Förverkligandet av förgasad biomassa

Transkript

1 Avrapportering Förverkligandet av förgasad biomassa Hans Hellsmark Staffan Jacobsson Avdelningen för miljösystemanalys Institutionen Energi och Miljö Chalmers tekniska högskola Göteborg

2 Sammanfattning Uppnådda huvudresultat Syftet med forskningsprojektet har varit att studera framväxten av innovationssystem för förgasning av biomassa och komma med förslag på hur teknikens långsiktiga potential skall kunna förverkligas. Det tekniska fokuset i projektet har legat på förverkligandet av andra generationens drivmedel och andra kemikalier från förgasad biomassa. Genom forskningsprojektet har vi kommit fram till en rad empiriska och analytiska resultat av stor vikt för Energimyndigheten, EU kommissionen och andra beslutsfattare (som t.ex. Göteborg Energi) med intresse av att förverkliga denna tekniks potential. Det är också möjligt att generalisera många av dessa lärdomar till andra teknikområden med stor potential på lång sikt. Vi har: 1. Utfört en systematisk analys av vilka aktörer som agerar som systembyggare i fyra olika europeiska länder. Vi har även visat på vikten av systembyggare för innovationssystemens framväxt och för att teknikområden med stor potential skall kunna förverkligas. 2. Visat på vikten för policy att identifiera systembyggare och analysera deras roll i innovationssystem av strategisk betydelse för att, t.ex., uppnå högt ställda klimatmål i kombination med ekonomisk tillväxt. 3. Utvecklat ett konceptuellt ramverk och en metod som fångar in begränsningar i systembyggarens förmåga (oförmåga) att adressera olika typer av systemsvagheter som hindrar systemets framväxt. Sådana systemsvagheter kan vara en kombination av tekniska, organisatoriska, och institutionella begränsningar i systembyggarens kontext och nätverk. Dessa visas när systembyggaren inte förmår bygga den nödvändiga strukturen direkt eller genom att stärka ett antal nyckelprocesser (funktioner). Metoden kan användas av policy för att ta fram lämpliga åtgärder för att stimulera framväxten av teknikområden av strategisk betydelse genom att stärka systembyggarna. 4. Utvecklat en fördjupad förståelse för hur pilot- och demonstrationsanläggningar används av systembyggare för att reducera risker. Vi har även visat på hur dessa är en förutsättning för att utveckla både den praktiska och teoretiska kunskapen som är nödvändig för att ta stegen vidare mot kommersiella anläggningar. 5. Utvecklat en fördjupad förståelse för hur pilot- och demonstrationsanläggningar skulle kunna användas av policy för att skapa en ny, alternativt stärka en befintlig, aktör- och teknikstruktur samt hur sådana satsningar bör utvärderas. 6. Skapat en unik analytisk länk mellan mikro och makro nivå, dvs. en länk mellan vad systembyggare (mikro) klarar av att förverkliga i termer av t.ex. mängden andra generationens biodrivmedel i EU-27 till 2020 (makro). Utnyttjandet av denna analytiska länk skulle kunna underlätta för policy att sätta realistiska mål och att komma fram till vilka styrmedel som behövs för att uppnå dem.

