Koldioxidneutrala tillförselsystem II: Biomassa. Föreläsning 13 Maria Grahn

Transkript

1 Koldioxidneutrala tillförselsystem II: Biomassa Föreläsning 13 Maria Grahn

2 Samma mängd CO 2 som binds in i biomassa släpps sedan ut vid förbränning CO 2 Det naturliga kretsloppet CO 2

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

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

5 Sveriges bioenergianvändning TWh Källa: Kent Nyström, SVEBIO

6 Oil 34.1% Primary Energy use,, 85 Natural Gas 17.4% Hydro 5.5% Nuclear 4.1% Oil 38.3% Natural Gas 22.7% Nucl. 5.9% Industrialized countries Total: 247 EJ Population: 1.22 billion 202 GJ/capita Bio 5.6 GJ/cap Coal 24.1% Biomass 14.7% Coal 24.5% Hydro 5.7% Biomass 2.8% World NG 7.1% Nuclear 0.6% Hydro 5.1% Total: 373 EJ Population: 4.87 billion 77 GJ/capita Bio 11GJ/cap Developing countries Total: 126 EJ Population: 3.65 billion Oil 25.8% Coal 23.4% Biomass 38.1% Biomassaanvändning i Sverige idag: ~ 100 TWh/år Befolkning: ~ 9 Miljoner (100/9)*3.6 = 40 GJ/cap 35 GJ/capita Bio 13 GJ/cap Sverige mest bio/cap av alla och mer bio/cap än n u-ländernas u hela energi/cap

7 Biomass plantations Åker- och betesmark 520 Mha (Tot mark 2 Gha) 140 Mha (Tot mark 0.3 Gha) Västeuropa 1290 Mha (Tot mark 3.4 Gha) 360 Mha (Tot mark 1.9 Gha) Ryssland + Östeuropa 730 Mha (Tot mark 1.6 Gha) 620 Mha (Tot mark 1 Gha) 730 Mha (Tot mark 2 Gha) >500 Mha (200EJ) av global energiodling? (Total åker och betesmark ~4,85 Gha) (Total markareal ~13 Gha) 460 Mha (Tot mark 0.8 Gha)

8 Fördelar Biomassa CO 2 -neutral Låg kostnad Inhemsk/utspridd resurs Stor potential även restflöden Kan möta fler syften än energiprod.

9 Nackdelar Biomassa Begränsad resurs Konkurrerar med naturskydd, matprod Risk för förlust av biodiversitet Risk för kväveutsläpp Risk för markförsurning vid uttag av avverkningsrester Risk för markdegradering (kemiskt och fysiskt)

10 Fotosyntesens effektivitet Avkastning svensk Energiskog: 10 ton TS/(ha,år). Energiinnehåll i energiskog: ca 20 GJ/ton TS Solinstrålning i södra Sverige: ca 1000 kwh/(m 2,år) Energi i energiskog och solinstrålning per m 2 och år: 10tonTS /( ha, år) * 20GJ / tonts 2 = 0,02GJ /( m, år) m / ha kWh /( m, år) *3,6MJ / kwh = 3600MJ /( m, år) = 0,02GJ 3,6GJ /( m /( m 2 2, år), år) = 0,0055 0,5% Omvandlingseff.. från n solenergi till energiskog är r ca 0,5% Ungefär samma siffra gäller för tropikerna eftersom de har högre solinstrålning och högre avkastning. Viktigt. Kan räkna på många sätt. Teoretisk max-omv-eff är 6,7% sen begränsas den av solinstrålning, vattentillgång, temperatur, jordmån osv.

11 Ökad användning av biomassa i 60 svenska fjärrvärmeverk TWh/year Waste heat Heat pumps Electric boilers Coal Natural gas, including LPG Oil Biofuels, peat etc,

12 Räkneövning: Bästa användningen ndningen av biomassa?

13 Bästa användningen av biomassa? Antag en global biomassapotential påp 200 EJ (10 18 J) per år, ca år r (200EJ~500Mha) Antag 10*10 9 människor påp jorden. Antag en total gan påp 100 GJ/capita per år r (ett ambitiöst lågt l energiefterfråganscenario ganscenario) 1) Hur många m procent av den totala energiefterfrågan gan kan tillgodoses med biomassa, om vi antar 100% omvandlingseffektivitet? Anta följande f omvandlingseffektiviteter: - Bio-värme ~90% - Bio-el ~50% - Biodrivmedel ~50% 2) I vilken sektor kan biomassa ersätta mest fossil primärenergi? renergi?

