METANOLDRIVNA BILAR I TROLLHÄTTAN GÖTEBORG

Transkript

1 METANOLDRIVNA BILAR I TROLLHÄTTAN GÖTEBORG Förstudie Peter Ahlvik VINNOVA Rapport VR 2002:6 April 2002

2 TITEL: Metanoldrivna bilar i Trollhättan Göteborg. Förstudie FÖRFATTARE/AUTHOR: Peter Ahlvik, Ecotraffic ISBN X ISSN PUBLICERINGSDATUM/DATE PUBLISHED: April 2002 UTGIVARE/PUBLISHER: VINNOVA Verket för Innovationssystem/ Swedish Agency for Innovation Systems, Stockholm SERIE/SERIES: VINNOVA Rapport VR 2002:6 VINNOVA DIARIENR/RECORD NO: REFERAT (syfte, metod, resultat): Metanol är ett drivmedel som baserat på biomassa kan produceras med hög verkningsgrad och till en förhållandevis låg kostnad. Mot bakgrund av det förslag till ökad användning av alternativa drivmedel som finns i EU finns all anledning att utreda möjligheterna att använda metanol som fordonsdrivmedel. En översikt av de hälso- och miljömässiga effekterna av metanol har visat på fördelar jämfört med bensin för i stort sätt alla effekter utom den akuta giftigheten som är något högre än för bensin. Oavsiktlig och avsiktlig felanvändning av metanol måste förhindras. Nya tekniska lösningar som syftar till att göra att detta kan undvikas håller nu på att utvecklas och skulle kunna testas i ett flottförsök. Få fordon finns i dag tillgängliga som kan köras på metanol (M85 eller M100). Detta innebär att eventuella flottförsök på kort sikt bör bli tämligen begränsade och att ett längre tidsperspektiv i stället bör anläggas. Bränslecelldrivna fordon kommer att finnas tillgängliga 2004 men produktionen kommer i början att vara begränsad. En alternativ metod att introducera metanol vore i form av låginblandning i bensin. Nuvarande EU-direktiv tillåter detta om inblandningshalten understiger 3% och bränslet skulle i så fall kunna användas i alla bensindrivna fordon. Denna väg för introduktion av metanol förordas och skulle kunna senare också kunna kombineras med användning av M85 och/eller M100 i fordonsflottor. I VINNOVAs Verket för innovationssystem - publikationsserier redovisar forskare, utredare och analytiker sina projekt. Publiceringen innebär inte att VINNOVA tar ställning till framförda åsikter, slutsatser och resultat. De flesta VINNOVA-publikationer finns att läsa eller ladda ner via VINNOVA s Swedish Agency for Innovation Systems publications are published at

3 METANOLDRIVNA BILAR I TROLLHÄTTAN GÖTEBORG Förstudie Peter Ahlvik

4 INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sida SAMMANFATTNING 1 INLEDNING BAKGRUND METODIK Litteraturstudie Kontakter med företag/organisationer Methanex SVZ/Nykomb Synergetics Statoil Ford Övriga biltillverkare Metanol kontra andra drivmedel RESULTAT Litteraturutvärdering Produktion av metanol/dme Produktionsmetoder och effektivitet Import av fossil metanol Import av icke-fossil metanol Distribution och hantering av metanol Hälso- och miljöeffekter av metanol Distribution Fordon för drift med metanol Användning av metanol i förbränningsmotorer Användning av metanol i bränslecellfordon Avgasemissioner och deras effekter Låginblandning av metanol i bensin Låginblandning i bensin Låginblandning i dieselolja Lämpliga fordonstyper för drift med metanol Personbilar med ottomotorer Bränslecelldrivna personbilar Fordonsflotta i Trollhättans kommun DISKUSSION OCH SLUTSATSER Konsekvenser och möjligheter med anledning av EU:s förslag om biodrivmedel Introduktionsstrategi Slutsatser och rekommendationer REFERENSER... 57

5 TABELLFÖRTECKNING Sida Tabell 1. Exponering för metanol för en person med 70 kg kroppsvikt (källa: Statoil)-- 29 Tabell 2. Beräknade utsläpp av metanol i USA (omräknat till SI enheter) Tabell 3. Halveringstider för metanol och bensen [16] a Tabell 4. Distributionskostnader för alkoholer (öre/lit ekv.) Tabell 5. Förteckning över fordon, Trollhättans kommun Tabell 6. Miljöfordon i Trollhättans kommun Tabell 7. EU:s förslag för biodrivmedel Tabell 8. EU:s optimistiska scenario för alternativa drivmedel FIGURFÖRTECKNING Sida Figur 1. Antal relevanta SAE publikationer om metanol Figur 2. Antal relevanta SAE publikationer om DME Figur 3. Exempel på livscykel för ett drivmedel Figur 4. Verkningsgrad för produktion och distribution av drivmedel Figur 5. Relativ verkningsgrad för produktion och distribution av biodrivmedel Figur 6. Jämförelse av verkningsgrad i drivmedelsproduktion och distribution i tre studier Drivmedel från råolja och naturgas (F-T diesel, DME, CNG och LNG) Figur 7. Systemverkningsgrad för de bästa kombinationerna av drivmedel och Figur 8. drivsystem, där drivmedlet framställts från biomassa Relativ systemverkningsgrad för de bästa kombinationerna av drivmedel och drivsystem, där drivmedlet framställts från biomassa Figur 9. NO X emissioner Figur 10: Partikelemissioner för alternativ med högst prioritet Figur 11: Ozonbildningspotential för alternativ med högst prioritet Figur 12: Cancerriskindex för alternativ med högst prioritet BILAGOR Bilaga 1: Biometanolproduktion i Schwarze Pumpe i Tyskland

6

7 SAMMANFATTNING Inledning och bakgrund Nuvarande och framtida EU-krav på fordon syftar till att väsentligt minska avgasemissionerna. Överenskommelser har också träffats mellan EU och biltillverkarna i EU, Japan och Korea om att minska emissionerna av klimatgaser, främst koldioxid (CO 2 ). Skärpningar av dessa krav och kraven på avgasemissioner kan sannolikt förväntas i framtiden. Studier utförda i bl.a. USA visar att den maximala produktionskapaciteten för råolja kommer att nås när hälften av de kända tillgångarna och förmodade (okända) reserverna har utvunnits. Detta scenario kommer att nås någon gång mellan 2010 och 2020 och då kommer sannolikt problem med drivmedelstillförseln att uppstå. I ett förslag till ett nytt direktiv vill EU kraftigt öka användningen av alternativa drivmedel, främst biodrivmedel. Alla de tre områden som indikerats ovan, dvs. emissioner, klimatgaser och försörjningstrygghet, utgör betydande argument för att införa alternativa (främst biobaserade) drivmedel. Sett i ett längre perspektiv bör nya drivmedel även vara väl anpassade för drift i bränsleceller. Metanol är ett drivmedel som kan uppfylla dessa kriterier och därför synes, speciellt vad gäller fördelen vid användning i bränsleceller, intresset för metanol nu vara ökande. Produktion av metanol Produktion av metanol har studerats i flera tidigare och nu pågående projekt (t.ex. BioMeeT). Förutsättningarna är inom detta område ganska väl klarlagda men en hel del arbete återstår dock innan en anläggning kan börja projekteras och byggas. Genom att den förhållandevis billigaste bioråvaran (cellulosa) kan användas och genom att effektiviteten i framställningsprocessen är hög är metanol tillsammans med DME det drivmedel som har störst potential i detta avseende (jämfört med t.ex. etanol). Effektiviteten i hela kedjan från produktion av råvara till slutanvändning i fordonet är en av de viktigaste aspekterna i en livscykelanalys av drivmedel. Under det senaste året har ett flertal internationella studier publicerats inom detta område. I en studie av Ecotraffic som publicerades av Vägverket 2001 jämfördes olika drivmedel ur denna aspekt samtidigt som en jämförelse med resultaten från de internationella studierna också gjordes i den engelska versionen av rapporten. Ecotraffics analys är att DME, vätgas och metanol, där samtliga framställts från termiskt förgasad biomassa är de drivmedel som har högst effektivitet i ett livscykelperspektiv. Metanol är det enda av dessa drivmedel som kan distribueras och hanteras i flytande form vid normalt tryck och temperatur och har därför stora fördelar framför de två övriga alternativen. En separat studie inom projektet har gjorts för att klarlägga möjligheterna att importera biobaserad metanol till Sverige eftersom någon produktion av biometanol inte finns än i Sverige. Sådan metanol tillverkas i dag i en anläggning i Tyskland (SVZ). Metanol från denna anläggning kan i större kvantiteter köpas till samma pris som världsmarknadspriset för fossil metanol. Därmed skulle detta drivmedel (per energienhet) vara det i särklass billigaste biobaserade drivmedlet som finns att tillgå på marknaden i dag. Detta är inte allmänt känt och av speciell betydelse är detta emedan kostnaderna för alternativa

8 drivmedel hamnat i fokus. Rensat från skatter och avgifter är dock priset högre för metanol högre än för bensin och dieselolja och detta är något som på längre sikt måste kompenseras med lägre skatt (t.ex. avsaknad av koldioxidskatt för biometanol och ev. en mindre skattereduktion utöver detta). Distribution och hantering av metanol Metanol är liksom bensin giftigt och måste därför handhas med viss försiktighet. Internationellt är metanol en kemikalie som hanteras i stora kvantiteter (främst för kemisk/teknisk industri). Några direkta problem med denna hantering finns inte men detta beror på att endast kvalificerad personal handhar metanolen i dessa fall. Bensin och dieselolja är också farliga kemikalier men är väl kända och kan därför hanteras av allmänheten i dag utan några nämnvärda problem. Om metanol skall användas som drivmedel, och speciellt gäller detta för allmän användning, måste åtgärder vidtas för att förhindra ofrivillig exponering och/eller avsiktlig felanvändning. Tekniska lösningar som syftar till att lösa detta problem håller nu på att utvecklas. En uppdatering av det nya material som publicerats internationellt inom detta område har gjorts. Internationellt finns stora erfarenheter från hantering av metanol vid allmän användning (M85, dvs. 85% metanol och 15% bensin i personbilar) och i fordonsflottor (tunga fordon drivna med M100). I Sverige genomfördes under 80-talet flera flottförsök med metanol och metanolblandad bensin (allt från M15 till M100). Goda erfarenheter finns från dessa försök men trots allt var det i detta fall inte fråga om någon allmän användning av drivmedlet. De som körde fordonen hade förvärvat väsentligt större kunskaper om drivmedlet än man kan förvänta sig av den normale användaren. Metanol används också frekvent i tävlingsmotorer (speedway, isracing och Indy-bilar ), små modellmotorer och som (bortsett från vatten) huvudkomponent i spolarvätska (utomlands). Metanol förekommer i låg koncentration i naturen (växter och djur), i födoämnen och finns även naturligt i människokroppen. Dessa koncentrationer är inte farliga. I höga koncentrationer är metanol, liksom även bensin och etanol, dock giftigt. Den dödliga dosen är lägre för metanol än för de båda övriga nämnda drivmedlen. De fall av förgiftning (avsiktlig eller oavsiktlig) som då och då förekommer med metanol måste således tas på största allvar och så långt det är möjligt förhindras för att metanol skall kunna bli ett drivmedel för allmän användning. Att belysa dessa aspekter har också varit ett av de viktigaste syftena med detta projekt. Spill av metanol i naturen (mark och vatten) orsakar mycket mindre skador än bensin, diesel eller råolja. Den snabba utspädningen på grund av den höga vattenlösligheten och den förhållandevis snabba nedbrytningen är faktorer av positiv betydelse i detta sammanhang. Metanol används i dag t.ex. vid kväverening i reningsverk och kan metaboliseras av en mängd organismer. Ångtrycket är lägre än för bensin och därmed minskar också denna exponering. Slutsatserna om hantering och ev. spill av metanol som därvid medför utsläpp av metanol till mark, vatten och luft är i jämförelse med bensin och dieselolja överlag positiva. Viss försiktighet vid (upprepad och/eller långvarig) hudkontakt rekommenderas dock då metanol penetrerar genom huden och skulle i extrema fall kunna ge en hög exponering. Liknande resonemang gäller dock även för bensin. Eventuella risker för brand och explosion diskuteras ofta när nya drivmedel skall introduceras på marknaden. Metanol har i jämförelse med bensin och dieselolja både föroch nackdelar i detta avseende. Generellt torde fördelarna överväga och i de fall då

9 nackdelar förekommer finns också tekniska lösningar på problemen som kan appliceras. Amerikanska naturvårdsverket EPA har t.ex. beräknat att en övergång från bensin till metanol skulle kunna minska riskerna för olyckor av detta slag med hela 95%. Fordon för drift med metanol De emissionsresultat som dokumenterats och beräkningar av de effekter som emissionerna har på hälsa och miljö är övervägande positiva för metanol i förhållande till bensin. Potentialen till ännu lägre emissioner i framtiden synes också större under förutsättning att de emissionsproblemen som fortfarande finns vid kallstart (och som också finns för bensin) kan lösas. Med ledning av publicerade resultat från denna utveckling finns goda skäl att tro att detta problem är lösbart. Om metanol används i bränsleceller kan nollemissioner eller nära nollemissioner nås och detta är naturligtvis det långsiktiga målet. I USA producerades under 80- och 90-talet tals fordon avsedda för drift med metanol (M85) eller bensin; så kallade bränsleflexibla fordon (FFV). Tyvärr gjordes inte tillräckliga investeringar i infrastruktur för tankning, vilket medförde att flertalet av fordonen kom att köras på bensin. Sedermera har dessutom de flesta av tankningsanläggningarna avvecklats och med något undantag finns således inte längre några möjligheter att tanka dessa fordon med metanol. De Ford Taurus av 95-års model som importerades till Sverige kan köras på M85 medan senare modeller (-96 och senare) endast är anpassade för E85. Det senare gäller även för de Ford Focus som upphandlats. Även om det teoretiskt skulle gå att bygga om denna bilmodell för metanoldrift är tillverkaren i dagsläget inte beredd att göra detta för en liten serie bilar. DaimlerChrysler kommer 2004 att tillverka bilen Necar 5, en bränslecelldriven variant av Mercedes A-klass i begränsad upplaga. Denna bil skall enligt uppgift köras på metanol. Utbudet av metanoldrivna nya bilar är i dag således en begränsande faktor, vilket naturligtvis påverkar upplägget av ett framtida flottförsök. Man måste därför se det hela i ett lite längre tidsperspektiv än normalt och planera utifrån dessa förutsättningar. En översiktlig inventering av fordon i Trollhättan lämpade för flottförsök har gjorts och personbilar är den kategori av fordon som primärt identifierats som intressanta. En annan intressant väg som kan komplettera användningen av ren metanol (M85 och M100) är en låginblandning av metanol i bensin. Detta kan i dag göras med hänvisning till EU:s direktiv för drivmedel och inblandningen är maximerad till 3%. Följaktligen är också alla fordon som produceras i dag förberedda för användning av detta bränsle som vi, i analogi med de övriga benämningarna, kan kalla M3. Detta vore en väsentligt snabbare väg att introducera metanol i stor skala än flottförsök. Båda alternativen skulle dock kunna kombineras i en introduktionsstrategi. Diskussion och slutsatser Metanol är ett drivmedel som baserat på biomassa kan produceras med hög verkningsgrad och till en förhållandevis låg kostnad. Mot bakgrund av det förslag till ökad användning av alternativa drivmedel som finns i EU finns all anledning att utreda möjligheterna att använda metanol som fordonsdrivmedel. En översikt av de hälso- och miljömässiga effekterna av metanol har visat på fördelar jämfört med bensin för i stort sätt alla effekter utom den akuta giftigheten som är något högre än för bensin. Oavsiktlig och avsiktlig felanvändning av metanol måste förhindras.

10 Nya tekniska lösningar som syftar till att göra att detta kan undvikas håller nu på att utvecklas och skulle kunna testas i ett flottförsök. Få fordon finns i dag tillgängliga som kan köras på metanol (M85 eller M100). Detta innebär att eventuella flottförsök på kort sikt bör bli tämligen begränsade och att ett längre tidsperspektiv i stället bör anläggas. Bränslecelldrivna fordon kommer att finnas tillgängliga 2004 men produktionen kommer i början att vara begränsad. En alternativ metod att introducera metanol vore i form av låginblandning i bensin. Nuvarande EUdirektiv tillåter detta om inblandningshalten understiger 3% och bränslet skulle i så fall kunna användas i alla bensindrivna fordon. Denna väg för introduktion av metanol förordas och skulle kunna senare också kunna kombineras med användning av M85 och/eller M100 i fordonsflottor.

11 1 INLEDNING Bränsleceller anses allmänt som den teknologi för drivsystem i fordon som på längre sikt har störst potential med avseende på hög energieffektivitet och låga avgasemissioner. Det är i dag inte klart vilket drivmedel som är bäst lämpat för bränsleceller och på vilket sätt uppbyggnaden av infrastrukturen för ett ev. nytt drivmedel skall ske. Vätgas är ett drivmedel som inte behöver reformeras (omvandlas) för att kunna användas i bränsleceller. Reformering krävs för andra drivmedel om de skall användas i den typ som verkar vara mest aktuell för fordonsdrift (PEMFC 1 ). Metanol kan också användas i en speciell typ av bränslecell, den så kallade direktmetanol bränslecellen (DMFC 2 ), utan reformering. Denna bränslecell är emellertid ännu inte fullt utvecklad för användning i t.ex. fordon 3. För användning i bränsleceller av PEMFC-typ måste metanol, liksom alla andra drivmedel utom vätgas, reformeras. Metanol är det drivmedel som är enklast att reformera av alla drivmedel och lämpar sig därför väl även för denna typ av bränslecell. Dimetyleter (DME) framställs i en process som är snarlik den för metanol och därför skulle man kunna förvänta sig att också DME vore ett enkelt bränsle att reformera, dvs. DME är ett bränsle som lämpar sig väl för bränsleceller. Underlaget för en sådan bedömning är emellertid ännu litet. När det gäller distribution och lagring av drivmedel är flytande drivmedel av naturliga skäl att föredra framför gasformiga drivmedel. Vätgas är det drivmedel som är har lägst densitet och lägst kokpunkt och bereder följaktligen de största problemen i detta avseende. Övriga gasformiga drivmedel är något enklare att hantera än vätgas, medan gasformiga drivmedel som kan hanteras som vätskor under tryck vid normal temperatur, som LPG (motorgas eller gasol) och DME, utgör ett mellanting mellan de gasformiga och de vätskeformiga bränslena. Metanol är som beskrivits ovan ett av de mest intressanta drivmedlen för bränsleceller utöver vätgas. Metanol skulle också kunna introduceras i vanliga kolvmotorer under en övergångsfas för att på så sätt underlätta uppbyggnaden av en infrastruktur med syftet att metanolen i ett senare skede kommer att användas främst i fordon drivna med bränsleceller. Därmed skulle introduktionsfasen för det nya drivmedlet kunna tidigareläggas väsentligt i stället för att man försöker att introducera bränsle och drivsystem samtidigt (vilket kan leda till det välkända hönan och ägget problemet). Ett ofta påtalat problem med metanol är dess giftighet och ett annat problem som ofta uppmärksammas är vissa tekniska svårigheter vid distribution och hantering (bl.a. korrosion). Erfarenheter från allmän användning av metanol i konventionella fordon är därför av stort intresse för att identifiera eventuella problem och FoU-behov för framtiden. Syftet med projektet är att undersöka förutsättningarna för användning av biometanol (M85) i personbilar i ett flottförsök i Trollhättan med omnejd (region Trollhättan Göteborg). Det främsta resultatet från projektet är att möjligheterna och förutsättningarna för ett flottförsök med personbilar drivna med biometanol, inklusive låginblandning av metanol, har belysts. En belysning av hur ett framtida projekt skall genomföras kommer är också ett viktigt resultat. En inventering av förväntade problem vid produktion, hantering 1 PEMFC: Proton Exchange Membrane Fuel Cell 2 DMFC: Direct Methanol Fuel Cell 3 Annan användning av DMFC, t.ex. i mobila apparater, t.ex. datorer och mobiltelefoner diskuteras och denna typ av användning torde bli de första applikationerna av den här typen av bränsleceller. 7

12 och distribution av biometanol samt en identifiering av FoU-behoven för att lösa dessa frågor har resulterat i att nödvändiga förberedelser för ett nästa steg, dvs. genomförandet av ett flottförsök har kunnat göras. Rapporten har för att förenkla framställningen indelats i ett antal olika kapitel. Efter de inledande kapitlen (inledning och bakgrund) görs först en beskrivning av den metodik som använts i studien. Sedan följer ett kapitel där resultaten redovisas. I separata kapitel diskuteras resultaten och på liknande sätt redovisas de främsta slutsatserna. En sammanfattning har infogats i början av rapporten. För att förenkla och förtydliga framställningen har en par olika typer av fakta och summeringsrutor använts i rapporten (se höger och nedan). I Ecotraffics kommentarer har fakta eller kommentarer som ligger utanför det som beskrivs i texten, men som ändå är av intresse i sammanhanget, tagits med. I Ecotraffics sammanfattning har korta sammanfattningar gjort i rutor i anslutning till vissa avsnitt i rapporten. Ecotraffics sammanfattning Ecotraffics kommentarer Fakta och diskussionsrutor För att differentiera mellan sammanfattningen av enskilda avsnitt (som görs i summeringsrutor) och Ecotraffics egna kommentarer, slutsatser, jämförelser med resultat från andra referenser m.m. har särskilda fakta- och diskussionsrutor (Ecotraffics kommentarer) avsedda speciellt för detta ändamål infogats i I summeringsrutor görs en sammanfattning av det material som sammanställts i varje avsnitt och de slutsatser och speciella konklusioner som kan göras baserat på detta underlag. 8

