FÖRBRÄNNING AV GLYCEROL- HUVUDBRÄNSLE, SAMELDNING ELLER ADDITIV

TPS Branschforskningsprogram för Energiverk 2008/09 FÖRBRÄNNING AV GLYCEROL- HUVUDBRÄNSLE, SAMELDNING ELLER ADDITIV Birgitta Strömberg Oktober 2009 TPS-09/05

Titel: Författare: Rapportnummer: Version: Förbränning av glycerol- huvudbränsle, sameldning eller additiv Birgitta Strömberg TPS-09/05 Slutversion Datum: 2009-06-30 Språk: Antal sidor: 28 Nyckelord: Svenska Glycerol, biodiesel, förbränning Spridning: Beställare: TPS Branschforskningsprogram för Energiverk - Avsändare: Godkänd av: TPS Termiska Processer AB, Box 624, 611 10 Nyköping Tel 08-53524600, Fax 0155-26 30 52, e-post tps@tps.se ABSTRACT Glycerol är en biprodukt från tillverkning av biodiesel. Tekniken för framställning av biodiesel avgör egenskaperna hos glycerolen som bildas. Ett flertal kvaliteter av glycerol från biodieseltillverkning har undersökts som tänkbara bränslen för energiproduktion. Resultaten visar att det går att elda 100% glycerol utan miljöstörande emissioner. Alla kvaliteter av glycerol är inte lämpliga att använda i brännare på grund av höga askhalter och besvärlig asksammansättning. En låg inblandning av samtliga kvaliteter med fasta bio-eller avfallsbränslen bör inte vara något problem. Det finns ingen etablerad marknad för glycerol som bränsle, men glycerol, (både rå- och renad glycerol) handlas på olika råvarubörser runt om i världen. Priset har varierat kraftigt under senare tid. Priset för glycerol är i de flesta fall avsevärt högre än för fasta biobränslen. Under sommaren 2009 var priset 250-450kr/MWh för råglycerol och ca 2 gånger högre för renad glycerol. Begränsade mängder glycerol från tillverkare i mindre skala i Sverige kan finnas tillgängligt för i storleksordningen 100-200 kr/mwh. Denna glycerol har en sammansättning som kan vara problematisk i förbränningsanläggningar.

Innehållsförteckning 1 Inledning...1 2 Målsättning och genomförande...3 3 Vad är glycerol?...3 3.1 Glycerolanvändning... 4 3.2 Glycerol-avfall eller biprodukt?... 5 3.3 Marknad för glycerol... 6 3.4 Rening av glycerol... 6 3.5 Pris... 7 3.6 Förbränning av glycerol... 9 3.6.1 Med trädbränsle... 12 3.7 Glycerol och biogas... 13 4 Framtida potential för glycerol...13 4.1 Bränsleceller... 14 5 Experimentellt...15 5.1 Glycerolkvalitet... 15 5.2 Förbränningsexperiment... 15 6 Resultat...17 6.1 Resultat laboratorieundersökning... 17 6.2 Resultat från förbränning av glycerol... 19 6.2.1 Emissionsmätningar... 20 6.2.2 Akrolein... 23 7 Sammanfattning...23 8 Slutsats...24 9 Referenser...25 Bilagor: Bilaga 1 Biodieseltillverkning

1 1 Inledning Glycerol bildas som en biprodukt vid tillverkning av biodiesel. För varje ton biodiesel som tillverkas får man drygt 100 kg råglycerol. Råglycerol är ingen enhetlig produkt utan sammansättning och egenskaper beror dels på råvaror som används vid tillverkning av biodiesel och framförallt på val av metod för framställningen. Ren glycerol används inom läkemedels- och livsmedelindustrin samt inom kemi-teknisk industri men avsättningen är begränsad. Priset för ren glycerol har sjunkit under de senaste åren och är nu i storleksordningen hälften av priset innan biodieseltillverkningen tog fart. I samband med att tillverkning av biodiesel ökar blir utbudet av råglycerol mer än vad som marknaden har användning för vilket innebär att priset sjunker och alternativa användningsområden för glycerol undersöks i stort sett över hela världen. Då rening av glycerol är förhållandevis dyrbar är metoder för användning av råglycerol med minimala insatser för rening mycket attraktiva. Ett tänkbart användningsområde för råglycerol är förbränning. Det finns dock en del problem med användning av råglycerol. Beroende på teknik för framställning kan råglycerol innehålla en stor andel föroreningar som till exempel rester av katalysator, vatten och metanol samt eventuella andra rester från ursprungsmaterialen i form av fettsyror och tvålliknande föreningar. Av dessa föroreningar är det framförallt katalysatorresterna som förväntas ställa till problem vid förbränning då salterna oftast består av natrium eller kalium som båda är kända för att ställa till problem med slaggning, påslag och korrosion i förbränningsanläggningar. Ett annat problem med glycerolförbränning är risken för bildning av akrolein, som är en aldehyd och misstänks orsaka cancer. Allvarliga hälsoeffekter riskeras vid långvarig inandning redan av mycket låga halter akrolein. För att säkerställa att inte akrolein bildas krävs att glycerol förbränns i hög temperatur. Biodiesel (FAME, RME) har producerats i industriell skala inom EU sedan 1992 och det finns för närvarande en produktionskapacitet på ca 21 miljoner ton inom EU 27. Under 2007 utnyttjades enbart halva kapaciteten då produktionen inte var lönsam. Trots detta utökades kapaciteten under 2008 med nästan 50 %. Biodieseltillverkningen är viktig för att EU t ex ska kunna uppfylla sina åtagande enligt Kyotoprotokollet. I juli 2009 fanns 276 anläggningar för biodieseltillverkning i EU 27. Man beräknar att det behövs 30-35 miljoner ton biodiesel i EU 2020 för att klara kravet på 10% förnybart inom transportsektorn. I Sverige användes nästan 90 TWh energi under 2008 till transporter. Av detta var knappt 5 % förnyelsebar energi i form av etanol, FAME (FAME är ett samlingsnamn för fettsyrametylestrar, av vilka RME (rapsmetylester) är den vanligaste i Sverige idag) och biogas. I Figur 1 syns fördelningen av förnybara drivmedel i Sverige 2008. Från och med 1 augusti 2006 är låginblandning av fem volymprocent FAME i diesel tillåten, något som tydligt har ökat förbrukningen av FAME. Användningen har mångdubblats de senaste två åren och uppgick enligt preliminära siffror år 2008 till 165 000 m 3. Användningen av FAME förväntas öka i och med att dieselanvändningen ökar samt att större andel av dieseln innehåller FAME. Det nya bränslekvalitetsdirektivet (98/70/EG) gör att det kommer att bli tillåtet med inblandning av upp till 7 % FAME i dieselbränslet, vilket gör att efterfrågan på biodiesel kommer att öka ännu mer inom EU.

2 Figur 1. Förnybara drivmedel i vägtrafiken 2008 fördelade på typ av drivmedel. Från [1] Den ökande produktionen och användningen av biodiesel globalt medför att det kommer att finnas en ökande mängd glycerol tillgänglig på världsmarknaden, eftersom det produceras 100 kg glycerol för varje ton biodiesel som tillverkas. I början av 2000-talet förväntades att den stora mängden glycerol skulle göra att marknaden mättades och att priset på glycerolen skulle sjunka radikalt (och kanske till och med få ett negativt värde) vilket skulle göra glycerol till ett tänkbart och attraktivt bränsle för energiproduktion. 2006 förutspåddes att glycerol skulle bli nästa biodrivmedel som inom 3-5 år skulle kunna betraktas som ett miljövänligt alternativ till fossila bränslen [2]. Nu har tre av de åren passerat och uttalandet är väl ännu inte uppfyllt, men forskning och utveckling pågår inom många områden och beroende bland annat på priset för glycerol, fossil olja, dollar kurs mm kan glycerol användas i en lång rad applikationer och ersätta petroleumbaserade produkter. Men ännu finns ingen etablerad metod för förbränning av glycerol. De vanligaste metoderna för tillverkning av biodiesel ger som biprodukt en glycerol med en sammansättning som gör den besvärlig ur förbränningssynpunkt. Det är främst den höga askhalten tillsammans med en hög halt av alkali som ställer till problem, men om priset är tillräckligt lågt finns det många som vill försöka sig på att utnyttja glycerolens värmevärde för att producera nyttig energi. Glycerol som bränsle i någon form kräver att det finns en betydande produktion av biodiesel, därför är det viktigt att förstå sig på marknaden för biodiesel för att förstå hur tillgång, kvalitet och pris på glycerol kan förändras. I Bilaga 1 beskrivs biodieseltillverkning lite mer utförligt. Marknaden för ren glycerol är tämligen stabil och ökar sakta. Alltmer av den glycerol som används har biologiskt ursprung och ersätter den petroleumbaserade tillverkningen, som blivit för dyrbar jämfört med kostnaderna för att rena råglycerol från biodieseltillverkningen. Marknaden för råglycerol är betydligt mindre stabil och användningsområden skiftar beroende på pris och kvalitet, vilka i sin tur beror på teknik och råvaror för biodieseltillverkningen.

3 Enkelt kan man säga att biodieseltillverkningen i dagsläget egentligen inte är lönsam och skulle vara än mindre lönsam om inte EU:s jordbruksstöd delvis subventionerar varje liter tillverkad biodiesel. Analyser visar att energin som krävs för att producera biodiesel uppgår till mellan 45-80 % av slutproduktens energiinnehåll [3]. Om energiinnehållet i glycerol och rapsrester räknas in blir energibalansen lite gynnsammare och hamnar på den lägre siffran. Man räknar dock oftast med att två tredjedelar av rapsdieselns energiinnehåll går åt vid tillverkningen. Räknar man på koldioxidbalansen får man ungefär likadana siffror, vilket innebär att biodiesel balanserar på gränsen till EU-regeln som säger att ett biobränsle måste spara in 35 % av koldioxidutsläppen jämfört med det alternativa fossila bränslet för att få räknas in i den kvot som gäller för varje land. Om kväveoxider och andra växthusgaser räknas in försämras ekvationen för rapsdiesel (och nästan all annan agroenergi) avsevärt. Utsläppen av växthusgaser kan till och med bli högre med rapsdiesel än vid användning av fossil dieselolja. Lägger vi dessutom till vetskapen om att the water footprint för biodiesel har beräknats till att det går år 14 000 liter vatten för varje producerad liter biodiesel som tillverkas (eller 60-200 m 3 H 2 O/GJ) inser man lätt att alla restprodukter från tillverkningen måste kunna utnyttjas för att produktionen ska bli miljömässigt lönsam. 2 Målsättning och genomförande Målsättning med projektet var att undersöka möjligheterna att använda glycerol som bränsle i förbränningsanläggningar, som huvudbränsle, som sameldningsbränsle eller som additiv. Projektet har genomförts dels som en litteraturstudie och dels en experimentell undersökning av olika kvaliteter av glycerol. Förbränningsförsök i laboratorieskala har genomförts i en specialkonstruerad brännare. 3 Vad är glycerol? Glycerol (1,2,3-propantriol, kallas också glycerin och glycerine), är en viskös vätska som är färg- och luktlös, smakar sött och är ogiftig, Figur 2. Glycerol identifierades 1779 av en svensk kemist, Carl W Scheele, och fick sitt namn från det grekiska ordet Glykys som betyder sött. Glycerol är fullständigt blandbar med vatten och alkohol och helt olösligt i kolväten. Smältpunkt är 18,2ºC och kokpunkten 290ºC. Densiteten är 1,26 kg/l och viskositeten 1,5 Pa.s. Figur 2. Glycerol molekyl. [8] Glycerol framställs ur animaliskt eller vegetabiliskt fett och oljor, sk triglycerider. Triglyceriderna består av tre fettsyror som hålls samman av de tre hydroxylgrupperna i glycerolmolekylen med esterbindning. Figur 3

