbrukning. Trenden har i i-välden varit att energiförbrukning per producerat verkligt kapital drastiskt har minskat. Framtiden för biomassans roll i världens energiförsörjning ser delvis god ut men också osäker. Även om de flesta är överens om att biomassans roll i framtiden kommer öka så varierar prognoserna för läget femtio år framåt mellan 14% och 46% av försörjningen. Bl.a. beror det på att om biomassan ska bli en stor energikälla krävs att man odlar biobränsle. Vissa anser att vi i framtiden endast kommer kunna att odla mat på våra åkerarealer medan andra tror att det kommer bli väsentliga arealer över som lämpar sig för energiodling, mycket av detta beror självfallet på hur befolkningstillväxten ser ut. När det gäller lönsamhet är biomassa redan idag en betydande konkurrent och allteftersom tekniken utvecklar sig tror man att lönsamheten skall öka till biomassans fördel. Prognos för framtida energiförbrukning Källa År Totalt EJ/år Biobränsel EJ/år Renewable energy Renewable energy SHELL SHELL WEC WEC Greenpeace/SEI Greenpeace/SEI IPCC IPCC Biobränsle i Sverige Mot Sveriges landyta infaller det årligen ca TWh 7 solenergi av vilket ca 370 TWh 7 binds i biomassa. Av dagens (1996) svenska energiförbrukning på 484/619 TWh 5 står biobränslen (torv inkluderat) för 18/14% 5 (87 TWh) av den totala energiförbrukningen. Sveriges energiförsörjning 1996 Svensk (TW/h) ECE/FN (TW/h) Olja och oljeprodukter Naturgas 9 9 Kol och koks Lutar, ved, torv och avfall Spillvärme m.m. 8 - Vattenkraft, brutto Kärnkraft, brutto Elimport 6 6

6 Totalt Biobränsleandel 18% 14% Källa: Energifakta 5 Även om Sverige i dag är ett av de länder i i-välden som är längst fram när det gäller användning av biomassa ser framtiden forsatt god ut, främst p.g.a. av de stora tillgångarna och ett relativt stort miljömedvetande. Långsiktigt räknar man med att ett uttag av 200 TWh/år 2 är möjligt. Framtidsmålet är att 2020 ska biobränsle stå för 40% 6 av Sveriges totala energiförsörjning. Med nuvarande utbyggnadstakt ökar Sverige sin bibränsleandel med 3-4 TW årligen 3. Möjliga fysiska tillgångar på bioenergi i Sverige TWh/år Avverkningsrester Ved i småhus 10 Skogsindustrins biprodukter Avlutar Energiskog och energigräs Halm 11 Torv Avfall 15 Summa Källa: SOU 1992:90. Biobränsle för framtiden Politiska styrmedel Syftet med att använda styrmedel inom energiområdet är självfallet att styra produktion och konsumtion i önskad riktning. De styrmedel som finns är administrativa eller ekonomiska; lagbestämmelser respektive skatter, avgifter och bidrag. Lagstiftningen som är tillämpbar inom energifrågan har vanligtvis en vidare omfattning än endast inom energiområdet. Det finns dock vissa lagar som är skrivna direkt för energiområdet som t.ex. Ellagen och Lagen om vissa torvfyndigheter. Den lagstiftning som är tillämpbar inom energiområdet kan delas in i tre grupper: -marklagstiftningen reglerar exploatering av mark och vatten. -miljöskyddsslagstiftning skyddar mot skador på mark, vatten, luft och människor. -lagar som reglerar rätten att förfoga över energiresurser samt användning av energi. I de ekonomiska styrmedlen ingår det svenska energiskattesystemet. Detta innehåller skatter på olika energislag och energibärare samt avgifter på utsläpp av miljöfarliga ämnen från energisektorn. Sedan 1993 har Sverige, för att stärka inhemsk industri, differentierade energiskatter för tillverkningsindustri och övriga användare. Bränsle som används för elproduktion är befriat från energiskatt då beskattningen sker av elkraften. En översyn av energiskattesystemet påbörjades 1997 och beräknas vara klar 1999, dess främsta uppgift är att komma på sätt att gynna långsiktigt hållbara energislag. Koldioxidskatten infördes 1992 med avsikt att minska våra koldioxidutsläpp. Den beräknas utifrån kolinnehållet i bränslet. Koldioxidskatten på biobränslen är dock noll eftersom de inte bidrar till något netto utsläpp. Även bränsle avsett för yrkesmässig sjöfart och flygtrafik är befriade från koldioxidskatt. Den tillverkande industrin betalar endast 50% av koldioxidskatten. Svavelskatten för fasta och gasformiga bränslen utgår med 30 kr per kg svavel. Flytande bränslen beskattas med 27 kr/m 3 per viktsprocent svavel i bränslet. För flytande och gasformiga bränslen där svavelhalten understiger 0,1 viktprocent utgår ingen svavelskatt. Kväveoxidavgift omfattar alla pannor med en energiproduktion av minst 25 GWh per år. Avgiften uppgår till 40 kr per kg utsläppt kväveoxid. Skatter på energi den 1:e januari 1998 Industri* Övriga** Energi CO 2 Svavel Tot. kr/mwh Energi CO 2 Svavel Tot. kr/mwh Eo 1, kr/m Eo 5, kr/m Kol, kr/ton Gasol, kr/ton

7 Naturgas, kr/1000m 3 Torv, kr/ton Biobränslen * Företag som förbrukar energi- och koldioxidskattepliktiga bränslen (utom bensi) i industriell verksamhet eller för växthusuppvärmning vid yrkesmässig växtodling kan medges nedsättning av koldioxidskatten. ** Energiskatten på värmeproduktion i kraftvärmeverk är 50% av angivna värdet Källa: SVEBIO

8 2. Olika sorters biobränsle Biobränslen delas vanligen upp i grupper efter ursprung och typ. Exempel på huvudgrupper är trädbränslen, åkerbränslen och avfall. Undergrupper kan vara sådana som skogsbränsle, stråbränsle etc. 2.1 Biobränsle från skogen Sverige har i en internationell jämförelse god tillgång på biobränslen och då framförallt sådana som har sitt ursprung i våra skogar. Sverige täcks till 57% 7 av produktiv skogsmark, vilket motsvarar km 2. Så gått som hela denna yta ytnyttjas till att producera industriråvara i form av timmer och massaved. Årligen produceras det på denna areal 105 Mm 3 f. 3 brutto (54 Mton torrsubstans, 270 TWh 7 ), den årliga bruttoavverkning är endast 76,5 Mm 3 f. 3 vilket leder till att den svenska skogen hela tiden ökar i storlek (trots att löv, barr m.m. är medräknat i den ursprungliga siffran). Det finns alltså utrymmet för ett ökat uttag ur skogen och vilket skulle kunna utföras genom en ökad bränsleproduktion. Det biobränsle vi tar ut ur skogen delar vi i första hand in i två grupper: trädbränsle och returlutar Trädbränsle Trädbränslen är biobränsle med träd eller delar av träd som utgångsmaterial. Till skillnad från t.ex. returlutar har inte trädbränslen genomgått någon kemisk process. Idag använder vi årligen ca. 40 TWh 4 trädbränsle, där skogsindustrin står för ungefär 2/3 4, direkt uppvärmning av bostäder 15% 4 och resten ca. 20% 4 hamnar på den öppna marknaden med främst större värmeverk som köpare. Framtidsprognoserna för trädbränsle är övervägande positiva men mycket skiftande, t.ex. tror Skogsindustrierna att tillgången 2005 kommer att vara 53 TWh/år medan Skog-Industri-Marknad Studiers (SIMS) prognos ligger på 128 TWh/år. De flesta studier hamnar dock runt 100 TWh/år. Framtiden ser alltså ljus ut. Även om man idag närmar sig taket på vissa bränslekällor finns det rum för stora ökningar för en rad andra. Tillgång på trädbränslen (ej energiskog) Tillgång (TWh/år) Avverkningsrester -brutto -ekologisk hänsyn -netto Direkt bränsleavverkning -stamved från förstagallring -rötskadat virke etc. -övrigt Utnyttjat (TWh/år) 78,5-7,0 71,5 9,0 62,5 19,5 5,0 21,0 0,5 1,5 11,0 Industriella biprodukter 16,5 16,5 0 Återvinningsvirke 4,0 1,5 2,5 Totalt Källa: Kilowatten Fakta i energifrågan Ökningspotential (TWh/år) 19 3,5 10,0

