Nya drivmedel - Välkommen till Vinnova, Sveriges ... drivmedel Olika drivmedelsalternativ från...
Transcript of Nya drivmedel - Välkommen till Vinnova, Sveriges ... drivmedel Olika drivmedelsalternativ från...
23 november 2017Maria GrahnForskare Energisystemanalys och styrkeområdesledare tema EnergiInstitutionen för rymd-, geo- och miljövetenskapFysisk resursteori
Nya drivmedel
Olika drivmedelsalternativ från olika energikällor lämpar sig olika bra för olika transportslag
Biodrivmedel och elektrobränslen fungerar i alla transportslag
ENERGIKÄLLOR DRIVMEDEL FRAMDRIVNINGSTEKNIKER TRANSPORTSLAG
Metan (biogas, syntetisk metan, naturgas)
Vätgas
Spår (tåg, spårvagn)
Flyg
Sjöfart
Väg (kort) (bilar, bussar, distributions-
lastbilar, arbetsmaskiner)
Väg (lång) (långfärdsbussar
och lastbilar)
FCV (fuel cell vehicles)
Flytande drivmedel(petro, metanol,
etanol, biodiesel )
ICEV, HEV (internal combus-
tion engine vehiclesand hybrids)
Fossila(olja,
naturgas, kol)
Bio-massa
Sol, vind etc
Elektrolys
Produktion av elektro-bränslen
CO2Vatten
BEV, PHEV (battery electric
vehicles)
Induktiv och konduktiv elektricitetElektricitet
Alternativa drivmedel från biomassa
Cellulosa & LigninSkog, skogsplantage,
svartlut
StärkelseSpannmål, vete, korn,
majs mm
Socker
OljaRaps, solrosfrön
Restflödenfrån skogsbruk, jordbruk
och övr. samhället
Sågspån, halm, sopor, slam, slakteriavfall,
gödsel
Jäsningav socker
Etanol
BIOMASSA OMVANDLINGSPROCESSER ENERGIBÄRARE
ElektricitetFörbränning
Metan
Vätgas
Fischer-Tropsch bränslen
DME (Dimetyleter)
Metanol
FörgasningSyntesgas bildas
Pressningoch esterisering
FAME (Fatty acidmethyl ester, eg RME)
RötningBiogas bildas
Vätebehandling HVO Hydrerade vegetabiliska oljor
Vilket drivmedel är bäst?Beror på…Idag? I framtiden?I Sverige? Globalt? I städer? På landsbygd?När det gäller kostnader? Energieffektivitet? Klimatpåverkan? Hälsoeffekter? Arbetstillfällen? Energisäkerhet? Landsbyggdsutveckling? Markeffektivitet? Tillgång på råvaror?Behov av ny infrastruktur? Förändring av beteende?
Ethanol(cellolose,sugarcane)
Biodiesel(FAME, HVO)
Wood-basedDME, diesel
Ethanol (wheat,sugerbeet)
Biogas(manure)
Conventionalgasoline, diesel
Coal-basedDME, diesel
Well-to-wheel energy expended and greenhouse gas emissions for different fuel production pathways, assuming technology maturenessby year 2020. All biofuel options are plotted as neat products. Pathways differ depending on different primary energy sources (e.g.,farmed wood, waste wood, straw, corn, wheat, sugarbeet, sugarcane, municipal waste, manure), different types of added energy to theconversion process (e.g., renewable, natural gas, lignite coal), and different co-products (e.g., animal feed, biogas, electricity).Source: CONCAWE, Eucar, Joint Research Centre.
Energy balance and climate impact
Average net (netto) and gross (brutto) biofuels produced per hectare and year, on average arable land, in southern Sweden (Götalands södra slättbyhgder). Translation of the analyzed biofuel option from the left: wheat-ethanol, wheat-biogas, sugarbeet-ethanol, sugarbeet-biogas, rapeseed methyl esther, pasture-biogas, corn-biogas, willow-ethanol, willow-Fischer-Tropsch-diesel, willow-DME/methanol, willow-biomethane, poplar-ethanol, poplar-Fischer-Tropsch-diesel, poplar-DME/methanol, poplar-biomethane.