4 Figur 3. Triglycerid med glycerolmolekylen inringad. [8] I de flesta industriella applikationerna bryts esterbindningarna och fettsyrorna omvandlas direkt till tvål eller biodiesel eller separeras för senare användning. För varje ton triglycerid som används produceras 100 kg råglycerol. Den stora mängden biprodukt innebär att priset för glycerol är av stor betydelse för ekonomin i industriell användning av triglycerider. Glycerol kan även tillverkas från fossila källor och oftast används epiklorhydrin som ursprungskemikalie. 3.1 Glycerolanvändning Glycerol är en av de mest värdefulla och användbara kemiska substanser som finns. Det finns mer än 1500 kända slutprodukter som framställs med glycerol som råvara. Ren glycerol används inom livsmedels- och kemiindustrin. Exempel på användningsområden är: Livsmedelsindustrin. Tillverkning av emulgeringsmedel och sötningsmedel i lågkaloriprodukter. E422 i innehållsdeklarationen för livsmedel betyder att glycerol är tillsatt. Läkemedelsindustri. Mjuknings- och fuktighetsbevarande medel i mediciner som t ex hostmedicin Kemi-teknisk industri. Mjuknings- och fuktighetsbevarande medel i en mängd produkter som rakkräm, tvål, tandkräm och hudkrämer Plastindustrin. Råvara för tillverkning av polymerer Sprängämnestillverkning. Nitroglycerin I Figur 4 visas ungefärlig fördelning av glycerol inom olika användningsområden.

5 7 7 3 24 8 11 Livsmedel Hygienartiklar Tandvård Tobak Uretan skum Läkemedel Diverse Alkydhartser 23 17 Figur 4. Användningsområden (i %) för glycerol. Från [4] Vid sekelskiftet var andelen glycerol som kom från biodiseltillverkning mindre än 10 % och bara några få år (2004) senare hade andelen ökat till mer än det dubbla. I dagsläget räknar man med att det finns en överproduktion av glycerol på mer än 500 000 ton genom den ökande mängden biodiesel som produceras. 3.2 Glycerol-avfall eller biprodukt? När en vara eller en produkt tillverkas bildas ofta restprodukter. Ett exempel är sågspån vid sågverk ett annat exempel är bildning av glycerol vid tillverkning av biodiesel. För den vidare användningen av olika restprodukter kan det vara avgörande om de anses vara avfall eller biprodukt. Frågan är särskilt aktuell nu när bestämmelserna i REACH har börjat träda i kraft. Om restprodukten klassas som avfall och ska användas som bränsle gäller SFS 2002:1060 Förordning om avfallsförbränning där det ställs krav på mätningar av en lång rad föreningar samt krav på stödbrännare mm. Figur 5. Schematisk bild över begreppen restprodukt, biprodukt och avfall. Från [5]

6 Att avgöra om en restprodukt ska klassas som avfall eller inte är i många fall svårt. Den aktuella restprodukten kan visserligen ha uppstått oavsiktligt vid produktionen av något annat, men kan likväl kanske användas som vilken produkt som helst. EU-kommissionen har tagit fram en vägledning om vad som bör anses vara avfall och vad som kan betraktas som biprodukter. [6] Vägledning bygger på domar från EG -domstolen men tar inte upp frågan när ett avfall upphör att vara avfall. Viktigt att tänka på är att även om restprodukten kan betraktas som biprodukt är den fortfarande ett avfall om man i praktiken gör sig av med det. Domar från EG-domstolen visar att i de fall som det krävs särskilda skyddsåtgärder för att skydda miljön vid användning av restprodukten är den att betrakta som ett avfall. Enligt EU-kommissionens riktlinjer bör glycerol från tillverkning av biodiesel betraktas som en biprodukt och bör därför kunna användas i biobränsleanläggningar utan speciella krav. 3.3 Marknad för glycerol Marknaden för glycerol är komplex, oförutsägbar och känslig för prisvariationer och det är därför mycket svårt att förutsäga framtida prisutveckling. En förutsättning för en ökad glycerolanvändning inom nya områden är att biodieselproduktionen fortsätter att öka. I Figur 6 syns tydligt att den största mängden glycerol används i Asien, följt av Västeuropa och USA. Man förväntar sig att Asien även i framtiden kommer att vara en stor förbrukare av glycerol och användningen kommer att öka även på andra marknader. Kina har under lång tid varit en mycket stor importör av råglycerol från biodieseltillverkningen i USA. Historiskt har glycerol använts i Kina som råvara för tillverkning av en lång rad kemiska produkter. Figur 6. Användning av renad glycerol år 2007. 3.4 Rening av glycerol För att glycerol ska kunna användas inom livsmedels- och läkemedelsindustrin måste glycerolen renas till mer än 99 %. Inom andra kemitekniska områden kan en kvalitet på 97-98 % vara tillräckligt bra att användas utan rening. I många vanliga processer för tillverkning av biodiesel används någon form av katalysator som sedan blir kvar i biprodukten som brukar kallas råglycerol (crude glycerin). Halten glycerol

7 brukar variera mellan 50 upp till i bästa fall 80 %. För att råglycerolen som bildas vid biodieseltillverkningen ska kunna användas måste den renas. Vakuum destillering är en välkänd men dyrbar metod med etablerad teknik för rening av glycerol och ger en produkt med mycket hög renhet. Råglycerol kan renas till 80-85 % genom att tvättas med syra. Som tänkbara syror finns fosforsyra, svavelsyra och saltsyra. Beroende på val av katalysator vid biodieselframställningen finns salter av natrium eller kalium i den råglycerol som blir biprodukt. Om man använder fosforsyra får man t ex kaliumfosfat vid tvättningen, vilket kan användas som gödningsmedel. Svavelsyra ger istället kaliumsulfat vilket också kan användas till gödningsmedel. Det behövs ca 1,5 l syra för varje kg lut som använts i processen. Saltsyra bör undvikas om man har för avsikt att använda glycerolen till förbränning. I Figur 7 visas principen för rening av råglycerol. Råglycerol (50-60 %) tvättas med syra. Detta resulterar i tre produkter: En mindre del blir fria fettsyror som kan omvandlas till biodiesel. En del ger kaliumsulfat (K 2 SO 4 ) som kan användas som gödningsmedel och den största delen blir en renare glycerolfraktion (80 %). Råglycerol innehåller också metanol från processen som måste återvinnas för att produktionen ska bli lönsam eftersom metanol är en dyrbar kemikalie Metanol är dessutom besvärlig eftersom den är mycket brandfarlig och giftig vilket också gör att man inte vill ha den i glycerolen om den ska användas vidare i någon form. En enkel destillering används oftast för att återvinna metanol. Figur 7. Rening av råglycerol med syra. I detta fall svavelsyra. [7] Andra metoder för rening innefattar användning av jonbytare och olika membrantekniker som är välkända metoder för rening av vatten från olika salter och föroreningar. Metoderna är oftast dyrbara investeringar vilket kräver ett högt pris för produkten. 3.5 Pris Priset för ren glycerol var så sent som 2003 i storleksordningen 1200 $/ton. Tre år senare var priset 600 $/ton och sjunkande. I Figur 8 syns prisutveckling för ren glycerol.

8 Figur 8. Prisutveckling för glycerol [8] Priset på både råglycerol och renad glycerol har sjunkit dramatiskt sedan hösten 2008. Priset på renad glycerol sjönk med drygt 60 % från augusti till november 2008 och har därefter fallit obetydligt och man kan ana en uppgång i priset under 2:a kvartalet 2009. För råglycerolen syns samma trend dvs sjunkande priser under hösten, men här börjar nedgången något senare än för den renade glycerolen och här syns en tydlig uppgång av priset från februari 2009. Priset har nästan fördubblats från strax över 100 till nästan 200$/ton mellan februari och maj. Priset skiljer sig lite mellan olika länder. Dessutom varierar priset på om det säljs FOB, CFR eller CIF. Billigaste priset får man med FOB (free on board) då allt ansvar (och risken) för lasten övergår till köparen när glycerolen är lastad på fartyget. Vid CFR (cost and freight) betalar säljaren frakten till köparen. CIF (cost, insurance, freight) betyder detsamma som CFR med tillägget att säljaren också betalar försäkring för varan. FOB innebär alltid ett lägre pris än de övriga alternativen vilket man ska ha i minnet när man försöker att jämföra priserna. Priset på råglycerol i dagsläget (juni 2009) är 150-235 $/ton vilket motsvarar (med dagens dollarkurs) 270-420 kr/mwh. För renad glycerol är priset 2-2,5 gånger högre (450-560 $/ton), vilket innebär att priset återigen börjar närma sig de nivåer som var aktuella 2006. Glycerol, både råglycerol och renad, handlas flitigt över hela världen men en stor andel av den orenade glycerolen importeras till länder i Asien som Indien, Thailand, Malaysia och Filippinerna. Export av renad glycerol sker till länder som Kina, Indonesien, Korea, Laos, Indien, Saudiarabien och USA Vid starten av biodieseltillverkning i större skala omnämndes alltid glycerol som en värdefull produkt som kan användas inom såväl kemiteknisk industri som inom livsmedels- och läkemedelsbranschen. Reningen av glycerol kunde då försvaras med det höga priset på den renade slutprodukten. När biodieselproduktionen ökade blev samtidigt tillgången på glycerol större än efterfrågan och flera företag fick problem med avsättningen och fick ofta betala för att bli av med produkten. Så sent som under 2008 rapporterades vid flera tillfällen i amerikansk press om utsläpp av avfall från biodieseltillverkning i olika vattendrag i olika delar av USA. Bland annat från Missouri och Alabama. I Figur 9 visas oljeblandad produkt som flyter i vattendrag. Som upphittaren påpekar