9 Skogsbränsle Skogsbränsle är trädbränsle som inte haft någon tidigare användning. Skogsbränslet består till huvuddelen av avverkningsrester. Vid gallring eller slutavverkning går ungefär 75% 4 av avverkad biomassa till industrin. Den resterande delen utgörs av toppar, grenar och klena stammar. Även direkt bränsleavverkning, såsom brännvedshuggning och ungskogsröjning tillhör gruppen skogsbränslen. Vid upptagning av avverkningsrester går det oftast till så att man åker runt på hyggena och plockar upp resterna. Därefter transporteras det oftast direkt till förädlaren eller konsumenten. En allt mindre del sönderdelas direkt ute på hyggena idag, endast 20 till 25% 4 jämfört med ca. 60% 4 i slutet av 80-talet. Detta eftersom man genom senare sönderdelning gör förädlingsprocessen billigare samtidigt som man får bättre kontroll över lagring, kvalité och flöden. Skogsbränslet förädlas sedan i olika grad beroende vad slutprodukten ska bli. Skogsbränsle har samma miljöfördelar som alla andra biobränslen och övriga förnyelsebara energikällor. De miljöproblem man brottas med idag och måste lösa inför framtiden ligger vid utvinningen av bränslet. Dels uttaget i skogen som kan ge lokala negativa effekter såsom sönderkörning av mark m.m. Man är också orolig för att helträdsuttag långsiktigt ska rubba näringsbalansen i skogsmarken. D.v.s. marken lakas ut på t.ex. kväve och viktiga mineraler. När det gäller utlakningen av kväve är man idag inte särskilt orolig eftersom det på de flesta ställen idag snarare är ett kväveöverskott. Hur det blir i framtiden är dock osäkert, det kan bli frågan om kvävetillförsel (dock åtgår endast 2% 4 av energiinnehållet i skogsbränslet för spridning av den mängd kväve som förs bort). Men om man tittar på det en gång naturliga kretslopp med regelbundna bränder ser man att kvävet regelbundet fördes bort från marken. Rent miljömässigt blir det alltså förmodligen inga nackdelar, dock kan markens bonitet sjunka så att den producerar mindre. Problemet är istället framförallt de mineraler som i det naturliga kretsloppet stannade kvar på marken i form av aska. För att lösa det har man idag börjat, på försök med askåterföring till skogsmarken. Problemet med det systemet är, förutom att det inte är speciellt utvecklat, att man många gånger också eldar olika returprodukter tillsammans med skogsbränsle vilket gör att askan innehåller olika miljöfarliga ämnen. I de askåterförings system som är på försök idag sprids granulerad aska, med låg kolhalt (eldad i PFBC), antingen från traktorspridare eller helikopter. Det största miljöproblemet på kort sikt vid utvinning av skogsbränsle är transporterna från skogen till konsumenten. Eftersom skogsbränsle har betydligt lägre energivärde en t.ex. olja behövs det effektiva logistiksystem om det ska bli lönsamt att transportera skogsbränslen längre sträckor. Idag är transportsträckorna i regel små, vilket leder till att den för flis erfordrade energimängden för transport (10 mil) och flisning endast är 3% 3 av energiinnehållet. Skogsbränslet står idag (1993) för 19,7 TW/år 3 av Sveriges totala energitillförsel. Potentialen för skogsbränsle är mycket stor. De framtida tillgångarna styrs främst av avverkningsstorlek, ekologiska restriktioner och den tekniska utvecklingen. Man räknar med att man inom den närmaste perioden kraftigt kommer öka konsumtionen av skogsbränsle. Framtiden för skogsbränsle ser alltså ljus ut. Om man lyckas väl med att lösa problemen med askåterföring och transporter har vi en stor, enkel och långsiktig energikälla till ett lågt och stabilt pris.

