v atgas som biprodukt { en a ar? ar v atgas som biprodukt ...1201734/fulltext01.pdf · trenden ar...

Vatgas som biprodukt – En Affar?

Ar vatgas som biprodukt fran kemisk industri lonsamatt anvanda som drivmedel ur kostnads– och

miljoperspektiv?

Skrivet av:Alycia SundqvistAlbert Petersson

KandidatexamensarbeteKTH–Skolan for Industriell Teknik och Management

Energiteknik EGI–2017SE–10044 STOCKHOLM

Bachelor of Science Thesis EGI–2017

Vatgas som biprodukt – En Affar?

Hydrogen as a by-product – A business idea?

Alycia Sundqvist

Albert Petersson

Approved Examiner Supervisor

Peter Hagstrom Thomas Nordgreen

Commissioner Contact person

Abstract

As global greenhouse gas (GHG) emissions are continuingly rising, the need for action to reducethese emissions is of importance. The transportation sector is responsible for a large share of thetotal emissions and is heavily fossil fuel dependent. Therefore, new alternatives for fuel are beingevaluated as part of reaching emission-free transport in the future. One of the fuels with thepotential of having a zero-carbon footprint is hydrogen gas. When reacted with oxygen in a fuelcell, hydrogen gas can generate electricity, which can be used to power vehicles and has no directemissions other than water. If the production of hydrogen is made without emissions, the wholecycle is emission free. This could be a solution in reaching a highly reduced carbon-footprintfrom vehicles.

As of today, a large amount of hydrogen is formed as a byproduct from chemical industries,a source which many times remains unused. The purpose of this thesis is to answer the questionregarding if hydrogen would be economically and environmentally sustainable to use as fuel forvehicles. According to the literature found, the infrastructure and the number of cars fueled byhydrogen gas in Sweden today is low, which restrains the use of hydrogen for a broader market.

A review of the chemical industry in Sweden today has been completed, leading to a specificstudy of Inovyns chloride factory in Stenungsund and the possibilities of selling their hydrogen.The industry produces 237 tons of hydrogen gas as by-product each year, and 167 tons are soldto a nearby industry. In addition to this, 2515 tons are re-used as fuel gas in the said production.The economic incentives have been evaluated using the payback-method. The environmentaleffects have been analyzed by quantifying the reduced GHG emissions each year if the hydrogenis used in hydrogen cars instead of fossil fueled cars and busses.

The results show a great potential in using hydrogen as a by-product from both perspectivesanalyzed. Therefore, we recommend to further investigate this area and specifically researchingthe need of purifying the gas and costs of this, as well as costs of handling and compressing thegas.

Sammanfattning

Da utslappen av vaxthusgaser okar globalt behovs atgarder for att minska dessa. Transport-sektorn star for en stor del av de totala utslappen och ar dessutom i hog grad fossilberoende.Nya drivmedel utvarderas som kan bidra till en emissionsfri transportsektor i framtiden. Vatgasar ett sadant drivmedel med potential att vara helt emissionsfritt. Denna kan latas reagera medsyre i en branslecell for att generera elektricitet och darmed driva ett fordon. Detta medfor ingaandra avgaser an vatten. Om produktionen av vatgasen kan ske utan utslapp, innebar det ettstort steg mot kraftigt minskade vaxthusgasutslapp fran fordon.

I dagslaget bildas en stor mangd vatgas fran kemiska industrier som idag gar forlorad.Syftet med detta arbete har varit att utvardera om denna vatgas skulle vara ekonomisktoch miljomassigt hallbar att anvanda i fordon. Enligt den litteraturstudie som genomforts arinfrastrukturen och mangden bilar som drivs pa vatgas i Sverige idag valdigt liten, vilket ar etthinder for anvandning av vatgas i fordon.

En kartlaggning av Sveriges kemiska industrier har genomforts for att senare utvardera enspecifik industri – Inovyns klorfabrik i Stenungssund– och dess mojligheter att salja den vatgassom bildas som biprodukt. Klorfabriken producerar 237 ton vatgas som biprodukt varje ar ochsaljer 167 ton till en narliggande industri. Ytterligare 2515 ton vatgas bildas i industrin somateranvands i de kemiska processerna. De ekonomiska incitamenten for detta har analyseratsmed paybackmetoden. De miljomassiga vinsterna har analyserats i en kvantifiering av minskadeCO2–utslapp vid anvandning av vatgasen i personbilar och bussar.

Arbetet visar att det kan finnas stor potential i att anvanda vatgas som biprodukt ur badade analyserade perspektiven, varfor framtida, ytterligare undersokning av omradet ar relevant.Framtida arbete som rekommenderas bor syfta till att undersoka kostnader och behov av reningav gasen och aven kostnader och alternativ for hantering och komprimering av gasen.

Vatgas som biprodukt – En Affar? Alycia Sundqvist & Albert Petersson

Innehallsforteckning

Tabellforteckning vii

Figurforteckning viii

Nomenklatur ix

1 Introduktion 1

2 Bakgrund 22.1 Branslecellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.2 Energiinnehall i branslen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.3 Vatgasens infrastruktur och transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.4 Lagring och Kostnader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

3 Syfte och Mal 14

4 Modell och Metod 154.1 Avgransningar och antaganden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.1.1 Antaganden Kostnadsanalys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.1.2 Antaganden Miljoanalys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.1.3 Antaganden Kanslighetsanalys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5 Kartlaggning av vatgas som biprodukt 185.1 Var finns industrierna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195.2 De olika industrierna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6 Utvardering av Klor–alkalifabrik 226.1 Kostnadsanalys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

6.1.1 Payback metoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246.2 Miljoanalys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

7 Resultat och Diskussion 26

8 Kanslighetsanalys 29

9 Slutsatser 32

10 Framtida Arbete 33

Bilagor 34


A Bilaga A 35A.1 Gransvarden for renligheten hos vatgas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

B Bilaga B 36B.1 Berakningar for Kostnads analysen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

C Bilaga C 39C.1 Berakningar for Miljoanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

D Bilaga D 41D.1 Berakningar for Kanslighetsanalysen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

E Bilaga E 43E.1 Projektplan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Litteraturforteckning 46


Tabellforteckning

2.1 Specifikationer vatgasfordon baserat pa (Signell, 2016; Myhr, 2017),(www., VatgasSverige, 2017b; Hyundai, 2017; Goteborgs Sparvagar, 2017) . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Energidensitet for olika drivmedel baserat pa (www., Svenska Petroleum & BiodrivmedelInstitutet, 2016; Energy Density Of Hydrogen, 2005; U.S. Department of Energy,2016) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.3 Kostnadslage for olika typer av lagringar baserad pa (Wallmark et al., 2014) . . . 82.4 Specifika egenskaper naturgas (www., U.S. Department of Energy, 2016; Statistiska

Centralbyran, 2017; U.S. Energy Information Agency, 2016) . . . . . . . . . . . . 82.5 Kostnad olika scenarion med rorledningar (Hovsenius och Haegermark, 2005) . . 92.6 Effektiv Leverans baserad pa (www., Vatgas, 2009) . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.7 Energiatgang for olika typer av lagringar baserad pa (Wallmark et al., 2014) . . . 112.8 Priser olika drivmedel (www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet,

2017; Nyteknik, 2015) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.9 Utslapp fran branslen i personbilar och bussar (Wallmark et al., 2014; Ahlvik och

Eriksson, 2015),(www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2016) . . . 13

6.1 Sammanstallning av varden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

7.1 Aterbetalningstid [ar] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267.2 Bil och busstrackor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277.3 Utslappsminskning per ar resultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

8.1 Aterbetalningstid andra varden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298.2 Antal fordon i Stenungsund och Vastra Gotaland 2050 (www., Myhr och Johansson,

2017; Svahn och Johansson, 2017) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308.3 Antal fordon i Stenungssund och Vastra Gotaland 2016 (www., Myhr och Johansson,

2017; Svahn och Johansson, 2017) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308.4 Payback gradvis okning av FCEV-flottan [ar] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

B.1 Arliga kostnader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38B.2 Investeringskostnader och intakter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38B.3 Aterbetalningstid, payback [ar] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

C.1 Forbrukningsvarden per personkilometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39C.2 Bil och busstrackor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39C.3 Utslappsminskning olika scenarion [ton] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40C.4 Energi och utslapp naturgas som anvands som branngas . . . . . . . . . . . . . . 40

vii


Figurforteckning

2.1 Fordelning av vatgasproduktion baserad pa (Karlsson, 2001) . . . . . . . . . . . 22.2 Branslecellen (www., Vatgas Sverige, 2017a) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.3 Energidensitet for branslen (www., U.S. Energy Information Agency, 2013) . . . 72.4 Karta over tankstationer baserad pa (www., Vatgas, 2009; Synergier vatgas och

biogas–Biogastinget 2015, 2015) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

5.1 Kartlaggning av kemiska industrier Sverige (Mossberg, 2013) . . . . . . . . . . . 195.2 Schema over foretag Stenungsund (Borealis AB och Froberg, 2014) . . . . . . . . 205.3 Schematisk bild over klorproduktion (Inovyn och Rogestedt, 2017) . . . . . . . . 21

A.1 Gransvarden for renlighet i vatgas (U.S. Energy Information Agency, 2013) . . . 35

D.1 Sammanstallning av berakningar da Inovyn saljer till en gradvis okande konsumtion 42

viii


Nomenklatur

KEMISKA BETECKNINGARBenamning Tecken

Syrgas O2

Vatgas H2

Protoner H+

Elektroner e−

Vatten H2ONatriumklorid NaClNatriumhydroxid NaOHKlorgas Cl2EU standard dieselolja EN 590Koldioxid CO2

SYMBOLERBenamning Enhet

Kilowattimme kW hMegawattimme MWKubikmeter m3

Kilmeter kmTonkilometer ton kmGram kolidoxid g CO2

Bar barInvestering GInbetalningsoverskott a

FORKORTNINGAROrd Forkortning

Best Available Techniques BATFuel Cell FCFuel Cell Electric Vehicle FCEVPolymer Electrolyte Membrane PEMAlkaline Fuel Cell AFCPhosphoric Acid Fuel Cell PAFCMolten Carbonate Fuel Cell MCFCSolid Oxide Fuel Cell SOFCPolyvinyl Chloride PVCEuropeiska Unionen EUCompressed Natural Gas CNGSvenska Kronor SEKMiljoner Svenska Kronor M SEKGreen House Gas GHG

ix


1. Introduktion

Varlden star infor en gemensam utmaning i att minska sina utslapp av koldioxid. Den nuvarandetrenden ar inte hallbar globalt och skulle leda till fordubblade utslapp till 2050 och ett fortsattberoende av fossila branslen. Med utgangspunkt i detta diskuteras en mangd olika atgarder foratt minska detta beroende och vanda trenden (Korner et al., 2015). De branslen som anvandsi transportsektorn i Sverige idag ar i stor utstrackning fossila (Svahn, 2017). Darfor utredsidag hur denna sektor skulle kunna goras mer oberoende av fossila branslen for att minskadess emissioner av vaxthusgaser. For att uppna detta kommer det kravas olika typer av nya,fornybara drivmedelsslag. Vatgas har lyfts fram som ett alternativ, vilket kan anvandas sombransle i bransleceller for att driva fordon. Detta medfor inga direkta avgaser och anses darmedha stor potential for att skapa en emissionsfri fordonsflotta i framtiden (Wallmark et al., 2014).Utslappen fran dessa fordon bestar endast av vatten och det finns produktionsmetoder forvatgas som inte heller medfor nagra utslapp (www., Vatgas, 2009).

Vatgas bedoms ha stor potential eftersom det kan fungera som en energibarare som kan fain mer fornybara energislag i energisystemet. Emellertid finns idag fortfarande en del hinder foren bredare anvandning av vatgas i energisystemet, varav ett av dessa ar fungerande produktionav vatgas med lag klimatpaverkan. Darmed behovs fler insatser for att kunna producera vatgasi storre mangd och pa ett mer hallbart satt (Korner et al., 2015). I dagslaget ar de mest mognasatten att producera vatgas framforallt genom angreformering av kolvaten eller genom elektrolysav vatten (www., My Fuel Cell, 2015). Dock skapas en relativt stor mangd vatgas aven sombiprodukt fran olika kemiska industrier. Mycket av denna facklas i dagslaget bort eller slapps ut.Denna utslappta vatgas skulle kunna anvandas till att driva branslecellsbilar, vilket eventuelltskulle kunna minska utslappen fran transportindustrin utan att nagon ny produktion for dettabehover byggas ut (privat kommunikation Wiberg, 2017). Om detta ar lonsamt och om detskapar mindre utslapp berors i denna rapport.

1


2. Bakgrund

De forsta dokumenterade upptackterna av vatgas kom redan pa 1500–talet av alkemistenParacelsus. Det drojde dock till 1766 innan observationerna foljdes upp och Henry Cavendishkrediteras upptackten (www., Royal Society of Chemistry, 2016). Vatgas ar det vanligastegrundamnet, men ar ofta bundet i nagon form, vanligtvis till syre. (www., Energimyndigheten,2014). Nar vate och syre far reagera med varandra avges mycket energi. Av denna anledninganses vate vara en bra energibarare. Da vatgas anses vara en outtomlig resurs, okar intressetfor dess tillampningar som bransle, till skillnad fran fossila branslen.

Totalt i varlden produceras 44 000 ton vatgas per ar, vilket motsvarar 2 % av den totalaenergianvandningen i varlden (Jonsson et al., 2006). Det finns flera olika satt att tillverkavatgas, de fyra vanligaste metoderna ar angreformering, krackning, bi-produkt och elektrolys.Vatgasen i sig har ingen egentlig miljopaverkan da den bara bestar av vatemolekyler. Det finnsvatgas som innehaller andra komponenter,exempelvis metangas, det ar da dessa som star forutslappen av vaxthusgaser. Vatgasens miljopaverkan beror istallet pa vilket satt vatgasen arproducerad och hur elektriciteten som anvands ar framstalld (Korner et al., 2015). Da vatgasenfungerar som en energibarare ligger miljoavtrycket hos den energi som anvands for att produceraden, d.v.s. elektrolysen av vatten eller angreformeringen av naturgas. Figur 2.1 beskriver hurfordelningen av produktionen av vatgas ar fordelad mellan de olika metoderna i Sverige. Urfiguren utlases det att 19 % av vatgasproduktionen ar fran bi-produktion vilken darmed utgoren signifikant del av total produktion varje ar.

