Åkerenergi & affärsmöjligheter för de gröna näringarna Biogasseminarium med workshop 13 april 2011, Stockholm Pål Börjesson Miljö- och energisystem Lunds Tekniska Högskola
Bioenergianvändning i Sverige 1970 - Bioenergy use 1970-200 Drivmedelsdirektiv! 140 120 CO2-skatt Elcertifikat +4 TWh/år? TWh 100 80 Oljekriser +2 TWh/år Y +3 TWh/år Biodrivmedel Bostäder 60 El i fjärrvärme 40 Fjärrvärme 20 Ind för elprod Ind minus lutar 0 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Lutar (Ref: SVEBIO, 2008)
Tre kategorier av samverkande faktorer 1) STRUKTUR - Stor skogsresurs, infrastruktur inom skogsnäringen, utbyggda fjärrvärmessystem etc.som möjliggör en snabb respons på 2) POLITISKA BESLUT Koldioxidskatt, investeringsstöd, elcertifikat etc.vilka kan verkställas av 3) AKTÖRER Skogsindustrier och skogsägare, fjärrvärmeföretag, kraftbolag, teknikföretag etc
Hur ser då framtiden ut? 1) STRUKTUR Fortsatt snabb utveckling (kraftvärme, fjärrvärme, energikombinat, pellets, drivmedel osv.) 2) POLITISKA BESLUT Snabb ökning (EU-direktiv 20/20/20, drivmedelsdirektiv, CO 2 -handel, global CO 2 - skatt? osv...) 3) AKTÖRER Fler och större (skogsbolag, energiföretag, oljebolag, jordbrukssektorn, bilindustri, riskkapitalbolag, teknikföretag, kemiindustri osv ) SA: Förutsättningarna är ännu bättre än historiskt + en snabbt ökande GLOBAL MARKNAD!
En Europeisk Bioekonomi 2030 Naturresurser Hälsa MAT PRODUKTER BIOEKONOMI Växthuseffekt Matsäkerhet Energisäkerhet ENERGI Hållbar produktion Socio-ekonomisk utveckling (Källa: White Paper EU Bio-Economy Technology Platforms)
Bioekonomi 2030 1) Säkerställa en tillräckligt hög tillförsel av livsmedel och bioenergi: utnyttja odlingsmarken optimalt samt öka produktiviteten, d v s sträva efter energi- och resurseffektiva odlingssystem och grödor som ger hög avkastning 2) Integrerade och hållbara produktionssystem och ekosystemtjänster: utveckla långsiktigt ekologiskt hållbara odlingssystem och ta tillvara multifunktionella möjligheter, d v s optimalt lokaliserade fleråriga odlingssystem för att minska lokal miljöpåverkan, fånggrödor i ettåriga system osv 3) Minimera avfall: recirkulera och återvinn, t ex värdefulla kemikalier i bioraffinaderier och energi i biogasanläggningar 4) Hållbar konsumtion: förändra mot en mer balanserad och hälsosam diet som också ger en liten miljöpåverkan, t ex nötkött från naturbetesmarker osv
Trenden är tydligt. Ökad förädlingsgrad till alltmer högvärdiga energibärare > värme (-1990-tal) > värme-el (-2000-tal) > värme-el-pellets (-2010-tal) > värme-el/pellets/drivmedel > värme-el/pellets/drivmedel/kemikalier >osv Volym (bulk) x förädlingsgrad (pris) är kritiska faktorer (talar för utveckling av bl a drivmedelsproduktion)
Förflyttad tyngdpunkt mot råvaruproduktion! Produktion av biomassa (Hållbarhetskriterier) Konvertering till energibärare (Effektivitet) Användning för energitjänst (Effektivitet)
Hållbarhetskriterier 1) Area- och energieffektivitet 2) Klimatnytta 3) Övergödning och vattenförorening 4) Biologisk mångfald & vattenresurser 5) Åker- och skogsmarksproduktivitet 6) Kostnadseffektivitet 7) Sociala aspekter (u-länder) 8) Rättvisa och ekonomisk utveckling (u-länder) 9) Etc..
