Miljøaspektet ved brug af biomasse til transportbrændstoffer

Transkript

1 Miljøaspektet ved brug af biomasse til transportbrændstoffer Grøn transport kan vi, og vil vi? Nordisk Vejteknisk Forbund Landtransportskolen, Avedøre Holme, Hvidovre 4. september, 26 Henrik Wenzel Danmarks Tekniske Universitet Institut for Produktion og Ledelse, Området for Innovation og Bæredygtighed

2 Livscyklusvurdering - en standardiseret metode Forskningsdisciplin gennem 2+ år Peer reviewed videnskabeligt tidsskrift: International Journal of LCA Internationale standarder: ISO Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk

3 Livscyklusvurdering af alternative transportbrændsler - Nielsen og Wenzel, 25 Reference: Almindelig benzin bil Alternativ 1: Bio-ethanol bil 1% sprit Alternativ 2: Bioethanol bil 85% sprit Biltype Passager bil Passager bil Passager bil Teknologi Kort sigt Kort sigt Kort sigt Brændsels effektivitet 22.4 miles pr. gallon (=9.5 km/l) 22.4 miles pr. gallon (=9.5 km/l) 23.5 miles pr. gallon 1 (=9.9 km/l) Brændsel Almindelig Benzin Benzin iblandet 1% ethanol fra majs Benzin iblandet 85% ethanol fra majs 1 Sansynligvis for højt sat Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk

4 Livscykluskonceptet - inducerede og fortrængte processer (Nielsen og Wenzel 25) Fertilizer Fertilizer CO 2 from other sources Water, electricity, Heat auxiliaries Beer and soft drink prod. CO 2 Diesel Diesel Corn Corn stover etc. Corn kernels Dry milling Milled kernels Ethanol Emissions Slurry prep. Leave on soil Car driving Gelatinisation Rød = induceret Sugar, starch etc Ingred. Enzyme Alpha-amylase Termamyl Dextrinisation Quantity required pr. functional unit Grøn = fortrængt Sugar, starch etc Ingred. Enzyme Gluco amylase Spirizyme Saccharification + fermentation Ethanol Destillation, centrifugation evaporation Ethanol Mixing Blå = ændret Fuldt optrukket = inkluderet Yeast Yeast limestone Soy meal, corn, inorganic phosphate DGS Animal prduction Stiplet = ikke inkluderet Crude oil extraction Crude oil MTBE MTBE Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk Refining Gasoline

5 Energibalance - fra Nielsen og Wenzel, 25 Den snævre (og forkerte) betragtning: Fossilt energiforbrug : brændværdi = 21.3 MJ/l : 21.6 MJ/l 1 : 1 Anvendes ofte af bio-ethanol modstandere som indikation af, at energibalancen er håbløs: der bruges jo lige som meget energi til at fremstille ethanolen, som den selv indeholder. Den livscyklusbaserede (men stadig forkerte) balance: Fossilt energiforbrug til bio-ethanol : fortrængt fossilt energiforbrug til benzin = 3.45 MJ/mile : 6.82 MJ/mile 1 : 1,9* Findes stort set ikke i den internationale litteratur om energi- og miljøvurdering af bio-ethanol (* Nok snarere 1:1,5, da brændselseffektivitet på sprit er for højt sat) Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk

6 Miljøvurdering Kørsel (fra Nielsen og Wenzel, 25) kg CO 2 - ækv. Drivhuseffekt Benzin Bio-ethanol Benzin bil Bio-ethanol bil 1% Bio-ethanol bil 85% Alle data pr. 1 mile kørt ( = 1,6 km) Raffinering Fementering m 2 år.4 Landbrugsareal.2 Fossile br. Biomasse Benzin bil Bio-ethanol bil 1% Bio-ethanol bil 85% men der er en afvejning:: Miljøvurderingen forudsætter ubegrænset biomasse Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk

7 Miljøvurdering når biomassen er begrænset Kørsel El Varme kg CO 2 ækv. kg CO 2 ækv. Benzin Raffinering Bio-ethanol Fementering Benzin bil + fossil k/v Bio-ethanol bil + fossil k/v Benzin bil + fossil k/v Benzin bil + bio k/v Fossile br. Biomasse Fossile br. Begrænsning - Fysisk (ikke nok biomasse) - Økonomisk (subsidier nødvendige) Den reelle sammenligning, når biomassen er begrænset Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk

8 18 Fysisk potentiale - uudnyttede restprodukter i DK Existing potential for of liquid biofuels from biomass residues and waste Potential Consumption in Primary energy [PJ/y] Energy Reserved for biogas Energy 2 Straw Wood Manure etc. Municipal waste Total Halm den væsentligste uudnyttede ressource 6 % af benzin- og dieselbehov