9 spelar det mindre roll för fåglarna som drabbas om oljan är av fossilt eller vegetabiliskt ursprung. Figur 9. Utsläpp av glycerolbiprodukt i vattendrag under 2008 i USA Med detta i åtanke är det lätt att förstå att råglycerol kan handlas på marknaden för mellan 0 och 70 $/ton i alla fall för tillverkare som inte har någon egen avsättning för produkten. I Sverige betalas mellan 0,7- och 1 kr/kg (85-125 $/ton), dvs ca 100-200 kr/mwh när glycerolen skickas till biogasframställning.[9] En viss handel sker även internationellt och det uppges att Glycerol-85% (Produkt med 85% innehåll av glycerol) handlas för ca 4 kr/kg (500 $/ton) under hösten 2008. I april 2009 såldes totalt 80 ton glycerol från Sverige till Indien för ett pris mellan 293-464 $/ton. Framtida användning av råglycerol från exempelvis biodieseltillverkning är till exempel som råvara för tillverkning av kemiska produkter där tidigare fossila råvaror har använts. Bland de produkter som är närmast en kommersialisering är tillverkning av propylenglykol och epiklorhydrin. 3.6 Förbränning av glycerol Egenskaper hos ren glycerol redovisas i Tabell 1. Som framgår är värmevärdet lågt jämförbart med andra flytande bränslen vilket gör att massflödet av bränslet måste ökas för att kunna nå samma effekt. Syreinnehållet är högt vilket gör att även lufttillförseln måste vara möjlig att reglera om glycerol ska användas i befintliga brännare.

10 Tabell 1. Egenskaper hos ren glycerol. [10] Enhet C % 39 H % 9 O % 52 Värmevärde eff MJ/kg 16,5 Värmeväde kal MJ/kg 14,7 Dynamisk viskositet @0 C cp 12700 @ 20 C cp 1480 @ 50 C cp 180 Kinetisk viskositet @ 20 C cst 1174 @ 50 C cst 145 Smältpunkt C 17 Kokpunkt C 290 Glycerol från biodieseltillverkning har oftast en sammansättning som skiljer sig markant från den rena glycerolen. Den råglycerol som man får vid tillverkning av biodiesel innehåller som regel mellan 50-80 % glycerol, resterande delar består av vatten, salter och rester av metanol samt fettsyror. Askhalten kan vara betydande och asksammansättningen visar på höga halter av antingen kalium eller natrium. Teknikval för tillverkningen av biodiesel samt råvaror för tillverkningen avgör hur stora mängder och vilka föroreningar som finns i råglycerolen. Det finns ett fåtal publicerade resultat från försök med förbränning av glycerol. I samtliga fall har försöken utförts i liten skala. Samtliga försök är utförda som korttidstest med glycerol från traditionell tillverkning av biodiesel med höga halter av natrium eller kalium (upp till 1,3 %). I en 500 kw tubreaktor [11]testades olika blandningar av råglycerol och begagnad frityrolja. Slutsatserna från testet var att råglycerol inte lämpade sig som ett enskilt bränsle utan endast mindre tillsatser kunde användas. Det uppstod problem med flamhållning och höga halter av partiklar. Den höga klorhalten liksom även skillnaderna i densitet mellan de två bränslena gjorde att man bedömde glycerol som ett dåligt bränsle. Det höga priset för frityroljan påverkade att bränsleblandningen inte var lönsam jämfört med naturgas. I en arbete från North Carolina State University [12] konstruerades en brännare på 30 kw för att elda glycerol som enskilt bränsle. Figur 10 - Figur 13. Som framgår av figurerna bildades påslag i både brännarmunstycket och i rökgasutloppet.

11 Figur 10. Brännare för glycerol Figur 11. Schematisk bild av brännaren Figur 12. Påslag vid brännarmunstycket Figur 13. Påslag i rökgasutlopp

12 Slutsatser från försöken var att: Glycerol kan förbrännas effektivt med energiåtervinning Akrolein kunde inte detekteras i rökgaserna Formaldehyd och acetaldehyd förekommer i högre halter vid förbränning av glycerol jämfört med förbränning av fotogen och gasol. Glycerol från olika ursprungsmaterial kan förbrännas utan skadliga emissioner av CO, kolväten och NO x. CO emissionerna kunde minskas med över 80% vid inblandning av 20% vatten i glycerolfasen Förbränning av råglycerol kan leda till påslag i bland annat brännarmunstycken. I en svensk undersökning [13] utfördes försök med sameldning av glycerol och eldningsolja i en 15 MW oljepanna. Glycerolandelen i försöken varierades mellan 0 och 100 %. Slutsatserna från försöken var att förbränning av glycerol i befintliga pressluftsbrännare fungerade. Man kom dock inte upp till full effekt utan att brännarna modifierades. Det gick bra att starta pannan med 100 % glycerol som bränsle. Oljebrännare av rotationstyp fungerade dåligt för glycerol och krävde hög andel stödbränsle. Man pekar på att det behövs en del utveckling innan glycerol kan användas problemfritt. Emissionsmätningar visar på måttliga emissioner av CO och låga halter av NO. Besvärande var dock att det påvisades akrolein upp till 25 ppm i rökgaserna i några av försöken. Glycerol kan sönderfalla till akrolein vid upphettning Denna förening är mycket giftig och misstänks även vara cancerframkallande. Akrolein är skadlig redan vid mycket låga halter. Gränsvärden i Sverige är 0,1 ppm (nivågränsvärde, exponering under en arbetsdag) och 0,3 ppm (korttidsgränsvärde, exponering under 15 minuter) [14] Låg temperatur och låg syrehalt anses gynna bildning av akrolein. Vid förbränning i hög temperatur bör detta inte vara något problem. 3.6.1 Sameldning med trädbränsle Från University of Agriculture i Litauen finns en undersökning om inblandning av glycerol vid tillverkning av briketter av sågspån. Resultatet visar att förbränningstemperaturen ökar med inblandningen av glycerol samtidigt minskar NO x -halten vid de högre temperaturerna tillföljd av glycerolinblandningen. Anledningen till minskningen beror på att glycerol inte innehåller något kväve och därför inte bidrar till några bränslerelaterade NO x -emissioner. Akrolein kunde inte påvisas i rökgaserna. [15] I Figur 14 syns resultaten från förbränningstest av sågspånsbriketter med inblandning av olika mängd glycerol. 40 vikt-% glycerol ger en halvering av NO x - emissionerna.

13 80 70 NOx emssion [mg/m3] 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Andel Glycerol [%] Figur 14. NOx-emission som funktion av glycerolinblandning i sågspånsbriketter. [15] 3.7 Glycerol och biogas Ett vanligt sätt att använda den råglycerol som bildas är att sälja den till biogasframställning. (Glycerol lär vara rena dynamiten för biogasproduktion.) Tillverkare av biodiesel i Sverige får mellan 70-90 öre/kg för glycerolen. I denna användning är inte alkali som natrium och kalium besvärande. Glycerol används till exempel för att spetsa blandningen i rötkammaren av Svensk Biogas i Linköping [16]. Produktion av 1 GWh RME ger restprodukter, främst glycerol, motsvarande 50 MWh biogas.[17] Resultat från en undersökning från University of Manitoba [18] visar på att biogas och metanproduktion ökade vid inblandning av glycerol. Råglycerol hämmar inte produktionen av biogas. 4 Framtida potential för glycerol Den framtida utvecklingen för biodieseltillverkning och glycerol kommer sannolikt att ske i Sydostasien i länder som Malaysia och Indonesien. Mycket utrustning som finns i gamla producentländer börjar bli föråldrade och de operativa kostnaderna för att driva dessa anläggningar är höga. Malaysia och Indonesien är de främsta producenterna av palmolja. Efterfrågan på vegetabiliska oljor domineras av efterfrågan på palmoljeprodukter på grund av lägre produktionskostnader för palmolja, i jämförelse med andra grödor som raps och soja. [19] Vi kommer att få se många alternativa användningar av glycerol och priset på glycerol kommer att öka med ökande användningsområden. Man kan också anta att i framtiden kommer man att ta hänsyn till kvaliteten på glycerol vid framställning av biodiesel och använda

14 framställningsmetoder som gör att varken biodiesel eller glycerol kräver någon omfattande rening innan användning. Politiska beslut, som exempelvis skatter, avgifter och subventioner, kommer även i framtiden att påverka hur mycket av olika biodrivmedel som kommer att behövas och därmed påverka hur mycket glycerol som kommer ut på marknaden. 4.1 Bränsleceller Bränsleceller i kombination med biobränslen är en spännande framtida kombination enligt en färsk rapport från Elforsk.[20] Glycerol utpekas som ett alternativ på grund av god tillgänglighet och ett attraktivt pris. Man föreslår teknik som tillämpar hög arbetstemperatur som MCFC (Molten Carbonate Fuel Cell) och SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) för glycerol och andra biobränslen. Fuel Cell Energy (www.fuelcellenergy.com) har utfört inledande test med glycerol som bränsle för bränsleceller. Processen innebär att glycerol måste genomgå rötning till biogas samt ångreformering för att kunna användas.[21] I Tabell 2 finns en sammanställning av olika bränslen och vilken typ av bränslecell som de främst kan användas i. [22] Tabell 2. Olika bränslen för olika slags bränsleceller. Glycerol kan vara ett bättre alternativ som bränsle i vissa typer av bränsleceller jämfört med metanol eller etanol eftersom glycerol är betydligt mindre flyktig. [23]

15 5 Experimentellt 5.1 Glycerolkvalitet Glycerol från biodieseltillverkning kan ha mycket skiftande sammansättning, beroende på vilken process som har använts vid tillverkningen. (I bilaga 1 beskrivs olika tillverkningsmetoder mer utförligt.) Totalt har 5 olika kvaliteter av glycerol analyserats. Från en gårdstillverkare av biodiesel med begagnad olja som råvara analyserades ett prov. Tillverkningen använde homogenkatalys med svavelsyra som katalysator. Två prov från homogen katalyserad tillverkning i en två-stegs process analyserades också. I första steget användes syra som katalysator och i det andra användes natriummetylat. Dessutom analyserades två kommersiella produkter. Den ena produkten var en renad glycerol från en process med homogen katalys och den andra från en process med heterogen katalys. I samtliga fall bestämdes innehållet av grundämnen i produkterna. 5.2 Förbränningsexperiment Förbränning av glycerol i en specialkonstruerad brännare utfördes i TPS experimenthall. Brännaren illustreras i Figur 15. Brännaren installerades i TPS labbpanna. Figur 16 Matningen ordnades så att det ska vara möjligt att elda både olja och glycerol. (Figur 17.) I projektet utfördes inga tester med blandning av olja och glycerol utan endast med rena produkter. Glycerolen måste förvärmas för att kunna pumpas till brännaren. (Figur 18.) Figur 15. Glycerolbrännare konstruerad på TPS