13 2 BAKGRUND Metanol har under de senaste decennierna varit av intresse för användning som drivmedel i transportsektorn. I Sverige, liksom i flera andra länder i Europa, var intresset stort under 80-talet. Flottförsök med allt från M15 (15% metanol) till M100 (100% metanol) kördes såväl i Sverige som i andra länder under detta decennium. Låginblandning i lägre halter (t.ex. i form av M5) var också ett alternativ som diskuterades. Några enstaka tyngre fordon testades också med metanol som drivmedel. Avsikter fanns även att starta en metanolproduktion i Sverige med syfte att introducera metanol i större skala i tranportsektorn. Efter att man i slutet av 80-talet kunde konstatera att oljekrisen var över, drogs många av satsningarna in och någon produktion av metanol startades ej heller i Sverige. Under en period på 90-talet fanns mer än fordon i drift i USA, företrädesvis i Kalifornien men även i andra stater. Dessa fordon var till största delen personbilar som kunde drivas med (godtyckliga) blandningar av bensin och metanol (M85 4 ). Genom att bilarna var bränsleflexibla underlättades användningen under en period då infrastruktur för tankning som då ännu inte var utbyggd. Ett 100-tal tankningsställen för M85 byggdes i Kalifornien och totalt sett än fler utanför delstaten. På sätt och vis blev den eleganta fördelen med en bränsleflexibel bil ett problem i och med att bilen även kunde köras på bensin. Den nödvändiga infrastrukturuppbyggnaden av tankningsställen för metanol gjordes inte och de anläggningar som fanns kunde utan större problem även användas för att distribuera bensin. Denna konvertering tillbaka till bensin skedde också senare när intresset för metanoldrivna bilar minskade. Från mitten av 90-talet i USA, och redan något tidigare i Sverige, kom intresset för metanol att avta. Andra alternativ, som t.ex. naturgas och etanol, rönte större intresse. Genom att såväl fordonstillverkare som starka intressen inom energi- (naturgas) och jordbrukssektorn (etanol) engagerade sig har dessa drivmedel tillsammans med LPG (motorgas) kommit att dominera internationellt under det senaste decenniet. I Sverige har intresset för biogas varit stort, till skillnad från utomlands där naturgas favoriserats framför biogas. Orsakerna till preferenserna i Sverige är dels den ringa tillgången på naturgas i landet, dels att biogasen är förnybar, vilket är en fördel ur klimatgassynpunkt. Under de senaste åren har bränsleceller framstått som en energiomvandlare ( motor ) med potential till hög verkningsgrad och mycket låga eller nollemissioner. Två drivmedel, vätgas och metanol, är de som är bäst lämpade för bränsleceller men stora ansträngningar görs också för att kunna köra bränsleceller på en speciellt ren kvalitet av bensin. Dimetyleter (DME) har också tillkommit som ett tänkbart alternativ. Vätgas är det idealiska drivmedlet för bränsleceller men medför problem vid distribution, tankning och lagring i fordonet. Fördelen för bensin är att infrastrukturen för distribution och tankning redan finns men bensinen måste reformeras till vätgas innan den kan användas i bränslecellen. Man bör dock notera att en särskild bensinkvalitet erfordras som i sin tur kräver ett separat logistiksystem (jfr. med bensin av olika oktantal i dag). Stora problem finns förknippade med reformeringen. Metanol intar en mellanställning mellan dessa två ytterligheter. Distribution och tankning är föga mer komplicerat än för bensin och metanol 4 Metanolen måste på den tiden innehålla 15% bensin för att förbättra startförmågan i de ottomotorer som användes i bilarna. På liknande sätt blandas i dag 15% i etanolen för användning i personbilar. Önskvärt vore att kunna eliminera bensininblandningen i framtiden. 9

14 är det drivmedel som är enklast att reformera. Man kan också tillägga att metanol, i ren form eller i form av låginblandning, skulle kunna användas i konventionella kolvmotorer under en övergångsfas och på så sätt skulle en introduktion av drivmedlet kunna ske på ett enklare och mer kostnadseffektivt sätt än en snabb övergång. Nackdelar finns för metanol i form av korrosion, aggressivitet mot polymera material och möjligen också hälsomässigt vid felaktig hantering genom att metanol relativt sett är giftigt 5. Ovannämnda fördelar för metanol i bränsleceller har medfört att intresset för detta drivmedel åter är ökande. De tidigare erfarenheter som finns från Sverige och från utländska flottförsök är stora men är av äldre datum och är inte alltid allmänt tillgängliga. Den relativa giftigheten för metanol medför att de invändningar och farhågor som finns för en allmän användning av detta drivmedel inte kan förringas. De flottförsök som bedrevs i Sverige under 80-talet skedde i kontrollerade flottor och någon allmän användning var det inte frågan om. Metanol hanteras i stora mängder som en kemikalie på världsmarknaden men även i detta fall är det fråga om speciellt utbildad personal. Vid användning av metanol i tävlingsfordon (speedway, isracing m.m.) och i mindre modellmotorer (flygplan, båtar m.m.) kan man också förmoda att användarna är väl förtrogna med drivmedlet och därför är olyckor eller oavsiktligt intag sällsynta. Innan (och om ) en storskalig introduktion av metanol kan ske måste dock erfarenheter av användning i praktisk drift insamlas och dokumenteras. Förutom användning av metanol i mer eller mindre ren form (M85 M100) tillkommer också möjligheten att använda metanol i form av låginblandning i bensin. I ett förslag till framtida direktiv för drivmedel i EU (hösten 2001) har man som syfte att kraftigt öka användningen av biodrivmedel. Enklast skulle en introduktion av nya drivmedel kunna ske i form av låginblandning i bensin eller dieselolja. Metanol kan produceras från såväl fossil som icke-fossil råvara och den sistnämnda varianten skulle på sikt kunna substituera den förstnämnda. Det EU direktiv för drivmedelskvalitet som finns i dag tillåter en inblandning på 3% metanol. Detta kunde vara en viktig del i en strategi att nå det föreslagna målet på 2% substitution till De stora fördelar som metanol har i bränsleceller är en drivkraft för framtida introduktion av metanol. Samtidigt indikerar också den relativt sett lilla erfarenhet av metanol för allmän användning i fordon som finns, att ett flottförsök vore en möjlighet att mer i detalj utröna lämpligheten för metanol som fordonsbränsle. Syftet med denna utredning har varit att sammanställa en del nödvändig kunskap inom området och att identifiera vilka möjligheter som finns att introducera metanol i Sverige, med speciell fokus på Trollhättan- Göteborg regionen. Studien har huvudsakligen finansierats av Vinnova med stöd i form av eget arbete från Trollhättans Kommun och med liknande insatser från biltillverkare och drivmedelsindustri. 5 Giftigheten är i och för sig också ett problem för bensin och dieselolja men den är dels något lägre och dels finns lång erfarenhet av att hantera dessa drivmedel. 10

15 3 METODIK I detta kapitel ges en översikt av den metodik som använts för att insamla och bearbeta de uppgifter som använts i rapporten. Den övervägande delen av projektets resultat redovisas i nästa kapitel. 3.1 Litteraturstudie En av de bästa källorna för information inom detta område är de publikationer som ges ut av amerikanska organisationen Society of Automotive Engineers (SAE 6 ). SAE har även en databas som inte bara innehåller deras egna publikationer utan även publikationer från en mängd andra organisationer. Databasen innehåller över referenser från 1906 (det år SAE bildades) och framåt. SAE:s databas heter Global Mobility Database (GMD). Ecotraffic prenumereras sedan några år tillbaka på denna databas som dels finns i CD- ROM utförande och dels är tillgänglig via en databas på Internet. I och med att uppdateringen för den senare varianten är mer frekvent har Ecotraffic valt den. Förutom sökningar i SAE:s databas har även sökningar hos några organisationer som man sedan tidigare vet är verksamma inom området gjorts. Dessa sökningar har gjorts via Internet och genom telefonsamtal med berörda personer i dessa organisationer. Avsikten med litteraturstudien har inte varit att göra någon fullständig litteraturgenomgång. Det har i stället varit av intresse att identifiera de nya rapporter eller de rapporter som tillfört väsentligt ny kunskap inom området. För att sortera ut dessa rapporter har endast sammanfattningarna gåtts igenom. Endast rapporter som varit 10 år eller yngre har beaktats. De mest intressanta rapporterna beställdes sedan från SAE och studerades lite mer i detalj. Eftersom en översikt av antalet publikationer per år kan ge en viss insikt i hur intresset för ett drivmedel varierat har också en sammanställning av detta gjorts. 3.2 Kontakter med företag/organisationer Eftersom ett av huvudsyftena med det arbete som utförts i denna studie varit att utröna vilka aktiviteter som är på gång inom området har en hel del kontakter tagits med olika organisationer och intressenter. En översikt av de som varit av mest intresse ges nedan och mer konkreta resultat redovisas i kapitlet om resultat från studien. I september 2000 ingick ett antal företag inom bil-, olje och kemisk industri ett samarbete med syftet att förbereda en introduktion av bränslecelldrivna fordon med metanol som drivmedel (the Methanol Fuel Cell Alliance, MFCA) [1]. Följande företag ingår i alliansen: DaimlerChrysler BP BASF 6 SAE är en organisation för ingenjörer som arbetar inom bilindustrin och näraliggande branscher. SAE:s motsvarighet i Sverige är organisationen SVEA men SAE har även en filial i Sverige. SAE har sin tyngdpunkt i USA men har medlemmar från hela världen. 11

16 Methanex Statoil Xcellsis 7 Syftet är att intressenterna skall nå en enighet angående säkerhet, hälso- och miljöeffekter samt infrastrukturfrågor för introduktionen av metanoldrivna fordon med bränsleceller. Avsikten är också att samarbetet skall manifesteras i en användning av fordon och tankningsinfrastruktur i verklig drift inom de närmaste åren. En liknande strategisk allians som den ovan har också bildats med liknande syften men med fokus på den japanska marknaden. Följande företag ingår i denna allians: Methanex Mitsubishi Mitsui & Co. Det övergripande syftet med nämnda samarbete är (liksom i det förra fallet) att framhålla fördelarna med att använda metanol i bränslecellfordon. Rent konkret kommer man bl.a. att arbeta för att eliminera de ev. hinder som finns vad gäller lagar och förordningar. Samarbete med japansk bilindustri och potentiella japanska distributörer av drivmedel kommer också att inledas. De ovannämnda två initiativen ger en överblick över vilka företag som är aktiva inom området och som dessutom aktivt driver på utvecklingen. Utöver de nämnda företagen finns också andra företag som producerar och hanterar metanol eftersom detta är ett ämne som hanteras i stora kvantiteter inom kemisk-teknisk industri. Det finns också ytterligare några biltillverkare som är aktiva. Det bedömdes som intressant att sammanställa och i vissa fall diskutera några av de aktiviteter som pågår inom dessa områden. Inför ett ev. framtida projekt med metanol i regionen Trollhättan-Göteborg var några av aktörerna speciellt intressanta. Dessa beskrivs separat nedan Methanex Methanex är världens största tillverkare av metanol och är därför en intressant diskussionspart i detta sammanhang [2] 8. Ecotraffic har i flera tidigare projekt samarbetat intimt med Methanex och företaget deltar nu i två EU-projekt 9 som Ecotraffic är koordinator för. En diskussion om de frågor som berör detta projekt hölls under våren 2001 med Wayne Wright (lokaliserad i Washington DC), som är ansvarig för kontakter med myndigheter m.fl. organisationer. Methanex har utfört ett flertal olika studier inom området och kunde på så sätt bidra med värdefull information till projektet. 7 Xcellsis är ett företag samägt av Ballard Power Systems och DaimlerChrysler med uppgift att utveckla bränslecelldrivsystem. Enligt uppgifter i december 2001 har Ballard köpt Xcellsis och företaget Ecostar Electric Powertrain and Power Conversion Systems från DaimlerChrysler respektive Ford. Samtidigt har DaimlerChrysler och Ford ökat sitt ägande i Ballard. 8 Siffra inom hakparentes avser referenser som listats i referenslistan i slutet av rapporten. 9 Projekten BioMeeT II och Renewa. 12

17 3.2.2 SVZ/Nykomb Synergetics I orten Schwarze Pumpe i nordöstra Tyskland finns en produktionsanläggning som använder bl.a. avfall från biomassa för att producera metanol och elektricitet. En viss del av produktionen skulle i analogi med grön el kunna klassas som biometanol. En av Ecotraffics samarbetspartners i Sverige, Nykomb Synergetics, har sedan tidigare goda kontakter med företaget SVZ (Sekundärrohstoff- Verwertungszentrum Schwarze Pumpe) som äger den nämnda anläggningen i Tyskland. Därför lades ett uppdrag på Nykomb inom projektet på att ta fram en underlagsrapport som beskriver produktionen vid SVZ och möjligheterna att importera biometanol från denna anläggning till ett ev. flottförsök i Trollhättan. Underlagsrapporten har bifogats i Bilaga Statoil Statoil har i dag den största produktionsanläggningen i Europa för att producera metanol, är dessutom en drivmedelsdistributör på den svenska marknaden. Tillsammans innebär dessa två faktorer att företaget är en viktig aktörer inom området. Statoil deltar också i en ovannämnda alliansen för användning av metanol i bränslecellfordon som skapats mellan olika intressenter inom området. Med ledning av Statoils nyckelroll bestämdes det därför att företaget (främst huvudkontoret i Norge) skulle kontaktas för att undersöka deras möjligheter och intresse för en eventuell medverkan i ett framtida projekt inom området Ford Amerikanska Ford var tidigt ute med metanoldrivna bilar (M85) på den amerikanska marknaden. Ford Taurus i bränsleflexibelt utförande (så kallad FFV 10 ) är en av de modeller som sålts i stora serier på denna marknad. Av den första generationen (t.o.m. 1995) importerades också en del bilar till Sverige. Dessa bilar var i första hand avsedda för drift med metanol och bensin men kunde också köras på etanol (E85). Under 1996 introducerades en ny modell av Taurus och då gjordes också en uppdatering av motor och avgasreningssystem. Detta kan sägas vara den andra generationen av bränsleflexibla bilar från Ford. Motorn fanns i utföranden optimerade för både metanol och etanol, varav den senare varianten importerades till Sverige. En tredje generation av tekniken har nu introducerats i Ford Focus FFV och den är främst avsedd för etanol (E85). Som resultatet av en teknikupphandling i Sverige började under hösten 2001 denna bil levereras till kund Övriga biltillverkare Efter en period på 90-talet med en tämligen stor försäljning av FFV fordon anpassade för drift med metanol (M85) i USA har intresset från biltillverkarna sedermera minskat väsentligt. En orsak kan vara att de FFV fordon som således inte kom att köra på metanol i särskilt stor utsträckning utan tankade bensin i stället. Uppbyggnaden av en infrastruktur för tankning av metanol kom aldrig till stånd i någon större omfattning. Försäljningen av FFV gav lättnader i de krav på minskad bränsleförbrukning för den sålda fordonsflottan (medeltal) och detta var onekligen en av drivkrafterna bakom satsningen på FFV i USA. För europeiska biltillverkare var ett problem i USA att de federala, delstatliga och kommunala fordonsflottor som var föremål för upphandling av sådana fordon som regel föredrog fordon för inhemska tillverkare. Intresset för att tillverka fordon i mindre serier är 10 FFV: Fuel Flexible Vehicle. I den fortsatta texten används detta begrepp för alla slags bränsleflexibla fordon även om begreppet använts främst av Ford. Andra förkortningar förekommer men de är inte lika vanliga. 13

18 självfallet inte stort. Något motsvarande program för metanol och bränsleflexibla fordon har inte funnits i Europa Metanol kontra andra drivmedel I kontrast till fallet med metanol har intresset till synes ökat för andra alternativa drivmedel under de senaste åren. Man kan inte förneka det faktum att det finns en viss konkurrens mellan drivmedlen i den mån att resurserna inte räcker till för stora satsningar på alla alternativen. Utan tvekan är det så att naturgas i dag tagit platsen som det drivmedel som biltillverkarna prioriterar högst. Vissa fordonstillverkare levererar fordon för LPG, och detta bränsle är vid sidan av etanol det mest använda drivmedlet världen över. Än så länge har dock LPG mest varit en marknad för konverteringar. Nederländerna är ett exempel på ett land som har en stor flotta av fordon som drivs med LPG. Väsentliga skattelättnader brukar som regel vara förknippade med en stor användning av LPG och naturgas, då fordon och tankningsutrustning för dessa drivmedel medför stora merkostnader jämfört med flytande drivmedel. Av ovanstående information framgår klart att intresset för metanoldrivna konventionella bilar är lågt i dag. Däremot verkar det som om metanoldrivna bilar med bränsleceller kommer att bli föremål för ett mycket stort intresse i framtiden. Problemet är att infrastrukturen för distribution och tankning av metanol borde byggas upp innan bränslecellbilarna introduceras i stor skala. Om man bortser från det nämnda samarbetet mellan företagen i metanolbränslecell konsortiet (MFCA), finns dock få initiativ från biltillverkarna för att lösa detta problem. En enkel sökning bland tänkbara leverantörer av metanoldrivna fordon har gjorts och i några fall har tillverkarna eller deras generalagenter i Sverige kontaktats för mer information. 14

19 4 RESULTAT I detta kapitel redovisas de underlag och sammanställningar som är det egentliga resultatet från projektet. Detta gäller såväl det material som insamlats som de (nya) resultat som kan anses ha genererats inom projektet. 4.1 Litteraturutvärdering I den litteratursökning i SAE:s GMD databas som utfördes användes sökbegrepp för att hitta referenser för både metanol och DME. Eftersom användning av metanol (i framtiden) är förknippad med bränsleceller gjordes också en separat sökning av sådana referenser. Resultatet för denna sökning kommenteras här inte i detalj utan endast några av de best intressanta publikationerna nämns och kommenteras. DME togs med i sökningen dels som komplement till metanol eftersom dessa drivmedel är snarlika i produktionssteget och dels för att DME under senare år har rönt ett allt större intresse, bl.a. från Volvo Truck Co. I sökningen hittades för metanol och DME under tidsperioden följande referenser (2001 togs inte med eftersom året inte var slut än när sökningen gjordes): Metanol: 526 referenser, varav 469 var relevanta DME: 64 referenser, varav 57 var relevanta I litteratursökningar förekommer alltid problemet att en del träffar kommer med som egentligen borde hänföras andra områden. Dessutom listas också samlingspublikationer (t.ex. av typen SAE Special Publications ) m.m. som strängt taget inte kan klassificeras som en enskild publikation. Samlingspublikationer innehåller ofta en eller flera relevanta publikationer och på detta sätt kommer vissa publikationer att identifieras flera gånger. När referenser som inte hör hemma inom området sorteras bort erhålls de publikationer som klassats som relevanta enligt ovan. Som framgår av antalet rapporter dominerar metanol kraftigt, vilket inte är så konstigt eftersom DME rönt intresse bara under de allra senaste åren (i princip efter 1995, då flera av de citerade publikationerna presenterades). De flesta rapporter som hittats har publicerats av SAE, vilket inte är förvånande då denna organisation är den största av de som bidrar med rapporter till databasen. Ännu intressantare än antalet publikationer är fördelningen under åren. I Figur 1 visas antalet rapporter per år för metanol. Utöver stapeldiagrammen har även trendlinjer lagts till (polynom av 3:e och 5:e grad passade bäst, dvs. gav minst fel enligt regressionsanalysen). 15

20 Antal publikationer om metanol enligt sökning i SAE:s databas Antal rapporter (st./år) Antal studier Trend (poly, 3) Trend (poly, 5) Totalt antal träffar: 526 Antal relevanta: Figur 1. Antal relevanta SAE publikationer om metanol Som framgår av Figur 1 ökade antalet publikationer kraftigt mellan 1990 och Det kan tilläggas att antalet publikationer före 1990 legat på en låg nivå, även om detta inte framgår av figuren. Mellan 1992 och 1998 minskade antalet publikationer kraftigt för att återigen öka de senaste åren. En trend som möjligen kan noteras är att perioden i mitten av 90-talet var de år som det i USA såldes flest antal personbilar för alkoholdrift. Svårt är att säga om det finns något samband mellan den förskjutning i antalet publikationer och antalet sålda bilar som verkar finnas (eftersom dessa toppar inte sammanfaller tidsmässigt). I dag säljs enligt uppgifter i Alternative Fuels Data Center (AFDC), som för statistik på området, inga bilmodeller som kan drivas med metanol i USA. Antalet tankningsställen med M85 har kraftigt reducerats och numera finns endast några enstaka stationer kvar i Kalifornien (jfr. med över 100 st. som mest). Den trend till uppgång i antalet publikationer, och därmed sannolikt också intresse för metanol, som finns de senaste åren kan främst tillskrivas det ökande intresset för bränsleceller. En genomgång av de enskilda publikationerna visar att majoriteten av dem på ett eller annat sätt kan kopplas till bränsleceller. Eftersom metanol förutsätts vara ett av de tänkbara drivmedlen för bränsleceller är det naturligt att detta drivmedel kommer upp i publikationer om bränsleceller. Flera av publikationerna behandlar dock mera specifika problem i sammanhanget, som t.ex. hantering av metanol och livscykelanalyser där metanol jämförs med andra drivmedel. Även om vätgas är det drivmedel som passar bäst till bränsleceller är ändock problemen med infrastruktur för distribution och tankning av detta drivmedel så stora att andra drivmedelsalternativ som t.ex. en speciellt anpassad bensin eller metanol kommit mer i fokus som alternativ till vätgas. I Figur 2 visas antalet publikationer för DME. Som framgår av figuren verkar det som om intresset för DME är ökande, även om antalet publikationer i detta fall totalt sett fortfarande är färre än för metanol. Eftersom det ännu inte finns några kommersiella fordon 16

21 avsedda för DME är det inte förvånande att antalet publikationer trots allt är relativt få. Det kan också vara värt att notera att den DME som för närvarande hanteras kommersiellt inte är av fordonskvalitet utan istället är det fråga om en teknisk kvalitet. Sannolikt skulle den förra specifikationen (för fordon) kunna vara något billigare än den senare (för kemisk/teknisk användning). Eftersom det ännu inte finns några praktiska erfarenheter av distribution av DME för fordonsdrift kan man förmoda att de första fordonen drivna med detta bränsle kommer att vara fordonsflottor. Med ledning av hur lång tid det tagit att bygga upp infrastruktur för distribution av andra drivmedel kommer det sannolikt att dröja länge innan DME är aktuellt för allmän användning. Inom den närmaste framtiden torde i första hand flottförsök i begränsade flottor vara av intresse. Antal publikationer om DME enligt sökning i SAE:s databas Antal studier Trend (poly, 3) Trend (poly, 5) 19 Antal rapporter (st./år) Totalt antal träffar: 64 Antal relevanta: Figur 2. Antal relevanta SAE publikationer om DME Ecotraffics sammanfattning Utvärderingen av litteraturen har visat att intresset för metanol minskade under senare delen av 90-talet efter den topp som fanns i början av 90-talet. Under de senaste åren har dock intresset för metanol åter ökat som följd av det ökade intresset för bränsleceller. Användning av metanol i konventionella motorer harhaft lägre prioritet de senaste åren. Detta kunde emellertid vara en lämplig övergångsstrategi tillsammans med låginblandning innan bränsleceller kan kommersialiseras i stor skala. Man bör också notera att andra alternativa drivmedel, främst (fossil) naturgas, internationellt rönt mer intresse än metanol de senaste åren. 17