10 Skogsindustrins biprodukter Skogsindustrins biprodukter såsom bark, sågspån och flis har det mesta gemensamt med skogsbränslet. Möjligen kan man säga att dessa biprodukter generellt är renare och har ett högre energivärde än skogsbränsle. Också att miljöpåverkan vid produktion är i det närmaste är noll eftersom inga speciellt påfrestande processer genomförs vid utvinningen av bränslet. Det följer ju med vare sig när man tar ut timmer. Skogsindustrins biprodukter står idag för 16,2 TWh 3 årligen av Sveriges energiförsörjning. Idag är potentialen i stort sett tömd, d.v.s. allting används, så framtiden beror i högsta grad på skogskonjunkturen samt ev. nya användningsområden Återvunnet trädbränsle Återvunnet trädbränsle är sådant som haft tidigare användning såsom emballage och rivningsvirke. Endast en mindre del av denna typ används idag för bränsleproduktion trots att potentialen är stor. Detta beror främst på att virket är förorenat med bl.a. murbruk, färg och spik. En av fördelarna idag med återvunnet trädbränsle är att det finns stora kvantiteter till ett mycket lågt pris. Genom att Sverige är med i EU kan vi importera s.k. returträflis (RT-flis) framförallt från Tyskland och Holland. Dessa länder har nämligen ingen utbyggt system för eldning av fastbränsle och p.g.a. av höga deponiavgifter kan man hålla ett lågt pris på RT-flisen. Den biliga importerade flisen pressar självfallet priset på den inhemska. Den årliga förbrukningen är ca. 4 TW/h 3. Upptagningen av RT-flis och d.y.l. är relativt enkel. Man flisar på plats eller låter avfallet transporteras till en större flisningsstation. Därefter transporteras det till den slutliga konsumenten, vanligtvis ett större värmeverk. Fördelarna med det återvunna trädbränslet är att det är billigt och har ett högt värmevärde (hög torrhalt). Den största nackdelen är att den är smutsig och kan innehålla många okända ämnen vilket kan störa förbränning och producera miljöfarliga rökgaser. I framtiden kan också priset öka när det blir ett mer eftertraktat bränsle om man ner i Europa bygger ut sin kapacitet för förbränning av fastbränsle. Även om det finns viss potential tror man att vi inom de närmaste tio åren kommer ligga kvar på dagens förbrukning, d.v.s. ca. 4 TWh/år Returlutar Vid kokning av träflis för pappersmassa frigörs limämnet, ligninet i veden. Restprodukten från denna process blir ett högvärdigt bränsle, s.k. svartlut. Årligen (1993) står dessa för 32,1 TWh 17 vilket motsvarar ca. 42% av den totala tillförseln av bioenergi. Den mesta av denna energi används dock vid tillverknings processen, dels för produktion av el men främst för produktion av processånga. Det som inte används vid tillverkningen går antingen ut i form av elenergi på nätet eller som fjärvärme för uppvärmning av lokaler. Miljöfördelen med returlutar jämfört med andra biobränslen ligger i att produktionen inte medför någon enskild belastning eftersom processen är nödvändig vid produktion av papper. Problemet med dem är att de är blandade med soda (NaOH), som används vid kokningen av veden, vilket kräver mycket speciella pannor vid förbränningen. Tillgången på returlutar beror liksom skogsindustrins biprodukter i högsta grad på konjunkturen inom skogsnäringen. En möjlighet för framtiden är en modernisering av användningen av lutarna. T.ex. en förädling vilket skulle kunna framställa ett lämpligt gasturbinbränsle så att verkningsgraden för hela processen ökade, framförallt exergimässigt. 2.2 Torv Sverige täcks till en fjärdedel (10 milj. ha 9 ) av torvmark. Torvmarker uppkommer genom igenväxning av sjöar och försumpning. Eftersom försumpning upplevs som ett hot mot skogs- och jordbruket har ha 9 av den torvtäckta skogsmarken och av jordbruksmarken dikats ut. För uttag av energitorv har 7000 ha 9 dikats ut. Idag används i Sverige torv i ett tretiotal kommunala värmeverk och till en mindre del i industrin. Den enskilt största förbrukaren är Uppsala Energi som årligen förbränner 1 TWh användes sammanlagt 3,5 TWh 9 torv inom fjärrvärmesektorn. Torvbrytning medför självfallet en kraftig miljöpåverkan på närområdet där brytning sker. Den regionala påverkan kan dock med modern teknik minimeras så att förändringar på t.ex. vattenkvalitet blir små. De torvmarker som idag finns i Sverige har alla uppstått efter den senaste istiden, d.v.s. kolet som är lagrat i dem är taget ur atmosfären de senaste åren. Torvmyrar bidrar alltså till en minskning av atmosfärens

11 koldioxidhalt. Samtidigt avger de bl.a. metangas, som är en värre växthusgas än koldioxid så huruvida naturlig torvbildning ökar eller minskar växhuseffekten är inte riktigt klarlagt. För att utvinningen av torv ska ses som långsiktigt hållbar måste nybilandet av torv vara högre än uttaget. I Sverige bildas det årligen TWh 2, i SVEBIO:s energiscenarium står torven för 12 TWh vilket understiger nybildningsnivån. Framtiden beror främst på miljömässiga restriktioner, teknisk utveckling och konkurens från andra, främst förnyelsebara energikällor som på många sätt kan tyckas vara bättre. 2.3 Biobränsle från åkermark Energiskog Energiskogsbränsle är ett trädbränsle från snabbväxande trädarter som odlats på jordbruksmark, speciellt för energiändamål. Denna produktion har växt upp under de tio senaste åren främst p.g.a. överproduktion av vanliga spannmåls produkter. Istället har stöd givits till odling av snabbväxande trädsorter, t.ex. olika Salixarter som lämpar sig väl för bränsleproduktion, s.k. energiskog. Anläggning av sådana odlingar har dock mött mostånd från bönderna och för att energiskog ska bli riktigt intressant krävs högre priser på salixflis eller alternativt riktade bidrag för odling odlades energiskog på ha 4 i Sverige. Odling av energiskog lämpar sig på de flesta jordmåner. Omloppstiden för en odling beräknas till mellan 20 och 30 år. Själva odlingen går till så att man först planterar varefter man efter fyra till sex år kan ta ut sin första skörd. Därefter låter man plantorna slå rotskott och man kan efter 1-2 år återigen skörda. På detta sätt forsätter man sedan under odlingens livslängd. Plantering och skörd sköts vanligen av speciella entreprenörer medan den enskilda jordbrukaren kan sköta skötsel såsom gödsling själv. Avkastningen på en god etablerad odling brukar ligga på mellan 9 och 10 4 ton torrsubstans per ha och år. Den positiva miljöpåverkan med energiskog är densamma som för övriga biobränslena. När det gäller det negativa ligger kritiken främst på användningen av gödsel, bekämpningsmedel och påverkan på landskapsbilden. För att uppnå god avkastning måste energiskog gödslas, dock cirkulerar näringen inom beståndet så efter några år kan gödslingen minskas. Salix har dessutom väldigt långa rötter som ligger i jorden året om och suger upp näring, vilket leder till minskat näringläckage. Kemiskogräsbekämpning görs endast av vid anläggning av odlingen (vart 20 år). Landskapbilden beträffande så är det svårt att göra någonting åt vare sig man tycker det är vackert eller fult. Dock kan det extremt täta salixbeståndet bli en god miljö för fåglar och småvilt. Salix tar upp ovanligt mycket kadmium ur marken. Detta kan i framtiden leda till restriktioner beträffande askhantering. Man bedömer dock att det i ett framtida, väl utbyggt biobränslesystem ska gå lätt att separera kadmium och aska vilket kan göra salix till ett kraftfullt sätt att rena åkerjord från, redan idag betänkligt höga kadmiumhalter. Rent allmänt är energiskogsproduktion är ett miljömässigt bättre alternativ än motsvarande spannmålsproduktion. Den ekonomiska skillnaden mellan att odla energigrödor och odling av livsmedelsgrödor är att man får avställningsbidrag på de arealer man odlar på. Detta medför att produktion av energigrödor kan bli e klart intressantare alternativ en motsvarande produktion av livsmedelgrödor. Odling av energigrödor, och då främst energiskog har näst skogsbränslen störst framtidspotential. Ungefär 10% av Sveriges totala åkerareal, ha 4 räknar man lämpa sig för energiskogsodlingarna vilket skulle kunna motsvara 30 TWh/år 1. De tekniska problem är idag till stordel lösta utan det vi måste överbygga är främst de ekonomisk. Idag är lönsamheten alltför dålig eller osäker för att flertalet bönder ska satsa på energiskog. En annan framtida fråga är också om vi kommer kunna ha råd att producera energi på mark som skulle kunna användas för livsmedelproduktion med alltfler munnar att mätta Stråbränsle Förutom salixodlingar finns det andra sätt att "odla energi" på åkermark. Energigräs, eller rörflen som den vanligaste sorten heter är den gröda som näst salix ger störst avkastning biomassa per hektar. Vid kommersiell odling bedöms avkastningen ligga på mellan 7 och 8 2 ton per hektar och år. Idag odlas endast ca 5000 ha 2 i Sverige, de flesta är odlingar som anlades i början av 90-talet då