Figur 2.1: Fordelning av vatgasproduktion baserad pa (Karlsson, 2001)

2


– ElektrolysVatgas kan produceras industriellt genom att anvanda elektrolys. En vattenmolekyl delasmed energi utifran upp i sina bestandsdelar syre och vatgas. Denna energi kan sedanfrigoras i branslecellen dar bestandsdelarna reagerar (www., My Fuel Cell, 2015). Darmedblir vatgasen en energibarare, vilken overfor energi fran kraftproduktion till fordon ellerandra tillampningar (Korner et al., 2015). Elektrolys ar den metod som potentiellt harminst klimatavtryck givet att den el som anvands for elektrolysen ar fran fornyelsebarenergi. Forskning pagar for att oka effektiviteten av denna metod da den idag ar kostsamoch forlusterna uppgar till ca 30–40 % (Vatgas Sverige et al., 2013).

– Angreformering av kolvatenVatgasen framstalls genom att lata vatten reagera med kolvaten. Vanligt forekommandear att angreformera naturgas. Naturgasen reageras med vattenanga under mycket hogatemperaturer vilket bildar kolmonoxid och vatgas. Darefter kan kolmonoxiden reageramed ytterligare vatten for att bilda annu mer vatgas. Angreformering av naturgas bidrartill utslapp av koldioxid och naturgas ar dessutom ett fossilt bransle. Dock ar det merresurseffektivt eftersom energiframstallningen av vatgas genom angreformering kombineratmed anvandning av denna i branslecell har hogre verkningsgrad an forbranning av fossilabranslen. (www., My Fuel Cell, 2015)

– KrackningKrackning ar en metod som anvands framst i raffinaderier for att producera bensin,dar vatgas bildas som en biprodukt. Vid denna metod far bensinen ett hogt oktantal.Detta gor att branslet tal tryck och varme battre, vilket okar mojligheten att utnyttjaenergiinnehallet maximalt. I processen sonderdelas kolvaten till nya kolvaten dar antaletkolatomer reducerats. Katalysatorer kan anvandas for att paskynda reaktionen. (Karlsson,2001)

– Experimentella metoderIdag finns det aven ett antal alternativa satt att producera vatgas, av vilka mangaar i ett forsknings– och experimententstadie. Exempel pa detta ar att anvanda sig avcyanobakterier eller artificiell fotosyntes. (www., My Fuel Cell, 2015)

Vatgas anvands i dagslaget inom ett flertal sektorer och industrier. Dessa kan delas in fyrahuvudomraden (Ramachandran och Menon, 1998):

– I hydrogenereringsprocesser – vatgas anvands som en reaktant for att sla sonder kolvatenoch ta bort svavel– och vateforeningar. Detta forekommer mest frekvent inom kemi– ochpetroleumindustrin dar storst produktion sker vid framstallning av ammoniak (50 %),petroleum (37 %) och metanol (8 %).

– Som en renhallare av syrgas (O2) – for att motverka oxidation och korrosion genom attpa kemisk vag ta bort alla spar av O2.

– Som bransle i raketmotorer inom rymdindustrin dar vatets hoga effektivitet vid forbranningutnyttjas. Denna faktor har aven okat intresset for vate som transportbransle i civilafordon.

– Som kylmedel i elgeneratorer dar vatets laga viskositet och andra egenskaper utnyttjas.

3


Vatgas som drivmedel har pa senare tid uppmarksammas allt oftare. Behovet av att ha enfordonsflotta oberoende av fossila branslen uppmarksammas bade ur miljo– och resurssynpunkt.Det skapar incitament for biltillverkare, myndigheter, bolag och andra intressenter med paverkanpa infrastrukturen att valja satsningar pa detta nya segment av drivmedel (Wallmark et al.,2014). Vid anvandning av vatgas som bransle anvands det vanligtvis i en branslecell. Dennaanvander en reaktion dar vatgas reagerar med syre och skapar vatten som avgas. I branslecellenhalls vatet och syret avskiljt for att sedan reagera i ett gemensamt rum. Detta skapar en kemiskreaktion som avger energi (Osterberg, 1987). Vidare beskrivning av hur branslecellen fungerarredogors i avsnitt 2.1.

Intresset for vatgas som drivmedel har okat och idag finns det ett flertal fordonstillverkaresom tillverkar fordon dar vatgas anvands som drivmedel – antingen primart eller som del i enhybrid. I mindre skala anvands det i bussar i dagslaget. Pa fem ars sikt bedoms vatgasbilarnautgora i storleksordningen ett par hundratusen enheter i Europa (Korner et al., 2015). I Sverigeidag finns ett relativt litet antal bilar som drivs pa vatgas. Det handlar pa sin hojd om en handfullbilar som nyregistreras varje ar. Ar 2016 sattes rekord i antalet nyregistrerade vatgasbilar – 23stycken. Aren dessforinnan var samma siffra fyra och tre stycken (Svahn, 2017). I ett positivtscenario bedoms att hela fordonsflottan bor kunna drivas av vatgas ar 2050 (Hovsenius ochHaegermark, 2005).

Idag finns det pa marknaden ett antal olika bilar som drivs med hjalp av bransleceller. Ar2016 ar rackvidden for de kommersiellt mest mogna Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) 594 km,vilket bedoms vara relativt hogt for en branslecellsbil (Signell, 2016). Detta kan jamforas medelbilen Tesla model S vars rackvidd ar 500 km. Emellertid bestar problemet for FCEV-bilar idagmed bristen pa tankstationer overlag och framforallt infrastruktur for tankning av vatgasbilargenerellt (Wallmark et al., 2014). Specifikationer for vatgasbil och vatgasbuss har sammanstalltsi tabell 2.1 nedan:

Tabell 2.1: Specifikationer vatgasfordon baserat pa (Signell, 2016; Myhr, 2017),(www., VatgasSverige, 2017b; Hyundai, 2017; Goteborgs Sparvagar, 2017)

Specifikationer Hyundai ix35 Vatgasbuss

Forbrukning [kg/km] 0,0095 0,065

Passagerare 4 82 [34 sitt, 48 sta]

Forbrukning per personkilometer 0,002375 0,00079

Genomsnittlig korstracka [mil] 1 224 5 696

4


2.1 Branslecellen

Bransleceller har anvants under hela 1900-talet, daremot har inte vatgas anvants som branslei dessa under lika lang tid (www., Vatgas Sverige, 2017a). En branslecell fungerar i huvudsakgenom att ett elektrolytmaterial som ar inte ar ledande ar fastkilat mellan de tva elektroderna,anoden och katoden. Branslet och oxidanten forses i jamnt flode till respektive anod- ochkatodsidorna. Det bryts ned i joner och elektroder vid anodsidan, de fria elektroderna som alstrashar strommar sedan over till katodsidan via en yttre elektrisk krets. Har aterbildas jonerna medoxidanten for att bilda rent vatten (Pollet et al., 2014). Hur reaktionen i en branslecell sker rentkemiskt ar beskrivet enligt formlerna 2.1, 2.2 och 2.3 som foljer nedan.

Anod reaktion

2H2 = 4H+ + 4e− (2.1)

Katod reaktion

O2 + 4H+ + 4e− = 2H2O (2.2)

Total reaktion

2H2 + O2 = 2H2O (2.3)

Dar H2 = vatgas, H+ = proton, e− = elektron och H2O = vatten

En ensam branslecell ger ca 0,7 Volt spanning. Darfor satts vanligtvis flera enskilda cellersamman till en s.k. ”stack” for att uppna en hogre spanning. En branslecellsbil drivs darmedav en elmotor (www., Vatgas Sverige, 2017a). Figur 2.2 visar en enklare schematisk bild overbranslecellen. Branslecellens livslangd vid anvandande av vatgas som bransle ar beroende avamnets renlighet. Om vatgasen innehaller orenheter ar det risk att katalysatorn bryts ner.Darfor ar det viktigt att vatgasen som anvands har ratt kvalitet (Murugan och Brown, 2015).

Figur 2.2: Branslecellen (www., Vatgas Sverige, 2017a)

5


Branslecellen kan anvandas for att producera energi for andra tillampningar an specifikttransportindustrin. Exempel pa sadana ar branslecellskraftverk som finns i bl.a. Sydkorea, darett storre antal bransleceller ”stackats” tillsammans for att kunna producera el. En annantillampning ar som reservkraft i samhallsviktiga funktioner, t.ex. sjukhus, ifall det skulle uppstaproblem med den ordinarie elforsorjningen (Ridell, 2010). Olika typer av applikationer anvanderolika typer av bransleceller. Vilken typ av branslecell som valjs beror pa vad applikation ar tanktatt anvandas till. Flera faktorer paverkar vilken typ av cell som ar mest lamplig for en sarskildanvandning.

En av de forsta typerna av bransleceller som anvandes i bredare bemarkelse ar Alkaliskabransleceller (AFC). Dessa anvander ett alkaliskt membran istallet for ett surtmembran. De harhog effektivitet men har relativt latt att paverkas av koldioxid, vilket aven i sma mangder kraftigtkan forsamra cellens prestanda. AFC-celler behover ocksa operera vid hogre temperaturer ochhamnar darfor i regel efter proton exchange membrane (PEM) bransleceller i prestanda. Dessaceller anvandes och anvands i stor utstrackning i USA:s rymdprogram. (www., Energy.gov, 2016)

Personbilar eller bussar anvander vanligtvis PEM-celler och kan koras med vatgas sombransle. Utover detta kraver de bara syre, vilka reagerar och reaktionen bildar vatten sombiprodukt. Dessa bransleceller ar fordelaktiga att anvanda i bilar eftersom de ar relativt lattaoch kraver mindre utrymme jamfort med andra typer av bransleceller. Dessutom har de endriftstemperatur pa ca 80◦ C, vilket kan betraktas som lagt i sammanhanget. Den laga tempera-turen minskar uppvarmningsbehovet for cellen. Detta gor att exempelvis en bil kan starta vidlagre temperaturer. Dessutom blir slitaget pa delarna i cellen mindre vid anvandning i lagretemperaturer. Emellertid kraver en PEM-cell en adelmetall som katalysator for att fungera.Vanligtvis anvands platina vilket ar en sallsynt och dyr metall. Dessutom ar PEM-cellen relativtkanslig mot fororeningar som kan finnas i vatgasen den drivs pa, framforallt kolmonoxid (www.,Energy.gov, 2016). I detta skiljer sig branslecellsdrivna bilar fran reguljara petroleumdrivna bilarmed forbranningsmotor, vilka inte kraver lika hog renhetsgrad (Murugan och Brown, 2015).

Idag finns en standard, satt av International Organization for Standardization (ISO), somstipulerar renheten som kravs for att fa anvanda vatgas i en branslecell. Pa ISOs hemsidaforklaras detta (International Organization for Standardization, 2012):

”ISO 14687-2:2012 specifies the quality characteristics of hydrogen fuel in order toensure uniformity of the hydrogen product as dispensed for utilization in protonexchange membrane (PEM) fuel cell road vehicle systems.”

Det finns olika gransvardena som ar definierade for renhetsgraden hos vatgas. De varierardessutom beroende pa vilken typ av renlighetsklass det galler, for mer detaljerad information seBilaga A.1. Det finns som synes en rad olika amnen som kan vara inblandade i vatgasen. Darforkravs avancerade metoder for att upptacka dessa. Olika inblandade amnen i vatgasen paverkarbranslecellen pa olika vis. Det ar inte givet att varje amne har likvardig negativ inverkan forden berorda branslecellen. (Murugan och Brown, 2015)

6


2.2 Energiinnehall i branslen

Energiinnehallet i branslet paverkar hur mycket volym det tar upp i fordonet och hur langt detkan drivas av detta. Det vanligaste branslena som anvands i fordon idag ar petroleumbranslensasom bensin och diesel. Personbilar drivs till en stor del av bensin eller diesel. For lastbilaroch bussar ar majoriteten dieseldrivna (Svahn, 2017; Sundbergh et al., 2016). Tabell 2.2 visaren jamforelse mellan bensin, diesel och vatgas densitet, energidensitet per volymenhet ochenergidensitet per viktenhet. Vatgasen karaktariseras av en mycket lag densitet per volymjamfort med bensin och diesel, medan energidensiteten per vikt ar hogre.

Tabell 2.2: Energidensitet for olika drivmedel baserat pa (www., Svenska Petroleum &Biodrivmedel Institutet, 2016; Energy Density Of Hydrogen, 2005; U.S. Department of Energy,2016)

Bransle Energidensitet [kW h/m3] Energidensitet [kW h/kg] Densitet [kg/m3]

Bensin [utan etanol] 9 100 12,13 750

Diesel [EU diesel, EN 590] 9 950 11,85 840

Vatgas 2,997 33,3 0,09

Vanligt ar att energidensitet mats per enhet massa, eller per volymenhet. Beroende pabranslets egenskaper kommer det krava olika losningar for att lagras i nagon form av mobiltransport. Figur 2.3 visualiserar hur olika vanligt forekommande branslen forhaller sig tillvarandra avseende parametrarna volymdensitet och massdensitet. Dessa parametrar paverkar isin tur hur bilens lagringsmojligheter for bransle ser ut. Exempelvis gor stora volymer lagringfor bransle att mindre utrymme kan ges till frakt for passagerare eller gods. (www., U.S. EnergyInformation Agency, 2013)

Figur 2.3: Energidensitet for branslen (www., U.S. Energy Information Agency, 2013)

7


Bensin och diesel ar branslen som befinner sig relativt nara det ovre hogra hornet i detdiagram som visar pa energiinnehall beroende pa vikt och volym. Det innebar att dessa branslenframforallt kraver mindre volym vid lagring (www., U.S. Energy Information Agency, 2013). Davatgas upptar stor volym kravs losningar for att komprimera denna for att kunna lagra den ifordon. Aven komprimerad vatgas har synnerligen hogt energiinnehall per viktenhet, samtidigtsom energiinnehallet per volymenhet ar mycket lagt. Samtidigt kravs energi for att komprimeragasen (Wallmark et al., 2014),(www., U.S. Energy Information Agency, 2013).

Vatgas i vatskeform har mer energi per volymenhet. Ett problem med vatgas i vatskeform ardock att det kravs stora mangder energi, dels for sjalva komprimeringen av branslet, men avenatt halla branslet vid erfordrad temperatur och tryck. I figur 2.3 sammanstalls hur langt vanligtforekommande de olika lagringsmojligheterna ar i dagslaget. Denna visar att kostnadslagetfor hogtryckskomprimering och vatskekomprimering fortfarande ar relativt hogt och att dessadarfor anvands for speciella applikationer dar utrymmet ar begransat (Wallmark et al., 2014).