22 4.2 Produktion av metanol/dme Produktionsmetoder och effektivitet Produktionsmetoderna för metanol och DME har beskrivits ingående i tidigare projekt där Ecotraffic medverkat [3, 4]. En fristående fortsättning på nämnda projekt pågår nu och ett nytt EU-projekt har initierats där en speciell fokusering kommer att göras på användning av avfall från biomassa som råvara för metanol/dme. En studie över energieffektiviteten för olika drivmedel framställda från biomassa eller naturgas har utförts i ett projekt för Vägverket. En svensk [5] respektive engelsk [6] rapport från detta arbete finns. I den (senare publicerade) engelska versionen av rapporten har också en komplettering gjorts där studiens resultat (likväl som förutsättningar för beräkningar) jämförts med andra studier. Även om man kunde nöja sig med att referera till tidigare utförda studier kan det ändå vara av vikt att göra en kort översikt av produktionsmetoderna för att bilden skall bli lite mer komplett. Några jämförelser mellan verkningsgraden för tillverkning av olika drivmedel kan också vara intressanta att belysa för att visa som motiv för de satsningar på metanol (och ev. DME) som föreslås. Jämförelse med drivmedel från råolja Råolja har under årmiljonerna omvandlats i berggrunden till en sammansättning som kan omvandlas (raffineras) till drivmedel (och andra produkter) på ett mycket energieffektivt sätt. Exempelvis kan bensin produceras (inklusive utvinning av råolja) med en effektivitet på över 80% och för dieselolja ligger motsvarande siffra nära 90%. En orsak till den förhållandevis låga effektiviteten för alternativa drivmedel är att systemverkningsgraden i produktionsprocessen som regel är lägre för dessa drivmedel än för de konventionella fossila drivmedlen. Bakgrunden till detta förhållande är att förädlingen av bioråvaran är mer energikrävande än raffinering av råolja, samtidigt som energianvändningen i produktionen av råvaran tillkommer. Råoljan kan i detta sammanhang ses som ett halvfabrikat där de processer som skett under årmiljonerna förändrat sammansättningen på ett för raffineringen fördelaktigt sätt. I många av produktionsprocesserna för biodrivmedel används dessutom en stor andel fossila bränslen. Dessa kan i många fall ersättas med biobränslen men det grundläggande problemet, som bl.a. leder till ökade kostnader, är i dock att effektiviteten är lägre vid produktion (odling) av råvaran och i produktionsprocessen för de alternativa drivmedlen jämfört med fossila drivmedel. Enkelt uttryckt leder en låg verkningsgrad i produktionen till att större mängder energi omsätts för en viss mängd drivmedel. Följden är att mindre mängd drivmedel produceras, vilket i sin tur leder till att en mindre mängd fossilt drivmedel kan ersättas. Det är med andra ord lika viktigt att försöka åstadkomma hög systemverkningsgrad för alternativa drivmedel som för konventionella drivmedel. De ovan nämnda förutsättningarna, dvs. att biodrivmedlen framställs från ny råvara, till skillnad från fossila bränslen som framställs från det halvfabrikat som råoljan är, medför dock att biodrivmedel generellt även framgent kommer att ha en lägre systemeffektivitet än drivmedel framställda från råolja. Eftersom stora skillnader ofta finns mellan olika drivmedel när det gäller effektivitet i framställningen finns skäl att prioritera alternativ med hög effektivitet. Undantag från regeln om lägre effektivitet vid produktionen av biodrivmedel finns dock och ett sådant är rapsmetylester, RME (och liknande fettsyreprodukter), där produktionen av bränslet i princip inskränker sig till pressning och 18

23 omförestring av rapsoljan. Nackdelen med RME är dock att effektiviteten vid produktionen av råvaran är låg genom intensivodlingen och därtill är avkastningen per hektar låg. Nya produktionsprocesser för biodrivmedel håller emellertid på att utvecklas och särskilt lovande bränslen är t.ex. etanol och metanol som kan produceras från cellulosaråvara. Tillgången på denna råvara är också stor. Problemet är att produktionsprocesserna ännu inte är fullt utvecklade, dvs. utbytet är för lågt och kostnaderna är för höga. Framställning av bränslen med termokemiska processer Produktionsprocesserna för metanol, DME, vätgas, syntetisk metangas (SNG) 11 och så kallade Fischer-Tropsch bränslen är till stora delar gemensam. Framställningen sker i en termokemisk process, vilken är baserad på primär förgasning av råvaran och efterföljande upparbetning till syntesgas alternativt vätgas. Det följande syntessteget utformas sedan för de olika produkterna, metan, metanol, DME eller kolväten. Förgasning och syntes sker integrerat med värmeåtervinning och kraftproduktion för att få energimässigt självförsörjande anläggning och optimering kan ske endast för hela anläggningen sammantaget. Den totala verkningsgraden för anläggningen kan ökas om spillenergi tas tillvara, vilket visats i tidigare projekt [4]. Översikter av produktion av drivmedel från naturgas har publicerats av bl.a. ANL [7] och (S&T) 2 Consultants [8]. För syntesen behövs en gas med väte/kolmonoxid-förhållande på ca 2 eftersom väterika produkter önskas. Med naturgas som råvara bereder detta inget problem eftersom den redan har högt väteinnehåll. Vätefattiga råvaror som kol och biomassa ger vid förgasning lågt väte/kolmonoxid-förhållande, som, för att få högsta möjliga utbyte av önskad produkt, måste höjas genom den s.k. skift-reaktionen, varvid en del kolmonoxid omsättes med vattenånga till väte och koldioxid, som sedan avlägsnas från syntesgasen. Dessa processer är energikrävande och leder till lägre utbyten av slutprodukt jämfört med väterik råvara. Detta är särskilt påtagligt för biomassa som är den vätefattigaste råvaran. Vid vätgasframställning drivs skift-reaktionen i två steg till enbart väte och koldioxid. I själva syntessteget uppvisar DME och metanol de högsta teoretiska utbytena medan kolväten ger lägre utbyten. Härtill kommer att endast produkter utan kolkedja (metan, metanol, DME) kan erhållas 100%-igt till denna medan syntesen till (flytande) kolväten oundvikligen ger ett brett produktspektrum med inslag av gaser och ända upp till vaxer och därmed lägre utbyten av drivmedel och att efterbehandling behövs för att öka dessa. Även syntes av högre alkoholer (etanol, butanol) leder till lägre energiutbyten. Systemeffektivitet Verkningsgraden vid framställningen av drivmedel är en viktig faktor, liksom verkningsgraden i drivsystemet i fordonet. Ecotraffic har i de tidigare nämnda projekten för Vägverket studerat verkningsgraden i hela kedjan från produktion av råvara till slutanvändning i fordonet (s.k. well-to-wheel) för olika drivmedel [5, 6]. Med detta avses att en slags livscykelanalys av drivmedlet har gjorts med avseende på energianvändningen. En förenkling har dock gjorts i och med att tillverkning, skrotning, service och underhåll m.m. för fordonet inte beaktats. Ej heller har energiåtgång för byggnad, underhåll, rivning 11 Denna metangas skiljer sig från biogas genom att produktionsprocessen är termokemisk till skillnad från den biokemiska processen i biogasfallet. I engelsk text används ibland för detta drivmedel beteckningen SNG, som står för syntetisk naturgas. SNG skiljer sig från den bränngas som diskuterats i BioMeeT projektet genom att SNG har processats till en drivmedelskvalitet och därmed har väsentligt högre metaninnehåll. 19

24 m.m. av anläggningar för produktion av drivmedel tagits med. I de båda nämnda fallen som försummats utgör energianvändningen endast en bråkdel av den totala energianvändningen och dessutom är skillnaderna mellan olika drivmedel inte avgörande stora. Ett exempel på hur kedjan från råvara till slutanvändning kan se ut visas schematiskt i Figur 3. I detta fall är det fråga om ett biodrivmedel men en liknande uppdelning i delsteg kan också göras för fossila drivmedel. MET Figur 3. Exempel på livscykel för ett drivmedel Som tidigare nämnts var fossil naturgas och biomassa de två råvarutyper som studerades speciellt. Följande olika typer av drivmedel, förutom bensin och dieselolja som utgjorde referensalternativen, studerades (ej i prioritetsordning utan i densitetsordning): Fischer-Tropsch dieselolja (FTD), ett bränsle som potentiellt även kan användas i bränsleceller 12 ) Etanol (ofta förkortat EtOH) Metanol (ofta förkortat MeOH) Dimetyleter (DME) Metan i form av naturgas (CNG & LNG), biogas (CBG) och syntetisk naturgas framställd av biomassa (SNG) Vätgas (GH 2 och LH 2 ) Några kommentarer till drivmedlen i listan ovan kan vara nödvändiga. I engelskspråkig litteratur kallas ofta Fischer-Tropsch bränslen för synfuels, dvs. syntetiska bränslen, eller GTL fuels (Gas-To-Liquid). Paraffiniskt bränsle är en annan benämning som kan användas och i Sverige har beteckningen bioparaffin myntats för att visa att bränslet kan ha ett bioursprung. Utomlands diskuteras mest framställning av från Fischer-Tropsch bränslen naturgas. Metan är huvudbeståndsdelen i naturgas. Biogas framställd via rötning 12 För användning i bränsleceller skulle man sannolikt välja att framställa ett drivmedel som har en något lägre densitet än FTD och som kanske kunde karakteriseras som nafta. Beteckningen FTN (Fischer- Tropsch nafta) används ibland i amerikansk litteratur. Verkningsgraderna vid framställningen av FTD och FTN är snarlika och därför kan de behandlas som ett och samma bränsle ur denna synpunkt. 20

25 av biomassa kan ha en ännu högre halt metan än naturgas under förutsättning att reningen är avancerad. I analogi med benämningen CNG för komprimerad naturgas används beteckningen CBG för biogas 13. Metan kan också framställas via förgasning av biomassa och omvandling av syntesgasen till metan ( metanisering ). Benämningen SNG för denna gas brukar ibland användas i amerikansk litteratur och i brist på bättre benämning används den också här. Med hjälp av resultaten i nämnda studie kan diagrammet i Figur 4 plottas. Diagrammet visar verkningsgraden i produktion (inkl. produktion av råvara) och distribution för olika biodrivmedel. Som referens visas också de fossila drivmedlen bensin och dieselolja. Biodrivmedlen har för enkelhets skull sorterats enligt densitet och inte enligt någon slags prioritetsordning. Verkningsgrad i produktion och distribution (%) Figur % 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Dieselolja 88,0% Verkningsgrad för produktion och distribution av drivmedel Bensin och dieselolja och drivmedel från biomassa 82,9% 42,9% Bensin F-T dieselolja 44,4% 51,1% Etanol Metanol 54,0% 48,4% 45,7% Fossila drivmedel Biodrivmedel 47,9% 30,8% DME Metan, CBG Metan, SNG Vätgas, GH2 El, vätgas, GH2 Verkningsgrad för produktion och distribution av drivmedel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Det som tidigare konstaterats om framställningen av biodrivmedel, dvs. att den är mer energikrävande än framställning av drivmedel från råolja, syns tydligt i Figur 4. Detta beror helt enkelt på att processerna är mer komplicerade i biodrivmedelsfallet där råvaran till skillnad från råoljan är av mer ursprunglig natur. De omvandlingar av det organiska materialet som skett under årmiljonerna har uppenbarligen gett en råvara som är enklare att omvandla till ett drivmedel. Dessa förutsättningar kan inte påverkas men den fördel som biodrivmedel har genom att de är förnybara är en egenskap som de fossila drivmedlen inte har. Vissa av de förluster som förekommer vid framställningen av biodrivmedel kan potentiellt tas tillvara i form av mer lågvärdig energi, t.ex. som fjärrvärme. Detta förutsätter naturligtvis att ett sådant behov finns i närheten av anläggningen och helst också att behovet är konstant under året, eller att det finns en alternativ användning för energin 13 Användning av flytande biogas (LBG) är tekniskt möjligt men knappast troligt då en sådan anläggning bör vara stor för att bli ekonomiskt gångbar och biogasproduktion i den jämförelsen är en småskalig företeelse. 21

26 under sommarhalvåret. Användning av spillvärme har inte förutsatts för de fall som studerats ovan eftersom denna användning skulle kräva en ingående analys i varje enskilt fall. I det tidigare nämnda EU-projektet, BioMeeT, studerades möjligheterna att dels använda spillvärme, dels att variera produktionen mellan drivmedel, bränngas och el [4]. Att utföra liknande beräkningar för alla drivmedel skulle emellertid ta mycket tid i anspråk och kräver att man studerar förutsättningarna för varje enskild anläggning. Därför har ev. användning av spillvärme m.m. inte tagits med i de resultat som redovisas här. Som framgår av Figur 4 är DME och metanol de två biodrivmedel som har högst verkningsgrad, därnäst kommer biogas (metan CBG), vätgas i gasform (GH 2 ) och syntetisk naturgas (SNG). Etanol och F-T dieselolja har ännu lägre verkningsgrad. Vägas framställd lokalt via elektrolys från el, där elen framställts från biomassa i en avancerad kombinerad ång- och gasturbin (s.k. HAT-cykel), är det sämsta alternativet. Som beskrivits ovan är förutsättningarna för att producera drivmedel från bioråvara med hög verkningsgrad betydligt svårare än när råvaran är råolja (eller naturgas). Dessutom är ju det förhållande att råvaran är icke-fossil i biodrivmedelsfallet en väsentlig fördel ur klimatgassynpunkt. En något mer relevant jämförelse är istället att jämföra den relativa verkningsgraden för biodrivmedlen. Detta har gjorts i Figur 5 där dessutom de olika alternativen rangordnats efter verkningsgrad där en normering skett i förhållande till det drivmedel som har högst verkningsgrad (DME = 100%). Underlaget har liksom i fallet med den förra figuren hämtats från studien för Vägverket. Produktion och distribution av biodrivmedel Verkningsgrad relativt DME (= 100%) Verkningsgrad rel. DME (%) 110% 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 100,0% 94,8% 89,6% 88,7% 84,6% 82,3% 79,5% 57,0% 20% 10% 0% DME Metanol Metan, CBG Vätgas, GH2 Metan, SNG Etanol F-T dieselolja El, vätgas, GH2 Figur 5. Relativ verkningsgrad för produktion och distribution av biodrivmedel Resultaten i Figur 5 illustrerar återigen att DME och metanol är de två drivmedel som har högst verkningsgrad. Metan i form av biogas (råvara: lucern) och vätgas framställd på termokemisk väg följer därnäst. Anmärkningsvärt är att verkningsgraden för etanol från cellulosa och F-T dieselolja har väsentligt lägre verkningsgrad än de tidigare nämnda 22

27 drivmedlen. Även om skillnaderna i verkningsgrad kan tyckas små kan man ändå konstatera att skillnaden mellan de två sistnämnda drivmedlen och DME är av samma storleksordning som skillnaden mellan en dieselmotor och en ottomotor. Därmed är skillnaden på intet sätt ringa. När studien för Vägverket höll på att slutföras under våren 2001 publicerades en studie av Massachusetts Institute of Technology (MIT) som också behandlade systemverkningsgraden för olika drivmedel [9]. MIT:s studie behandlade enbart alternativa drivmedel med naturgas som råvara. Studien publicerades för sent för att den skulle kunna tas hänsyn till i Ecotraffics studie. Ungefär samtidigt som Ecotraffics studie publicerades kom också en studie i USA som initierats av GM. Några oljebolag och det federala laboratoriet ANL medverkade också i studien [10]. Även i detta fall fanns den största fokuseringen på drivmedel som producerats från fossil råvara. Som komplement till den bild som visades ovan för biodrivmedlen kan det också vara av intresse att, för de nämnda tre studierna, göra en jämförelse för några av de drivmedel som kan framställas från naturgas. Detta visas i Figur 6, där även bensin och dieselolja tagits med som referens. Verkningsgrad (%) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% Verkningsgrad i i bränsleproduktion (från råvara till tank) för några olika drivmedel i studier av Ecotraffic, MIT and GM Några exempel 82,5% 82,9% 79,9% 87,9% 88,0% 82,3% 59,0% 55,0% 52,0% Ecotraffic MIT GM 67,3% 65,0% 62,8% 70,1% 87,0% 85,0% 76,9% 85,5% 20% 10% 0% Bensin Diesel FTD Metanol DME CNG LNG Figur 6. Jämförelse av verkningsgrad i drivmedelsproduktion och distribution i tre studier Drivmedel från råolja och naturgas (F-T diesel, DME, CNG och LNG) Följande kommentarer kan göras till resultaten i Figur 6. Ecotraffic och MIT är påfallande lika för bensin och dieselolja. Skillnaden är tämligen liten för F-T dieselolja, metanol och naturgas. GM har generellt sätt något lägre verkningsgrad än de två övriga studierna, utom för F-T dieselolja där GM har den högsta verkningsgraden av alla. Detta beror enligt kontakter med Wang vid ANL [11] på att mer avancerad teknik förutsatts i detta fall jämfört med motsvarande fall för andra drivmedel. 23

28 Den relativa jämförelsen mellan de olika drivmedlen framställda från naturgas i Figur 6 är också av intresse. Det kan anses självklart att enbart rening och komprimering av naturgasen (CNG) ger den högsta verkningsgraden. En förhållandevis hög verkningsgrad kan också erhållas med LNG. Detta är under förutsättning att (som i Ecotraffics studie) tankning kan ske i form av LNG eller som komprimerad naturgas (CNG) där tryckhöjningen sker innan förångningen från LNG till CNG. I många distributionsnät är förhållandet i dag ofta det omvända, dvs. man förångar först LNG (levererat från tankbåt), distribuerar via det befintliga rörnätet och komprimerar det sedan vid tankningen. Verkningsgraden i ett sådant fall blir väsentligt lägre än i det fall vi valt på grund av att den stora förlusten vid komprimeringen tillkommer. Drivmedel som innebär att naturgasen måste omvandlas, som är fallet för DME, metanol och F-T dieselolja, medför en lägre verkningsgrad än om metan används i form av CNG/LNG. Även om metan (CNG/LNG) är det bästa alternativet av de bränslen som kan produceras från fossil naturgas ligger ett problem i att metan inte kan framställas från biomassa i stor skala (SNG ovan) med lika hög verkningsgrad som de bästa drivmedlen. Biogas framställd genom rötning av biomassa har högre verkningsgrad men å andra sidan en mindre potential. En övergång från fossil (CNG/LNG) till icke-fossil metan (CBG & SNG) är därför inte självklar. Ett annat problem är att metan som regel förutsätter en ottomotor, vilket ger en lägre verkningsgrad i slutanvändningen än de drivmedel som lämpar sig väl för dieselmotorer eller bränsleceller. I ett livscykelperspektiv är det inte bara drivmedelsframställningen som är av intresse utan även verkningsgraden i slutanvändningen (dvs. fordonet) har en avsevärd betydelse. Verkningsgraden varierar för olika motorer och drivsystem. I den tidigare nämnda studien kunde konstateras att hybridsystem generellt har en högre verkningsgrad än konventionella drivsystem. Likaså var verkningsgraden för dieselmotorer och bränsleceller högre än för ottomotorer. Om man för varje drivmedel väljer ut den kombination av energiomvandlare (motor) och drivsystem (hybrid- eller direktdrift) som har den högsta verkningsgraden erhålls resultaten i Figur 7. I detta fall har de råoljebaserade alternativen (bensin och dieselolja) inte tagits med utan enbart biodrivmedlen visas. Som följd av att energiomvandlare och drivsystem i Figur 7 också kommer in i bilden ändras förutsättningarna jämfört med Figur 6. De tre bästa drivmedlen blir nu DME, vätgas (i gasform, GH 2 ) och metanol (MeOH). Det är också värt att notera att drivsystem av hybridtyp i alla fallen ovan ger högst verkningsgrad och därför visas inga konventionella drivsystem i figuren. Av energiomvandlarna finns endast dieselmotorer och bränsleceller representerade. I några fall är den ena av dessa energiomvandlare mer effektiv i andra fall är förhållandet det omvända. Orsaken till att inte bränsleceller vinner för varje drivmedel är främst den reformering (omvandling) av drivmedlet (från exempelvis metanol) till vätgas som måste göras för att möjliggöra användning i bränsleceller. Ottomotorer har som bekant lägre verkningsgrad än dieselmotorer och bränsleceller och därför finns inget alternativ med denna energiomvandlare med i Figur 7. Eftersom resultaten i detta fall visas som en total verkningsgrad för hela systemet kan skillnaderna i procentenheter tyckas små. Det är därför bättre att jämföra resultaten för en relativ verkningsgrad, vilket visas i Figur 8 nedan. Som referens (index = 100) har DME framställd från biomassa och använd i en bensindriven dieselmotorhybrid valts. 24

29 12,5% Systemverkningsgrad för olika drivmedel och drivsystem Bästa drivsystemkombination för varje drivmedel från biomassa 11,4% 11,2% 10,8% Systemverkningsgrad LCA (%) 10,0% 7,5% 5,0% 2,5% 0,0% DME diesel-hyb GH2 FC-hyb Figur 7. 9,7% MeOH diesel-hyb LH2 FC-hyb 9,4% 9,1% 8,9% 8,4% Huvudbränsle (FFV) EtOH diesel-hyb FTD diesel-hyb CBG FC-hyb SNG FC-hyb Huvudbränsle (ej FFV) Nischbränsle (FFV) Nischbränsle (ej FFV) El-GH2 FC-hyb Systemverkningsgrad för de bästa kombinationerna av drivmedel och drivsystem, där drivmedlet framställts från biomassa 7,2% Rel. systemverkningsgrad LCA (DME=100) Relativ systemverkningsgrad för olika biodrivmedel och drivsystem Bästa drivsystemkombination för varje drivmedel (DME=100) 100,0 98,3 DME diesel-hyb GH2 FC-hyb Figur 8. 94,8 85,1 MeOH diesel-hyb LH2 FC-hyb 82,3 79,5 77,5 Huvudbränsle (FFV) Huvudbränsle (ej FFV) Nischbränsle (FFV) Nischbränsle (ej FFV) 73,1 EtOH diesel-hyb FTD diesel-hyb CBG FC-hyb SNG FC-hyb El-GH2 FC-hyb Relativ systemverkningsgrad för de bästa kombinationerna av drivmedel och drivsystem, där drivmedlet framställts från biomassa 63,2 25

