MILJÖFAKTABOK FÖR BRÄNSLEN

Transkript

1 MILJÖFAKTABOK FÖR BRÄNSLEN Del 2. Bakgrundsinformation och Stefan Uppenberg, Mats Almemark, Magnus Brandel, Lars-Gunnar Lindfors, Hans-Olof Marcus, Håkan Stripple, Alexandra Wachtmeister, Lars Zetterberg B 1334B-2 ANDRA VERSION Stockholm, Maj 2001

2 Organisation/Organization IVL Svenska Miljöinstitutet AB IVL Swedish Environmental Research Institute Ltd. RAPPORTSAMMANFATTNING Report Summary Projekttitel/Project title Miljöfaktabok drivmedel och bränslen Adress/address Box Stockholm Anslagsgivare för projektet/ Project sponsor Svenska Petroleum Institutet Telefonnr/Telephone Rapportförfattare/author Stefan Uppenberg, Mats Almemark, Magnus Brandel, Lars-Gunnar Lindfors, Hans-Olof Marcus, Håkan Stripple, Alexandra Wachtmeister, Lars Zetterberg Rapportens titel och undertitel/title and subtitle of the report MILJÖFAKTABOK FÖR BRÄNSLEN Del 2. Bakgrundsinformation och Sammanfattning/Summary är en sammanställning av data för miljöpåverkan vid användning av olika energislag; bränslen och direktproducerad el. Hela livscykeln är beaktad, d.v.s. från råvaruutvinning till förbränning. De data som presenteras avser svenska förhållanden i dagsläget. De studerade bränslena är bensin, diesel, eldningsolja, gasol, kol, naturgas, torv, avfall, etanol, RME, DME, biogas samt trädbränslen (skogsrester, Salix, pelletter/briketter, returflis, tallbeckolja). Data för miljöpåverkan presenteras dels per MJ bränsle och dels per MJ nyttiggjord energi för olika energikällor (energiomvandlingssystem). De energikällor som studeras är värmeverk, kraftvärmeverk, kraftverk (bränsleeldade), villapannor, el från vattenkraft, vindkraft och kärnkraft, samt lätta och tunga fordon. De data som presenteras i rapporten är uteslutande baserade på resultat från andra rapporter. Inga nya mätningar har utförts. För varje energislag har ett antal livscykelanalyser granskats och utvärderats utifrån metodiken om livscykelanalysers genomförande och innehåll. Utifrån denna granskning har de mest relevanta livscykelanalyserna valts ut och fått ligga till grund för den datasammanställning som presenteras här. Nyckelord samt ev. anknytning till geografiskt område eller näringsgren /Keywords LCA, livscykelanalys, energi, bränslen, drivmedel, el, emissioner, miljö Bibliografiska uppgifter/bibliographic data IVL Rapport/report B 1334B-2 Beställningsadress för rapporten/ordering address Rapporten kan beställas på eller tel

3 Information till läsaren angående ny upplaga Föreliggande rapport är en ny uppdaterad version av. De delar som tillkommit/uppdaterats sedan förra upplagan (augusti 1999) är följande: Nya livscykelanalyser har granskats och inarbetats i rekommendationerna för de bränslen som funnits med i föregående upplaga. De nya bränslen som tillkommit är tallbeckolja (under trädbränslen), RT-flis (under trädbränslen), gummiflis (under avfall) och vinetanol (under etanol). Övriga energislag som tillkommit är el från vattenkraft, vindkraft och kärnkraft. I Del 1 redovisas data för svensk genomsnittsel. Energianvändning i dagsläget i Del 2 har uppdaterats. Avsnittet Utsläppens uppkomst i kapitel 2, Del 2, är nytt. Kapitel 5 i Del 2, Förbränningsegenskaper för villapannor, är nytt. Energipriserna i Del 1 har uppdaterats.

4 Innehåll 1. VAD ÄR EN LIVSCYKELANALYS (LCA)? METODIK OCH STRUKTUR LCA-METODIKENS FASER MILJÖPÅVERKAN FRÅN ENERGIANVÄNDNING UTSLÄPPENS UPPKOMST UTSLÄPPENS EFFEKTER Växthuseffekten Försurning Marknära ozon Övergödning (eutrofiering) Spridning av metaller KÄLLOR ENERGIANVÄNDNING NU OCH I FRAMTIDEN ENERGIANVÄNDNING I DAGSLÄGET Fossila bränslen Biobränslen, torv m. m Biodrivmedel ENERGIANVÄNDNING I FRAMTIDEN Översiktlig bedömning av olika alternativa drivmedels framtida potential Framtidsbedömningar, fasta anläggningar REFERENSER OCH KÄLLOR FAKTA OM ENERGIBÄRARE ENERGIINNEHÅLL I BRÄNSLEN BENSIN, DIESEL OCH ELDNINGSOLJA GASOL KOL NATURGAS TORV Torven och klimatet AVFALL Långväga transporter av avfall ETANOL RME DME BIOGAS TRÄDBRÄNSLEN Askåterföring Trädbränslen och transporter Olivkärnor m.m Tallolja VATTENKRAFT VINDKRAFT KÄRNKRAFT REFERENSER OCH KÄLLOR FÖRBRÄNNINGSEGENSKAPER FÖR VILLAPANNOR TEKNISK UTFORMNING AV VILLAPANNOR ALLMÄN ÖVERSIKT EMISSIONER FRÅN VILLAPANNOR REFERENSER LITTERATURGRANSKNING KRITERIER FÖR LITTERATURGRANSKNINGEN SPECIALFALL I LITTERATURGRANSKNINGEN REFERENSER BENSIN REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering DIESEL REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering... 58

5 Innehåll 9. ELDNINGSOLJA REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering GASOL REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering KOL REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering NATURGAS REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering TORV REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering AVFALL REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering ETANOL REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering RME REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering DME REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering BIOGAS REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering TRÄDBRÄNSLE REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering VATTENKRAFT REFERENSER REKOMMENDATION

6 Innehåll Data Motivering VINDKRAFT REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering KÄRNKRAFT REFERENSER REKOMMENDATION Data Motivering

7 1. Vad är en livscykelanalys (LCA)? 1. Vad är en livscykelanalys (LCA)? Den totala miljöpåverkan hos varor och tjänster har fått allt större uppmärksamhet under senare år. Avfallsledet, efter den slutliga hanteringen av varor, kan i många fall orsaka betydligt större miljöstörningar än vad tillverkningen gör. I en del fall kan uttaget av råvaror eller transporter vara det steg som svarar för de största miljöproblemen. För att minska miljöstörningarna från en vara eller tjänst måste hänsyn tas till alla steg i en varas liv - från råvaruuttag, tillverkning och användning - till den slutliga avfallshanteringen. Att tänka i sådana livscykelperspektiv blir allt mer förankrat i dagens samhälle. Men om åtgärderna skall sättas in på rätt ställe, måste varans miljöpåverkan från vaggan till graven kunna beskrivas och helst kvantifieras. Detta görs med hjälp av en livscykelanalys, LCA, som är ett samlingsbegrepp för olika metoder att beskriva en varas totala miljöpåverkan. 1.1 Metodik och struktur Genom insatser, inom framförallt SETAC 1, fick LCA-metodiken i början av 90-talet en brett accepterad struktur och engelsk terminologi. ISO 2 har sedan byggt sitt arbete på detta och har kommit långt med att formellt fastslå en struktur. Mycket litet talar för att det förslag som nu ligger kommer att ändras. I denna struktur delas LCA in i fyra faser. Förkortningen LCA står på engelska för Life-Cycle Assessment. Ordet assessment indikerar att värderingar ingår i en LCA, dvs att det inte är en helt och hållet faktabaserad analysis. Att hålla isär värde- och faktabaserade delar var ett viktigt syfte med SETAC s ursprungliga förslag. När vi i Sverige säger livscykelanalys så är det enbart för att kunna behålla den vedertagna förkortningen LCA. I slutet av 80-talet användes begreppet livstidsanalys, som bättre beskriver att det knappast är cykler som studeras men felaktigt anger att det är en analys. I ISO s struktur delas en LCA in i fyra faser. De är identiska med SETAC s ursprungliga förslag bortsett från att SETAC inkluderade en annan fjärde fas förbättringsanalys. Denna har egentligen aldrig betraktas som en del av LCAmetodiken, men väl som det viktigaste användningsområdet för resultat av LCA och beskrivs nu som ett sådant. 1.2 LCA-metodikens faser Målbeskrivning och omfattning Här anges vilket syfte analysen har. Det finns inget allmängiltigt sätt att detaljutforma en LCA, utan den anpassas individuellt till det syfte den har. Det skall därför framgå vilken fråga som skall besvaras och hur resultaten skall användas. Alla avgränsningar och antaganden som gjorts skall också anges, till exempel olika tekniska systemgränser. Den kanske viktigaste delen är definitionen av funktionell enhet (till exempel en MJ bränsle ), dvs det som sedan alla resultat hänförs till. 1 Society of Environmental Toxicology and Chemistry 2 International Standards Organisation 5

8 1. Vad är en livscykelanalys (LCA)? Inventeringsanalys Inventeringsanalysen skall vara faktabaserad och i allt väsentligt objektiv. Det går inte att avstå från olika val, men dessa skall baseras på riktlinjer eller redovisade principer och är inte fria. Syftet är att kvantifiera alla flöden av olika material till och från det studerade tekniska systemet. Det gör man genom att bestämma alla material och energiflöden mellan alla delar som ingår i detta system, dvs råvaru- och energiintag samt utflöden av produkter, emissioner och avfall. Miljöpåverkansbeskrivning Miljöpåverkansbeskrivningen har utvecklats i första hand för att kunna sammanställa information från inventeringsanalysen till något mer överskådligt, samtidigt som detta skall beskriva potentiell miljöpåverkan på ett relevant sätt. Det är viktigt att ha klart för sig att man här vare sig försöker beskriva faktisk miljöpåverkan eller värderar denna utan strukturerar och aggregerar informationen. Denna fas är uppdelad i tre delar, nämligen klassificering, karakterisering och värdering (användning av värderingsmetoder). I delsteget klassificering grupperas emissioner mm i ett urval påverkanskategorier. Som exempel kan nämnas att emissioner av svaveldioxid och flera kväveoxider grupperas under påverkanskategorin försurning. I delsteget karakterisering viktas de olika bidragen under respektive kategori samman till ett enda tal. Utsläpp av svaveldioxid och kväveoxider, som listats under försurning, viktas till exempel samman till svaveldioxidekvivalenter. I delsteget värdering viktas de olika kategoribidragen från karakteriseringen samman till ett eller några få tal. Detta sker genom att använda värderingsmetoder, som utformats för att på något sätt fånga upp och beskriva hur samhället förväntas värdera de olika bidragen. Karakterisering är fortfarande under utveckling och kan bara delvis genomföras på grund av brist på generellt accepterade metoder. Utvecklingen av värderingsmetoder har egentligen bara påbörjats. För att en studie skall få kallas en LCA, så måste den enligt nordiska riktlinjer omfatta också en miljöpåverkansbeskrivning till och med karakterisering. Det är dock inte ovanligt att man avslutar analysen efter inventeringen. Det blir i så fall en LCI (livscykelinventering). De flesta rapporter som granskats i denna miljöfaktabok är livscykelinventeringar. Resultattolkning I denna fas används allt underlag från det tidigare analysarbetet för att tolka och beskriva resultatet. Det är här som jämförelsen mellan olika alternativ görs. Man måste samtidigt ta hänsyn till skillnader mellan alternativen och osäkerheter och använder då parallellt underlag från inventeringsanalysen, karakteriseringen och eventuellt värderingen. 6

9 2. Miljöpåverkan från energianvändning 2. Miljöpåverkan från energianvändning All energianvändning genererar miljöpåverkan på något sätt. Antingen genom direkta utsläpp t.ex. vid förbränning av bränslen eller genom resursförbrukning och utsläpp vid transporter och byggande av anläggningar. Utsläpp av olika ämnen till luft, vatten och mark, produktion av avfall och förbrukning av naturresurser leder till effekter på miljön på lokal, regional och global skala. 2.1 Utsläppens uppkomst Vid förbränning av bränslen bildas flera olika ämnen. Utsläppen från en förbränningsanläggning beror i huvudsak på - vilket bränsle som använts - förbränningsteknik - förekomst av reningsteknik Bildningen av vissa utsläpp är direkt kopplade till elementarsammansättningen i bränslet och har ingen eller liten koppling till förbränningsbetingelserna. Exempel på sådana utsläpp är svaveloxider (SO 2 och SO 3 ), koldioxid (CO 2 ) och tungmetaller. Utsläppet av svaveldioxider bestäms således av svavelhalten i bränslet. CO 2 bildas direkt ur kolet i bränslet. En liten del av kolet kan bilda kolmonoxid (CO), om förbränningen inte är optimal, och andra organiska föreningar. En viktig parameter för bildningen av CO 2 från ett bränsle är C/H-förhållandet (kol/väte) i bränslet. Ett högt C/H-förhållande ger en hög CO 2 -emission per producerad energienhet. Koleldning ger därför ett relativt högt CO 2 -utsläpp medan oljeeldning ger något lägre och naturgaseldning ännu något lägre emissioner. Bildningen av vissa andra ämnen beror istället främst av förbränningsbetingelserna även om bränslesammansättningen kan spela en viss roll. Exempel på sådana ämnen är CO, PAH (polyaromatiska kolväten) och andra kolväten. En viktig parameter är här luftinblandningen vid förbränningen. Ett lågt luftöverskott kan leda till dålig utbränning med ökade utsläpp av kolväten och CO som följd. Även ett för högt luftöverskott kan leda till dålig utbränning genom att förbränningsrummet kyls för kraftigt. Andra orsaker till dålig utbränning av bränslet kan vara låga förbränningstemperaturer t.ex. på grund av att ett för fuktigt bränsle används eller att uppehållstiderna för rökgaserna i pannan är för korta. Detta kan t.ex. inträffa vid en för hög pannbelastning. En tredje grupp av ämnen kan sägas utgöras av sådana där bildningen både är beroende av bränslets sammansättning och förbränningsbetingelserna. Exempel på sådana föreningar är NO X (NO och NO 2 ) och dikväveoxid (N 2 O). Vid förbränning bildas normalt kväveoxider. Av dessa är NO och NO 2 de mest förekommande. Under vissa förbränningsbetingelser kan även N 2 O bildas. Normalt är halten av NO 2 låg (ca 5 %) i jämförelse med NO. Tillsammans brukar föreningarna NO 2 och NO gå under beteckningen NO X. Kväveoxider bildas vid förbränning genom en rad kemiska reaktioner i flamman och i rökgaserna. 7