Energiflöden i svensk växtodling idag Energiinsats Biobränslen Skörderester Livsmedels- & foderprodukter (Ref: SOU 2007:36) 0 10 20 30 40 50 TWh per år
Tillgång på restprodukter för energiändamål 10 8 Halm Blast Biogas (gödsel) TWh per år 6 4 2 0 Götaland Svealand Norrland Sverige (Ref: SOU 2007:36)
Gödselbaserad biogas för kraftvärme 1) Dagens investeringsstöd oftast inte tillräckligt (30%, max 1,8 milj.) trenden går mot något större anläggningar 2) För att nå lönsamhet krävs bra avsättning för värmen och att biogödseln värderas 3) Det finns tydliga positiva skaleffekter från en mindre gårdsanläggning till en större, därefter mindre effekter till gårdsnära anläggning (0,7 till 7 GWh biogas per år) 4) Ett stöd om 20 öre/kwh får stor positiv effekt för lönsamheten för gårdsbaserad biogas 5) Samrötning med t ex vall ger synergieffekter d v s bra med vallstöd, men då även i Götalands jordbruksbygder! (Ref: Bl a Lantz M. 2010. Gårdsbaserad och gårdsnära produktion av kraftvärme från biogas. Rapport 71, Miljö- och energisystem, LTH)
Procentuell fördelning av kostnader för biodrivmedel RME-raps Etanol-vete Biogas-restprod. Råvara Produktion Distribution mm Kostnadsläget 2006 genomsnittliga kostnader Intäkter för biprodukter ej med (-20% RME; -10% etanol) Restprodukter för biogas = 30 öre/kg ts
Ekonomisk hållbarhet Pris för brasiliansk etanol: - 70% på 25 år! (Ref: J. Goldemberg)
Svensk åkermarksanvändning 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Miljoner hektar Total åkermark 1990 Total åkermark 2009 Spannmål/vall/träda 1990 Spannmål/vall/träda 2005 Spannmål/vall/träda 2009 Biodrivmedel 2009 Överskottsareal-låg Överskottsareal-hög (5%) (10%) Ref. Jordbruksverket (2009); SCB (2009) bearbetad data (20%)
3 2,5 Möjlig odlingsareal av biobränslen dynamiska effekter i svenkt jordbruk* * Med oförändrad livsmedelsproduktion Miljoner hektar 2 1,5 1 0,5 Snabbväxande löv-/barrträd lämpligast? (15%) (25%) 0 Total åkermark Trädesmark "Överskott" av vall Förbättrad odling Tidigare åkermark Totalt-låg Totalt-hög Refs. Jordbruksverket (2009); SCB (2009) bearbetad data
Energibalans 50 Energiskörd / energiinsats 40 30 20 10 0 Salix Energigräs Spannmål Spannmål & halm Poppel Hybridasp Grangödslad (Ref. Börjesson & Tufvesson, 2009; SOU 2007 avser södra Götaland)
Potentiellt framtida behov av pellets inom EU-27 vid sameldning i kolkraftverk (10-20%) - el TWh pellets per år 250 200 150 100 50 0 Avsättning-Låg Avsättning- Hög Produktionskapacitet 2009 Teknisk potential Tillgängligt för import Källa: J. Hansson, Chalmers Europa & Nordamerika Sverige Sverige Teoretisk framtida kapacitet
Utvecklad processintegrering (Figur: O. Wallberg)
Biodrivmedels klimatprestanda* 100 (Baserat på systemutvidgning och exklusive halm) 75 50 25 0 Vete-etanol S.betor-etanol S.betor-biogas Raps-RME Vall-biogas Majs-biogas Vete-etanol&biogas Sockerrör-etanol Hush.avfall-biogas Ind.avfall-biogas Gödsel-biogas Besnin&diesel -25 Gram CO2-ekv / MJ drivmedel -50 65% reduktion (Ref: Börjesson m fl (2010). Livscykelanalys av svenska biodrivmedel. Rapport 70, Miljö- och Energisystem, Lunds Universitet)
Klimatnytta uttryckt per hektar åkermark* * Baserat på systemutvidgning och exklusive halm (Ref: Börjesson m fl, 2010)
Övergödning - biodrivmedel 500 Ogödslad vallträda referens g PO4-ekv. / GJ biodrivmedel 400 300 200 100 Miljöstöd till vallodling! Indirekt miljövinst av biprodukter 0 Vallbiogas Salixmetanol S.betorbiogas Majsbiogas Veteetanol Raps-RME (Ref. Börjesson & Tufvesson, 2009)
Resurseffektiv inhemsk biodrivmedelsproduktion 20 RME-raps Biogas-restprodukter Etanol-vete Drivmedel-energigrödor TWh per år 15 10 5 Jämförelse med dagens drivmedelsanvändning (Biprodukter som foder - ersätter importerat sojaprotein) 20 % 10 % 0 100 (3,5 %) 200 (7,0 %) 200 (7,0 %) 550 (20 %) 1000 hektare jordbruksmark (% av totala)
Effektiv biodrivmedelsanvändning Idag Framtid Relativ transportsträcka per mängd biomassa 300 200 100 0 Förbr.motor & biodrivmedel Elhybrid & biodrivmedel Plug-in hyb. & biodrivm.+el Elbil & bio-el (Ref: Bearbetad data från Åhman et al. 2009)
100 Andel biodrivmedel vs behov av drivmedel - Sverige 80 60 40 20 0 2009 I framtiden 1:a gen?? 2:a gen (skogsråvara) Bensin & diesel - dagens bilar Biodrivmedel Behov - hybridbilar, elbilar osv Biodrivmedel TWh per år
Framtida affärsmöjligheter + Marknaden för bioråvara kommer att vara omättlig! + Vi har mycket goda förutsättningar att producera hållbar bioenergi i Sverige (uppfylla miljö- & socioekonomiska kriterier = helt avgörande)! + Vår utvecklade infrastruktur medför möjligheter till effektiv förädling, t ex i energikombinat och bioraffinaderier något högre råvarukostnader jmf med andra världsdelar kompenseras med resurseffektiv förädling! - Lönsamheten är dock ofta begränsad idag och skarpare styrmedel krävs; etablerad teknik = ökad skatt på fossila bränslen, ny teknik = dessutom investerings- och produktionsstöd för att få igång marknaden! - Riskspridningen måste bli bättre där jordbrukarens risk minskar jordbrukaren tar odlingsrisken och energiföretagen tar prisrisken (t ex långsiktiga kontrakt jmf vindkraft)! - Vi måste bygga fler pilot- och demonstrationsanläggningar av olika slag, d v s öka nyfikenhet och kunskapsnivån, samt utveckla nya samarbeten med för branschen nya aktörer (jordbruksföret., energibolag, kemiföret., kunskapsföret ) bli mer proaktiv!