Arne Jernelöv. Biobränslen ett systemanalytiskt perspektiv

Arne Jernelöv Biobränslen ett systemanalytiskt perspektiv

Redigering och produktion Leif Åberg Layout Lena Wennerstén Illustrationer & Grafisk form Foto Kenneth H. Thomas/Photoresearchers IBL Tryck Federativ Tryckeri AB, Stockholm 2008 Institutet för Framtidsstudier Box 591, 101 31 Stockholm Tel: 08-402 12 00, Fax: 08-24 50 14 E-post: info@framtidsstudier.se Hemsida: www.framtidsstudier.se ISBN 978-91-85619-33-7

Arne Jernelöv Biobränslen ett systemanalytiskt perspektiv

INNEHÅLL Förord 5 Inledning 7 Vad är biobränslen och hur mycket finns? 8 Något om systemanalys 10 Etanol löser det eller skapar det problem? 12 Från druvor och vin 12 Brasilianska erfarenheter 15 Etanol från majs 18 Etanol från vete 21 Varför inte sockerbetor? 23 Andra stärkelserika grödor 24 Etanol från cellulosa 24 Etanol som motorbränsle en kommentar 25 Biodiesel är inte entydigt grönt 26 Vad är biodiesel? 26 Rapsdiesel 27 Sojadiesel 28 Solrosdiesel 29 Majsdiesel 30 Andra tänkbara oljeväxter 30 Palmdiesel 30 Biodiesel från olivolja 33 Alger som oljeproducenter 33 Hur vore det med annan alkohol? 34 Metanol 34 Väte som fordonsbränsle 36 Kolkretslopp i energisystemet? 37 Med biomassa som insats 39 Gengas 39 Biomassa från skog 40 Nya systemgränser och överraskande resultat 41 Torv som biomassa 41 Hur används biomassa bäst? 43 Om man vill minska atmosfärens halt av koldioxid 43

Förord Biobränslen är ett ämne som har beröring med flera stora framtidsfrågor. I spåren av våra ökade kunskaper om hur människan påverkar klimatet har biobränslen setts som en möjlighet att minska utsläppen av växthusgaser. Men hur stora är dessa vinster? Det var bakgrunden till att Institutet för Framtidsstudier gav professor Arne Jernelöv uppdraget att skriva en rapport på temat. Sedan uppdraget formulerades har framtiden så att säga förändrats. Under 2008 har debatten om biobränslen fått en ny dimension i skuggan av de mycket kraftigt ökande livsmedelspriserna, och stora frågetecken har rests kring den ökande användningen av jordbruksmark för att odla bränslen. För att kunna diskutera hot och möjligheter med biobränslen på en mer upplyst grund behöver vi ha fakta. Vi hoppas att Arne Jernelövs rapport ska stimulera debatten men också påverka beslutsfattandet i en rationell riktning. Joakim Palme Vd, Institutet för Framtidsstudier

Inledning Denna skrift koncentreras på två frågor: Vilken energivinst kan man göra, eller inte göra, genom att använda biodrivmedel framställda ur olika råvaror? Hur mycket går det i dessa fall att minska utsläppen av växthusgaser? Odling av grödor kräver energi för markberedning, sådd och skörd. Marken ska gödslas och framställning av kvävegödsel är särskilt energislukande. Den färdiga råvaran ska transporteras, omvandlas och transporteras igen. Om denna samlade energiinvestering utgör en stor del av biodrivmedlens energiinnehåll blir det en obetydlig energivinst och minskning av utsläppen av växthusgaser men kostnaden kan fortfarande vara hög. Framställning av biobränslen för användning inom transportsektorn kan även ha andra miljömässiga och ekonomiska konsekvenser. Dessa berörs mer översiktligt i skriften. En avgörande fråga är vad som omfattas av systemanalysen. Vad ska inkluderas, vad ska uteslutas från analysen? Med andra ord, hur ser systemavgränsningarna ut? I debatten cirkulerar helt olika siffror som får illustrera nyttan eller bristen på nytta med biodrivmedel gjorda på den ena eller den andra råvaran. Skillnaderna beror som regel på att analytiker gjort olika systemavgränsningar. BIOBRÄNSLEN 7

Stundom verkar det som att intresseorganisationer först bestämt vilket resultat de vill ha fram, och sedan har de stakat ut systemgränserna för att nå önskat resultat. Vad är biobränslen och hur mycket finns? Biobränslen är energirikt organiskt material som producerats av levande organismer. Avgränsningen mot fossila bränslen av organiskt ursprung är inte självklar, som exemplet torv illustrerar (faktaruta). Nyckelfrågor i sammanhanget är dels hur lång tid som förflutit sedan materialet befann sig i en levande organism, dels materialets förnyelsetakt. Hur mycket biobränsle som finns blir naturligtvis beroende av våra definitioner våra systemavgränsningar. Torv är växtrester, huvudsakligen från mossor och gräs, som ansamlats i fuktiga miljöer och som på grund av syrebrist brutits ner ofullständigt. Torv finns i alla delar av världen, men allra rikligast i det så kallade taigabältet i Ryssland, Kanada, USA (Alaska) och Norden. Den totala mängden torv i förekomster som är minst trettio centimeter djupa uppgår till cirka 400 gigaton. Värmevärdet för torr torv varierar beroende på typ av torv, men värdet är ungefär lika stort som för annan biomassa (och cirka en femtedel av dieseloljans värmevärde). I praktiken är torven i naturen nästan alltid våt och måste torkas. Frågan om torv ska klassas som biobränsle eller fossilt bränsle diskuteras längre fram i skriften (sid. 41 43). 8 BIOBRÄNSLEN

Den totala biomassan på jordens landyta uppgår till drygt 600 gigaton (miljarder ton). Biomassa är inom energitekniken material med biologiskt ursprung som utnyttjas för produktion av biobränslen. Fotosyntesen producerar varje år cirka 110 gigaton nytt material. Växternas respiration eller andning frigör 50 gigaton medan 60 gigaton tillförs marken via lövfällning, vissnande gräs eller fallande träd. Människans uttag uppgår till knappt 7 gigaton. Av detta används i sin tur cirka 0,7 gigaton som bränsle och genererar ungefär 50 exajoule (1 exajoule = 10 18 joule) energi. Marken själv innehåller knappt 1 600 gigaton kol, varav en del i form av torv, och av detta kol frigörs årligen knappt 60 gigaton genom så kallad markandning huvudsakligen bakteriers och svampars aktivitet. Uppskattningar av hur mycket biomassa människan potentiellt kan utnyttja som bränsle varierar avsevärt. Optimistiska antaganden om vad högteknologiskt jord- och skogsbruk förmår producera år 2050 visar en potential om högst 1 500 exajoule, vilket motsvarar cirka 20 gigaton kol i biomassan. Pessimistiska antaganden om ett extensivt jordbruk och fortsatt vanskötta skogar i större delen av världen; med högre siffror för befolkningstillväxt (som skapar större födobehov); samt hämmande vattenbrist ger knappast något utrymme alls för ytterligare användning av biobränslen. Studier mellan dessa ytterligheter pekar på att potentialen är kanske 650 exajoule (eller 8,5 gigaton biomassa räknat som kol). Den kan bestå av följande huvudkomponenter: 150 exajoule avfall (i dag outnyttjade växtdelar) från jordbruk 100 exajoule uttag från skog som är underutnyttjad i dag (främst ryska taigan) 400 exajoule odlad biomassa därav: 190 exajoule på nuvarande jordbruksmark 70 exajoule på torra marginaljordar med nya grödor, gräs och träd 140 exajoule förbättrade metoder fram till 2050 BIOBRÄNSLEN 9