10 2. Miljöpåverkan från energianvändning Kväveoxider bildas huvudsakligen genom - oxidation av det kväve som ingår i bränslet (bränsle NO X ), - reaktion mellan luftens syre och kväve (termiskt NO X ), - reaktion mellan luftens kväve och bränslets flyktandel under bildning av exempelvis cyanider som oxideras till NO (prompt NO X ). Termiskt bildad NO X är av betydelse vid höga temperaturer (> 1200 C) och vid bränslen som innehåller låga halter kväve. Prompt NO X svarar endast för en mindre del av det totala kväveoxidutsläppet. Av stor betydelse för NO X -bildningen i många förbränningsanläggningar är tillgången på syre vid förbränningen (O 2 -överskottet), förbränningstemperaturen, bränslets kväveinnehåll samt omvandlingsgraden för det i bränslet bundna kvävet till NO och NO 2. Utifrån dagens kunskap finns det inget som tyder på att N 2 O kan bildas termiskt. NO kan däremot bildas på detta sätt vid höga temperaturer (>1200 C ) men under sådana förhållanden förekommer ingen omvandling av kvävemonoxid till dikväveoxid. Det är viktigt att påpeka att det inte finns något direkt generellt samband mellan NOx- och N 2 O-halter från förbränningskällor. Den mängd dikväveoxid som bildas är dock beroende av bränslets kväveinnehåll. Sålunda ger kol i allmänhet de högsta emissionerna följt av torv, olja, avfallslutar och naturgas. Viktiga parametrar för bildningen av N 2 O är närvaro av vätecyanid (HCN), syrgas (O 2 ) och kvävemonoxid (NO) i temperaturintervallet C. Närvaro av ammoniak i förbränningsmiljön anses som en mindre källa till dikväveoxid. Vid höga temperaturer (>900 C) avtar bildningsreaktionerna och dikväveoxid bryts ned. Ur termodynamisk synpunkt är dikväveoxid egentligen instabil vid höga temperaturer (>ca 400 C) men ofta tillåter den korta uppehållstiden och temperaturprofilen längs rökgaskanalen att den kan förekomma i mätbara halter. N 2 O bildning är således av betydelse främst vid förbränningstekniker med relativt låga förbränningstemperatur som t.ex. vid förbränning i fluidiserade bäddar. 2.2 Utsläppens effekter De olika utsläppen ger upphov till en mängd olika miljöeffekter. I Tabell 2.1 anges de vanligaste emissionerna som härrör från energianvändning samt vilka miljöeffekter de bidrar till. Därutöver leder energianvändning även till förbrukning av naturresurser, exploatering av mark, produktion av avfall och restprodukter, samt strålning. Tabell 2.1 Bidraget till olika miljöeffekter från emissioner som sker i samband med energianvändning. Förutom effekter från emissioner påverkar energianvändning även miljön genom bl.a. förbrukning av naturresurser, exploatering av mark, produktion av avfall samt strålning. 8

11 2. Miljöpåverkan från energianvändning Miljöhot CO 2 N 2 O CH 4 halon NO X SO 2 CO stoft HC metaller PAH Växthuseffekten X X X X X * X * X * Försurning X X Marknära ozon/ oxidanter X X X Luftföroreningar i tätort (hälsa) X X X X X Övergödning X Spridning av metaller X Organiska miljögifter *) Indirekt påverkan genom produktion av ozon X Nedan beskrivs växthuseffekten, försurning, marknära ozon, övergödning och metaller närmare Växthuseffekten I frånvaron av atmosfär hade medeltemperaturen vid jorden varit cirka -19 o C. Nu finns i atmosfären gaser som absorberar den utgående värmestrålningen och åter emitterar värmestrålning mot jorden. Denna så kallade växthuseffekt är alltså naturlig och håller i stället medeltemperaturen vid jordytan på cirka +15 o C. Människan har genom olika verksamheter ökat koncentrationen av växthusgaser i atmosfären vilket kan leda fram till en förstärkning av växthuseffekten. Man befarar att jordens medeltemperatur kommer att höjas med flera grader under det kommande seklet. En sådan klimatändring kommer att leda till en mängd allvarliga konsekvenser på naturliga ekosystem och mänskliga bosättningar. De viktigaste växthusgaserna är vattenånga, koldioxid (CO 2 ), ozon (O 3 ), metan (CH 4 ), dikväveoxid (N 2 O) och freoner. Vattenånga är den dominerande växthusgasen, men dess koncentration i atmosfären bestäms av klimatsystemet och påverkas inte på global skala av antropogena källor. Koncentrationen av ozon påverkas av mänskliga aktiviteter, men det är svårt att kvantifiera dessa förändringar utifrån dagens observationer. Ser man på hur mycket människan globalt har förstärkt växthuseffekten mellan år 1980 och 1990 svarar koldioxid för cirka 55 procent, metan för 15 procent, lustgas för 7 procent och freonerna för ungefär 25 procent. Ozonets roll har inte kunnat kvantifieras på ett tillfredsställande sätt men man har uppskattat dess bidrag till ca 5-10 procent av de övriga gasernas totala påverkan. Koldioxid bildas vid all förbränning av organiska ämnen. Vid förbränning av fossila bränslen förs kol ur jordskorpan till atmosfären som koldioxid. Odling och förbränning av biobränslen anses inte långsiktigt bidra till växthuseffekten eftersom de växter som förbränts har tagit upp koldioxid ur luften och bundit detta under sin relativt korta livsperiod. Lika stor mängd frigörs sedan vid förbränningen. Det finns idag ingen ekonomiskt försvarbar metod att rena bort CO 2 -emissioner. Utsläppens storlek är lika stort som kolinnehållet i det tillförda bränslet. 9

12 2. Miljöpåverkan från energianvändning Metan, är en cirka 25 gånger effektivare växthusgas än koldioxid, sett över ett 100 årsperspektiv. I Sverige sker utsläpp av metan huvudsakligen från biologiska processer inom jordbruk och från avfallsdeponier, men även från förbränningsprocesser inom transport-, energi- och industrisektorerna. Naturliga metanutsläpp sker från våtmarker och är till beloppet troligen större än de av människan orsakade metanutsläppen. Lustgas är en cirka 320 gånger effektivare växthusgas än koldioxid, sett över ett 100- årsperspektiv. Det betyder att relativt små mängder lustgas kan ha en betydande växthuseffekt räknat i koldioxidekvivalenter. I Sverige sker utsläpp av lustgas från förbränningsprocesser inom framför allt transportsektorn, industrisektorn, raffinaderier och energisektorn. Lustgas produceras även i industriella processer, som exempelvis vid tillverkningen av handelsgödsel. Lustgas produceras även i biologiska processer i mark, både naturligt och som ett resultat av jord- och skogsbruk. Freoner är mycket starka växthusgaser, mellan 500 och gånger effektivare växthusgas än koldioxid, sett över ett 100-årsperspektiv. Dessa gaser förekommer inte naturligt på jorden utan har tillverkats av människan för användning som isoleringsmaterial, som kylmedium i värmepumpar och kylanläggningar, som lösningsmedel och i andra industriella tillämpningar. Vissa freoner har från 1996 förbjudits i Sverige på grund av deras ozonnedbrytande förmåga, men fortfarande förekommer användningen av så kallade mjuka freoner, som har liten ozonnedbrytande förmåga, men som är starka växthusgaser. Ozon bildas i fotokemiska processer under inverkan av kväveoxider (NO x ), kolmonoxid (CO), flyktiga organiska kolväten (VOC) samt solljus. Modellberäkningar har visat att vid en fördubbling av koldioxidkoncentrationen (eller motsvarande höjning av andra växthusgaser) kommer den globala medeltemperaturen att höjas med mellan 1,5 och 4,5 o C. Man uppskattar att detta kommer att inträffa någon gång mellan åren 2050 och 2100 om inte kraftiga emissionsbegränsningar genomförs. Detta är en större temperaturförändring än vad som förekommit på jorden de senaste åren. Hotet om en framtida klimatförändring har på senare år ifrågasatts av vissa aktörer. FN:s klimatpanel har därför tydliggjort vad man med säkerhet vet och vad som är mindre säkert: Man vet att emissioner av växthusgaser har ökat som ett resultat av människans aktiviteter och att detta har lett till att de atmosfäriska koncentrationerna av växthusgaserna koldioxid, metan, lustgas och freoner har ökat. Dessa ökningar kommer att förstärka den naturliga växthuseffekten och värma jordens yta. Mätningar visar att jordens medeltemperatur mellan åren 1860 och 1990 har ökat med 0,4-0,7 grader Celsius. Man har dock inte kunnat konstatera om denna förändring är en naturlig variation eller om den är orsakad av människans utsläpp. Ökningen stämmer dock överens med 10

13 2. Miljöpåverkan från energianvändning klimatmodellernas resultat. Man vet inte med säkerhet hur mycket och hur snabbt som jorden kommer att värmas. Baserat på klimatmodeller uppskattar man att temperaturhöjningen de kommande 100 åren kommer att vara mellan 0,1 och 0,3 grader per decennium beroende på vilka emissionsbegränsningar som genomförs. Man uppskattar att den globala genomsnittliga havsytenivån kommer att stiga med ca 20 cm fram till år 2030 och med 65 cm fram till år Försurning Svaveldioxid och kväveoxider som släpps ut i luften sprids i atmosfären, oxideras och omvandlas till syror. Syrorna löser sig i vattendroppar och når marken i form av nederbörd eller dimma. Det sura nedfallet kan även torrdeponeras på marken, främst i form av partiklar. Det sura nedfallet försurar mark, grundvatten och ytvatten och leder bl a till att fiskbestånd slås ut, skogsmarken utarmas på näring och grundvattnet får högre metallhalter. Utsläppen av svaveldioxid kommer huvudsakligen från energiproduktion och från olika typer av industriell verksamhet, t ex från massa- och pappersindustrin samt metallurgisk industri. Naturliga utsläpp av svavel förekommer, t ex från havet och från vulkanutsläpp, men är av underordnad betydelse för svaveldepositionen i den industrialiserade delen av världen. Svavelutsläppen i norra Europa har sjunkit betydligt under de senaste tjugo åren. Den viktigaste källan för kväveoxider är vägtrafiken, men viktiga emissioner kommer även från energiproduktion och industri. Naturliga emissioner av kväveoxider förekommer även, exempelvis från skogsbränder, biologiska markprocesser och blixturladdningar i atmosfären. Kväve som släpps ut i form av ammoniak bidrar under vissa omständigheter också till försurningen och kommer huvudsakligen från jordbruket. Svavel- och kväveföreningarna har en typisk livslängd i atmosfären på några dagar till några veckor. De hinner därmed spridas lång väg innan de deponeras. Man talar därför om försurningen som ett gränsöverskridande miljöproblem. En stor del av svavelnedfallet i Sverige har ursprung i andra länder, exempelvis Tyskland, Storbritannien och Polen. Det sura regnet leder till en försurning av mark, vattendrag och grundvatten. Idag är ca 20 % av Sveriges sjöar och vattendrag så allvarligt försurade att % av antalet arter har försvunnit. När marken försuras påverkas växtligheten genom näringsobalans och gifteffekter av metaller som ökar i halt. Det sura nedfallet påverkar även byggnadskonstruktioner och angriper även t ex statyer, husfasader och murverk. 11

14 2. Miljöpåverkan från energianvändning Marknära ozon Ozon är en gas som förekommer naturligt i atmosfären. I stratosfären på ca km höjd är ozonet på grund av utsläpp av freoner på väg att minska. Mer än 90% av atmosfärens samlade ozon finns i stratosfären. Det absorberar UV-strålning ur solljuset som annars kan skada organismerna vid jordytan. Minskat ozoninnehåll i stratosfären, särskilt i området kring Antarktis, är därför ett viktigt miljöproblem. I troposfären (0 km - ca 10 km) är problemet det motsatta. Ozonet i troposfären, det så kallade marknära ozonet, är giftigt för människor och växter. De senaste 50 till 100 åren har den genomsnittliga halten mer än fördubblats i centrala och nordvästra Europa. Till detta kommer så kallade ozonepisoder, perioder med en varaktighet från några timmar till några dagar, med starkt förhöjda ozonhalter. Ozonepisoder förekom troligen inte under förindustriell tid. Marknära ozon bildas i fotokemiska, dvs ljusberoende, processer i luftmassor som är förorenade med kväveoxider (NO x ), flyktiga organiska kolväten (VOC) och kolmonoxid (CO). Den viktigaste källan för kväveoxider är vägtrafiken, men viktiga emissioner kommer även från energiproduktion och industri. Naturliga emissioner av kväveoxider förekommer även exempelvis från skogsbränder, biologiska markprocesser och blixturladdningar i atmosfären. Den viktigaste källan för kolväten är vägtrafiken, men även t ex ytkemisk industri, petrokemisk industri och förbränningsprocesser ger upphov till viktiga bidrag. Naturliga kolväteemissioner förekommer från bl a skogsträd. Kolmonoxid kommer huvudsakligen från trafiken, till en mindre del från andra förbränningsprocesser. Det finns två typer av problem med marknära ozon: den långsiktigt ökande halten i bakgrundsluften och episoder med höga ozonkoncentrationer under kort tid. Bakgrundshalten av ozon i marknära skiktet har ökat från ca 20 µg/m 3 i mitten av 1800-talet till ca µg/m 3 som årsmedelvärde på norra hemisfären idag. På södra halvklotet är ökningen mindre vilket förklaras av att utsläppen av kväveoxider är lägre på södra halvklotet. Episoder med höga ozonhalter uppträder vanligtvis under vår och sommar. Man kan då mäta halter mellan 120 och 240 µg/m 3 i flera timmar, ibland under upp till en vecka eller två i streck. Orsaken till episoderna är att det under vissa väderförhållanden, främst stabila högtryck som rör sig in över Sverige från de stora utsläppskällorna på kontinenten, ackumuleras kolväten och kväveoxider. Under inverkan av det vid högtryck vanligen starka solljuset bildas då mycket ozon. Ozon är en starkt giftig gas som kan ge skador på människor, växter och material. Ozon påverkar växter bl a genom att störa ämnesomsättningen, påskynda åldrandet och påverka fotosyntesen så att tillväxten minskar. Ozon verkar irriterande på slemhinnor i ögon och luftvägar hos människor. Ozon orsakar även korrosion och bryter ner gummi. Ozon är dessutom en växthusgas. Man uppskattar att ca 5-10 % av den förstärkta växthuseffekten beror på ökade ozonhalter. 12