Tabell 2.3: Kostnadslage for olika typer av lagringar baserad pa (Wallmark et al., 2014)

Teknikmognad Kostnadslage

Lagtryckslager [45 bar] Anvands omfattande Fordelaktig losning om mycket utrymme

i industrin idag finns tillgangligt. Relativt billig

kompressionskostnad.

Hogtryckslager [300 bar] Anvands omfattande Kraver kraftigare gods och har hogre

i industrin idag kompressionskostnad an tidigare.

Intressant vid begransade utrymmen

for lagring.

Flytande Anvands omfattande Valdigt dyrt att forvatska vatgas i

i industrin idag dagslaget da det gar at mycket energi

under processen.

En annan forekommande gas som anvands som bransle ar naturgas, vilken ocksa kan anvandasfor att producera vatgas (Wallmark et al., 2014). Dess egenskaper beskriv i tabell 2.4.

Tabell 2.4: Specifika egenskaper naturgas (www., U.S. Department of Energy, 2016; StatistiskaCentralbyran, 2017; U.S. Energy Information Agency, 2016)

Bransle Energidensitet [kW h/kg] Pris [SEK/kW h] Utslapp [gCO2/kW h]

Naturgas 13 0,33 180

2.3 Vatgasens infrastruktur och transport

Det finns olika satt att transportera vatgas. Generellt transporteras vatgasen, beroende paomfattning, pa samma satt som manga andra drivmedelsgaser sasom exempelvis naturgas.Transport kan ske via pipelinesystem eller via mobila transporter.

8


Nar vatgas distribueras via mobila transporter sker detta framforallt med lastbilar, tageller sjofart. Den transporteras antigen komprimerad i gasform eller vid annu hogre tryck, iflytande form. Vilken typ av transport beror pa mangden som transporteras och vilken strackaden transporteras (Wallmark et al., 2014). For vatgas ar det vanligaste att transportera den ilastbilar eller tankbilar for kortare transporter och distribution av lagre volymer (www., Vatgas,2009). En lastbil har en investeringskostnad pa ca 4 miljoner och kan transportera 117 kg vatgasper transport, det tillkommer aven en rorlig kostnad pa 20 SEK/km (Adolfsson et al., 1999).Idag drivs 97 % av de tunga lastbilarna for transporter i Sverige pa diesel. Dessutom utgorbensindrivna enheter 1 procent av flottan, vilket gor att andelen bilar med fornybart bransle arrelativt lag (Sundbergh et al., 2016). En genomsnittlig tung lastbil har utslapp som ar hogrean bade tagtransporter och pipelinetransporter. Matt i gram koldioxid per ton och km har entung lastbilstransport utslapp pa strax under 200 gCO2/ton km (gram koldioxid per ton fraktaten kilometer), dar motsvarande siffra for tag var ca 14,7 gCO2/ton km och for pipelines annulagre (McKinnon, 2008).

Ett alternativ for storskalig transport av vatgas ar att anvanda pipelines och da skertransporten vanligtvis i gasform. Detta har en hog teknikmognad och en hog verkningsgrad.En utmaning ar att sadant distributionssatt beror mycket pa lokala forhallanden och kostnadenberor mycket pa hur stor overforingsmangden ar, vilket innebar laga kostnader forst vid storaoverforingsmangder (Wallmark et al., 2014). I Sverige finns idag inga storre infrastruktursystemfor transport av vatgas som bygger pa rorledningar for transport. Ett mindre exempel pa ettsadant ar en kortare vatgasledning som stracker sig i Sandviken mellan AGA:s produktions-anlaggning for vatgas och Sandvikens fabriker. I anslutning till fabrikerna finns dar aven entankningsstation for Vatgasbilar (www., Sandvik, 2016). I Europa finns dock andra exempelpa sadana transportlosningar. Ett exempel ar i Norge, i Porsgrunn dar en pipeline anvands foratt transportera vatgas som skapas som biprodukt i en narliggande klorfabrik till tankstationen(Wallmark et al., 2014).

Enligt en rapport fran Elforskningsmyndigheten kan kostnaden for att transportera vatgas irorledningar komma att bli dyrare an att transportera annan gas, exempelvis naturgas, eftersomvatgasen har ett lagre energiinnehall per volymenhet. Kostnaden per kilo transporterad vatgasvarierar beroende pa utnyttjandegrad och langd. Enligt kalkylen som Elforskningsmyndighetengjort, blir kostnaden enligt tabell 2.5.

Tabell 2.5: Kostnad olika scenarion med rorledningar (Hovsenius och Haegermark, 2005)

Scenarion Langd[km] Kapacitet [ton/dygn] Utnyttjandegrad [procent] Kostnad [SEK/kg]

1 800 300 100 7

2 200 2,5 100 5

3* 200 2,5 10–100 8,6

4** 200 2,5 10–100 12,4

Kryotankbil 200 24 100 10,7

* I scenario 3 har det antagits att utnyttjandegraden okar linjart under 10 ars tid fran 10 till100 procent** I scenario 4 har det antagits att utnyttjandegraden okar linjart under 20 ars tid fran 10 till100 procent***For jamforelse har aven kostnaden for mobil flytande transport lagts in i tabellen

9


Tabell 2.6: Effektiv Leverans baserad pa (www., Vatgas, 2009)

Distributionssatt Effektivt intervall [ton per dag]

Pipelines 50 - 300

Produktion pa plats 60 - 300

Tankbil flytande vate 10 - 100

Tankbil gas 0 - 40

Da de olika distributionssatten kraver olika stora investeringar och har olika rorliga kostnaderblir priset i hog grad beroende av hur stor mangd vatgas som ar tankt att transporteras.Kostnadseffektiv kapacitet for olika transport och distributionsmetoder for vatgas har avbranschorganisationen Vatgas Sverige sammanstallts i tabell 2.6.

Figur 2.4: Karta over tankstationer baserad pa (www., Vatgas, 2009; Synergier vatgas ochbiogas–Biogastinget 2015, 2015)

Tankningsstationer for vatgas kan vara rena vatgasstationer eller inbyggda vatgaspumpar ibefintliga tankningsstationer for bilar med forbranningsmotorer. Transporten av gasen paverkarocksa det avtryck det gor i miljon. Beroende pa om det transporteras via transporter pavagnatet, genom rorledningar eller pa andra satt ger det indirekt upphov till olika mangdutslapp (Korner et al., 2015). I Sverige finns idag fyra tankningsstationer for att tanka vatgas ivatgasbilar. Dessa ligger i Sandviken, Arlanda, Mariestad och Goteborg (www., Vatgas Sverige,2017d). Figur 2.4 visar en overblick hur nulaget ser ut med tankstationer i Sverige. Fler stationer

10


planeras. Inom den kommande trearsperioden planeras ytterligare atta stationer byggas, deforsta tva i Stockholm och Malmo. Pa langre sikt behover mer an 130 vatgasstationer byggasrunt om i landet. Det skulle innebara att fem procent av tankstationerna i landet erbjudervatgas, vilket ar en nodvandig grundniva for att fa fram ett landsomfattande vatgasnat (www.,Vatgas Sverige, 2017c).

En tankstation for vatgas maste uppfylla vissa krav som skiljer sig fran traditionella bensinstationer (ISO, 2016). Vatgas diffunderar synnerligen latt i luft och t.o.m. genom fasta materialvid vissa forutsattningar, men aven genom att vatgas ar mycket lattantandligt i kombinationmed luft (Wallmark et al., 2014).

En tankstation kan enkelt delas upp i tre huvudsakliga bestandsdelar: Lager for gasen,kompressor och dispenser. Stationerna byggs, i likhet med andra stationer som hanterar bransle,med sakerhetsaspekten i stort fokus. Flera sakerhetsfunktioner maste finnas, exempelvis mastetankningen kunna avbrytas ifall ett lackage i tankningen upptacks. Sjalva anslutningen behovervara helt tat till tanken pa vatgasbilen. Gasen behover aven kunna stiga fritt upp i luften for attinte ansamlas pa ett stalle. Overlag maste slutna utrymmen undvikas i sa stor utstrackning sommojligt (ibid). Idag tar det i genomsnitt 3–4 minuter att tanka en vatgas bil vid tankstation.Det motsvarar tiden for en fossildriven bil och ar darmed mycket mindre an motsvarande for eneldriven bil med batterier. Emellertid kravs fortfarande att bilen tankas vid en publik station,vilket skiljer sig fran elbilen som kan tankas exempelvis vid hemmet eller arbetsplatsen ellerliknande (ibid).

2.4 Lagring och Kostnader

Lagring av vatgas inuti fordon skapar vissa anvandarmassiga krav. Ett mobilt fordon behoverkunna aka en signifikant stracka pa varje tankning. Utover detta behover tanken ta upp enrimlig volym av transportmedlets totala volym och dessutom ar det efterstravansvart att sjalvatankningen i sig inte tar for lang tid. Detta ar parametrar som paverkar lagringen (Hovsenius ochHaegermark, 2005). Aven for transport av vatgas pa mobila transporter mellan produktion ochtankning ar dessa tillampningar applicerbara (Korner et al., 2015). Alternativ som diskuterasfor detta ar gas, vatska och fast form. Energiatgangen for respektive lagringssatt beskrivs i figur2.7.

Tabell 2.7: Energiatgang for olika typer av lagringar baserad pa (Wallmark et al., 2014)

Energiatgang [% av intern energi] Lonsamhetsgrad

Gas – 200 bar 11% Lonsamt

Gas – 350 bar 14% Lonsamt

Gas – 700 bar 18% Mindre lonsamt

Flytande [–253 ◦C] 37% Inte alls lonsamt

Fast – Metallhybrid 16–34% Mindre lonsamt

11


– GasformDet mest mogna alternativet for tillampning idag ar att anvanda nagon form av hogtrycks-cylinder for transport av vatgasen i gasform. I en hogtryckscylinder lagras vatet vidett sarskilt tryck, mellan 45 bar (lagtryck) till 350–700 bar (hogtryck). Fordelen med etthogre tryck ar mojligheten att oka densiteten per volymenhet (Hovsenius och Haegermark,2005). Dock okar energiforlusterna markant ju hogre trycket ar i cylindern. Beroende pabehov anvands darfor olika typer av hogtryck. Exempelvis anvands 700 bar pa personbilaridag p.g.a den begransade lagringskapaciteten. Bussar anvander i regel 350 bar da de harmer lagringsutrymme. Finns utrymme, sasom t.ex. i industrin, kan lagtrycksforvaring igastuber vara ett mer kostnadseffektivt alternativ da det minskar energiforlusterna frankomprimeringen (Wallmark et al., 2014).

– VatskeformEtt annat alternativ som diskuteras for lagring av vatgas ar att omvandla den till flytandeform och transportera i hogtryckstankar vid mycket lag temperatur (kryogen teknik).Tekniken bygger pa att vatgasen kyls ned kraftigt for att halla flytande form. Dettaminskar det volymetriska utrymmet vilket underlattar bade vid lagringen i fordon ochvid transport. Stora energiforluster uppstar dock vid nedkylningen av amnet. Dessutomskapas en hel del gas aven i behallarna driven av temperaturdifferensen mellan utsidanoch insidan av behallaren, vilket skapar behov av att ta hand om gasen (ibid).

– Lagring i metallhybrider –”fast form”En mindre mogen lagringsteknik som emellertid ar lovande ar att lagra vate inuti metall-hybrider eller i kolstrukturer (Hovsenius och Haegermark, 2005). Fordelen med detta arden okade volymdensiteten vilket tillfredsstaller behovet av att minska lagringens krav pautrymme (Korner et al., 2015). Daremot ar energiforlusterna ganska stora for denna typav teknik (Wallmark et al., 2014).

Kostnaden for att kopa vatgas beror hur den ar tillverkad, mer exakt vilken ravara somanvands. I dagslaget ar den vatgasen som ar tillverkad fran natur– eller biogas billigast, menantas stiga da ravaran forvantas bli dyrare. Priset pa de vanligaste drivmedlen i personbilaridag jamfort med vatgas sammanstalls i tabell 2.8 (Vatgas Sverige et al., 2013).

Tabell 2.8: Priser olika drivmedel (www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2017;Nyteknik, 2015)

Bransle Pris Enhet

Bensin 95 14,21 [SEK/liter]

Diesel [EU diesel, EN 590] 13,99 [SEK/liter]

Vatgas 80 [SEK/kg]

12


Vatgas framstalls ofta som ett miljovanligt alternativ nar det anvands i bransleceller for attdriva fordon. Samtidigt anvands idag vatgas i ganska liten utstrackning. Trafikanalysstatistikfran 2015 visar att bara ca 25 personbilar pa vagarna har vatgas som huvudbransle. Enligtsamma statistik ar det vanligaste drivmedlet for personbilar bensin och det vanligaste forlastbilar diesel (Sundbergh et al., 2016; Svahn, 2017). Utslappen fran olika drivmedel mats igCO2, for att bestamma en aggregerad summa for mangden utslapp per trafikerad kilometer, davaxthusgaser bestar av fler gaser an bara koldioxid (www., Svenska Petroleum & BiodrivmedelInstitutet, 2017). Emissioner for olika branslen sammanstalls i tabell 2.9, dar emissionsvardenfor branslen i fordon mats per kilometer och emissionsvarden for naturgas mats per kW h.

Tabell 2.9: Utslapp fran branslen i personbilar och bussar (Wallmark et al., 2014; Ahlvik ochEriksson, 2015),(www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2016)

Bransle Utslapp [gCO2/km]

Bensin [personbil]* 237,6

Diesel [buss]** 532

Nybilssnitt 2 012 135

EU-mal 95

*For bensinbil har forbrukningen antagits till 0,9 liter/mil** For dieselbuss har forbrukningen antagits till 2 liter/mil

13


3. Syfte och Mal

Rapporten avser undersoka mojligheten att anvanda vatgas som fordonsbransle. Idag bildasvatgas som biprodukt i svenska industrier och facklas eller slapps ut. Syftet ar vidare attundersoka om det ar hallbart att istallet ta tillvara pa vatgasen utifran bade ett kostnads–och miljoperspektiv.