16 Figur 16. Brännaren installerad. Figur 17. Pump med möjlighet att mata olja och glycerol

17 Figur 18. Värmning av glycerol innan förbränning, med doppvärmare och värmeband. Rökgaserna analyserades med kontinuerliga mätningar för rökgassammansättning av CO, CO 2, O 2, NO, NO 2 samt THC. Stickprovsmätningar av aldehyder (akrolein) utfördes med hjälp av en speciell provtagare (Figur 19). Ett flertal prover med olika volym rökgas för bestämning av akrolein skickades till Arbets- och miljömedicin i Örebro för analys. Figur 19. Ampull för provtagning av akrolein. 6 Resultat 6.1 Resultat laboratorieundersökning Analyser av de olika kvaliteterna av glycerol visade på stora skillnader i innehåll. I Figur 20 finns analysresultat från samtliga glycerolkvaliteter som undersökts i projektet. Det syns tydligt genom den höga svavelhalten att gårdsglycerolen och syraglycerolen använder svavelsyra som katalysator. Metylatglycerolen har hög natriumhalt på grund av katalysatorn som var

18 natriummetylat. Den homogena glycerolen har sannolikt framställts med en natrium katalysator samt tvättats ren från tvålrester mm med hjälp av saltsyra. Det framgår också tydligt att produkten från heterogen katalys är väldigt ren jämfört med övriga produkter. 35000 30000 25000 20000 K Cl Na S 15000 10000 5000 0 Gårdsglycerol Metylat Syra Homogen Hetrogen Figur 20. Huvudkomponenter i glycerol från homogen katalys. Halter i mg/kg. Homogen betyder kommersiell produkt framställd med homogen katalys. Heterogen är kommersiell produkt från heterogen katalys. I Figur 21 redovisas spårämnen i glycerol som undersökts i projektet. Återigen syns stora likheter mellan den syra katalyserade glycerolen och gårdsglycerolen. Man kan dock ana att gårdsglycerolen har förvarats i någon behållare av stål med tanke på de höga halterna av järn, krom och nickel. De lägre halterna i metylatglycerolen beror på att metylatsteget kommer som andra steg i en två-stegs process så att huvudparten av ämnen hamnar i syrafraktionen. Båda de kommersiella produkterna (homogen och heterogen) är väldigt rena från spårämnen.

19 500 450 400 350 Gårdsglycerol Metylat Syra Homogen Hetrogen 300 250 200 150 100 50 0 Al Ca Fe P Cr Ni Figur 21. Spårämnen i analyserade glycerolkvaliteter. Halt i mg/kg. Homogen är kommersiell produkt från homogenkatalys och heterogen är kommersiell produkt från heterogenkatalys. 6.2 Resultat från förbränning av glycerol Förbränningsförsöken med glycerol i den specialkonstruerad brännaren visade på några svårigheter som tidigare rapporterats i litteraturen: 1. Den höga syrehalten i bränslet medförde en hel del intrimning av bränsle-luft förhållandet. Detta medförde att brännarmunstycket fick konstrueras om samt att styrsystemet för pannan inte fungerade som avsett och fick ersättas med mycket manuell styrning av luft och bränsle. 2. Glycerolen som användes var mycket ren (ca 98% glycerol) men viskositeten gjorde att produkten måste förvärmas till ca 70 C för att kunna matas till brännaren. Möjligen måste även ledningar kunna förvärmas för att man inte ska riskera proppar vid stillestång. Glycerol är korrosiv vid förhöj temperatur. Detta medför att behållare, ledningar etc för en framtida användning av glycerol som bränsle måste konstrueras av syrafast material. Vid kontroll av brännare och ugn efter förbränningen kunde konstateras att en liten mängd svart beläggning samlats på brännaren. (Figur 22 och Figur 23)

20 Figur 22. TPS Glycerolbrännare efter förbränningstesten. Figur 23. Närbild av brännaren efter försöken. På bilden syns de fyra hålen i det specialkonstruerade munstycket. 6.2.1 Emissionsmätningar Problem med att få stabil förbränning med glycerolbränsle gjorde att emissionsmätningarna uppvisar en stor mängd CO-spikar. I Figur 24 syns detekterade CO-halter från förbränning av 100% glycerol i TPS testbrännare. Med trimning av luft och bränsletillförsel bör det vara möjligt att sänka CO-halterna. I Figur 25 redovisas NO halterna från förbränning av 100 %

21 glycerol. Glycerol innehåller i ren form inget kväve och här syns att halterna varierar men på en relativt låg nivå. (25-30 ppm). I Figur 26 syns tydligt hur emissionen av kolväten (THC) samvarierar med CO halten. Endast vid ett par tillfällen förekommer höga halter av kolväten trots att CO emissionen är relativt stabil och låg. Under försöken trimmades brännaren och det gick att få en relativt stabil drift. I Figur 27 syns emissioner av O 2, CO och NO under en timmes drift med måttligt höga emissioner. Det bör inte vara något stort problem att trimma in brännare att fungera bra med glycerol. I dessa försök hade pumpen inte tillräcklig kapacitet för att det skulle vara möjligt att justera flödet för att få riktigt bra drift. CO 1000 900 800 700 CO [ppm] 600 500 400 300 200 100 0 13:29:02 13:54:22 14:19:22 14:44:22 15:09:22 15:46:22 Figur 24. CO emissioner från förbränning av 100% glycerol

22 NO 35 30 25 NO [ppm] 20 15 10 5 0 13:29:02 13:54:22 14:19:22 14:44:22 15:09:22 15:46:22 Figur 25. NO emissioner från förbränning av 100% glycerol. CO [ppm] 3000 2500 2000 1500 1000 500 CO THC 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 THC [ppm] 0 13:28:37 13:53:37 14:18:37 14:43:37 15:08:37 15:44:42 0 Figur 26. CO och THC emissioner från förbränning av 100% glycerol.

23 CO [ppm] 900 800 700 600 500 400 300 200 100 CO O2 NO 35 30 25 20 15 10 5 NO [ppm] O2 [%] 0 14:05:32 14:13:52 14:22:12 14:30:32 14:38:52 14:47:12 14:55:32 0 Figur 27. Emissioner av CO, NO och O 2 under en timme med relativt stabil drift. 6.2.2 Akrolein I de rökgasprover som analyserades av Arbets- och Miljömedicin i Örebro detekterades 0,1 mg/m 3 akrolein samt 3 mg/m 3 formaldehyd. Akroleinhalten är halva gränsvärdet för vad som är tillåtet i inomhusluft medan halten formaldehyd är högre än det hygieniska gränsvärdet för inomhusluft. Resultat från test av glycerol som bränsle i North Carolina visar också att halterna formaldehyd var högre från förbränning av glycerol jämfört med fotogen och gasol. [12]. Rökgasproverna för bestämning av aldehyder (akrolein och formaldehyd) togs i dessa försök innan filtret. Emissioner via skorstenen av formaldehyd och akrolein blir lägre, speciellt om anläggningen är utrustad med skrubber eller rökgaskondensering då aldehyderna löser sig mycket lätt i vatten. 7 Sammanfattning Glycerolkvaliteter kan variera kraftigt beroende på hur biodieseltillverkningen utförs. Av de kvaliteter som analyserats i projektet är det framförallt den som är framställd med heterogen katalys som framstår som en lämplig kandidat att användas som bränsle och kunna ersätta fossil olja. Den andra kommersiella produkten framstår som ett mindre bra alternativ med tanke på det mycket höga innehållet av både klor och natrium. Här skulle kanske tvätt av glycerolen med någon annan syra, (svavelsyra) ge en bättre produkt. De övriga produkterna borde beroende på pris kunna sameldas i små inblandningar (några få procent) med annat biobränsle utan alltför stora problem. Svavelhalten kan i detta fall vara gynnsam för att minska eventuella alkaliproblem.

24 Metylatglycerolen liksom även den kommersiella homogena glycerolen har en besvärande hög natriumhalt. Bränslen med högt innehåll av natrium bör inte blandas med bränslen som har höga kaliumhalter. Därför ska man undvika sameldning med de flesta biobränslen. Tänkbara alternativ som sameldningsbränslen för dessa glycerolkvaliteter kan vara lignin, rötslam, spannmålsavrens och vissa torvsorter. Glycerol kan eldas i brännare för olja med viss modifiering av munstycken. Reglering av bränsle och förbränningsluft kräver intrimning av befintlig utrustning för att få stabil förbränning. Hög viskositet kräver varmhållning av glycerolen för att den ska kunna pumpas. Detta medför stor risk för korrosion i tankar och ledningar som då måste konstrueras i syrafast material. Emissioner av CO och kolväten bör kunna hållas på en låg nivå när utrustning trimmats in. NO emissioner blir låga då glycerol inte innehåller kväve. Akrolein, som är en aldehyd och kan bildas när glycerol sönderfaller, detekterades i låga halter i rökgaserna 8 Slutsats Glycerol som ensamt bränsle är ett tänkbart alternativ som ersättning för fossil olja, men då krävs att produkten är mycket ren. Alla kvaliteter av glycerol är inte lämpliga för förbränning på grund av besvärlig asksammansättning och i vissa fall höga askhalter. Värmevärdet för glycerol är ungefär som andra biobränslen vilket kräver ett ökat massflöde jämfört med andra oljor. Priset för produkten är i storleksordningen som andra vegetabiliska oljor. Utrustningen för bränslehantering av glycerol kräver syrafast material. En låg inblandning i fasta biobränslen bör i de flesta fall inte vara något problem, men priset är högre än för vanliga trädbränslen (400-500 kr/mwh), vilket gör detta mindre intressant. En möjlig anledning att använda inblandning av glycerol med fastbränsle skulle kunna vara för att sänka NOx-emissionerna och minska avgifter och/eller kostnader för NH 3 /urea under förutsättning att glycerolen har en kvalitet som inte orsakar problem i pannan.