15 2. Miljöpåverkan från energianvändning Övergödning (eutrofiering) Mängden näringsämnen i sjöar och hav ökar för närvarande, framför allt som ett resultat av antropogena utsläpp av kväve och fosfor. Den naturliga balansen mellan produktion och nedbrytning rubbas. Konsekvensen blir förändringar i växt- och djurliv. Vissa växt- och djurarter massförökar sig medan andra slås ut. Den ökade produktionen av organiskt material kräver mer syre för att brytas ned, vilket kan leda till syrebrist och döda bottnar. Övergödning som också kallas eutrofiering, inträffar när ett område får alltför stor tillförsel av ett ämne som normalt är tillväxtbegränsande. Kväve och fosfor är de viktigaste näringsämnena och är av störst betydelse för eutrofieringen. Kväveutsläpp kommer från jordbruk och avloppsreningsverk, men även från t ex fiskodlingar, livsmedelsindustri, massa- och pappersindustri och andra industrigrenar. De flesta typer av förbränning leder till kväveutsläpp till luft som senare kan deponeras och bidra till övergödning och eventuellt försurning. Fosforutsläpp kommer framförallt från jordbruk, från avloppsreningsverk och från massa- och pappersindustrin, men förekommer även i mindre omfattning från fiskodlingar, från livsmedelsindustrin samt från kemisk industri. Det första steget i eutrofieringen är att halten av näringsämnen ökar i vattnet. Detta ökar i sin tur primärproduktionen i vattnet genom ökad fotosyntes hos växtplankton och andra växter. Algblomningen på våren blir kraftigare. Trådformiga, kortlivade och snabbväxande alger gynnas i den näringsrika miljön. De kväver blåstång och andra stora fleråriga alger, vilka slås ut. När växt och djurplankton dör, faller de ner till bottnen där de konsumeras av bottenlevande djur eller bryts ner av bakterier. Detta kräver syrgas. På grunda, väl syresatta bottnar räcker syret till för att bryta ner allt organiskt material och produktionen kan fortlöpa. På djupare vatten skiktar sig vattnet beroende på salthalt eller temperatur, vilket försvårar för det syrerika ytvattnet att blandas med bottenvattnet. Under det så kallade språngskiktet som utgör gränsen mellan de båda skikten fortsätter nedbrytningen tills allt syre har förbrukats. Vid stor syrebrist börjar giftigt svavelväte att bildas. Fisken flyr dessa områden och bottenlevande djur och organismer dör. En annan följd av ökad produktion av alger är att siktdjupet försämras i vattnet. Ljuset når inte ner tillräckligt långt för att hålla fotosyntesen igång på större djup. En annan påtaglig och mycket synbar effekt av övergödningen är sjöar och vattendrag som helt eller delvis vuxit igen. Utbredda vassbälten är ofta ett tecken på eutrofiering Spridning av metaller Metallutsläpp sker från olika industriprocesser och förbränningsprocesser, men också från trafiken. Metallutsläppen till luft utgörs till största delen av partiklar via stoft, men även av metallångor. De metallutsläpp som är kända för att vara av stor betydelse ur miljösynpunkt är arsenik, kadmium, kobolt, krom, koppar, kvicksilver, mangan, molybden, nickel, bly, vanadin och zink. Av dessa är kadmium, bly och kvicksilver särskilt uppmärksammade på grund av deras giftverkan. 13

16 2. Miljöpåverkan från energianvändning Fler metaller, t ex järn, mangan, zink, koppar och kobolt är i små mängder nödvändiga näringsämnen för djur och växter, men i högre koncentrationer blir de snabbt giftiga. Metaller tas upp av växterna och anrikas i näringskedjan. Detta innebär att djur högt upp i näringskedjan, som exempelvis rovdjur och människor, kan ha ett högt intag av tungmetaller som ansamlas i kroppen. Metallerna påverkar bl a näringsupptaget i växter. Hos fåglar är reproduktionsstörningar en vanlig effekt. Tungmetaller kan hos människan orsaka skelettskador och nervsjukdomar. 14

17 2. Miljöpåverkan från energianvändning 2.3 Källor Houghton, J.T., Jenkins, G.J., Ephraums, J.J., Eds., Climate Change - The IPCC Scientific Assessement. Cambridge University Press, Cambridge, U.K. IPCC, 1992, 1992 IPCC supplement, IPCC Secretariat, World Meteorological Organisation, Case Postale 2300, 1211 Geneva 2, Switzerland. Statistiska centralbyrån, 1996: Naturmiljön i siffror, femte utgåvan, ISBN IPCC, 1994, Radiative forcing of climate change - The 1994 Report of the Scientific Assessment Working Group of IPCC, IPCC Secretariat, World Meteorological Organisation, Case Postale 2300, 1211 Geneva 2, Switzerland. Statistiska centralbyrån, Naturmiljön i siffror, femte utgåvan, ISBN Karin Pleijel, Internt material om marknära ozon, Institutet för Vatten och Luftvårdsforskning, IVL Miljöfakta, Juni 1992, Mars 1993, Oktober 1994, Svensk energiförsörjning, Box 8324, Stockholm Naturvårdsverket, Forskning och utveckling för bättre miljö 1996, rapport , Naturvårdsverket, , Stockholm. 15

18 3. Energianvändning nu och i framtiden 3. Energianvändning nu och i framtiden 3.1 Energianvändning i dagsläget 1 Den totala energitillförseln i Sverige uppgick 1999 till 615 TWh 2. Fördelningen mellan olika energislag framgår av Figur 3.1. Användningen av bränslen i Sverige, flygbränslen och kärnkraftbränsle ej inräknade, uppgick 1999 till ungefär 280 TWh, vilket är cirka 46% av den totala energitillförseln Fördelningen mellan olika bränslen framgår av Figur 3.2. Vattenkraft och vindkraft, brutto Spillvärme m.m. 71 TWh i fjärrvärme 9 TWh Biobränslen, torv m.m. 93 TWh Kärnkraft,brutto 213 TWh Råolja och oljeprodukter 200 TWh Naturgas, stadsgas 9 TWh Kol och koks 26 TWh Biobränslen, torv m m, 93 TWh 33% Kol och koks 26TWh 9% Naturgas och gasol, 14 TWh 5% Eo 2-5, 31 TWh 11% Eo 1, 31 TWh 11% Diesel, 38 TWh 13% Bensin, 48 TWh 17% Figur 3.1. Fördelning av energitillförsel totalt i Sverige Det skedde en nettoexport av el på 7 TWh. Kärnkraften redovisad enligt internationell metod. (Energimyndigheten, 2000) Figur 3.2. Fördelning av användning av bränslen och drivmedel i Sverige Flygbränslen och kärnkraftbränsle ej inräknade. (Energimyndigheten, 2000). I dagsläget står vattenkraft och kärnkraft för den huvudsakliga elproduktionen i Sverige (ca 95 %, fördelat jämnt på de båda kraftslagen). Resterande andel produceras främst med konventionell värmekraft. Vindkraften står ännu för en mycket liten del av elproduktionen, ca 0,2 % under Vatten- och kärnkraftens sammanlagda andel av den totala energitillförseln har ökat från 9 % år 1970 till 46 % år Bränsleanvändningen och fördelningen av användningen av de olika bränslena har förändrats en hel del mellan åren 1980 och 1999 (Figur 3.3). Den totala användningen är idag ungefär på samma nivå som 1980 efter att som lägst ha varit c:a 75 % av 1980 års användning Fossila bränslen Råolja och oljeprodukter stod 1999 för cirka 33 % av den totala energitillförseln i Sverige var motsvarande siffra 58 %. Användningen av petroleumprodukter har totalt sett minskat markant under perioden utgjorde petroleumprodukter c:a 80 % av den totala bränsleanvändningen och 1999 var andelen 57 %. Främst är det användningen av eldningsoljor som har minskat. Utbyggnaden av kärnkraften, fjärrvärmen och naturgasnätet har medfört att eldningsoljorna till stor del har ersatts med el och fjärrvärme för uppvärmning. Under perioden 1993 till 1996 ökade dock den totala användningen av tjocka eldningsoljor med 50 %, i huvudsak beroende på produktionsökning inom exportindustrin och på ökad användning i fjärrvärmesektorn, 1 Baserat på uppgifter ur Energimyndigheten (2000). 2 Enligt FN/ECE:s metod för att beräkna tillförseln från kärnkraften. 16

19 3. Energianvändning nu och i framtiden vilket i sin tur beror på mindre nederbörd och lägre temperaturer än normalt. Under 1997 minskade efterfrågan återigen eftersom 1997 var ett år med normal nederbörd. Användningen av bensin och dieselolja har ökat med 20% respektive 30% sedan För naturgas har användningen ökat under perioden, både i absoluta tal och i förhållande till oljeprodukterna. Naturgasen introducerades i Sverige 1985 och användningen har sedan dess gradvis ökat. Användningen 1999 uppgick till ca. 9,3 TWh. Gasen har främst ersatt olja inom industrin samt i el- och värmeverk, vilka svarade för 39 % respektive 41 % av den svenska naturgasanvändningen år Kol och koks utgjorde % av den totala bränsleanvändningen. Användningen ökade sedan fram till mitten av De senaste årens relativt låga oljepriser, skärpta miljökrav och ökad beskattning har dock gjort att användningen avtagit och stagnerat. Användningen av gasol uppgick 1999 till cirka 5 TWh, vilket är en minskning med 36% jämfört med Gasolen används främst inom industrin och till värmeproduktion TWh Eo 2-5 Eo 1 Diesel Bensin Kol och koks Naturgas Biobränslen, torv m m År Figur 3.3. Användning av bränslen och drivmedel i Sverige (Energimyndigheten, 2000) Biobränslen, torv m. m. Användningen av de bränslen som tillsammans klassificeras som biobränslen, torv m. m. i den officiella statistiken, redovisas i Figur 3.4. Massaindustrins avlutar är restprodukter från massatillverkning. I trädbränslen ingår ved, bark, spån och energiskog. Bränslena används i huvudsak inom de fyra områdena skogsindustri, fjärrvärmeverk, småhussektorn samt elproduktion. 17

20 3. Energianvändning nu och i framtiden Avfall 5,1 TWh 5% Import 8 TWh 8% Torv 2,8 TWh 3% Massaindustrins avlutar, 34 TWh 34% Trädbränslen 48 TWh 48% Tallolja 1,6 TWh 2% Figur 3.4. Användning av biobränslen, torv m.m. i Sverige 1999 (Energimyndigheten, 2000). Andelen biobränslen, torv m.m. av den totala bränsleanvändningen har mer än fördubblats sedan 1980 då andelen av den totala bränsleanvändningen var 15 %. Den största ökningen i användandet av biobränslen, torv m.m. utgörs av ökad trädbränsleanvändning. Trädbränsleanvändningen inom fjärrvärmesektorn har nästan tredubblats under de senaste fem åren (Figur 3.5). I första hand är det avverkningsrester och biprodukter från skogsindustrin som används. Förädlade bränslen som briketter och pelletter samt tallbeckolja har börjat användas i ökande utsträckning de senaste åren och under 1999 uppgick användningen till 4,1 TWh. Energiskog och stråbränslen, som halm och energigräs, har använts i försöksskala sedan början av 1990-talet. Under 1999 användes cirka 0,1 TWh energiskogsbränsle, medan halm och energigräs användes i mindre mängder. Övriga användningsområden för trädbränslen är enskild uppvärmning i småhus, energiutvinning internt inom skogsindustrin samt i liten utsträckning elproduktion i kraftvärmeanläggningar Biobränslen för elproduktion Avlutar och råtallolja Torv TWh Trädbränsle 5 Avfall År Figur 3.5. Användning av biobränsle, torv m.m. i fjärrvärme (Energimyndigheten, 1998). 18

21 3. Energianvändning nu och i framtiden Användningen av avlutar sker uteslutande internt inom massaindustrin, och har inte förändrats nämnvärt de senaste åren. Avlutar används först och främst för att återvinna kemikalier från processerna. Detta sker genom förbränning, vilket gör att man samtidigt kan utvinna energi i form av värme. Avfall har använts för fjärrvärmeproduktion sedan 1970-talet, och användningen är ganska konstant från år till år. I huvudsak är det hushållsavfall som används. Inom industrisektorn finns en potential av rivningsvirke m.m. som för närvarande inte utnyttjas för energiutvinning. Andra avfallsbaserade energikällor är biogas från rötning av avloppsslam och till viss del annat organiskt avfall, samt utvinning av deponigas. Av dessa används ungefär 1 TWh respektive 0,4 TWh per år. Torvanvändningen sker till största delen i fjärrvärmeverken och har varit ganska konstant de senaste åren. En relativt omfattande kommersiell import av biobränslen har förekommit under 1999 i form av t ex trädbränsle, återvunnet trädbränsle, tallbeckolja och torv. Kvantiteterna, som är svåruppskattade har ökat de senaste åren och beräknades för 1997 ligga någonstans mellan 7 och 9 TWh. Importen omfattar % av tillförseln av biobränslen till fjärrvärmeverken och utgör numera en betydande råvarukälla Biodrivmedel Med biodrivmedel avses drivmedel som är baserade på förnybara råvaror till skillnad från de konventionella drivmedlen bensin och dieselolja som är baserade på fossila råvaror. Användningen av biodrivmedel, som t. ex. etanol, biogas och RME, förväntas öka i framtiden men är i dag i stort sett begränsad till demonstrations- och försöksverksamhet och finns därför inte med i statistik över bränslen och drivmedel. Etanol som drivmedel har testats dels som ren etanol och som komponent i olika blandbränslen. Det finns idag drygt 300 etanoldrivna tunga fordon (främst bussar) i Sverige och ungefär lika många personbilar, främst av typen FFV (Flexible Fuel Vehicle). Det finns ett femtiotal tankställen för etanol i Sverige idag. I Sverige tillverkas etanol vid MoDo s sulfitfabrik i Örnsköldsvik (cirka m 3 per år) och vid Agroetanols fabrik i Norrköping (cirka m 3 per år). En liten del av etanolen från Ö-viksfabriken (cirka 500 m 3 ) används till drivmedel. För att täcka resterande behov (totalt cirka m 3 per år) använder man importerad etanol framställd ur europeiskt överskottsvin, där EU tillåter ett lägre pris för vissa kvantiteter förutsatt att de används som drivmedel. Tillgången på vinetanol är begränsad och vore ett mycket dyrt alternativ utan subventionerna. På sikt anses den stora potentialen för Sveriges del ligga i cellulosabaserad etanol. Norrköpingsfabriken togs i drift under första halvåret 2001, och den spannmålsbaserade etanolen därifrån kommer att blandas i bensin till 5 %. Metanol är en annan alkohol som har testats som drivmedel både i Sverige och internationellt. De svenska försöken avslutades dock under 1980-talet och även den internationella försöksverksamheten har minskat i omfattning. 19