I dag svarar biomassa för en tiondel av den globala energiförbrukningen på cirka 500 exajoule per år. Det är dock bara ungefär 10 exajoule som kommer från modern bioenergi. Resterande 40 exajoule är från bioenergi av traditionellt slag, som grenar och kvistar eller kodynga samt från cellulosaindustrins nyttjande av vedämne (lignin) i träet som källa för processenergi. Människans totala energiförbrukning väntas fördubblas fram till 2050 (och världens befolkning ökar med 40 procent). Bioenergi skulle i så fall kunna svara för huvuddelen av förbrukningen, visar uppskattningarna ovan. Knappast några bedömare tror dock att så blir fallet. Prognoserna talar i stället om en tioprocentig andel av vår totala energiförbrukning även i fortsättningen eller, som mest, en ökning till 20 procent. Något om systemanalys Systemanalys var ursprungligen en militär angelägenhet som hanterade frågor som hur olika typer av stridskrafter som infanteri, kavalleri och artilleri samverkade bäst på slagfälten. Det var, och är, också en speciell gren av matematiken. Systemanalys är en mångfasetterad vetenskap med få generella regler noga räknat två: 1) Utfallet av analysen bestäms i hög grad av hur systemet avgränsas. 2) Den mest kritiska delen i alla system är nästan alltid gränsen mellan deras subsystem. När ett systemanalytiskt angreppssätt appliceras på biobränslen blir det påfallande hur giltiga dessa två regler är. Systemanalys visar ofta, som i exemplet med biobränslen, att alternativen har för- och nackdelar som mäts i icke jämförbara storheter: till exempel meter som ställs mot kilo eller människors försörjning mot förlorad biologisk mångfald. I sådana fall går det 10 BIOBRÄNSLEN

inte att på logisk/vetenskaplig grund säga att den ena siffran är större eller viktigare än den andra. Många försök har gjorts att omvandla ojämförbara enheter i en enda, oftast monetär, enhet för att kunna urskilja vad som är bäst eller värst. Jag är själv skyldig till ett försök i den riktningen när jag 1992 lanserade begreppet miljöskuld. Tanken var att kostnaden för att backa utvecklingen, det vill säga återställa miljötillståndet till sitt läge före människans ingrepp, skulle vara den gemensamma enheten. Ordet miljöskuld (eller environmental debt) lever i hög grad kvar, men begreppet återställandekostnad används långt ifrån alltid. Ett annat försök att skapa jämförbarhet är begreppet ekologiskt fotavtryck. Här handlar det främst om resursförbrukning, och jämförelseenheten är yta. Hur många hektar behövs för att producera en viss nyttighet? När det gäller utsläpp av föroreningar kan konceptet med tvekan användas om man utgår från utspädning: Hur stor yta eller volym behövs för att en viss förorening ska kunna späs ut till ofarliga koncentrationer? Tills vidare är det kanske bättre att låta frågan om en meter är större eller mindre än ett kilo eller om människors svält och armod är värre än förlorad biologisk mångfald besvaras politiskt. BIOBRÄNSLEN 11

Etanol löser det eller skapar det problem? Från druvor och vin Sedan drygt ett decennium kör stadsbussar i Stockholm, Wien och många andra europeiska storstäder på etanol. Detta etanol kom från början om det inte var från petroleum från de stillerat rödvin. De stora vinländerna Frankrike, Spanien och Italien sedan 1970-talet hade nämligen haft en överproduktion av främst rött vin som inte fann någon marknad. Förutom det i Sverige mer uppmärksammade smörberget genererade det europeiska systemet för jordbrukssubventioner ett vinhav. Lösningen på problemet blev att destillera vinet och göra om det till motoralkohol. Låt oss analysera detta beslut utifrån ekonomiska och energimässiga utgångspunkter, och med en angränsning av systemet som gör att det startar med vinhavet! Vinet klassas som avfall som det kostar att lagra och kostar att göra sig kvitt, och om man häller ut vinet skulle det skapa påtagliga miljökonsekvenser. Kostnaden för att konvertera från vin till etanol är klart lägre än den alternativa kostnaden för bussarnas diesel, som etanolen 12 BIOBRÄNSLEN

oftast ersätter. Konverteringskostnaden består främst av utrustning och energi samt destillation och distribution av bränslet till tankställen. Etanolen blir 10 20 procent billigare även sedan hänsyn tagits till utbytes- och underhållskostnader för bussmotorer. På köpet får vi renare stadsluft och blir av med problemet hur vi ska göra oss kvitt överskottsvinet. En klar vinst alltså. Även energikalkylen blir gynnsam. Insatsen av energi av alla slag för att göra motoretanol av rödvinet och distribuera det uppgår till mellan 20 och 30 procent av etanolens eget energiinnehåll. Energivinsten blir med andra ord 70 80 procent. Låt oss nu flytta systemgränserna och vidga analysen! Att vinhavet försvinner och kommer till nytta innebär att det politiska trycket på att minska subventionerna till vinodlare lättar kraftigt. Subventionerna består följaktligen och utvidgas när nya vinodlarländer blir EU-medlemmar. Det finns därför skäl att göra nya analyser som inkluderar hela produktionen från att vinstockar planteras, via plockning av druvor och jäsning av vinet och fram till destillationen till motoralkohol och tankning av fordonen. En sådan ny analys visar att hela processen är en gigantisk Ebberöds bank, som helt saknar förutsättningar att bli lönsam. Kostnaden för att producera etanol blir mer än fem gånger så stor som värdet av den diesel som etanolen ersätter. Insatsen av (fossil) energi är mer än dubbelt så stor som etanolens energiinnehåll. En mer förlustbringande verksamhet får man leta efter. Miljövinsten med renare stadsluft består dock. Det går att vidga systemgränserna ytterligare. Att ersätta diesel drivna stadsbussar med etanoldrivna bussar gav värdefulla erfarenheter av etanoldrift i tunga fordon och kunskap om bland annat de materialtekniska anpassningar som behövs på grund av att etanol drar till sig vatten som i sammanhanget är korrosivt. Olja stöter däremot bort vatten. Annorlunda uttryckt: järn rostar i kontakt med etanol, som i praktiken alltid finns i vattenblandning eftersom etanol drar till sig fuktighet ur luf BIOBRÄNSLEN 13

ten, medan dieselolja ger rostskydd. Andra material måste alltså till i motorernas kritiska komponenter när man kör på etanol. En annan viktig erfarenhet var att några få centrala tankställen med stora volymer gav tillfälle att börja bygga ut distri butionssystemet för etanol. Utan ett sådant steg blir pro blemet om anpassningen av motorer ska komma före eller efter utbyggnaden av distributionssystemet lätt en fråga om hönan-eller-ägget något som skulle hota införandet av den nya teknologin. Jordbrukssubventioner i form av regionala stödpengar är ytterligare en aspekt som kan inkluderas i en utvidgad systemanalys. De flesta länder i Europa synes vara ense om att urbaniseringen bör bromsas och att avfolkningen av glesbygder ska motverkas. Ekonomiskt stöd till glesbygder är en standardåtgärd, och i Sydoch Mellaneuropas glesbefolkade regioner är vinodlingen en viktig sysselsättningsskapande näring. Stödet till vinbönder och vinindustri kan alltså ses som ett regionalstöd, och om stödet avskaffas eller minskas måste det ersättas av andra och minst lika kostnadskrävande former av regionalstöd. Beroende på vilka av de ovan uppräknade faktorerna som inkluderas, det vill säga hur systemet avgränsas och hur faktorerna värdesätts, blir resultatet av den ekonomiska analysen positivt eller negativt. Lobbyorganisationer och politiska företrädare för jordbruket och landsbygden väljer naturligtvis att lyfta fram studier där systemavgränsningarna och värderingarna leder fram till att åtgärder som gynnar deras folk också framstår som samhällsekonomiskt gynnsamma. Det går med andra ord att styra planerade studier genom att göra avgränsningar som med stor sannolikhet leder fram till vissa önskade resultat. Detta sägs givetvis inte rakt ut. I stället används ord som heltäckande, tids- och kostnadsbesparande eller fokuserad i studierna. 14 BIOBRÄNSLEN

Energianalysen av etanolproduktion från råvaran vin förblir dock starkt negativ även om man utvidgar systemet ytterligare. Endast det först nämnda minimala systemet (sid. 12 13) visar sig ge positivt resultat. Brasilianska erfarenheter Det är Brasilien som först och mest systematiskt satsat på etanol som motorbränsle. Redan på 1970-talet inleddes ett stort upplagt projekt för att ersätta importerad bensin och dieselolja med inhemskt producerad etanol från sockerrör. Det var ett politiskt beslut som genomdrevs av ett antal militära och civila regeringar, och som ålade bilister att använda etanol som drivmedel, ålade jordbrukare att odla sockerrör och industrin att göra etanol av sockret. Staten finansierade också teknologiska utvecklingsprojekt för att anpassa förbränningsmotorn till etanoldrift och för att skapa effektiva processer för etanolframställning ur sockerrör. Projekten kostade sammanlagt flera miljarder amerikanska dollar. Regeringen fick mycket kritik från den internationella olje- och bilindustrin men också från internationella kreditinstitut. Ett rent socialistiskt experiment som är dömt att misslyckas, var en vanlig åsikt. Det är förvisso sant att det inte var marknads ekonomi och privata intressenter som drev på projektet. Under lång tid var också kostnaden för etanol som drivmedel högre än bensinkostnaden skulle ha varit. Dock var etanolen inhemsk och den belastade inte Brasiliens betalningsbalans. Fram till slutet av 1990-talet gav regeringen betydande subventioner till sockerproducenterna och höll på så sätt etanolpriset vid pump konkurrenskraftigt. Det normala i dagens Brasilien är att personbilar kan växla mellan etanol- och bensindrift eller köra på en blandning av de två. Föraren kan alltså jämföra dagspriset och tanka det som för tillfället är billigast. BIOBRÄNSLEN 15