12 jordbrukspolitiken gynnade omställning till energigrödor. Sen dess har dock den uppodlade arealen minskat främst p.g.a. något höga produktionskostnader samt att det inte funnits någon avsättning för den färdiga produkten. Rörflen lämpar sig annars som råvara för olika högförädlade bränslen. Andra stråbränslen som kan lämpa sig för energiproduktion är hö och vanlig spannmålhalm. Idag är användningen i princip lika med noll men i framtiden kan det bli ett intressant alternativ bl.a. för etanoljäsning Oljeväxter Odling av s.k. oljeväxter främst raps och rybs har pågått under en längre tid. Produktionen har dock främst haft användning som livsmedels fett. Genom överskott och pressade priser på jordbruksprodukter har andra användningsområden blivit uppmärksammade. Det som blivit mest intressant är odling för energiproduktion. Fördelen med oljeväxter som energigröda är att den är relativt enkel att odla samt att lantbrukaren redan har en komplett maskinpark. När det gäller raps och rybs så använder man dessutom samma sorter och kvaliteter vid energiproduktion som vid vanlig livsmedelsproduktion. Förutom raps och rybs används även lin och senapsfrö för oljeproduktion. Miljöpåverkan vid odling av oljeväxter kan jämställas med annan spannmålsproduktion. D.v.s. kväveutsläpp, användning av bekämpningsmedel m.m. är i princip densamma. Relativt t.ex. energiskogodling är den alltså högre. Det som idag är lockande med oljeväxter är att man på ett enkelt och biligt sätt kan omvandla dem till högvärdiga bränslen, vilket givit dem ett symbolvärde. Framtiden beror förutom på hur det rent allmänt går för biomassa som energislag också i hög grad på hur det går för andra konkurerande biomasse alternativ. Detta främst p.g.a. den relativt höga miljöbelastningen vid odling. 3. Framställning av energibärare av biomassa Man utnyttjar aldrig den ursprungliga råvaran vi användningen av biobränsle, förädlingsgraden varierar dock kraftigt; Allt ifrån vedbiten som vi lägger i brasan till etanolen som vi kan köra bilen på. Förädling av råvaran sker främst av tre syften: att öka energiinnehållet per massa och volym, homogenisera samt förenkla handhavandet och den slutliga energiutvinningen - förbättra förbränningsegenskaperna Pyrolys Med pyrolys omvandlar man organiska material till andra energibärare. Detta genom upphettning under starkt begränsad syretillförsel. Vid lågtemperatur pyrolys upphettas materialet till max 500 o C medan man vid högtemperatur pyrolys jobbar vid högre temperaturer. Utgångsmaterialet som består av en mängd stora komplicerade kolvätemolekyler sönderdelas till mindre. Mer än 80% 7 av ursprungsmaterialets värmevärde kan utnyttjas genom pryolysprodukterna Vid pyrolys av cellulosa som är det dominerande materialet i trä, sly och halm bildas en gasblandning som består av t.ex. vätgas och metan. Det bildas också en flytande fraktion som är uppdelad i pryolysolja och vatten (tjärvatten). Pryolysoljan kan destilleras och användas till motorbränsle. I vattenfraktionen finns bl.a. metan löst, som är ett utmärkt bränsle men också bl.a. ättikssyra och B-tjära. Processen för pyrolys har sedan länge varit känd. Den användes bl.a. förr vid framställning av träkol och tjära. Ganska intensiv forskning pågår idag runt metoden. Pyrolys används idag inom den kemiska industrin. I dagarna håller ABB Stal på med ett projekt som undersöker om det går att elda restprodukterna från processen. Framtiden för metoden beror framförallt på hur tekniken i allmänhet och ekonomin utvecklar sig Katalytisk reduktion Vid katalytisk reduktion blandas organiskt material med kolmonoxid vid ett tryck på 300 bar och temperatur på o C. Biomassan omvandlas till en olja med ett värmevärde på ca. 9 kwh/kg 7. Ungefär 80% 7 av kolet i cellulosamaterial omvandlas till olja. Metoden ligger ännu så länge i forskningsstadiet och framtiden beror mycket på hur tekniken utvecklar sig.

13 3.3. Produktion av flis, briketter, pellettar och pulver Flis, briketter, pelletar och pulver används idag främst för uppvärmningsändamål men försök med användning av pulver som drivmedel har också gjort. Förädling till dessa typer genomförs främst för att homogenisera, förbättra förbränningsegenskaperna samt höja värmevärdet på bränslet. Den inhemska produktionskapaciteten idag ligger på ton/år 2 för briketter, ton/år 2 för pellets och ton/år 2 för pulver. Vid framställning av flis och pulver används idag de flesta sorters trädbränsle medan man vid produktion av pelletar och briketter främst använder biprodukter från trävaruindustrin. Även andra råvaror såsom stråbränslen kan användas, främst för pellett- och brikettering. Genomsnittliga data för förädlade trädbränslen Effektivt värmevärde (MWh/ton) Askhalt (%) Volymvikt Fukthalt (%) Träpellets och briketter 5 <1-3,5 700 kg/m3s <10 Träpulver 5 <0,8 220 kg/m 3 <4 Torrflis 3,5 1 0,3-0,6 210 kg/m3s Bark/torrflis 2,3 1 1,5-3,0 310 kg/m3s Källa: Södra Vid tillverkning av flis förebehandlas oftast råvaran genom att den får ligga och torka. Därefter flisas den, antingen på plats i skogen eller vid en större uppsamlingsplats. Sedan tillkommer ytterliggare lagring och torkning eller eventuellt levereras flisen direkt till kund. Träbriketter som är den idag vanligaste typen av briketter tillverkas genom att ett grovt sönderdelat material komprimeras i en s.k. brikettpress. Utgångsmaterialet är oftast sågspån eller flis som har en fukthalt på ca. 10%. Dessa går sedan in en press vilken i Sverige vanligen är av kolvtyp. Denna består av en rörlig kolv som pressar ut materialet genom ett avsmalnande munstycket. Vid passagen genom munstycket uppstår kraftig friktion och materialet upphettas kraftigt, vanligtvis mellan 150 och C. Därefter får den pressade briketten passera en lång kylbana. Under avkylningen får ångan i briketten chans att kondensera vilket är nödvändigt för att briketten ska behålla sin form. Förutom kolvpressar finns det även skruvpressar vilka fungerar på ett liknande sätt, frånsätt att den pressande kraften alstras olika. Vilken pressmetod man väljer beror på ingångsmaterialet och den färdiga brikettens storlek. Briketten får en densitet på ca. 1,2 kg/dm 3 4 medan fukthalten i stort sätt är densamma som innan pressning. En av fördelarna med brikettering av "vedmaterial" material är att man slipper tillsätta något bindmedel. Vedens naturliga bindmedel, ligninet räcker nämligen för att hålla ihop briketten. Även om tillverkning av pellets till grunderna liknar den vid brikettering finns det en del detaljer som skiljer. Framförallt så måste utgångsmaterialet vara finare. Av den anledningen använder man idag främst sågspån. Först går dock spånet genom ett såll samt en metalldetektor för att ta bort grus, metaller samt andra föroreningar. Eftersom sågspånet oftast är relativt blött, >50% måste det torkas. Vanligtvis sker det genom att heta gaser får passera spånet. Man använder även en viss del kutterspån vid pelletstillverkning. Fördelen med detta är att man slipper torkning eftersom fukthalten generellt sätt redan är den rätta. Efter torkning, fukthalt ca. 10% går råvaran in i kvarnen. Där mals det till en finare och homogenare massa. Sedan tillsätts vanligen ett bindmedel (inte alltid nödvändigt) innan det går till själva pelleteringsmaskinen, pressen. Denna kan bestå av en matris (trumma med hål) i vilken ett antal valser går runt. Dessa pressar det finmalda spånet, under högt tryck ut genom hålen i matrisen. Vid utpressningen skärs eller bryts pelletarna av till lagom längder. Därefter, p.g.a. värmen som utvecklas vid pressning kyls de ner för att få en högre hållfasthet. De färdiga pelletarna paketeras sedan och distribueras till konsumenten. Metoderna för förädling av biobränsle till briketter eller pelletts går ut på en kompaktering av utgångsmaterialet. En annan metod är att producera ett finkornigt pulver som kan eldas direkt i en fribrinnande låga. Tillverkningen av träpulver kan delas in i fem olika steg; flisning, förmalning, torkning, finmalning och siktning. Flisningen går till som i processerna ovan. Efter flisning grovmals råmaterialet till en maximal bitstorlek på drygt 10 millimeter. Därefter torkas det tills det når en fukthalt på ca. 5%. Sedan går materialet till finmalning där maxstorleken minskas till ca. 1 mm. Detta värde verifieras sedan genom siktning innan det färdiga pulvret går till konsumenten. Framtiden för medelförädlade, biobränslen ser god ut. Den inhemska produktionskapaciteten har fördubblats på 2-3 år 2 och en forsatt ökning pågår. Allteftersom omställningen av vårt uppvärmningssystem pågår kommer biobränslen, och då främst sådana som beskrivits här bli mer och mer intressanta.