22 3. Energianvändning nu och i framtiden Biogas är ett samlingsnamn för den gas som kan utvinnas ur rötning av organiskt avfall och avloppsslam samt ur deponier. Det mesta av den biogas som produceras i Sverige idag (se avsnitt 3.1.1) används till värmeproduktion och endast vid ett mindre antal anläggningar (7 platser) används gasen som fordonsdrivmedel. Totalt uppgår biogasfordonsflottan till cirka hundra fordon, ungefär hälften personbilar och hälften bussar. RME (Rapsmetylester) är ett biodrivmedel som fick ett förhållandevis starkt genomslag för ett par år sedan. Det har dock pågått en debatt om miljövänligheten hos RME och detta tillsammans med att man i vissa fall haft problem med funktionen i fordon har gjort att utvecklingen inte fortsatt i samma takt. I dagsläget används cirka m 3 per år, det mesta inhemskt producerat. Ungefär 80 % används i ren form och 20 % inblandat i dieselolja. Ren RME används främst i personbilar medan blandbränslet främst används i tunga fordon. Det finns cirka 40 tankställen för RME i Sverige idag. DME (Dimetyleter) används idag huvudsakligen som drivgas i sprayburkar och som kemisk råvara, men kan i framtiden komma att utgöra ett alternativ till diesel. Tillverkningen är idag mycket begränsad och användningen som fordonsdrivmedel inskränker sig till ett fåtal försöksfordon. MTBE och ETBE är etrar som framställs av metanol respektive etanol, och som kan användas för inblandning i bensin. De lämpar sig inte som drivmedel i ren form. I cirka hälften av den bensin vi köper i Sverige idag finns det en inblandning av ett par procent MTBE. Inblandningen sker på oljebolagens egna initiativ, som ett sätt att höja oktantalet. 3.2 Energianvändning i framtiden Detta avsnitt behandlar vilken framtida potential olika drivmedel samt bränslen för fasta anläggningar bedöms ha utifrån politiska, ekonomiska och tekniska villkor. Diskussionen är baserad på Underlag för bedömning av introduktion av alternativa drivmedel, KFB, NUTEK och SIKAs redovisning till Kommunikationskommittén Översiktlig bedömning av olika alternativa drivmedels framtida potential Alternativa drivmedel utgör alternativ till bensin och dieselolja som i dag dominerar vägtransportsektorn. Begreppet alternativa drivmedel är ett förhållandevis vitt begrepp och vi kan finna alternativ som kan baseras på såväl fossila som förnybara råvarukällor. Det finns ett antal alternativa drivmedel som diskuteras vars egenskaper är olika när det gäller miljövänlighet, tillgång m.m. Tabell 3.1 beskriver översiktligt vilka alternativa drivmedel som kan aktualiseras i framtiden. En uppdelning sker dels i alternativ baserade på fossila och förnybara råvaror, dels i nischanvändning och i storskalig användning (nisch avser en nivå om 0-10% användning av ett alternativt drivmedel, och storskalig avser en användning över 10% räknat på hela drivmedelspoolen för vägtrafik). 20

23 3. Energianvändning nu och i framtiden Tabell 3.1 Potential för användning av olika drivmedel och konverteringsteknik. Baserat på Underlag för bedömning av introduktion av alternativa drivmedel, KFB, NUTEK och SIKAs redovisning till KomKom Alternativ Alternativ med otillräcklig kapacitet för 10% som är kriteriet för nischanvändning Alternativ som kan uppfylla 10% kriterium för storskalig användning Kort sikt Medellång sikt Lång sikt Fossila råvaror Reformulerad bensin X X X Reformulerad diesel X X X LPG X X Naturgas X Metanol från naturgas X X DME från naturgas X X Metanol från kol X Blandning av diesel och X veg. oljeestrar Förnybara råvaror Metanol från cellulosa X Metanol från socker och X stärkelserika växter Etanol från cellulosa X Etanol från socker och X stärkelserika växter Vegetabiliska oljor X Estrar av vegetabiliska X oljor Biogas X DME från cellulosa X Vätgas från förnybara X råvaror Det bör markeras att tabellen i första hand ger en bedömning av de tekniska förutsättningarna för en framtida användning. Ekonomiska konsekvenser, miljökonsekvenser och effekter från energiberedskapssynpunkt av en storskalig introduktion av olika alternativ har inte närmare bedömts. Med kort sikt avser vi upp till tio år, medellång och lång sikt över 20 år. Av tabellen framgår att antalet alternativ som i framtiden kan komma till storskalig användning och som baseras på förnybara energikällor sannolikt är begränsat. Det gäller i första hand bioalkoholer. Alternativ som växtoljor och biogas kan användas i en mer begränsad skala som nischbränslen. Beslut inom andra sektorer, i första hand energisektorn, kan komma att påverka förutsättningarna att använda naturgas och el i framtiden. DME (dimetyleter) redovisas också i tabellen eftersom det visat sig ha gynnsamma tekniska egenskaper och miljöegenskaper som dieselmotorbränsle. DME är hanteringsmässigt likartad med LPG (motorgas) och kan i princip tillverkas ur förnybara råvaror. Vid sidan av tekniska bedömningar finns flera olika förhållanden som påverkar möjligheterna till framtida introduktion av alternativa drivmedel. Miljön är i detta sammanhang den centrala frågan för att avgöra om statsmakterna på olika sätt vill 21

24 3. Energianvändning nu och i framtiden underlätta en mer omfattande introduktion eller inte. En annan avgörande restriktion är kostnaderna för alternativa drivmedel jämfört med konventionella drivmedel. Detta kan i första hand mätas i form av produktionskostnader men eftersom olika drivmedel belastas med skatter och avgifter krävs att man tar hänsyn till dessa förhållanden när man bedömer förutsättningarna för en introduktion. Det säger sig självt att konkurrenskraften hos alternativen blir bättre om oljebaserade drivmedel belastas med höjda skatter och avgifter. Energipolitiken har tidigare varit en mycket viktig drivkraft för att underlätta en introduktion av alternativa drivmedel och samtidigt minska oljeberoendet men i takt med att oljepriset relativt sett sjunkit har energiaspekten kommit att få en allt mindre betydelse. Samtidigt har oljeanvändningen för el i det närmaste upphört medan användningen för värmeändamål kraftigt har minskat. Från svenskt perspektiv är det framför allt diversifieringen av den återstående importen av råolja och färdiga produkter som har lett till att energifrågan fått mindre vikt. En återgång till ett ensidigt beroende av olja från mellanöstern skulle självfallet kunna förändra denna situation. En introduktion av alternativa drivmedel i Sverige blir alltmer beroende av den internationella utvecklingen. Detta begränsar möjligheterna till ensidiga blågula lösningar. Samtidigt skapar Sveriges medlemsskap i EU möjligheter att även påverka utvecklingen på den övriga kontinenten. En framtida introduktion av alternativa drivmedel skulle ingalunda göra att de konventionella oljebaserade drivmedlen ens på mycket lång sikt fasas ut. Skälen till detta är självfallet kostnaderna för en mycket omfattande introduktion av alternativa drivmedel och att även konventionella drivmedel blir mer miljöanpassade och mindre belastande för miljön. En introduktion av alternativa drivmedel är dock nödvändig för att totalt sett minska transportsektorns bidrag till växthuseffekten. Framtida effektiviseringar inom transportsektorn kan också påverka takten i en introduktion av alternativa drivmedel. Å andra sidan tyder erfarenheterna på att en minskad specifik användning av drivmedel kompenseras genom att man kör längre sträckor. För flera av de alternativ som kan bli aktuella på kortare sikt är det viktigt vilken potential de har för en introduktion, se tabellen i det föregående. Skall ett alternativt drivmedel få en betydelse för att uppnå olika övergripande miljömål krävs att det kan introduceras i större skala. En slutsats man kan dra är därför att det sannolikt i framtiden kommer att finnas ett antal olika alternativ till bensin och diesel på transportmarknaden. Det är kostnaderna och den bedömning man gör av miljöeffekterna som avgör introduktionens omfattning och inriktning. I detta sammanhang kan även forskning och utveckling vara central för att få fram konkurrenskraftiga alternativ. I det följande görs en bedömning av förutsättningar och restriktioner för olika alternativ: 22

25 3. Energianvändning nu och i framtiden Alkoholer Alkoholer kan användas antingen i ren form eller som låginblandnings- och blandbränslekomponent. Från miljösynpunkt är det mest fördelaktigt att använda bränslet i ren form. För att fullt ut dra nytta av bränslets positiva egenskaper krävs motorer som är dedicerade för detta bränsle eller s.k. bränsleflexibla motorer. Dessa motorer kan drivas på en valfri blandning av t.ex. bensin och alkoholer. Fördelen med att använda alkoholer som låginblandningskomponent är att man i princip kan inblanda i dagens bensinpool och köra bilarna utan särskild justering. Etanol ur spannmål är i dag ett kommersiellt tillgängligt alternativ som kommer att få en användning som nischbränsle. En anläggning i Norrköping är nyligen tagen i drift (våren 2001). Etanol ur cellulosa kan sägas vara huvudlinjen på alkoholsidan i dagens läge. Potentialen förefaller vara mycket stor och konflikterna med användning av råvaran för industriändamål och fasta anläggningar förefaller vara hanterbara. Det krävs fortsatt FoU för att utveckla kostnadseffektiv produktion av etanol ur cellulosahaltiga råvaror. Stora resurser anslås för detta ändamål inom ramen för energipolitiken och det borde kunna finnas förutsättningar för att uppföra en demonstrationsanläggning inom några år. En introduktion av spannmålsetanol kan underlätta en senare introduktion av cellulosabaserad etanol i större skala. Metanol ur fossila bränslen kan möjligen spela en viss roll men troligen kommer en sådan användning endast att bli marginell. Metanol producerad ur förnybara råvaror genom förgasning har studerats i olika utredningar och det visar sig finnas en icke oväsentlig potential att genom uppskalning av anläggningar få till stånd en konkurrenskraftig produktion. Intresset från industrins och myndigheternas sida för en sådan produktion förefaller i dag vara låg och dessutom begränsas möjligheterna att uppföra en sådan anläggning eftersom det krävs en avsättning av hetvatten för uppvärmning för att fullt ut få till stånd en konkurrenskraftig produktion. Här konkurrerar metanolproduktion med kraftvärmeproduktion. Växtoljor Rapsmetylester RME har i dag användning i dieselmotorer och det finns ett stort antal olika projekt på detta område på kontinenten. Dessa alternativ kan få en viss betydelse som nischbränsle men kopplingen till EUs jordbrukspolitik och handelspolitiska restriktioner begränsar möjligheterna till en mer storskalig användning. En annan viktig faktor som talar mot en storskalig framtida användning är att detta bränsles värde från miljösynpunkt har ifrågasatts. El, vätgas och bränsleceller Det finns från bl.a. kraftindustrin ett stort intresse för att använda el för fordonsdrift. Problemet med detta alternativ är fortfarande att få till stånd en tekniskt tillgänglig och konkurrenskraftig lagringsteknik i form av batterier. Den bedömning som görs i dag visar att även en storskalig introduktion av elfordon inte torde medföra några 23

26 3. Energianvändning nu och i framtiden negativa konsekvenser för möjligheterna att ställa om energisystemet. Det bygger på förutsättningarna av en hög verkningsgrad i fordon och att man kan styra laddningen av fordon till låglastperioder under dygnet. Vätgas och bränsleceller utgör alternativ som är föremål för omfattande forskning internationellt. Gemensamt för dessa alternativ är att de skulle kunna få en omfattande användning på längre sikt som ersättning för fossila bränslen i fordon. Problemet eller utmaningen är att få fram teknik som är konkurrenskraftig och energieffektiv som t.ex. lagringsteknik för vätgas och bränsleceller i fordon. Gemensamt för dessa alternativ är att vi är beroende av den internationella utvecklingen för att få fram teknik som i framtiden skall kunna möjliggöra en mer storskalig användning inom transportsektorn som ersättning för olja. Däremot skulle självfallet teknikgenombrott på dessa områden tämligen snabbt kunna medföra att dessa alternativ kan introduceras i större skala. Detta motiverar att man noga följer utvecklingen på området t.ex. genom internationella forsknings- och utvecklingssamarbete och de tekniska attachéerna i nyckelländerna. Gasformiga drivmedel Naturgas har introducerats på syd- och västkusten och kan komma att få en ökad användning beroende på om man från energipolitiska utgångspunkter kommer att introducera naturgas i större skala än i dag. Detta alternativ har sin främsta användning i bussar och lastbilar. Biogas är ett alternativ som redan i dag har en användning i både tunga och lätta fordon i Sverige beroende på att det baseras på avfall och i stort sett inte medför några emissioner. En ökad utvinning av biogas kan även minska metangasavgången från landets soptippar. En nationell utredare har tillsatts för att samordna insatserna på området. Det finns en del tekniska frågor kvar att lösa och det gäller olika metoder för att forcera jäsning av avfall. Dessutom krävs en enhetlig specifikation för biogasfordon för hela landet eftersom varje avfallsdeponianläggning har en gas med unik sammansättning av metan, koldioxid, etc. Sammanfattning Det är framför allt är motoralkoholer - etanol från spannmål och cellulosa - som på kort och medellång sikt kan komma till användning i större skala i landet. Om en mer omfattande introduktion sker kommer den sannolikt av skatteskäl i första hand att ske i lätta fordon. Introduktionen kommer sannolikt att först ske genom låginblandning och på lite längre sikt i form av användning i ren form i motorer. En introduktion underlättas av att man introducerar bränsleflexibla fordon som kan drivas antingen på bensin eller alkoholer etc. För närvarande genomförs ett mer omfattande teknikupphandlingsprojekt rörande bränsleflexibla fordon. Som ett komplement kommer en fortsatt introduktion av naturgas och biogas att kunna ske. Som vi konstaterade tidigare kommer oljebaserade drivmedel att finnas kvar i transportsektorn inom överskådlig tid bl.a. beroende på att kostnaderna för en total introduktion av alternativa drivmedel skulle bli alltför höga. 24