3 7. Bidragit med en rik och kontextuell beskrivning av den historiska utvecklingen av biomassaförgasning i Europa, med början i Sverige och Finland på 1970-talet samt i Österrike och Tyskland från tidigt 1990-tal, fram till Identifierat totalt elva systemsvagheter i de fyra länderna samt två generella systemsvagheter på EU nivå som måste adresseras av policy och systembyggare för att förverkliga andra generationens drivmedel till 2020 och möjliggöra en storskalig spridning av teknikerna till Bidragit med specifika förslag på hur dessa systemsvagheter bör hanteras. Resultaten finns presenterade i följande bifogade artiklar samt avhandling (fler artiklar kommer att skrivas): 1. Hellsmark, H., Jacobsson, S., Opportunities for and limits to Academics as System Builders: The case of realizing the potential of gasified biomass in Austria. Energy Policy 37, Hellsmark, H., Jacobsson, S., Realising the potential of gasified biomass in the European Union - Policy challenges in moving from demonstration plants to largescale diffusion. Submitted to Energy Policy. 3. Hellsmark, H., Unfolding of the formative phase of gasified biomass in the European Union: The role of system builders in realising the potential of secondgeneration transportation fuels from biomass, Doctoral thesis, Department of Energy and Environment, Chalmers University of Technology, Göteborg. Tolkning av dessa i förhållande till forskningens syfte/mål Vi menar att de resultat som presenterats ovan hänger tydligt ihop med studiens syfte och mål. Vi fokuserar därför här på att diskutera dess vidare implikationer i relation till studiens syfte. Utöver de direkta resultaten har det i studien framgått att: 1. Det tar årtionden för nya teknikområden, aktörsstrukturer samt nödvändiga institutionella förutsättningar att växa fram för att dessa tekniska lösningar skall kunna förverkligas och skapa miljö- och klimatnyttor i kombination med nationella och industriella nyttor i form av nya produkter, tjänster, arbetstillfällen och exportframgångar. 2. En mängd tekniska lösningar måste utvecklas och spridas för att möta hotet om klimatförändringar. En parallell utveckling och spridning av sådana lösningar är nödvändig då risken att vissa lösningar kommer att misslyckas är överhängande och för att en sekventiell spriding kommer att ta för lång tid. 3. En uppskalning av många av dessa tekniska lösningar kommer att vara ytterst kostsamt. För mindre länder kommer det att vara nödvändigt att göra prioriteringar

4 mellan olika teknikområden och alla satsningar kommer inte leda till att nationella och industriella nyttor skapas. 4. Generella styrmedel som inte tar hänsyn till teknikspecifika krav som initialt ställs av nya tekniska lösningar med stor potential har begränsade förutsättningar att skapa nationella och industriella nyttor i form av nya produkter, tjänster, arbetstillfällen och exportframgångar. Sådana styrmedel tenderar att främja alternativ som redan är utvecklade och finns tillgängliga på marknaden. 5. Forsknings- och utvecklingspolitiken är i praktiken alltid mer eller mindre teknikspecifik och det är endast tack vare ytterst teknik- och även företag/projektspecifika åtgärder som kunskapsområdet (förgasning) över huvudtaget överlevt i Sverige. 6. Förutsättningarna att dra nytta av satsningar på utvecklingen av nya teknikområden skiljer sig markant åt mellan olika länder och speglas av den industri-, teknik-, forskning- och utvecklingsinfrastruktur samt institutionella ramverk som dominerar den lokala kontexten. 7. Olika aktörer tar väldigt olika roller för att utveckla området biomassaförgasning i de olika nationella kontexterna som har studerats. Förutsättningarna för att ta en viss roll ser dessutom väldigt olika ut i de olika kontexterna och dessa speglas av vilka andra aktörer som finns. Ovan nämnda punkter har två huvudimplikationer för den framtida forsknings- och innovationspolitiken som vi ser som centrala. För det första, vår studie visar att olika länder har mycket olika förutsättningar att skapa nationella och industriella nyttor av satsningar på nya teknikområden för att reducera växthusgaser. Dessa förutsättningar är givna av de existerande och framväxande nationella industristrukturerna. En prioritering som görs baserat på vilka alternativ som är miljöbäst och mest kostnadseffektiva, kommer därför inte nödvändigtvis leda till att teknikområdet samt nationella och industriella nyttor förverkligas. Konsekvensen av denna slutsats är att nationell policy bör identifiera och prioritera teknikområden med a) stor potential på lång sikt och som b) kan leda till en gynnsam nationell och industriell utveckling. Vi identifierar därför frågan om hur prioriteringar bör göras mellan olika teknikområden som mycket viktig för vidare utredning och forskning. För det andra, vår studie visar att aktörer som universitet, institut, myndigheter, start-up bolag och etablerade företag tar olika roller i innovationsprocessen beroende på vilka andra aktörer de kan samarbeta med i dess kontext för att utveckla nya teknikområden. Vi anser att ett mycket viktigt område för vidare forskning är att bättre förstå vilka roller dessa aktörer kan ta och under vilka förutsättningar som de kan göra det. Att förstå dessa roller och förutsättningar är viktigt för att vidare kunna förstå hur gynnsamma förhållanden skapas och hur dessa kan leda till att nya teknikområden kan förverkligas.