Malen som behover uppnas ar som foljer:

– Kartlagga industrier som producerar vatgas som biprodukt

– Gora en relevant avgransning och utvardera mojligheten att bygga en vatgasstation

– Genomfora en kostnadsanalys

– Genomfora en miljoanalys

Ett av syftena med rapporten ar att kartlagga vilka industrier som producerar vatgas sombiprodukt och undersoka vilken typ av industrier detta sker i och i vilken mangd. Nar typernaav industrier ar definierade underlattar detta arbetet att urskilja var dessa ar lokaliserade. Attsedan kunna urskilja produktionsmangden av vatgas i dessa fabriker bidrar ytterligare till attinkludera de mest vasentliga utslappen av vatgas.

Att gora en relevant avgransning av omradet som behandlas ar viktigt for att kunna appliceraresonemanget i liknande fall. Till detta hor att utvardera mojligheten att bygga en tankstationoch se hur vatgasen bast kan distribueras. Detta gors for att undersoka hur systemet kan se uti framtiden dar vatgas som biprodukt ar i fokus, men aven med hansyn till utokad anvandningsom aven avser den producerade vatgasen.

Kostnadsanalysen gors for att utvardera om det ar lonsamt att ta tillvara pa vatgasen somidag ej nyttjas. For att fordonsagare i slutandan skall kunna utnyttja biprodukten vatgas,kravs flera processer. Dessa bidrar till flera olika kostnader. Att analysera dessa och dessvardeskapande for de olika intressenterna ar viktigt for att kunna avgora vardet ut ett ekonomisktperspektiv.

Vidare anses en miljoanalys vara av stor vikt. Den avser att analysera skillnaden av paverkanpa miljon fran dagens system dar vatgasen facklas bort till en situation dar den tas tillvara.Malet avser aven att undersoka paverkan av vatgas i stort ur ett miljoperspektiv for att kunnautvardera om en satsning pa en infrastruktur for vatgas ar hallbart.

14


4. Modell och Metod

I en inledande fas i litteraturstudien gjordes en grundlaggande beskrivning av vatgas ochdess egenskaper. Aven lagring och distribution av vatgas innefattades av denna, for att faen kunskapsbas att sta pa. Vidare behovdes antalet industrier som producerar vatgas sombiprodukt kartlaggas, avseende geografisk placering, kvalitet och kvantitet av vatgasen. Deindustrier som var relevanta for rapporten urskiljdes och fokuserades pa. Darefter kunde analyserske bade ur miljo- och ekonomiperspektiv. Detta gjordes med hjalp av artiklar, rapporter ochannan relevant litteratur. Aven intervjuer via mail med relevanta personer har anvands. Valetatt enbart ha mailkontakt grundades pa att da rapporten ej ar skriven i samarbete med nagotforetag fanns inget behov av djup analys av ett specifikt foretag. Det ansags aven lattare forberord person att svara pa fragorna nar de sjalva bedomde ha tid och bifoga extra material somvar av varde i rapportskrivandet.

Analysen delades upp i tre olika scenarion som byggde pa varandra for sannolik utvecklingav anvandandet av vatgas. Forsta sceneriet var att bara den vatgas som faktiskt slapps ut idagens lage tas tillvara pa som drivmedel. I det andra scenariot undersoktes situationen somuppstod om aven den vatgas som saljs till Borealis (ar en narliggande industri, se avsnitt 5.2for vidare beskrivning) var medraknad. I det tredje scenariot togs all vatgas tillvara som bildasi produktionen. Detta gjordes for att utvardera situationen om efterfragan pa vatgas okade ochde olika alternativen som da uppstod.

I den ekonomiska analysen var syftet att undersoka om det var lonsamt for foretagenatt ta tillvara den vatgas som bildas som biprodukt eller om det innebar merkostnader. Detundersoktes aven hur den ekonomiska situationen sag ut om de valde att salja all vatgas sombildas i produktionen, inte bara den som slapps ut.

Tre olika scenarion undersoktes och det behovdes aven utvarderas och analyseras vilka partervar ar ekonomiskt involverade och ansvariga i respektive scenario. De punkter som skulle finnasmed i analysen var:

– Vilka parter som berors ekonomiskt?

– Vilken ekonomisk fordelning har parterna?

– Vad ar kostnaderna for att forflytta vatgasen?

– Vad ar intakterna fran forsaljningen av vatgas?

– Ar det lonsamt?

For att undersoka om investeringen var lonsam valdes payback-metoden for att se hur lang tiddet skulle ta for investeringen att na lonsamhet.

15


I miljoanalysen jamfordes utslappsreduceringen fran fordon tankade med vatgas fran denkemiska industrin i Stenungsund med de utslapp som idag sker fran motsvarande bilar somdrivs pa de vanligast branslena for personfordon och bussar. Dessa kvantifierades aven foratt fa ett varde pa eventuell reducering av CO2– utslapp i atmosfaren. Detta analyserades itre scenarion som beroende pa hur mycket av gasen som kunde tas tillvara pa fran berordaindustrin. Detta analyserades aven for ett antal olika alternativ som utvarderade minskningenfor olika bransleslag for de bilar som ersattes med branslecellsdrivna bilar.

I rapporten genomfordes aven kanslighetsanalyser pa bade den ekonmiska– och miljoanalysen.Den indata som utvarderades var skillnaden i aterbetalningstid om Inovyn (klorindustrin somanalyseras djupare) var tvungna att sta for hela investeringskostnaden. Det undersoktes avenvad som skedde om bara halften av vatgasen blev sald. Det gjordes aven en analys av hur langaterbetalningstid som kravs om vatgasen bara kan saljas i takt med att vatgasbilarna okari Sverige. I kanslighetsanalysen av miljopaverkan diskuterades de faktorer som kunde ha enpaverkan.

4.1 Avgransningar och antaganden

Studien fokuserade pa kemiska industrier som producerar vatgas som biprodukt da dessa ansagsmest relevanta for analysen. Ett avgransat geografiskt omrade bedomdes som lampligt foratt kunna genomfora en mer kvalitativ analys. Omrade avgransades till Goteborgsomradet,se avsnitt 5.1 for vidare motivering.

Vidare har kostnads– och miljoanalysen gjorts pa Inovyns produktion, specifikt dess klor–-alkaliefabrik. Detta av den anledning att denna typ av industri var den enda som fick vatgassom biprodukt. Tankstationens placering antogs, och inga eventuella tillstand att placera enstation dar undersoktes.

Analyserna har gjorts i tre olika scenarion vilka bygger pa den information om utslapp somfanns fran industrin i Stenungsund. Da de redan idag facklar/slapper ut 237 ton om aret, ansagsdenna mangd relevant att undersoka i ett scenario eftersom det skulle krava minst antal atgarderfor att ta hand om. Da de dessutom saljer ytterligare 167 ton om aret, kunde summan av dennamangd och den facklade utgora grund for ett annat scenario. Detta eftersom forsaljningen tilldenna kund kan komma att utsattas for konkurrens av fordon givet ett lage dar industrin harmojlighet att salja till sadana. Det tredje scenariot ansags relevant eftersom det finns mojlighetatt ta tillvara stora mangder ytterligare vatgas som idag ateranvands i industrin.

Vidare har antagits att Vastra Gotaland ar relevant som region att undersoka eftersomden geografiskt innesluter Stenungssund dar en eventuell tankstation ar tankt att ligga ochatt antalet fordon darfor ar relevant marknadsunderlag for stationen dar. Det har antagitsatt antalet vatgasbilar okar med 82 % om aret under den tioarsperiod med gradvis okandefordonsflotta som undersoks i kanslighetsanalysen, for att sedan oka med 32 % arligen till 2050.

Energiforluster vid komprimering har bortsetts fran da exakt var i systemet gasen behoverkomprimeras och hur mycket ej var kant. Daremot togs det i kanslighetsanalysen upp vilkenpaverkan en halvering av sald vatgas hade. Detta kunde aven ses som god marginal moteventuella komprimeringsforluster.

16


4.1.1 Antaganden Kostnadsanalys

– Avstandet fran industrin till tankstationen antogs vara 5 km. Inovyn antogs betala enfjardedel av investeringskostnaden som var satt till 15 MSEK.

– Den arliga rorliga kostnaden for tankstationen antogs till 1 MSEK.

– Maximalt antal vandor en tankbil kan aka pa en dag har bedomts vara sju stycken.

– Den ekonomiska livslangden pa tankstationen var 20 ar och det var inom denna tid sominvesteringen skulle vara aterbetald for att anses som lonsam.

– Kostnaden for utslappsratter antas vara 42,3 SEK/ton CO2 (www., European EmissionAllowances Global Environmental Exchange, 2017).

4.1.2 Antaganden Miljoanalys

– Arbetet avgransades till att analysera den direkta utslappsminskningen fran personbilaroch det togs inte hansyn till utslappen som foljer av transport av vatgasen med mobilatransporter och produktion av nya bilar.

– Utslappen per kilometer kommer fran kallor som anvander antagna genomsnittliga vardenom forbrukning for bilarna med givet bransle.

– Det antogs att naturgas ersatter vatgas som branngas i den kemiska industrin i Stenungsund.

4.1.3 Antaganden Kanslighetsanalys

– Mangden vatgas halveras

– Inovyn far sta for hela investeringskostnaden

– Antalet vatgasbilar okade gradvis for varje ar och var 4 stycken fran borjan i VastraGotaland. De skulle vara 1 600 ar 2026 for att bli 1 083 386 ar 2050.

– Vastra Gotalands andel av Sveriges nya vatgasdrivna fordonsflotta antogs ha sammafordelning som den ovriga fordonsflottan.

– Priset for naturgas och utslappen i scenario C har inte tagits hansyn till i analysen av engradvis okande fordonsflotta da aterbetalningstiden for tankstationen ar kortare an attvatgasen maste ersattas.

17


5. Kartlaggning av vatgas som biprodukt

I avsnitt 2 har det beskrivits olika metoder att tillverka vatgas och att detta ar inte det endasattet vatgas kan uppsta. Vatgas kan ocksa skapas som biprodukt i industriella processer. Framstsker detta inom den kemiska industrin (Wallmark et al., 2014). Framforallt bildas vatgas i storamangder framst i klor–alkaliindustrin vid olika processer (privat kommunikation, Wiberg, 2017),men aven vid andra kemiska processer som krackning av hogre kolvaten och i oljeraffinaderier(Wallmark et al., 2014).

Vatgas bildas som biprodukt i raffinaderier sker vid krackning, som beskrevs i avsnitt 2, mensker aven i naftareformeringsprocessen. Det ar i denna process som en av huvudprodukterna ibensin, reformat bildas, reformat bestar i sin tur bestar av bensen, tylen och xylen. Som i fleraandra industrier anvandes aven vatgas i denna produktion. I raffinaderierna anvands vatgas foratt ta bort svavel och kvaveforeningar ur bensin och diesel. Det gar aven att anvanda vatgas foratt skilja syre fran tallolja for att gora fornybar diesel, denna metod anvands i dagslaget enbartav Preem i Goteborg. Dock har manga raffinaderier underskott av vatgas och da tillverkas extragenom angreformering. (privat kommunikation, Backmark, 2017)

Klor produceras ur natriumklorid eller koksalt genom att det sonderdelas. Vatgas kan avenuppsta som en biprodukt i dessa kloratprocesser. Koksaltet loses upp i vatten och passerasgenom en elektrolyscell. I denna cell finns tva anoder, bestaende av titan och kvicksilver.Klorgas bildas vid titan–anoden, natrium vid kvicksilveranoden. Natriumet tvattas sedan urkvicksilvret i vatten i en sekundarcell och da bildas vatgas och lut. Darefter aterfors kvicksilvrettill elektrolyscellen (www, Inovyn, 2009). Den kemiska processen sker enligt formeln 5.1.

Kemisk reaktion vid tillverkning av klor

2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2 (5.1)

Dar NaCl = Natriumklorid och NaOH = Natriumhydroxid

Klorindustrin har blivit ifragasatt angaende sin miljopaverkan och press har sats pa atthitta blekmedel utan klor, men det som framst kan ifragasattas ar anvandandet av kvicksilvervid denna produktion. I dagens lage ar det fatal industrier som anvander sig av metoder darkvicksilver ingar och utslappen har minskat till det minimala (Ekheimer, 2011). Det kan ansesatt deras tidigare utslapp ar relevanta att ta hansyn till da dess paverkan kommer att ha enfortsatt negativ paverkan eftersom kvicksilver inte bara paverkar manniskans halsa utan avende olika leden i ekosystemet.

Idag finns det dock satt att tillverka klor utan att anvanda kvicksilver. En membranteknologianvands som aven mojliggor att 20 % mindre energi behovs vid tillverkning (privat kommunikation,

18


Frossling, 2017). Denna metod ligger aven i linje med EU-parlamentets Best Available Techniques(BAT) for utslapp fran 2013, vilket ar ett steg i ratt riktning ur ett miljomassigt perspektiv(Europeiska kommissionen, 2013).

5.1 Var finns industrierna

Det finns manga kemiska industrier i Sverige och de finns bade nara stader och ute pa landsbygden.Det finns aven olika typer av kemiska industrier, allt fran raffinaderier till lakemedelsindustri.Da det tidigare namnts att det framst ar klor-alkali industrin som producerar storst mangdvatgas som biprodukt ar det forst och framst detta affarssegment som narmare analyseras.Detta segment ar ”Baskemikalier” (Mossberg, 2013), dit aven produktion av olika plaster hor.

Figur 5.1: Kartlaggning av kemiska industrier Sverige (Mossberg, 2013)

Figur 5.1 visar resultatet av kartlaggningen av kemiska industrier som Johanna Mossberghar gjort i samarbete med Vinnova. Det kan utlasas av figuren och vidare lasas i rapportenatt industrierna framst ligger i narheten av storstaderna Stockholm, Goteborg och Malmo. Detfinns aven en del industrier langs ostkusten norrover och inat landet, men ar fa i antalet jamfortmed de kluster som finns nara staderna. De industrier som ar mest intressanta ar som tidigarenamnts de som producerar baskemikalier. Baskemikalierna ar fargkodade med ljusbla bubblor,som ligger i ett tydligt kluster i Goteborgsomradet.