27 3. Energianvändning nu och i framtiden Av helt avgörande betydelse för en framtida introduktion är framtida skatter på energiområdet. För närvarande arbetar en arbetsgrupp i regeringskansliet med frågor om skatter och avgifter för energi. Denna grupp beräknas framlägga sina resultat under nästa år. På längre sikt kan en mer omfattande introduktion av el, vätgas och bränsleceller komma att ske i Sverige. Som tidigare konstaterats kommer detta att vara beroende av den internationella teknikutvecklingen Framtidsbedömningar, fasta anläggningar Elproduktionen sker i Sverige i första hand genom vattenkraft och kärnkraft och endast i begränsad utsträckning (ca 6 %) genom fossila bränslen, biobränslen och vindkraft. För uppvärmning används i dag biomassa, torv etc. i stor skala. Det gäller såväl produktion i kraftvärmeverk (el- och värme) eller i värmeverk. En viss användning sker fortfarande av fossila bränslen som kol och olja men förändringar som genomförts i skattesystemet minskar användningen. På längre sikt kommer användningen av bioenergi fortsätta att öka i fasta anläggningar och styrande kommer vara kostnader och möjligheterna att få ut tillgängliga kvantiteter i skogen. På sikt kan även jordbruksmark komma att användas för produktion av biomassa. En annan viktig faktor är utvecklingen av eluppvärmning av bostäder. Avveckling av kärnkraften kommer att ställa krav på en ökad användning av bioenergi för produktion av el. Det sker en omfattande forskning och demonstration av teknik för förgasning av biobränslen. Kostnader och miljökonsekvenser av en utökad användning av biomassa utgör osäkra faktorer vad gäller potentialen för fortsatt användning av biomassa. Möjligheterna till ytterligare effektivisering av energisystemet liksom en ökad användning av naturgas påverkar också möjligheterna att i framtiden använda inhemska bränslen. För småskalig uppvärmning, enskilda hus eller kvarterscentraler, används fortfarande i stor utsträckning olja. En ökad användning av biobränslen kan förutses men begränsande för denna utveckling är i dag utsläpp av stoft, polyaromatiska kolväten etc. Det krävs en fortsatt teknisk utveckling av förbrännings- och reningsteknik för att möjliggöra en utökad användning av biobränslen i småskaliga anläggningar. Rent generellt kan man konstatera att kostnadsbilden är bättre för småskalig förbränning av biobränslen än storskalig förbränning. Det beror på att betalningsförmågan generellt sett är större för småskalig förbränning. Sammanfattning Den framtida användningen av bränslen för el- och värmeproduktion är beroende av flera olika förhållanden. Biobränslen kommer sannolikt att spela en mer central roll i framtiden både i stora och små anläggningar. När det gäller stora anläggningar är det främst anläggningar för förgasning av biomassa som tilldrar sig intresse. Även vindkraft bör kunna spela en roll liksom vattenkraften. Under en övergångstid bör även naturgas kunna spela en roll särskilt i samband med att kärnkraftsavvecklingen 25

28 3. Energianvändning nu och i framtiden inleds. På längre sikt kan det bli aktuellt att i större skala introducera bränsleceller i energisystemet. Av stor betydelse för utformningen av det framtida energiproduktionssystemet kommer även möjligheterna att minska användningen av el för uppvärmning samt att spara eller använda energi mer effektivt att vara. Miljön sätter gränser för användningen av olika energislag. Det gäller t.ex. uttaget av trädbränslen med hänsyn till den biologiska mångfalden, landskapsbilden kan påverkas av en mer omfattande etablering av vindkraftverk etc. Småskalig förbränning av biobränslen kan medföra lokala problem i form av utsläpp av polyaromatiska kolväten och stoft. En ökad användning av naturgas medför utsläpp av nitrösa gaser och CO 2. Till följd av det energipolitiska beslutet våren 1997 anslår staten betydande belopp för forskning och utveckling rörande ny teknik för tillförsel och användning av energi. En stor del av denna forskning är motiverad av miljöskäl. Även kraftföretagen bedriver forskning och utveckling bl.a. inom ramen för Elforsk AB. Slutligen sätter ekonomin gränser för vilka alternativ som kan komma till användning i större skala i framtiden. Statens kan i viss utsträckning påverka introduktionen av olika alternativ genom skatter och avgifter, särskilt på miljön. 3.3 Referenser och källor Energifakta, Information från AB Svensk Energiförsörjning, Stockholm. Energimyndigheten, Energiläget 2000 samt Energiläget i siffror, Statens energimyndighet, Eskilstuna. Månsson, T., Rena fordon med biodrivmedel - En kunskapsöversikt. KFB- Rapport 1998:1, Kommunikationsforskningsberedningen, Stockholm. Eriksson H-A, AgroOil, Muntlig kommunikation, april 2001, tel Kommunikationskommittén, Underlag för bedömning av introduktion av alternativa drivmedel. Bilaga till SOU 1997:35, KFB, NUTEK samt SIKA s redovisning till Kommunikationskommittén , Fritzes, Stockholm. hemsida för Bioalcohol Fuel Foundation. 26

29 4. Fakta om energibärare 4. Fakta om energibärare 4.1 Energiinnehåll i bränslen I tabell 4.1 nedan redovisas energiinnehåll och densitet för de bränslen som är behandlade i miljöfaktaboken. Uppgifterna i tabellen är hämtade från Energifakta (1996) där inte annat anges. I de fall där uppgifter hämtats från annan källa anges detta i fotnot. Energiinnehållet i ett bränsle kan variera beroende på råvarukälla och tillverkningsprocesser. Siffrorna i tabellen är ungefärliga riktvärden. Tabell 4.1 Ungefärliga riktvärden för energiinnehåll i olika bränslen (Energifakta, 1996) Bränsle Energiinnehåll (MJ/kg) Densitet (kg/m 3 ) stenkol 27, diesel Mk1 och Mk2 2 43,2 815 diesel Mk3 3 42,8 845 Eo1 42, Eo4 41,0 935 Eo5 40,6 950 motorbensin 43,0 730 rapsolja 5 42,0 800 RME 6 37,5 884 etanol 26, gasol 8 46,1 2,4 9 naturgas 51,9 10 0,75 DME 11 28,8 1,92 12 skogsbränsle 13, 50 % fukthalt 8,4-14 Skogsbränsle 13, 30 % fukthalt 12,7-14 pelletter/briketter 13, 11 % fukthalt 16,8-14 energiskog 15, 50 % fukthalt 7,9-14 energiskog 15, 30 % fukthalt 12,1-14 torv 16, 50 % fukthalt 9,3 330 torv 16, 35 % fukthalt 12,8 400 hushållsavfall 10, tallbeckolja 37, gummiflis 28,8 20 na 1 Stjälpt mått (m 3 s) 2 Data hämtat från Svenska Petroleum Institutet (SPI), muntlig kommunikation. 3 Avser sommarkvalitet. Vinterkvalitet: 43,0 MJ/kg och 830 kg/m 3. Data från SPI. 4 Vattenfall (1996) anger energiinnehållet i Eo1 till 43 MJ/kg 5 Rapsoljan består av 62 % paraffin, % rapsmetylester och 0-3 % etanol. Energiinnehåll inom intervallet 41,5-43,4 MJ/kg 6 Data hämtat från Celsius Materialteknik (1994). 7 I Almemark et al (1996) anges 25,5 MJ/kg för 95 %-ig etanol 8 Blandning av 50 % propan och 50 % butan 9 Gäller gasol i gasform. För flytande gasol gäller 530 kg/m 3 10 Vattenfall (1996) anger energiinnehållet i naturgas till 47,1 MJ/kg 11 Data hämtat från KFB-Meddelande 1997:30, DME-Drivmedel för dieselmotorer 12 Gäller DME i gasform. För flytande DME gäller 668 kg/m 3 13 Effektivt värmevärde: 19,2 MJ/kg TS 14 Densiteten varierar kraftigt. För en och samma fukthalt kan densiteten variera mellan ca kg/m 3 s 15 Effektivt värmevärde: 18,3 MJ/kg TS 16 Effektivt värmevärde: 21 MJ/kg TS 17 Finnveden et al (1994) anger energiinnehållet i hushållsavfall till 9,3 MJ/kg 18 Kännetecknar en lös sopa. Efter kompaktering har sopan en densitet på cirka 400 kg/m 3 19 Källa: 20 Källa: Norrköping Miljö och Energi AB 27

30 4. Fakta om energibärare 4.2 Bensin, Diesel och Eldningsolja Bensin är en blandning av ett stort antal olika kolväten med förhållandevis låga kokpunkter, därav dess flyktighet. Tidigare tillsattes blyföreningar för att höja oktantalet, men sedan 1994 är försäljning av blyad bensin förbjuden i Sverige. Metyl-tertiär-butyleter, MTBE, tillhör gruppen etrar och är en förening av metanol och det gasformiga kolvätet isobuten. Isobuten är en biprodukt från raffinaderier och metanol kan framställas bl. a. från naturgas och biomassa. Etrar kan liksom alkoholer blandas i bensin, dock högst till 10% om bränslet ska gå att använda i dagens motorer. Inblandningen gör bland annat att utsläppen av kolmonoxid och kolväten reduceras. Det finns även andra etrar med liknande egenskaper som MTBE, t. ex. etyl-tertiärbutyleter, ETBE. Dieselolja är en blandning av olika kolväten såsom paraffiner, naftener och aromater. Dessutom tillsätts också vissa additiv för att uppnå önskade egenskaper hos bränslet. Diesel finns i dag i ett flertal olika kvaliteter, miljöklass 1, 2 och 3, med olika krav på t.ex. svavelhalt. Användningen av dieselolja utgörs i dagsläget till cirka 90 % av miljöklass 1. Eldningsolja förekommer i flera kvaliteter och klassas efter viskositet. Eldningsolja 1, Eo1, har lägst viskositet och kallas tunnolja. Eo 1 kan erhållas i tre miljöklasser, där den avgörande skillnaden är svavelhalten, och används i t ex villapannor. De övriga oljekvaliteterna, Eo 3, Eo 4, Eo 5 och bunkerolja hör till gruppen tjockoljor, och måste värmas före förbränning i industripannor och oljekraftverk. Bensin, diesel och eldningsolja är petroleumprodukter och tillverkas alla av råolja. Olja är ett fossilt bränsle som, liksom kol och naturgas, bildats ur organiskt material som avlagrats på botten av sjöar och hav. Avlagringarna har täckts med lera och under årmiljoner har dessa, under högt tryck och temperatur, omvandlats till kolväten. Produktionen av de olika bränslena sker i korthet på följande sätt. Först sker en prospektering och iordningställande av en oljekälla. Härvid uppkommer stora mängder borrmaterial som släpps tillbaka på havsbottnen, reinjiceras i borrhål eller fraktas till land. Genom uppumpning eller självtryck förs råolja från havsbottnen upp för rening från vatten. Oljan transporteras därefter via pipeline eller fartyg till raffinaderi där den raffineras, d v s förädlas. Raffineringen inleds med en destillation där råoljans lätta och tunga fraktioner skiljs åt. Genom att införa ytterligare ett steg i raffineringen, så kallad krackning, kan andelen lätta fraktioner ökas. Raffinaderiet producerar en mängd olika produkter ur råoljan, däribland bensin, diesel och eldningsoljor. De färdiga produkterna pumpas därefter till fartyg för distribution till oljedepåer där de lagras och sedan transporteras vidare för försäljning. 4.3 Gasol Gasol är det svenska handelsnamnet på vätskeformig petroleumgas (på engelska Liquified Petroleum Gas, LPG). Gasol består av en kolväteblandning av främst propan och butan, och är vid rumstemperatur och atmosfärstryck gasformig. Den framställs ur naturgas, råolja eller raffinaderigaser. Vid framställning genom separation av tyngre kolväten från naturgas erhålls en gasol som huvudsakligen består av mättade kolväten. När gasolen är framställd av råolja i raffinaderi kan den även 28

31 4. Fakta om energibärare innehålla omättade kolväten (propen och buten). C:a hälften av världens gasolproduktion kommer från naturgas och råolja, och resten från raffinering. Gasolen förvaras oftast nerkyld i bergrum i flytande form. Distributionen till kunderna sker med järnväg, bil eller i direkta rörledningar. De viktigaste användningsområdena för gasol är som bränsle inom industrin och vid fjärrvärmeproduktion, men den används även som bränsle för fritidsändamål, substitut för stadsgas eller naturgas, råvara i kemisk industri m m. Den svenska stålindustrin är en stor förbrukare av gasol. Gasformig gasol bildar med luft en explosiv blandning om halten gasol ligger mellan 2 och 10 %. Gasolen är luktfri och förses därför före försäljning med ett starkt luktämne så att ett eventuellt läckage kan upptäckas. 4.4 Kol Kol är ett fossilt bränsle som bildats genom anhopning och inkolning av växtdelar under en lång tidsperiod. När det förmultnande växtlagret täckts av sediment av sand och lera har det under ökande tryck och temperatur omvandlats till först torv, sedan brunkol och till sist stenkol och antracit. Kolet förekommer ofta i form av band, s k flötsar, vars tjocklek kan variera från någon centimeter upp till 30 meter. Cirka 2/3 av världens kolproduktion bryts under jord och resten i dagbrott. Efter brytning transporteras kolet till användningsorten via fartyg och landtransport. Kolets egenskaper och kvalitet varierar och beror bl a på graden av inkolning (d v s den process där det organiskt bundna kolet reduceras till fritt kol) och det ursprungliga organiska materialets ålder och därmed ligninhalt. Brunkol har lågt energiinnehåll och används nästan uteslutande direkt i anslutning till gruvfälten. Stenkolen är energirik och är den kolsort som används främst i Sverige. Genom pyrolys av stenkol erhålls koks. 4.5 Naturgas Naturgas består av en blandning av olika brännbara kolväten som vid normalt tryck och temperatur befinner sig i gasfas. Huvudbeståndsdelen är metan, CH 4 vilken kan ingå i en mängd av 90-99% av den totala gasblandningen beroende på var gasen hämtats. Förutom metan kan naturgasen innehålla etan, propan, butan, och små mängder av andra kolväten. Förutom uppräknade kolväten kan också finnas koldioxid, kväve, svavel och syre. Naturgasen är en organisk produkt som, för ca miljoner år sedan, bildades på samma sätt som olja och stenkol. Detta gör bränslet till ett av de bränslen som brukar benämnas fossila. Första steget i produktionskedjan är att prospektera efter naturgas genom seismiska undersökningar. Då ett intressant område hittats påbörjas provborrning och vid fyndighet börjas uppumpning av gasen. Gasen transporteras därefter via pipelines eller i nedkyld form via fartyg till reningsanläggning innan den leds till slutkonsument. Transport till konsument sker i de flesta fall genom lastbilstransporter eller distribution via pipelines i ett naturgasnät. Slutkonsument för naturgasanvändning kan vara el och värmeverk, industri, bostäder eller fordon som drivs av naturgas. 29