14 3.4. Pressning för oljeutvinning Genom pressning av bl.a. raps- och linoljefrö kan man framställa en olja med en mängd olika användningsområden. En av dessa är som bränsle. Redan idag används tekniskbehandlad rapsolja s.k. RME som motorbränsle för vanliga dieselbilar. RME lämpar sig som ersättningsbränsle för diesel. Dagens moderna diesel motorer kan till stor del köras både på RME och vanlig diesel. Vid tillverkning av RME används vanlig rapsolja till vilken man tillsätter etanol och soda. Restprodukten från framstälningen blir djurfoder och glycerol. En miljömässig nackdel med RME är att utsläppen av kväveoxider är något högre än för dieselolja. Utsläppen av partiklar, kolväten och svaveldioxid blir dock lägre vid RME drift. Framtiden för växtoljor som bränsle ser kortsiktigt mycket god ut. På lite längre sikt kan dock den enkla tekniken som fodras vid framställning av oljan vägas upp av den relativt hårda miljöbelastningen vid odling. Andra alternativ såsom etanol från trädbränsle kan bli attraktivare när tekniken utvecklats. Även produktionskapaciteten för oljväxter är begränsade, man räknar med att växtoljor i framtiden kan ersätta 1-3% 2 av dagens svenska diesel konsumtion Alkoholbränslen Etanol Tillgångar: Den potensiella tillgången på råvaror för produktion av etanol är mycket stor i Sverige. Enbart restprodukter efter skogsaverningar, grenar, topper och rötskadade träd beräknas kunna ersätta ca 1/3 av dagens bensin förbrukning i landet. Där till finns stora potentialer för energiskogar, i en tid där samhället betalar stora belopp för att sätta marken i träda. Returfibrer från sopor och avfall är också en råvara som kan förädlas till etanol. Den snabbt ökanande efterfrågan på motoretanol täcks för tillfället bl.a genom import av det s.k vinöversottet som genererar ca ton etanol per år. I dagsläget importerar vi 80 procent av den m 3 etanol vi använder. En utbyggnad av inhämsk spannmålsbaserad etanol tillverkning ligger nära tillhands, om en tillfällig skattefrihet kan garanteras. Detta förkommer i exempelvis Frankrike, där etanol tillverkningen är skattebefriad under en tio års period. Detta skulle leda till att Sverige på kort tid skulle bli självförsörjade och det skulle även generera flera tusen nya jobb. Men på kort sikt ligger dock den stora potentialen i cellulosa baserad etanol. Man skall nog inte se etanol som ett totalt substitut till allt fossilt bränsle inom transport sektorn, men tillsammans med grön el, biogas och andra bioalkoholer är etanol den enda uthålligt hållbara vägen till förnyelsebar energi för framtida transporter. Teori Etanol framställs genom jäsning av stärkelse och socker från spannmål eller cellulosa haltiga produkter som returpapper, skogsrester, energiskog och spån. Mycket kraft har lagts ned för att finna bättre metoder att omvandla cellulosa till etanol. Dagens konventionella metod är att sönderdela cellulosan med hjälp av en syra, och sedan jäsa den frigjorda glykosen till etanol. Ett stort problem idags läget är att dagens processer inte klarar av lövvedenscellulosans och sädens femringade sockerarter och därför blir etanol utbytet förhållandevis lågt. Men intensiv forsning pågår för att utveckla metoder för att jäsa också den s.k pentosen (femringade sockerarten). Svenska forskare i Lund ligger lågt framme i sin forskning. Men metoden har inte fått sitt riktiga genombrott än, men delar har precenterats i laboratorieskala. En annan processväg är att producera etanol med hjälp av svampar. Varför skall man använda etanol? Det viktigast skälet till att använda etanol är att det är koldioxid neutralt. Den mängd koldioxid som finns i massan är ju en gång upptagen ur luften, så biomassan bidrar ju inte med någon ny koldioxid, som fossila bränslen gör.