30 I Figur 8 framstår skillnaderna större än i Figur 7 även om de relativa skillnaderna är desamma. Som exempel kan nämnas att skillnaden mellan de tre bästa alternativen inte är större än ca 5% (metanol jfr. med DME). För att i någon mån sätta resultaten i figurerna ovan i relation till den potentiella förbättringen i olika drivsystem är det också intressant att visa en par sådana jämförelser. Som exempel kan man nämna att skillnaden i energianvändning mellan otto- och dieselmotorer är ungefär lika stor som skillnaden mellan bränslena DME och FTD. Skillnaden mellan drivsystem av hybridtyp och konventionella drivsystem är av samma storleksordning. Jämför man de sämsta alternativen SNG och vätgas via el (El-GH 2 -hyb i figuren) med DME blir skillnaden ännu större än i de nämnda fallen. Detta illustrerar hur viktig effektiviteten vid framställningen av drivmedlet är för att nå en hög systemeffektivitet i kedjan för hela livscykeln. Det är allmänt bekant att dieselmotorer och framförallt bränsleceller är dyrare i tillverkning än ottomotorer. På samma sätt är ett drivsystem av hybridtyp dyrare än ett konventionellt drivsystem. Även om kostnaden inte är helt fastställd för de mest effektiva systemen i dag torde den vara av en sådan storleksordning att en hög effektivitet i framställningen av drivmedel kan motiveras av samma skäl. Ecotraffics sammanfattning Drivmedel producerade från biomassa har en lägre verkningsgrad än drivmedel som produceras från (fossil) råolja. Detta beror främst på att råoljan är ett halvfabrikat som redan delvis omvandlats till skillnad från biodrivmedel som produceras från ny råvara. Fördelen för biodrivmedel är dock att råvaran är förnybar och förutsättningar finns att producera drivmedlen med mycket liten användning av fossil energi. I ett övergångsskede är det emellertid en fördel om drivmedel kan produceras från såväl fossil som icke fossil råvara. DME, vätgas och metanol är de drivmedelsalternativ som ger högst verkningsgrad under förutsättning att drivmedlen används i den bästa motor/drivsystemkombinationen i respektive fall. Metanol har, till skillnad från de två övriga alternativen som torde förbli nischbränslen under överskådlig tid, en potential att bli ett huvudbränsle eftersom det kan hanteras i flytande form Import av fossil metanol Metanol produceras som tidigare framgått inte i Sverige däremot finns en hel del produktionskapacitet i Europa. Naturligt vore att i ev. framtida projekt engagera en aktör som samtidigt är en bränsledistributör på den svenska marknaden. Ett exempel på en sådan aktör är Statoil. Statoil öppnade i juni 1997 en produktionsanläggning för produktion av metanol på Tjeldbergodden i Norge. Kapaciteten är på ton per år och anläggningen är därmed den största i Europa och en av de större i världen. Statoil äger 81,7% och resterande 18,3% ägs av Conoco/DuPont. Anläggningen på Tjeldbergodden utgör 25% av den europeiska produktionskapaciteten för metanol och försörjer den europeiska marknaden med 13% av metanolkonsumtionen. De norska gasfälten i Heidun i Nordsjön levereras naturgas till anläggningen. Statoil förser flera stora förbrukare i västra Sverige med metanol och har också en depå av metanol som skulle kunna användas för distribution av metanol i denna region. 26

31 Inledande diskussioner har förts med Statoil i Norge om deras intresse för att medverka i ett framtida projekt inom området [12]. Statoil är utan tvekan intresserade av att delta i ett projekt då detta är i linje med företagets egna ambitioner. Företaget är också aktivt involverat i att utveckla ny teknik för distribution av metanol, vilket vore en ytterligare tillgång för ett projekt inom detta område. Det finns naturligtvis även andra aktörer än Statoil på den svenska marknaden och potentiellt skulle vilken drivmedelsdistributör som helst kunna involveras i distributionen av metanol. Världens största tillverkare av metanol, Methanex, är som regel inte direkt involverad i distribution av metanol. Andra oljebolag än Statoil har också intressen i såväl tillverkning av metanol som framtida distribution av detta drivmedel. Någon diskussion har emellertid inte förts med andra oljebolag än Import av icke-fossil metanol Produktionen av metanol från biomassa är i dag liten i världen, även om den tidigare använda benämningen träsprit för metanol antyder motsatsen. Det är dock viktigt för framtida insatser inom området att man kan demonstrera möjligheterna att framställa metanol från biomassa, även om man under en övergångstid skulle kunna tänka sig fossil metanol. I Sverige finns i dag ingen produktion av metanol från biomassa så det enda alternativet är att importera metanol. Detsamma gäller för övrigt också för fossil metanol. När det gäller import av drivmedel kan det vara värt att kort beröra den diskussion som kan uppkomma om det förnuftiga i att transportera drivmedel långa sträckor. För det första kan man konstatera att den övervägande andelen av de drivmedel som används i dag, och råvaran till dem (råolja), importeras. Tidigare dominerade importen av råolja från de arabiska länderna men på senare år står nordsjöoljan för merparten av den bensin och dieselolja som används i Sverige. Detta har självfallet minskat transporterna totalt sett men de är ändå stora. Trots det kan man konstatera att transporterna av råolja respektive distributionen av oljeprodukterna sällan kräver mer än ca 1% var av energiinnehållet i den distribuerade produkten. För det andra kan man konstatera att den internationella handeln med alternativa drivmedel inte är lika välutvecklad som för drivmedel producerade från råolja. Rent generellt vore det en fördel om den internationella handeln med alternativa drivmedel skulle öka eftersom det i sin tur borde öka konkurrensen och därmed sänka priserna. Skyddstullar, enskilda länders policy m.m., samt det faktum att de alternativa drivmedlen i dag utgör en mycket liten andel av drivmedelsförbrukningen är orsaker till den ringa handeln. För det tredje kan man konstatera att Sverige har en i förhållande till andra länder god tillgång på bioråvara. En utveckling som i hela EU skulle leda till en ökad användning och handel med biodrivmedel (och bioråvara) skulle sannolikt vara gynnsam för Sveriges ekonomi (i förhållande till flertalet EU länder). Sett mot bakgrund av ovanstående resonemang kan inte import (inkl. transport) av biodrivmedel under en övergångsperiod anses vara något hinder. I nordöstra Tyskland finns en anläggning, SVZ, som producerar metanol från avfall. Anläggningen producerar drygt ton metanol per år och planer på att bygga ut den med ytterligare ton finns. En stor andel av råvaran är avfall från biomassa. I Bilaga 1 bifogas en sammanställning av Nykomb Synergetics gjorts som beskriver anläggningen och möjligheterna att importera biometanol därifrån. En kort sammanfattning ges nedan. 27

32 Anläggningen i Schwarze Pumpe startades 1955 med syftet att producera stadsgas, el och brunkolsbriketter. Sedan behovet av gasen minskat efter samgåendet med Västtyskland har anläggningen övergått till att producera metanol och elektricitet. SVZ anläggningen förgasar förbehandlat avfall (pellets, briketter och vätskefas) till syntesgas. Efter rening av gasen syntetiseras metanol och oreagerad gas används för el- och värmeproduktion. Metanolen säljs på världsmarknaden som bulkkemikalie precis på samma sätt som fossil metanol. Eftersom anläggningen använder både fossil och icke-fossil råvara kan man tänka sig att man bara köper den icke-fossila delen av metanolen i analogi med försäljningen av grön el. Efter kontakter med SVZ kan konstateras att metanol från anläggningen skulle kunna levereras för ett flottförsök i Sverige. Priset för metanolen i större kvantiteter ligger på ungefär samma nivå som världsmarknadspriset för fossil metanol. Därmed skulle detta drivmedel vara billigare (rensat från skatter och avgifter) än något annat biodrivmedel på marknaden, om korrektioner för ev. subventioner för övriga alternativ görs 14. På samma sätt som metanol skulle DME i framtiden kunna produceras från bioråvara. Någon sådan produktion finns dock inte i dag, varför detta drivmedel för närvarande måste klassas som fossilt. 4.3 Distribution och hantering av metanol Eftersom metanol är giftigt kräver frågan om distribution och hantering en särskild analys. Även om bensin och dieselolja också är giftiga vid förtäring finns dock mycket lång erfarenhet av att hantera dessa drivmedel och antalet fall av förgiftning är försvinnande få. En introduktion av ett nytt drivmedel kräver dock att frågan om giftigheten behandlas speciellt Hälso- och miljöeffekter av metanol Hälsoeffekterna av metanol är egentligen ganska väl utredda av medicinsk expertis men kunskapen hos allmänheten är tämligen begränsad inom detta område, eftersom metanol inte är föremål för allmän användning i Sverige. Därför finns skäl att göra en kort översikt av dessa effekter. Generellt brukar allmänheten konfronteras med problemet endast i de fall då förgiftningar skett i samband med att någon druckit metanol (ofta benämnd träsprit i pressen) i tron att det varit etanol. Under hösten 2001 hände detta bl.a. i Estland (ca 50 fall) och i Indien (ca 150 fall). En översikt av regelverk m.m. för motoralkoholer har tidigare sammanställts i en rapport för KFB av Brandberg och Johansson från Ecotraffic [13]. En senare rapport av Egebäck, Larsson och Laveskog ger en översikt av hälsorisker, säkerhet m.m. vid hantering av metanol [14]. Eftersom metanol är en kemisk produkt som hanteras i stora kvantiteter årligen kan man konstatera att regelverket för denna typ av hantering är tämligen välutvecklat. Det har således inte varit av intresse att i detalj kartlägga vilka regler och föreskrifter som finns utan den intresserade läsaren hänvisas till de ovannämna rapporterna och några av de rapporter som citeras nedan. Ett område som egentligen inte beaktats alls i det följande är hälso- och miljöeffekter vid framställning av metanol. Eftersom detta sedan redan länge är en väletablerad teknik finns rutiner för att hantera metanol i branschen. Olyckor och tillbud i denna verksamhet 14 Det kan finnas enskilda fall där andra alternativa drivmedel skulle vara billigare än biometanolen men detta bygger i så fall på subventioner, eller stöd i annan form (t.ex. stöd för investeringar). 28

33 förekommer ytterst sällan. Ej heller finns några arbetsmiljömässiga skäl att ifrågasätta de processer som används. Eftersom det i nämnda fall alltid handlar om utbildad personal finns inte de problem som eventuellt kan tänkas uppkomma vid en hantering av metanol för allmän användning som drivmedel i fordon. Studien har därför koncentrerats på sådana frågor. Exponering och doser Oberoende av typen av exponering sprids metanol snabbt i kroppen i alla organ i förhållande till deras halt av vatten. Metanol bildas också i kroppen naturligt från ämnen i födan via olika metaboliska processer. Följaktligen har kroppen en normal bakgrundshalt av metanol. En exponering för metanol eller andra ämnen som metaboliseras till metanol kan öka halten av metanol i kroppen. Efter upptag och spridning i kroppen metaboliseras den upptagna metanolen i levern och försvinner på så sätt ur kroppen. Mekanismerna för metanolens toxicitet och metabolism är väl studerade. Metanol är varken mutagent eller carcinogent. I Tabell 1 visas en sammanställning av Statoil för dosen vid några olika hypotetiska fall av exponering för metanol [15]. Tabell 1. Exponering för metanol för en person med 70 kg kroppsvikt (källa: Statoil) Exponering/dos Ökad dos metanol (mg) Referens Bakgrundsnivå 35 a Kavet & Nauss, 1990 Hand i flytande metanol i 2 minuter 170 IPCS, 1994 Inhalation, 40 ppm metanol i 8 timmar 170 IPCS, 1994 Inhalation, 150 ppm i 15 minuter 42 b Kavet & Nauss, 1990 Produkter sötade med aspartam 0,8 liter dietdryck Förtäring av 0,2 ml metanol 170 Förtäring av ml metanol Anmärkningar a b ~ (Dödligt) Beräknat från en koncentration på 0,73 ml/liter i blodet Med antagande av 100% absorption i lungan (60-85% är mer troligt) Stegnik et al., 1984 Kavet & Nauss, 1990 IPCS, 1997 Som framgår av Tabell 1 ger inte en mindre exponering för metanol någon väsentlig ökning av halten metanol i kroppen. En jämförelse är att förtäring av födoämnen som innehåller sötningsmedlet aspartam också ger en ökning av metanolhalten i kroppen. Som jämförelse kan nämnas att en dödlig dos av metanol är ca 500 ggr högre än de övriga exponeringarna i tabellen (100 mg jfr med mg). Som sammanfattning av resultaten ovan kan sägas att någon större risk för en exponering i sådan omfattning att det skulle ge upphov till en nämnvärt högre dos av metanol än normal livsföring ger inte verkar finnas. De tillfällen som metanol kan tänkas leda till förgiftning är främst avsiktlig eller oavsiktlig förtäring. Av statistik från USA framgår att 29

34 av de fall av dödlig förgiftning av metanol som förekommer (en handfull fall varje år) kan ungefär hälften hänföras till självmord. Det är knappast troligt att dessa självmord skulle kunna förhindras genom att försvåra tillgängligheten för metanol det finns ju andra alternativ för den som går i sådana tankar. Ett visst osäkerhetstal för övriga fall finns också, dvs. man vet inte alla gånger orsakerna till förgiftningen. Man kan ej heller med säkerhet hävda att självmordsfrekvensen nödvändigtvis skulle öka om användningen av metanol blev mer allmän. Utsläpp av metanol till mark, vatten och luft Utsläpp av metanol till luft, vatten och mark förekommer självfallet i dag eftersom metanol är en av de största kemikalierna (nr 3) som hanteras internationellt. Beräkningar har gjort i USA som visar hur stora utsläppen är, samt fördelningen av dem. Ett par sådana resultat från en rapport för AMI (American Methanol Institute) visas i Tabell 2 till höger [16]. Utsläppen till luft dominerar över utsläppen till mark (ovan och under jord) och vatten. Vid spill av metanol till vatten (grund- och ytvatten) blir dock avdunstningen låg och förhållandet är det omvända. Användning av metanol till fordon skulle självfallet öka utsläppen av metanol som följd av en ökad hantering. Å andra sidan skulle utsläpp av oljeprodukter minska eftersom denna användning skulle substitueras med metanol. Av allt att döma skulle hälso- och miljöeffekterna av från hantering av drivmedel minska vid en övergång till metanol som drivmedel, vilket nedanstående resonemang visar. Utsläppen till luft i form av fordonens avgaser hanteras separat och behandlas inte under denna rubrik. Tabell 2. Beräknade utsläpp av metanol i USA (omräknat till SI enheter) Utsläpp 1992 a (ton/år) 1993 b (ton/år) Atmosfären Under jord Land Vatten Totala utsläpp Anmärkningar a b Källa: USEPA, 1994 Källa: Zogorski, et al Metanol förekommer naturligt i miljön som Tabell 3. Halveringstider för resultat av olika biologiska processer i metanol och bensen [16] a växtlighet, mikroorganismer och djur. Nedbrytningen av metanol är följaktligen Metanol Bensen Utsläpp snabbare än för drivmedel som framställts från (dagar) (dagar) råolja och som är främmande ämnen i naturen. I Luft Tabell 3 visas en jämförelse mellan Jord halveringstiden för metanol och bensen, ett ämne som förekommer i bensin [16]. Eftersom bensin Ytvatten och dieselolja är en blandning av många olika Grundvatten ämnen finns som regel inga data för halveringstider för dessa drivmedel utan data för Anmärkningar bensen brukar användas istället. Av Tabell 3 a Ursprunglig källa: Howard el al., 1991 framgår tydligt att halveringstiden är väsentligt kortare för metanol än för bensen i alla de visade fallen förutom för utsläpp till luft. Speciellt gäller detta för förorening av grundvatten. En 30

35 kommentar till förhållandet för utsläpp till luft är att bensen trots allt är en tämligen reaktiv kemisk förening i omgivningsluften. Vid utsläpp till vatten och mark av råolja, bensin, dieselolja eller andra oljeprodukter brukar miljöeffekterna generellt vara stora (i varje fall lokalt). Oljekatastrofer inträffar ständigt i större eller mindre skala och man kan lätt föreställa sig effekterna när det sker i ekologiskt känsliga områden som t.ex. Exxon Valdez förlisningen vid Nordamerikas kust. Det förekommer också med jämna mellanrum att tankbilar välter och att oljeprodukter som följd av detta rinner ut i mark och vattendrag. En viss mängd av spillet förångas som regel och bidrar då till luftföroreningarna. Det mesta rinner dock ned i marken och i vattendrag med en förorening av dessa som följd. Frågan är vilka effekterna av metanol skulle bli i liknande situationer som de ovan beskrivna. Generellt kan man konstatera att vid utsläpp till vatten och mark så löser sig metanol snabbt i vattnet till skillnad från oljeprodukter, som har en mycket begränsad löslighet i vatten. Den akuta giftigheten kommer att märkas i direkt anslutning till utsläppet men utanför detta område späds metanolen ut till koncentrationer som inte dödar växter och djur. Istället kommer vissa livsformer att metabolisera metanol, dvs. använda det som näring. En analogi är att metanol i dag används i vattenreningsverk i just detta syfte, dvs. som näring till de organismer som behövs i reningsprocessen (denitrifiering, dvs. kväverening). Metanolspill till ytvatten resulterar i en snabb spridning av metanolen på grund av den höga lösligheten. Vid en metanolkoncentration lägre än 1% är vattnet inte längre toxiskt och den akuta effekten blir således lokal. Beräkningar av ett (tänkt) spill på ton metanol i havet visar att en koncentration lägre än 0,36% skulle nås efter mindre än en timme [16]. Motsvarande utsläpp från en pir skulle resultera i en koncentration mindre än 1% efter 2 timmar och 0,13% efter 3 timmar. Man kan lätt föreställa sig att de ekologiska konsekvenserna av ett spill av konventionella råoljebaserade drivmedel skulle bli betydligt mer dramatiska. Ett exempel på spill av metanol till ett vattendrag är en olycka som hände i Tyskland när en tank med liter (500 bbl) brast med följden att innehållet rann ut i floden Rhen. När tillkallade experter skulle undersöka effekterna av olyckan fann man inte längre några spår som kunde observeras. Metanol sprids vid spill på mark snabbt i grundvattnet och detta kan vara en nackdel i jämförelse med bensin och dieselolja, där spridningen inte är lika snabb, eftersom grundvattentäkter potentiellt skulle kunna förorenas snabbare i metanolfallet. Knappast sker detta dock så snabbt att man vid ett större spill inte skulle hinna vidta åtgärder för att förhindra att förorenat dricksvatten distribueras. En fördel för metanol är att den bryts ned avsevärt snabbare än oljeprodukter, varför spill av metanol på marken knappast kommer att vara något större problem annat än lokalt. Metanol är som tidigare nämnts inte toxisk i låga koncentrationer. Liknande resonemang som för utsläpp till vattendrag kan anföras men i detta fall blir spridningen rent resonemangsmässigt snabbare än vid utsläpp till mark. I slutet av 1980-talet skedde ett utsläpp av metanol från en tankvagn på en järnväg i Alaska. En utredning tillsattes för att utröna konsekvenserna och identifiera nödvändigheten för saneringar. Några bestående miljömässiga konsekvenser av olyckan kunde emellertid inte konstateras. Vid utsläpp till mark och vatten förekommer alltid en viss avdunstning till luften. Frågan är huruvida detta kan utgöra någon risk för hälsa och miljö. Genom att jämvikten mellan metanol i luften och i vatten dock är kraftigt förskjuten till vattnet blir dock förångningen i 31

36 detta fall minimal. Avdunstning från (torr) mark torde vara avsevärt större än från vatten och detta sker dessutom snabbare än för bensin. Ångtrycket är emellertid lägre än för bensin (men högre än för dieselolja), vilket skulle ge en lägre förångning från en fri vätskeyta. Metanolångorna är något tyngre än luft (förhållande 1,1:1) men ångorna från bensin är avsevärt tyngre (förhållande 4:1). Detta innebär att metanolångor sprids snabbare i atmosfären än bensinångor. Även om metanolångor sannolikt har en något större akut toxicitet än bensinångor vid samma koncentration kompenseras detta av den snabbare spridningen. Luftkvalitetsmätningar där även metanol analyserats är få men generellt synes koncentrationerna även i förorenad stadsluft vara låga, dvs. långt under hygieniska gränsvärden. Sammantaget torde alltså metanol ha en väsentlig fördel framför bensin och dieselolja med avseende på utsläpp till vatten, mark och luft. Hudexponering och inhalation Längre exponeringar av metanol genom inhalation och hudkontakt ger en liknande förgiftning som vid förtäring. Risken för höga koncentrationer är dock låg eftersom exponeringen vid normalt förekommande nivåer av metanolångor i luften är mycket låg. I princip detsamma gäller också vid hudkontakt och endast en stor ovarsamhet skulle kunna leda till en hög exponering i detta fall (vilket också skulle vara fallet om exponeringen skedde med bensin). Såväl metanol som bensin absorberas genom huden men absorptionen är snabbare i metanolfallet eftersom molekylen är mindre än i bensinfallet. Metanol avdunstar däremot snabbt från huden, vilket minskar den totala exponeringen eftersom bidraget från inhalationen är lägre. Metanol anses inte vara cancerframkallande vid hudkontakt. Bensin klassas däremot som cancerframkallande, främst på grund av att den innehåller bensen som är en känd carcinogen 15. Inhalation av metanol är den vanligast förekommande exponeringen. Avgasemissioner från fordon, förångning från tankning och från spill och från öppna behållare är några förekommande fall av sådan exponering. En kalkylerad dos från värsta tänkbara fall, en inhalation av 150 ppm metanol under 15 minuter, skulle enligt den tidigare redovisade uppskattningen ge en maximal dos av 0,6 mg per kg kroppsvikt (42 mg för en person på 70 kg). Denna dos är likvärdig med den dos som erhålls genom normalt intag av frukter, grönsaker och alkoholhaltiga drycker (0,3 1,1 mg/kg). De flesta typer av exponeringar för metanolångor resulterar normalt i mycket lägre doser än i det nämnda fallet. Användning av metanol i spolarvätska En alldeles speciell användning av metanol och eventuella effekter av denna bör kommenteras. I Nordamerika används nästan uteslutande metanol i spolarvätska för att undvika frysning. I Sverige och Europa används istället främst isopropanol men även etanol förekommer. Användningen av alkoholer som frysskydd i spolarvätska är betydande. Något egentligt alternativ till alkoholer finns ej heller med hänsyn till den funktion som eftersträvas. I en Kanadensisk rapport har man undersökt ifall den metanol som förångas från spolarvätskan kan bidra till ozonbildning [17]. Flyktiga organiska föreningar bidrar ju tillsammans med kväveoxider under inverkan av solljus till bildningen av ozon. Även om 15 Man kan i detta sammanhang notera att bensenhalten i bensin begränsats i nyare EU-direktiv för bensin. 32