När oljepriset på världsmarknaden passerade R$ 50 per fat och bensinpriset före nationella skatter och avgifter 0,50 blev etanolproduktionen lönsam utan subventioner. Den gränsen nåddes för tio år sedan. Producentstödet avskaffades och det statliga regelverket för att styra fram etanol användning luckrades upp. I den nya ekonomiska situationen med stigande internationella priser på olja och bensin tog nu marknadskrafterna vid och drev på produktionen och användningen av etanol ytterligare. Länder som Japan och Sverige började importera brasiliansk etanol för att möta sina åtaganden om att begränsa koldioxidutsläppen enligt Kyotoprotokollet. Även flex-fuel cars har blivit en brasiliansk exportprodukt. Den brasilianska produktionen av etanol ökar starkt i dag och fortsätter förmodligen att göra så under många år framöver. Dels gör prisskillnaden jämfört med bensin och dieselolja att etanol väntas ta ännu större andelar av den inhemska marknaden, dels beräknas exporten fördubblas mellan 2005 och 2010 och fördubblas igen till 2015. För närvarande uppgår exportvärdet till drygt 1 miljard dollar om året. En ekonomisk analys skulle alltså kunna sammanfattas på följande sätt. Brasilianska regeringar gjorde långsiktiga investeringar under mer än tjugo år för att utveckla teknologier för etanolproduktion och etanol som motorbränsle, för att kraftigt utvidga odlingen av sockerrör, bygga anläggningar för etanolproduktion och 30 000 tankställen. Tack vare det starkt stigande internationella oljepriset och önskan att begränsa utsläppen av koldioxid har investeringen visat sig lönsam. Om vi utvidgar detta ekonomiska system, kan vi dessutom konstatera följande: även när kostnaderna för etanolsatsningen var högre än intäkterna så ersattes importerade drivmedel av inhemskt producerade. Det skapade 700 000 jobb och reducerade importbehovet med sammanlagt 50 miljarder dollar. En energianalys visar att energin som behövs för att producera etanol från sockerrör odlad på gängse sätt i Brasilien uppgår till 16 BIOBRÄNSLEN

15 20 procent av etanolens eget energiinnehåll. Energieffektiviteten i systemet är således god. Om systemgränserna vidgas till även andra miljöeffekter av etanolanvändning och etanolproduktion, framträder på plus sidan en viss men inte särskilt stor minskning av bilar nas utsläpp av avgaser. Detta till följd av 20 25 procent etanolinblandning i bensinen och med förbättrad luftkvalitet i städerna som bonus. Minusposterna är ganska stora. Bränning av sockerfälten i samband med skörden resulterar i omfattande lokala luftföroreningar. Utsläpp från sockerbruken förorenar vattendragen och gör dem syrefria, med allvarliga konsekvenser för fiskar och andra vattenlevande organismer. Restprodukten drank, som bildas när etanolen produceras, är enligt internationell definition ett miljöfarligt avfall som oftast bara dumpas på land eller i vatten. Anläggningarna för etanolproduktion är dessutom svåra luftförorenare klassiska skorstensfabriker som sveper in omgivningarna i tjock svart rök när restprodukten bagass förbränns. Samtidigt bidrar denna praxis starkt till systemets energieffektivitet. Systemet kan vidgas ytterligare och även inkludera arbetsmiljön för en betydande del av de 700 000 arbetarna inom etanolprogrammet. Sockerodling är ett mycket tungt säsongarbete med betydande risker för olyckor. Varje år får tusentals människor svåra skador och flertalet arbetare är fysiskt utslitna efter ett par decennier i yrket. En process är på gång med att mekanisera sockerrörsskörden och få bort de värsta olägenheterna. Detta kommer dock att få ett par oönskade följder. Antalet arbetstillfällen väntas minska trots kraftig produktionsökning. Vidare behöver skördemaskinerna drivmedel, vilket ökar energiinsatsen för att framställa etanol till cirka 25 procent av etanolens eget energi innehåll. Låt oss föra in faktorn markanvändning och utvidga det analyserade systemet ännu ett steg. Dagens sockerrörsodling i BIOBRÄNSLEN 17

Brasilien tar cirka 5 miljoner hektar i anspråk, vilket är drygt 1 procent av den odlingsbara marken. Kritiker pekar på risken att kraftigt ökande sockerrörsodlingar blir ett hot mot Amazonas. Myndigheterna framhåller att Brasilien har mycket stora arealer betesmark, bland annat på savannområdet som kallas Cerrado. Detta område täcker hela 21 procent av Brasiliens totala landyta. Redan 5 procent av dessa betesmarker räcker för de kommande tio årens förväntade ökning av etanolproduktionen, påpekar de. Dessutom är jordarna i Amazonas inte alls lämpade för att odla sockerrör. Faran för Amazonas och andra skogar skulle främst kunna uppkomma indirekt, genom att boskapsuppfödning och odling av sojabönor trängs undan av sockerrören och flyttar till det som i dag är urskog. Helhetsbilden av Brasiliens erfarenheter av sockerrörsproducerad etanol blir dock fortfarande ganska positiva även när analysen omfattar de nämnda utvidgade systemen. Etanol från majs USA är nu världens största producent av bioetanol. Råvaran är majs. För femton år sedan var produktionen obetydlig. År 2007 producerades nästan 30 miljarder liter bioetanol och enligt de Renewable Fuel Standards som kongressen antagit ska USA 2015 producera 70 miljarder liter etanol som fordonsbränsle. Liksom i Brasilien är introduktionen av etanol i USA ett politiskt projekt som bärs upp av omfattande subventioner i kombination med höga importtullar på brasiliansk etanol. Den stora och avgörande skillnaden mellan länderna ligger i rå varan: sockerrör kontra majs. Det finns en mängd beräkningar av kostnaden i dollar respektive energiåtgång för att producera etanol. Beräkningsmakarna gör delvis olika geografiskt betingade antaganden: hur mycket majs som produceras per ytenhet; hur mycket kvävegödsel som behövs; hur långa transportavstånd som gäller för insatsvaror 18 BIOBRÄNSLEN

re spektive majs till etanolfabrikerna; samt om fälten konstbevattnas. En annan delförklaring till de stora skillnaderna mellan beräkningar är att man har använt siffror från olika tidsperioder. Den allra viktigaste orsaken till skillnaderna är dock systemavgränsningarna vad som ingår i kalkylen. Intressenterna som utfört eller betalat för analyserna är naturligtvis väl medvetna om detta. En tidig ögonöppnare var en analys utförd av den ledande amerikanske agronomen David Pimentel vid Cornelluniversitetet. Han presenterade sin studie i början på 1990-talet och baserade den på underlag från 1980-talet. Pimentel räknade på följande sätt. På en acre (= mindre än ett halvt hektar) produceras cirka 3,5 ton majs. Av detta kan man framställa ungefär 1 500 liter etanol. För att plöja och harva marken, så utsädet, bespruta och bevattna plantorna samt skörda majsen åtgår 630 liter dieselolja, det vill säga fossilbränsle. För att sedan omvandla majs till etanol och koncentrera upp denna etanol går det åt ytterligare energi motsvarande cirka 700 liter dieselolja. För transport och anpassning av bensin så att den blir lämplig för inblandning av etanol behövs ännu mer energi. I slutändan är insatsen av diesel nästan lika stor som utbytet av etanol, menar Pimentel. Det som gör satsningen på bioetanol till en verklig Ebberöds bank ur energisynpunkt är att en liter dieselolja innehåller mycket mer energi än en liter etanol (35 36 megajoule per liter jämfört med 20 21). Även i ekonomiska termer blev kostnaden enligt Pimentels beräkningar minst 50 procent högre för etanol. Nyare beräkningar visar att om man systematiskt använder lite mer gynnsamma siffror till exempel en skörd av 4 ton majs per acre i stället för 3,5 ton, samt 10 procent lägre förbrukning av kvävegödsel får man en mindre ofördelaktig balans. Vik tiga tekniska förbättringar har de senaste tio åren gjorts i pro cesserna för produktion och uppkoncentration av etanol. Rimliga siffror med den ovan använda systemavgränsningen säger därför att insatsen av energi för att producera etanol som motor BIOBRÄNSLEN 19

