Drivmedel till fordon Energisystem. Maria Grahn Fysisk Resursteori

Transkript

1 Drivmedel till fordon Energisystem Maria Grahn Fysisk Resursteori

2 Årlig tillväxt och avverkning av svensk skog Endast under energikrisen på 70-talet har avverkningen överstigit tillväxten i Sverige

3 Skogssektorn Biodiversitet, jakt, fiske, rekreation, m.m. Källa: Bengt Kriström

4 Sveriges bioenergianvändning TWh Källa: Kent Nyström, SVEBIO

5 Alternativa transportbränslen

6 Alternativa transportbränslen Biomassa Kol Naturgas Flytande bränsle Etanol, Metanol, FTdiesel, RME, DME Gasformigt bränsle Metan, DME Förbränningsmotor Elbil (bränslecell) solenergi, vindkraft, vattenkraft mm RÅVARA Vätgas El ENERGIBÄRARE Elbil (plugg-in) FORDON

7 Alternativa transportbränslen från biomassa Cellulosa & Lignin Skog, skogsplantage, svartlut Stärkelse Spannmål, vete, korn, majs mm Socker Olja Raps, solrosfrön Restflöden från skogsbruk, jordbruk och övr. samhället Sågspån, halm, sopor, slam, slakteriavfall, gödsel BIOMASSA Förbränning Förgasning Syntesgas bildas (CO och H2) Rötning Biogas bildas Jäsning av socker Pressning och esterisering OMVANDLINGSPROCESSER Elektricitet Vätgas Fischer- Tropsch Diesel DME (Dimetyleter) Metanol Metan Etanol RME (Rapsmetylester) ENERGIBÄRARE

8 FAME is less energy-intensive than ethanol as the manufacturing process involves only relatively simple, lowtemperature / low pressure processes. Note that the manufacture of the chemical products substituted by the glycerine is very energy-intensive, so that, in this case, economics accords with GHG saving. Källa: Concawe/EUcar/JRC WTW analysis (version January 2004)

9 CNG does not at present offer significant GHG benefits compared to diesel, and increases energy usage. Conventionally produced bio-fuels such as ethanol and FAME provide some GHG benefits but are energy intensive. Advanced biomass conversion pathways have a greater GHG reduction potential for a similar energy usage. Källa: Concawe/EUcar/JRC WTW analysis (version January 2004)

10 Tre generella storleksordningar på produktionskostnader SEK/liter bensinekv Bensin/ diesel Sockeretanol Cellulosaetanol DME FTD Metanol RME Spannmålsetanol

11 Exempel på framställningsprocesser Biodrivmedel kan produceras på två stora övergripande sätt. Biokemiskt sätt (jäsning) Termokemiskt sätt (förgasning) Källa: Ahlvik&Brandberg, 2001

12 Etanol från spannmål (stärkelse)

13 Energiflöden vid produktion av 1 m 3 etanol Energiinnehåll i etanol 21,1 GJ/m 3 Hjälpenergi i etanolprod. Ett sätt att räkna energibalans 21,1 [GJ/m 3 ] / 17,9 [GJ/m 3 ] 1,2 Här ingår jordbruk- och transportposter som på sätt och vis inte bara ger etanol. Räknar man med ut-energin i djurfodret blir energibalansen bättre (320/0,5) Totalt: ,9 kwh/m3 kwh/m3 kwh/m3 kwh/m3 kwh/m3 kwh/m3 kwh/m3 GJ/m3

14 Etanol från skogsprodukter - hydrolysprocesser Tre metoder för sönderdelning av cellulosan till jäsbara sockerarter. Starksyrametoden CHAP Svagsyrametoden CASH-metoden Enzymprocessen

15 Etanol från skogsprodukter - hydrolysprocesser Starksyrametoden CHAP CHAP: Concentrated Hydrocloric Acid Process Lämpligast om man har returfiber från sopor eller liknande. Utbytet av etanol i processen är ca 27 % räknat som ton etanol/ton TS. Processen nyttjar saltsyra (HCl) i hög koncentration. Svår att använda i Sverige på grund av klordebatten.

