23 november 2017Maria GrahnForskare Energisystemanalys och styrkeområdesledare tema EnergiInstitutionen för rymd-, geo- och miljövetenskapFysisk resursteori

Nya drivmedel

Olika drivmedelsalternativ från olika energikällor lämpar sig olika bra för olika transportslag

Biodrivmedel och elektrobränslen fungerar i alla transportslag

ENERGIKÄLLOR DRIVMEDEL FRAMDRIVNINGSTEKNIKER TRANSPORTSLAG

Metan (biogas, syntetisk metan, naturgas)

Vätgas

Spår (tåg, spårvagn)

Flyg

Sjöfart

Väg (kort) (bilar, bussar, distributions-

lastbilar, arbetsmaskiner)

Väg (lång) (långfärdsbussar

och lastbilar)

FCV (fuel cell vehicles)

Flytande drivmedel(petro, metanol,

etanol, biodiesel )

ICEV, HEV (internal combus-

tion engine vehiclesand hybrids)

Fossila(olja,

naturgas, kol)

Bio-massa

Sol, vind etc

Elektrolys

Produktion av elektro-bränslen

CO2Vatten

BEV, PHEV (battery electric

vehicles)

Induktiv och konduktiv elektricitetElektricitet

Alternativa drivmedel från biomassa

Cellulosa & LigninSkog, skogsplantage,

svartlut

StärkelseSpannmål, vete, korn,

majs mm

Socker

OljaRaps, solrosfrön

Restflödenfrån skogsbruk, jordbruk

och övr. samhället

Sågspån, halm, sopor, slam, slakteriavfall,

gödsel

Jäsningav socker

Etanol

BIOMASSA OMVANDLINGSPROCESSER ENERGIBÄRARE

ElektricitetFörbränning

Metan

Vätgas

Fischer-Tropsch bränslen

DME (Dimetyleter)

Metanol

FörgasningSyntesgas bildas

Pressningoch esterisering

FAME (Fatty acidmethyl ester, eg RME)

RötningBiogas bildas

Vätebehandling HVO Hydrerade vegetabiliska oljor

Vilket drivmedel är bäst?Beror på…Idag? I framtiden?I Sverige? Globalt? I städer? På landsbygd?När det gäller kostnader? Energieffektivitet? Klimatpåverkan? Hälsoeffekter? Arbetstillfällen? Energisäkerhet? Landsbyggdsutveckling? Markeffektivitet? Tillgång på råvaror?Behov av ny infrastruktur? Förändring av beteende?

Ethanol(cellolose,sugarcane)

Biodiesel(FAME, HVO)

Wood-basedDME, diesel

Ethanol (wheat,sugerbeet)

Biogas(manure)

Conventionalgasoline, diesel

Coal-basedDME, diesel

Well-to-wheel energy expended and greenhouse gas emissions for different fuel production pathways, assuming technology maturenessby year 2020. All biofuel options are plotted as neat products. Pathways differ depending on different primary energy sources (e.g.,farmed wood, waste wood, straw, corn, wheat, sugarbeet, sugarcane, municipal waste, manure), different types of added energy to theconversion process (e.g., renewable, natural gas, lignite coal), and different co-products (e.g., animal feed, biogas, electricity).Source: CONCAWE, Eucar, Joint Research Centre.

Energy balance and climate impact

Average net (netto) and gross (brutto) biofuels produced per hectare and year, on average arable land, in southern Sweden (Götalands södra slättbyhgder). Translation of the analyzed biofuel option from the left: wheat-ethanol, wheat-biogas, sugarbeet-ethanol, sugarbeet-biogas, rapeseed methyl esther, pasture-biogas, corn-biogas, willow-ethanol, willow-Fischer-Tropsch-diesel, willow-DME/methanol, willow-biomethane, poplar-ethanol, poplar-Fischer-Tropsch-diesel, poplar-DME/methanol, poplar-biomethane.

Börjesson P. 2007. ”Produktionsförutsättningar för biobränslen inom svenskt jordbruk” [Production conditions of bioenergy in Swedish agriculture] and ”Förädling och avsättning av jordbruksbaserade biobränslen” [Conversion and utilisation of biomass fromSwedish agriculture]. Two reports (Lund reports No 61 and 62) included as Appendix to ”Bioenergi från jordbruket – en växande resurs” [Appendix to Bioenergy from Swedish agriculture – a growing resource], Statens offentliga utredningar 2007:36. Jordbrukets roll som bioenergiproducent Jo 2005:05. Available at http://www.regeringen.se/content/1/c6/08/19/74/5c250bb0.pdf.