37 alkoholer inte är speciellt reaktiva föreningar i jämförelse med t.ex. flertalet kolväten i bilavgaser skulle detta ju kunna kompenseras av stora utsläpp. Inga mätningar redovisas i den kanadensiska rapporten men beräkningar har gjort utifrån ett teoretiskt resonemang. Dessa beräkningar visade att metanolen från spolarvätskan kan ha en viss påverkan på ozonbildningen. Samma resonemang om ev. ozonbildning skulle kunna användas för den isopropanol och etanol som används i spolarvätska i Sverige. Eftersom ozonbildningspotentialen för dessa ämnen dock är väsentligt högre än för metanol (exempelvis mer än dubbelt så hög för etanol jämfört med metanol) finner man att metanol i detta avseende skulle ha en väsentlig fördel jämfört med de alkoholer som används i spolarvätska i Sverige. Någon svensk studie av inverkan av spolarvätska på ozonbildningen är däremot inte känd. Det kan i alla fall vara intressant att notera att metanolhaltig (ofta koncentrerad) spolarvätska hanteras i Amerika på samma sätt som motsvarande spolarvätska i Sverige. Det kan kanske anses uppenbart att man inte skall dricka spolarvätska vare sig den innehåller metanol eller någon annan alkohol, då den ju också (förutom vatten och alkohol) innehåller en mängd andra ämnen. Utan tvekan är det så att man i Amerika lärt sig hantera metanolhaltig spolarvätska på rätt sätt och några rapporter om felaktig användning (avsiktlig eller oavsiktlig) är inte kända. Ej heller verkar det som om hantering, lagring m.m. av denna spolarvätska ge upphov till några nämnvärda andra problem, som t.ex. brand och explosionsrisk. Således kan man konstatera att det redan i dag förekommer en stor allmän användning av metanol i samhället. Det är dock inte fråga om ren metanol och användningen sker företrädesvis i Nordamerika, inte i Sverige eller Europa. Hälso- och miljöeffekter av denna användning förekommer förstås genom att en del av metanolen (främst oavsiktligt) släpps ut till luft, mark och vatten. Sannolikt är dessa effekter är små eftersom koncentrationen i luften blir låg i det första fallet (högt förångningsvärme och snabb spridning) och den goda vattenlösligheten i de två senare fallen ger en snabb spridning ned till icke-toxisk nivå. Den ovan citerade eventuella inverkan på ozonbildningen kan vara en reell effekt men den förekommer även med andra alkoholer i spolarvätska och dessutom i högre grad än för metanol. Hälso- och miljörisker för DME Även om DME inte varit föremål för någon djupare analys i denna studie kan det finnas skäl att nämna något om hälso- och miljöriskerna med detta drivmedel. DME är inte toxisk eller cancerframkallande och används i dag bl.a. som drivgas till sprejflaskor. Omfattande undersökningar av hälsoeffekterna med DME har gjorts med hänvisning till denna användning. Några hälsorisker verkar inte förekomma. DME har i detta avseende en väsentlig fördel framför de flesta drivmedel (således även metanol). Brand- och explosionsrisk Metanol är liksom även bensin en så kallad klass 1 vara, dvs. med en så pass låg flampunkt att risk för brand och explosion kan anses föreligga. Gränsen för flampunkten för klass 1 produkter ligger så lågt som 21 C. Samma föreskrifter vad gäller hanteringen med hänsyn till brand- och explosionsrisk finns för metanol på samma sätt som för bensin men med viss skillnad i märkningen [13]. I USA där framtida fordon och drivmedel diskuterats inom ramarna för det så kallade PNGV programmet (Partnership for a New Generation of Vehicles) har naturligtvis frågan om säkerhetsrisker med nya drivmedel också behandlats. Detta är en naturlig fråga när ny infrastruktur för distribution och tankning förutsätts. I en 33

38 rapport från det federala institutet ANL har eventuella risker sammanfattats och jämförts med konventionella drivmedel [18]. Det lägre ångtrycket för metanol i jämförelse med bensin medför att möjligheterna att en antändningsbar blandning i öppna förhållanden är mindre än för bensin. Fördelen jämfört med bensin förstärks dessutom av den lägre densiteten för metanolångor (förhållande 1,1:1) än för bensinångor (förhållande 4:1) sett i relation till luft. Likväl finns en risk för antändning under dessa förhållanden, vilket motiverar brandklassningen. Om metanolångor antänds är energifrigörelsen (ung. förbränningshastigheten) väsentligt lägre än för bensin. Metanolens lägre värmevärde och höga förångningsvärme medför att den brinner med en hastighet av endast en fjärdedel av bensinens. Energifrigörelsen ligger som följd av detta endast mellan en femtedel och en åttondel av nivån för bensin. Metanol brinner med en nästan osynlig låga i dagsljus till skillnad från bensin och dieselolja som brinner men gul låga. En gul låga är ett tecken på sotbildning, vilket inte förekommer med metanol. En gul låga ger en väsentligt ökad värmestrålning än en klar låga. Detta ger vissa fördelar vid en metanolbränder eftersom minskad värmestrålning också minskar riskerna för antändning av annat brännbart material i närheten av flamman. Vidare kan brandmän komma närmare eldhärden. En nackdel i sammanhanget är dock den nästan osynliga lågan som i sig kan innebära en risk då man kan frestas att gå för nära elden. Detta har medfört att additiv ibland tillsätts metanol för att ge en synlig låga. Man har för användning i fordon diskuterat nödvändigheten av detta men någon enighet i frågan finns inte i dag. Vissa experter hävdar att en brand i ett fordon alltid innebär att en mängd andra brännbara ämnen i alla fall kommer att ge en synlig flamma och att speciella additiv därför inte är nödvändiga i denna applikation. Frågan är om någon annan typ av brand skulle kunna motivera sådana additiv. Vatten kan användas för att släcka bränder med alkoholer till skillnad från många andra drivmedel som t.ex. bensin och dieselolja, och detta är en väsentlig fördel. Nya typer av skumsläckare är också effektiva. Som sammanfattning kan nämnas att många experter i USA hävdar att metanol skulle ge färre bränder i bilar än bensin. Metanolens egenskaper i detta avseende brukar ofta framhållas som ett skäl att metanol används i bilsportsammanhang, t.ex. i den så kallade CART serien (amerikanska formel 1 liknande bilar). Amerikanska naturvårdsverket EPA gjorde i en rapport från 1990 en beräkning som visade att en ersättning av bensin med ren metanol (M100) skulle ge en minskning av skadorna av bränder m.m. med 95% [19]. Frågan är förstås om denna siffra är relevant för dagens fordonspark. Bensin ger vid normala temperaturer ett så högt ångtryck vid förvaring (tankar, cisterner m.m.) att en explosion inte är möjlig, eftersom luft-bränsleförhållandet inte är tillräckligt högt för att blandningen skall kunna tändas. Vid mycket låga temperaturer skulle detta kunna inträffa men få kända fall finns dokumenterade. Dieselolja har istället ett så lågt ångtryck att en antändning inte är möjligt av detta skäl vid normala temperaturer. För metanol (och etanol) ligger emellertid ångtrycket inom ett intervall som ger en antändbar blandning vid normala temperaturer (ca C). För att förhindra explosion måste således vissa åtgärder vidtas. Eftersom alkoholerna är mer polära vätskor än bensin bedöms risken för antändning via statisk elektricitet som mycket liten. En explosion i en tank (t.ex. i ett fordon) genom antändning via en yttre låga är möjlig. Detta kan emellertid förhindras genom ett flamskydd i påfyllningsröret. Förutsatt att åtgärder av nämnt slag vidtas finns ingen anledning till att metanol skulle medföra en större risk för explosion än 34

39 bensin. Det är emellertid viktigt att sådana system används vid en eventuell introduktion av metanol på marknaden för att förhindra att bränslet uppfattas som en säkerhetsrisk av allmänheten. En fråga om alkoholer och brand som måste beröras är de tämligen frekventa tillbud som har funnits vid användning av etanol i stadsbussar i Sverige. Utan att gå in på tekniska detaljer kan man konstatera att två viktiga orsaker till detta förhållande finns. För det första är det dieselolja som normalt används i bussar, inte bensin. Eftersom dieselolja generellt sett i denna applikation är mycket mindre benäget att antändas än bensin har sannolikt inte konstruktionsmässiga åtgärder vidtagits i installationen för att minska riskerna för brand. Sådana åtgärder behövs helt enkelt inte med dieselolja. Vidare är riskerna för bränsleläckage i bränslesystemet större för etanol än för dieselolja och speciellt gäller det då spridarrören tenderar att ha en kortare livslängd än med dieselolja (p.g.a. kavitation). Sammantaget leder båda faktorerna till en ökad risk för bränder. Det har därför ansetts nödvändigt att automatisk brandsläckningsutrustning installeras i bussarna. Erfarenheterna från etanol i stadsbussar är självfallet inte tillämpbara på användning av metanol i personbilar. Som nämnts ovan torde riskerna för brand minska i personbilar om man övergår från bensin till metanol. Eftersom DME inte undersökts närmare i denna studie har ingen djupare analys gjorts av eventuella brand- och explosionsrisker för detta drivmedel. Man kan dock konstatera att DME har liknande egenskaper som LPG och därmed torde ha en riskbild som är jämförbar med detta drivmedel. Erfarenheter från LPG finns från allmän användning och dessa erfarenheter är överlag ganska goda trots att LPG är potentiellt farligare än bensin i detta avseende. DME är liksom LPG vätskeformigt under tryck men kommer vid ett läckage att rinna efter marken tills det förångas. Förångningen är snabb genom att kokpunkten ligger under normal omgivningstemperatur. Sannolikt är riskerna för brand och explosion vid distribution och användning av DME högre än för bensin (och metanol). Detta är således en fråga som bör undersökas mer i detalj. Avgaser från motorfordon När det gäller hälso- och miljöeffekter är naturligtvis avgasemissionerna av minst lika stort intresse som de frågor som behandlats ovan. Denna punkt behandlas i avsnittet 4.4 i samband med att övriga frågor om metanoldrivna fordon tas upp Distribution Distribution av motoralkoholer har tidigare kartlagts i flera studier. Ett exempel är en studie av Ecotraffic för KFB [20]. Denna studie behandlade också kostnaderna för distribution av alkoholer. Ett annat exempel är en studie av konsultföretaget EA Engineering för AMI [21]. Den tämligen nya rapporten från EA Engineering ger en översikt av distribution av metanol och identifierar vilka åtgärder som måste vidtas jämfört med distribution av bensin [21]. Rapporten behandlar främst kostnaderna för en upprustning av befintligt distributionssystem. Författarna konstaterade att en ny tankningsanläggning (utbyte av tidigare bensintank på gallon) för metanol kunde installeras för ca USD. En upprustning av en befintlig anläggning för bensin kunde kosta USD. I båda fallen ansåg författarna att kostnaderna var tämligen låga. I Sverige har sedan en tid tillbaka flera oljebolag säkrat en stor del av befintliga bensincisterner för användning av motoralkoholer. Detta är en ofta förekommande procedur vid renovering av cisterner och vid nybyggnation 35

40 används redan från början alkoholkompatibla material. Policyn varierar dock mellan bolagen genom att vissa uppgraderar för att klara både etanol och metanol medan andra nöjer sig med etanol. Merinvesteringen för att klara även metanol bedöms som liten. Ett svenskt företag som tillverkar tankningsutrustning, Identic, håller för närvarande också på och utvecklar en tankningsutrustning för tankning av metanol. I ett pressmeddelande från företaget och i motsvarande pressmeddelanden från partnerna inom samarbetet i MFCA beskrivs kort detta arbete [22]. Identic har tidigare utvecklat ett tankningssystem, kallat AT-1, för dieselbränsle som används till bussflottor och andra tunga fordon. Detta system kommer nu att vidareutvecklas inom ramarna för ett utvecklingskontrakt med MFCA för att metanol på ett säkert sätt kunna distribueras (liksom bensin och dieselolja). Diskussioner har förts med Identic och även i kontakter med Statoil har detta arbete nämnts men parterna har i nuläget inte velat avslöja några fler detaljer än de som nämns i pressmeddelandet. Ett prototypsystem har installerats i DaimlerChryslers prototyp till bränslecellbil (Mercedes) Necar 5. Det som är främst är intressant att konstatera är att en nyutvecklad tankningsutrustning kommer att kunna finnas tillgänglig när ett ev. flottförsök med metanoldrift av fordon dras igång. Två av de nämnda företagen har sin bas (Identic) eller finns representerade i Sverige (Statoil). Det kan vara av intresse att redovisa kostnaden för distribution av metanol i förhållande till bensindistribution. Som framkommit ovan är distributionen av metanol förknippad med vissa merkostnader. Dels är vissa material dyrare, dels skall en ökad volym distribueras. Jämfört med bensin ökar volymen med ca 40% för etanol och 85% för metanol. En del av påläggen är volymberoende andra är det inte. Det är ofta svårt att få fram ett underlag för en sådan bedömning. I den tidigare citerade rapporten från Ecotraffic gjordes en uppskattning av distributionskostnaderna för metanol och etanol [20]. Eftersom rapporten publicerades Tabell 4. Distributionskostnader för alkoholer (öre/lit ekv.) Distributionsled Metanol Etanol Sjötransport 11 8,5 Depå Landtransport Station 27 23,5 Pålägg, distributör Pålägg, station Totalt kan man anta att siffrorna är representativa för kostnaderna i mitten av 90-talet. Sannolikt är kostnaderna något högre i dag. Det bör också tilläggas att kostnaderna representerar ett fullt utbyggt system i båda fallen. Vid ombyggnader och i övrigt under en inledande fas kan kostnaderna vara högre men det är å andra sidan inte dessa kostnader som är relevanta i sammanhanget. Resultaten visas i Tabell 4. Som framgår av tabellen är kostnaden 1,13 kr/liter ersatt bensin för metanol respektive 1,03 kr/liter för etanol, dvs. en skillnad på 10 öre/liter till etanolens fördel. Som jämförelse kan nämnas att motsvarande uppskattning för bensin gav en distributionskostnad på 0,85 kr/liter. Metanolen är alltså 28 öre dyrare att distribuera för varje ersatt liter bensin. Om hänsyn tas till att verkningsgraden är högre för en metanolmotor än för en bensindriven ottomotor minskar merkostnaden marginellt. Många nya tankningsstationer klarar i dag etanol likväl som bensin och de flesta av dem klarar även metanol. Ifall en framtida storskalig distribution av metanol vore av intresse kunde det vara framsynt att se till att alla framtida distributionssystem som byggs klarar metanol. Eftersom detta dock är förknippat med en viss merkostnad även när bensin 36

41 distribueras i systemet kan man diskutera ifall frivilliga eller tvingande krav på detta vore lämpligt. Som kompensation kunde i det första fallet (frivilliga krav) en skattelättnad kompensera merkostnaden. Ett alternativ till att distributionssystemet skall klara alkoholer vore att de åtminstone skall klara låginblandningar av dessa drivmedel. Detta är i och för sig nog fallet redan i dag i de flesta fall men en viss tveksamhet kan kanske ändå finnas ifall systemet skulle klara metanol i en högre inblandningshalt än vad som är tillåtet i dag. Sverige kommer enligt information från Miljödepartementet att driva en linje i EU för att öka gränsen för inblandning av etanol i bensin. Man kan också i detta sammanhang fråga sig varför inte även metanol behandlas på samma sätt. 4.4 Fordon för drift med metanol I detta avsnitt görs en översikt av användningen av metanol i personbilar. Olika motortyper har egenskaper som gör dem mer eller mindre lämpliga för metanoldrift och i flera fall måste en ganska omfattande anpassning av motorn göras. En annan viktig aspekt är vilken effekt ett utbyte av de konventionella drivmedlen har på avgasemissionerna. Låginblandning av metanol i bensin och dieselolja behandlas separat i ett senare avsnitt Användning av metanol i förbränningsmotorer Användning av alkoholer i ottomotorer Först är det viktigt att notera några fundamentala principer för ottomotorer. Konventionella ottomotorer använder en extern (indirekt) bränsle-luft preparering som i moderna motorer sker genom insprutning av bränslet i inloppsröret eller inloppskanalen, så kallad indirekt insprutning. Genom förblandningen av luft och bränsle undviks till stor del bildningen av sot och partiklar, men istället är övriga emissionskomponenter från motorn, som CO, HC och NO X tämligen höga. Dessa emissioner minskas i katalysatorn, som vid ett relativt luftbränsle förhållande på 1 (λ=1), både oxiderar CO och HC samtidigt som NO X reduceras. En annan teknik för ottomotorer använder insprutning av bränslet direkt i cylindern, så kallad direktinsprutning. Vidare används stort luftöverskott, vilket minskar bränsleförbrukningen. Den främsta orsaken till minskningen av bränsleförbrukningen är att strypningen av lufttillförseln reducerar de så kallade pumpförlusterna. Nackdelen är att luftöverskottet leder till att NO X emissionerna inte kan reduceras i konventionella katalysatorer. Man håller för närvarande på att utveckla katalysatorer som klarar att reducera NO X även från denna typ av motorer men tillsvidare är dessa emissioner något högre än från konventionella ottomotorer. Alkoholerna, etanol och metanol, har en hel del fördelar när de används i ottomotorer de är helt enkelt naturliga ottomotorbränslen. Oktantalet är högre än bensin, vilket är gynnsamt eftersom ottomotorns maximala kompressionsförhållande begränsas av bränslets oktantal (knackning). Vidare har alkoholerna ett högre förångningsvärme än bensin och eftersom energiinnehållet (per liter och per kg) är lägre skulle en total förångning av bränslet före motorn innebära att temperaturen sänks mer än med bensin. En lägre temperatur innebär i sin tur att fyllnadsgraden ökar även om detta delvis motverkas av att alkoholmolekylerna är mindre än bensinmolekylerna och därför tar mer plats än de senare. Man kan notera att alkoholmotorer med indirekt insprutning har en något högre volymetrisk verkningsgrad än bensindrivna motorer, vilket således är en effekt av bränslets annorlunda fysikaliska egenskaper i förhållande till bensin. Ytterligare en marginell fördel 37

42 är en högre massa per energienhet, vilket genom det ökade massflödet ger en liten ökning av effekt och verkningsgrad. Det stora problemet med alkoholer i ottomotorer i dag är den kraftiga ökningen av emissionerna när motorn kallstartas vid låg temperatur. Detta är också anledningen till att ottomotorer sällan körs på rena alkoholer. Som regel måste alkoholerna 15% bensin (E85 resp. M85) blandas in i bränslet för att motorn skall starta. Kallstartproblemet kan i framtiden sannolikt lösas med ny motortekniken (bl.a. direktinsprutning). I en direktinsprutad ottomotor sker insprutningen vid högre laster tidigt under inloppsfasen. Detta görs dels för att erhålla en homogen blandning och dels för att utnyttja den kylande effekten hos bränslet när det förångas. För de bensindrivna direktinsprutade motorerna har man kunnat notera en påtaglig ökning av motoreffekten som följd av att förångningsvärmet i detta fall inte tas från varma ytor under insugningsfasen (innan inloppsventilen stängt). Istället tas en större del av förångningsvärmet från insugningsluften. Sannolikt kommer alkoholerna även att ha en fördel jämfört med bensin även med direktinsprutning på grund av det högre förångningsvärmet. Kylningen av bränsle-luft blandningen enligt ovan medför också att kompressionsförhållandet för direktinsprutade motorer kan höjas i jämförelse med konventionella motorer. Laboratorieförsök har tidigare gjorts med direktinsprutning av alkoholer i ottomotorer och man har konstaterat att detta ger en mängd intressanta fördelar, inte minst vid kallstart. Någon kommersiell motor med denna teknik finns emellertid inte tillgänglig än. Den kanske viktigaste frågan i framtiden är huruvida alkoholdrivna fordon med direktinsprutade motorer kan göras bränsleflexibla (FFV). Även om FFV-konceptet innebär en kompromiss i förhållande till en optimerad motor är FFV ett koncept som bedöms vara nödvändigt under en introduktionsfas. För konventionella ottomotorer med indirekt insprutning är problemet något mindre eftersom insprutningsperioden kan vara förhållandevis lång genom att insprutningen och bränsle-luft prepareringen sker utanför cylindern. Ingen undersökning på en FFV med modern 16 direktinsprutad ottomotor är känd för författaren men ett par nyligen publicerade undersökningar från högskolan i Zwickau om inverkan på insprutningsutrustningen finns [23, 24]. Resultaten i dessa studier, som utfördes på bensin, metanol och blandningar av dessa bränslen, indikerar att det borde finnas goda förutsättningar för att åstadkomma ett FFV koncept med direktinsprutning. Istället för M85 respektive E85 förutsätts emellertid att rena alkoholer (bortsett från ev. denaturering), dvs. M100 respektive E100 används. Den direktinsprutade motorns goda kallstartegenskaper bör möjliggöra att bensininblandningen slopas. Därmed öppnas också möjligheten att använda samma bränslekvalitet för alkoholdrivna diesel- och ottomotorer under förutsättning att de förstnämnda inte kräver tillsats av tändförbättrare. I framtiden kommer NO X reningen för bensindrivna direktinsprutade ottomotorer att ske med hjälp av så kallade NO X lagrande katalysatorer. Dessa katalysatorer är generellt känsliga för svavel och därför har alkoholer, som är svavelfria, en fundamental fördel i detta avseende jämfört med bensin där svavelhalten i framtiden måste minskas 17. För att en NO X lagrande katalysator skall fungera krävs en regenerering med jämna mellanrum. Detta åstadkommes genom att motorn körs med fet bränsle-luft blandning under en kort period. 16 Utvecklingsföretaget FEV i Aachen har tidigare utvecklat en direktinsprutad ottomotor baserat på ett gammalt VW-koncept för en direktinsprutad bensinmotor. Detta koncept var dock principiellt helt olika de nya koncepten för direktinsprutning, varför paralleller till denna motor inte är relevanta. 17 Dieseloljan har i Sverige en mycket låg svavelhalt men i Europa måste denna halt minskas innan den nämnda typen av katalysatorer kan användas på motorer som körs på dieselolja. 38