Kemiindustrierna i Goteborgsomradet ligger en liten bit norr over, i Stenungsund. Har liggerdet flera olika stora fabriker som tillverkar olika typer av produkter. Tva exempel ar Borealissom tillverkar eten, propen, nafta, etan, propan och butan och Inovyn (tidigare Ineos) som

19


tillverkar klor, natrolut, polyvinyl chloride (PVC) och saltsyra. Det finns aven en del andraforetag i omradet och de samarbetar och drar nytta av varandra och deras biprodukter. Figur5.2 visar hur industrierna i klustret i Stenungsund samarbetar och utbyter ravaror med varandra.

Figur 5.2: Schema over foretag Stenungsund (Borealis AB och Froberg, 2014)

5.2 De olika industrierna

For att fa en overblick av de olika industrierna i omradet och hur mycket vatgas de faktisktproducerar presenteras de berorda industrierna for att oka kunskapen om dessa.

– BorealisBorealis tillverkar, tre olika typer av gaser genom bl.a. metoden krackning vilket tidigare

har namnts (avsnitt 5.1). Borealis far 3 ton vatgas per timme i deras processer dar gasenar blandad med metan i olika forhallanden. De producerar 0,2 ton ren vatgas per timmeoch skulle kunna utvinna ytterligare 0,5 ton vatgas per timme. Borealis varken facklar ellerslapper ut nagon vatgas da den vatgas som inte anvands i hydreringsprocesser anvandssom bransle. Vidare har Borealis inte testat om deras vatgas ar tillrackligt ren att anvandai bransleceller. Det kravs dock investeringar for implementera de reningssteg som kravsoch dessa finns inte i dagslaget. (privat kommunikation, Reine, 2017)

– Akzo NobelAkzo Nobel genererar inte sjalva nagon vatgas utan koper in den mangd de behover forsin produktion. En minimal mangd vatgas facklas bort med ventgaser, men ar da inte renvatgas. (privat kommunikation, Christer, 2017)

20


– Perstorp OxoPerstorp anvander vatgas for att hydrera aldehyder till alkoholer. Under 2016 kopte de1700 ton vatgas fran Akzo Nobel. De tillverkar aven egen vatgas till deras processer. Under2016 tillverkade de 4950 ton vatgas, men ingen slapets ut i luften. Overskottet, om det blirnagot, gar till forbranning i angpannor eller facklas – dock vet de inte hur mycket dettaar. Da eventuellt overskott ar extremt litet och en utredning om detta kan tas tillvara arkostsam anser Perstorp att det inte ar ett alternativ. (privat kommunikation, Wahlstrom,2017)

– InovynInovyn har bl.a. en klorproduktions anlaggning dar vatgas bildas som biprodukt enligtbeskrivningen i avsnitt 5. Figur 5.3 beskriver tydligare hur just processen for Inovyn sker.Ar 2016 producerade Inovyn 2919 ton vatgas i sin produktion varav 167 ton saldes tillBorealis och 237 ton slapptes ut da denna inte kunde tas tillvara. 2515 ton vatgas anvandede och eldade i sin angpanna. (privat kommunikation, Frossling, 2017)

Figur 5.3: Schematisk bild over klorproduktion (Inovyn och Rogestedt, 2017)

21


6. Utvardering av Klor–alkalifabrik

I avsnitt 5 har olika typer av kemiska industrier utvarderats utifran deras mojlighet att produceravatgas som biprodukt. I klustret i Stenungsund ar det mojligt att utvinna ca 1 ton vatgas pertimme (Jonsson et al., 2006), men det ar inte sakert att denna vatgas ar tillrackligt ren for attanvandas direkt i branslecellerna. Stora mangder av denna vatgas maste dessutom ersattas medannan gas da den anvands i olika processer och i angpannor. Vid kommunikation med foretageni klustret ar det ingen som kan svara pa om det ar mojligt att anvanda vatgasen utan att renaden. Inovyn har dock i samarbete med en tidigare student pa KTH, Erik Agartson, gjort enundersokning av hur deras vatgas paverkar bransleceller. Resultatet av detta examensarbete varatt inga negativa effekter av vatgasens renlighet kunde pavisas pa kort sikt. Pa lang sikt visadesnegativa effekter, dock gick det inte att sakerstalla att det var vatgasens eventuella orenlighetsom paverkade detta, utan det kunde aven ha varit kvaliteten pa branslecellen i sig (Agartson,2013). Det ar aven bara Inovyn som far vatgas som biprodukt i sina kemiska processer. Vidarei rapporten har darfor mojligheterna utvarderats att ta tillvara pa den vatgas som bildas iklor–alkaliefabriker med uppgifter om produktion fran Inovyn som grund.

Bade kostnads– och miljoanalysen gors utifran tre scenarion;

– Scenario ADen vatgas som slapps ut i dagslaget. Denna uppgick till 237 ton ar 2016.

– Scenario BDen vatgas som slapps ut och saljs till Borelais tas tillvara for att tanka bilar. Totalt ar2016 uppgick detta till 404 ton.

– Scenario CAll vatgas skapad i den kemiska processen tas omhand, totalt 2919 ton per ar. 2515 tonateranvands i den egna processen i branngassyfte, varfor den egentligen inte kan raknassom en biprodukt fran den industriella processen. Berakningarna gors for att undersokapaverkan for framtida okat behov av vatgas.

6.1 Kostnadsanalys

Syftet med kostnadsanalysen ar undersoka om det ar lonsamt att ta tillvara pa den vatgas sombildas i fabriken. I scenario C maste delar av vatgasen som ateranvands i industrin ersattas medannan gas. Naturgas har valts som ersattningsgas for denna. Naturgasen maste da kopas in ochextra utslappsratter maste inhandlas for att tacka utslappen fran forbranningen av denna. Ivarje scenario ar berakningar gjorda i tva fall beroende pa om transporten till stationen skervia tankbil eller pipeline. Enligt tabell 2.6 ar det effektivast att transportera vatgasen medtankbil i bade scenario A, B och C.

22


For att berakna om investeringen kommer vara lonsam for fabriken eller inte ar det fleraparametrar som maste tas hansyn till. Tabell 6.1 ar en sammanstallning av de varden som hartagits hansyn till i berakningarna som aterfinns i bilaga B.1. Vardena aterfinns aven i rapportenmen tanken ar att skapa en enkel overblick.

Tabell 6.1: Sammanstallning av varden

Post Enhet Scenario A Scenario B Scenario C

Vatgas [ton] 273 404 2 919

Ersattande Naturgas [kW h] – – 83, 7 ∗ 106

Pris vatgas [SEK/kg] 80 80 80

Pris naturgas [SEK/kW h] – – 0,15

Kostnad for utslappsratter [SEK/ton CO2] – – 42,3

Investeringskostnad tankstation [M SEK] 3,75 3,75 3,75

Rorliga kostnader [SEK/ar] 1 ∗ 106 1 ∗ 106 1 ∗ 106

PIPELINE

Kostnad for att bygga pipeline [SEK/m] 15 000 15 000 15 000

Underhallskostnad pipeline [SEK/km och ar] 100 000 100 000 100 000

Distributionskostnad [SEK/kW h] 0, 07 0, 07 0, 07

TANKBIL

Investeringskostnad lastbil [MSEK] 4 4 4

Distributionskostnad [SEK/km] 20 20 20

Transportmangd [kg/vanda] 117 117 117

Placering av tankstation ar av stor vikt, da investeringskostnaderna okar ju langre bort franklustret denna placeras. Dock maste den vatgas som tankstationen forses med senare saljas tillslutkund. For att tillgodose dessa tva behov har berakningarna utgatt ifran att tankstationenplaceras utanfor Stenungsund nara E6:an. Detta dels eftersom Norge har storre anvandandningav branslecellsbilar an Sverige, dels da en vatgasvag mellan Oslo–Goteborg–Malmo diskuterassom skulle passera Stenungssund (Jonsson et al., 2006). Att da placera en station utanforStenungsund nara E6:an anses rimligt. Enligt Google Maps ar det ca 4,8 km fran Inovyn tillE6:an, darav kommer avstandet 5 km anvandas i berakningar for att ge viss marginal da enpipeline inte kommer kunna dras raka vagen. Huruvida tillstand att bygga en station har armojligt eller inte innefattas inte av rapporten, utan lamnas till framtida arbete.

Det finns olika siffror pa kostnaden for att bygga en vatgasstation dar variationen beror pastorlek, kapacitet och om mojligheten att producera vatgas pa plats finns. Investeringskostnadernaligger mellan 6–15 M SEK och den ekonomiska livslangden ar 20 ar (ILV Svenska miljoinstitut etal., 2010). EU kan dock ga in som finansiar for halva kostnaden om det finns andra intressenter,vilket ar positivt ur investeringssynpunkt for industrierna (www., Nyteknik, 2014). Den rorligakostnaden for tankstationen ar svar att uppskatta da faktorer som markhyra, slitage ochanvandning paverkar. Den antas dock uppga till 1 MSEK per ar (Nilsson, 2010).

I tabell 2.5 ar kostnaden for att transportera vatgas i pipelines angivna for avstand som armarkant langre an behovet for denna rapport. Darfor har en investeringskostnad for byggande

23


av pipeline pa 15 000 SEK/m, distributionskostnad pa 0,07 SEK/kW h och underhallskostnadpa 100 000 SEK/km anvants (Adolfsson et al., 1999).

6.1.1 Payback metoden

For att undersoka om investeringen att bygga en vatgasstation ar lonsam anvands paybackmetoden. Genom att anvanda denna beraknas det hur lang tid det tar innan investeringenbetalat sig sjalv och grundinvesteringen ar betald, alltsa hur lang aterbetalningstid det ar painvesteringen. Foretag ofta har krav pa hur manga ar det ska ta innan investeringen skaparlonsamhet. Hamnar slutresultatet inom denna ram anses investeringen lonsam. Denna modellhar bade for och nackdelar; den ar snabb och latt att forsta, men tar inte hansyn till kassaflodenaefter aterbetalningen ar gjord (Rasbrant, 2014). Ekvation 6.1 visar hur berakningen utforsnar varken ranta eller olika storlekar pa inbetalningsoverskott beaktas. Ekvation 6.2 visar ettexempel da inbetalningsoverskottet varierar ar till ar.

Aterbetalningtid =Investering (G)

Inbetalningsoverskott (a)(6.1)

Med antagandet att betalningarna fordelas jamnt over aren

Aterbetalningtid = 3 ar (a1 + a2 + a3 = G) (6.2)

Dar G = Investering och a1,2 ,3 = Inbetalningsoverskott for ar 1,2,3

6.2 Miljoanalys

Vid en diskussion om olika utslapp fran olika amnen behovs en genomgaende undersokningav utslappen fran CO2–ekvivalenter. Emissionerna i koldioxidekvivalenter for de vanligastebranslena i fordon ar sammanstallda i tabell 2.9. Hur stora eventuella utslappsminskningar blirberor i huvudsak pa i vilket scenario som den biproducerade vatgasen kommer att anvandas.Overlag kan det konstateras att utslappen som eventuellt kan knytas till vatgas som biprodukti kemiska industrier inte kommer fran vatgasen i sig utan snarare fran annan gas som behoverersatta den. Naturgas ar ofta alternativet, men har hoga utslapp och ar dessutom fossilt. Detar darfor klart samre ur ett miljoperspektiv.

I Scenario A och B, dar enbart den utslappta vatgasen tas tillvara antas att utslappen frandenna inte medfor nagra utslapp alls. Formodligen kan vissa utslapp harrora fran den kemiskaindustrin, men denna verksamhet kan betraktas som ett skilt system som opererar oavsett,och darfor kommer vatgasen produceras hursomhelst. Darfor kan nettoutslappen fran vatgasses som noll. I Scenario C kommer den vatgas som anvands internt idag som branngas attbehova ersattas med en annan gas. Ersattningen kommer mest troligt ske med naturgas, varforutslappen fran denna ocksa har analyserats.

24


Vid en jamforelse mellan de idag tankta fordonsapplikationerna for bransleceller personbil,lastbil och bussar, kan det konstateras att de vanligaste branslena idag for dessa ar bensin ochdiesel. Om dessa fordon skulle ersattas med branslecellsdrivna fordon skulle darfor utslappenfran dessa bilar forsvinna. For att skapa ett bredare analysunderlag har de tre scenariernaapplicerats pa ett flertal olika alternativ som vatgasen kan anvandas till i fordonsapplikationer:

– Alternativ 1: Bensindrivna bilarVatgasen tankas i personbilar som ersatter motsvarande mangd bensindrivna bilar.

– Alternativ 2: Genomsnittligt utslappsvarde fran 2012 ars nybilssnittVatgasen tankas i personbilar som ersatter motsvarande mangd bilar med ett genomsnittligtutslappsvarde fran 2012 ars nybilssnitt.

– Alternativ 3: Genomsnittligt utslappsvarde fran EU:s utslappsmalVatgasen tankas i personbilar som ersatter motsvarande mangd bilar med ett genomsnittligtutslappsvarde fran Europeiska Unionens utslappsmal for personbilar.

– Alternativ 4: Dieseldrivna bussarVatgasen tankas i bussar som ersatter motsvarande mangd dieseldrivna bussar

I bilaga C.1 har utslappsminskningen i de tva olika scenarierna beraknats for de olikaalternativen. Antagandet ar att vatgasen ersatter dagens branslen i det antal bilar som denracker till, vilket eventuellt leder till en forandring av emissioner fran denna fordonsflotta.Resultaten fran detta sammanstalls i tabell 7.3 avsnitt 7.

25


7. Resultat och Diskussion

Fran kostnadsanalysen visade berakningarna att aterbetalningstiden pa investeringen ar kortmed tanke pa att den ekonomiska livslangden pa tankstationen ar 20 ar. Det som aven talar foratt det ar en lonsam investering ar att andra liknande samarbeten har inletts pa andra platser.Ineos i Norge har exempelvis inlett ett samarbete med en tankstation. Detta har gjorts framstav miljoskal, men pavisar anda att det inte ar omojligt. Den fabrik som ligger pa orten Rafsnasfar ca 7000 ton vagas fran sin produktion per ar, vilket ar nastan dubbelt sa mycket som deni Stenungsund (www., Andersen och Granli, 2007). Det bor dock tas med i berakningen ar attNorge har ett mycket mer utvecklat anvandande av vatgas och ett battre infrastruktursystemfor detta.