25 9 Referenser 1 Transportsektorns energianvändning 2008. ID nr ES2009:04. ISSN 1654-7543. 2009. 2 Biodieselmagazine september 2006. 3 http://www.framtidsstudier.se/filebank/files/20081112$084759$fil$f9it31c76y4 PCH40Wrem.pdf 4 Norbert Schopf, Using Glycerine as an Alternative Fuel.Saacke Group/ Combustion and Energy Systems. 2008 5 http://www.naturvardsverket.se/sv/produkter-och-avfall/avfall/lagar-och-regler-omavfall/definition-av-avfall/avfall-eller-biprodukt---/ 6 http://eur-lex.europa.eu/lexuriserv/lexuriserv.do?uri=com:2007:0059:fin:sv:pdf 7 http://www.ingenia.nl/flex/site/download.aspx?id=2014 8 http://hgca.co.uk/document.aspx?fn=load&media_id=3605&publicationid=2363 9 Personlig kommunikation 10 http://www.berr.gov.uk/files/file14939.pdf sida 137-139 11 R. Patzer, Stack emission evaluation: Combustion of crude glycerine and yellow grease in an industrial fire tube boiler. Agriculture Utilization Research Institute, Marshall, MN, USA April 13, 2007 12 Brian Metzger, Glycerol Combustion, Thesis from North Carolina State University, Augusti 2007. http://www.lib.ncsu.edu/theses/available/etd-07312007-153859/unrestricted/etd.pdf 13 Personlig kommunikation 14 http://www.av.se/dokument/afs/afs2005_17.pdf 15 http://www.agri.ee/public/juurkataloog/bioenergeetika/dravininkas.ppt#263,10,ta ble 1. Technical parameters of the technological line 16 Johan Sievers http://archive.corren.se/archive/2008/6/1/jqp9jw6k2sjrvlg.xml 17 Marita Linné, Alexandra Ekstrand, Rolf Englesson, Emilie Persson, Lovisa Björnsson, Mikael Lantz. Den svenska biogaspotentialen från inhemska restprodukter. Lund 2008. http://www.gasforeningen.se/upload/files/publikationer/rapporter/biogaspotential_slutlig0 809.pdf 18 http://www.bioeng.ca/events/vancouvermtg/powerpt/csbe08103.ppt 19 http://www.frost.com/prod/servlet/market-insight-print.pag?docid=84865313 20 Markku Rissanen, Biobränslen för bränsleceller. Elforsk rapport december 2007. 21 S. Abens, R. Sanderson, G. Steinfeld. http://www.ecostore24.com/epages/es107959.sf/en_gb/?objectpath=/shops/es107959_s hop/products/105010

26 22 http://fy.chalmers.se/~f1xjk/fysikaliskaprinciper/projekt/projekt30/vadar.html 23 http://www.actananotech.com/index.php?option=com_content&task=view&id=200&itemid=186

Bilaga 1 Biodiesel F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Innehållsförteckning 1 Vad är biodiesel?...3 2 Produktion av biodiesel...3 2.1 Produktion inom EU... 3 2.2 Produktion av biodiesel i Sverige... 4 2.3 Produktion av biodiesel i USA... 5 2.4 Produktion av biodiesel i övriga världen... 5 3 Tillverkning av biodiesel...6 3.1 Homogen katalysator... 8 3.2 Heterogen katalysator... 8 3.3 Superkritisk methanol... 9 3.4 Mikrovågsteknik... 11 3.5 Ultraljudsteknik... 13 3.6 Enzymatisk process... 13 4 Råvaror för biodieselproduktion...14 4.1 Vilka råvaror används?... 16 4.1.1 Raps/rapsolja... 16 4.1.2 Sojaolja... 17 4.1.3 Jatropha curcas-växten... 17 4.1.4 Palmolja... 18 4.1.5 Andra oljor... 19 5 Marknad för biodieseltillverkning....19 5.1.1 Positiv utveckling i Sverige... 20 6 Miljö och etik...20 6.1 The Water Footprint... 21 6.2 Mat eller bränsle?... 22 7 Referenser...22 F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