5 Projektpresentation Problemställning Limiting temperature rise to 2 C requires a low carbon revolution (IEA, 2009, p. 45) Klimatförändringen anges ofta som en av vår tids största globala utmaningar och innebär att mänskligheten måste kraftigt begränsa och stabilisera vår klimatpåverkan till år Det är vida erkänt att denna utmaning kräver en världsomspännande low carbon revolution. En förutsättning för att kunna möta högt ställda klimatmål är att en stor bredd av klimatsmarta lösningar/teknologier utvecklas, implementeras och sprids inom alla sektorer i samhället. För att utveckla, implementera och sprida sådana lösningar/teknologier krävs att nya industriella förmågor utvecklas. Dessa förmågor behöver vara anpassade till utmaningarna för förverkligandet av ett långsiktigt hållbart samhälle snarare än, som nu är fallet, vara djupt rotade i den fossilberoende ekonomin. Förgasning av biomassa är en möjlig sådan klimatsmart teknologi som har varit under utveckling sedan början av 1970-talet. Förgasningsekniken är fullt kommersiell för fossila bränslen som olja, kol och naturgas. Även förgasning av biomassa har under perioder funnit kommersiella applikationer för oljesubstitution i mesa-ugnar inom pappersmassa industrin, men också i samband med sameldning med kol i kolkraftverk och i mindre gasmotordrivna kombinerade el- och värmekraftverk. Tekniken kan även användas för att producera förnyelsebara drivmedel och kemikalier där den anses vara mycket attraktiv genom att den möjliggör: 1. en CO 2 reduktionspotential på procent jämfört med bensin och diesel 2. en hög termisk energieffektivitet (50-70 procent), vilket är minst dubbelt så högt som första generationens biodrivmedel 3. en osäker men hög ersättningspotential där uppemot 50 procent av allt transportbränsle i EU-27 kanske skulle kunna ersättas med andra generationens drivmedel från inhemska biomassatillgångar till 2050 (förutsatt att konsumtionen av drivmedel kan hållas konstant eller helst minskas något genom att andra åtgärder vidtas). 4. minskat importberoende av olja vilket medför ökad energisäkerhet och förbättrad handelsbalans 5. användning av cellulosabaserad biomassa i form av avfall och restprodukter från skogsbruk och jordbruk 6. flexibel samproduktion av el, värme och andra kemikalier utöver drivmedel 7. användning av befintlig industriell infrastruktur som pappersmassabruk, raffinaderier, fjärvärmeverk etc., vilket skulle kunna öka värdet av och exporten från dessa industrier 8. uppbyggandet av en ny leverantörsindustri samt skapande av arbetstillfällen på landsbygden Tidigare innovationsstudier har visat att förverkligandet av den här typen av teknikområden 1. kräver en lång uppbyggnadsfas (formativ fas över flera årtionden) under vilken den nödvändiga industriella kapaciteten utvecklas

