Optimering av drivmedelsimport för försörjning av Sveriges transportsektor

Transkript

1 Optimering av drivmedelsimport för försörjning av Sveriges transportsektor Jonas Eskilsson Emma Olsson Projektuppgift inom kursen Simulering och optimering av energisystem D Handledare: Lars Bäckström 1

2 Inledning Av Sveriges totala slutliga energianvändning utgör transportsektorn ca 25 %. År 2005 motsvarade detta 101 TWh. Av dessa var 98 % producerade från råolja. 1 En successiv omställning av energianvändningen sker kontinuerligt. Bostadssektorn har övergått till el och fjärrvärme som viktigaste energislag och industrin använder till största delen el och biobränslen. Däremot domineras transportsektorns energianvändning fortfarande helt av oljeprodukter. Den totala användningen av biobränslen, torv och avfall uppgick år 2005 till 112 TWh. Av dessa använde transportsektorn endast 1,7 TWh. 1 I Sverige finns en god potential för produktion av drivmedel från skogsråvara, framförallt genom forskning på förgasning av biomassa, etanolframställning från cellulosa samt tillvaratagande av biprodukter från massaindustrin. Men dessa satsningar ligger på framtiden och dagens totala inhemska produktion utgör endast mindre än en halv procent (0,34 %) av transportsektorns behov. Resten måste importeras. I december 2005 tillsatte regeringen Kommissionen mot oljeberoendet. Till år 2020 har oljekommissionen satt som mål att transportsektorn ska minska sin oljeanvändning med 40-50%. 1 Men lösningen på problemet är inte entydig. De fossila bränslena kommer inte att kunna ersättas av endast ett enda förnyelsebart drivmedel, utan en blandning av flera olika drivmedelsslag kommer att behövas. Åsikterna om olika slutprodukter och framställningssätts olika fördelar och konkurrenskraft är många, och bilden av hur mixen av drivmedel ska se ut komplicerad. Denna optimeringsuppgift syftar till att ge ett förslag till hur dagens import av drivmedel skulle kunna se ut. Problemformulering Genom att betrakta produktionskostnader och koldioxidutsläpp ur ett livscykelperspektiv för ett antal olika drivmedel syftar denna studie till en ekonomisk optimering av Sveriges drivmedelsimport under förutsättning att de totala koldioxidutsläppen inte får överstiga ett givet värde

3 Förutsättningar Eftersom svenska staten kan styra hur skatt och tull på drivmedel ska regleras så har den en viktig roll att spela för att främja en miljömässigt god utveckling inom transportsektorn. Av denna anledning baserar sig den här studien på produktionskostnader istället för ett försäljningspris där skatter, tull och transport är inkluderat. Tanken i denna förenklade modell är att staten utifrån resultatet av studien ska bedöma vilka bränslen som ska främjas och genom tull och skatter reglera detta. Alla prisuppgifter grundas på en dollarkurs på 6,17$/SEK 2. För att kunna utnyttja dagens infrastruktur och distributionsnät har i första hand drivmedel som är kompatibla med dessa betraktats. Kravet på de aktuella bränslena blir således att de ska vara flytande och kunna användas i befintliga motorer som finns på marknaden. I dagsläget antas att fördelningen mellan bensin och dieselmotorer är cirka 70/30. De utsläpp som är angivna i modellen är så kallad Well-to-Wheel, d.v.s. nettoutsläpp av växthusgaser för hela livscykeln från produktion till förbränning för respektive drivmedel. Exempelvis så kan man genom att tillverka etanol i Brasilien nå en reduktion på 92% av koldioxidutsläppen jämfört med om de fossila bränslen som använts vid tillverkningen skulle ha eldats direkt. För beräkning av nettoutsläppet av koldioxid för etanol producerad i Brasilien har det antagits att de fossila bränslen som används vid tillverkningen producerar 2,5 kgco2/ kg bränsle. Hur stor tillgång till de producerade mängder förnyelsebara drivmedel Sverige har bestäms av hur mycket man är villig att betala. I denna modell har Sverige tillgång till 8 % 3 av Brasiliens totala producerade mängd etanol, och ett antagande görs att 5 % av drivmedel producerade inom EU och 1 % av den totala produktionen i USA finns tillgänglig. Det behov som skall täckas i modellen baseras på transportssektorns totala energianvändning 4 med avdrag för energiinnehållet i den svenskproducerade etanolen som år 2005 uppgick till 101 TWh. Med ett energiinnehåll på 8700 Wh/l 3 motsvarar detta ca 11,6 *10 9 liter bensin. Den maximalt tillåtna mängden CO 2 utsläpp utgår från ett antagande att hela behovet skulle täckas med 70 % bensin och 30 % diesel. Detta motsvarar 32,8 *10 9 kg CO 2. Utifrån detta kan optimering köras för olika halter på reduktion av utsläppen. Utbyggd modell Då flera nya bränslen så som exempelvis cellulosabaserad etanol och FT-diesel är under utveckling, och får anses kunna utgöra ett miljömässigt mycket gott alternativ inom 10år, skulle det vara av stort intresse att undersöka vilka kostnadsnivåer som krävs för att dessa ska kunna konkurrera med nuvarande drivmedel. Produktionskostnaderna för dessa nya drivmedel kommer under lång tid vara högre än för konventionella mer utvecklade metoder och anläggningar. För att ge dessa bränsleslag konkurrenskraft genom sina låga koldioxidutsläpp