1 Vad är biodiesel? Biodiesel är ett förnybart drivmedel som kan tillverkas av vegetabiliska eller animaliska oljor och fetter, som till exempel rapsolja, solrosolja, soja olja använd fritösolja eller animaliskt fett. Biodiesel används i transportsektorn både som inblandning i fossila bränslen men går i vissa fall att använda i ren form. Biodiesel kräver inga ändringar i distributionssystemen och kräver därför inte några dyrbara investeringar i infrastrukturen. Biodiesel kan även ersätta eldningsolja för uppvärmning. 2 Produktion av biodiesel Produktionen av biodiesel på olika håll i världen bestäms av många olika faktorer, som råvarupriser, pris på råolja, valutakurser och inte minst politiska beslut om skatter och avgifter. Efterfrågan på biodiesel styrs av priset på produkten samt av olika politiska mål för hur klimatförändringen ska bromsas. 2.1 Produktion inom EU Produktionsökningen för biodiesel inom EU blev endast 17 % under 2006 att jämföras med 54 % 2005 och 65 % 2004. Biodieseltillverkningen har minskat i 6 av medlemsländerna sedan 2006 på grund av konkurrensen från USA. I juli 2008 fanns 214 anläggningar för tillverkning av biodiesel inom EU vilket motsvarar 16 miljoner ton. Minst 3 miljoner av tillgänglig kapacitet används inte då lönsamheten är för dålig. [1] Som framgår av Tabell 1 utnyttjades endast 55 % av tillgänglig kapacitet inom EU 27 under 2007. Trots detta ökade kapaciteten inom EU med ytterligare drygt knappt 6 miljoner ton under 2008. Östra Europa bidrog med nästan 1 miljon ton av den ökande kapaciteten. Tyskland och Frankrike stod för ca 1 miljon ton vardera. Andra stora ökningar kom i Spanien och Holland. Endast Luxemburg saknar helt tillverkning av biodiesel. Tabell 1. Kapacitet och tillverkning av biodiesel i EU 27 under 2007 och 2008. [2] LAND Kapacitet 2007 1000 ton Produktion 2007 1000 ton Kapacitet 2008 1000 ton Tyskland 4361 2890 5302 Frankrike 780 872 1980 Italien 1366 363 1566 Österrike 326 267 485 Portugal 246 175 406 Spanien 508 168 1267 Belgien 335 166 665 UK 657 150 726 Grekland 440 100 565 Holland 115 85 571 Danmark 90 85 140 Polen 250 80 450 Sverige 212 63 212 F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 4(24) Tjeckien 203 61 203 Slovakien 99 46 206 Finland? 39 170 Rumänien 81 36 111 Litauen 42 26 147 Slovenien 17 11 67 Bulgarien 65 9 215 Lettland 20 9 130 Ungern 21 7 186 Irland 6 3 80 Cypern 6 1 6 Malta 8 1 8 Estland 35 0 135 Luxemburg 0 0 0 TOTALT 10289 5713 16000 2.2 Produktion av biodiesel i Sverige En sammanställning från 2008 visar på en totalproduktion på 180 000 m 3 i svenska anläggningar. [3]En anläggning (Karlshamn) med kapacitet på 45 000 m 3 lades i malpåse under 2008 men har startat upp en begränsad tillverkning under 2009. Tidplanen för den planerade anläggningen på 350 000 m 3 i Norrköping är oklar. Flera anläggningar är i gårdskala på mellan 300-1000 m 3 /år. Råvara för biodiesel är främst raps/rapsolja men även animaliskt fett och begagnade frityroljor används. I den planerade anläggningen i Piteå på 100 000m 3 kommer råtallolja att användas. Perstorps anläggning i Stenungsund startades under sommaren 2007 och har en kapacitet på 160 000 ton/år. I Tabell 2 finns en sammanställning från 2008 om tillverkning av biodiesel i Sverige. Perstorp går enligt uppgift inte med full kapacitet. Tabell 2. Tillverkning av biodiesel i Sverige 2008. Från [3] Ort Företag Volym Enköping BrunsholmsS äteri m 3 Fas D = drift M = malpåse P = planerad Start Råvara Kommentar 1000 D 2007 Raps Ageratec levererat Finspång Dahlias 300 D 2006 Raps Ageratec levererat Gotland Gotlands rapsbränsle 300 D 2006 Raps Ageratec levererat Götene Skeby Energi 300 D 2006 Raps Ageratec levererat Karlshamn Lantmännen Ecobränsle 45000 M 2006 Rapsolja Ligger i malpåse Knislinge Norup Gård 10000 D Raps Linköping Tolefors gård 300 D 2006 Raps, fritösolja Norrköping Sweden Bioenergy Ageratech levererat 350 000 P Jatropha Oklar tidplan Piteå Sunpine AB 100 000 B 2009 Råtallolja Byggstart sep F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 5(24) 2008 Stenungsund Perstorp 160000 D 2007 Rapsolja Axcess levererat Ystad Soloil 1000 D 2005 Raps Ageratech levererat Överkalix Aviosol 5000 D 2008 Trä FT-diesel 2.3 Produktion av biodiesel i USA I USA används främst olja från sojabönan vid produktion av biodiesel även om många andra material undersöks precis som över hela världen. Produktionen har ökat lavinartat under de senaste 4 åren och man räknar med en kapacitet för 2007 på 1,5 miljoner ton. [5] Av denna mängd exporterades 75 % till bland annat EU. Man beräknar att biodiesel kommer vid slutet av 2008 att tillverkas i 240 i USA anläggningar och kapaciteten då kommer att vara ca 9 miljoner m 3. Under sommaren 2007 var priset för vanlig diesel i USA knappt 6 kr/l medan B100 kostade ca 6,50 kr/l dvs en prisskillnad till den fossila dieselns fördel. Prisskillnaden baserat på energiinnehåll blir något högre och hamnar på drygt 1 kr/l. (räknat på en dollarkurs på 7.50 kr) Figur 1. Biodieseltillverkning i USA från 2000-2008. [4] 2.4 Produktion av biodiesel i övriga världen Argentinas produktionskapacitet har mer än fördubblats under 2008. I början av året producerades 600 000 ton/år och man räknar med att producera 1,5 miljoner ton vid slutet av året. [5] F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 6(24) Malaysia beräknar att mer än fördubbla mängden biodiesel som exporteras under 2008 till ca 200 000 ton. Merparten av exporten går till Europa. [6] 3 Tillverkning av biodiesel Det är lika enkelt att göra biodiesel som att baka en sockerkaka. Man blandar olja med metanol och tillsätter en katalysator och rör om. Låt blandningen stå 6-8 timmar och tappa sedan av den undre fasen som består av glycerol, vatten och katalysator. Den övre fasen består av biodiesel. Biodiesel tillverkas i väldigt varierande skalor, från hemmafixaren i garaget till anläggningar som producerar 100 000-tals ton varje år. I UK får man till exempel tillverka upp till 2500 l utan att betala skatt. Man varnar här för riskerna som kan orsaka skador som kostar mer än de besparingar man kan göra genom att tillverka sin egen biodiesel. Man rapporterar om en man i Northamptonshire som blev skadad när han använde en elektrisk borr för att blanda etanol och lut. En gnista från borren antände spriten och mannen fick 20 % brännskador och ett förstört garage.[7] Figur 2. FuelPod 2 I Figur 2 visas FuelPod 2 som kan tillverka 50 liter biodiesel/dag och bygger på teknik med homogen katalys. Apparaten som är ungefär lika stor som en tvättmaskin kostar i storleksordningen 20 000 SEK och är mer eller mindre automatisk när den väl laddats med nödvändiga råvaror. Man hävdar att det går att använda begagnad (eller ny) matolja. [8] Reaktionen mellan olja och alkohol (vanligen metanol) är en långsam process och därför används som regel någon form av katalysator för att öka reaktionshastigheten. Katalysatorn förbrukas inte i reaktionen utan kan användas igen. I homogen katalys (homo= lika) är reaktanterna i samma tillstånd t ex som vätskor. I heterogen katalys (hetero= olika) förekommer reaktanterna i olika tillstånd. Ett annat sätt att öka reaktionshastigheten är att öka temperaturen. I Figur 3 visas principen för tillverkning av biodiesel. Vegetabilisk och/eller animaliskt fett innehåller triglycerider som tillsammans med metanol bildar estrar samt glycerol. För varje ton triglycerid som används bildas 100 kg glycerol. Egenskaperna hos glycerolen varierar beroende på vilken katalysator som används. Om NaOH används får man en produkt med hög viskositet som inte är pumpbar om den inte varmhålls. När F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 7(24) KOH, natriummetylat eller syra används blir produkten klart mer lättflytande. Allt fler tillverkare går ifrån natrium av detta skäl. Figur 3. Princip för biodieseltillverkning I Tabell 3 finns olika produktionsmetoder för biodiesel. I kommande avsnitt beskrivs metoderna lite mer utförligt. Tabell 3. Tillverkningsmetoder för biodiesel. Produktionsmetod Fördelar Nackdelar Homogen basisk katalysator Utprovad metod Låg temperatur, atmosfärstryck Kort reaktionstid Låg metanol behov (~ 6) FFA* halten måste vara > 0,5% Kräver rena råvaror Besvärlig produkt separation Katalysatorn måste neutraliseras Homogen sur katalysator Heterogen katalysator Enzymatisk katalys Superkritisk metanol Ultraljudsteknik Utprovad metod Låg temperatur, atmosfärstryck Kort reaktionstid med FFA Effektiv förbehandling av FFA Utprovad metod Rena produkter Kort reaktionstid? Låg tryck och temperatur Behandlar triglycerider och FFA Inga biprodukter Enkel produktåtervinning Lågt metanolbehov (~4) Behandlar triglycerider och FFA Ingen katalysator Påverkas inte av vatten Enkel produktseparation Kort reaktionstid Kort reaktionstid Låg energiförbrukning Behandlar triglycerider och FFA Inhiberas av vatten Högt metanolbehov (~40) Långsam reaktion med triglycerider Neutralisering av katalysator Kräver syrafast material Mindre selektiv än homogen katalys Högre kostnad för katalysator Lång reaktionstid Dyra enzymer med begränsad livslängd Deaktivering av enzymer från vatten Hög temperatur och högt tryck Hög metanolförbrukning (metanol:olja ~40) Oprövad teknik i industriell skala Dyrare utrusning än vid homogen katalys F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 8(24) Mikrovågsteknik Kort reaktionstid Låg energiförbrukning Behandlar triglycerider och FFA Oprövad teknik i industriell skala Dyrare utrusning än vid homogen katalys * FFA (Free Fatty Acid) = fria fettsyror 3.1 Homogen katalysator Den hittills vanligaste metoden att tillverka biodiesel, gäller framförallt i liten skala, sker genom att använda någon form av homogen katalysator, dvs en katalysator som finns i samma fas som övriga reagens i processen. Vid homogen katalys av biodiesel krävs som regel ett antal reningssteg där biodiesel tvättas ren. Den glycerolfas som bildas består till 50-80 % av glycerol, resten är reaktionsrester sam salter, metanol mm Homogena katalysatorer kan vara antingen basiska t ex NaOH, KOH eller natriummetylat, eller sura som exempel H 2 SO 4, H 3 PO 4, CaCO 3 Vanliga koncentrationer av basisk katalysator är i storleksordningen 0,3-1,5 %. Valet av katalysator påverkas av vilken råvara som används för tillverkning av biodiesel. Rena vegetabiliska oljor krävs för ett bra utbyte med basisk katalysator. Om man däremot använder begagnade mat- och/eller frityroljor som råvara fungerar syra bäst som katalysator. Figur 4. Utrustning för tillverkning av biodiesel från Ageratec i Norrköping. Ageratec i Norrköping är en stor tillverkare av utrustning för tillverkning av biodiesel. Man har levererat mer än 70 anläggningar av olika storlek som tillverkar biodiesel av allt ifrån ren rapsolja till fiskolja och animaliskt fett. Ett stort antal finns naturligtvis i Sverige men flest har levererats till Australien. Även länder som Colombia och flera länder i Afrika (Elfenbenskusten, Rwanda, Zambia mfl) har fungerande anläggningar. Ageratec levererar anläggningar från ca 900 ton/år upp till drygt 7000 ton/år. Man har även levererat ännu större anläggningar på upp till 100 000 ton biodiesel/år. I Figur 4 finns en anläggning för tillverkning av biodiesel från Ageratec. 3.2 Heterogen katalysator Vid heterogen katalys används som regel en fast katalysator som består av olika metaller i en fast bädd. Temperatur och tryck är oftast högre än vid homogen katalys. Både biodieseln och glycerolfasen är rena och kan oftast användas utan ytterligare rening. Glycerolfasen innehåller F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 9(24) som regel mer än 97 % glycerol. I Sverige används denna teknik av Perstorp i anläggningen i Stenungssund. I Figur 5 visas principen för tillverkning av biodiesel enligt Axens modell. Figur 5. Principen för tillverkning av biodiesel enligt Axens modell med fast katalysator.