bränsle i dag uppgår till mellan 85 och 110 procent av dess eget energiinnehåll. Kostnaden för detta nollsummespel bestod 2006 av subventioner till majsodlare på 0,9 miljarder dollar och till etanolproducenter på 2,5 miljarder dollar. Dessutom fanns en hög importtull på brasiliansk etanol. Varken förespråkarna för amerikansk majsbaserad etanoltillverkning eller deras motståndare är dock numera nöjda med dessa bassiffror. Förespråkarna vill i energibalansen räkna in dels djurfodret DDGS (distillers dried grains with solubles) som är en biprodukt vid etanolframställningen, dels energiinnehållet i majsolja som ibland pressas ut först. De vill dessutom tillgodoräkna sig energiinnehållet i blast som inte utnyttjas i dag men som efter teknikutveckling i framtiden kan ge etanol även från majsplantans cellulosa. Med denna utvidgning av systemet blir den vunna energin dubbelt så stor som den insatta energin, menar förespråkarna. Motståndarna mot majsetanol accepterar inte förespråkarnas systemutvidgning, men vill ha en annan utvidgning på kostnadssidan. Förra året gick 20 procent av USA:s majsskörd till etanolproduktion. För fem år sedan var det 3 procent. Enligt regeringens planer kommer etanolproduktionen 2017 att kräva hela den nuvarande majsskörden, och 24 procent av fordonens bränsle ska vara biodrivmedel. Ett resultat av bland annat denna ökade efterfrågan är att majspriset stigit med 80 procent det senaste året och när ökade arealer används för majsproduktion drar detta med sig övriga jordbrukspriser. Motståndarna anser alltså att majsetanolens bidrag till de ökade livsmedelspriserna bör räknas in i kostnaderna för bioetanolprojektet. Förespråkarna är naturligtvis emot sådana resonemang. En annan diskussion rör effekten på markens näringsstatus av att odla en enda gröda. Bör detta inkluderas i kalkylen och hur ska man i så fall räkna? Det är en allmän regel att jordar utarmas 20 BIOBRÄNSLEN

mer, det vill säga fordrar mer tillförd näring, om en och samma gröda odlas skörd efter skörd. Dessutom ökar risken för att skadedjur och sjukdomar finns kvar i jorden från en växtsäsong till nästa. Därför tillämpas växelbruk på de flesta håll. I USA växlar jordbrukare ofta mellan majs och soja, och då behövs mindre kvävegödsel till majsen. Om majsskördarna ska öka radikalt för att tillgodose efterfrågan på etanolbränsle måste man frångå växelbruket och odla majs flera säsonger i sträck. Ska kostnaden och energin för den ökade gödslingen belasta etanolproduktionen eller ska man tillgodoräkna sojaodlingen en kvävebonus? Eller ligger effekterna på jordarnas näringsstatus utanför etanolsystemet som ska analyseras? Femdubblingen av etanolproduktionen från majs inom ett decennium som USA:s kongress beslutat om kommer inte att bli ekonomiskt lönsam, eftersom insatsen av fossilbränsle är så stor. Den förblir olönsam oberoende av hur oljepriset utvecklas. Endast teknik som gör det möjligt att i stor skala producera etanol från cellulosa skulle kunna ändra på detta. Detsamma gäller energibalansen. Ny teknik är det enda som kan göra majsba serad etanol någorlunda energieffektiv. Men i ett sådant perspektiv finns såväl konkurerande produkter (som metanol) som konkurrerande cellulosaråvaror (främst trä). Mer om detta senare. Etanol från vete EU har satsat på vete som råvara för etanolproduktion. I övrigt finns stora likheter med USA, både mellan de tekniska processerna för omvandlingen till etanol och de politiska processerna som ledde fram till dessa former av jordbrukssubvention under täckmantel av klimatskydd och energioberoende. En specifik jämförelse mellan majs och vete för etanolproduktion utfaller dock marginellt till vetets fördel. Visserligen är de amerikanska majsskördarna större per hektar än de europeiska veteskördarna, men detta sker till priset av högre insatser BIOBRÄNSLEN 21

av kvävegödsel. Kostnadsmässigt blir veteetanolen lite men inte mycket billigare, och det beror bland annat på mindre åtgång av det dyra enzym som används för att omvandla råvarans stärkelse till socker före jäsning. Den största skillnaden ligger dock i energibalansen: den är positiv för veteetanol, med insatser som motsvarar 55 80 procent av slutproduktens energiinnehåll. Givetvis diskuteras systemgränserna även för etanolproduktion från vete. Låt oss ta etanolfabriken i Norrköping som exempel. Av energiinnehållet i vetet blir 40 procent etanol, 30 procent foderråvara och 30 procent spillvärme. Ska foderråvaran och spillvärmen räknas etanolproduktionen tillgodo i energikalkylen? Och ska det i så fall göras vare sig de utnyttjas eller inte? Även på kostnadssidan finns samma debatt i Europa som i USA. Ska prisökningen på vete som livsmedel i den mån denna ökning beror på att vete används för etanolproduktion belasta veteetanol i den ekonomiska kalkylen? EU:s politiska mål för biodrivmedel är lite lägre än de högt satta amerikanska målen 5,75 procent av marknaden år 2010 och 10 procent 2020. Till skillnad från USA har EU dock kravet att bränsle för fordon ska ha 35 procent lägre koldioxidutsläpp än bensin för att få kallas biobränsle. Koldioxidutsläppen motsvarar ungefär energieffektiviteten, vilket innebär att mängden insatt energi inte ska vara högre än 65 procent av etanolens. Med det beräkningssätt (de systemavgränsningar) EU använder klarar etanol från vete denna gräns, medan majsetanol inte gör det. En viktig begränsning vad gäller möjligheterna att producera vetebaserad etanol i Europa är de tillgängliga åkerarealerna. En liter etanol kan produceras av 2,65 kilo vete, och den genomsnittliga avkastningen i Sverige och Europa ligger vid 6 ton vete per hektar. Att ersätta Sveriges nuvarande bensinförbrukning med etanol skulle kräva 7 miljoner hektar åker. Sverige har i praktiken 2,7 miljoner hektar, varav 1,2 miljoner för närvarande används för spannmålsproduktion. 22 BIOBRÄNSLEN

Alltså skulle vi behöva nästan tre gånger så stor åkerareal som vi har och dessutom inte odla något annat än vete. Siffrorna blir ungefär likadana för EU som helhet, och inte stort annorlunda för majsetanol i USA. Varför inte sockerbetor? Att tillverka etanol från sockerbetor är lika enkelt som från sockerrör. Sockret kan jäsas direkt utan den behandling med enzymer som stärkelse behöver, och efter jäsning är det främst destillation som behövs för att få nästan ren etanol. Länge ansågs detta dock ekonomiskt helt orealistiskt eftersom betorna var så efterfrågade för sockerproduktion. Ett konst lat högt sockerpris upprätthölls genom att begränsa importen av rörsocker. Höga tullar och subventioner till odlare och sockerbruk var andra medel för att skapa en hög självförsörjningsgrad på socker. När EU sent omsider beslöt att minska subventionerna och självförsörjningsgraden, samtidigt som oljepriset stigit och miljöargumenten till förmån för etanol fått politiskt genom slag, började försök med sockerbetsetanol komma igång. Växtförädlingsföretag tycker sig i dag se en marknad för etanol baserad på betsocker och har påbörjat förädlingsarbete med dubbla mål i sikte: att sänka kostnaderna och höja avkastningen. Men avkastningen av sockerbetor är redan ganska hög 55 till 80 ton per hektar. Eftersom 10 kilo betor ger ungefär 1 liter etanol, blir mängden etanol som kan erhållas per hektar åker dubbelt så stor som från vete. Ett betydande problem är dock sockerbetornas dåliga hållbarhet som gör att betor som råvara för processindustri bara finns en kort tid på året. Detta är en faktor som gör sockerbetsetanol dyr. Höga transportkostnader är en annan fördyrande faktor. En energianalys ger vid handen att energin som går åt för etanolproduktion från sockerbetor uppgår till 50 70 procent BIOBRÄNSLEN 23

av etanolens energiinnehåll. Koldioxidbalansen jämfört med bensin visar ungefär samma siffror om vi kalkylerar med utgångspunkt från den energimix som dagens svenska elsystem har: huvudsakligen vattenkraft och kärnkraft. Om man i stället utgår från att det på marginalen är kolkraft som står för de stillationsenergin, blir vinsten obetydlig. Andra stärkelserika grödor För femtio år sedan framställdes en betydande del av spritdryckerna i Sverige av potatis. Tekniskt vore det alltså fullt möjligt att göra också etanol för fordonsdrift av potatis. Än så länge tycks dock inte ha gjorts några större systemstudier eller skett någon försöksverksamhet med potatisetanol. Etanol från cellulosa Cellulosa består av sockermolekyler, liksom stärkelse gör, men i cellulosa är molekylkedjorna mycket längre och stabilare och följaktligen svårare att bryta ned. Likväl har cellulosaetanol två stora fördelar jämfört med stärkelse- och sockerproducerad etanol: den konkurrerar inte med livsmedel om jordbruksmarken och i världens skogar finns en mycket stor råvarubas. Rent tekniskt kan cellulosa omvandlas till sockerarter genom att värmas i utspädd svavelsyra eller någon annan syra. Då får man fram sockerarter med såväl fem som sex kolatomer. Vanligt jäst kan bara jäsa socker med sex kolatomer. Hur mycket etanol det blir beror därför också på typen av cellulosa eftersom andelen av de två sockertyperna varierar. Ur granved får man till exempel en stor del socker med sex kolatomer, medan jordbruksavfall som stjälkar och blast av majs ger mer socker med fem kolatomer. 24 BIOBRÄNSLEN