32 4. Fakta om energibärare 4.6 Torv Torv är en organisk jordart som började bildas för år sedan då inlandsisen började dra sig tillbaka. Torv finns i mossar och kärr och består av ofullständigt förmultnade växtdelar. Sammansättning och tillväxt varierar med klimatet. För att få bryta torv krävs ett tillstånd från länsstyrelsen. Efter att tillståndet erhållits kan mossen förberedas för täkt. Vegetationen röjs bort och den blivande täkten dräneras genom dikning. När vattenhalten sjunkit från ca. 90% till ca. 80% görs ytan i ordning genom att ytlagret avlägsnas och ett tätare system av diken anläggs. Efter ett till tre år kan produktionen inledas. Frästorv skördas med en skördemaskin som fräser ett tunt skikt (ca. 1-2 cm) av torven till ett löst pulver. Pulvret får sedan torka och lagras på speciella stackfält vid myrkanten inför transport till förbränningsanläggning. Tio till femton skördar kan erhållas per år vid normal produktion. Stycketorv produceras genom att skördemaskinen pressar torven genom munstycken. Torven tas då upp från ett djup av cm. Torvbitarna får sedan torka och lagras vid myrkanten i väntan på transport till förbränningsanläggning. Normalt tas 2-4 skördar årligen med denna metod. Efter cirka 20 års brytning avslutas torvtäkten och ytan planteras med skog, energiskog, vall eller någon annan gröda. Alternativt kan under vissa förutsättningar en sjö anläggas Torven och klimatet En av de mest diskuterade frågorna kring torv som bränsle har varit i vilken utsträckning torv bidrar till ökningen av växthuseffekten. För att kunna bedöma effekterna av torv med hänsyn till växthuseffekten räcker det dock inte med att bedöma utsläppen vid skorstenen. De totala effekterna av användningen av torv för energiändamål innefattande minskad metangasavgång och upptag av kol igen i utvunnen myr måste därför vägas in i en mer samlad analys. Det har därför producerats ett flertal rapporter som inriktat sig på torvens bidrag till växthuseffekten ur ett livscykelperspektiv. De olika rapporterna redovisar att klimatpåverkan från användandet av torv motsvarar allt från 35% till 100% av klimatpåverkan från användandet av kol (se ). För jämförelsens skull kan nämnas att naturgasens bränslecykel orsakar en klimatpåverkan motsvarande cirka 55 % av klimatpåverkan från kolets bränslecykel. Ytterligare forskning behövs för att klargöra torvens klimatpåverkan. 4.7 Avfall Synen på avfall har förändrats en hel del under den senaste tiden. Från att ha varit ett problem som man försökt bli av med genom i huvudsak deponering ses nu avfall allt mer som en resurs som kan utnyttjas genom t. ex. återvinning eller förbränning. Det finns olika sätt att utnyttja avfall som energikälla, till exempel förbränning, utvinning av deponigas och biologisk förgasning, s. k. rötning. I detta avsnitt behandlas förbränning av hushållsavfall och i avsnitt 4.11 behandlas produktion av biogas genom rötning. 30

33 4. Fakta om energibärare Hushållsavfallet samlas in och transporteras med lastbil till en avfallsförbränningsanläggning där det förbränns utan vidare sortering annat än hushållens egen. Avfall är inte något homogent bränsle utan är sammansatt av många olika material såsom biologiskt avfall, plast, papper, glas m.m. Den aska som produceras vid förbränningen stabiliseras genom inblandning av cement och vatten och transporteras sedan med lastbil till en deponi. Det finns totalt 22 avfallsförbränningsanläggningar i Sverige. Avfall delas in i grupperna konsumtionsavfall (där bl. a. hushållsavfall ingår), produktionsavfall och farligt avfall. Hushållsavfallet uppgick 1994 till 3,2 miljoner ton, vilket motsvarar ungefär 50% av allt konsumtionsavfall. Av hushållsavfallet användes 42% till energiutvinning genom förbränning, 39% deponerades, 16% gick till återvinning och 3% gick till biologisk behandling. Resterande konsumtionsavfall deponeras i stor utsträckning. Till exempel deponerades % av allt bygg- och rivningsavfall (totalt 1,2 miljoner ton). Endast 17% gick till förbränning och resten till återvinning. Industrins avfall (produktionsavfall) uppgick 1993 till 62 miljoner ton, varav gruvindustrin stod för 75%. Inom skogsindustrin utnyttjas mycket brännbart produktionsspill för att täcka stora delar av värmebehovet i fabrikerna. Renare avfallsfraktioner från industriavfall, t. ex. träflis, går även till förbränning i andra fastbränslepannor än avfallsförbränningsanläggningarna. Det förekommer att vissa förbränningsanläggningar för biobränslen även har tillstånd att elda med vissa typer av avfall, t. ex. gummiflis tillverkat av gamla bildäck och annat gummiavfall. Detta innebär dock inte att avfallet därmed klassas som biobränsle. Enligt Fjärrvärmeföreningen (1997) är det endast två fjärrvärmeanläggningar som eldar just gummiavfall Långväga transporter av avfall Miljöeffekter som inte finns medtagna här gäller bland annat de fall då det avfall som används är importerat eller har transporterats långa sträckor inom Sverige. Utsläpp från transporterna kan då ge en större miljöpåverkan än vad som redovisas i kapitlet Miljöpåverkan för olika användningsområden beroende på transportsätt och avstånd. För att kartlägga detta måste varje fall granskas separat. Det importerades ton tillståndspliktigt avfall, varav ton slipers, träavfall mm (bygg- och rivavfall i form av behandlat trä), vilket motsvarar ca. 5% av det svenska bygg- och rivningsavfallet. Obehandlat trä är dock inte tillståndspliktigt varför den totala importen av träavfall troligtvis är större än vad siffrorna ovan anger. 4.8 Etanol Produktion av etanol kan ske på principiellt två olika sätt. Etanolen kan framställas dels på biokemisk väg genom jäsning av en sockerlösning följt av destillation och dels genom kemisk syntes av eten, som ofta har sitt ursprung i fossil petroleumnafta. Jäsning av socker är den helt dominerande tillverkningsmetoden i Sverige idag. 31

34 4. Fakta om energibärare Den biokemiska etanolen kan vara framställd på olika sätt och utbytet bestäms främst av råvarans innehåll av jäsbara sockerarter. I dagsläget är den dominerande delen råvara socker- eller stärkelsehaltiga jordbruksprodukter (t.ex. sockerbetor, sockerrör, potatis och säd) men i framtiden är tanken att svensk etanolproduktion i huvudsak ska vara skogsbaserad (t.ex. cellulosa eller hemicellulosahaltiga råvaror som halm, löv och barr, ved, returpapper och kommunalt avfall). För omvandling av cellulosa och hemicellulosa till socker krävs dock nya produktionsmetoder baserade på så kallad enzymatisk hydrolys. Utvecklingsarbeten pågår för närvarande såväl i Sverige som utomlands för att ta fram sådana metoder. Totalt används cirka m 3 drivmedelsetanol i Sverige årligen. Endast en mycket liten del (ca. 500 m 3 ) utgörs av inhemskt producerad etanol tillverkad vid MoDo s sulfitfabrik i Örnsköldsvik. Resterande behov täcks med importerad etanol framställd ur europeiskt överskottsvin, där EU tillåter ett lägre pris för vissa kvantiteter förutsatt att de används som drivmedel. Det tillverkas totalt cirka ton etanol av överskottsvin årligen runt om i världen. Överskottsvinet transporteras till ett bränneri för destillation. Därefter går det med tankbåt till importlandet där det upparbetas och transporteras till tankstationer. I Sverige är det Sekab som importerar och upparbetar vinetanolen.tillgången på vinetanol är begränsad och vore ett mycket dyrt alternativ utan subventionerna. Totalt sett används i Sverige årligen cirka m 3 etanol för kemisk industri, kemisk-tekniska produkter, humankonsumtion samt motorbränsle. Agroetanol AB har uppfört en fabrik för drivmedelsetanol i Norrköping där produktionen är baserad på spannmål. Fabriken togs i drift under första halvåret Där kommer man att tillverka cirka m 3 etanol årligen. Den tillverkade etanolen kommer uteslutande att användas för att blandas i bensin till 5 %. Den etanolblandade bensinen kommer att säljas i mellansverige som vanlig bensin. 4.9 RME Rapsolja som är basen för produktionen av rapsmetylester (RME), produceras i dag från fyra olika grödor, höst- och vårraps samt höst- och vårrybs. Huvudintresset riktas dock främst mot höstrapsen som också står för merparten av rapsoljeproduktionen. Odlingen av raps sker i södra Sverige på ca ha vilket i stora drag motsvarar 6 % av den totala svenska åkerarealen. Efter skörd och torkning transporteras rapsfröna till en produktionsanläggning för utvinning av rapsoljan. Utvinningen sker genom pressning av rapsens frön. Huvudsakligen sker detta i dag i en storskalig anläggning i Karlshamn. Förutom rapsoljan bildas även en restprodukt som kan användas vid foderframställning. Den utvunna rapsoljan vidareförädlas därefter för att dess tekniska egenskaper som bränsle skall förbättras. Detta sker genom en omförestring av rapsolja till RME. Omförestringen gör att RME får lägre viskositet och lägre kokpunkt än rapsolja och bränsleegenskaper som mer liknar dieseloljans. Pressning och omförestring av rapsoljan kan vara belägen i samma produktionsanläggning men kan också ske i olika anläggningar. Distribution av den färdiga produkten sker sedan till olika försäljningsställen i landet. I dag ca ett 40-tal tankställen. I Sverige används ca m 3 RME per år. Av detta är det mesta inhemskt producerat. Som bränsle används ca 80% i ren form medan 20% används i 32

35 4. Fakta om energibärare bränsleblandningar med diesel. Bränsleblandningarna används främst i tunga fordon medan personbilar främst använder bränslet i ren form DME Dimetyleter, DME, är en eter som produceras via syntesgas och kan därigenom framställas från i princip samtliga kolhaltiga ämnen, inklusive biomassa, genom förgasning. I dagsläget sker all tillverkning av DME med naturgas, nafta, tjocka restoljor och kol som råvarubas. Tekniken för att använda sig av biomassa befinner sig ännu på utvecklingsstadiet. I dagsläget är produktionen av DME mycket begränsad (ca ton/år). Den sker genom dehydratisering (kemisk avskiljning av vatten) av redan framställd metanol. DME används idag huvudsakligen som drivgas i sprayburkar och som kemisk råvara, men kan i framtiden vara ett lämpligt dieselmotorbränsle, bland annat på grund av sin låga självantändningstemperatur (ca. 235 C) och sina goda egenskaper vad gäller prestanda och emissioner. DME är i gasform vid atmosfärstryck och har stora likheter med LPG (motorgas/gasol) när det gäller distribution och tankning m.m. Användningen av DME som energikälla i form av fordonsdrivmedel befinner sig i dagsläget på försöksstadiet. En eventuell användning i större skala bedöms inte vara aktuell förrän på längre sikt Biogas Biogas är benämningen på den gasblandning som bildas när bakterier i syrefri miljö bryter ner organiskt material som innehåller kol. Gasen innehåller den brännbara gasen metan (CH 4 ), koldioxid (CO 2 ) och vatten samt mindre mängder av andra komponenter. Den anses vara ett av de minst miljöpåfrestande biobränslen som idag är praktiskt och ekonomiskt möjliga att använda. Biogas har hittills främst utvunnits ur slam från avloppsreningsverk och kallas då rötgas. Biogas från avfallsupplag brukar kallas deponigas, en gas som idag i allt större utsträckning samlas in och facklas av eller utnyttjas för energiproduktion. Det finns flera tekniska lösningar för utvinning av biogas från organiska restprodukter, avloppsvatten och odlad biomassa. Gemensamt är att man använder en lufttät tank, en rötkammare, för den syrefria nedbrytningen av materialet. Om gasen ska användas som fordonsdrivmedel måste koldioxid, svavelväte, ammoniak, partiklar och vattenånga avskiljas så att gasen i princip endast innehåller metan. Deponigas kan inte användas som fordonsdrivmedel p.g.a. för hög kvävehalt. Den renade biogasen tankas sedan i fordonet i ett helt slutet system genom snabbtankning alternativt långsamtankning. Om inte tankningsanläggningen ligger i direkt anslutning till produktionsanläggningen kan gasen distribueras antingen i rörledningar eller med mobila gaslager (lastbil). Biogas produceras idag vid drygt 200 anläggningar i Sverige. Den största delen av biogasen utnyttjas idag för värmeproduktion och endast vid 7 anläggningar används gasen som fordonsdrivmedel. Det är dock användningen som drivmedel som diskuteras mest och bedöms ha störst potential i framtiden. Därför behandlas här endast biogas som drivmedel. 33