[9] Som katalysator har många olika material testats runt om i världen. Från Turkiet rapporteras om bra utbyte vid användning av ett mineral som innehåller magnesium och aluminium. [10] Kalciumkarbonat har undersökts vid universitet i Kansas, USA. Här användes en temperatur på ca 200 C med ett bra utbyte. Reaktionstider på 18 minuter var tillräckligt för reaktionen. [11] Zeoliter med olika andel Al 2 O 3 har undersökts i temperaturintervallet 200-47 C med ett metanol/olja förhållande på ~ 6 vid Universitet of La Laguna i Spanien [12] Från Kina rapporteras att en katalysator med KF/ZnO visat bra resultat vid framställning av biodiesel. Man undersökte många olika parametrar som t ex mängd KF, kalcineringstemperatur och metanol/olja förhållande. [13] Olika tennföreningar har undersökts för framställning av biodiesel i Brasilien. Man kunde uppnå en omvandlingsgrad på 93 % med en reaktionstid på 3 timmar. [14] 3.3 Superkritisk methanol Som de flesta med lite vetenskaplig bakgrund vet kan olika ämnen förekomma i tre olika faser: fast, flytande eller gas fas. Olika faktorer, som t ex tryck och temperatur, bestämmer i vilken fas en molekyl befinner sig i. Om man ändrar en av faktorerna påverkas substansen från en fas till en annan. Ett bra exempel är vatten: Värm upp en isbit så smälter den snabbt och om man ökar temperaturen ytterligare får man vattenånga. Om man ökar både tryck och temperatur hos ett ämne kan man nå en punkt där fasgränsen mellan vätska och gas har försvunnit, och man har fått en superkritisk vätska.(scf = supercritical fluid). Superkritiska vätskor har den unika förmågan att kunna diffundera genom fasta material som en gas men även lösa upp ämnen som en vätska. Man använder till exempel superkritisk koldioxid för att lösa ut koffeinet ur kaffe och te när man framställer koffeinfria produkter. I Figur 6 finns ett fasdiagram för koldioxid, Principen är densamma för metanol, men tryck och temperatur varierar något. F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 10(24) Figur 6. Fasdiagram för koldioxid. I en undersökning vid University of Arkansas utfördes experiment med kycklingfett och tallolja som råvara. Försöken utfördes under 20 minuter vid 275-325 C och trycket 11 MPa. Metanol/olja varierades mellan 10:1 och 40:1. Egenskaperna hos den biodiesel som tillverkades var bättre än de krav som finns för biodiesel enligt ASTM D6751. Det mest intressanta med metoden är att det går att använda lågvärdiga råvaror och att utbytet är högt (mellan 89-94 %.) Figur 7. Reaktorn som användes i försöken vid Universitetet i Alabama [15] Från Japan finns två metoder där superkritisk metanol används vid framställning av biodiesel [16]: Den ena är en enstegs metod (Saka Process), Figur 8. Där används superkritisk metanol med 350 C och ett tryck på 50 MPa. Fördelar som nämns med denna metod är att den är en F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 11(24) enkel process utan katalysator som ger ett högt utbyte med varierande råvarukvalitet. Nackdelen är att det krävs högt tryck och temperatur. Figur 8. SAKA processen för framställning av biodiesel. I den andra metoden används en två stegs process (Saka-Dadan Process Figur 9) där man först gör en hydrolys med subkritiskt (överhettat) vatten (270 C och 20 MPa) följt av en estrefieringsprocess med superkritisk metanol (270 C och 20 MPa). Fördelarna med denna process är desamma som för enstegsprocessen men man har dessutom lyckats med att utföra reaktionerna vid lägre tryck och temperatur. En annan fördel är att man får en renare biodiesel eftersom glycerolen avskiljs redan efter hydrolyssteget och kan på så sätt inte blandas in i slutprodukten. Figur 9. Två stegsprocess (SAKA-DADAN) för tillverkning av biodiesel. 3.4 Mikrovågsteknik Mikrovågsteknik kan användas för att öka reaktionshastigheten vid tillverkning av biodiesel. Mängden katalysator som behövs, minskar jämfört med vanlig teknik för homogen katalys och utbytet blir högre. Två minuter är optimal tid för bästa utbyte med mikrovågsteknik. Vid längre tid minskar utbytet. Utbytet jämförs med utbytet vid konventionell framställning av biodiesel, Mikrovågstekniken ger 100 % utbyte efter 2 minuter medan konventionell teknik ger ca 96 % F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 12(24) vid reaktionstider på 1 timme och längre. 30 minuters reaktionstid ger som max 86 % utbyte. [17] Som framgår av Figur 10 blir värmning med mikrovågor mer effektiv jämfört med konventionell uppvärmning. Figur 10. Illustration av uppvärmning med mikrovågor. Till höger vanlig uppvärmning och till vänster uppvärmning med mikrovågor.[18] Mikrovågsteknik finns för både kontinuerliga och satsvisa processer. Begagnade och rena oljor kan användas i processen. Metanol/olja förhållandet kan hållas förhållandevis lågt (~6) Svavelsyra och kaliumhydroxid är lämpliga katalysatorer. [19] Figur 11. Utbytet av biodiesel som funktion av reaktionstiden i sekunder. [20] I Figur 11 syns tydligt hur utbytet av biodiesel drastiskt minskas om reaktionstiden överskrider 120 sekunder. Både reaktionstiden och tiden för separation av faserna förkortas när mikrovågsteknik används. [20] F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 13(24) 3.5 Ultraljudsteknik I både mikrovågs- och ultraljudstekniken är framställningen av biodiesel en homogen katalys men jämfört med den konventionella processen med extern uppvärmning krävs en mindre mängd katalysator. Ultraljudsteknik för framställning av biodiesel reducerar reaktionstiden till 5 minuter jämfört med 1 till 5 timmar som används vid konventionell homogen katalys. Även separationstiden för faserna förkortas radikalt så att i stället för vanligtvis 5-10 timmar krävs endast cirka 15 minuter för att uppnå samma resultat. Effekten som krävs för att tillverka biodiesel med ultraljudsteknik är ganska liten vilket ger låga kostnader. Man räknar med att kostnaderna varierar mellan 5-10 öre per liter i kommersiell skala. (2006) [21] Det finns kommersiell tillgänglig utrustning att köpa som använder ultraljudsteknik för framställning av biodiesel. [22] Figur 12. Utrustning för tillverkning av biodiesel med ultraljudsteknik.[22] 3.6 Enzymatisk process Enzymer kan användas för tillverkning av biodiesel. Processen ger ett högt utbyte av biodiesel utan tillsats av alkali katalysator. Processen utförs vid låg temperatur och ger en enkel separation av produkterna och en renare glycerol jämfört med konventionell homogen katalys. Enzymerna är dock ganska dyra och har en begränsad livslängd. En metod där enzymet immobiliseras kan lösa problemet med dyra enzym och sänka produktionskostnaderna genom att enzymet kan återanvändas. [23] F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 14(24) Figur 13. Princip för enzymatisk tillverkning av biodiesel. [24] 4 Råvaror för biodieselproduktion Kostnader för produktion av biodiesel består till ca 80 % av råvarukostnader. När priset på soja, raps och liknande oljeväxter ökar blir det inte lönsamt att producera biodiesel. Biodiesel tillverkning sker främst i närheten av råvaruproduktionen. Till skillnad från fossila bränslen som transporteras i pipelines för rening och vidare transport till förbrukaren, fraktas biodiesel främst med lastbil, vilket medför 2-3 ggr så höga transportkostnader. Försök med att använda befintliga pipelines för att transportera biodieselblandningar (2% biodiesel i fossilt bränsle) har utförts med bra resultat i USA vilket öppnar för mer ekonomiska transportlösningar.[25] F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 15(24) Råvaror för biodieselproduktion klassas efter innehållet av fria fettsyror (FFA= free fatty acid) i råvaran. Priset sjunker med ökad andel FFA som finns i materialet men produktionskostnaderna ökar samtidigt. Raffinerade vegetabiliska oljor innehåller som regel < 0,05 % FFA att jämföras med begagnade fritösoljor som innehåller 2-7 % och animaliskt fett med 10-30 % FFA. Baskatalyserad framställning av biodiesel fungerar inte med råvaror som har hög andel FFA på grund av tvålbildning. För råvaror med hög andel FFA används en syrakatalyserad process som kräver en större mängd metanol och även en större mängd katalysator. Priset på olika råvaror är varierar mycket kraftigt med tillgång och efterfrågan, valutakurser, råoljepriset mm vilket gör det synnerligen besvärligt att planera tillverkning av biodiesel. Inom EU-25 fanns säsongen 2005/2006 14,4 miljoner ton vegetabilisk olja varav raps utgjorde närmare 6 ton. Hälften av oljan användes till teknisk industri, inklusive RME. I Sverige odlas oljeväxter på ca 90 000 ha (2007) men vi skulle behöva öka arealen till ca 200 000 ha för att kunna klara de nationella behoven för att blanda in 5 % RME i den diesel som säljs. Noteringen för raps levererad Karlshamn under april-juni 2008. Figur 14. Utveckling av rapspriset under andra halvåret 2007 i /ton. I Figur 14 syns utvecklingen av rapspriset under andra halvåret 2007. En månad senare var priset för raps över 5 kr/kg (500 /ton) [26] F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 16(24) 4.1 Vilka råvaror används? 4.1.1 Raps/rapsolja Figur 15. Raps Rapsolja är den vanligaste råvaran vid tillverkning av biodiesel i Sverige och EU. I Figur 16 finns en sammanställning av rapsproduktionen i världen 2007/2008. Som framgår produceras mest raps inom EU 27. Den kraftigaste ökningen under perioden skedde i Ukraina (>100 %) med Australien som god tvåa (50 %). Figur 16. Produktionen av raps i världen 2007/2008 samt prognos för 2008/2009. Raps är en förhållandevis dyr råvara och det krävs att man får avsättning för även rapskakan för att hanteringen ska bli lönsam. Två tredjedelar av mängden rapsfrö blir till rapskaka och resten blir rapsolja. Rapskakan kan ersätta importerat sojamjöl som djurfoder och är en efterfrågad produkt som är nödvändig för lönsamheten vid tillverkning av biodiesel från rapsoljan. F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 17(24) Figur 17. Rapskaka 4.1.2 Sojaolja Figur 18. Planta av sojaböna Sojaolja är en vegetabilisk olja extraherad ur sojabönor, som innehåller 20 % olja. En ljusgul till brungul klar olja, nästan luktlös och med mild smak. Sojaolja är världens mest producerade vegetabiliska olja. 75 % produceras i USA, varav 1/3-del är genmanipulerad. Används som matolja, till margarin, majonnäs mm. Stor industriell användning. Populär bland storkök som frityrolja, då den inte ryker. Sojaolja är den råvara som främst används till biodieseltillverkning i USA. 4.1.3 Jatropha curcas-växten F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 18(24) Figur 19. Jatropha träd Jatropha curcas är en mycket uthållig växt som kan växa på de flesta marker även i öken, den lever i vilt tillstånd i bland annat Indien. Ursprungen från Mexico och Centralamerika har den numera fått en spridning till Afrika och Asien för odling. Växten är ett träd som ofta blir mellan tre och fem meter högt. Vid bra förhållanden kan den dock bli upp till 10 meter hög. Den kan producera olja från år två och de kommande femtio åren. Växten innehåller en mycket stor oljemängd (37 %), det är mer än fyra gånger så mycket olja per hektar jämfört med sojabönor och mer än 10 gånger mer än majs. En hektar Jatrophaodling kan ge knappt 2000 liter biodiesel. Då den kan växa även på sämre marker behöver den inte direkt konkurrera med matproduktionen i dessa länder. Både växten och oljan som kan produceras från växten är giftiga. Växten används också av bönder som stängsel för vilda djur för att undvika skador på andra grödor. Den kan också användas som skydd från erosion i bland annat öknar och hindrar på så sätt ökenutbredningen. Både Indien och Burma har stora planer på odling av Jatropha-frön. Brasilien planerar odla 80 miljoner hektar med Jatropha, en yta motsvarande hela Sveriges och Norges yta. I Kina kommer den odlas på områden likvärdiga med Englands storlek. Indonesien planerar att odla biogröder, däribland Jatropha på fem miljoner hektar. Indonesiens satsning har dock stött på kritik då utsläpp av bland annat kol kommer öka i och med att man dikar ut områden för odling. Det har visat sig att avkastningen från Jatrophaodlingarna inte har nått upp till de uppskattade värdena vilket medför att lönsamheten sjunker tydligt för många av de odlingar som finns [27]. 4.1.4 Palmolja Figur 20. Palmträd med frukter Olja från oljepalmen används i livsmedel som margarin, färdigmat, kakor etc samt hygienprodukter som tvål. Den används även för produktion av biodiesel. F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 19(24) Malaysia är världens största palmoljeproducent med över 38.000 km 2 odlad mark för ändamålet, en yta jämförbar med Holland. Andra stora producentländer är Indonesien, Australien, Benin, Kenya och Colombia. I samtliga länder sker en utbyggnad av palmoljeproduktionen för att möta inhemsk och global efterfrågan på biobränsle. I Malaysia planerar Finska Neste Oil världens största biodieselraffinaderi som från 2010 ska producera 800.000 ton biodiesel per år. Förändrad matkonsumtion med mindre transfetter ökar efterfrågan på palmoljans nyttiga fettsammansättning. Det finns en miljöopinion mot oljepalmsodling då detta ofta står i konflikt med intresset att bevara tropisk skog. Lagstiftning och internationell opinion kan därför verka dämpande på efterfrågan på palmolja.