Det finns svampar som kan jäsa även socker med fem kolatomer till etanol. Det finns även svampar som bryter ner cellulosa till socker effektivare än heta syror kan göra, men dessa svampar är ännu inte anpassade för industriell produktion. I USA läggs stora summor ned på forskning och utveckling om cellulosa som råvara för etanolproduktion och med särskild betoning på cellulosa från majsavfall en av de mer svårbearbetade råvarorna. I Sverige pågår omfattande försök med främst vedråvara. Ännu så länge är tekniken dock inte kommersiellt gångbar. Från ett ton barrträdsved kan man vid förbränning erhålla 5,3 megawattimmar energi. Teoretiskt sett skulle det gå att göra etanol med ett energiinnehåll av 2,7 megawattimmar, men i dagens försöksanläggningar kommer man i praktiken sällan över 2 megawattimmar. Det senare betyder att endast 40 procent av vedens energiinnehåll tillgodogörs i etanolen. Med jord bruksavfall som råvara blir andelen ännu lägre. Etanol som motorbränsle en kommentar Jämfört med bensin är etanolens energiinnehåll lägre vilket betyder att man med etanol kan färdas kortare sträcka på en full tank. Detta gäller naturligtvis också när etanol blandas in i bensin, även om det inte märks lika mycket när inblandningsprocenten är låg. Etanol löser vatten och löser sig också i vatten, men det gör inte bensin. Etanol som blandas med bensin måste vara höggradigt ren (99,5 procent), det vill säga praktiskt taget fri från vatten. Annars separerar vattnet ut från bensin etanolblandningen och orsakar hackig gång eller motorstopp. Etanol suger spontant upp fuktighet från luften och tenderar att bli 96-procentig sprit, och därför måste den skyddas efter destillation och fram till inblandning. För motorer anpassade till ren etanoldrift är detta inte något problem. BIOBRÄNSLEN 25

Biodiesel är inte entydigt grönt Vad är biodiesel? Biodiesel är i likhet med vanlig dieselolja inte någon entydig substans med lättfattlig kemisk formel. Ett slags kemiskt gruppnamn har det dock: fettsyremetylestrar. Biodieselns exakta sammansättning varierar med råvara och detaljutformning av produktionsprocessen. Vanligen är det växtfetter som utgör råvaran. I Sverige används främst rapsolja för framställning av biodiesel. I USA dominerar olja från majs och sojabönor, och på andra håll i världen handlar det mest om senap, olivolja och palmolja. Råvaran kan i princip också bestå av ister, talg och andra animaliska ämnen. Vid tillverkningen av biodiesel tillsätts metanol och lut. Förutom de önskade modifierade fettsyrorna bildas då även glycerin och en rad oönskade ämnen som måste avskiljas. Vanligen sker avskiljningen genom vattentvätt men även andra tvättprocesser förekommer. Glycerinet är en värdefull biprodukt som bland annat används inom kosmetikaindustrin. För att huvudprodukten ska fungera som biodiesel behöver den blandas till så att antändningstemperaturen blir ungefär 26 BIOBRÄNSLEN

150 o C. Önskvärt är också att biodieseln kan hållas flytande även vid normalsvensk vinterväderlek med ett antal minusgrader. Detta är dock svårare att åstadkomma med de vanligaste råvarorna. Så länge som biodiesel utgör en mindre inblandning (ofta 5 procent) i konventionell petroleumdiesel spelar detta inte någon roll, men 100 procent biodiesel på vintern i Norrland skulle inte fungera utan omfattande specialtillsatser. Globalt produceras i runda tal 100 miljoner ton växtoljor om året, varav mindre än 10 procent blir till biodiesel. När Rudolf Diesel på 1890-talet skapade dieselmotorn gjorde han det med växtoljor i åtanke som bränsle. Billiga petroleumprodukter kom sedan att ge utvecklingen en annan riktning. Dagens biodieseltrend kan alltså ses som en återgång till Diesels ursprungsidé. Vad kostar biodiesel att producera och hur ser energibalansen ut? Det beror naturligtvis på råvaran och var i världen man befinner sig. Men precis som i fallet etanol hänger det framför allt samman med vad kalkylen ska innehålla alltså hur vi gör systemavgränsningen. Rapsdiesel Den största producenten av rapsdiesel är Tyskland, som står för nästan hälften av den globala produktionen. På andra plats kommer Frankrike. Årsproduktionen i Tyskland ligger runt 3 miljoner ton. Den har stigit snabbt och förväntas fortsätta att göra det. Av den globala produktionen av rapsolja och rybsolja på cirka 18 miljoner ton används nästan en tredjedel till biodiesel. Produktionskostnaderna är starkt beroende av priset på raps och energi. För närvarande (juni 2008) uppgår de till ungefär 0,80 euro per liter. Om det inte vore för EU:s jordbrukssubventioner och återbetalningen av drivmedelsskatt till bönder, skulle kostnaden vara mer än 1 euro per liter. Tillgodoräknar man sig å andra sidan värdet av biprodukten glycerin, sjunker literkostnaden med cirka 0,10 euro. BIOBRÄNSLEN 27

Energianalyser av den tyska produktionen av rapsdiesel visar att insatsenergin uppgår till mellan 45 och 80 procent av slutproduktens energiinnehåll. Även här blir det systemavgränsningarna som avgör slutresultatet. Om energiinnehållet i bi produkten glycerin (som främst används i kosmetika) och i rapsblast (som sällan utnyttjas) räknas rapsdieseln tillgodo, får man den lägre siffran. Annars blir det 80 procent. De flesta officiella siffror pekar på att energiinsatsen utgör två tredjedelar av rapsdieselns energiinnehåll. Räknar man på koldioxidbalansen får man liknande siffror. Biodiesel skulle alltså balansera på gränsen till EU-regeln att ett biobränsle måste spara in 35 procent av koldioxidutsläppen från det alternativa fossila bränslet. Om systemet vidgas till inte bara koldioxid utan också kväveoxider och andra växthusgaser, försämras ekvationen för rapsdiesel (och nästan all annan agroenergi) avsevärt. Stundom blir utsläppen av växthusgaser större med rapsdiesel än med fossil dieselolja. Sojadiesel Sojabönor är den näst största källan för växtoljor, med en global produktion runt 35 miljoner ton. I USA är sojabönor den största råvaran för biodiesel, men det är ändå bara några få procent av sojaoljan som används för just detta ändamål. Kostnaderna för att producera sojadiesel är genomsnittligt lite högre än för rapsdiesel (1 euro per liter), beroende på de höga priserna på råvaran sojabönor. Nästan all produktion av sojadie sel sker i USA och priset sätts i dollar, medan rapsolja väsentligen produceras i Europa och prissätts i euro. Det betyder att växelkurserna påverkar prisjämförelsen i hög grad. Förbrukningen av biodiesel har på ett år fördubblats i USA, från drygt 1 miljon ton 2006 till nästan 2 miljoner ton 2007, och väntas fördubblas ännu en gång till 2012. Producenterna synes dock i betydande utsträckning vara på väg över från sojaolja till 28 BIOBRÄNSLEN

förbrukad matolja (frityr till pommes frites) av vilken det produceras uppskattningsvis 18 miljoner ton per år. Endast en ringa mängd av produktionen utnyttjas dock. Ett annat alternativ är animala fetter, särskilt det mycket billigare yellow grease av vilket det produceras mer än 2 miljoner ton per år. Energimässigt går sojadiesel med 10 30 procent vinst, och detsamma gäller koldioxidbalansen jämfört med petroleumdiesel. Liksom när det gäller rapsolja försämras kalkylen för sojadiesel avsevärt om man räknar på växthusgaser, inklusive lustgas. Även den ekonomiska analysen är beroende av ungefär samma faktorer som redovisats ovan för rapsdiesel. Ska systemet inkludera priseffekter på livsmedel från sojabönor? Ska de positiva effekterna av sojabönor i växtföljden för markens näringsstatus räknas sojabönorna tillgodo? Och hur ska de faktiskt utnyttjade eller tänkbara biprodukternas värde och energiinnehåll räknas? Solrosdiesel Solrosor är en annan oljeväxt som används för kommersiell framställning av biodiesel. De svarar för 14 procent av den globala produktionen av växtolja och odlas främst i Europa och Ryssland. Endast några procent av produktionen används för att framställa biodiesel, och produktionsmängden varierar starkt på grund av prisfluktuationer för olika växtoljor. Solrosdiesel är i genomsnitt lite dyrare att framställa än rapsdiesel, men knappast något raffinaderi är inställt på att enbart eller huvudsakligen använda solrosolja för tillverkning av biodiesel. Energibalansen är positiv, men enligt de flesta analyser i något mindre grad än för raps. Effekterna av ändrade systemgränser blir ungefär desamma som för raps- och sojadiesel. BIOBRÄNSLEN 29