6 2. kräver att en eller flera aktörer tar en aktiv systembyggarroll. Denna roll är central för att teknikområdet och dess värdekedjor skall formas och att den industriella kapaciteten utvecklas 3. kan framgångsrikt studeras ur ett teknologiskt innovationssystemperspektiv. Perspektivet bidrar till en ökad förståelse av de dynamiska processer som leder till att nya teknikområden/industrier växer fram. Det ger dessutom de nödvändiga verktygen för att kunna identifiera eventuella systemsvagheter som behöver adresseras för att möjliggöra ett förverkligande Allteftersom möjligheterna med förgasad biomassa har upptäckts av investerare, institut, högskolor, leverantörsindustrier och potentiella kunder har intresset för förgasning ökat och ett antal teknikutvecklingsprojekt/allianser med målsättningen att förverkliga tekniken har skapats. I denna studie har vi studerat framväxten av de nio mest framstående projekten i Europa. Dessa återfinns i Österrike, Tyskland, Sverige och Finland. Trots stora satsningar på att förverkliga tekniken har inget av dessa projekt ännu lyckats att demonstrera en kontinuerlig produktion av andra generationens biodrivmedel. Det innebär att en kommersiell produktion sannolikt inte kommer igång förrän tidigast Vår studie har strävat efter att identifiera de systemsvagheter som behöver adresseras för att påskynda utvecklingen av andra generationens biodrivmedel i EU. Detta har gjorts genom att analysera systembyggarnas roller och begränsningar i relation till framväxten av en industri med kapacitet att utveckla och sprida utrustning för att producera andra generationens drivmedel från förgasad biomassa. Syfte och mål Syftet med studien formulerades som:... analyse the role of the system builders in the emergence of an industry with the capacity to realise the potential of gasified biomass for the production of second-generation transportation fuels and other chemicals within the European Union. Målsättningarna med studien har främst varit att: 1. öka förståelse kring framväxten av biomassaförgasning, identifiera systemsvagheter och utmaningar som måste överbryggas av policy och systembyggare för att området skall kunna förverkligas industriellt 2. öka den generella förståelsen kring framväxten av nya teknikområden av strategisk vikt för att uppnå högt ställda klimatmål och för ökad internationell konkurrenskraft Vi anser att studien har uppfyllt sitt syfte, ställda mål och mycket mer därtill. Förväntad nytta med forskningen Som forskare i projektet har Hans Hellsmark och Staffan Jacobsson haft förmånen av en kontinuerlig dialog med ansvariga för området på Energimyndigheten och Göteborg Energi. Vi har upplevt att detta har gett oss en ökad förståelse för det behov Energimyndigheten och Göteborg Energi har och vilken nytta de kan dra av vår forskning.

7 Förgasning är och har varit ett strategiskt forsknings- och utvecklingsområde för Energimyndigheten och dess föregångare sedan i början av 1970-talet. Det är ett område som staten har satsat flera hundra miljoner kronor på och fortsätter att göra satsningar de kommande åren med över en miljard kronor. Det är också ett område som skulle kunna leda till nya affärsmöjligheter för den etablerade industrin. I förlängningen skulle lokala Energibolag (som t.ex. Göteborg Energi) kunna bli exportörer av inte bara el, utan även förnyelsebar gas, kemikalier eller andra transportbränslen. I studien gör vi en mycket noggrann och kritisk genomlysning av alla aktiviteter inom fastbränsle- och svartlutsförgasning som syftat till produktion av el, fjärrvärme och transportbränslen från tidigt 1970-tal till 2009 i Sverige. Utöver den svenska historien har det gjorts detaljerade analyser av utvecklingen på förgasningområdet i Österrike, Tyskland och Finland, samt en kortare internationell utblick och genomgång av den fossila förgasningshistorien. Vi visar på de huvudspår längs vilka teknikutvecklingen sker i Europa, de huvudsakliga tekniska svårigheter som måste överbryggas i kommande demonstrationsprojekt, vilka aktörer och allianser som är inblandade samt vilka aktörer som har kunskap men ännu inte verkar för att förverkliga teknikområdet och varför. Vi är övertygade om att en sådan översikt är av nytta för att Energimyndigheten och Göteborg Energi bättre skall kunna sätta de egna satsningarna i relation till vad andra gör inom EU och vad som tidigare har gjorts i Sverige. Utöver de direkta historiska lärdomarna, pekar vi på fyra systemsvagheter som bör adresseras av främst Energimyndigheten i samråd med andra aktörer för att möjliggöra en kommersialisering av tekniken (denna analys görs även för den andra tre länderna och på EU nivå). De fyra systemsvagheterna är: the lack of capital goods industries with the capacity of entering into alliances, appropriating on knowledge development, and constructing large scale plants. the lack of an institutional framework that recognises the need for creating specific market preconditions in support of emerging technologies. the lack of a technology infrastructure for diffusing DME as a transportation fuel in Europe. an incomplete technology and actor structure for using BioSNG as a transportation fuel in heavy-duty vehicles. De två första ser vi som mycket allvarliga och relativt svåra att åtgärda. De diskuteras därför kort nedan. Avsaknad av aktörsstruktur och marknadsskapande åtgärder Vi påstår att de satsningar som gjordes inom fastbränsleförgasning i fluidbäddar från 1970 till 2000 inte har lett till en uppbyggnad av en nödvändig aktörs- och teknikstruktur, inklusive en inhemsk leverantörsindustri som kan ta på sig projekt för att bygga kommersiella förgasningsanläggningar. Dessutom har det saknats en acceptans för att skapa specifika marknadsförutsättningar som kan stödja framväxten av enskild ny energiteknik på den svenska marknaden.