14 Bästa användningen av biomassa? Svar: Global energiefterfrågan: gan: 1000 EJ/år Biomassapotential: 200 EJ/år Vid 100% omvandlingseff.. kan biomassa ersätta 20% av den globala energiefterfrågan gan vi behöver prioritera Högst omv.eff.. i värmesektorn v medför r att biomassa kan ersätta störst mängd m fossil primärenergi renergi i värmesektorn. v Biomassa har stor potential men kan inte användas ndas för r att ersätta fossila bränslen i alla sektorer

15 Hur kan biomassa användas i transportsektorn?

16 Energianvändning i Sveriges transportsektor Användningen av bensin minskar, diesel ökar. Etanol och RME 1,1% av energianv. exkl. bunkeroljan Källa: SCB, Energimyndighetens bearbetning, Energiläget 2004.

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

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

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

20 Jordbruksmark vid spannmålsetanol Varje liter etanol kräver 2,65 kg vete Avkastningen i Sverige liksom i Europa är ca 6 ton vete per ha Etanol för Sveriges transportsektor 95 TWh (16 G liter) Jordbruksmark som behövs för 95 TWh etanol Ca 7 Mha

21 Jordbruksmark vid spannmålsetanol Varje liter etanol kräver 2,65 kg vete Avkastningen i Sverige liksom i Europa är ca 6 ton vete per ha Etanol för Sveriges transportsektor 95 TWh (16 G liter) Jordbruksmark som behövs för 95 TWh etanol Relation till total åkermark i Sverige (2,7 Mha) Ca 7 Mha Ca 3 ggr större areal

22 Jordbruksmark vid spannmålsetanol Varje liter etanol kräver 2,65 kg vete Avkastningen i Sverige liksom i Europa är ca 6 ton vete per ha Etanol för Sveriges transportsektor 95 TWh (16 G liter) Jordbruksmark som behövs för 95 TWh etanol Relation till total åkermark i Sverige (2,7 Mha) Ca 7 Mha Ca 3 ggr större areal Relation till total spannmålsmark i Sverige (1,2 Mha) Ca 6 ggr större areal

23 Jordbruksmark vid spannmålsetanol Varje liter etanol kräver 2,65 kg vete Avkastningen i Sverige liksom i Europa är ca 6 ton vete per ha Jordbruksmark som behövs för 95 resp TWh etanol Relation till total åkermark i Sverige (2,7 Mha) resp. EU-15 (73 Mha) Relation till total spannmålsmark i Sverige (1,2 Mha) resp. EU-15 (38 Mha) Etanol för Sveriges transportsektor 95 TWh (16 G liter) Ca 7 Mha Ca 3 ggr större areal Ca 6 ggr större areal Etanol för Europas transportsektor 3900 TWh (655 G liter) Ca 289 Mha Ca 4 ggr större areal Ca 8 ggr större areal Spannmålsetanol kan inte ensamt ersätta olja i transportsektorn Spannmålsetanol kan inte ensamt ersätta olja i transportsektorn För att kunna nå låga CO 2 -mål måste fler och effektivare alternativa drivmedel utvecklas

24 Några omvandlingsprocesser

25 Etanol från spannmål (stärkelse)

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

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

28 Biomassa Ett viktigt verktyg för f r att minska CO 2 -utsläppen från n energisystemet

29 EJ/år 800 Global energy supply CO 2 -target 450 ppm, no CO 2 capture and storage techn KÄRNKRAFT KOL OLJA SOL_H2 SOL_EL VIND VATTEN 100 NATURGAS BIO

30 Fuel choices in the global transportation sector at 450 ppm Transportation fuels (EJ/yr) TÅG BENSIN/ DIESEL SYNT. FLYGBRÄNSLE NG H2_FC TÅG Transportation fuels when adding an assumption that hydrogen will not be available for the transportation sector (EJ/år) BENSIN/ DIESEL SYNT. FLYGBRÄNSLE MEOH/DME/FTD FOSSIL_FC MEOH/DME/FTD BIO_FC Biofuels becomes an important tool to meet stringent CO 2 -concentration goals if hydrogen is excluded from the transportation sector.

31 GET-modellen visar att biomassan effektivast används nds i värmesektornv men om vätgas v inte kan användas ndas i transportsektorn blir biodrivmedel ett viktigt verktyg för r CO 2 -minskning.

32 Uppgift: Skriv ner några argument För- och nackdelar med biomassa för värmeproduktion För- och nackdelar med biomassa för drivmedelproduktion (tänk också utanför kostnadseffektivitet)

33 Några argument Bio- värme Biodriv- medel Fördelar Hög omv.eff. Effektiv användning Låg kostnad Tillgänglig teknik Energisäkerhet (mindre beroende av olja) Sysselsättning i jordbruket Skapar ny sv. industri Politiskt genomförbart Tillgänglig teknik Nackdelar Obekvämt - Fast bränsle alltid jobbigare än flytande och gasform Infrastrukturen kan vara ett hinder för storskalig användning Dyrt sätt att minska fossilt CO 2 inte alltid säkert att fossilt CO 2 minskas Potentialen starkt begränsad vid anv av dagens tekniker

34 Diskussion: Ska biomassan användas för värme eller biodrivmedel Vad tycker du?