Majsdiesel Majsolja görs på groddar av majs och kan, liksom andra växtoljor, omvandlas till diesel. Så sker också i viss utsträckning i USA, beroende på hur den aktuella lokala prisbilden ser ut. Majsolja är dyrt i normala fall, och avkastningen är relativt liten genom att oljan pressas ur groddar. Men majsolja är knappast någonsin huvudprodukten vid majsodling. En ekonomisk analys eller energibalansanalys blir därför aldrig riktigt meningsfull, men om man ändå skulle göra sådana analyser för majsdiesel skulle resultatet bli starkt negativt. Andra tänkbara oljeväxter Alla vegetabiliska och animala oljor och fetter kan som sagt användas för produktion av biodiesel. Av och till används också de flesta när det råder konkurrenskraftiga priser. Lin, senap, sesam, färgtistel, lupin, jordnötter, castornötter och bomull är några sådana exempel, som används i ganska liten skala. Palmdiesel Palmolja pressas ur oljepalmens nötter och är en annan intressant råvara. Oljepalmen kommer ursprungligen från Västafrika, men de stora plantagerna finns i dag i Indonesien och Malaysia som tillsammans svarar för nästan 90 procent av världsproduktionen på nära 40 miljoner ton. Palmolja innehåller i likhet med kokosolja (men till skillnad mot nästan alla andra växtoljor) främst mättade fettsyror. Avkastningen per ytenhet är avsevärt högre än för andra växtoljor åtta gånger högre än för raps och tolv gånger högre än för solrosolja. Avkastningen väntas dessutom öka ytterligare eftersom ny teknik för växtförädling introducerats de senaste åren bland annat massproduktion av kloner från högavkastande palm hybri 30 BIOBRÄNSLEN

der, Detta pekar, tillsammans med snabbt ökande odlingsarealer, på att produktionen av palmolja fortsätter att öka snabbt. Hittills är det bara en ringa del av palmoljan som använts för att framställa biodiesel; det handlar om mindre än 5 procent av produktionen. Men nya och planerade investeringar i omvandlingskapacitet signalerar att andelen palmdiesel kommer att öka snabbt. Enligt tyska beräkningar är produktionskostnaden för att framställa biodiesel från palmolja inte mer än en tredjedel av vad det kostar att göra det från rapsolja. Andra skattningar visar ännu lägre kostnader ner mot 0,20 euro per liter förutsatt att hela produktionen sker i Indonesien och Malaysia med deras låga arbetskostnader. Även en sedvanlig beräkning av energibalansen talar starkt för palmdiesel. Insatsenergin uppgår till 12 17 procent av slutproduktens energiinnehåll. Samtidigt skapas en stor mängd organiskt avfall sammanlagt cirka 14 ton avfall per ton palmolja som skulle kunna utnyttjas. Den låga insatsenergin beror till stor del på att oljepalmer är produktiva under flera decennier och att man alltså inte behöver markbereda, plantera och avverka själva träden under tiden. Koldioxidbalansen i produktionen av palmdiesel följer i stort sett energibalansen, och pekar på 85 procent utsläppsreduktioner jämfört med petroleumbaserade drivmedel. Finns det då någon hake? Om systemgränserna vidgas så att de också omfattar markens status och koldioxidutsläpp före plantering blir bilden en annan där gamla odlingar i främst Malaysia hamnar i en helt annan position än de nya odlingarna som huvudsakligen finns i Indonesien. Plantager för oljepalmodling anläggs i första hand i tidigare tropiska urskogar. Skogarna innehåller betydande mängder kol som frigörs som koldioxid efter avverkning. Endast en mindre del av denna koldioxid kommer att bindas in i oljepalmernas egen biomassa. När palmoljan ersätter dieselolja måste resten av den frigjorda koldioxiden sparas in längs hela operationskedjan av BIOBRÄNSLEN 31

verkning plantering palmolja biodiesel. Först därefter kan man tala om en minskning av utsläppen av växthusgaser. Beroende på lokala omständigheter kan detta ta allt från några till många decennier. En stor del av oljepalmsplantagerna i Malaysia är gamla, och vissa är väl över hundra år, medan de flesta och största plantagerna i Indonesien är nya. En annan fråga är den nybrutna plantagemarkens kolinnehåll. Delar av de områden som tagits i bruk för oljepalmodling är vad man kan kalla tropiska torvmarker. När markerna dräneras i samband med anläggningen av plantager, bryts torven ner. Utsläppen av växthusgaser främst koldioxid men också en viss del metan och lustgas kan vara så stora att de motsvarar palmdieselns insparade utsläpp under flera hundra år. En sorts motsvarighet utgör våra egna så kallade organogena jordar (med hög halt av organiskt material som ofta blivit åkermark efter sjösänkningar). Nedbrytningen av organiskt material i dessa jordar ger upphov till inte obetydliga utsläpp av växthusgaser. Om till exempel raps odlas för att omvandlas till biodiesel och om systemet som analysen omfattar ska inkludera även jordarnas utsläpp, torde nettoeffekten även i dessa fall bli negativ för lång tid framåt. Växtoljor produceras även från babassupalmen och andra palmer, men de används bara tillfälligt för produktion av biodiesel. Kostnaden är här är något högre än för oljepalmens olja (0,40 0,60 euro per liter), men lägre än för rapsolja. En energianalys för biodiesel producerad på sådan palmolja utfaller positivt; insatsenergin ligger väl under 50 procent av slutproduktens energiinnehåll. Även olja från kokosnötter används i viss mån. Energikalkylerna och de ekonomiska kalkylerna är inte heller avskräckande för denna typ av biodiesel. Då odling knappast sker på nyröjd mark med högt innehåll av organiskt kol, uppkommer inte problem med avgång av markkol av det slag som finns vid många nyanlagda oljepalmodlingar. En blandning av kokosolja och babassuolja har vidare testats som inblandning i flygbränsle. 32 BIOBRÄNSLEN

Biodiesel från olivolja Olivolja kommer också från träd som lever länge, och markberedning, plantering och annat kräver inte insatsenergi till varje växtsäsong. Också gödselbehovet tenderar att vara mycket mindre för långlivade träd än för ettåriga växter, eftersom stammen och liknande infrastruktur inte behöver byggas upp på nytt varje år. Biodiesel från olivolja har därför en gynnsam energibalans, där insatsenergin i typfallet är under hälften av slutproduktens energiinnehåll. Helt annorlunda förhåller det sig med ekonomin. Kostnaden för att framställa olivolja, och marknadsvärdet som livsmedel, är högre än för de flesta andra växtoljor. Det blir därför mer undantagsvis som olivoljan kommer till användning som biodiesel. Alger som oljeproducenter Många alger har ett högt oljeinnehåll. De förökar sig dessutom snabbt och kan odlas året runt i tropiska och subtropiska områden. Eftersom alger vidare saknar blast och andra ovid kommande strukturer för oljeframställning, kan en stor del av fotosyntesen omvandlas till just växtoljor. Ingen egentlig förbehandling i form av rensning är nödvändig innan oljan extraheras. Till fördelarna hör även att det inte behövs åkermark för odling och att de marina arterna inte behöver sötvatten. Sammantaget ger både ekonomiska och energimässiga analyser besked om att alger kan bli ett mycket konkurrenskraftigt alternativ till konventionella oljeväxter som råvara för biodiesel. Det är också därför som privata intressenter, statliga forskningsråd och forskningsinstitutioner satsar på att utveckla tekniker för odling, koncentration och extraktion. Ännu finns dock inte några kommersiella anläggningar i drift. BIOBRÄNSLEN 33