16 Etanol från skogsprodukter - hydrolysprocesser Svagsyrametoden CASH CASH: Canada America Sweden Hydrolysis Lämplig för alla typer av råvara t.ex. färsk spån eller grenar och toppar från skogsavverkningar. Processen nyttjar svavelsyra i låg koncentration. Syrakoncentrationen ligger kring 0,5-2 %. Ett utbyte över 20 % är realistiskt att nå.

17 Etanol från skogsprodukter - hydrolysprocesser Enzymprocessen Processen är mycket lik svagsyraprocessen. Tvåstegssvagsyrametoden och enzymmetoden har alla processteg lika förutom andra stegets hydrolys. I Lund (LTH) utvecklas enzymprocessen och jäsning av pentoser (kräver genmanipulerad jäst) Med pentosjäsning ökas utbytet av etanol från lövved till ca 25 % (barrved ca 23 %).

18 Etanol från skogsprodukter med svagsyrametod kg etanol 100 kg torr ved kg CO kg ligninpellets

19 Förgasning av biomassa (fluidiserad bädd) Syre eller luft med högt tryck blåses på uppvärmd sand som leder värmen in i förgasaren där biomassan omvandlas till syntesgas. 1. Träflis matas ner i förgasaren 2. I förgasaren blandas träflis och varm sand (~1000º C). Ånga förbättrar processen. Syngas och träkol bildas. 3. Träkolen och sanden separeras från syngasen 4. Sanden värms igen i förbränningskammaren genom att träkolen brinner i den inblåsta luften 5. Syngasen tvättas och kan sen omvandlas till t.ex. drivmedel 6. De varma rökgaserna kan användas till produktion av ånga. Källa:

20 Vilka egenskaper samt fördelar och nackdelar har de olika transportbränslena?

21 Bensin Högt oktantal passar bäst i Ottomotor Ger utsläpp av bl.a. kolmonoxid, koldioxid, kväveoxid och partiklar. Den mängd energi som åtgår för att utvinna, raffinera och transportera en liter bensin till ett tankställe,, i Sverige, motsvarar cirka 10% av energimängden i bensinen.

22 Diesel Högt cetantal passar bäst i Dieselmotor Ger utsläpp av bl.a. kolmonoxid, koldioxid, kväveoxid och partikelutsläpp. Partikelutsläppen är större från Dieselmotor än från Ottomotor. Dieselmotorn är energieffektivare än Ottomotorn därför lägre CO2-utsläpp från Dieselmotor. Den mängd energi som åtgår för att utvinna, raffinera och transportera en liter dieselolja till ett tankställe i Sverige motsvarar cirka 5% av energimängden i dieseloljan.

23 Etanol C 2 H 5 OH Energiinnehåll 2/3 av bensin (1 liter bensin motsvarar 1,7 liter etanol) Högt oktantal passar bäst i Ottomotor Etanol ger upphov till lägre kolmonoxid-, kväveoxid- och partikelutsläpp än bensin. Etanol ger troligen högre utsläpp av aldehyder än bensin (finsk undersökning 2003 på en bil) 5% inblandning i bensin behåller samma bränsleförbrukning

24 Metanol CH 3 OH Högt oktantal (passar bäst i Ottomotor) Energiinnehåll knappt hälften av bensin (1 liter bensin motsvarar 2,2 liter metanol) Metanol ger upphov till lägre kolmonoxid-, kväveoxid- och partikelutsläpp än diesel. Mycket bra totalverkningsgrad Fräter på gummi och metall Mycket giftig

25 Fischer-Tropsch Diesel Syntetisk diesel (paraffiner( paraffiner) Kan användas direkt i Dieselmotor utan anpassningar. Alla emissioner lägre än diesel Görs från fossil råvara idag, tekniken inte klar för kommersiell bioförgasning