Tabell 7.1: Aterbetalningstid [ar]

Typ av distribution Scenario A Scenario B Scenario C

Lastbil 0,41 0,36 0,22

Pipeline 3,78 2,13 0,32

Som tabell 7.1 visar blev aterbetalningstiden kort i alla scenarion. I B.1 redovisas detmer utforliga berakningar. Att aterbetalningstiden i scenario A blev signifikant langre an deandra beror pa att det ar en relativt liten mangd vatgas som transporteras med pipeline. Iberakningarna har antagandet gjorts att vatgasen utnyttjas till 100 %. I dagslaget ar anvandandetav vatgas i Sverige extremt restriktivt. Darfor ar det inte sa troligt att all vatgas saljs till 100 %de forsta aren. Ingela Frossling pa Inovyn var dock positiv till iden att salja mer av vatgasen sadet ar inte ett orimligt utfall.

Det ar genomgaende kortare aterbetalningstid pa investeringen nar lastbil anvands, vilketgrundar sig i att det inte ar sa stora mangder vatgas som transporteras. Just i detta fall kan detaven pa lang sikt vara mer lonsamt att bygga en pipeline om efterfragan pa vatgas vaxer och flerav de kemiska foretagen i klustret blir intresserade av att nyttja systemet. Om efterfragan pavatgas okar och fabriken valjer att salja storre mangder ar pipeline en fordel. Det kan aven varaen trivselfordel for omradet att vatgasen distribueras med pipeline da i takt med att mangdenokar, okar aven antalet lastbilar som maste kora fram och tillbaka genom staden.

26


Resultaten visar att aven i det scenario dar bara den idag utslappta vatgasen tas om hand,scenario A, kan en relativt stor mangd bilar tankas med gasen, sarskilt i forhallande till mangdenbranslecellsbilar idag. Mangden vatgas kan darmed racka till att tanka flottan for personbilarunder en lang tid framover vilket redovisas i tabell 7.2.

Tabell 7.2: Bil och busstrackor

Vatgas [ton] Bilstrackor per ar Busstrackor per ar

Scenario A 237 2 038 64

Scenario B 404 3 474 109

Scenario C 2 919 25 103 788

For att svara pa fragan hur mycket utslappen faktiskt minskar om vatgas skulle ersattaandra drivmedel har tabell 7.3 sammanstallts. Den visar att i alla fall har de totala utslappenminskat vid anvandande av vatgas. Detta galler aven det fall da naturgas maste ersatta denvatgas som annars anvands i fabrikens kemiska processer. Utslappen for fabriken okar, men forsamhallet i stort har det en positiv inverkan.

Tabell 7.3: Utslappsminskning per ar resultat

Alternativ Scenario A [ton] Scenario B [ton] Scenario C [ton]

1. Bensin −5 927 −10 104 −73 005

2. Genomsnitt −3 368 −5 741 −42 361

3. EU-mal −2 370 −4 040 −29 190

4. Bussdiesel −1 939 −3 306 −23 890

Naturgasersattning 0 0 15 075

Dock kan fler passagerare fardas per massa tankat bransle om vatgasen anvands i bussar,vilket pa sikt skulle kunna vara ett miljomassigt argument for att anvanda vatgasen i dessa.Dessutom kan det ocksa underlatta att anvanda all gas om den anvands i bussar, eftersominfrastrukturen for tankning av personbilar idag inte ar utbyggd, vilket gor att antalet vatgasbilari Sverige idag ar ett fatal. Bussar daremot tankas i depaer (Nilsson, 2017), dar tankningstillfalletar planerat pa forhand. Darfor det skulle kunna vara en mojlighet att gora just tankstationenvid Inovyn till en depa for bussar. I det scenario da lagst gas kunde tas om hand, (vilket ocksaar den mangd som idag slapps ut), kan 64 bussar drivas per ar. Detta kan sattas i relation tillantalet bussar i Stenungsunds kommun 2016, vilket var 56 stycken (tabell 8.3). Med andra ordskulle hela Stenungsunds kommuns bussflotta kunna drivas pa den vatgas som idag facklas bortfran klorindustrin dar.

Givetvis tillkommer utslapp vid nyproduktion av bilarna och likasa indirekta utslapp badevid den indirekta produktionen av vatgasen i de kemiska industrierna men aven vid byggnationav infrastruktur till berorda industrier, nagot som inte analyserats i detta arbete.

Utslappen fran bi–producerad vatgas har utretts av Vatgas Sverige i rapport fran 2007. I ettflertal scenarion har utslappen fran olika typer av vatgasproduktion utretts varav bi–produceradvatgas ar ett av dem. Detta visade att utslappen okar relativt kraftigt om den vatgas somateranvands tas fran processen och ersatts med nagon annan branngas, rimligtvis naturgas.Darav ar utslappsminskningen storre per kilogram utvunnen vatgas om bara den vatgas som

27


annars facklas bort anvands (Karlstrom et al., 2007). Hantering av naturgasen kan eventuelltmedfora ytterligare utslapp utover de primara som kommer av forbranningen i den kemiskaindustrin i Stenungsund. I modellen har antagits att de totala utslappen ar de som kan harrorasfran forbranningen av gasen. Samtidigt har det antagits att hanteringen kan ske pa relativtkorta avstand varfor utslappen fran dessa inte tas med i modellen.

I alla alternativ for anvandning av vatgas i bransleceller minskar utslappen i scenarioC, trots att naturgas behover ersatta vatgas som branngas i processen. Detta kan bero paatt verkningsgraden for att anvanda bransle som branngas i processen ar lagre jamfort medverkningsgraden i de forbranningsmotorer som den utvunna vatgasen ersatter.

En utslappspost som inte tagits med i analysen ar utslapp fran de tankbilar vilka transporterargasen fran industrin till tankstationen. Detta kan ha en viss paverkan pa resultatet, sarskilt iett lage dar lastbilarna tankas med fossilt bransle. Dock har antaganden gjorts att dessa drivspa fornyelsebart bransle for ett hallbart samhalle.

Vid hanteringen av vatgasen kan energiforluster uppsta vid komprimeringen av gasen, vilketinte tagits hansyn till i modellen. Det ar rimligt att anta att forlusterna fran vatskifiering avgasen ar sa pass stora att detta inte i dagslaget ar ett alternativ for transport av gasen, varforlagtryckskomprimering lar vara det mest mogna alternativet for transport i ett lage dar allbiproducerad gas kan transporteras till en narliggande tankstation. Forlusterna fran dennakomprimering ar vasentligt lagre varfor de bortsetts fran i modellen.

I ett scenario da manga fordon kommer drivas pa vatgas i bransleceller kommer det stallanya krav pa vilka resurser som behovs utnyttjas. En flaskhals vid anvandningen av PEMFCar behovet av adelmetaller vid reaktionen i cellen. Ett problem idag ar att bransleceller i regelanvander platina som katalysator for reaktionen i cellen. Denna ar mycket sallsynt. Detta kankomma att skapa dels en brist pa platina i sig men aven ett bli ett hinder for ett kommersielltgenombrott for FC-bilar till att borja med. Detta eftersom en brist pa metallen kan driva upppriserna pa bilarna eller helt enkelt inte racka till for att skapa tillrackligt antal for den bredamarknaden. Dock pagar for tillfallet ett antal forskningsprojekt pa omradet vilka syftar till attlosa problemet.

28


8. Kanslighetsanalys

Kanslighetsanalysen gallande kostnaderna ar viktig da denna kan komma att paverka Inovynsbeslut att gora en eventuell investering. Berakningar har gjorts dar Inovyn sjalva behover stafor hela investeringskostnaden av tankstationen. Det har aven gjorts en utvardering om vad somsker om bara halften av vatgasen blir sald. Detta for att ta hojd for att vatgas som drivmedel intear speciellt etablerat i Sverige idag. Berakningarna aterfinns i bilaga D.1 och sammanstallningenredovisas i tabell 8.1. De slutsatser som kan dras ar att i scenario A, da pipeline distribuerargasen, blir aterbetalningstiden i stor utstrackning paverkad av forandringarna. Alla poster blirvisserligen paverkade, men eftersom scenario A med pipeline har langst aterbetalningstid i forstaanalysen blir paverkan fortsattningsvis stor. Analysen visar att aterbetalningstiden vid mindremangd sald vatgas blir mer kansligt for forandringar i kostnader och salda mangder jamfortmed ett scenario med mer vatgas som saljs. Dock visar kanslighetsanalysen att investeringenfortfarande betalar tillbaka sig i alla scenarion pa under 10 ars tid.

Tabell 8.1: Aterbetalningstid andra varden

Typ av distribution Forandring Scenario A [ar] Scenario B [ar] Scenario C [ar]

Lastbil Ingen 0,41 0,36 0,22

Pipeline Ingen 3,78 2,13 0,32

Lastbil Betalar hela investeringskostnaden 1,0 0,71 0,27

Pipeline Betalar hela investeringskostnaden 4,44 2,51 0,38

Lastbil Halverar mangd sald vatgas 0,82 0,73 0,51

Pipeline Halverar mangd sald vatgas 8,27 4,49 0,76

Lastbil Bada ovanstaende utfall sker 2 1,42 0,64

Pipeline Bada ovanstaende utfall sker 9,74 5,29 0,89

29


Exponentiell okning av antalet fordon

En undersokning av en gradvis framtida okning av antalet fordon i den svenska fordonsflottanhar genomforts. Dar har antalet fordon idag avseende bussar och personbilar undersokts foratt sedan studera hur personbilsflottan vantas oka till 2050. Detta med hanseende till denbedomning som ELFORSK gjort om att hela Sveriges fordonsflotta skulle kunna drivas pavatgas ar 2050. Tabell 8.2 visar hur manga fordon som antas finnas 2050.

Tabell 8.2: Antal fordon i Stenungsund och Vastra Gotaland 2050 (www., Myhr och Johansson,2017; Svahn och Johansson, 2017)

Sverige Vastra Gotalands lan Stenungsund

Fordon 6 687 571 1 083 386 19 521

Enligt Trafikanalysmyndigheten okar antalet bilar i Sverige med omkring 1 % arligen. Sammatakt till ar 2050 skulle innebara en okning av antalet personbilar med 40 %. Givet att VastraGotalands och Stenungsunds andelar av landets totala bilflotta ar konstant kommer antaletpersonbilar och bussar i dessa regioner ar 2050 ha fordelningen som tabell 8.3 visar.

Tabell 8.3: Antal fordon i Stenungssund och Vastra Gotaland 2016 (www., Myhr och Johansson,2017; Svahn och Johansson, 2017)

Fordon Sverige Vastra Gotalands lan Stenungsund

Antal Bilar 4 768 060 772 147 13 921

Antal Bussar 13 890 2 622 56

Enligt (www., Ake Mossberg, 2014) bedoms antalet branslecellsbilar utgora 10 000 enheteri Norge 2026. Om denna utveckling skulle ske aven i Sverige skulle det med hanseende till denfordonsstatistik som sammanfattats ovan innebara omkring 1 600 enheter i Vastra Gotalands –regionen vid samma tidpunkt. I denna region bedoms med hanseende till samma statistik attantalet branslecellsbilar idag ar fyra enheter. Om antalet enheter okar med 82 % om aret innebardet 1 600 enheter i Vastra Gotaland vid en tidpunkt mellan 2025 och 2026. Procentsatsen harvalts sa att antalet bilar motsvarar utvecklingen i hela Vastra Gotalandsregionen. Vid berakningav payback for detta alternativ blev resultatet i enlighet med tabell 8.4.

Tabell 8.4: Payback gradvis okning av FCEV-flottan [ar]

Transportmetod gas Scenario A Scenario B Scenario C

Tankbil 8 8 8

Pipeline 12 12 12

Analysen visar att aterbetalningstiden blir vasentligt langre om antalet bilar gradvis okarfran dagens mycket begransade niva men att investeringen fortfarande aterbetalar sig, jamfortmed om antalet bilar redan idag ar tillrackligt for att salja all tillganglig vatgas fran fabriken. Idet alternativ dar tankbil anvands for att distribuera gasen blir aterbetalningstiden densammafor alla scenarion eftersom efterfragan inte kommer overstiga maximal produktionskapacitet inagot av dessa. I alternativet med pipeline – distribution blir aterbetalningstiden langre dainvesteringen ar hogre.

30


Analysen bygger pa en antagen okning av antalet bilar fran dagens niva, i ett lage darinfrastrukturen for vatgas byggs ut i Sverige och Norge och att antalet FCEV - bilagare blirfler. Berakningarna har gjorts pa samma satt som i kostnadsanalysen men intakterna okar itakt med en okande bilflotta som kan tanka pa stationen.

Analysen visar att aterbetalningstiden blir vasentligt mycket langre med minskat underlagoch det ar darfor centralt for tankstationens ekonomiska aterbetalning att utbyggnaden av ovriginfrastruktur kring vatgas byggs ut for att antalet fordon som drivs pa branslet okar.

Miljoanalys

Utslappen for de olika branslena per kilometer beraknas pa ett antagande om forbrukning.Da genomsnittligt antal personkilometer anvants i berakningarna har det varit relevant att seutslappen per kilometer, men dessa kan givetvis variera inom olika bransleslag, per kilometer,da olika bilar givetvis har olika forbrukning, vilket medfor en relativt stor osakerhetsfaktor.

Emissionsfaktorerna ar en osakerhetsfaktor eftersom en relativt liten absolutforandring kanmedfora en storre procentuell forandring. Likasa ar forbrukningssiffrorna osakra pa grund avdetta. Forbrukningen for diesel och bensin ar antagna varden, vilket ocksa medfor en relativtstor osakerhetsfaktor eftersom den petroleumdrivna fordonsflottan har relativt diversifieradforbrukning.

Siffrorna for tonnaget vatgas fran industrierna ar eventuellt en mindre osakerhetsfaktor,eftersom en forandring om 10 % for denna innebar en mycket storre forandring i absoluta tal.Tonnagesiffrorna kommer direkt fran industrierna och det finns darfor mindre anledning atttvivla pa dem. Dock kan forluster i gashanteringen leda till relativt stora procentuella forlusterfor tonnaget vilket bor undersokas i framtida arbete.

De olika vardena for forbrukning hos bilar, emissionsfaktorer och tonnage paverkar resultatetfor utslappen i samma storleksordning vid en lika stor procentuell forandring. Det leder till attstorleksordningen pa de totala utslappen ar relativt densamma, men att utslappsminskningen iabsoluta tal kan skilja pa mer an 1 000 ton, vilket anda ar en stor mangd, for en forandring om10 %.