Hur vore det med annan alkohol? Metanol I princip kan metanol användas som biodrivmedel på samma sätt som etanol. Några viktiga skillnader finns dock. Metanol är betydligt giftigare och har lägre energiinnehåll och metanoldriv na fordon måste därför tanka oftare. På metanolens pluskonto står att det kan framställas kemiskt ur nästan alla former av organiskt material, och att det inte behövs processer som jäsning och enzymatisk sönderdelning (av stärkelse) som erfordras vid etanolframställning. Det gör att tekniken är enklare med metanol och att utbytet kan bli högre. Av metanol kan man också lätt framställa dimetyleter som kan användas i dieselmotorer. Metanol kallas även träsprit eftersom den ursprungligen framställdes av träråvara. Den gamla processen gav dock ett lågt energiutbyte och kunde inte konkurera med den så kallade syntesgasprocessen som innebär att en blandning av väte, kolmonoxid och koldioxid blir till metanol (och vatten). För närvarande framställs den allra mesta metanolen från fossila råvaror och används i sin tur för att producera formalde hyd, ättiksyra eller andra kemikalier. Annars kan snart sagt 34 BIOBRÄNSLEN

alla organiska ämnen användas för metanolproduktion med liknan de teknik där biomassan förgasas till syntesgas ur vilken metanol syntetiseras. En teoretiskt mycket tilltalande teknik som lovar högt utbyte är en enstegsproduktion av syntesgas från biomassa genom partiell oxidation. Här finns dock vissa processtekniska komplikationer vid rutindrift i full skala som ännu inte lösts. Förgasning av biomassa sker därför vanligen i två steg. Det första steget är pyrolys (upphettning utan lufttillgång) som ger dels en gasblandning av kolmonoxid, väte, metan, lättflyktiga tjärämnen, koldioxid och vatten, dels träkol. I ett andra steg produceras sedan syntesgas som måste renas innan den kan bli till metanol. Reningsprocessen är enklare när utgångsmaterialet är biomassa än när det är kol, eftersom biomassa har lägre halt av exempelvis svavel och tungmetaller. Produktion av metanol från syntesgas har betydande skalfördelar: främst av ekonomisk art men även vad gäller energibalans. Anläggningarna bör därför vara stora ungefär som företaget Atlas nya metanolfabrik på Trinidad som producerar 2 500 ton metanol per dag. Om förgasningen skulle ske direkt från biomassa behövs ungefär 1,5 miljoner ton biomassa om året, vilket kräver ett mycket stort geografiskt uppsamlingsom råde. Detta pekar än en gång på hur viktigt det är med systemavgränsning när man analyserar. Om man utgår från biomassa som innehåller bland annat cellulosa och frågar hur man får bäst utbyte ekonomiskt och energimässigt i form av biodrivmedel för fordon, blir svaret som regel genom att göra metanol. Vid metanolproduktion från skogsråvara kan 50 55 procent av vedens energiinnehåll överföras till slutprodukten; vid etanolproduktion handlar det om 40 procent. Hur gör man metanol billigast? Från naturgas eller andra fossila kolväten, blir svaret. Om anläggningar för produktion av motoralkoholer placeras tillsammans med förbränningsanläggningar, till exempel för produktion av fjärrvärme, kan råvarans energiinnehåll utnyttjas bättre. BIOBRÄNSLEN 35

Termerna system och systemanalys används i dag oftast i samband med trafik, energi eller någon annan samhällssektor. Om vi utgår från energisystem och begrepp som energibärare, finns ytterligare omständigheter som talar för metanol. Men låt oss först säga några ord om väte. Väte som fordonsbränsle Väte är universums vanligaste grundämne och det lättaste grundämnet i periodiska systemet. Genom fusion i vår egen sol och andra stjärnor omvandlas väte till helium, och enorma mängder energi frigörs. Utan denna energi från väte vore livet på jorden inte möjligt. Visserligen försöker människan efterlikna solens kärnreaktioner genom att satsa på fusionskraft. Men det är inte främst genom fusionsreaktioner som väte kan driva fordon, utan det sker nog snarare genom förbränning direkt eller i bränsleceller. Väte är mycket reaktionsbenäget. Det finns därför nästan inte alls i fri form, trots att det är ett av jordens mest spridda grundämnen. De stora mängderna finns i stället bundna i form av vatten (tillsammans med syre) och i organiska ämnen (tillsammans med främst kol och syre). För att frigöra väte ur dessa föreningar går det åt energi som sedan kan återfås när vätet förbränns. Väte är alltså inte någon primär energikälla, men det kan vara en energibärare. Det mest tilltalande med väte som fordonsbränsle är att det är helt rent. Den enda direkta förbränningsprodukten är vatten. Det finns många nackdelar. Att väte är så lätt och vätemolekylen så liten, gör ämnet svårt att lagra, distribuera och använda. Väte kan lätt sippra igenom de flesta material och gör stål och vissa andra material spröda. Om man ökar trycket för att lagra mer per volymenhet ökar svårigheterna bara. Vill man kyla ner det för att få väte i flytande form, måste kylningen gå ned till 253 o C och hållas under denna temperatur. 36 BIOBRÄNSLEN

Väte kan lätt fatta eld och explodera i kontakt med luft. Blandningen luft väte kallas knallgas. Likafullt används väte i dag för att driva rymdraketer, och bilindustrin och statliga myndigheter i många länder satsar stort på att utveckla system för väte som fordonsbränsle. Tanken är att vätet lagras genom att absorberas till metaller eller andra material och att det förbränns i bränsleceller. Väte framställs i dag främst ur fossila bränslen som naturgas, olja och kol, men till viss del även genom elektrolys av vatten. Vid elektrolys spjälkas vattnet upp i vätgas och syre med hjälp av en elektrisk ström. Man skulle mycket väl kunna använda biomassa för framställning av väte, och det görs också i begränsad omfattning. Dagens produktionsanläggningar är dock medelstora på sin höjd; där saknas de ekonomiska och energimässiga skalfördelar som riktigt stora anläggningar ger. Orsaken är precis som vid framställning av metanol från biomassa att biomassan måste hopsamlas från ett mycket stort geografiskt område för att föda en jätteanläggning. Endast en fjärdedel av energiinnehållet i råvaran biomassa åter finns i slutprodukten väte, och kostnaderna är väsentligt hög re än när det är fossila kolväten som är råvara. I dag används cirka hälften av de 50 miljoner ton väte som årligen produceras för att framställa ammoniak. En tredjedel används i raffinaderier, och en knapp tiondel går till metanolfabriker. Man kan säga att det är denna tiondel som binder ihop framtidens möjliga väte- och metanolekonomier. Kolkretslopp i energisystemet? Med utgångspunkt från metanol som central komponent i energi systemet har forskare och tekniker arbetat med ett koncept som kan ge kol ett kretslopp även i teknosfären. Det börjar med koldioxid som genereras vid eldning av fossila bränslen eller biobränslen. Ett annat alternativ är att koldioxid BIOBRÄNSLEN 37

alstras i en industriell process, exempelvis cementtillverkning. Koldioxiden samlas upp och utgör sedan tillsammans med väte råvara för produktion av metanol. Vätet får man på sikt främst fram genom elektrolys av vatten där elen kommer från koldioxidfri solenergi, vatten-, vind- och vågkraft eller kärnenergi. Tekniken för detta är redan känd men ännu inte fullt anpassad till storskalig rutinproduktion. Metanolen används som bärare och lagringsmedium av energi. Efter förbränning samlas den bildade koldioxiden upp på nytt eller också samlas motsvarande mängd koldioxid in från andra källor och kolets kretslopp löper ännu ett varv. Det finns en systemtekniskt tilltalande egenskap hos en sådan metanolekonomi. Den kan nämligen någorlunda lätt byggas upp utifrån dagens fossilbränslebaserade system för fordonsdrift. Metanol från alla källor och metyleter (som kondenseras fram ur metanol) kan blandas in i bensin och diesel i successivt stigande proportioner och till slut användas utan några tillsatser av fossila kolväten. Steg för steg övergår man sedan till koldioxidsnåla produktionsmetoder: till exempel genom att utgå från biomassa i mycket större utsträckning än i dag, och genom att använda främst naturgas som råvara (i stället för kol). Om man dessutom lyckas direktkonvertera metan till metanol utan att gå via mellansteget syntesgas, vinner man i effektivitet och minskar utsläppen ett snäpp ytterligare. Slutmålet blir alltså att koldioxid samlas upp från förbränningsställen eller kanske till och med direkt ur atmosfären. Sedan omvandlas detta till metanol med hjälp av väte som producerats med koldioxidfri elektricitet. I så fall behöver man inte några dyrbara dubbla eller flerdubbla produktionssystem som på initialstadiet skulle kräva statliga subventioner. 38 BIOBRÄNSLEN

Med biomassa som insats Gengas Äldre svenskar minns andra världskriget och hur gengasdrivna bilar tankades med ved. I deras ögon framstår ofta gengas som ett syskon till surrogatkaffet något man i krigstider till nöds kan leva med men inget man kan tänka sig när det finns alternativ. Likväl pågår i dag utvecklingsarbete för att få fram bättre gengasaggregat. Tanken är att gengasdrift kan utnyttja vedens och biomassans energiinnehåll bättre än konvertering till motoralkoholer som etanol eller metanol kan göra. Termen gengas är en förkortning av generatorgas. Gengas består av en blandning av kolmonoxid, vätgas, metan och koldioxid. Den bildas vid ofullständig förbränning av ved, annat organiskt material eller kol. I princip är gengas detsamma som den syntesgas som används vid metanolframställning, men gengasen förbränns alltså direkt efter rening, utan ytterligare syntessteg. Reningen sker vanligen i fyra steg. Det första är ett cyklonfilter som tar bort sot och aska. Därefter följer ett vattenbad som avlägsnar syror och fina partiklar och, som det tredje steget, kylning som avlägsnar vatten och minskar gengasens volym. BIOBRÄNSLEN 39