36 4. Fakta om energibärare 4.12 Trädbränslen Trädbränslen ingår i den grupp av bränslen som brukar kallas biobränslen, det vill säga bränslen där biomassa är utgångsmaterialet (ej torv och blandat avfall). Trädbränsle innefattar alla bränslen där träd eller delar av träd är utgångsmaterial samt biprodukter från skogs- och trävaruindustrin (ej bränsle av avfallspapper och avlut). De biobränslen som är vanligast förekommande idag är just trädbränslen i form av skogsbränsle, energiskog och återvunnet trädbränsle. Skogsbränsle är idag det vanligaste biobränslet och består av avverkningsrester som grenar, stubbar, toppar och småträd som inte tas tillvara som industriellt virke eller massa. Energiskog består av snabbväxande trädarter, bl.a. Salix, som odlas för energiändamål. Återvunnet trädbränsle utgörs bland annat av restprodukter från skogs- och sågverksindustrin, såsom sågspån och kutterspån, och används ofta som råvara för förädling till briketter, pelletter eller pulver. Produktionen av skogsbränsle börjar med att avverkningsrester samlas ihop med hjälp av en s.k. skotare. Avverkningsresterna flisas sedan på plats och transporteras därefter till en förbränningsanläggning. Energiskog kan odlas på outnyttjad åkermark. Efter plantering tar det 4-5 år innan den första skörden kan tas. Därefter sker skörd med 3-5 års intervall under år. Efter det måste odlingen förnyas. Salix skördas efter lövfällningen med antingen direktfliseller helskottsmetoden. Direktflisning innebär att det skördade materialet sönderdelas samtidigt med skördandet. Bränslet är då färdigt att transporteras till förbränningsanläggning. Det har då en fukthalt på ca. 50%. Vid helskottsskörd läggs buntar av Salix på fältet eller vid fältkanten. Där lagras de under ca. ett halvår varmed fukthalten sjunker till ca. 30%. Därefter kan materialet antingen flisas på plats och därefter transporteras till förbränningsanläggning eller transporteras som hela skott till förbränningsanläggningen och flisas där. Återvunnet trädbränsle i form av sågspån och kutterspån transporteras från sågverk till en förädlingsfabrik där sågspånet måste torkas innan det förädlas. För bränsletorkningen eldas vanligtvis bark. Materialet pressas sedan samman till den form man vill ha, t.ex. pelletter eller briketter. Det förädlade bränslet transporteras därefter till en förbränningsanläggning. Vid förbränningen av de olika bränslena bildas aska som kan hanteras på två olika sätt. Den kan antingen deponeras eller återföras till marken respektive skogen där bränsleuttaget skedde. Vid askåterföring återställer man en del av de näringsämnen som förts bort i samband med bränsleutvinningen. Idag är det endast deponering som används i full skala vid energiproduktion med biobränsle, men försök med askåterföring pågår Askåterföring När biomassa, stamved och avverkningsrester förs bort ur skogen för man samtidigt bort de näringsämnen som annars skulle ha tillförts skogen när träden dör och bryts ned. Därför bedöms återföring av aska bli ett villkor för en omfattande användning av trädbränslen. När aska ska tas tillvara bör man förbränna skogsbränslen separat utan inblandning av förorenade bränslen eller bränslen med höga halter av tungmetaller. Dessa utgör en risk för markekosystemet, speciellt om t.ex. rivningsvirke, fossila bränslen eller torv blandas med skogsbränslet. Energiskog innehåller ofta höga halter 34

37 4. Fakta om energibärare av kadmium och zink på grund av att Salix har lätt för att ta upp dessa ämnen från marken, varför aska från Salix inte bör återföras Trädbränslen och transporter Import av trädbränslen eller långväga transporter av trädbränslen inom Sverige genererar utsläpp som kan ge en större miljöpåverkan än vad som redovisas i kapitel 5 beroende på transportsätt och avstånd. För att kvantifiera dessa utsläpp måste dock varje fall granskas separat. Blümer (1997) har analyserat energieffektiviteten för olika bränsleslag. Han antar att normaltransporter av biobränslen innebär lastbilstransport i 50 km med tom retur. För detta fall visar resultaten att biobränslen kräver mindre energi vid transport än genomsnittet för olja och kol. Totalt sett åtgår då mindre än 1% av biobränslets energiinnehåll till transporterna Olivkärnor m.m. Det har under senare år pågått försök med att använda mer exotiska, importerade biobränslen, som t.ex. olivkärnor och palmnötskal, i fjärrvärmeanläggningar. Detta har dock bl.a. visat sig medföra vissa förbränningstekniska problem varför användandet av dessa bränslen har upphört Tallolja Tallolja är en biprodukt från skogsindustrin som allt mer börjat användas som bränsle både internt inom skogsindustrin och i fjärrvärmesektorn. Den ursprungliga biprodukt som utvinns när man tillverkar pappersmassa vid sulfatcellulosabruk kallas råtallolja och är en blandning av ämnen som finns i träd, framför allt tall. Råtalloljan används bland annat som kemisk råvara. Vid destillation av råtallolja erhålls tallfettsyra, tallharts och beck. Becket ger i blandning med den lättflyktigaste fraktionen, förolja, tallbeckolja. Både råtallolja och tallbeckolja kan användas som bränslen, men det är främst tallbeckoljan som används som bränsle inom fjärrvärmesektorn. Tallbeckoljan har förbränningsegenskaper liknande eldningsoljorna 4 och 5 och används ofta som ersättning för dessa. Det användes 1996 ungefär 1,7 TWh tallbeckolja inom fjärrvärmesektorn. Förutom användningen av inhemskt producerad tallolja importeras ganska stora kvantiteter årligen. Det importerades 1997 ungefär ton råtallolja till Sverige, varav cirka 60% kom från USA. Finland är näst största importland med cirka ton. Stockholm Energi AB (nu Birka Energi AB) var 1997 den näst största förbrukaren av tallbeckolja inom fjärrvärmesektorn i Sverige och stod ensamma för ungefär 25% av den totala användningen av tallbeckolja. De importerade % av tallbeckoljan från USA och 23% från Finland. 9% av tallbeckoljan var inhemskt producerad Vattenkraft Ett vattenkraftverk utnyttjar en förändring av vattnets lägesenergi för elproduktion. Vatten som faller från en hög nivå till en lägre får gå genom en turbin som i sin tur driver en generator som producerar el. Vattenkraft kräver en omfattande byggnadsverksamhet för att uppföra kraftverk med dammar, tunnlar och ledningar för vattenföringen samt turbinhallar med turbiner och kringutrustning. Vid en del kraftverk finns också årsmagasin i form av sjöar, reglerade eller helt konstgjorda. Den helt dominerande delen av vattenkraftens 35

38 4. Fakta om energibärare miljöpåverkan kommer från de effekter på miljön, som denna byggnadsverksamhet har. Vattenkraftens resursförbrukning består, utöver ianspråktagande av mark för kraftverk, dammar och vattenmagasin, i tillverkning av byggnadsmaterial och konstruktionsmaterial för maskiner och elledningar. Ovanstående innebär, att vattenkraftens miljöprofil starkt påverkas av sådana faktorer som terrängförhållanden på platsen, installerad effekt, valda bygg- och konstruktionsmaterial, antal drifttimmar per år och teknisk livslängd. I Sverige finns totalt ett tusental vattenkraftverk, de flesta små. Ca. 120 st. har en effekt större än 20 MW (Vattenfall, 1996). Vattenfall och Sydkraft bidrar med sammanlagt 190 vattenkraftverk till ca. 65 % av den i Sverige genererade vattenkraftelen Vindkraft Vindkraft har samma karaktär som vattenkraft när det gäller miljöpåverkan. Själva energivaran, vinden, är flödande och driver en generator som producerar el. Miljöprofilen domineras av emissioner från och resursförbrukning för markberedning, för byggande av torn och för konstruktion av själva kraftverket med tillhörande kringutrustning. Viktiga faktorer är alltså, liksom för vattenkraften, markförhållandena på byggplatsen, valda bygg- och konstruktionsmaterial, installerad effekt, antal drifttimmar per år och verkets tekniska livslängd. Andra viktiga miljöpåverkansfaktorer, som gjort att vindkraften debatterats livligt under de senaste åren, är den visuella påverkan på landskapsbilden samt ljus- och ljudstörningar vid drift. Vindkraften svarade 1999 för ca. 2 promille av elgenereringen i Sverige Kärnkraft Ett kärnkraftverk fungerar egentligen ungefär som ett kondenskraftverk som eldas med något bränsle, t.ex. olja eller kol. Elen produceras där genom att vattenånga driver en turbin med en generator. Vattenångan kyls sedan ned med t.ex. havsvatten och spillvärmen utnyttjas därmed inte för fjärrvärmeproduktion. Skillnaden är att i ett kärnkraftverk produceras vattenångan genom att kärnreaktioner kopplade till uranets sönderfall värmer vattnet. Kärnkraftens resursförbrukning bestäms huvudsakligen av byggandet av kraftverken, medan emissioner till luft och vatten domineras av bränslecykeln, dvs. framställning av uranbränslet (brytning i dagbrott och underjordsgruvor) samt anrikning. Dessa traditionella miljöpåverkansfaktorer är dock inte de som diskuteras mest i samband med kärnkraft. De viktigaste frågorna är istället säkerhetsaspekter kopplade till risken för reaktorhaveri med utsläpp av radioaktiv strålning som följd, samt problemet med att slutförvara det radioaktiva avfallet på ett långsiktigt säkert sätt. 36

39 4. Fakta om energibärare 4.16 Referenser och källor Almemark, M. & Lindfors, L-G, LCA-analys av spannmålsbaserad produktion av etanol för bussdrift i jämförelse med dieseldrift. Utförd på uppdrag av Agroetanol AB och LRF, Institutet för vatten- och luftvårdsforskning, Stockholm. Anders Elam, Atrax Energi AB. Muntlig kommunikation augusti -98, tel Arnald, M Livscykelinventering av elproduktion genom flisförbränning i CFBpanna. Examensarbete TRITA-KET-IM 1997:8, Kungliga Tekniska Högskolan. Bengt Sävbark, Ecotraffic AB. Muntlig kommunikation juli -98, tel Bertil Persson, Svensk Etanolkemi AB (Sekab), Muntlig kommunikation september - 98, tel Blinge, M. et al, Livscykelanalys (LCA) av drivmedel. KFB-Meddelande 1997:5, Kommunikationsforskningsberedningen, Stockholm. Blinge, M., Jämförande analys av producerade rapporter kring livscykelanalyser av drivmedel. Meddelande 97, Institutionen för transportteknik, Chalmers tekniska högskola. Blümer, M, Energieffektivitet i Bioenergisystemet. Rapport 1997/1, Vattenfall Utveckling AB, Stockholm. Bohlin A m fl, Energi och Miljö, Miljökonsekvenser vid användning av naturgas, biobränsle, olja och kol. ÅF Energikonsult, Stockholm. Boström, C-Å et al, Emissionsfaktorer för energiproduktion, IVL-internt material, Institutet för Vatten- och Luftvårdsforskning, Stockholm. Brännström-Norberg, B-M, Vattenfall Energisystem. Muntlig kommunikation, mars Buhre M, Eriksson Å, Livscykelanalys för kolkraft. Rapport Li TH-IFM-Ex- 728, Linköpings Universitet, Linköping. Celsius, RME och diesel MK 1, en jämförelse av miljöpåverkan från framställning till användning. Utredning utförd på uppdrag av Svenska Lantmännen och OK Petroleum AB, Celsius Materialteknik AB, Linköping. Dalemo, M. & Svingby, M., LCA av biogas - Miljöbelastningsprofiler för produktion av biogas för fordonsdrift. Utförd på uppdrag av Volvo Personvagnar AB, Jordbrukstekniska institutet, Uppsala. Ecotraffic, The Life of Fuels - Motor Fuels from Source to End Use. Ecotraffic AB, Stockholm. 37

40 4. Fakta om energibärare Edholm, A LCA-Analys; En jämförande studie baserad på ett förädlat och ett oförädlat biobränsle. Rapport 713, Värmeforsk. Energifakta, Information från AB Svensk Energiförsörjning, Stockholm. Energimyndigheten, 1998 a. Energiläget 1998 samt Energiläget i siffror, Statens energimyndighet, Eskilstuna. Ericson, M. & Odéhn, G., A Life-Cycle Assessment on Ethanol Fuel from Wine. Examensarbete vid Inst. för kemiteknik, Chalmers Tekniska Högskola, Göteborg. Eriksson H-A, AgroOil, Muntlig kommunikation, juni 1998, tel ExternE/ Nilsson M, Gullberg M, ExternE National Implementation - Sweden. Stockholm Environment Institute. Finnveden, G, Lindfors, L-G, Stripple, H, Livscykelanalys av etanol ur sorterat hushållsavfall med starksyrahydrolys. IVL-Rapport B 1168, Institutet för vatten- och luftvårdsforskning AB, Stockholm. Finnveden, G., Johansson, J., Lind P., Moberg, Å Life Cycle Assessment of Energy from Solid Waste. fms 137, Forskningsgruppen för miljöstrategiska studier, Stockholm. Fjärrvärmeföreningen, Statistik FVF 1997:12, Svenska fjärrvärmeföreningens service AB, Stockholm. Forsberg, G., Assessment of Bioenergy Systems. Silvestria 123, Sveriges Lantbruksuniversitet. Furnander, Å., Life cycle assessment of dimethyl ether as a motor fuel. Examensarbete vid institutionen för transportteknik, Chalmers tekniska högskola, Göteborg. Förde, J. S., Hanssen, O. J., Rönning, A., Livslöpsvurdering av drivstoffprodukter. Stiftelsen Östfoldsforskning, Fredrikstad. Gartmeister, L Livscykelinventering för bensin och bensin med 5% etanolinblandning. Examensarbete LiTH-IFM-884, Linköpings Universitet. Gunnarsson, C. & Skarphagen, J., Livscykelanalys för naturgas från Norge och Ryssland år Examensarbete, Lunds Tekniska Högskola. Helena Mälkki, Technical Research Center of Finland (VTT), Espoo. Korrespondens via e-post. Ingemo Fahlstedt, Stockholm Energi AB. Muntlig kommunikation augusti -98, tel