43 Under regenereringen sker en reduktion av NO X med hjälp av CO och HC under liknande förhållanden som för normala katalysatorer och detta fungerar eftersom man ju har ett syreunderskott vid regenereringen. Det är känt att sammansättningen av HC är viktig för att nå en hög NO X reduktion och genom experiment vet man att alkoholer, i alla fall metanol, är minst lika bra som bensin och dieselolja i detta avseende. Ytterligare en fördel med alkoholer i direktinsprutade ottomotorer är den minskade sot- och partikelbildningen i jämförelse med bensin. Detta är ett påtagligt problem med dagens direktinsprutade bensinmotorer eftersom partikelnivåerna ligger i paritet med moderna dieselmotorer utan partikelfilter. Användning av metanol och DME i dieselmotorer För drygt 10 år sedan introducerades direktinsprutning för dieselmotorer i personbilar men tekniken är ingalunda obekant eftersom den introducerades i större skala i tunga fordon redan för drygt 50 år sedan. Det är dock först under de 3 senaste åren som utvecklingen tagit fart på allvar och den övervägande delen av dessa framsteg kan tillskrivas utvecklingen av den nya insprutningstekniken (common rail, rotorpump med högt tryck och pumpsinsprutare). Direktinsprutning för dieselmotorer kräver som bekant mycket högt insprutningstryck för att den fulla emissions- och bränsleförbrukningspotentialen skall nås. En stötesten för dieselmotorer är fortfarande NO X och partikelemissionerna. Partikelfilter har nyligen kommersialiserats av en tillverkare (Peugeot-Citroën) medan flera andra tillverkare också aviserat att de håller på och utvecklar partikelfiltersystem och kommer att starta produktion inom kort (2002/2003). Teknik för att med efterbehandling reducera NO X emissionerna får fortsättningsvis avvakta införandet av ett dieselbränsle med lägre svavelhalt. Trots att Sverige har ett dieselbränsle med mycket låg svavelhalt (<10 ppm) torde inte vår marknad vara tillräckligt stor för att motivera utveckling och ett tidigare införandet av tekniken här. Det kan också vara värt att nämna att det faktiskt är fråga om i stort sett samma teknik för NO X rening (NO X lagrande katalysator) som kommer att användas i både diesel- och ottomotorer i framtiden. Därmed kommer också NO X emissionerna att bli snarlika för båda dessa motortyper i framtiden. DME är ett naturligt dieselmotorbränsle i och med det höga cetantalet. Därigenom kan samma verkningsgrad åstadkommas som med dieselbränsle i en dieselmotor som anpassats för DME. Lägre NO X emissioner än för dieselolja har konstaterats i flera studier. Bättre förutsättningar finns också för att använda höga mängder EGR, vilket leder till en lägre NO X emissioner än för dieselolja. Även NO X rening med NO X lagrande katalysator av ovannämnda typ torde ha förutsättningar för att fungera väl med ledning av det tämligen begränsade underlag som finns tillgängligt. En motor för DME kan inte göras bränsleflexibel utan alltför stora kompromisser och till en rimlig kostnad. Detta är naturligtvis en väsentlig nackdel under en introduktionsfas och speciellt gäller detta för en allmän användning av bränslet som är fallet med personbilarna. Erfarenheterna från tunga fordon har visat att etanol och metanol kan användas i dieselmotorer. De etanoldrivna tunga motorer som använts i Sverige har använt en tillsats, tändförbättrare i etanolen för höja cetantalet. Den höga kostnaden för tändförbättraren fördyrar dock bränslet avsevärt. Utomlands, främst i USA, har metanol använts utan tändförbättrare och istället har ett extern tändhjälp i form av ett glödstift nyttjats som tändhjälp. Ett glödstift förutsätts i framtiden för att tändförbättrare skall kunna undvikas. Trots att en snabb utveckling skett för glödstift till dieseloljedrivna personbilar är det troligt att ytterligare utveckling vore nödvändig för att detta alternativ skall bli tillförlitligt 39

44 och erhålla tillräcklig livslängd. Nödvändigheten av tändhjälp i alkoholdrivna dieselmotorer är naturligtvis en nackdel jämfört med DME. NO X emissionerna blir lägre för alkoholer än för dieselolja samtidigt som mer EGR kan användas, vilket ger ännu lägre NO X emissioner. Viss risk för ökning av partikelemissioner när EGR används, vilket har kunnat skönjas i tester på tunga motorer med etanol. Det är osäkert ifall samma problem föreligger för metanol men rent teoretiskt borde denna molekyl vara bättre än etanol i detta fall genom avsaknaden av kol-kol bindningar och genom att metanol innehåller procentuellt sett mer syre än etanol. En NO X lagrande katalysator borde ha stora förutsättningar för att fungera bra med metanol, enligt de få testresultat som finns tillgängliga. Även etanol har liksom metanol förutsättningar att fungera men har inte riktigt lika goda egenskaper som reduktionsmedel vid regenereringen av katalysatorn. På samma sätt som för DME finns inga realistiska praktiska möjligheter att göra alkoholdrivna dieselmotorer bränsleflexibla. Detta är naturligtvis en påtaglig nackdel under en introduktionsfas. Det är därför naturligt att dieselmotorer för metanol ges en lägre prioritet än motsvarande ottomotorer i den närmaste framtiden Användning av metanol i bränslecellfordon Det finns två olika möjligheter att använda metanol i bränsleceller. Dels kan man använda reformering av metanolen för att generera vätgas, dels finns en typ av bränsleceller som kan använda metanol direkt (DMFC). Den senare typen av bränslecell vore egentligen att föredra då den skulle medföra en avsevärd förenkling av drivsystemet men tyvärr har inte utvecklingen nått så långt än att denna teknik kan kommersialiseras inom överskådlig framtid. Därför berörs denna teknik bara kort i rapporten. Vätgas är det enda bränsle som kan användas direkt i den typ av bränsleceller som är mest aktuell för fordon, den s.k. PEMFC typen (Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Övriga drivmedel, däribland också metanol, måste reformeras (omvandlas) till vätgas först. Därtill kommer att gasen måste renas i flera steg innan den kan användas i bränslecellen. Metanol har dock en väsentlig fördel framför andra drivmedel genom att temperaturen för reformeringen kan hållas förhållandevis låg, ca 250 C. För bensin, dieselolja och metan kan temperaturer på upp till 900 C vara nödvändiga. Lågtemperaturreformering innebär att den effektivaste typen av reformer användas och dessutom innebär en låg temperatur automatiskt en verkningsgradsfördel. DME bör också kunna reformeras vid en tämligen låg temperar men några data för detta drivmedel finns ännu inte. Det faktum att metanolen måste reformeras ställer emellertid vissa krav på bränslet. Exempelvis kan inte tillsatser till bränslet väljas godtyckligt då tillsatserna som regel inte har liga goda egenskaper för reformering som metanol. Ämnet har berörts i en del studier, bl.a. några av de tidigare citerade studierna, men några konkreta resultat har ännu inte presenterats. Önskemål om att använda tillsatser finns t.ex. för att åstadkomma en denaturering, ge en synlig flamma m.m. En inblandning av en viss mängd bensin i metanolen (låt oss säga i storleksordningen 5-15%) skulle t.ex. ge en automatisk denaturering genom den lukt och smak som tillförs via bensinen men detta skulle innebära att fördelen vid reformeringen skulle minska väsentligt. California Fuel Cell Partnership (CaFCP) konstaterar i en nyligen utkommen rapport (oktober 2001) att bristen på data om additiv och deras egenskaper medför att tester är nödvändiga för att utröna frågan om kontaminering av reformern [25]. Man noterar också att man i dag inte vet om 40

45 additiv kommer att vara nödvändiga vid storskalig metanolanvändning. I en rapport från Methanex görs ett liknande konstaterande [26] Många av de tillsatser som för användning metanol i förbränningsmotorer ansett som lämpliga kan inte användas om en låg reformeringstemperatur eftersträvas. Detta område är som framgått ännu tämligen outforskat vilket medför att kunskapen är ännu mycket begränsad men det är dock viktigt att uppmärksamma frågan redan nu. Bäst med hänsyn till användning i bränsleceller vore om ren metanol kunde användas. Nackdelen i detta fall är t.ex. att riskerna för avsiktlig eller oavsiktlig förgiftning kan öka och dessa frågor måste då uppmärksammas speciellt. En fördel vore också om en och samma bränslekvalitet kunde användas för alla typer av energiomvandlare (otto, diesel och bränsleceller). Därigenom skulle distribution och hantering kunna förenklas avsevärt med åtföljande kostnadsreduktioner. Den frågeställning som gäller tillsatser till metanol finns även för etanol i samma utsträckning. Möjligen är problematiken faktiskt något svårare. Etanol är nämligen en drickbar typ av alkohol och den vore således mycket eftertraktad i ren form. Metanolen är ju giftig och är av den anledningen inte lika attraktiv för förtäring som etanol. Vidare är denaturering i form av smak- och lukttillsatser lagstadgad för teknisk sprit (etanol). Det är således helt nödvändigt att hitta en form av denaturering som inte medför alltför stora nackdelar vid reformeringen för att etanol skall bli ett intressant bränsle för bränslecellfordon Avgasemissioner och deras effekter Avgasemissionerna från personbilarna är den ur ett hälsoperspektiv kanske mest intressanta frågan när det gäller användning av metanol i fordon. Trots det berörs frågan ändå bara tämligen kortfattat här eftersom en gedigen genomgång skulle kräva alltför mycket utrymme i anspråk. En tämligen ny sammanställning av avgasemissioner och deras effekter har gjorts av Ecotraffic i en studie för KFB (numera ingående i Vinnova) [27]. För mer detaljer om resultat, förutsättningar m.m. hänvisas läsaren till denna rapport. Som ovan konstaterats när det gäller avgaserna från metanol är att bränslet kan användas i både otto- och dieselmotorer. I princip erhålls därför liknande emissionsbild som för bensin i det första fallet och, bortsett från partikelemissionerna, som för dieselolja i det senare fallet. Inom den närmaste framtiden är det främst ottomotorer som är av intresse för metanol och därför berörs emissionerna bara för detta alternativ. Några figurer från den ovan nämnda studien för KFB [27] har i det följande infogats som exempel på resultat. I samtliga fall visas resultat för alternativa drivmedel i ottomotorer som enligt resonemanget ovan benämnts som högst prioriterade drivmedel/motorer. I en mer avlägsen framtid kan dock prioriteringen vara en helt annan men då kommer också de klassiska emissionsproblemen förutom CO 2 och andra klimatgaser att vara mer eller mindre lösta. Tekniknivån för bilar av årsmodell 1993/1994 utgjorde basen i den nämnda studien, främst för att mest emissionsdata fanns tillgängliga för denna årsmodell [27]. Korrektioner för åldring, klimat och körförhållanden har gjorts för att ge en jämförelse som är representativ för utsläppen under hela fordonets livslängd. Beräkningar av emissionspotentialen för 2000 och 2010 gjordes också men eftersom studien utfördes redan 1999 och data då inte fanns tillgängliga för framtida fordon bör man notera att det egentligen fråga om uppskattningar snarare än prognoser. 41

46 Reglerade emissioner Av de reglerade emissionerna CO, HC, NO X och partiklar har endast de två senaste visats då de har högst prioritet. Partikelemissionerna regleras i dag bara för bilar med dieselmotorer men kommer framgent sannolikt att bli viktigare också för andra typer av motorer. I Figur 9 visas NO X emissionerna för bilarna av 1993/1994 års modell. En bensindriven bil utgör förstås basen för jämförelsen. De övriga 3 staplarna till vänster är några alternativa drivmedel för ottomotorer och längst till höger finns en dieseloljedriven dieselmotor. Övriga figurer har också strukturerats på liknande sätt. 0,8 0,7 NO X emissioner för högst prioriterade drivmedel/motorer Index = 100 för bensin 93/94 med katalysator Ottomotorer Dieselmotor 0,69 0,6 NO X emissioner (g/km) 0,5 0,4 0,3 0,2 0,36 0,20 0,1 0,078 0,074 0,0 Bensin (otto) E85 (otto) M85 (otto) Metan (otto) Diesel (diesel) Figur 9. NO X emissioner Som framgår av Figur 9 är NO X emissionerna högst för dieselolja och lägst för alkoholer, vilket är helt enligt förväntningarna. Alkoholer har en lägre förbränningstemperatur än bensin vilket generellt ger lägre NO X emissioner än bensin. Vidare kan större mängder EGR användas på grund av dessa bränslens förbränningsegenskaper. Metanol borde generellt ge något lägre NO X emissioner än etanol så den skillnad som finns i detta fall torde bero på individuella skillnader mellan bilarna. För övrigt hade de bilar som testades med E85 mycket låga NO X emissioner även med bensin, vilket torde medföra att skillnaden i jämförelse med bensin är för stor för att vara representativ. Underlaget är ju baserat på mätningar på ett fåtal fordon. Metan ger generellt inga speciella fördelar jämfört med bensin vad gäller förbränningstemperaturen ifall förbränningssystemet är anpassat för respektive bränsle, så länge EGR inte används. Ifall EGR används i båda fallen finns vissa möjligheter att använda något högre EGR nivåer för metan, vilket kan ge lägre NO X emissioner. Det är dock troligt att den skillnad som föreligger i Figur 9 mellan metan och bensin är för stor för att motsvara en helt teknikneutral jämförelse. 42

47 Partikelemissionerna visas i Figur 10. Observera att skalan uttryckts i mg/km och inte i g/km som annars brukar vara fallet för emissionsgränser och i andra officiella sammanhang Partikelemissioner för högst prioriterade drivmedel/motorer Bilar av årsmodell 93/94 med katalysator Ottomotorer Dieselmotor Partikelemissioner (mg/km) Bensin (otto) E85 (otto) M85 (otto) Metan (otto) Diesel (diesel) Figur 10: Partikelemissioner för alternativ med högst prioritet Partikelemissionerna i Figur 10 är som väntat högst för dieselolja. Bensindrivna bilar har partikelemissioner som är ungefär en faktor 6 lägre för än för dieseldrivna bilar. Den största delen av emissionerna från bensindrivna bilar genereras under kallstartperioden på grund av den anrikning av bränsle som behövs för att säkerställa körbarheten under denna period. Det är således uppenbart att partikelemissionerna skulle kunna minskas ifall denna anrikning av bränsle kunde undvikas under startperioden. När det gäller partikelemissioner från fordonen med alternativa drivmedel har resultaten i litteraturen varit få. Inga av de resultat som hittats har dessutom genererats vid lägre temperaturer, vilket torde vara det viktigaste driftsfallet vad avser partikelemissionerna. Därför har i stället emissionsnivån skattats utifrån kunskaper om de fundamentala skillnaderna i bränsle-luft preparering som finns mellan bränslena och deras olika kemiska sammansättning. Det är t.ex. känt att alkoholer inte är benägna att bilda sot under diffusionsförbränning och under förblandad förbränning med mycket litet luftöverskott. Detta bör ge väsentligt lägre partikelemissioner vid kallstart än bensin. Bränsle-luft prepareringen för gasformiga bränslen är som bekant väsentligt enklare vid kallstart än för bensin eftersom bränslet redan befinner sig i gasfas. Därför bör också partikelemissionerna vid kallstart att vara betydligt lägre vid kallstart för gas än för bensin. Partikelemissionerna består inte enbart av sot utan även andra ämnen som, oförbränt bränsle (i vätskefas), sulfater och bundet vatten, nitrater, smörjolja samt aska från oljan är några av dessa komponenter. Partikelemissionerna från alkoholer och gas bör även minska som följd av att alla dessa komponenter utom de två sistnämnda (utom möjligen bränslet för alkoholerna) torde minska för dessa drivmedel. Det är därför t.o.m. 43

48 troligt att den skattning som gjorts är för konservativ och att den verkliga skillnaden således kan bli större. Effekter av emissionerna på hälsa och miljö Av de effekter på hälsa- och miljö som studerades i den tidigare nämnda rapporten för KFB har ozonbildning och cancerriskindex valts. Partikelemissionerna är också en avgaskomponent som på senare tid uppmärksammats mycket men resultat för dessa emissioner visades redan ovan. Eftersom effekterna inte kan redovisas i absoluta enheter (t.ex. som antalet döda eller insjuknade) har till skillnad från emissionerna ovan istället ett index visats. En bensindriven ottomotor utgör referensen (index=100). Ozonbildningen lokalt i Sverige styrs som regel av HC emissionerna med de halter av HC och NO X som förekommer i tätortsluften. Olika kolväten kan ha helt olika potential till ozonbildning. Det som påverkar ozonbildningen är således såväl mängden av kolväten som sammansättningen av dem. I Figur 11 visas ozonbildningspotentialen för de valda drivmedels- och motorkombinationerna. Ozonbildning (Index, bensin = 100) Ozonbildningspotential för högst prioriterade drivmedel/motorer Index = 100 för bensin 93/94 med katalysator 88 Ottomotorer 31 Dieselmotor 17 0 Bensin (otto) E85 (otto) M85 (otto) Metan (otto) Diesel (diesel) 3,1 Figur 11: Ozonbildningspotential för alternativ med högst prioritet Ozonbildningspotentialen är högst för bensin följt av E85. De högre HC emissionerna för E85 motverkar det faktum att avgaserna från etanol generellt har en lägre specifik reaktivitet för HC än bensin. M85 har en betydligt lägre ozonbildningspotential än både bensin och E85. Orsaken är dels att avgaserna från M85 har en betydligt lägre specifik reaktivitet och dels att HC emissionerna trots allt är lägre än för bensin. Dieselolja har också en betydligt lägre ozonbildningspotential än bensin trots att reaktiviteten i detta fall är högre än för bensin faktiskt högst av alla testade drivmedel (1,3 ggr bensin). Det är de låga HC emissionerna för dieselmotorer som är orsaken till att ozonbildningspotentialen trots allt blir lägre än för bensin. Metan är det drivmedel som har i särklass lägst ozonbildningspotential av alla drivmedel. Dels beror detta på att det mesta av HC 44

49 emissionerna består av metan och att resterande kolväten (NMHC) har en lägre specifik reaktivitet än HC från bensinavgaser och dels beror det på att HC emissionerna vid kallstart generellt sett är mycket låga för metandrivna bilar. Cancerriskindexet är det kanske viktigaste indexet av alla de redovisade indexen. Sannolikt står cancerrisken, tillsammans med den av partiklar förorsakade dagliga dödligheten, för majoriteten av alla dödsfall som orsakas av trafikens emissioner. Det bör framhållas att underlaget för de riskfaktorer som använts i beräkningarna är begränsat och att nya värderingar görs hela tiden. Osäkerheterna i de riskfaktor som använts har föranlett författarna att mana till en viss försiktighet i användandet av resultaten. För att en skillnad mellan två olika drivmedel skall anses som stor krävs enligt vår mening en skillnad på uppemot en tiopotens. Vidare bör inte skillnader mindre än en faktor två beaktas som någon egentlig skillnad. Figur 12 visar cancerriskindexet för de valda drivmedels- och motorkombinationerna. De olika ämnen som bidrar till cancerrisken har redovisats separat med undantag av alkenerna och aldehyderna som redovisas i grupp. 120 Cancerriskindex (Bensin=100) för för olika drivmedel till personbilar Hälsoriskfaktorer enligt Törnqvist/Ehrenberg Cancerriskindex (bensin = 100) Ottomotorer 36 PAC Aldehyder Alkener Bensen Partiklar 11 Dieselmotor 71 0 Bensin (otto) Etanol (otto) Metanol (otto) Metan (otto) Diesel (diesel) Figur 12: Cancerriskindex för alternativ med högst prioritet Resultaten i Figur 12 visar att cancerriskindexet för de konventionella fossila drivmedlen bensin och dieselolja är högst av alla drivmedel. För bensin är bidraget från PAC störst följt av alkener, där största bidraget kommer från 1,3-butadien, och partiklar. Bensen som är ett erkänt cancerframkallande ämnen och som ofta varit föremål för debatt när det gäller cancereffekter från bensinavgaser, ger ett obetydligt bidrag till det totala cancerriskindexet. Framtida reformulering av bensinen kommer sannolikt att minska bidraget från PAC för bensin. För dieselolja är bidraget till cancerriskindexet från partiklarna störst, därnäst följer PAC och alkener. Bensen är i detta fall helt försumbart men aldehyderna, och då främst 45

50 formaldehyd, ger också ett visst bidrag. Liksom för bensin kan man också för dieselolja notera att PAC nivåerna torde minska väsentligt med införandet av reformulerade bränslekvaliteter. I fallet med dieseloljan används redan i dag övervägande miljöklass 1 dieselolja för vägtransporter men detta har alltså inte tagits hänsyn till i figuren på grund av brist på mätdata. E85 och M85 ger ungefär lika resultat men en betydligt lägre nivå än för bensin och dieselolja (ca en faktor 2). En viss fördel för M85 kan skönjas men skillnaden är mindre än den faktor 2 som använts som kriterium för en väsentlig skillnad. För E85 är bidraget från alkenerna (främst eten) och PAC störst medan PAC och aldehyderna (främst formaldehyd) ger det största bidraget för M85. Metan är det drivmedel som ger det i särklass lägsta cancerriskindexet av alla drivmedel. Cancerriskindexet för metan domineras helt av PAC. Övriga komponenters bidrag är i stort sett försumbart. Ecotraffics sammanfattning Generellt kan man säga att emissionsbilden för metanol är mer positiv än för bensin och dieselolja. Detta trots att metanol (liksom bensin) har höga emissioner vid kallstart vid låga temperaturer. För vissa av de undersökta effekterna (t.ex. cancerrisk och ozon) är metan (natur- och biogas) dock klart bättre. Ny motorteknik, t.ex. direktinsprutning av metanol, kommer i framtiden att minska kallstarteffekten påtagligt och därmed också minska skillnaden mot metan. Den relativa skillnaden mot bensin kommer dock i princip att bestå även om den absoluta skillnaden minskar. Även vid användning av metanol i dieselmotor finns potential till låga emissioner. I detta fall kommer metanol att ha en väsentlig fördel jämfört med dieselolja. Vid bränslecelldrift kommer emissionerna med metanol att bli mycket låga (med PEMFC och reformering) eller noll (DMFC). Den sammanfattningsvis mycket positiva emissionsbilden för metanol medför att detta är ett viktigt argument för drivmedlet även om betydelsen härav kommer att minska i framtiden. 4.5 Låginblandning av metanol i bensin Låginblandning i bensin Metanol är fullt blandbar men bensin, dvs. de båda drivmedlen kan i princip blandas i vilka koncentrationer som helst. Detta under förutsättning att metanolen är vattenfri, vilket den automatiskt blir vid tillverkningen. Vatten får naturligtvid inte heller finnas närvarande i distributionsledet. Vid en viss halt av vatten separerar blandningen och detta måste undvikas. En större vattentålighet kan nås genom inblandning av högre alkoholer och i de flesta fall när metanol använts i form av låginblandning har detta varit fallet. I EU:s nuvarande bränslespecifikation är sådana tillsatser också föreskrivna. En kombination av metanol och etanol vore fullt möjlig och detta är också en attraktiv lösning eftersom utbyggnad av inhemsk produktion av båda dessa drivmedel diskuteras. I jämförelse med speciella fordonsflottor som kör på ren metanol är låginblandningen ett mycket enklare och 46