Ytter ligare ett filter ger den sista finputsningen som tar bort tjära, ytterligare vatten samt sot- och askpartiklar. Moderna gengasaggregat har runt 75 procent verknings grad, och utnyttjar alltså biomassans eller kolets energi betydligt effektivare än vad motoralkoholer gör. Än så länge serietillverkas de inte. Aggregaten fordrar filterbyten och annan särskild skötsel och anses därför vara besvärliga. Eftersom gengasen dessutom är giftig den innehåller kolmonoxid finns ett avskräckande riskmoment. Hittills har detta förhindrat gengasens kommersiella pånyttfödelse. Biomassa från skog Standardargumentet för att använda biomassa i ställer för fossila kolväten är att biomassan är koldioxidneutral vilket betyder att växterna (ursprungsmaterialet) tar upp lika mycket koldioxid genom fotosyntesen när de växer som det frigörs koldioxid när de sedan förbränns. Argumentet är inte helt sant men någorlunda rimligt om inte tidsfaktorn tas med i beräkningen. Avverkningsrester från skogsbruk som grenar, kvistar och rötter kommer förvisso att brytas ner, men för det mesta tar det många decennier och för en liten del som blir humus tar det flera sekler. I de politiska beslutens kortare tidsperspektiv innebär ett mer omfattande utnyttjande av avverkningsrester att mer koldioxid hamnar i atmosfären, eftersom människan då påskyndar nedbrytningen av det organiska materialet. Detsamma gäller när uppvuxen skog avverkas. Jämfört med att låta skogen stå eller omvandlas till varaktiga träprodukter innebär skogens utnyttjande som energikälla att kolinnehållet snabbt tillförs atmosfären. Eftersom det tar 10 100 år, beroende på växtort, innan en ny generation vuxna träd finns på plats, blir den kortsiktiga utsläppsminskningen när skogbaserade biobränslen ersätter fossila kolväten inte så kraftig som termen koldioxidneutral antyder. 40 BIOBRÄNSLEN

Nya systemgränser och överraskande resultat Denna artikel innehåller, som läsaren märkt, ett flertal exempel på hur man med andra systemavgränsningar (genom att inkludera eller utesluta någon faktor) kan ändra analysens slutresultat. Låt mig ge ett sista drastiskt exempel på detta. Det sägs ibland att biodrivmedel ger upphov till mindre utsläpp av till exempel kväveoxider än fossilt baserad bensin och diesel gör. Men denna tänkta extrafördel har aldrig direkt inkluderats i någon analys. Låt oss ändra systemgränserna och ta med effekten av kväveoxidutsläpp i analysen av hur biodrivmedel påverkar atmosfärens halt av växthusgaser! Eftersom kväveoxiden har kort uppehållstid i atmosfären är dess egen växthuseffekt inte det enda som är intressant. Även dess effekt på växternas tillväxt och koldioxidupptag kan vara betydelsefull. Kväveföreningar fungerar som regel som gödsel och tillförsel av kväveoxider ökar tillväxten. På kvävegödslad jordbruksmark är lufttillförseln kanske inte av så stor betydelse, men på skogsmark är den viktig. I länder med stora skogsarealer (och låg befolkningstäthet) som Finland och Sverige blir skogens ökade tillväxt och upptag av koldioxid till följd av kväveoxider från biltrafiken en betydande faktor. Det finns till och med beräkningar som visar att effekten kan vara så stor att nettot av att använda biodrivmedel med mindre kväveoxidutsläpp blir mer koldioxid i atmosfären än om man hade använt fossila drivmedel till och med när etanolen eller biodieseln är producerad på energieffektivt sätt. Torv som biomassa Det finns som sagt två nyckelfrågor när man ska avgöra vad som är biomassa: tiden som förflutit sedan kolet togs upp i en levande organism samt förnyelsetakten. Till detta kan läggas frågan om avverkning påverkar nettotillväxten positivt. BIOBRÄNSLEN 41

I en välskött produktionsskog är biomassan normalt mellan 10 och 100 år gammal beroende på klimat och trädslag, och förnyelsetakten är också 10 100 år. Skogen avverkas när nettotillväxten avtar, och de nya trädplantorna kommer efter 2 till 20 år att assimilera mer koldioxid (ha högre nettotillväxt) än den gamla skogen gjorde. Globalt minskar mängden skog, eftersom avverkningen är större än tillväxten. Men skogarna i Europa minskar inte. Torven är betydligt äldre än veden i skogen. De huvudsakliga förekomsterna är mellan 100 och 1 000 år. På vissa typer av torvmarker, främst så kallade högmossar, är tillväxten betydligt lägre i dag. Om det underliggande lagret tas bort på högmossar, får det växande ytskiktet av mossa eller gräs åter kontakt med näringsrikt vatten underifrån (till skillnad mot regnvatten) och tillväxten kan öka. På andra typer av torvmarker har upptag av torven ingen eller endast liten effekt på tillväxten. Det är därför rimligt att räkna med en förnyelsetakt av ett par hundra år. Taigabältet på norra halvklotet har de största torvförekomsterna på jorden, och här är tillväxten av torv betydligt större än uttaget. På södra halvklotet, till exempel Indonesien, minskar torvförekomsterna snabbt trots att torven inte utnyttjas. Det beror på att torvmarkerna omvandlas till odlingsmark för bland annat oljepalmer. Även skogs- och markbränder konsumerar stora kvantiteter torv i söder. Men globalt sett ökar sannolikt torvförekomsterna. Torv används framför allt som jordförbättring i trädgårdar där det bryts ner förhållandevis snabbt i den syrerika miljön. Torv för energiändamål är en begränsad och minskande hantering i EU, vilket beror på att den till skillnad från annan biomassa omfattas av handeln med utsläppsrätter. EU klassar alltså inte torv som biobränsle, trots att torv som redovisats ovan uppfyller flera av de centrala kriterierna. Långsamt förnybart biobränsle har föreslagits som en särskild klass, placerad mellan biobränsle och fossilt bränsle. Det verkar vara ett förnuftigt förslag. 42 BIOBRÄNSLEN

Torv bryts långsamt ned i naturliga orörda torvmarker, även om det sker saktare än ny torv tillväxer. Därvid frigörs växthusgaserna koldioxid och metan som nedbrytningsprodukter. Nedbrytningstakten är starkt temperaturberoende. Torven är därmed känslig för global uppvärmning, särskilt för temperaturhöjningar i det norra barrskogsbältet. Det finns även studier som pekar på att högre halt av koldioxid i atmosfären vid sidan av och i tillägg till klimateffekten kan påskynda nedbrytningen av torv. Vi kan alltså nå en situation där torven ger betydande nettotillskott av växthusgaser. I ett sådant läge blir det kanske attraktivt att nyttja torv i stället för fossila bränslen. Förbränningsprodukten blir då koldioxid, precis som vid spontan nedbrytning, i stället för den delvis starkare växthusgasen metan. Torv kan användas för att producera metanol och gengas som biodrivmedel. Hur används biomassa bäst? Som vi sett kostar det också energimässigt att omvandla biomassa till motoralkoholer eller biodiesel. En rimlig fråga är hur vi bäst använder den biomassa som vi kan producera uthålligt, i syfte att minska koldioxidutsläppen. Det finns ett tydligt svar: det bästa vore att elda biomassan direkt, utan omvandling, och låta den ersätta olja och kol i värme system. Om man vill minska atmosfärens halt av koldioxid Det finns etablerad teknik för att samla upp koldioxid ur gasblandningar, och det finns många försöksanläggningar där kol dioxid samlas upp från till exempel gas- eller koleldade kraftverk och sedan återförs till gamla gasfält under jord och andra stabila geologiska strukturer. På det sättet kan man utnyttja BIOBRÄNSLEN 43

fossila bränslen utan att tillföra stora mängder växthusgaser till atmo sfären. Visserligen ökas kostnaderna och försämras energi utbytet vid kraftverken, men det kan bidra till att reducera utsläppen. Den som vill gå ett steg längre och aktivt bidra till att minska atmosfärens halt av koldioxid kan elda kraftverket med biobränslen och samla upp och lagra koldioxiden. Även i detta fall blir det givetvis högre kostnader och lägre energieffektivitet men koldioxiden som funnits inbunden i växterna frigörs inte vid förbränningen. 44 BIOBRÄNSLEN