9 Fysisk potentiale - europæisk perspektiv Technical bioenergy potential within Europe EU15+ACC1+Bel+Ukr Ericsson & Nilsson (26) >24, scenario 3b Ideal bioenergy supply in 23: EU25 EU15+ACC1+Bel+Ukr 44 % of agr. area Forest wood incl. residues Org. residues and wastes Energy crops from agriculture >24, scenario 3a , scenario 2b , scenario 2a 16 % of agr. Area Også begrænset når Rumænien, Bulgarien, Hviderusland og Ukraine medtages , scenario 1 EU25 Env. compatible potential EEA (25), 23 6 % of agr. area 12% of agr. area in EU25 Biomassen fysisk begrænset indenfor det nuværende EU Primary energy [EJ/y] (Fra Hedegaard Jensen og Thyø, 26)

10 Fysisk potentiale globalt perspektiv Global technical bioenergy potential in Ideal bioenergy supply in 23 based on IEA scenarios Alternative Policy Deferred Investment Reference Fischer & Schrattenholzer (21) high Fischer & Schrattenholzer (21) low Lashof & Tirpak (199) Swisher (1993) Johannsson et al. (1993) Dessus et al. (1992) Hall et al. (1993) Primary energy [EJ/y] Biomassen globalt set fysisk begrænset frem til 225 (Fra Hedegaard Jensen og Thyø, 26)

11 Økonomisk vurdering 2.Gen: IBUS halm anlæg Halmomk: 78 mio. kr/år Investering: 52 mio. kr. Halmmelasse: 17 mio. kr./år Fast biobrændsel: 36 mio. kr./år Ethanol: 35. t/år Ethanolpris: 5,8 5,2 kr/l benz-ækv. 1.Gen: IBUS korn anlæg Kornomk: 41 mio. kr./år Investering: 76 mio. kr. DDGS: 137 mio. kr./år Ethanol: 14. t/år Ethanolpris: 4, kr/benz-ækv. (basis scenarium) O&M 9% Electricity Steam 4% 2% Investment 42% O&M 5% Enzymes 2% Electricity Steam 2% 3% Investment 22% Enzymes 8% Straw 35% Wheat 66%

12 Økonomisk vurdering - er subsidier nødvendige? IBUS straw based bioethanol vs. gasoline prices - Baseline scenario Fuel [Kr/Liter gasoline eq.] Year Bioethanol price - IBUS based on straw - Baseline scenario Gasoline CIF price based on IEA Reference Scenario (incl. CO2-tax) Gasoline CIF price based on oil price of $7/barrel (incl. CO2 tax) Gasoline CIF price based on IEA Deferred Investment Scenario (incl. CO2-tax) Gasoline CIF price based on oil price of $1/barrel (incl. CO2-tax) Gasoline CIF price based on observed oil prices (incl. CO2-tax) 3,5-3,8 kr./liter eth svarende til 5,2-5,8 kr./liter benzin-ækv. Oliepris over $1 nødv. før ethanol kan konkurrere

13 Miljøvurdering når biomassen er begrænset Kørsel El Varme kg CO 2 ækv. kg CO 2 ækv. Benzin Raffinering Bio-ethanol Fementering Benzin bil + fossil k/v Bio-ethanol bil + fossil k/v Benzin bil + fossil k/v Benzin bil + bio k/v Fossile br. Biomasse Fossile br. Begrænsning - Fysisk (ikke nok biomasse) - Økonomisk (subsidier nødvendige) Den reelle sammenligning, når biomassen er begrænset Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk

14 Sammenligning med andre transportløsninger Substitution af benzin med biomasse BEV=Batteribiler, HFCV=BrintBrændselscelleBiler, Venzin=Methanol i eksisterende biler 5. kwh benzin / kwh biomasse BEV HFCV VEnzin FC-VEnzin Reference: Professor Henrik Lund, Ålborg Universitet

15 Den samlede CO2-udledning øges, hvis vi tager biomassen fra den optimale anvendelse Mio. tons CO 2 8 Total CO 2 -udledning (klimakorrigeret) 6 4 CO 2 -udledning fra transport '92 '94 '96 '98 ' '2 '4 '6 '8 1

16 Substitutions-effektiviteten af fossilt brændsel er det centrale spørgsmål når biomassen er begrænset og skal prioriteres Substitutions-effektivitet El Varme 1 : 1 El Varme Fermentering Enzym 1 : 1,5 til 1 : 6 Kemikalie Raffinering + syntese Biomasse Fermentering Bioethanol 1 :,? Benzin Raffiner. Fossile br. Ferment. + polym. Biopolymer 1 :,? Syntetisk polymer Raffiner. Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk

17 Konklusion og oplæg til diskussion Biomasse er fremover af begrænset tilgængelighed rent fysisk og Biomasse er fremover af begrænset tilgængelighed rent økonomisk, fordi det kræver økonomiske tilskud eller lempelser at anvende det Derfor skal bio-ethanol ikke sammenlignes med benzin, men brug af biomassen til bio-ethanol skal sammenlignes med anden brug fx til el- og varme fremstilling. Og så vil bio-ethanol med dagens teknologi øge vores CO 2 -udledning og forsyningsproblemer og ikke reducere dem. Jeg savner prioriteringsdiskussionen i debatten om bio-ethanol. Vi kan ikke længere holde til at høre om bio-ethanols muligheder uafhængigt af spørgsmålet om at prioritere biomassen. Henrik Wenzel wenzel@ipl.dtu.dk