[28] Världsnaturfonden och en rad företag och organisationer har startat Round Table for Sustainable Palm Oil, RSPO. Uppdraget var att spåra palmoljans ursprung och få fram produkter som inte bidrog till fortsatt förödelse i tropikerna. Nu finns den första produkten certifierad enligt organisationens kriterier på marknaden. Priset på palmolja, liksom på de flesta oljeprodukter, varierar kraftigt med bland annat oljepriset och i början av 2008 var priset 1300 $/ton för att ett halvår senare ha sjunkit till 400 $/ton. 4.1.5 Andra oljor Det finns ett stort antal andra möjliga råvaror för biodieselproduktion men än så länge är det mest försöksodlingar för att hitta sorter som ger en hög avkastning. Exempelvis talas det om Tiger nut oil, solrosolja, jordnötsolja, olivolja. kokosnötsolja mfl Alger är också en ny möjlig råvara för produktion av biodiesel. Här finns fördelar som att det inte krävs åkermark för att producera oljan och dessutom är det mindre restprodukter i form av halm och/eller presskaka att ta hand om. Än så länge är det mest försöksanläggningar men man anar en stor framtid för produkten. Begagnade fritösoljor (UCO (=used cocking oil), Yellow grease) är en billig råvara för tillverkning av biodiesel. I Sverige får man olja från restauranger och storkök för mellan 0 och 7 kr/kg beroende på kvalitet. En del företag är glada att bli av med oljan utan kostnad. Det finns en marknad även för denna produkt. Idag (juni 2009) fanns det 69 olika köporder från i stort sett hela världen på begagnad olja. I flera fall uppgavs det att den skulle användas för biodieseltillverkning. [29] Animaliskt fett används på många håll för tillverkning av biodiesel. Av Ageratecs levererade anläggningar använder 19 stycken rapsolja, 16 stycken använder animaliskt fett och lika många använder begagnad olja, vilket visar på hur viktig råvarupriset är för lönsamheten i processen. 5 Marknad för biodieseltillverkning. De senaste åren har varit svåra för de europeiska biodieselproducenterna. I Tyskland som är Europas största producent kämpar stora bolag mot konkurshot. I Sverige ser det dock ljusare ut för branschen, även om marginalerna är små. De pressade marginalerna inom biodieselindustrin i Europa beror på en kombination av fler olika faktorer. Import av subventionerad biodiesel från USA.. Splash&dash principen gjorde det möjligt för amerikanska tillverkare av biodiesel att blanda in 1 % fossil diesel i B100 (100 % biodiesel) och få subventioner av den amerikanska staten på nästan 2 kronor/liter vilket gjorde det möjligt att sälja B99 från USA för 53,25 /100 liter medan produktionskostnaden vid samma tidpunkt var 64 /100 liter. Detta stoppas nu av EU som inför anti-dumping-tullar på biodiesel från USA. F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 20(24) För de producenter som har specialiserat sig på en produktion utifrån raps har konkurrensen från andra billigare vegetabiliska oljor varit ett problem. Istället för raps användas billigare sojaolja från Sydamerika och palmolja från Sydostasien som råvara. Den europeiska marknaden för biodiesel präglas av en hård konkurrens med många aktörer som slåss om marknadsandelarna. I och med en kraftigt utbyggd kapacitet i framförallt östra Europa kan man förvänta sig att konkurrensen hårdnar. Många länder i Sydamerika och Sydostasien har ökat sin produktion av biodiesel och kommer sannolikt att inverka på marknaden i framtiden. Priset för biodiesel är en av de största anledningarna till minskad efterfrågan. Plånboken styr de flesta inköpen av drivmedel och så länge som den fossila dieseln är billigare kommer de flesta att använda den oavsett hur miljöpåverkan ser ut. Det senaste halvåret har priset på diesel fallit snabbt, mycket snabbare än vad priset på rapsfrö och rapsolja har fallit. Det innebär att det blir dyrt för konsumenterna att tanka miljövänligt och att de i mindre utsträckning väljer biodiesel på macken. Politik med olika subventioner, skatter och avgifter har en stor inverkan på efterfrågan på biodiesel. När den tyska regeringen införde en skatt på biodieseln blev den mindre intressant för konsumenterna och efterfrågan föll som en sten. 5.1.1 Positiv utveckling i Sverige Trots en tuff marknad för biodiesel i Europa så finns det ljuspunkter, däribland i Sverige. Perstorp BioProducts är nöjda med lönsamheten i produktion av RME och tycker att går bra. Lantmännen Ecobränsle är åter igång sin produktion av RME i Karlshamn efter att haft fabriken i malpåse i närmare ett år. Perstorp BioProducts fabriken har en kapacitet på 160 000 ton RME per år och Lantmännen Ecobränsle har en årskapacitet på 45 000 ton. Ingen av anläggningar körs idag för fullt men visar på att det finns affärsmöjligheter med biodrivmedel även när de stora aktörerna som Biopetrol i Tyskland har problem med lönsamheten och står under rekonstruktion. Biodieselns framtid hänger på den politiska viljan och prisutvecklingen för fossil olja. I Sverige kommer biodiesel att gynnas de närmaste åren om regeringens klimatproposition går igenom, med höjd energiskatt på diesel med 40 öre och ökad koldioxidskatt. [30] 6 Miljö och etik Som tidigare nämnts finns det vissa etiska hänsyn man bör tänka över vid tillverkning, inköp och användning av biodiesel samt råvaror för tillverkningen. Vi minns larmrapporterna om hur produktionen av palmolja skedde på bekostnad av regnskogarna. Växter och djur som orangutangen hotades av utrotning när regnskogen skövlades till förmån för oljepalmsplantager. När klimatdebatten tog fart på allvar kom nästa larm: avskogningen för att ge plats åt palmplantager medför kolossala utsläpp av växthusgaser, allra värst genom bränder och dränering av torvmark. Det placerar Indonesien på tredje plats efter USA och Kina bland de länder som släpper ut mest växthusgaser. F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 21(24) Figur 21. Affisch från Greenpeace Nu finns det certifierad palmolja och nu gäller det för industrin att ta ansvar. Det räcker inte med medlemskap i RSPO (Round Table for Sustainable Palm Oil) nu måste man fråga efter den certifierade oljan. RSPO-certifiering stoppar inte avskogningen men den sätter press på både leverantörer och livsmedelsindustrin. Men det stora hotet är inte livsmedelsindustrin utan biobränsleboomen. Ska världens efterfrågan på nya drivmedel stillas av stora mängder palmolja krävs kraftigt ökad produktion och ännu mer mark för plantager, och då är de sista regnskogarna riktigt illa ute. 6.1 The Water Footprint Med the water footprint av bioenergi menas den mängd vatten som krävs för att producera bränslet fram till användningen. I en nyligen (juni 2009) publicerad undersökning har forskare undersökt hur stor mängd vatten som krävs för 13 olika grödor. Man har beräknat allt vatten som behövs: regnvatten och konstbevattning samt även hur mycket processvatten som går åt vid tillverkningen. Detta ger oss en ny dimension i bioenergidebatten som hittills mest kretsat runt om det ska vara tillåtet att använda livsmedelsgrödor till bränsle. Hur ska vi använda våra begränsade tillgångar av färskvatten? Vatten som används för bioenergi, vare sig det gäller ätbara grödor som majs och vete eller sådana grödor som inte går att äta som jatropha, kan inte användas för att producera mat eller användas som dricksvatten. Man har beräknat att det behövs 14000 liter vatten för att producera 1 liter biodiesel. Mängden vatten varierar beroende på vilken gröda som odlas samt var i världen den odlas. Minst vatten krävs för soja och raps i Västeuropa. Sämst är jatropha som behöver 20 000 liter vatten för 1 liter biodiesel. I Tabell 4 finns en sammanställning över hur mycket vatten som krävs för olika energislag. [31] Tabell 4. Vattenförbrukning för olika energislag. Energislag Icke-förnybart Förnybart vattenförbrukning (m 3 /GJ) Natur as 0.11 Kol 0.16 Råolja 1.06 Uran 0.09 Vindkraft 0.00 Sol energi 0.27 F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 22(24) Vattenkraft 22 Bioenergi 70 (10-250) 6.2 Mat eller bränsle? Det pågår en debatt runt om i världen om att bioenergiproduktion ökar priset på livsmedel. Olika undersökningar visar att livsmedelspriserna i vissa fall ökat med över 100 % under senare år men allt kan inte skyllas på biodrivmedel utan även priset på råolja spelar in liksom andra faktorer som torka, översvämningar etc. Oavsett vad man tycker om att livsmedel används som bränsle kan man inse att biodrivmedel inte är lösningen på energikriser och klimatförändringar. Ett litet räkneexempel visar att om all den vegetabiliska olja som exporterades i världen 2007 (51 miljarder liter) användes för att producera biodiesel så skulle det räcka till ungefär 4-5 % av hela världens förbrukning av fossildiesel. [32] Ett annat exempel är att den totala produktionen av vegetabiliska oljor i hela världen skulle räcka till att täcka mindre än 50 % av förbrukning av drivmedel i USA. [33] Inte ens i Sverige kan vi klara att odla exempelvis raps så att det täcker behoven för att klara en inblandning på 5 % i vår fossila dieselförbrukning. Vi behöver fördubbla den areal som i dagsläget används för rapsodling för att klara behoven, under förutsättning att all producerad raps används för biodieselproduktion. 7 Referenser 1 Press release 2008-06-25 www.ebb-eu.org 2 www.ebb-eu.org (http://www.ebb-eu.org/stats.php) 3 Bioenergi nr 4, 2008 (http://bioenergitidningen.se/files/resourcesmodule/@random46d6cce6d449a/122027023 7_biodriv.pdf) 4 http://www.biodiesel.org/pdf_files/fuelfactsheets/production_graph_slide.pdf 5 www.ebb-eu.org september 2008 6 http://www.btimes.com.my/current_news/btimes/industries/commodities/200 81022005407/Article/#null 7 http://www.thegreencarwebsite.co.uk/blog/index.php/2008/08/12/warning-about-biodieselproduction/ 8 http://www.ecostore24.com/epages/es107959.sf/en_gb/?objectpath=/shops/es107959_s hop/products/105010 9 http://www.axens.net/upload/news/fichier/chemical_engineering.pdf F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 23(24) 10 http://journals.tubitak.gov.tr/chem/issues/kim-07-31-5/kim-31-5-11-0703-29.pdf 11 http://www.brdisolutions.com/pdfs/bcota/abstracts/19/36.pdf 12 http://cat.inist.fr/?amodele=affichen&cpsidt=19881056 13 http://www.springerlink.com/content/h5q816554347651r/fulltext.pdf 14 Arbreu et al. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 227 (2005) 263-67 15 http://www.biodieselmagazine.com/article.jsp?article_id=2212&q=&page=2 16 http://www.jgsee.kmutt.ac.th/see1/cd/file/c-041.pdf 17 http://www.wseas.us/e-library/transactions/environment/2008/26-181.pdf 18 http://biodiesel.engr.uconn.edu/leadbeater%20presentation%20for%20website.pdf 19 Nicholas E. Leadbeater, * T. Michael Barnard, and Lauren M. Stencel Batch and Continuous-Flow Preparation of Biodiesel Derived from Butanol and Facilitated by Microwave Heating. http://pubs.acs.org/cgibin/abstract.cgi/enfuem/2008/22/i03/abs/ef700748t.html 20 http://www.wseas.us/e-library/transactions/environment/2008/26-181.pdf 21 http://www.free-press-release.com/news/200611/1163440637.html 22 http://www.hielscher.com/pdf/biodiesel_towerton_2007.pdf 23 http://www.informaworld.com/smpp/content~content=a906255489 24 http://www.ingenia.nl/flex/site/download.aspx?id=2014 25 http://www.transworldnews.com/newsstory.aspx?id=124556&cat=1 F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06

Bilaga; 24(24) 26 http://www.ja.se/?p=28200&m=3433&pt=105&highlight=rapsolja 27 http://sv.wikipedia.org/wiki/jatropha-olja 28 http://images.google.se/imgres?imgurl=http://www.jibreusolvestad.se/img/palmo lja.jpg&imgrefurl=http://www.jibreusolvestad.se/palmolja&usg= jqiptfg7sxlbioasdb PymViCQUo=&h=337&w=236&sz=82&hl=sv&start=4&tbnid=pzJSc- L66cz_dM:&tbnh=119&tbnw=83&prev=/images%3Fq%3Dpalmolja%26gbv%3D2%26h l%3dsv 29 http://www.tradekey.com/kb-yellow-grease/page_no/2.htm 30 http://www.ja.se/?p=30554&pt=105 31 http://www.alphagalileo.org/viewitem.aspx?itemid=58317&culturecode=en 32 http://www.news.wisc.edu/14307 33 http://www.uiweb.uidaho.edu/bioenergy/biodieseled/publication/02.pdf F1203 Bilaga 1.biodiesel 2009-10-06