4 används i denna modell en kostnad i kronor per nettoutsläpp av koldioxid. Kostnaden utgår från priser på utsläppsrätter i den internationella utsläppshandeln, i dagsläget 250 kr/ton CO 2 5. Denna kostnad varieras sedan för att hitta brytpunkter där det blir ekonomiskt mer lönsamt att använda cellulosabaserad etanol respektive FT-diesel. Då dessa bränslen är baserade på förnyelsebar råvara och i princip bara använder biobränslen vid produktionen kan de vid en kombination med elproduktion ge ett negativt nettoutsläpp av koldioxid. Resultat Fall 1: 10% reduktion av utsläpp För att åstadkomma en reduktion av utsläppen med 10 % kommer alla för Sverige tillgängliga drivmedel från förnyelsebara källor behöva användas. Utöver detta krävs en blandning av bensin och diesel för att täcka energibehovet (8,7*10 9 liter bensin och 1,6*10 9 bensin ekvivalenta liter diesel). Den totala kostnaden för denna mix blir 36,6 miljarder kronor. Fall 2: 2% reduktion av utsläpp En reduktion med 2% används för att demonstrera dagens fördelning med ett 98%-igt beroende av olja inom transportsektorn. Genom att importera all tillgänglig etanol från Brasilien, som är en billig form av energi, sker en så stor reduktion av koldioxidutsläppen att endast priset kommer att avgöra importen av övriga drivmedel. Billigast är biodiesel från avfall följt av fossil diesel vilket fyller upp det resterande behovet av diesel. Bränslebehovet till bensinmotorer tillgodoses genom import av all tillgänglig etanol från USA följt av vanlig bensin. Totalt blir kostnaden 35,8 miljarder kronor. Modell 2: Framtida drivmedel Med fasta produktionspriser varierades kostnaden för utsläpp av koldioxid från 250 till 900 kr/ton CO 2 för att tvinga simuleringen att använda de framtida drivmedelsslagen. Här används således ingen maxgräns på koldioxidutsläppen utan marknadsekonomins principer tillämpas istället. Figur 1 visar hur importmängden av de olika bränsleslagen ska regleras för att minimera kostnaden

5 Import (log liter) 9,5 Import av olika bränsleslag för olika utsläppspris 7,5 5,5 3,5 1,5 Bensin Diesel Etanol EU Etanol USA Etanol Brasilien Biodiesel EU Biodiesel USA Biodiesel avfall EU FT-diesel Etanol från cellulosa -0, Utsläppspris (kr/ton CO2) Figur 1: Kostnadsoptimering av drivmedelsimport som funktion av utsläppspris. Då skillnaden i mängden av olika bränslen är mycket stora så ger figur 1 inte en bra uppfattning om variationerna i mängd för ett enstaka bränsle och därför hänvisas till bilaga 1 för tabellvärden. Vid simulering ses tydliga brytpunkter där mängden bensin jämfört med fall 2 ovan i första hand ersätts med etanol från cellulosa vid ett utsläppspris på 500 kr/ton CO 2. Värt att notera är att ingen etanol från EU importeras oavsett utsläppspriser och vid 750 kr/ton CO 2 upphör etanolimporten från USA för att ersättas med cellulosaetanol. Dieselimporten är lite mer intressant där biodiesel från USA och EU blir lönsamt att importera vid ett utsläppspris på 500 kr/tonco 2 resp. 600 kr/tonco 2. Först vid ett pris på 900 kr/ton CO 2 blir det lönsamt att producera FT-diesel men den enorma reduktion av koldioxidutsläpp detta medför (se figur 2) kan i framtiden göra bränslet mycket attraktivt trots den höga produktionskostnaden. 5