26 DME - Dimetyleter CH 3 -O-CH 3 Högt cetantal passar bäst b i Dieselmotor Energiinnehåll ca hälften h av diesel (1 liter diesel motsvarar 1,9 liter DME) DME ger lägre emissioner av kolväten, kväveoxider och partiklar än diesel, men något högre emissioner av kolmonoxid. Fordonet kostar bara något mer än ett diesel- fordon. Jämfört med t.ex. en gasbuss som kostar ½ miljon mer än en dieselbuss. Vid trycktank, 5 bar, är DME flytande

27 RME - Rapsmetylester Högt cetantal passar bäst b i Dieselmotor Energiinnehåll ca 6% lägre l än n diesel (1 liter diesel motsvarar ca 1,1 liter RME) Emissioner av kväveoxider är högre än vid dieselförbränning. Utsläppen av partiklar vanligen något lägre vid RME-drift, om motorn är optimerad för RME. Fräter på gummi och kan lösa upp lack Sämre köldegenskaper än dieselolja Raps kräver växeljordbruk (ca vart 3:e år) RME bedöms kunna ersätta högst 3 % av dieseloljeförbrukningen i Sverige.

28 Naturgas 85-98% CH 4 Frigör r fossilt CO 2 Energiinnehåll: 1 Nm 3 motsvarar ca 1,25 liter bensin Passar både b i Ottomotor och Dieselmotor Naturgas i tung trafik ger upphov till lägre utsläpp av kolmonoxid, kväveoxid och partiklar än diesel.

29 Biogas 60-70% CH 4 Måste höja h metanhalten för f r att kunna användas ndas som drivmedel Kan blandas med naturgas Energiinnehåll: 1 Nm 3 motsvarar ca 1 liter bensin Utsläppen av reaktiva kolväten från lätta fordon är c:a 70 procent lägre vid biogasdrift än vid bensindrift.. I tunga fordon är även partikel- och kväveoxidutsläppen lägre än från motsvarande årsmodell av dieseldriven buss och lastbil. Risk för utsläpp av metan till atmosfären. Tillgången på lämpligt avfall är begränsad, varför biogas inte kan täcka mer än ca 5% av totala behovet av fordonsbränsle.

30 Vätgas H 2 Kan användas i Ottomotor Används effektivast i bränslecell Emissionen är vattenånga Dyrt att framställa CO 2 -neutral Svår att lagra Stor potential Ca 10% H 2 kan blandas med naturgas utan att fordonet påverkas

31 Miljöfordon

32 Flexi-fuel har en motor och en bränsletank (t.ex. förbrf rbränningsmotor som går g r påp alla blandningar av etanol och bensin) Volvo V Flexifuel Saab 9-59 Biopower sportkombi 2.0 Ford Focus Flexi-fuel

33 Bi-fuel har en motor och två bränsletankar (t.ex. förbrf rbränningsmotor som går g r påp både metan och bensin) Volkswagen Golf Variant 2.0 Volvo Bifuel v Mercedes E200 Opel Combo Tour

34 Hybridfordon har två motorer (t.ex. förbrf rbränningsmotor och elmotor) Toyota Prius 2004

35 Bränslesn nslesnåla la fordon Audi A2 diesel Volvo 3CC - konceptbil Smart Cabrio Volkswagen Lupo diesel

36 Vätgasfordon BMW Toyota

37 Sammanfattning Alternativa transportbränslen H2, Biogas, Etanol, Metanol, RME, DME, FT-diesel, El

38 Sammanfattning Det finns många alternativa bränslen. De som produceras idag är inte de som uppskattas ha lägst produktionskostnader. Minns att det är mycket svårt att peka ut vilket drivmedel som är bäst. Minns att WtW-analyser kan göras på många olika sätt. Granska förutsättningarna. Det finns många miljöfordon på marknaden. Just nu förknippade med förmåner och subventioner.

39 Diskussion alternativa drivmedel Bör vi vänta på den mest energieffektiva (kostnadseffektiva) lösningen eller bör vi bygga ut dagens teknik? Fördelar/nackdelar? Vad är det som gör att det är så komplicerat att peka ut vilket drivmedel som är bäst?

40 Forskningen fortsätter Tack för uppmärksamheten