31


9. Slutsatser

Genom de berakningar som ligger till grund for den ekonomiska analysen och den miljomassigaanalysen av att anvanda Inovyns vatgas har arbetet resulterat i foljande slutsatser:

– Da manga raffinaderier har underskott av vatgas i sin produktion anses det inte vara ettalternativ att ta tillvara den vatgas som bildas under processen. Det kan dock vara ettalternativ att inleda ett samarbete mellan raffinaderier och klorproducerande fabriker somligger inom samma omrade for att utnyttja all vatgas och undvika att behova producerany vatgas pa mindre miljovanlig vag.

– Det ar kort aterbetalningstid pa en investering i en tankstation jamfort med dess ekonomiskalivslangd om en stor andel av vatgas saljs.

– De totala utslappen kan reduceras om fossildrivna bilar drivs pa vatgas, aven i ett scenariodar vatgas som anvands internt som branngas ersatts med fossil naturgas.

– Fler antal passagerare kan transporteras per enhet tankad vatgas i ett scenario dar bussaranvander gasen an dar personbilar anvander den.

– Det finns bade ekonomiska– och miljomassiga incitament att investera i en tankstationoch anvanda vatgasen som bildas som biprodukt i klor–alkaliefabriker. Da priset pa vatgasar relativt hogt i dagslaget okar incitamentet att ta tillvara pa biprodukten.

32


10. Framtida Arbete

Med utgangspunkt fran de slutsatser som arbetet har resulterat i kan framtida arbete inomomradet uppmuntras. Det arbete som inledningsvis rekommenderas ar foljande:

– Da rapporten pavisar att det gar relativt fort att fa tillbaka investeringen av byggandetav en tankstation kan en vidare studie vara av intresse. I denna rapport ar manga avparametrarna antagna och inte specifika for just en specifik plats. Att vidare undersokavad de exakta kostnaderna skulle bli med hjalp av offerter fran bl a leverantorer skulleytterligare kunna styrka att investeringen ar lonsam.

– Undersoka hur mycket vatgas som biprodukt som maste renas fran de olika typernaav industrier. I dagslaget kraver manga bransleceller och PEM – celler i synnerhet hogrenhetsgrad pa branslet for att kunna anvandas. Samtidigt rader det delade uppgifter omrenhetsgraden i den vatgas som skapas som biprodukt i kemisk industri. Petroleumindustrinskapar till synes mer fororenad vatgas an den gas som skapas i klorindustrin. Dock kan detbehovas olika reningsatgarder i bada fallen vilket kan vara foremal for vidare undersokning.

– Hantering av naturgas behover analyseras ytterligare. Dels hur stora utslappen franhanteringen av naturgasen ar, dels det effektivaste sattet att hantera gasen givet attutslappsminskningen faktiskt ar positiv da vatgas ersatts med naturgas som branngas.

– Utslapp fran klorindustri ar en faktor till utslapp av vaxthusgaser som inte analyseratsi denna studie. Da manga av industrierna anvander vatgasen som branngas kan dessautslapp vara forsumbara, men det kan ocksa finnas andra faktorer som leder till utslapp.

– Grunden for ett skifte av fordonsflottan till vatgasbilar kraver storre investeringar, intebara for investerare, utan aven av privatpersoner eller foretag som maste kopa in bilarna.Darfor skulle det vara intressant att utvardera vilka incitament politikerna skulle kunnatanka sig att infora for att underlatta skiftet av fordonsflottan.

33


Bilagor

34


Bilaga A

Gransvarden for renligheten hos vatgas

Figur A.1: Gransvarden for renlighet i vatgas (U.S. Energy Information Agency, 2013)

35


Bilaga B

Berakningar for Kostnads analysen

Investeringskostnaden for en tankstation ar enligt avsnitt 6 mellan 6 och 15 miljoner. Antagandethar gjorts att EU star for halva kostnaden och sedan att Inovyn och Stenungssund kommundelar pa den resterande kostnaden. Den storre initial investeringen har valts, vilket resulterari att Inovyn har en investeringskostnad pa 3,75 MSEK. Det ar aven en arlig rorlig kostnad fortankstationen pa 1 MSEK.

Kostnaden for utslappsratter ar beraknad med en vaxelkurs pa 9,6 hamtad fran (www., Eu-ropean Emission Allowances Global Environmental Exchange, 2017). Denna vaxelkurs ar avenanvand i berakningen av priset av naturgas i tabell 2.4.

Antal vandor for mobil transport beraknas genom:

Antal vandor per ar =tillganglig vatgas per ar [kg]

kapacitet per tankbil [kg](B.1)

Dar tillganglig vatgas ar 237 000 kg, 404 000 kg respektive 2 919 000 kg. Kapaciteten pertankbil ar 117 kg.

Kostnaden for denna blir:

Distributionskostnad [SEK] = Antal vandor ∗ km till station ∗ Distributionskostnad per km(B.2)

Dar avstandet till tankstationen ar 5 km och distributionskostnaden ar 20 SEK/km.

Antalet vandor per dag har darefter kunnat beraknas som antalet vandor per ar dividerat med365 dagar pa ett ar.

Da det har bedomts att en tankbil kan aka maximalt 7 vandor per dag, blir antalet tankbilarsom kravs antalet vandor per dag dividerat med detta varde. Detta antal maste avrundas uppattill narmaste heltal. Da det kravs fler an en tankbil maste distributionskostnaden multiplicerasmed antal tankbilar som kravs. En tankbil har en investeringskostnad pa 4 MSEK, vilket goratt ju fler tankbilar det kravs, desto hogre investeringskostnad.Antalet kW h som vatgasen motsvarar beraknas med formeln:

36


Antal kW h vatgas per ar = tillgang vatgas per ar [kg] ∗ Energidensitet [kW h/kg] (B.3)

Energidensiteten aterfinns i tabell 2.2.

Distributionskostnaden i pipeline ar 0,07 SEK/kW h och beraknas som distributionskostnadenper kW h multiplicerat med antalet kW h vatgas per ar. Investeringskostnaden for pipelinen ar15 000 SEK/m och har en arlig underhallskostnad pa 100 000 SEK/km.

Da priset pa vatgas vid forsaljning antagits till 80 kr/kg kan intakten fran denna i varjescenario beraknar genom att multiplicera detta pris med mangden tillganglig vatgas i varjescenario. Inbetalningsoverskotten kan darefter beraknas som skillnaden mellan intakter ochkostnader for de olika distributionsalternativen.

Den totala investeringen i infrastruktur beraknas som summan av de uppskattade kostnadernaav att investera i transport av gasen och i stationen. Paybacken for investeringen kan sedanberaknas m.h.a. ekvation 6.1.

I Scenario C behover mangden naturgas som ersatter vatgas som branngas i industrinberaknas. Energimangden i den naturgas som ersatter de 2 515 ton vatgas som anvands i bl.aangpannorna har beraknats med hjalp av tabell 2.2 och vatgasens energidensitet [kW h/kg].Det resulterar i foljande ekvation:

Naturgas [kW h] = 2515∗103 [kg]∗33, 3 [kW h/kg] = 83749500 [kWh] ≈ 83, 7∗106 [kWh] (B.4)

Priset for den inkopta naturgasen har hamtats fran SCB:s statistik for industrikunder.Inovyns fabrik hade da hamnat i forbrukningskategori 4, och priset per ar for naturgas harberaknats som medelvardet av varpriset och hostpriset ar 2016. Priset for naturgas blev darmed0,33 SEK/kW h (Statistiska Centralbyran, 2017).

Antalet ton utslappt CO2 beraknas genom att multiplicera mangden naturgas med detemissionsvarde per kW h for naturgas som aterfinns i tabell 2.4. Darefter kan den totala kostnadenfor naturgasen bestammas enligt:

Kostnad naturgasutslapp [SEK] = Kostnad utslappsratt [SEK/ton CO2] ∗ Utslapp CO2 [ton](B.5)

Dar kostnaden for utslappsratterna ar 42,3 SEK/ton CO2

Kostnad naturgasinkop [SEK] = Naturgas [kW h] ∗ Kostnad naturgas per kW h (B.6)

Dar mangden naturgas beraknats i ekvation B.4 och priset for denna fran tabell 2.4

Total kostnad naturgas = Kostnad naturgasutslapp + Kostnad naturgasinkop (B.7)

37


Resultaten av berakningarna blev som foljer:

Tabell B.1: Arliga kostnader

Anvanda formler Scenario A Scenario B Scenario C

Tankbilsvandor B.1 2 025 3 453 21 495

Vandor per dag B.1/365 6 10 59

Antal tankbilar Vandor per dag / 7 1 2 10

Kostnad mobil distribution [SEK] B.2 −202 564 −345 299 −2 494 872

Rorlig kostnad station [MSEK] – −1 −1 −1

Mangd vatgas i pipeline [kW h] B.3 7 892 100 13 453 200 83 749 500

Kostnad distribution pipeline [SEK] B.3∗0,07 −552 447 −941 724 −5 862 465

Underhallskostnad pipeline [SEK] – −500 000 −500 000 −500 000

Kostnad utslappsratter [SEK] B.5 −637 669

Kostnad inkop naturgas[SEK] B.6 −27 637 335

Total kostnad naturgas [SEK] B.5+B.6 −28 275 004

Tabell B.2: Investeringskostnader och intakter

Scenario A Scenario B Scenario C

Investering mobil transport [SEK] −7 750 000 −11 750 000 −43 750 000

Investering pipeline [SEK] −63 750 000 −63 750 000 −63 750000

Intakter sald vatgas [SEK] 18 960 000 32 320 000 233 520 000

Tabell B.3: Aterbetalningstid, payback [ar]

Anvanda formler Scenario A Scenario B Scenario C

Investering mobil transport G tabell B.2 −7 750 000 −11 750 000 −43 750 000

Inbetalningsoverskott mobil transport a tabell B.1 och tabell B.2 17 757 436 30 974 701 201 750 125

Investering pipeline G B.2 −63 750 000 −63 750 000 −63 750000

Inbetalningsoverskott pipeline a tabell B.1 och tabell B.2 17 407 553 30 378 276 198 382 531

Mobil distribution ekv.6.1 0,41 0,36 0,20

Pipeline distribution 6.1 3,66 2,22 0,32

38


Bilaga C

Berakningar for Miljoanalysen

For att berakna forbrukningen per personkilometer for vatgasfordon anvandes principen:

Forbrukning per personkilometer [kg/person km] =Forbrukning [kg/km]

Kapacitetifordonet(C.1)

Med insatta varden fran tabell 2.1 blir detta:

Tabell C.1: Forbrukningsvarden per personkilometer

Fordonstyp Forbrukning

Personbil 0,002375 kg/person km

Buss 0,0007927 kg/person km

For att berakna antal bilar som kan drivas i varje scenario av den biproducerade vatgasenanvands principen:

Antal fordon =

Tillganglig vatgas[kg]Forbrukning per bil[kg/km]

Genomsnittlig korstracka for per bil och ar[km](C.2)

Siffror for tillganglig vatgas hamtas fran kartlaggningen av den kemiska industrin, siffror forforbrukning och genomsnittlig korstracka hamtas ur tabell 2.1. Berakningarna ger resultaten:

Tabell C.2: Bil och busstrackor

Vatgas [ton] Bilstrackor per ar Busstrackor per ar

Scenario A 237 2038 64

Scenario B 404 3474 109

Scenario C 2919 25103 788

For att berakna utslappen fran de bilar som branslecellsbilarna ersatter beraknas det totalaantalet kilometer som en bil kan fardas pa vatgasen vilket sedan multipliceras med emissionsvardetper kilometer for det alternativ som branslecellsbilarna ersatter. Formeln beskrivs nedan:

Utslapp [kg] =Tillganglig vatgas [kg]

Forbrukning[kg/km]∗ Emissionsvarde per kilometer[gCO2/km] (C.3)

39


Varden for olika scenarion och alternativ beraknas med mangd vatgas fran kartlaggningenav den kemiska industrin, forbrukning ur tabell 2.1 i bakgrund, emissionsvarden ur tabell 2.9.Insatta varden ger i ekvation C.3 ger resultat beskrivna i tabell C.3.

Tabell C.3: Utslappsminskning olika scenarion [ton]

Scenario A Scenario B Scenario C

Alternativ 1 5927 10104 73005

Alternativ 2 3368 5741 42361

Alternativ 3 2370 4040 29190

Alternativ 4 1939 3306 23890

For att berakna mangden energi fran naturgas som behover ersatta vatgasen anvandsprincipen:

Mangd vatgas som tas ur processen ∗ Energidensitet per massa (C.4)

Utslappen fran denna naturgas beraknas enligt:

Mangd energi som behover ersattas ∗ Emissionskonstant per kilowatt (C.5)

Insatta varden for energidensitet hamtas fran tabell 2.2 och tabell 2.4, emissionsvarden perkW h for naturgas hamtas fran tabell 2.4. Insatta varden ger resultat:

Tabell C.4: Energi och utslapp naturgas som anvands som branngas

Energimangd [MW] 83749

Utslapp [ton] 15075

40


Bilaga D

Berakningar for Kanslighetsanalysen

I berakningarna har forst antalet bilar okat varje ar med 82 % fran 2016 till 2026. Darefter harokningen avtagit till en okning pa 31 %. Detta for att forst tillgodose antagandet att det skallfinnas 1 600 vatgasbilar i Varsta Gotaland ar 2026. Om okningen skulle fortsatta med sammatakt skulle det finnas for manga vatgasbilar for antaget antal 2050. Den nya procentsatsenraknades darfor ut. Bada procentsatserna raknades ut genom antagandet att det fran borjanfanns 4 vatgasbilar och skulle oka till 1 600 ar 2026 respektive 1 083 386 ar 2050 enligt ekvationD.1.

Bilar fran borjan ∗ xAntal ar = Antalbilar (D.1)

De fasta investeringskostnaderna forandras inte och de nya rorliga kostnaderna for transportmed tankbil raknas om beroende pa hur mycket vatgas som saljs och hur mycket som behovertransporteras. De rorliga kostnadera for pipelinen bedoms vara konstant varje ar. Intakten fransald vatgas beror pa efterfragan (antal bilar) som paverkar den arliga forbrukningen. Om denarliga forbrukningen overstiger tillganglig produktion i scenariot kan bara maximal produktionsaljas. Varje rad motsvarar ett ar. Intakterna raknas darefter av fran investeringen for varje ar.Vi har anvant ekvation 6.2 for att berakna aterbetalningstiden.