51 mer kostnadseffektivt alternativ. Därför är det naturligt att detta alternativ ges en hög prioritet. Så kallad reformulerad bensin innehåller MTBE (Metyl tertiär butyl eter) i flera delstater i USA där problemen med dålig luftkvalitet är som störst. Det finns också krav på en viss syrehalt i bensinen i dessa stater och tillsatsen av MTBE är en viktigt faktor för att minska hälsofarligheten i avgaserna. Enligt den bestämmelse som finns skall dessa hälsofarliga ämnen (air toxics) minska med 17% för den reformulerade bensinen jämfört med vanlig bensin. Den nackdel som framkommit med MTBE är att den är mer vattenlöslig än bensin och att den vid läckor därför snabbare förstör grundvattnet. Eftersom MTBE dessutom har en stark smak och lukt märks det snabbt om t.ex. en vattentäkt har förorenats. Fördelen ur hälsosynpunkt är att den koncentration som kan uppfattas av människa ligger långt under den koncentration som skulle kunna vara farlig. Tyvärr har dock debatten i USA, och speciellt i Kalifornien, stundtals blivit ganska het och något onyanserad. På något sätt anser man att man måste välja mellan luft- eller vattenkvalitet och detta är en olycklig vinkling. Att en lösning vore att täta läckande tankar har inte framstått som det logiska alternativ det trots allt är. I Sverige har problemen med läckande tankar varit mindre och följaktligen har debatten m MTBE inte varit lika het här som i USA. Även i EU har frågan diskuterats men denna diskussion har varit något mer nyanserad än i USA och något generellt förbud för MTBE i Europa är inte troligt på kort sikt. Sannolikt har problemen i USA dock lett till att MTBE så småningom kommer att fasas ut världen över. Låginbladning av etanol i bensin har aktualiserats under de senaste åren i USA som ett alternativ till MTBE. Det mesta av etanolen produceras i mellanvästern men i detta fall är behovet störst i Kalifornien, vilket skulle leda till ökade transporter. Kalifornien har försökt få dispens från luftvårdsmyndigheten EPA för att inte behöva klara kravet på syrehalt och därmed kunna undvika inblandning av etanol (i stället för MTBE). Hittills har inte EPA hörsammat denna önskan och följaktligen planeras nu en stor utbyggnad av etanolproduktionen för att möta den ökade efterfrågan. Eftersom många länder av hävd brukar följa USA:s och Kaliforniens exempel blir det intressant att se om detta kommer att leda till en ökad efterfrågan på etanol på världsmarknaden. Med hänvisning till den ovan beskrivna diskussionen om MTBE kan det vara på sin plats att nämna att metanol inte alls har samma egenskaper som MTBE. Som tidigare visats är metanol mycket bättre än bensin vid spill på mark. Visserligen är metanol vattenlösligt och kan på så sätt separera från bensinen men metanolen är ju som nämnts mycket lättare att bryta ned biologiskt än bensin. Någon ökad risk vid låginblandning av metanol i bensin kan således inte anses föreligga. En mycket viktig aspekt i sammanhanget är det förslag till direktiv som EU kom med under hösten I direktivförslaget föreskrivs en viss andel biodrivmedel av försäljningen av bensin och dieselolja. Exempelvis skall andelen vara 2% 2005 och 5,75% I detta sammanhang vore naturligtvis låginblandning av alkoholer ett intressant alternativ. Det är sannolikt också det alternativ som på kort sikt skulle kunna få snabbast genomslag på marknaden. Med hänsyn till den mycket korta framförhållningen framstår låginblandningen som ett än mer realistiskt alternativ. En brasklapp i sammanhanget är dock att något beslut om direktivet ännu inte finns och därmed finns möjligheter att det inte går igenom i den form som förslaget har just nu. Utan tvekan finns dock skäl att snarast möjligt börja studera denna fråga. Det man rätt snabbt kommer fram till vid en grov 47

52 analys är att tillgången på etanol på världsmarknaden är ganska liten i förhållande till behovet i EU. Därför öppnas också möjligheten att fasa in metanol. Eftersom låginblandning av metanol i bensin också är mycket enklare än att använda metanol i bränsleflexibla bilar förordar författaren denna lösning som den kortsiktigt mest prioriterade strategin för användning av metanol i transportsektorn Låginblandning i dieselolja Metanol kan liksom etanol inte lösas i dieselolja utan tillsatser annat än i mycket låga koncentrationer, dvs. det sker en fasseparation vid högre halter. Eftersom ganska höga koncentrationer av tillsatser vore nödvändiga för att nå en homogen och stabil blandning är detta knappast en framkomlig väg. Ett annat alternativ än en lösning är att metanol och dieselolja bildar en emulsion, dvs. dieseloljan bildar den kontinuerliga fasen medan metanolen finns i mycket små droppar. Problemet är att en sådan emulsion separerar efter en kort tid. Olika typer tillsatser kan åstadkomma en emulsion som är stabil under en längre tid men oftast är lagringstiden begränsad till några månader (typiskt upp till 3 månader). Risken för separation ökar desto lägre temperaturen blir, vilket definitivt är en påtaglig nackdel i vårt kalla klimat. Inom KFB:s Biodrivmedelsprogram testades emulsioner av etanol och dieselolja i några flottförsök. Kritiska frågor var bl.a. blandningstekniken och långtidsstabiliteten. Emissionsegenskaperna visade främst fördelar för partikelemissionerna. Utomlands har också emulsioner av dieselolja och metanol testats i fordon. I ett av Ecotraffics tidigare genomförda projekt testades vid Luleå Tekniska Universitet en emulsion av metanol och dieselolja med goda resultat vad gäller emissionerna [3]. En annan närliggande möjlighet är använda en emulsion av vatten och dieselolja. Även inom detta område finns en hel del resultat från internationella studier. Problemen med stabiliteten är i detta fall dock ännu större än för emulsioner med alkoholer och temperaturstabiliteten är ett alldeles speciellt problem. Även om emulsioner av metanol och dieselolja skulle kunna fungera i begränsade flottor är detta knappast något alternativ för en bredare användning. Omvänt kan man hävda att ett tekniskt genombrott måste till vad gäller additiv för emulsionen för att detta skall vara ett tillräckligt intressant alternativ i framtiden. Man måste också konstatera att i valet mellan låginblandning i bensin respektive dieselolja ter sig problemen i det förra fallet mycket mindre än i det senare. Insatserna bör därför koncentreras på låginblandning i bensin. 4.6 Lämpliga fordonstyper för drift med metanol Eftersom studien bara behandlat personbilar har inte förutsättningarna för att använda metanol i andra typer av fordon undersökts. Det bör dock nämnas att även andra fordon kan vara av intresse och därför nämns kort några sådana alternativ. I Sverige finns som bekant världens största etanoldrivna bussflotta. Motorerna som används i dessa bussa är av dieseltyp. Det finns inget tekniskt hinder för att metanol inte skulle kunna användas lika gärna som etanol. I USA har t.ex. över 500 metanoldrivan bussar körts i reguljär trafik. Intresset från tillverkarna av tunga fordon för metanol är dock i dag så pass lågt att det knappast vore någon idé att fokusera på denna möjlighet. DME är som nämnts ovan ett utmärkt dieselmotorbränsle genom den goda tändvilligheten (högt cetantal). Emellertid finns ännu inga kommersiella fordon för detta bränsle. 48

53 Utvecklingen av ett insprutningssystem anpassat för detta bränsle har visat sig vara mycket svårare än förmodat. Sannolikt kommer det att dröja några år än innan motorer för drift med DME kan finnas kommersiellt tillgängliga. Fordon för DME kommer initialt att vara mest lämpade för användning i fordonsflottor med separat drivmedelsförsörjning, eftersom infrastruktur för distribution och tankning av detta drivmedel ännu inte finns Personbilar med ottomotorer Som tidigare nämnts har de aktiviteter inom metanolområdet och det eventuella kommersiella utbud som finns av personbilar studerats. I litteraturstudien kunde konstateras att aktiviteten för bränsleflexibla alkoholdrivna fordon, med några undantag, är tämligen litet. Trots det har en undersökning gjorts för att ta reda på vilka fordon som kan tänkas vara tillgängliga på kort sikt. Ford Alkoholdrivna bilar från Ford är främst kända i Sverige genom de två olika modeller av Ford Taurus FFV som importerats för flottförsök inom ramarna för KFB:s biodrivmedelsprogram. Efter den upphandling av bilar som gjorts har leveranser av de upp till 4000 bilar av märket Ford Focus börjat ske under hösten Ford har i USA även andra bränsleflexibla modeller på programmet i USA. Dessa bilar är dock av typen lätta lastbilar (SUV) eller minibussar (MPV) och är därför av något mindre intresse för den svenska marknaden. Eftersom Ford Focus FFV bilmodellen representerar en tekniknivå som kan sägas vara den tredje generationens bränsleflexibla bil vore den av stort intresse även för tester med metanol som bränsle. För närvarande finns denna bil bara i E85-utförande men rent tekniskt sett vore steget till M85 inte särskilt svårt. Kontakter har därför tagits med Ford för att utröna deras intresse för att leverera bilar för ett flottförsök och naturligtvis för att göra nödvändiga modifieringar av bilen för att även klara M85. Ford har dock meddelat att de för närvarande inte är intresserade av att leverera Ford Focus FFV i M85-utförande. Uppenbarligen har inte metanol tillräckligt hög prioritet inom Fordkoncernen samtidigt som kundernas efterfrågan är för liten för att en sådan satsning skall kunna motiveras i nuläget. Man kan också notera att Ford tillsvidare prioriterat vätgas högst för de satsningar på bränslecelldrivna bilar som nu pågår. Detta kan också ha haft en viss inverkan på beslutet. För att göra en bil avsedd för E85 metanolkompatibel behövs i princip två kriterier uppfyllas. För det första måste bränslesystemet tåla metanol. Metanol är något mer korrosivt och aggressivt för metaller och polymera material än etanol. Ofta väljer man emellertid material som klarar båda drivmedlen men detta är svårt att veta för en enskild bilmodell. Det andra kriteriet är att bränsleflödet måste ökas jämfört med när etanol används. Detta är inte bara en programmeringsfråga för styrenheten eftersom det maximala bränsleflödet för spridarna kan vara den begränsande faktorn. I ett sådant fall måste större spridare monteras. Ingen av de nämnda åtgärderna bereder dock egentligen några större tekniska svårigheter. En möjlighet vore att låta ett utomstående företag göra en konvertering av befintliga bilar (t.ex. Ford Focus FFV). Även om detta vore en möjlig väg vill författaren avråda från en sådan lösning. På längre sikt vill man ju ändå få med en fordonstillverkare i ett projekt och för att nå ett stort genomslag på marknaden är detta ett absolut krav. 49

54 Som beskrivits ovan lever situationen när det gäller bränsleflexibla nya bilar från Ford som kan använda M85 som bränsle inte upp till de förväntningar som fanns när detta projekt formulerades. En kvarstående möjlighet som finns är att använda de äldre Ford Taurus som kan klara M85 i flottförsöket. Även om detta vore fullt möjligt ställer sig författaren ändå tveksam till detta eftersom ett projekt med så pass gamla fordon knappast skulle vinna stort gehör. Visserligen har det främsta syftet med projektförslaget varit att demonstrera distribution och tankning av metanol och detta skulle mycket väl kunna göras även på äldre fordon men ett projekt av denna typ kräver som regel också en satsning som kan motiveras ur miljösynpunkt. Om det nu är så att nya bensindrivna personbilar har bättre miljöegenskaper än de nämnda äldre bilarna för M85 bränsle försvinner ett av huvudmotiven för ett sådant projekt. Övriga biltillverkare Andra tillverkare än Ford har också tidvis visat intresse för alkoholdrivna fordon. Chrysler, GM och Mazda marknadsför liksom Ford också lätta lastbilar och minibussar som kan drivas med E85 på den amerikanska marknaden. Tyvärr kan ingen av dessa bilar heller använda M85 som bränsle. Situationen är likartad även hos europeiska, japanska och koreanska biltillverkare enligt vad författaren kunnat erfara. Som nämnts har intresset för bränsleflexibla alkoholdrivna bilar (även de för etanol) i Europa hittills varit lågt. Det är möjligt att det tidigare nämnda förslag till direktiv för alternativa drivmedel i EU som nu finns kan ändra på situationen men det är ännu för tidigt för att förslaget skall ha haft någon sådan effekt. Man kan bara konstatera att intresset hos europeiska tillverkare för närvarande är störst för naturgas Bränslecelldrivna personbilar Som tidigare nämnts är intresset för bränsleceller som energiomvandlare ( motor ) i fordon mycket stort. Eftersom metanol är ett av de mest lämpliga drivmedlen för bränsleceller förekommer det följaktligen en hel del aktiviteter inom detta område. Grovt uppskattat verkar tre olika drivmedel för bränsleceller prioriteras högst av biltillverkarna, nämligen vätgas, metanol och bensin. Intresset verkar vara någorlunda jämt fördelat mellan drivmedlen. Problemet med metanoldrivna bränslecellbilar är att det kommer att dröja några år innan de är kommersiellt tillgängliga. Visserligen har t.ex. DaimlerChrysler lovat att starta serieproduktion 2004 och sedermera har ett par japanska tillverkare aviserat att de kommer att göra det redan 2003, men man bör dock notera att det knappast är fråga om någon serietillverkning i egentlig mening. Sannolikt kommer det att dröja ända till 2010 innan någon större kommersialisering av bränslecelldrivna personbilar kan ske. Mot bakgrund av dessa fakta kan man överväga ifall man vill delta i en satsning på ett flottförsök men några enstaka fordon under mellantiden före den stora kommersiella introduktionen. Utan tvekan kommer fordon från flera tillverkare att finnas tillgängliga för sådana projekt inom området. Den tidigare beskrivna utvecklingen av tankningsutrustning för metanol kommer sannolikt också att hålla jämna steg med utvecklingen av fordon och mot bakgrund av detta vore det också av intresse att få med sådana aktiviteter i ett projekt Fordonsflotta i Trollhättans kommun För att utreda möjligheterna för framtida flottförsök med metanoldrivna bränsleflexibla bilar är en identifikation av vilka fordonstyper som används i Trollhättans kommun av 50

55 intresse. När det gäller låginblandning av metanol är situationen enklare eftersom alla bilar måste klara 3% inblandning enligt EU:s bränsledirektiv. Trollhättans kommun äger en del fordon men vissa fordon leasas också. I Tabell 5 visas en förteckning över fordonen. Av de totalt 184 fordonen som används ägs 99 av kommunen och resterande 85 fordon, varav alla är personbilar, leasas. Totalt står personbilarna för mer än hälften av antalet fordon. Nästa stora kategori är lätta lastbilar och därefter följer större lastbilar. Fordon som används inom ramarna för av kommunen upphandlade tjänster ingår självfallet inte i statistiken men man kan ju nämna att även i detta fall kan det finnas vissa möjligheter att styra valet av fordonstyp och drivmedel om man så skulle önska. Tabell 5. Förteckning över fordon, Trollhättans kommun Fordon Ägda fordon Leasade fordon Totalt Personbilar Lätta lastbilar Lastbilar Bokbuss 1-1 Totalt Trollhättans kommun har satsat en hel del resurser på användning av alternativa drivmedel i fordon. Ofta kallas denna typ av fordon för miljöfordon. Någon enhetlig definition av sådana fordon finns dock ännu inte utan även hybridfordon och fordon med låg speciellt bränsleförbrukning brukar ibland räknas till denna kategori. I Tabell 6 visas en sammanställning av de fordon som för närvarande drivs med alternativa drivmedel. Biogas dominerar helt bland dessa fordon. Etanol används för närvarande av en personbil. Tunga fordon finns representerade av 6 st. sopbilar och 3 bilar tillhör kategorin lätta lastbilar. Övriga fordon är personbilar. Tabell 6. Miljöfordon i Trollhättans kommun Fordon Antal Drivmedel Sopbilar 6 Biogas Opel Astra 27 Biogas Saab Biogas Ford Mondeo 1 Biogas VW Pick up 3 Biogas Volvo V70 3 Biogas Ford Focus FFV 1 Etanol Totalt 70-51

56 Angående förteckningen i Tabell 6 kan också nämna att de lokaltrafikbussar som drivs på biogas inte ingår i förteckningen över kommunens fordon, eftersom man upphandlar denna tjänst. Samma resonemang gäller också för övriga upphandlade tjänster där alternativa drivmedel också kan förekomma. Sammanställningen av kommunens fordon visar att möjligheter borde finnas att använda bränsleflexibla bilar av personbilstyp när och om sådana fordon finns kommersiellt tillgängliga. Eftersom behovet av lätta lastbilar (och lätta bussar) är mindre torde det vara svårare att hitta lämpliga kandidater i denna kategori bland kommunens fordon. Som tidigare beskrivits finns i dag bara bränsleflexibla fordon i denna storlek på den amerikanska marknaden och dessa fordon är för närvarande optimerade för etanol och inte för metanol. 52

57 5 DISKUSSION OCH SLUTSATSER 5.1 Konsekvenser och möjligheter med anledning av EU:s förslag om biodrivmedel Efter att huvuddelen av arbetet i denna studie genomförts kom EU den 7 november med ett förlag till ett direktiv för att öka användningen av alternativa drivmedel, och biodrivmedel i synnerhet. Direktivförslaget ställer upp långtgående mål för introduktion av biodrivmedel men även andra alternativa drivmedel som främst (fossil) naturgas och vätgas (som kan vara fossil) nämns också. I Tabell 7 visas den i direktivförslaget föreskrivna andelen biodrivmedel av totalt såld bensin och dieselolja. Tabell 7. EU:s förslag för biodrivmedel Som framgår av Tabell 7 är kraven på substitution av fossila drivmedel med biodrivmedel ganska långtgående. Svårast torde vara att bygga upp ,75 1,75 kapacitet för att klara målet för Mot bakgrund av svårigheterna att snabbt öka produktionen kan man naturligtvis spekulera över om direktivet antas i den form som förslaget nu har. Utöver ett krav på en viss andel låginblandning 2009 och 2010 finns inga krav på att någon speciell användning av biodrivmedel skall prioriteras. EU:s förslag får också den studie som rapporteras här att hamna i en något annorlunda dager. Redan för att nå målet 2005 krävs att stora volymer biodrivmedel snabbt kan introduceras på marknaden. Möjligheterna att utöka användningen av speciella fordonsflottor som använder biodrivmedel i ren form (t.ex. biogas) eller för bränsleflexibla fordon (t.ex. E85) ter sig i förhållande till kraven som helt otillräckliga. Enda möjligheten till ett stort genomslag är att använda låginblandning. År Andel biodrivme del (%) Andel låginblandning (%) , , ,25 - För att komplettera framställningen visas i Tabell 8 en sammanställning av ett mer optimistiskt scenario från det ovannämnda EU-förslaget till användning av alternativa drivmedel. Naturgas och vätgas anses i detta sammanhang också ha en stor potential. En särskild arbetsgrupp kommer enligt förslaget att tillsättas för att arbeta med frågor gällande dessa drivmedel. 53

58 Tabell 8. EU:s optimistiska scenario för alternativa drivmedel År Biodrivmedel (%) Naturgas (%) Vätgas (%) Totalt (%) (7) (8) 10 5 (23) 5.2 Introduktionsstrategi I en rapport för Alternativbränsleutredningen och Naturskyddsföreningen har Ecotraffic tidigare skisserat på en lämplig introduktionsstrategi för biodrivmedel [28]. Ämnet har också berörts i ett flertal andra studier. Även om man i dag säkert skulle utforma förslagen något annorlunda än i tidigare studier är det helt uppenbart att såväl låginblandning som användning av alkoholer i bränsleflexibla fordon framgent kommer att vara en viktig del i en sådan strategi. Det tidigare nämnda förslaget till nytt EU-direktiv kan dock förskjuta prioriteringen mot låginblandning. Det som hänt under de senaste åren är att alkoholer som drivmedel (ännu) inte rönt förnyat intresse i Europa (sedan 80-talets satsningar) och att intresset för alkoholer i USA svängt över till fördel för etanol istället för metanol. Den allra senaste trenden i USA är dock att låginblandning av etanol ökat i popularitet genom önskemålen om att fasa ut MTBE ur bensinen och detta kan sannolikt på längre sikt negativt påverka marknaden för bränsleflexibla etanolfordon (E85). Blir det en brist på etanol finns knappast något större motiv för satsningar parallellt även på bränsleflexibla bilar. Undantaget från nämnda trender är den upphandling av bränsleflexibla etanolbilar (E85) som gjorts i Sverige och detta kommer att medföra att en förhållandevis stor flotta av sådana fordon kommer att rulla i landet. Emellertid kan Sverige knappast driva någon egen strategi inom detta område då denna avviker från resten av Europa och övriga världen. Det återstår att se om satsningen på de bränsleflexibla bilarna i Sverige blir en isolerad företeelse eller om andra länder följer efter. Det tidigare beskrivna EU-förslaget kan möjligen aktualisera ämnet men å andra sidan kan fokuseringen istället glida över mot låginblandning. Vad gäller satsningarna på bränslecelldrivna fordon kan man säga att det för närvarande pågår ett intensivt forsknings- och utvecklingsarbete inom detta område. Emellertid verkar det som om euforin dämpats något på sista tiden och det är fortfarande osäkert när (och om) en storskalig kommersiell introduktion av tekniken kan ske. Som jämförelse kan nämnas att elhybrider ligger mycket närmare en sådan introduktion och samtidigt minskar också motiven för bränsleceller genom den reduktion av bränsleförbrukning (och emissioner till viss del) som kan åstadkommas med hybridsystemen. Ett annat exempel på osäkerheten angående framtida satsningar är de senaste rönen från Tyskland där man diskuterat framtida drivmedel och introduktionsstrategier. Inom projektet Verkehrswirtschaftliche Energiestrategie (VES) jämfördes en mängd olika drivmedel och drivsystem. Naturgas, vätgas och metanol var de drivmedel som ansågs mest intressanta för fortsatt analys. Långsiktigt ansågs vätgas vara det mest intressanta 54