8 Förutsättningarna för att bygga upp en leverantörsindustri fanns i slutet av 1980-talet och i början 1990-talet, men de utnyttjades inte. För det första, Vattenfall och Sydkrafts satsningar på trycksatt, storskalig elproduktion från förgasad biomassa prioriterade samarbete med finska aktörer, och ledde till att den finska teknik- och aktörsstrukturen stärktes på bekostnad av den svenska. När tekniken väl hade demonstrerats i Värnamo togs dessutom inte de nödvändiga stegen för att bygga de första kommersiella anläggningarna. Det berodde inte på att tekniken var undermålig eller ointressant, utan för att det inte fanns några styrmedel eller andra ekonomiska instrument som avlastade marknadsrisken för de första anläggningarna och gav investerare en trovärdig bild av framtida marknader. För det andra, nödvändiga instrument i form av riskavlyft (mer än 50%) för den tekniska risken som efterfrågats av kommunala energibolag som ville satsa på den atmosfäriska, mer småskaliga förgasningstekniken för elproduktion skapades inte heller. Det medförde att huvudaktörerna (TPS/Götaverken) inte hade tillgång till en hemmamarknad utan tvingades söka projekt i andra delar av världen. Det finns naturligtvis fler orsaker till att denna viktiga industri successivt monterats ner i Sverige, men det har inneburit att det nu finns ett stort hål i den svenska industristrukturen. Detta hål försvårar för forskare på högskolor och institut, nystartade företag etc. att bilda allianser och verka för att förverkliga ny energiteknik i de fall då de är beroende av samarbeten med den här typen av bolag (som i fallet förgasning). I fallet Värnamo har det av olika orsaker inte gått att överbrygga detta hinder men i fallet Chemrec så ser det ut som man kommer att lyckas. I studien analyseras orsakerna till detta och vi pekar på Energimyndighetens agerande som en av de viktigaste orsakerna till att svartlutsförgasning (med bland andra Chemrec) nu har en god chans att förverkligas. Ett nytt läge? I studien visar vi även på huvudsakliga kostnader och risker för aktörerna att bygga nödvändiga demonstrationsprojekt samt när och under vilka förutsättningar tekniken kan tänkas bli kommersiellt gångbar. Det huvudsakliga argumentet som förs fram är att de investeringar som nu behövs för att demonstrera och sedan bygga de fullskaliga anläggningarna för drivmedelsproduktion är mycket stora samtidigt som den tekniska risken fortsatt är stor. Denna risk behöver adresseras av policy med olika typer av riskavlyft. Detta har delvis redan gjorts i Sverige för två lovande teknikutvecklingsprojekt, men inte i övriga Europa. På grund av investeringarnas storlek och risken, behöver dessa program vara mycket stora och de riskerar därmed konkurrera ut investeringar i andra lovande energitekniker. En analys av hur Sverige kan tillgodogöra sig kort- och långsiktiga möjliga nyttor som skapas i samband med dessa investeringar bör därför göras. Då marknadsrisken vida överstiger den tekniska risken för potentiella investerare argumenterar vi även för att denna bör avlyftas för de första anläggningarna i kommersiell storlek. Genom att redan nu ha en tydlig strategi för hur marknadsrisken skall hanteras kan de misstag som begicks i mitten av 1990-talet undvikas. Essensen i en sådan strategi ligger i att erbjuda en off-take garanti, i kombination med skattelättnader, för de första investerarna och kunderna i sådana anläggningar. Samtidigt måste ett regelverk tas fram som ge investerare en trovärdig bild av framtida marknader.

9 Slutligen argumenterar vi för att den kunskap som kommit fram i studien skulle kunna var till direkt gagn för Energimyndigheten för att ta fram en handlingsplan, i samråd med respektive projektägare (inklusive Göteborg Energi), för att adressera de systemsvagheter och risker (tekniska och marknadsmässiga) som pekas ut och därmed bidra till förverkligandet av de svenskbaserade projekten.