15 Användnignsområden Den största mängden kommer troligtvis att användas för fordonsdrift. Etanolbilar har ungefär samma räckvid som vanliga bilar. Dessutom är tekniken inte så komplicerad som med de andra alterativa bilarna. Det går att köra en vanlig otto-motor på etanol, man behöver bara ändra inställningarna. Man kan redan i dagsläget kan man blanda i ca 10 procent etanol i en vanlig bensin bil, utan att ställa om bilen. Detta har redan gjorts på många håll, och det är ganska vanligt i USA. Ett hinder är dock att distrubutionsnätet ännu är dåligt utbyggt. Ett sätt att lösa det problemet är att ha flexibla bränslesystem som klarar av allt från ren etanol till ren bensin. Denna teknik kallas FFV (Flexible Fuel Vehicle). I en otto motor med FFV teknik, sitter det en sensor som känner av vilken blandning man har på bränslet, och optimerar sedan inställningarna efter denna. En så länge serie tillverkar endast ett företag dessa bilar, men alla större bil företag har lösning och teknik för att kunna producera dessa bilar. Det ända hindret är att de inte ser det som lönsamt än, men om konsumtionen av etanol skulle öka så skulle många företag vara med och konkurera, vilket skulle sänka priserna. En standard som utvecklats är en blandnign mellan etanol och bensin i proportionerna 85/15 som fått bemämningen E85. Denna standard kan leda till att vanliga motorer utan FFV teknik, kan ställas in för att köras endast på E85. Men detta kräver som sagt att destrubutionsnätet byggs ut. Anledningen till man inte kör på ren etanol är att det lätt fryser på vintern. Ekonomi I dags läget är det ungefär 6 gånger så dyrt att producera etanol som att producera vanlig bensin. Men etanol har inte alls det skyhöga punkt skatterna som bensin har. Där E85 är som dyrast kostar den 6,30 kr /liter. Men man måste även räkna med att man får en höjd bensinförbrukning med ca 30 procent, vilket gör att priset hamnar kring 8 kr /liter. Framtiden ser ljus ut för etanol. I dagsläget så kostar bensin och etanaol ungefärlika mycket om man räknar med en höjd bränsle förbrukning med 30 procent i motorer som körs på etanol. Med inom en tio års period räknar man med att kunna få en etanolmotor att dra lik mycket bränsle som en vanlig bensin motor. Detta skulle gör att etanol som har ett lägre pris per liter än bensinen, skulle få ett rejält uppsving. Om man sedan också kunde börja mass producera etanol i Sverige, så skulle kostnaderna kunna reduceras yttreligare. Dessutom räknar OECD med att priset på olja under de närmaste 40 åren kommer att öka. Även priset på motorer kommer att minska när dessa kommer att massproduceras. Detta skulle betyda att man skulle kunna köpa en etanolbil för samma pris som en vanlig bensin bil, och att bränslet skulle bli billigare. Miljöpåverkan Utsläppen av försurande kvävedioxider halveras och avgaserna är helt rena från sot, svavel och sk polyaromatiska kolväten (cancerframkallade ämnen son finns i både bensin- och diesel avgaser).däremot kan etanolfordonens avgaser innehålla små mängder ättika. Det är ofarligt men luktar illa. Men detta kan avhjälpas med en katalysator, som tar bort lukten. Men det viktigast skälet till att använda etanol är att det är koldioxid neutralt. Den mängd koldioxid som finns i massan är ju en gång upptagen ur luften, så biomassan bidrar ju inte med någon ny koldioxid, som fossila bränslen gör. Mest besvärand ur koldioxid synpunkt är idag transportsektorn som nästan totalt domineras av fossila bränslen. Nuläge och framtid Idagsläget körs cirka 300 bussar runt om i landet på etanol, och allt fler kommuner övergår till att succesivt byta ut diesel mot etanolbussar. Svensk fordonsindustri är i dagsläget världsledande med etanol för tunga fordon, med företag som Scania och Volvo. Det finns runt om i världen länder som har kommit mycket långt med anpassningen till etanol. Ett exempel är det världsledande Brasilien, som idag har 4,5 miljoner fordon

16 som drivs på ren etanol. Resterande 4,5 miljoner körs på blandbränsle med upp till 22 procents etanolinblandning. Anledningen till att Brasilien ligger så långt fram är att man har ett enormt överskott av sockerrör. Det är av dessa man producerar sin etanol. Då kan man ju fråga sig hur framtids utsikterna ser ut för Sverige? För att etanol ska bli ett alternativ till bensin och diesel i Sveriga måste vi utgå från billiga och lättillgängliga råvaror. Inhemsta råvaror som är aktuella är avfall från skog, jordbruk och hushåll. Gemensamt för dessa är att de alla innehåller cellulosa som kan brytas ner till socker för att sedan jäsas till etanol. Andra viktiga förutsättningar är att håller fast vid E85 standarsen och att man fortsätter att bygga ut distrubutionsnätet. Om standarsen bevaras behöver man inte bygga om dagens bilar utan man behöver bara ställa om inställningarna Metanol Tillgångar: Tillgången på metanol är mycket svår att uppskatta. Metanol kan utvinnas ur både biogas och ur biobränsle från skogen. Den tillgängliga mängden biometangas har ett max tak på cirka 13 TWh, men då skall man komma ihåg att gasen produceras över hela landet, så det är nog ingen större mening med att omvandla den delen till metanol. Detta skulle nog inte bli lönsamt att på många platser i landet omvandla små mängder biogas till metanol, och det skulle nog inte heller bli särskilt lönsamt att flytta biogas till någon större anläggning för omvandling. Om man istället ser till den del metanol som skulle kunna produceras ur den del metangas man får vid förgasning av biobränsle, så har man en råvara med mycket stor potential. Men det beror ju på vad man väljer att använda gasen till. Metanol produktionen kommer troligtvis få hård konkurens i från kraftvärmeverk som vill ha gasen till sina gasturbiner. Teori Metanol erhålls genom torrdestillation av trä sk pyrolys som innebär att man upphettar träet utan syretillförsel. Vanligast är att man framställer det genom reaktion mellan kolmonoxid och väte. CO + 2 H2 CH3OH Reaktionen sker med hjälp av katalysatorer och vid ett visst tryck och temperatur. Men metanol utvinns också idagsläget ur naturgas, som huvudsakligen består av metangas. I och med detta kan man även utvinna metanol ut biogas, eftersom den också består av metangas. Det är även möjligt att utvinna metanol ur andra biobränslen. Metanol liknar etanol till funktion och och effektivitet, men är krävande att utvinna och påverkar detaljer i bilar så mycket att bränslesystemets plast och gummimaterial lider skada. En annan negativ effektär att tanken måste ha ett starkt korrisionsskydd. Man kommer troligtvis inte att använda metanol för drift av vanliga otto motorer i framtiden. Där emot kan metanol bli ett vässentligt drivmedel till bränsleceller i bilar. Men det kommer troligtvis att få hård konkurans av etanol, som är enklare att tillverka. Ekonomi Om tekniken att omvandla metanol till vätgas skulles lyckas fullt ut, kommer det betyda ett rejält uppsving för metanol produktion. Om metanol skulle börja massproduceras så skulle det leda till att det blev riktigt lönsamt. Men i dagsläget är det ganska dyrt och krävande att producera metanol. Det är ungefär 10 gånger så dyrt att producera metanol som att producera vanlig bensin. Men metanolen har inte alls de skyhöga punktskatter som bensin har. Miljöpåverkan Utsläppen av försurande kvävedioxider halveras och avgaserna är helt rena från sot, svavel och sk polyaromatiska kolväten (cancerframkallade ämnen son finns i både bensin- och diesel avgaser).däremot kan etanolfordonens avgaser innehålla små mängder ättika. Det är ofarligt men luktar illa. Men detta kan avhjälpas med en katalysator, som tar bort lukten. Men det viktigast skälet till att använda metanol är att det är koldioxid neutralt. Den mängd koldioxid som finns i massan är ju en gång upptagen ur luften, så biomassan bidrar ju inte med någon ny koldioxid, som fossila bränslen gör. Mest besvärand ur koldioxid synpunkt är idag transportsektorn som nästan totalt domineras av fossila bränslen.