59 drivmedlet och en storskalig introduktion av detta drivmedel diskuterades med tidshorisonten Enligt senaste (ej helt bekräftade) uppgifter från tysk motorpress skall man dock ha ändrat denna tidshorisont till 2050, dvs. en framförhållning som är av mindre intresse för denna generation. Rent spekulativt skulle detta kunna innebära att två olika förutsättningar ligger till grund för ställningstagandet. Den första orsaken skulle det kunna vara att utvecklingen av bränsleceller kommer att kräva mer tid eller att bränslecellerna initialt helt enkelt blir för dyra. För det andra kan samma problem föreligga när det gäller framställning och/eller distribution av vätgas. Om det är det senare som gäller skulle möjligheterna öka för användning av metanol i bränsleceller. Ifall den förra förutsättningen gäller kan intresset istället fokuseras på drivmedel som är bäst lämpade för konventionella motorer och mindre hänsyn kan tas till egenskaper av vikt för bränsleceller. 5.3 Slutsatser och rekommendationer Ett av huvudsyftena med denna studie har varit att klarlägga de problem och hinder som eventuellt föreligger för en introduktion av metanol i personbilar. De kanske svåraste hindren har verkat vara de som finns vad gäller hantering och distribution av metanol men hänsyn till drivmedlets giftighet. Några direkta hinder av detta slag har emellertid inte kunnat identifieras. Vid transport och distribution av metanol är istället riskerna för skador på hälsa och miljö i de flesta fall mycket mindre än för bensin och dieselolja. Den mycket snabbare biologiska nedbrytningen av metanol är den avgörande fördelen i detta fall. Detta medför i kombination med den obegränsade lösligheten i vatten i de flesta fall att spill av metanol medför väsentligt mindre skador på miljön. Den akuta giftigheten vid förtäring av metanol är förvisso ett problem men bensin är också akut toxiskt om än i något högre koncentration än för metanol. För att förhindra eventuell felaktig användning eller exponering för metanol föreslås i alla fall att ny tankningsutrustning används. Sådan utrustning håller för närvarande på att utvecklas och kommer att demonstreras i prototypfordon inom kort. Möjligheter att använda denna utrustning i ett ev. flottförsök finns. Brand- och explosionsrisk är två aspekter som ofta brukar anföras vid introduktion av nya drivmedel. De erfarenheter av hantering av metanol som en bulkkemikalie, samt allmän användning i fordon i USA och i flottor i Europa, tyder inte på några större risker i detta sammanhang. Den större risk för explosion som finns i tankar genom det lägre ångtrycket jämfört med bensin kan förhindras med redan tidigare kända metoder. Vid brand finns både för- och nackdelar med metanol jämfört med bensin men fördelarna torde överväga. Amerikanska EPA beräknade i en studie redan för drygt ett decennium sedan att en användning av metanol istället för bensin skulle kunna minska de nämnda riskerna med 95%. Undersökningar av avgasemissionerna har generellt visat fördelar för metanol jämfört med bensin. Kallstart är dock, liksom för bensindrift, fortfarande ett problemområde och detta gäller även för flera andra drivmedel till ottomotorer. Den nya motorteknik som nu utvecklas med fokus på bensindrift torde även vid användning av metanol ha goda möjligheter att lösa dessa problem. På längre sikt kan metanol användas även i dieselmotorer och bränsleceller. Metanol har flera i dessa sammanhang flera fördelaktiga egenskaper. 55

60 Den dåliga tillgången på metanoldrivna fordon är den största stötestenen för framtida projekt inom området. Under projekttidens gång har inte någon tillverkare med intresse för att utveckla sådana fordon identifierats. Innan något sådant intresse kan dokumenteras är det svårt att initiera ett flottförsök. En användning av metanol i redan befintliga (äldre) alkoholanpassade bilar (Ford Taurus, mod. 1995) vore en möjlighet men detta rekommenderas inte på grund av den, i förhållande till nya bensindrivna bilar, relativt dåliga emissionsbilden för dessa fordon. Författarens rekommendation är istället att, mot bakgrund av nämnda förutsättningar, primärt prioritera låginblandning. Ett sådant projekt skulle kunna komma till stånd inom en tidsperiod på ca 1 år. Den mesta metanol som idag produceras använder fossil naturgas som råvara och metanolen klassas följaktligen också som fossil. I Tyskland finns emellertid en anläggning som producerar metanol från delvis icke-fossil råvara. Import av metanol från denna anläggning under en övergångsperiod vore en möjlighet innan produktionskapacitet i Sverige har byggts upp. 56

61 6 REFERENSER 1 Information om samarbetet inom the Methanol Fuel Cell Alliance (MFCA) finns bl.a. på Methanex hemsida Methanex Internet hemsida: Edited by Ecotraffic R&D AB and Nykomb Synergetics AB: Altener BAL-Fuel Project Feasibility phase project for biomass-derived Alcohols for automotive and industrial uses Final Report, EU Contract No. XVII/4, 1030/Z/95-124, 1031/Z/95-124, available for download at the Internet site of Ecotraffic, 4 Brandberg Å., Hjortsberg H., and Sävbark B. (Ecotraffic), BioMeeT, Planning of Biomass based Methanol energy combine Trollhättan region, Final report., Ecotraffic R&D AB, available for download at the Internet site of Ecotraffic, 5 Ahlvik P. och Brandberg Å.: Systemeffektivitet för alternativa drivmedel Olika drivsystem/motorer i ett livscykelperspektiv Vägverket Publikation 2001:39, Vägverket, Ahlvik P. and Brandberg Å.: Well-to-wheel efficiency for alternative fuels from natural gas or biomass. Vägverket Publikation 2001:85, the Swedish National Road Administration (Vägverket), available at Wang M. Q. and Huang H.-S. (ANL): A Full Fuel-Cycle Analysis of Energy and Emissions Impacts of Transportation Fuels Produced from Natural Gas., ANL/ESD- 40, available electronically at: (S&T) 2 Consultants: Assessment of Emissions of Greenhouse Gases from Fuel Cell Vehicles., prepared for Methanex Co., available electronically at the Internet site of Methanex: Weiss M. A., Heywood J. B., Drake E. M., Schafer A. and AuYeung F. A.: On the Road in 2020 A life-cycle Analysis of New Automobile Technologies. MIT, Edited by GM, ANL; BP, Exxon/Mobil and Shell: Well-to-Wheel energy Use and Greenhouse Gas Emissions of Advanced Fuel/Vehicle Systems North American Analysis. GM, ANL, BP, Exxon/Mobil and Shell, available at the Internet site of ANL: Wang M., personlig kommunikation, Sjur Haugen, Statoil, personlig kommunikation, Brandberg Å. och Johansson A.: Motoralkoholer Regelverk Sammanställning för Stiftelsen Svensk Etanolutveckling. KFB Dnr: , Egebäck K.-E., Larsson E. och Laveskog A.: Metanol Hantering, säkerhet och arbetsmiljö. KFB-Meddelande 1998:7, Edited by Methanex: Human Exposure, available for download at the Internet site of Methanex at:

62 16 Edited by Malcolm Prinie Inc.: Evaluation of the Fate and Transport of Methanol in the Environment. AMI Report , available for download at the Internet site of AMI at: Carrière, A. (Cantox Env.), Kaufmann C. (Cantox Env.), Shapiro J. (Cantox Env.), Paine P. (Environment Canada) and Prinsen J. J. (Environment Canada): The Con- tribution of Methanol (VOC) Emissions from Windshield Washer Fluid Use to the formation of Ground-Level Ozone. SAE Paper , Plotkin S. E. (ANL): Assessment of PNGV Fuels Infrastructure: Infrastructure Concerns Related to the Safety of Alternative Fuels. ANL Report ANL/ESD-TM-160, Machiele P. (EPA): Summary of the Fire Safety Impacts of Methanol as a Transportation fuel. SAE Paper , Brandberg Å. och Sävbark B.: Distribution av motoralkoholer. KFB-Meddelande 1996:23, Edited by EA Engineering: Methanol Refueling Station Costs, AMI, available for download at the Internet site of AMI at: Identics Internet hemsida: Stan C., Tröger R. and Stanciu A. (West Saxon Univ.): Direct Injection of Variable Gasoline/Methanol Mixtures: A Future Potential of SI Engines. SAE Paper , Stan C. (West Saxon Univ.), Tröger R. (West Saxon Univ.), Grimaldi C. N. (Univ. of Perugia) and Postrioti (Univ. of Perugia): Direct Injection of Variable Gasoline/Methanol Mixtures: Injection and Spray Characteristics. SAE Paper , Edited by Bevilacqua-Knight, Inc. Bringing Fuel Cell Vehicles to Market. California Fuel Cell Partnership (CaFCP), available at the home site of CaFCP at Allard M.: Issues Associated with Widespread Utilization of Methanol. SAE Paper , Ahlvik P. och Brandberg Å. (Ecotraffic): Avgasemissioner från lätta fordon drivna med olika drivmedel Med effekter på hälsa, miljö och energianvändning. KFB- Rapport 1999:38, Berg M., Brandberg Å, och Sävbark B.: Alternativa drivmedel Introduktionsstrategi Ecotraffic R&D, Eco/96/2092,

63 BILAGA BIOMETANOLPRODUKTION I SCHWARZE PUMPE I TYSKLAND 1. Allmänt om anläggningen 1.1 Bakgrund Redan 1955 byggdes en brunkolsanläggning vid orten Schwarze Pumpe i nordöstra Tyskland (130 km från Berlin), för produktion av främst stadsgas, men också elektricitet och brunkolsbriketter. Anläggningen bestod av 24 fastbäddsförgasare för brunkolsbriketter och 4 medströmsförgasare för de oljor och tjäror som producerades av fastbäddsförgasarna. Detta komplex försåg dåvarande Östtyskland till 80% med stadsgas. I och med det sedermera samgåendet med Västtyskland minskade behovet av dessa produkter och efter 1995 då stadsgasproduktionen lades ner, har anläggningen istället anpassats efter förgasning av avfall för produktion av främst metanol och elektricitet. Se Bild 1 nedan. Bild 1. Sekundärrohstoff- Verwertungszentrums (SVZ) anläggning för metanolproduktion genom avfallsförgasning vid Schwarze Pumpe, nordöstra Tyskland. SVZ Copyright 1998 Sekundärrohstoff- Verwertungszentrum (SVZ) Schwarze Pumpe GmbH med 370 medarbetare står sedan 1995 som ägare till anläggningen och som i sin tur ägs sedan juli 2000 till 100% av Global Energy Inc. i Cincinnati, Ohio, USA. Totalt har efter renoveringsstarten 1995 omkring en halv miljard DEM (tyska mark) investerats.

64 BILAGA 1.2 Kapacitet Anläggningen består idag av 7 stycken fastbäddsförgasare, som vardera har en kapacitet på 15 ton/h, 2 stycken medströmsförgasare på m 3 /h syntesgas och en slaggande förgasare på 30 ton/h. Bränslet prepareras i en särskild del av anläggningen och kan hantera 5 ton/h plast, 5 ton/h trä, 200 ton/d flytande avfall och 20 ton/h kommunalt avfall. Totalt har anläggningen en årlig kapacitet av cirka ton fast avfall ( ton/år avfall, ton/år kol 50 ton/h) och ton flytande kontaminerad olja och vatten-oljeemulsioner. Idag produceras ton metanol per år och netto cirka 340 GWh el (med effekt om MW). Det finns planer på att bygga ut anläggningen med en ny generationsserie av förgasare för att utöka metanolproduktionen med hundra tusentals ton per år och för närvarande söker SVZ avfallsföretag i Tyskland som kan leverera mer bränsle till anläggningen i Schwarze Pumpe. Ett första genombrott blev att Abfallwirtschaftsverband Chemnitz skrev på ett avtal i slutet av år 2000 om att låta SVZ bygga en prepareringsanläggning i Chemnitz-Bernsdorf. Anläggningen ska stå färdig 2005 och ska sortera och pressa ton hushållssopor årligen till pellets och briketter som sedan ska sedan förgasas vid anläggningen i Schwarze Pumpe för vidare syntes till ytterligare ton metanol per år. Dessutom finns möjligheter att ta emot djurfett och köttmjöl för förgasning, bland annat från Irland, och sedan 1999 har redan ton djurfett och köttmjöl förgasats och vidare syntetiserats till metanol. Av två ton djurfett produceras cirka ett ton metanol. 2. Processteknologi 2.1 Processkoncept Anläggningen baseras på förbehandling av avfall till fasta pellets och briketter, samt flytande avfall till en pumpbar vätska. Det finns kriterier för hur mycket föroreningar som får finnas i det avfall som tas emot, vilket kontrolleras ständigt. Avfallet som sedan blivit till bränsle matas sedan in i de 10 stycken förgasare som finns. Dessa producerar en syntesgas där 95% renas i en Rectisolprocess som effektivt tar bort föroreningar och resterande 5% som avsvavlas i en gipsanläggning. Den renade gasen går sedan till en metanolsyntesanläggning där oreagerad syntesgas går vidare till en kombicykelanläggning för el- och värmeproduktion. Den producerade metanolen renas i en destillationskolonn till ren metanol och är kvalitetsklassad som övrig metanol på världsmarknaden. Den färdiga metanolen används idag till 25% för MTBE och 75% som baskemikalie för tillverkning av bland annat: läkemedel och vitaminer färger och som formaldehyd i hartser, konserverings- och disinfektionsmedel lösningsmedel för hartser, vaxer, oorganiska salter, polymerer etc. kylarvätska och andra kylsystemsmedia etansyra denatueringsmedel gasreningsmedium för lågtemperaturprocesser synteskemikalier för produktion av bekämpningsmedel, explosiva material, smakämnen och aromater, plexiglas med mera.

65 BILAGA 2.2 Processteknologi Fastbäddsförgasare De första förgasarna var av konventionell fastbäddstyp för enbart kol. Dessa byggdes om vid anpassningen och efter 1997 kan de ta en avfallshalt av upp till 50% vid kontinuerlig drift. Senaste åren har moderniseringsarbetet koncentrerats till att höja fraktionen till 75%. Varje förgasare har en kapacitet av 15 ton/h och arbetar vid 25 bar i ett temperaturintervall om o C. Det fasta bränslet med en medelstorlek 60 mm matas in via ett slutet magasin ovanifrån och torkas först i en temperaturavgränsad zon för att sedan förgasas med hjälp av värmen från underliggande förbränningszon. Förgasarmedium är syre och ånga som blåses in underifrån. Resterande aska sorteras ut i botten genom ett galler. Den orenade gasen tas därefter ut till en vattenskrubber som kyler och kondenserar ut högre kolväten som tjäror samt oförbrända partiklar (se Bild 2). Bild 2. Schematisk bild över fastbäddsförgasare, Schwarze Pumpe. SVZ Copyright 1998

66 BILAGA Slaggande förgasare Den slaggande förgasaren är senaste tillskottet och av en nyare typ (British Gas Lurgi - BGL) av avfallsförgasare med en speciell störtkylare "quench". Förgasaren har en kapacitet av 30 ton/h och arbetar vid 25 bar och upp till 1600 o C. Det fasta bränslet matas in via dubbla lufttäta magasin ovanifrån och förgasas med syre och ånga som blåses in underifrån. Askan tas ut som flytande slagg, vilken störtkyls i underliggande "quenchen" till granuler (kulor) där alla föroreningar innesluts utan risk för utlakning. Den orenade gasen tas därefter ut till en vattenskrubber som kyler och kondenserar ut högre kolväten som tjäror samt oförbrända partiklar (se Bild 3). Bild 3. Schematisk bild över slaggande British Gas Lurgi, BGL-förgasare, Schwarze Pumpe. SVZ Copyright 1998

67 BILAGA Medströmsförgasare Medströmsförgasaren är avsedd för rena flytande bränslen, men också för slurry-bränslen. Förgasaren har en kapacitet av 7-10 ton/h för oljor och upp till 9 ton/h för slurry-bränslen. Förgasaren arbetar vid 25 bar och mellan o C. Det flytande bränslet förs in till en brännare med ånga där bränslet konverteras till en syntesgas. Den höga temperaturen säkerställer att alla organiska ämnen blir sönderdelade. Den efterföljande störtkylningen förhindrar oönskade vidare reaktioner och tungmetaller försluts i ett laksäkert slagg, vilket as ut i botten (se Bild 4). Bild 4. Schematisk bild över medströmsförgasare, Schwarze Pumpe. SVZ Copyright 1998

68 BILAGA 3. Teknisk beskrivning För en sammanfattande tabell över hela anläggningens tekniska prestanda, se Bilaga Teknisk beskrivning. 3.1 Bränslepreparering Det mottagna avfallet avpassas och mixas till att kunna förgasas med brunkol, där en del avfall behöver försortering och preparering. En halt av 75% avfall och 25% brunkol kan numera uppnås för det fasta bränslet. I en första sortering separeras metall- och glasföremål samt stenar bort så att endast organiskt material återstår. Träavfall som tas emot rivs och krossas till 60 mm stora bitar. Plastförpackningar komprimeras med extruders till briketter. Avloppslam torkas och briketteras och resterande avfallstyper torkas, krossas och pelleteras. 3.2 Förgasning Det färdiga bränslet transporteras via transportband till lagringsmagasin vid förgasarna. Därefter matas bränslet in i de trycksatta reaktorerna och förgasas motströms med syre och ånga. Förgasningen ger en rågas med huvudkomponenterna H 2 (vätgas), CO (kolmonoxid), CO 2 (koldioxid) och CH 4 (metan). De efterföljande processtegen störtkylning, värmeåtervinning med ångproduktion och kondensering separerar medryckta partiklar, återvinner latent värme och kyler gasen till 30 o C. Flytande bränslen transporteras via bilar till speciella tankar där en första analys görs av materialet för klassificering. Från tankarna transporteras sedan bränslet via pipelines till medströmsförgasarna för konvertering till syntesgas. 3.3 Gasrening Syntesgasen från fastbäddsförgasarna går från lågtemperaturskrubbning där viss anpassning sker i gassammansättning över till en till en Rectisolprocess där gasen kyls ner till -60 o C och renas med metanol i en trestegsskrubber. Därmed kondenseras ut resterande vatten och lätta kolväten. Metanolen tvättar också bort CO 2 (koldioxid), H 2 S (divätesulfid) och COS (karbonylsulfid) samt andra organiska svavel- och kväveföreningar. 3.4 Metanolproduktion Den renade gasen förs vidare till en multistegs gasrening och en metanolsyntesprocess bestående av en metanolsyntesreaktor med återcirkulerande gaskomprimering, trestegs destillation och efterföljande lagring. Metanolreaktorn arbetar vid bar och vid en temperatur om 250 o C. Produktionen har sedan 1997 stigit från omkring ton/år till över med planer på en utbyggnad för en närliggande produktionshöjning av ton/år. Dessutom ska utbyggnaden i ett tredje investeringssteg av anläggningen med ny generation förgasare kunna öka produktionskapaciteten flera gånger, vilket kan komma realiseras inom närmsta tio åren. Förutsättningarna är baserade på att mer avfall ska kunna tas emot från ett större område.

69 BILAGA 3.5 Kraft- och ångproduktion För att tillgodose delprocessernas behov av ånga samt el i anläggningen produceras ånga i tre tryckkokare, varav största delen, 240 t/h, produceras i en avgaspanna i en kombicykelanläggning. Kombicykelanläggningen består av en PG 6551 B gasturbin (45 MW el) och en kondenserande ångturbin (31 MW el) med en avgaspanna om maximal effekt 215 MW. Elproduktionen uppgår årligen till cirka 340 GWh. För att kunna bli nettoproducent av el tas ren syntesgas upp till Nm 3 /h med ett värmevärde av MJ/Nm 3 från gasproduktionen förbi metanolanläggningen för mer kraft- och ångproduktion. Vidare används den överskottsgas upp till Nm 3 /h med ett värmevärde av 17 MJ/Nm 3 som inte kan generera mer metanol i metanolprocessen till kombianläggningen för mer kraft- och ångproduktion. 4. Produktspecifikation SVZ Schwarze Pumpe anläggningen är kvalitetsäkrad efter DIN EN ISO 9002 och den producerade metanolen håller samma klass som övrig metanol handlad som bulkkemikalie över hela världen för alla dess applikationer. Idag säljs cirka 75% av den metanol som produceras för vidare kemikalieproduktion och resterande 25% för MTBE. 5. Leverans av drivmedel Metanol levereras idag på kontrakt till kunder och prissätts mot gällande världsmarknadspris på råvarumarknaden i Rotterdam. Under andra kvartalet 2001 låg priset, FOB, på 255/tonne. SVZ kan idag garantera framtida leverans 2003 och framåt om minst ton/år av ren metanol till ett flottförsöksprojekt i Trollhättan. För att säkra en framtida leverans bör ett Letter of Intent skrivas mellan båda parter och förhandlingar ske över deras standardkontrakt mot kund. Då råvarubränslet till metanolanläggningen baseras på trä- och hushållsavfall, oljor samt brunkol är graden av förnybarhet på metanolen mer svårdefinierad, dock är själva metanolprodukten densamma oavsett råvara den är baserad på. 6. Kontaktinformation Sekundärrohstoff-VerwertungsZentrum Schwarze Pumpe GmbH Südstraße Spreetal / Spreewitz Tel.: Fax: Hemsida Thomas Obermaier, Lutz Picard, Dipl. -oec., Verkställande direktör Tekniskt processansvarig Tel.: Tel.: Mob Fax: Fax: E-post <[email protected]> E-post <[email protected]>

70 BILAGA Teknisk beskrivning Allmänt Plats Schwarze Pumpe, Saxen, Tyskland Ägare SVZ GmbH Produktion El, netto 340 GWh, MW Metanol ton/år Gips ton/år Teknologi Bränsleberedning: Fast, flytande och slurryavfall -Kapacitet (förgasare med fast bädd): ton/år industriellt avfall, ton/år kommunalt avfall, ton/år industriellt plastavfall, ton/år torkat avloppsslam ton/år kontaminerat trä, ton/år andra fasta sopor, ton/år kol -Kapacitet (medströms-förgasare): ton/år restoljor, tjäror, lösningsmedel och laboratoriekemikalier, ton/år slurry Luftseparation: AGA, oxygen m 3 /h Förgasare: 7 fastbädds- och 2 medströmsförgasare samt en slaggande förgasare med störtkylare "quench" -Tryck/temperatur Fast bädd: 25 bar/ o C Medströms: 25 bar/ o C Slaggande: 25 bar/1600 o C -Syntesgas, LHV MJ/Nm 3 -Restgas, LHV 17 MJ/Nm 3 Gasrening: Rectisol 95% och avsvavling med gipsproduktion 5% av gasen. Gasturbin: General Electric PG 6551B, 1 x 45 MW Ångturbin: 1 x 31 MW Metanolsyntes: Multistegsrening med cirkulerande gaskompression och trestegsdestillering -Tryck/temperatur bar/250 o C -Kapacitet 21 m 3 /h, ton/år Prestanda LHV verkningsgrad 45.3% Tillgänglighet 80-90% Status Projektstart 1991 Storskaliga tester Drift av befintlig anläggning 1995 Till- och ombyggnad Kommersiell drift (steg 1) juli 1997 Tillbyggnad (steg 2) Kommersiell drift (steg 2) 1999

71

72 Forskning och innovation för hållbar tillväxt VINNOVAs uppgift är att främja hållbar tillväxt för näringsliv, samhälle och arbetsliv genom finansiering av behovsmotiverad forskning och utveckling av effektiva innovationssystem. VINNOVA, Stockholm Besöksadress: Mäster Samuelsgatan 56 Tel vx ; fax