41 4. Fakta om energibärare IPCC, Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories. IPCC, Bracknell, UK. Jan Säfvenborg, SCB. Muntlig kommunikation juni -98, tel Katrineholm Energi AB. Muntlig kommunikation augusti -98, tel Kommunikationskommittén, Underlag för bedömning av introduktion av alternativa drivmedel. Bilaga till SOU 1997:35, KFB, NUTEK samt SIKA s redovisning till Kommunikationskommittén , Fritzes, Stockholm. Kretsloppsdelegationen, Biomassa - En nyckelresurs. Kretsloppsdelegationens rapport 1998:20, Miljödepartementet, Stockholm. Magnus Dalemo, Jordbrukstekniska institutet, Uppsala. Muntlig kommunikation juli Margareta Appelberg, Naturvårdsverket. Muntlig kommunikation, tel Månsson, T., Rena fordon med biodrivmedel - En kunskapsöversikt. KFB- Rapport 1998:1, Kommunikationsforskningsberedningen, Stockholm. Mälkki, H. & Frilander, P., Life cycle assessment of peat utilisation in Finland. VTT Publications 333, Technical Research Center of Finland (VTT), Espoo. Nationalencyklopedin, Bra Böcker, Höganäs. Naturvårdsverket, Aktionsplan avfall. Rapport 4601, Naturvårdsverket, Stockholm. Nilsson, LCI för biogas som fordonsbränsle en systemstudie. Examensarbete 2000:M10, Högskolan i Kalmar. NME, Miljödeklaration av el och fjärrvärme. Norrköping Miljö och Energi AB. NUTEK, Rapsolja och rapsoljeprodukter- Miljöpåverkan och potential på bränsle- och drivmedelsmarknaden. R 1994:22, NUTEK Förlag, Stockholm. Pernilla Strömberg, Vattenfall Energisystem. Muntlig kommunikation augusti -98, tel Reidar Pettersson, Svenska torvproducentföreningen. Muntlig kommunikation, tel Savolainen, I., Hillebrand, K., Nousiainen, I., Sinisalo, J., Greenhouse impacts of the use of peat and wood for energy. VTT Research Notes 1559, Technical Research Center of Finland (VTT), Espoo. 39

42 4. Fakta om energibärare Sundqvist, J-O, Life Cycle Assessment and Solid Waste. Draft-version, Institutet för vatten- och luftvårdsforskning AB, Stockholm. Sundqvist, J-O. et al, Systemanalys av energiutnyttjande från avfall utvärdering av energi, miljö och ekonomi. IVL-Rapport B1379, IVL Svenska Miljöinstitutet AB, Stockholm. Sydkraft, Livscykelanalys Miljöpåverkan från Sydkrafts elproduktion Talloil AB, hemsida på internet. Thunell, J., Gasbranschens miljöhandbok. Rapport SGC 075, Svenskt Gastekniskt Center AB (SGC), Malmö. Vattenfall, Livscykelanalys för Vattenfalls Elproduktion - Sammanfattande Rapport. Vattenfall Energisystem AB, Stockholm. Zetterberg & Hansén, Nettoemissioner av koldioxid till atmosfären vid användning av hyggesrester för el- och värmeproduktion. IVL-Rapport B 1298, Institutet för vatten- och luftvårdsforskning, Stockholm. Zetterberg, L. & Klemedtsson, L., The Contribution to the Greenhouse Effect from the Use of Peat and Coal for Energy. IVL-Rapport B1237, Institutet för vattenoch luftvårdsforskning AB, Stockholm Åf-Energikonsult, Energi och miljö. Framställd på uppdrag av SGC, Åf- Energikonsult, Stockholm. Åhman, M LCI för tallbeckolja, IVL-internt material, IVL Svenska Miljöinstitutet AB. Åstrand, L-E, Ericson, S-O, Nyström, K., Torvbränsle och växthuseffekten. Rapport 1997/8, Vattenfall Utveckling AB, Stockholm. 40

43 5. Förbränningsegenskaper för villapannor 5. Förbränningsegenskaper för villapannor 5.1 Teknisk utformning av villapannor allmän översikt Villapannor är små relativt enkla förbränningsanläggningar på ca kw. I princip kan nästa vilket bränsle som helst användas men tillgång, pris och bekvämlighet har stark påverkat valet av bränsle. Genom tiderna har olika bränslen använts. Förr i tiden var givetvis ved den vanligaste energikällan för hushållsuppvärmning men eldningsanordningarna och eldningsförfarandet var primitiva och arbetskrävande med låg energieffektivitet. Under slutet av 1800-talet och början av 1900-talet kom kolet att bli en allt viktigare energikälla för hushållsuppvärmning. Kolet har ett relativt högt värmevärde och är enkelt att distribuera och hantera men var smutsigt och arbetskrävande. Under denna tid förekom också produktion av stadsgas genom kolförgasning. Stadsgasen kunde användas för matlagning, uppvärmning eller belysning. Även återstoden från kolförgasningen, den s.k. koksen, användes för hushållsuppvärmning. Denna produktion har idag upphört i Sverige. Efter andra världskriget kom oljan att spela en allt större roll för hushållsuppvärmningen och oljeeldade villapannor blev vanliga. Olja var, i förhållande till tidigare använda bränslen, ett bekvämt och säkert alternativ. I samband med oljeproduktionen kom också en ökad användning av raffinaderigaserna speciellt i områden närbelägna raffinaderierna. Olja har sedan dess förblivit ett vanligt bränsle för hushållsuppvärmning. Under och 1980-talets utbyggnad av kärnkraften kom emellertid en ökad elanvändning till stånd genom installation av direktverkande eller vattenburen el i småhus. Under senare år har även distributionen av naturgas kommit igång i Sverige vilket gör det möjligt med naturgaseldning av villapannor. Detta förekommer till viss del i södra Sverige. Ökade kostnader för olja, bl.a. genom skatter och andra avgifter, samt förbättrade förbränningstekniker för ved har också inneburit en renässans för veden och dess förädlade form pellets i Sverige. Utvecklingen genom åren har således lett fram till dagens diversifierade energianvändning för hushållsuppvärmning. Med tanke på den historiska utvecklingen är det således helt logiskt att det finns villapannor för flera olika typer av bränslen som t.ex. olja, naturgas, raffinaderigas (gasol även kallad LPG, liquified petroleum gas), ved eller pellets. Många pannor är också s.k. kombipannor för eldning av flera olika typer av bränslen. Detta ger innehavaren flexibilitet vad beträffar bränslevalet men ofta till priset av högre investeringskostnader. Man brukar här skilja på kombinationspannor där de olika bränslena eldas i samma eldstadsutrymme och dubbelpannor vilka har separat eldstad för de olika bränslena. Generellt kan dock sägas att desto fler värmealternativ en panna har desto lägre blir verkningsgraden. Detta beroende på svårigheter att optimera en och samma panna för flera olika bränslen. De flesta villapannor har idag även en elpatron installerad vilket ger möjligheten till eldrift. Villapannor är relativt enkla förbränningsanläggningar. Vanligtvis förekommer inga reningsutrustningar för rökgasrening. Dagens pannor reducerar utsläppen främst genom förbränningstekniska åtgärder. Att uppnå goda och kontrollerade förbränningsbetingelser är här den viktigaste aspekten tillsammans med en bra värmeöverföring. Många olika pannkonstruktioner förekommer men de 41

44 5. Förbränningsegenskaper för villapannor grundläggande dragen är ändå relativt lika för de olika pannorna. Beträffande den direkta pannkonstruktioner brukar man skilja på smidda svetsade pannor och gjutna pannor. Villapannor är normalt smidda svetsade pannor. Nedan beskrivs översiktligt några pannkonstruktioner för olika bränslen. En vanlig typ av panna är den kombinerade olje- och elpannan. Denna typ av panna består i princip av en oljebrännare, ett förbränningsrum och rökgaskanaler omslutna av vatten för en bra värmeöverföring. Oljebrännaren skall sörja för finfördelningen av bränslet och ge grunden för en god flambildning. Förbränningsrummet måste vara utformat så att en god omblandning mellan bränsle och luft sker men att samtidigt uppehållstiden för förbränningsgaserna vid en hög förbränningstemperatur blir så kort som möjligt för att undvika bildning av termisk NO X. En bra omblandning ger en god utbränning av bränslet och därmed låga emissioner och ett bra utnyttjande av bränslet. I pannans konvektionsdelar sker merparten av värmeupptagningen från förbränningen. I detta fall utgörs konvektionsdelarna av en mängd rökgaskanaler. För att få en hög verkningsgrad måste också värmeöverföringen till vattnet vara god. Pannkonstruktionen bör t.ex. vara sådan att sotbeläggningar, vilka försämrar värmeöverföringen, undviks. En turbulent utvecklad strömning bidrar till en bra värmeöverföring i konvektionsdelarna. Ett gott eldningsresultat förutsätter alltså en bra teknisk grundkonstruktion och ett bra underhåll av pannan. Även pannans konstruktion måste medge ett enkelt underhållsarbete t.ex. måste sotbeläggningar på värmeöverföringsytor enkelt kunna avlägsnas och oljebrännaren måste enkelt kunna underhållas och injusteras för en optimal drift. Vid oljedrift kan en pannverkningsgrad på ca 90 % uppnås. För eluppvärmning är pannan utrustad med en elpatron som direkt värmer pannvattnet. Detta värmer i sin tur varmvattnet i beredaren eller växlas i en plattvärmeväxlare. Figur 5.1 visar ett exempel på en konstruktion för en kombinerad olja och elpanna med inbyggd varmvattenberedare. En panna för gasdrift kan ha en liknande konstruktion som oljepannan men är utrustad med en gasbrännare. Moderna gaspannor är konstruerade för kondenserande drift och är mindre i formatet än en vanlig panna. Detta gör att de är mindre än elpannor och har en mycket hög verkningsgrad. Panna City VX från NIBE. Figur 5.1 Villapanna för olja- eller eluppvärmning. 42

45 5. Förbränningsegenskaper för villapannor Vedpannor skiljer sig relativt mycket från oljepannor och viss kunskap krävs också för ett gott eldningsresultat. Veden i sig kräver också viss hantering och preparering vilket inte är fallet med olja. En låg fukthalt (15-20 %) på veden är här en mycket viktig förutsättning. Vedpannor indelas ofta efter förbränningssätt. Här kan tre olika principer urskiljas. - Överförbränning - Underförbränning - Omvänd förbränning Överförbränning är det traditionella sättet att förbränna ved genom att luft tillförs eldstaden underifrån och får passera genom förbränningsutrymmet. Vid detta eldningsförfarande brinner hela bränslemängden samtidigt med hög effektutveckling och dålig utbränning som följd. Pannverkningsgraden är ofta låg, < 50 %. Denna teknik har därför i stor utsträckning övergivits i moderna pannor även om viss utveckling av teknik pågår. Vid underförbränning passerar förbränningsluften endast de undre delarna av eldstaden där också förbränningen sker. Detta medför att den inlagda vedmängden förbränns successivt under kontrollerade betingelser. Detta ger en jämnare och bättre förbränning. Denna teknik ger pannverkningsgrader på upp emot %. Vid omvänd förbränning tas luften in över eldstaden eller på sidan av eldstaden och luften får sedan passera ner genom eldstaden. Förbränningen sker alltså även här vid eldstadens undersida och förbränningsgaserna får sedan passera nedåt under eldstaden. Denna eldningsteknik ger de högsta pannverkningsgraderna, ca %. Från eldstaden passerar förbränningsgaserna genom ett slutförbränningssteg där sekundärluften tillsätts och vidare genom pannans konvektionsdel där värmen upptas till pannans vattenbehållare. För vedpannor skiljer man dessutom ofta på självdragspannor och fläktstyrda pannor. Fläktstyrning ger ofta en mera lättreglerad förbränning. En modern vedpanna har ofta omvänd förbränning med fläktstyrning. Pannan har också tre skilda zoner för vedförgasning, gasförbränning och värmeupptagning. Förbränningszonerna bör vara keramikinklädda för att medge förbränningstemperaturer på 1000 C vid slutförbränningen i gasförbränningszonen. Äldre tiders vattenmantlade eldstäder gav ofta en förbränningstemperatur på C vilket inte är tillräckligt för att ge en god utbränning. Pannan måste också ha en bra värmeöverföringsdel (konvektionsdel) som tar ner temperaturen i rökgaserna från 1000 C till C. Figur 5.2 visar ett exempel på en modern vedpanna. En vedpanna bör eldas så jämt som möjligt och med ett högt effektuttag givetvis utan att överbelasta pannan. Ofta överensstämmer inte pannans optimala drift och behovet av värme. För att ändå kunna elda pannan så energieffektivt och miljövänligt som möjligt bör anläggningen utrustas med en ackumulatortank för utjämning av energiförsörjningen. Ett ackumulatorsystem ger också en arbetsbesparande eldning då man genom intensiv eldning under en kort period kan ladda systemet. Exempelvis kan pannan fyllas med ved två gånger per dygn. Flera olika konstruktionslösningar på ackumulatorsystem finns. Ett exempel på ackumulatorsystem visas i figur

46 5. Förbränningsegenskaper för villapannor Panna Vedex 3000 från NIBE. Figur 5.2 Villapanna för ved med rökgasfläkt. Exempel från NIBE. Figur 5.3 Ackumulatorsystem med laddningsautomatik för inkoppling till vedpanna utan vattenvärmare. Eldning med pellets har blivit alltmer vanligt de senaste åren. Pellets är pressade cylindriska stavar av komprimerat spån/bark med en diametern på 6 12 mm och en längd av mm. Pellets har också låg fukthalt, ner till ca 7 %. Pelletseldning är mindre arbetskrävande än vedeldning och har på senare år använts för att ersätta olja och ved i villapannor. Pellets eldas i särskilda pelletsbrännare och pelletspannor eller i pelletskaminer. Pelletsbrännare finns idag i motsvarande storlek som en oljebrännare och dessa kan då monteras på en lämplig panna. En viktig aspekt för pannor är att konstruktionen skall vara sådan att kallras genom pannan med resulterande avkylning under stilleståndsperioder (när brännaren inte brinner) undviks eller reduceras till ett minimum. För anläggningar som går av och på mycket kan annars årsverkningsgraden reduceras avsevärt. Pelletspannor kan normalt regleras inom ett relativt stort effektområde och har strypta rökgaskanaler varför avkylningseffekterna kan göras relativt små. Oljepannor med stängande spjäll är i detta avseende mycket bra. Ett exempel på pelletspanna visas i figur

47 5. Förbränningsegenskaper för villapannor Panna E20 P från NIBE. Figur 5.4 Villapanna för pellets. För att ytterligare öka flexibiliteten beträffande bränslevalet finns kombipannor för flera olika bränslen. Ett exempel visas i figur 5.5 där olja, ved och el har kombinerats. Panna Alpha Combi från NIBE. Figur 5.5 Villapanna för olja, ved eller el. 5.2 Emissioner från villapannor Som tidigare framgått påverkas emissionerna från villapannor av vilket bränsle som används, av panntyp och pannkonstruktion och av driftsförhållandena. Det är således inte möjligt att exakt ange en emissionsnivå för en villapanna. Baserat på mätningar och beräkningar är det dock möjligt att ange ungefärliga emissionsnivåer för typiska driftsförhållanden. I tabell 5.1 nedan visas ungefärliga emissionsnivåer för villapannor eldade med några typiska bränslen. 45