Börjesson P. 2007. ”Produktionsförutsättningar för biobränslen inom svenskt jordbruk” [Production conditions of bioenergy in Swedish agriculture] and ”Förädling och avsättning av jordbruksbaserade biobränslen” [Conversion and utilisation of biomass fromSwedish agriculture]. Two reports (Lund reports No 61 and 62) included as Appendix to ”Bioenergi från jordbruket – en växande resurs” [Appendix to Bioenergy from Swedish agriculture – a growing resource], Statens offentliga utredningar 2007:36. Jordbrukets roll som bioenergiproducent Jo 2005:05. Available at http://www.regeringen.se/content/1/c6/08/19/74/5c250bb0.pdf.
Land efficiency
Bäst värde bruttoutbyte
Cellulosa till metan. Bäst värde nettoutbyte.
Multi-criteriaanalysis
Source: Tsita K.G, Pilavachi P.A. (2013). Evaluation of next generation biomass derived fuels for the transport sector. Energy Policy 62: 443–455.
Best valuebiomethane
Analysed in the ongoing project ”Future Fuels”
Example of blendable chemicals for diesel (fit into EN590)
Mina reflektioner kring framtidens drivmedel• Tre huvudgrupper alternativa drivmedel har potential att komma ner i
nästan nollutsläpp: • bränslen som innehåller kolatomer (biodrivmedel/ elektrobränslen), • el, • vätgas
• Drivmedel som har en fördel är de som • kan blandas i konventionella bränslen (alkoholer, biodiesel, elektrobränslen)• bidrar till mindre bullriga städer och renare luft (el och vätgas) • satsas på inom EU (el, metan och vätgas).
• Det är högst sannolikt att det kommer att finnas flera parallella lösningar. • Det finns många fördelar med elfordon i städer. Sannolikt el i städer.• Det finns många utmaningar med el till långväga transporter (speciellt flyg och
sjöfart). Elektrobränslen kan komplettera biodrivmedel för dessa transportslag. • Vänta inte på den enda rätta lösningen.
Production of electrofuels
Electro-lysis
Water (H2O)
Hydrogen (H2)El
Biomass(C6H10O5)
BiofuelsMethane (CH4)
Methanol (CH3OH)DME (CH3OCH3)
Higher alcohols, e.g., Ethanol (C2H5OH)Higher hydrocarbons, e.g., Gasoline (C8H18)
Biofuelproduction
How to utilize or store possiblefuture excess electricity
How to substitute fossil based fuels in the transportation sector, especially aviation and shipping face challenges utlilzingbatteries and fuel cells.
400-3700 €2015/kWelec
CO2 from air and seawater
CO2 from combustion
Carbon dioxideCO2
CO2
5-10 €/tCO2
H2
Electrofuels
Synthesis reactor (e.g. Sabatier, Fischer-Tropsch)
Heat
30-2100 €2015/kWfuel
How to utilizethe maximum of
carbon in the globally limited
amount ofbiomass
Other hydrogen options (H2)
Results on available CO2 sources in Sweden
Tot 45 Mt CO2
SwedenAssuming replacing all bunker fuel (TWh) 22Electricity demand (TWh) 42Carbon dioxide (Mton) 6Current electricity use in Sweden (TWh) 140RE generation goal 2020 (TWh) 30
How much fuel can be produced?- 45 MtCO2/yr (fossil+renewable)- 30 MtCO2/yr is recoverable from
biogenic sources =>110 TWh/yrelectro-methanol
Ref: Hansson J, Hackl R, Taljegård M, Brynolf S and Grahn M (2017). The potential for electrofuels production in Sweden utilizing fossil and biogenic CO2 point sources. Frontiers in Energy Research 5:4. doi: 10.3389/fenrg.2017.00004 http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fenrg.2017.00004/full
Koldioxidutsläpp från transportsektorn
CO2 utsläpp
Energibehov CO2 utsläpp per energienhet
Energibehov per km Antal körda km
9. Fortsatt introduktionav drivmedel med låga CO2-utsläpp
4. Öka antalet passagerare respmängd gods per fordon/fartyg
5. Skapa transportsnålbebyggelsestruktur
6. Resfria dagar7. Längre lastbilar och större fartyg. 8. Bryta sambandet mellan
transportbehov och ekonomisktillväxt
1. Energieffektivare fordon/fartyg(ex. el-hybrider, energisnålaremotorer)
2. Val av energieffektivaretrafikslag (ex. tåg vs flyg, cykel/kollektivtrafik vs bil)
3. Energisnålare körsätt (ex. eco-driving, platooning)
kan minskas genom