6 Totalt koldioxidutsläpp som funktion av utsläppspris Utsläpp (kg CO2) Utsläppspris (kr/ton CO2) med förnyelsebart bensin/diesel=70/30 Figur 2: Totalt utsläpp av koldioxid för olika priser på utsläpp. Den totala kostnaden för importen är direkt proportionell till utsläppspriset och minskar givetvis med tillgång till förnyelsebara bränslen jämfört med om endast fossila bränslen skulle användas. Figur 3 illustrerar sambandet. Totalkostnad som funktion av utsläppspris Totalkostnad (kr) Utsläppspris (kr/ton CO2) med tillgång till förnyelsebart utan förnyelsebart Figur 3: Total produktionskostnad för import av drivmedel beroende på utsläppspris. 6

7 Diskussion Den utförda studien syftar endast till att ur en ekonomisk synvinkel minska de svenska koldioxidutsläppen genom reglering av importen av olika drivmedel. För att bilda sig en uppfattning om andra viktiga aspekter som arbetsförhållanden och barnarbete fodras stor eftertänksamhet vid beaktandet av hur produktionen av de olika bränslena går till. Exempelvis finns ett dussintal artiklar 6 om problemen med Brasiliens etanolproduktion publicerade. Vid en kraftigt ökad efterfrågan på etanol finns risk för skövling av regnskog för att bereda mark att odla på och förbränning av restprodukten bagasse ute på fältet (vilket idag är förbjudet då det skapar ohälsosamma arbetsförhållanden och dessutom är en bra råvara inom pappersindustrin). Värt att reflektera över är de höga koldioxidutsläppen som etanolproduktion i EU och USA medför. Då USA efter Brasilien är världens näst största producent av etanol är detta speciellt anmärkningsvärt. Det finns studier av exempelvis Piementel 7 som till och med menar att mer fossil energi går åt vid produktionen av etanolen än den energi man får ut vid förbränningen. Troligtvis är så inte fallet men det är klart betydelsefullt för miljön var och hur etanolen tillverkas. En av de största anledningarna till de höga utsläppen är att man i Europa inte eldar restprodukten för att tillföra den nödvändiga energin till etanolprocessen. Istället används fossilt bränsle och resterna av spannmålen används för att producera djurfoder 7. Transporten av drivmedel utgör bara en mycket liten del av de totala utsläppen 7 och det skulle vara intressant att undersöka potentialen för att investera i ökad produktion av etanol i tredje världen. Genom att investera en del av de pengar som idag går till etanolproduktion inom EU i dessa områden finns dels goda möjligheter till miljömässigt god etanolproduktion och dels ett ypperligt tillfälle att återgälda lite av västvärldens utnyttjande av tredje världens resurser. Givetvis skulle ett sådant projekt behöva ske med noga uppföljande av arbetsförhållanden för att undvika många av Brasiliens problem. Eftersom priserna på de drivmedel i studien som i dagsläget är kommersiellt tillgängliga är fasta finns det vissa aspekter kring framtiden som kan vara värda att uppmärksammas. För många av framtidens bränslen med biomassa som råvara och dyra produktionstekniker gäller att en ökad efterfrågan och därmed produktionsvolymer gör att produkterna kan säljas billigare. För dessa är troligtvis inte råvaran lika begränsande som för t.ex. etanol från spannmål. Faktum är att för flera av dagens förnyelsebara drivmedel är råmaterialet en bristvara där det ofta handlar om konkurrens mellan tillgänglig odlingsyta för bränslen som tillverkas av spannmål och livsmedelsindustrin. I fallet för RME finns ytterligare faktorer som kan göra att priset i framtiden snarare kan tänkas öka än minska. I dagsläget utgör nämligen intäkterna från biprodukten glycerin en relativt stor del av inkomsten. Vid en större produktionsvolym skulle sannolik glycerinmarknaden snabbt mättas och inkomsterna från denna ekonomiskt nödvändiga biprodukt minska 7. Som avslutning bör sägas att det naturligtvis inte är realistiskt att svenska staten med hjälp av skatter och tullar ska kunna reglerna precis vilka mängder drivmedel som importeras men studien visar trots detta på vad som bör eftersträvas. Huruvida detta står i konflikt med inhemsk sysselsättning och självförsörjande har i detta arbete inte studerats International Energy Agency, Biofuels for transportation 7