17 Nuläge och framtid Om tekniken med omvandling av metanol till vätgas slår fullt, skulle det betyda metanol skulle bli en mycket hett eftertraktad vara. Detta skulle effektivicera produktionen och få ner produktions kostnaderna. Många tror att metanol kommer att bli framtidens drivmedel Biogas Metanjäsning Tillgångar De olika kategorierna som kommer på tal är jordbruksavfall, livsmedelsavfall, hushållsavfall och humanavfall. Detta avfall innehåller en sammanlagd energi på ca 93 PJ/ år (högt räknat). Om man skulle stoppa in denna mängd i en biogas reaktor, så skulle man få ut en gas med en sammanlagd energi på ca 13 TWh (46,5 PJ), vilket motsvarar bussars energiförbrukning per år. Teori Själva jäsningsprocessen går till så att man lastar in det organiska materialet i en lufttät behållare. Sedan bryter bakterier ner det organiska materialet som innehåller kol. Eftersom processen sker i en syrefri miljö bildas en gas. Denna gas kallas biogas och innehåller den brännbara gasen metan (CH 4 ), koldioxid (CO 2 ), vatten (H 2 O), samt mindre mängder av andra komponenter. Men biogas bildas även spontant i naturen där, processen fortgår i en syrefri miljö där organiskt material finns tillgängligt, exempelvis i mossor och sjöbottnar samt i magen hos idisslare. Men det har visat sig tekniskt svårt, och därmed olönsamt att ta tillvara på den spontant bildade gasen. Det skulle uppstå vissa problem om varje kossa skulle ha en slang i baken som tillvara tog den bildade biogasen. Hittills har biogasen främst utvunnits ur slam från reningsverk och från avfallsupplag. Vad kan man jäsa för att utvinna biogas? Rent tekniskt sett är biogas produktion genom jäsning inte så krångligt. Det finns redan tekniker för att utvinna biogas ur organiska restprodukter, avloppsvatten och odlad biomassa. Men det går i stort sett att utvinna biogas ur allt organiskt material. Det som är gemensamt för dessa, är att man i samtliga fall använder en lufttät tank för att skapa en syrefri miljö, så lik den spontana som möjligt. Den tank man använder sig av brukar kallas biogas reaktor, fermator eller rötkammare. Man har gjort olika försök, med både små och stora tankar, och det har visat sig att de små tankarna har fungerat bäst. Detta är ett faktum som gynnar småskalig produktion. En viktig sak man måste tänka på när man utvinner metangas ur organiskt material är att man återför resterna till produktions platsen (åkrarna) när metangasen är avjäst. Om inte mineralerna återförs till marken där de producerats, blir marken urlakad. Vad får man kvar efter jäsningen? När all metagas är avjäst efter 1-2 år, så får man kvar en mycket fin och näringsrik jord kvar, denna kan man sedan sprida ut på åkrarna som jödning. I och med detta slipper man använda sig av olika konstjödnings medel. Men oftast väntar man inte så länge som 1-2 år, eftersom den största mängden metan har avjäst efter några månader, men då missar man en fin effekt med biogas reaktorn. Om man kastar ut avfallet ur reaktorn redan efter en månad, så har det inte förmurknat klart, och det finns fortfarande skadliga bakterier kvar i avfallet. Om man istället låter avfallet ligga kvar 1-2 år så har allt metan jäst av, och de skadliga bakterierna har också dött. Då kan man ställa sig frågan, varför har vi ett jordbruk? Är det för att producera energi eller är det för att producera mat på ett bra och miljövänligt sett. Användningsområden För att kunna använda biogasen till drift av motorer som har litet bränsle föråd, måste man höja metanhalten. Detta görs genom att man separerar metangasen från koldioxiden. När koldioxiden är avskiljd och

18 metanhalten uppgår till ca 95%, talar man om biometan. Det är denna biometan som är aktuell som drivmedel i fordon. Men när man inte har föråds brist kan man använda metangasen direkt, utan att rena den till biometan. Exempel på sådana är gasturbinanläggningar. Den biometangas som man får efter rening av biogasen kan man jämställa med naturgas, som huvudsakligen består av 90-99% metan. Eftersom att man kan jämställa biometanet med vanlig naturgas har det många intressanta användnings områden. Det kan exempelvis användas som drivmedel i fordon, som drivmedel till en motor kopplad till en generator eller som drivmedel till en gasturbin kopplad till en generator eller till någon mekanisk anläggning. Ett problem man får med biogas och biometan som drivmedel i fordon är att gasen är svår att komprimera. Detta gör att en bil som normalt går 60 mil på full tank, endast går 25 mil om man skulle tanka samma tank med metangas. Eftersom gasen är mycket explosiv, så måste man ha en sprängsäker tank, som blir mycket stor. Men detta är inga problem för bussar i innerstads trafik. De kan ha både stora tankar och nära till tankningsstationen. En jämförelse mellan gasdrivna ottomotorer och dieselmotorer visar att gasmotorn har: - lägre verkningsgrad - lägre moment vid höga varv - högre moment vid låga varv - lägre toppeffekt - lägre avgasemissioner Detta är prestanda som passar bra för bussar. Det finns redan kommuner som kör delar av sina bussarflottor på biogas. Ett exempel är Linköping där delar av bussflottan körs på biogas från den lokala soptippen. En viktig sak man måste komma ihåg är att gasen produceras över hela landet, och att man vid varje ställe bara får en liten mänd gas. Men vid anläggningar i större städer kan det tänkas att man skulle kunna få ut, tillräckligt med gas för att kunna driva en liten gasturbin eller de lokalbussarna. Ekonomi Man kan få biogas produktion att bli mycket lönsam, men det skulle påverka miljön på ett negativt sett. Det är om man jäser avfallet en kort tid, bara för att utvinna den största delen metangas, och sedan låter avfall förmurkna under bar himmel. Då får man inte upp temperaturen till de C man behöver för att ta dö på de skadliga bakterierna. Kostnaden för biogasreaktorerna skulle nog blir ganska stora. Men man skall inte stirra sig blind på ekonomin. Det viktigaste är nog att man tar dö på skadliga bakterier och att man tar tillvara på den metangas som annars skulle ha läckt ut i atmosfären. Om man skulle använda sig av små biogas reaktorer runt om i landet så skulle det inte bli lönsamt att producera biogas. Men man skall nog se det som att man för metangas över när man i första hand oskadligör bakterier och hindrar metangas från att komma ut i atmofären. Men frågan är om det värt kostnaderna, att producera mat på ett miljövänligt sett och att ha en bra miljö. Med största sannorlikhet är det en fråga som kommer att bli mer aktuell framöver. Miljöpåverkan Vid förbränning av metangas bildas i stort sett bara koldioxid (CO 2 ) och vatten (H 2 O), men det uppstår även andra emmisioner, men dessa är relativt låga om man jämför med fossilabränslen. Men det starkaste skälet till att använda biogas är att det inte ger något nettotillsott av koldioxid, som det man får om man eldar med fossila bränslen. Den koldioxid som blir resultatet av förbränningen, omsätts i naturens eget kretslopp. Ett annat starkt skäl till att ta tillvara på metangasen som bildas vid nerbrytningen är att, den är en mycket stark växthusgas. Genom att man plockar bort metangasen under jäsningen, så får man inget bidrag till växthuseffekten. Om man exempelvis ser på bondens gödselstack, så spyr den ut metangas i atmosfären, men