41


Figur D.1: Sammanstallning av berakningar da Inovyn saljer till en gradvis okande konsumtion

42


Bilaga E

Projektplan

I denna bilaga inkluderas den projektplan som skapades i en inledande fas av arbetet

43

Projekt Plan: VatgasUndersokning om vatgas som biprodukt fran industriella processerkan anvandas till att skapa ett regionalt infrasystem for tankning i

Sverige.

Alycia Sundqvist och Albert Petersson

March 17, 2017

Allman beskrivning

Idag producerar manga industrier vatgas som biprodukt. I dagslaget facklasdenna bort. Samtidigt utvecklas tekniken for att anvanda vatgas som drivmedelsnabbt och ar idag nara den breda marknaden. Ett regionalt infrastruktursys-tem skulle kunna transportera vatgas fran industrier till tankningsstationer avfordon. Malet med arbetet ar att undersoka potentialen i ett sadant system ochanalysera mojligheterna med detta ur flera aspekter.

Syfte och Mal

• Kartlagga industrier som producerar vatgas som biprodukt

• Modellera hur ett eventuellt infrastruktursystem skulle se ut

• Genomfora en kostnadsanalys

• Genomfora en miljoanalys

Metod och Modell

I en inledande fas behover antalet industrier som producerar vatgas som bipro-dukt kartlaggas med avseende pa geografi, kvalitet och kvantitet. Detta skagoras med hjalp en litteraturstudie. Darefter kan deras relevans for infras-truktursystemet utvarderas. Vi kommer att fokusera pa mojligheten att skapainfrasystem pa mikro-niva, s.k. microgrid. Vidare kommer en kostnads -ochmiljoanalys genomforas for att analysera om det ar hallbart att genomfora ensadan satsning i framtiden.

Vi har for avsikt att avsikt att anvanda oss av litteratur, artiklar och inter-vjuer.

1

Omfattning och Avgransning

Vi avser att begransa oss till den svenska marknaden for vatgas som biproduktvid framstallning av andra produkter. Vidare kommer vi begransa oss till deindustrier som anses lampliga att ansluta till ett eventuellt infrasystem.

Regional infrastruktur utvarderas i forsta hand, mojlighet till ett nationelltsystem i andra hand.

Tidsplan

Figure 1: Tidsplan

2


Litteraturforteckning

Adolfsson, B., Bjorck, P.-O., Filipsson, E. och Grahn, M. (1999), ‘Distribution av vate – enstudie over mojligheter av ett rikstackande distributionsnat for den svenska transportsektorn’.Goteborgs universitet/Chalmers Tekniska Hogskola.

Agartson, E. (2013), The performance of a pemfc operating on byproduct hydrogen fromchemical industry, Master thesis in material science and engineering, KTH Material Scienceand Engineering, Stockholm.

Ahlvik, P. och Eriksson, L. (2015), ‘Stadsbussar– kunskapssammanstallning euro vi’.

Andersen, B. L. och Granli, L. (2007), ‘Reiten vil bidra med hydrogen’. (Hamtad 2017-04-22).URL: https://www.nrk.no/telemark/reiten-vil-bidra-med-hydrogen-1.2685110

Backmark, M. (2017), ‘Preem’, privat kommunikation.

Borealis AB och Froberg, A. (2014), ‘Miljorapport 2014’. Borealis AB Stenungsund.

Christer, J. (2017), ‘Akzo Nobel’, privat kommunikation.

Ekheimer, P. (2011), ‘Klorkartellen– en industrihistorisk balansakt’. Chalmers TekniskaHogskola.

Energimyndigheten (2014), ‘Vatgas’. (Hamtad 2017-02-23).URL: http://www.energikunskap.se/sv/FAKTABASEN/Vad-ar-energi/Energibarare/Vatga-s/

Energy Density Of Hydrogen (2005). (Hamtad 2017-04-22).URL: http://hypertextbook.com/facts/2005/MichelleFung.shtml

Energy.gov (2016), ‘Types of fuelcells’. (Hamtad 2017-04-23).URL: https://energy.gov/eere/fuelcells/types-fuel-cells

European Emission Allowances Global Environmental Exchange (2017). (Hamtad 2017-05-12).URL: https://www.eex.com/en/market-data/environmental-markets/spot-market/european-emission-allowances!/2017/05/12

Europeiska kommissionen (2013), ‘Kommissionens genomforandebeslut-om faststallande avbat-slutsatser for klor-alkaliproduktion, i enlighet med europaparlamentets och radets direktiv2010/75/eu om industriutslapp’, Europeiska unionens officiella tidning L332, 34–48.

Frossling, I. (2017), ‘Inovyn’, privat kommunikation.

Goteborgs Sparvagar (2017), ‘263 sparvagnar och 64 bussar’. (Hamtad 2017-05-10).URL: http://www.goteborgssparvagar.se/om-oss/var-flotta/

46


Hovsenius, G. och Haegermark, H. (2005), ‘Vate i det svenska energisystemet? enframtidsstudie’, Elforsk rapport 05-18 .

Hyundai (2017), ‘Specifikationer’. (Hamtad 2017-05-10).URL: http://www.hyundai.se/bilar/ix35-fuel-cell?gclid=CIvk 4W85dMCFUSrGAod2voOkQ

ILV Svenska miljoinstitut, Chalmers Tekniska Hogskola och Goteborgs Universitet (2010),‘Biobaserade drivmedel: analys av potential, forutsattningar marknad, styrmedel och risker’,Projektet BIODRIV . Vatgasgruppen ETC Battery and FuelCells Sweden AB.

Inovyn (2009), ‘Produktionsprocessen’. (Hamtad 2017-02-23).URL: http://www.inovyn.se/142-Produktionsprocessen.htm

Inovyn och Rogestedt, M. (2017), ‘Miljorapport for 2016’. Inovyn.

International Organization for Standardization (2012), ‘Hydrogen fuel – product specification –part 2: Proton exchange membrane (pem) fuel cell applications for road vehicles’. (Hamtad2017-04-22).URL: https://www.iso.org/standard/55083.html

ISO (2016), ‘Gaseous hydrogen – fueling stations – part 3: Valves’, ISO/DIS 19880-3.2 .International Organization for Standardization.

Jonsson, H., Karlstrom, M. och Wolf, S. (2006), ‘Vatgasvag langs vastkusten–forstudierapport’.Vatgasgruppen ETC Battery and FuelCells Sweden AB.

Karlsson, A. (2001), ‘Vatgasinblandning i cng forstudie’, Rapport SGC 122 ISSN 1102-7371ISRN SGC-R-122-SE . Chalmers Tekniska Hogskola.

Karlstrom, M., Vatgas Sverige, Eva, A. och CIT Industriell Energianalys AB (2007),‘Miljopaverkan av vatgasforsorjning - miljosystemanalys for vatgas i goteborg’. VatgasSverige.

Korner, A., Tam, C., Bennett, S. och Gagne, J.-F. (2015), ‘Technological roadmap – hydrogenand fuel cells’, International Energy Association ss. 891–921.

McKinnon, A. (2008), ‘Co2 emissions from freight transport: An analysis of uk data’. LogisticsResearch Centre, Heriot-Watt University.

Mossberg, J. (2013), ‘Chemical industry companies in sweden’, VINNOVA Analysis VA 2013:012011-04085. Vinnova.

Murugan, A. och Brown, A. S. (2015), ‘Review of purity analysis methods for performing qualityassurance of fuel cell hydrogen’, International Journal of Hydrogen Energy 40(11), 4219 –4233. Elsevier.

My Fuel Cell (2015), ‘Framstallning av vatgas’. (Hamtad 2017-03-01).URL: http://www.myfuelcell.se/framstallning-av-vatgas

Myhr, A. (2017), ‘Korstrackor 2016’, Sveriges Officiella Statistik .

Myhr, A. och Johansson, A. (2017), ‘Fordon i lan och kommuner 2016’, Sveriges OfficiellaStatistik .URL: http://www.scb.se/publikation/31853

47


Nilsson, L. (2010), ‘Overgripande forstudie for demonstrationsprojekt i falkenberg’. VatgasSverige,Energi och Miljo–region Halland.

Nilsson, L. (2017), ‘Arlig tillsynsrapport for buss och tagdepaer’, Stockholms StadsMiljoforvaltning - Arlig tillsynsrapport for buss och tagdepaer .URL: https://insynsverige.se/documentHandler.ashx?did=95587

Nyteknik (2014), ‘Planen: 29 vatgasmackar fran norr till soder’. (Hamtad 2017-05-12).URL: http://www.nyteknik.se/energi/planen-29-vatgasmackar-fran-norr-till-soder-6398835

Nyteknik (2015), ‘Nu ar nya vatgasmacken oppen’. (Hamtad 2017-05-12).URL: http://www.nyteknik.se/energi/nu-ar-nya-vatgasmacken-oppen-6344599

Pollet, B., Staffell, I., Shang, J. och Molkov, V. (2014), Alternative Fuels and Advanced VehicleTechnologies for Improved Environmental Performance, Woodhead Publishing, Cambridge,chapter 22 – Fuel-cell (hydrogen) electric hybrid vehicles, ss. 685 – 735.

Ramachandran, R. och Menon, R. K. (1998), ‘An overview of industrial uses of hydrogen’,International Journal of Hydrogen Energy 23(7), 593 – 598. Elsevier.

Reine, S. (2017), ‘Borelais’, privat kommunikation.

Ridell, B. (2010), ‘Anvandningsomraden for bransleceller– teknikbevakning’, Elforsk 10:35.Energimyndigheten.

Royal Society of Chemistry (2016), ‘Hydrogen’. (Hamtad 2017-02-23).URL: http://www.rsc.org/periodic-table/element/1/hydrogen

Rasbrant, J. (2014), ‘Redovisning och kalkylering’, Forelasning 21 Investeringsbedomning 2 .

Sandvik (2016), ‘Sveriges fjarde vatgastankstation invigs’. (Hamtad 2017-03-20).URL: http://smt.sandvik.com/se/news-media/nyheter-och-media/2016/12/sveriges-fjarde-vatgastankstation-invigs/

Signell, M. (2016), Sverige – ett vatgassamhalle, Energiteknik egi-2016, KTH – Skolan forIndustriell Teknik och Management.

Statistiska Centralbyran (2017), ‘Priser pa naturgas for industrikunder 2007–’. (Hamtad2017-05-20).URL: http://www.scb.se/hitta-statistik/statistik-efter-amne/energi/prisutvecklingen-inom-energiomradet/energipriser-pa-naturgas-och-el/pong/tabell-och-diagram/genomsnittspriser-per-halvar-2007/priser-pa-naturgas-for-industrikunder-2007/

Sundbergh, P., Myhr, A. och Levin, M. (2016), ‘Statistik over fordonsflottans utveckling–delredovisning av regeringsuppdrag’, 2016:13. Trafik analys.

Svahn, T. (2017), ‘Fordonsbestand 2016’, Sveriges Officiella Statistik .URL: http://www.scb.se/hitta-statistik/statistik-efter-amne/transporter-och kommunikatio-ner/vagtrafik/fordonsstatistik/

Svahn, T. och Johansson, A. (2017), ‘Personbilar i trafik 1923–2016, tidsserie’, SverigesOfficiella Statistik .URL: http://www.scb.se/hitta-statistik/statistik-efter-amne/transporter-och-kommunikationer/vagtrafik/fordonsstatistik/

48


Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet (2016), ‘Energiinnehall, densitet ochkoldioxidemission’. (Hamtad 2017-04-22).URL: http://spbi.se/blog/faktadatabas/artiklar/berakningsmodeller/

Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet (2017), ‘Priser & skatter’. (Hamtad 2017-04-24).URL: http://spbi.se/statistik/priser/

Synergier vatgas och biogas–Biogastinget 2015 (2015). (Hamtad 2017-05-21).URL: http://www.biogasost.se/LinkClick.aspx?fileticket=YvPVIJ1RxKw%3D&tabid=139

U.S. Department of Energy (2016), ‘Alternative fuels data center – fuel properties comparison’.(Hamtad 2017-05-10).URL: http://www.afdc.energy.gov/fuels/fuel comparison chart.pdfm

U.S. Energy Information Agency (2013), ‘Few transportation fuels surpass the energy densitiesof gasoline and diesel’. (Hamtad 2017-04-22).URL: https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.php?id=9991

U.S. Energy Information Agency (2016), ‘Basic hydrogen properties’. (Hamtad 2017-05-10).URL: https://www.eia.gov/environment/emissions/co2 vol mass.cfm

Vatgas (2009). (Hamtad 2017-03-27).URL: www.energigas.se/Energigaser/Vatgas/ /media/Files/www.../Vatgasbroschyr.ashx

Vatgas Sverige (2017a), ‘Bransleceller’. (Hamtad 2017-02-28).URL: http://www.vatgas.se/faktabank/bransleceller/

Vatgas Sverige (2017b), ‘Branslecellsbussar’. (Hamtad 2017-04-22).URL: http://www.vatgas.se/wp-content/uploads/2017/04/Bussfakta.pdf

Vatgas Sverige (2017c), ‘Nordisk vatgaskorridor byggs ut till 2020’. (Hamtad 2017-03-19).URL: http://www.vatgas.se/2017/02/09/nordisk-vatgaskorridor-byggs-ut-till-2020/

Vatgas Sverige (2017d), ‘Tankstationer’. (Hamtad 2017-02-28).URL: http://www.vatgas.se/tanka/

Vatgas Sverige, Lillestrøm, H., Hydrogenforum, N. och Lillestrøm, K. (2013), ‘Vatgas ochbransleceller - pusselbitar i det fornybara energisystemet’, 130411. Vatgas Sverige.

Wahlstrom, E. (2017), ‘Perstorp oxo’, privat kommunikation.

Wallmark, C., Mohseni, F. och Schaap, G. (2014), ‘Vatgasinfrastruktur for transporter- faktaoch konceptplan for sverige 2014-2020’, TEN-T, HIT-1 NIP-SE .

Wiberg, E. (2017), ‘Vatgas Sverige’, privat kommunikation.

Ake Mossberg, H. (2014), ‘Oslo satsar pa vatgasbilar’. (Hamtad 2017-05-21).URL: https://www.svt.se/nyheter/lokalt/vast/oslo-satsar-pa-vatgasbilar?gmenu=search&m-obilmeny=1

Osterberg, C. (1987), Vatgas, en framtida energibarare, Vol. 25, Energiforskningsmyndigheten,Stockholm.

49

v atgas som biprodukt { en a ar? ar v atgas som biprodukt ...1201734/fulltext01.pdf · trenden ar...

Documents