Land efficiency

Bäst värde bruttoutbyte

Cellulosa till metan. Bäst värde nettoutbyte.

Multi-criteriaanalysis

Source: Tsita K.G, Pilavachi P.A. (2013). Evaluation of next generation biomass derived fuels for the transport sector. Energy Policy 62: 443–455.

Best valuebiomethane

New types of fuels?Electrofuels

Heavy alcohols and ethersAmmonia?

Analysed in the ongoing project ”Future Fuels”

Example of blendable chemicals for diesel (fit into EN590)

Mina reflektioner kring framtidens drivmedel• Tre huvudgrupper alternativa drivmedel har potential att komma ner i

nästan nollutsläpp: • bränslen som innehåller kolatomer (biodrivmedel/ elektrobränslen), • el, • vätgas

• Drivmedel som har en fördel är de som • kan blandas i konventionella bränslen (alkoholer, biodiesel, elektrobränslen)• bidrar till mindre bullriga städer och renare luft (el och vätgas) • satsas på inom EU (el, metan och vätgas).

• Det är högst sannolikt att det kommer att finnas flera parallella lösningar. • Det finns många fördelar med elfordon i städer. Sannolikt el i städer.• Det finns många utmaningar med el till långväga transporter (speciellt flyg och

sjöfart). Elektrobränslen kan komplettera biodrivmedel för dessa transportslag. • Vänta inte på den enda rätta lösningen.

Min forskning kopplas starkast till SDG nr 7 men även till…

EXTRA

Production of electrofuels

Electro-lysis

Water (H2O)

Hydrogen (H2)El

Biomass(C6H10O5)

BiofuelsMethane (CH4)

Methanol (CH3OH)DME (CH3OCH3)

Higher alcohols, e.g., Ethanol (C2H5OH)Higher hydrocarbons, e.g., Gasoline (C8H18)

Biofuelproduction

How to utilize or store possiblefuture excess electricity

How to substitute fossil based fuels in the transportation sector, especially aviation and shipping face challenges utlilzingbatteries and fuel cells.

400-3700 €2015/kWelec

CO2 from air and seawater

CO2 from combustion

Carbon dioxideCO2

CO2

5-10 €/tCO2

H2

Electrofuels

Synthesis reactor (e.g. Sabatier, Fischer-Tropsch)

Heat

30-2100 €2015/kWfuel

How to utilizethe maximum of

carbon in the globally limited

amount ofbiomass

Other hydrogen options (H2)

Results on available CO2 sources in Sweden

Tot 45 Mt CO2

SwedenAssuming replacing all bunker fuel (TWh) 22Electricity demand (TWh) 42Carbon dioxide (Mton) 6Current electricity use in Sweden (TWh) 140RE generation goal 2020 (TWh) 30

How much fuel can be produced?- 45 MtCO2/yr (fossil+renewable)- 30 MtCO2/yr is recoverable from

biogenic sources =>110 TWh/yrelectro-methanol

Ref: Hansson J, Hackl R, Taljegård M, Brynolf S and Grahn M (2017). The potential for electrofuels production in Sweden utilizing fossil and biogenic CO2 point sources. Frontiers in Energy Research 5:4. doi: 10.3389/fenrg.2017.00004 http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fenrg.2017.00004/full

Koldioxidutsläpp från transportsektorn

CO2 utsläpp

Energibehov CO2 utsläpp per energienhet

Energibehov per km Antal körda km

9. Fortsatt introduktionav drivmedel med låga CO2-utsläpp

4. Öka antalet passagerare respmängd gods per fordon/fartyg

5. Skapa transportsnålbebyggelsestruktur

6. Resfria dagar7. Längre lastbilar och större fartyg. 8. Bryta sambandet mellan

transportbehov och ekonomisktillväxt

1. Energieffektivare fordon/fartyg(ex. el-hybrider, energisnålaremotorer)

2. Val av energieffektivaretrafikslag (ex. tåg vs flyg, cykel/kollektivtrafik vs bil)

3. Energisnålare körsätt (ex. eco-driving, platooning)

kan minskas genom