19 om han i stället lägger sitt organiska avfall direkt i reaktorn, så kan han istället använda metanet som drivmedel till sina arbetsredskap. Det får en effekt att man slor två flugor i en smäll. Man får inget bidrag till växthuseffekten, plus att man får ett mycket fint bränsle. En annan possitiv sak med biogas är att den kan användas där den produceras. Exempelvis på bondgården där bonden producerar sitt eget metanbränsle. Detta medför att man inte får några transporter av bränsle. Vilket är lönsamt både ur milje synpunkt och ur ekonomisk synvilkel. Nuläge och framtid Just för tillfället pågår flera intressanta projekt rörande biogas. Under de senaste åren har det i drygt 50 kommuner byggts anläggningar för utvinning av biogas (deponigas) från soptippar. Samtidigt har flera kommuner, utrett och planerat biogasanläggning för rötning av organisktavfall eller växtmaterial i reaktorn. Kring årsskiftet 1992/93 startades Sveriges första fullskale anläggningen för rötning av gödsel i Laholm. Idag utgörs substratet i laholmsanläggningen till 15 procent av avfall från bland annat en fiske odling och slakterier. Framtids potentialen för biogas ser mycket god ut. En hittills ganska outnyttjad potensial är odling av växter som man sedan kan använda till jäsningsprocessen. En viss mängd åkerareal kan upplåtas för odling av växter, som biogas kan utvinnas ur, utan att det ger negativa effekter i samhälls ekonomin. Det må vara hänt i Sverige, där vi ändå lägger ner jordbruk, men globalt finns det absolut inget överskott av odlingsbar jord, vilket orsakar en del etiska frågetecken om man vill odla energi där man skulle kunna odla mat. Men det skulle kunna fungera mycket bättre än så här. Om man kunde sköta sophanteringen bättre så skulle man kunna få ut mycket mer än de beräknade 13 TWh per år. Om man ser på hur man idag tar ut biogas från sopanläggningar, så skulle det kunna förbättras avsevärt. Idags läget använder det flersta inte biogas reaktorer, man tar bara bort den den mängd som annars skulle ha läckt ut till atmosfären, genom att suga ut biogasen från de områden i sopptippen, som varit befriade från syre. Man skulle istället kunna satsa på att sortera soporna bättre och sedan jäsa dem ordentligt i en tank. Och eftersom det organiska avfallet produceras i hemmen, skolorna, mm. Så det borde ju vara där man skulle ha tankarna. Iochmed denna decentralisering slipper man transporter till biogasreaktorerna. För att man skall lyckas med att jäsa så mycket avfall på så många platser, så måste man förse marknaden med bra teknik. Om man lyckas med det är nog halva problemet löst Förgasning Bild på en förgasningsanläggning se bilaga 1 Tillgångar Sveriges långsiktiga tillgångar på biobränsle, är i stosleksordningen TWh per år. Det bränsle som används vid förgasningen är jordnära och välbeprövat; biomassa i form av flis, grenar, kottar och sopor mm. Teori Själva förgasningen av biomassa sker i en cirkulerande bädd. Den proces som pågår där kan liknas vid en organiserad sandstorm. Het sand cirkulerar i en gasström. I botten på bädden fungerar sanden ungäfär som en kokande vätska, där större bränslebitar får pyra. Högre upp i förgasaren ökar gasens hastighet. Det bränsle som inte prytolyseras i toppen av förgasaren skiljs av mekaniskt och följer med sanden till botten för ett nytt kretslopp. På detta sätt så sker en fullständig förgasning av bränslet. Konstruktionen gör att bränslet inte behöver vara homogent, vilket är en stor fördel. För då kan man använda sig av sopor som sällan är homogena. Fördelen med att använda sand är att den ger bätter och snabbare värmeöverföring än luft. Detta betyder att anläggningen kan byggas mer kompakt och valet av bränsle kan göras mer fritt. Sanden gör också att temperaturen i anläggningen kan sänkas och risken för slaggbildning minskar, vilket ytterligare ökar mängden möjliga bränslen.

20 När bränslet har förgasats har det omvandlats till en eneririk gas, främst bestående av vätgas, metan och koloxid, men även en liten mäng av kvävgas, koldioxid och vattenånga. Energivärdet för gasen är under atmofäriskt tryck mellan 4 och 7 MJ per kubikmeter, vilket räcker bra för att driva en gasturbin. Förgasningen kan ske på två sett, vid atnosfäriskt tryck eller genom trycksatt förgasning. Vid de anläggningar som hitills byggts, har man använt sig av atmosfäriskt tryck. Främst för att matningen av bränsle och aska blir mindre komlicerad när trycket är ungefär detsamma utanför som innanför anläggningen. Även avgas reningen blir enklare vid atmosfäriskt tryck. Atmosfärisk förgasning anses mycket lämpad för gaskombiverk. I ett gaskombiverk kombineras gasturbinen med ångpannor som värms av rökgaserna från gasturbinen, som i sin tur driver en ångturbin Denna teknik där man låter gasen som bildas vid förgasningen driva en gasturbin, och sedan låter de heta rökgaserna som bildas, värma ånga för att driva en ångturbin kallas biogaskombi. Det dubbla utnyttjandet ger en hög verkningsgrad, och ger ett högre elutbyte. Dagens kraftvärme anläggningar Dagens kraftvärmeteknik för att tillvarata biobränslets energiinnehåll sker genom förbränning. De heta rökgaserna används för att producera ånga, som i sin tur driver en ångturbin med en generator, se bild 1. Cirka 30 procent av biobränslets energiinnehåll kan på detta sätt omvandlas till högvärdig elenergi och 60 procent kan tillvaratas för värme produktion. Ett mordärnt kraftvärmeverk på 100 MW kan årligen producera 150 GWh el och 300 GWh värme till industriella processer eller för uppvärmning. Om biobränslebaserad kraftvärmeteknik, konventiionell ångcykelteknik, utnytjas i landets industrier och fjärrvärmesystem skapas en produktionskapacitet på cirka 20 TWh el. Ett alternativ till direkt förbränning är förgasning med kombicykel, biogaskombi. Förgasning med kombicykel Först sker en förgasning av biobränslen genom att förbränna bränslet med en extremt liten lufttillförsel. Det medför att den största delen av bränslets energiinnehåll ombildas till en brännbar gas, som består av koldioxid, metangas, vätgas, större kolväten och tjäror. I nästa steg renas gasen från bl a tjära i en så kallad kracker. Efter krackern filtreras och tvättas gasen. Den rena gasen förbränns sedan i en gasturbin med en generator. De heta avgaserna från gasturbinen får sedan generera ånga, som driver en ångturbin med en generaot, se bild 2. På detta sätt kan procent av bränslets energiinnehåll omvandlas till el och cirka procent till värme. Ett kraftvärmeverk med biogas teknik på 100 MW kommer årligen kunna producera 250 GWh el och 180 GWh värme till industriella processer eller för uppvärmning. Om Kraftvärmeverk med biogaskombiteknik installeras i landets industri- och fjärrvärmesystem erhålled en produktionskapacitet på TWh el, vilketmotsvarar procent av kärnkraftverkens elproduktion.