Befintliga biopannor skulle kunna klara hela Sveriges omställning till förnybara bränslen

En omställning till förnybar produktion av värme, el och bränsle, som också ger nya möjligheter för flera branscher att producera ett stort antal förnybara produkter. När forskare på Chalmers nu sammanfattar tio års energiforskning ser de nya tekniska landvinningar på bred front.

– Potentialen är enorm! Enbart i svenska befintliga energianläggningar skulle vi kunna producera förnybart bränsle som motsvarar 10 procent av världens flygbränsle om en sådan här omställning genomförs fullt ut, säger Henrik Thunman, professor i energiteknik på Chalmers.

Hur man ska genomföra en omställning från fossilberoende till förnybart är en knäckfråga för många branscher. För tung industri, som exempelvis oljeraffinaderier eller pappers- och massaindustrin, är det särskilt bråttom att komma ur startgroparna eftersom investeringscyklerna är långa. Det gäller samtidigt att man investerar rätt eftersom man annars kan tvingas byta ut pannor eller anläggningar i förtid, vilket innebär stora ekonomiska kostnader. Tack vare långsiktig strategisk satsning har forskare på Chalmers nu banat vägen för en radikal omställning som samtidigt gör det möjligt att driva vidare drygt hundra anläggningar i Sverige.

Lösningen som presenteras introducerar förgasning av biomassa på bred front. Tekniken i sig är inte ny och innebär kort uttryckt att man under höga temperaturer bryter ner biomassa till en gas som sedan kan förädlas till produkter som idag tillverkas av olja och naturgas. I teknik-demonstrationen som har genomförts så har slutprodukten varit biogas av en kvalité som kan ersätta naturgas i befintliga gasnät.

Tidigare har utvecklingen av förgasningstekniken hämmats av stora problem med tjära som frigörs från biomassan och stör processen på olika sätt. Forskarna på avdelningen för energiteknik på Chalmers har nu visat att man kan styra processen kemiskt så att gasens kvalitet förbättras och tjäran kan hanteras på helt nya sätt. (Se bild och animation nedan.) Detta i kombination med en parallell utveckling av material för värmeväxlare ger helt nya möjligheter att konvertera fjärrvärmepannor till förgasare.

– Det som gör den här tekniken så attraktiv för flera branscher är att den gör det möjligt att modifiera befintliga pannor, som då kan komplettera värme- och elproduktion med produktion av fossilfria bränslen och kemikalier. En sådan förgasningsanläggning kan köras året om, medan en fjärrvärmepanna egentligen bara behövs när det är kallt, säger Martin Seemann, docent på Chalmers.

– Vi byggde om vår egen forskningspanna på det här sättet 2007 och har nu mer än 200 man-år av forskning att luta oss mot. Detta i kombination med lärdomar från driften i industriell skala i Gobigas – Göteborgs demonstrationsanläggning för förgasning av biomassa som invigdes 2014 – gör att vi med säkerhet kan säga att tekniken är redo för världen, säger Henrik Thunman.

De anläggningar som kan konverteras till förgasning finns i kraft- och fjärrvärmeverk, pappers- och massabruk, sågverk, oljeraffinaderier och petrokemiska fabriker.

– De tekniska lösningar som har utvecklats kan introduceras inom flera industrigrenar för att producera fossilfria bränslen och kemikalier, säger Klara Helstad, chef för enheten Hållbar industri vid Energimyndigheten. Chalmers kompetens och infrastruktur har spelat en avgörande roll vid till exempel demonstrationen av indirekt förgasning för produktion av biodrivmedel i Gobigas-projektet.

Energimyndigheten har under lång tid finansierat energiforskning och infrastruktur på Chalmers.

Förgasningstekniken gör det också möjligt att bygga större anläggningar. Den kompletterar därmed tekniker som lämpar sig för mindre skalor, till exempel biogasproduktion genom rötning.

Hur stor del av den tekniska potentialen som kan realiseras beror på de kommande årens ekonomiska förutsättningar för omställning inom industri- och energisektorerna. Avgörande är också tillgången till biomassa, som efterfrågas av många samhällssektorer. Biomassa är en förnybar resurs så länge vi inte utarmar förutsättningarna för den biologiska produktionen, vilket sätter gränser för biomassauttaget.

Se Chalmers.se för en populärvetenskaplig översikt, inklusive teknikens kostnadsbild.

Den 20 juni håller International Energy Agency (IEA) ett webinar om den industriella demonstrationen av förgasningstekniken.

För mer information, kontakta:
Chalmers:

• Henrik Thunman, professor i energiteknik, om forskningsprogrammet kopplat till Gobigas: 031-772 14 51, henrik.thunman@chalmers.se
• Göran Berndes, professor i biomassa och markanvändning, om biomassatillgångar: 031-772 31 48, goran.berndes@chalmers.se

Göteborg Energi:
Cecilia Erdalen, pressansvarig, 031-62 64 64, 0704-66 04 28, cecilia.erdalen@goteborgenergi.se

Mer om: Potentialen för fossilfria bränslen via förgasning

• De anläggningar som skulle kunna modifieras har en typ av förbränningspanna som kallas för fluidiserad bädd. Det är den vanligaste teknologin i svenska kraft- och fjärrvärmeverk, och den finns även i många pappers- och massabruk och sågverk. Totalt har cirka 110 anläggningar i Sverige pannor med fluidiserad bädd.
• Om alla dessa anläggningar modifierades till förgasare skulle de – med tillräcklig tillgång till biomassa – kunna producera 346 TWh biogas (metan) per år. Det motsvarar ungefär en procent av världens totala förbrukning av naturgas år 2013.
• Alternativt skulle anläggningarna kunna producera 278 TWh flygbränsle per år, vilket motsvarar cirka 10 procent av världens totala förbrukning av flygbränsle år 2014.
• Biomassaförbrukningen i scenarierna ovan är större än vad som bedöms kunna produceras inom det svenska jord- och skogsbruket, så en omfattande omställning mot biomassaförgasning skulle sannolikt behöva baseras på en mix av inhemsk och importerad biomassa.
• Globalt finns det tusentals anläggningar som har förbränning via fluidiserad bädd, som alltså skulle kunna modifieras på motsvarande sätt till förgasare.

Mer om: Kemikalier, material och elektrobränslen som slutprodukter

• Teknologin är mycket flexibel när det gäller slutprodukt. Förgasningen av biomassa ger syntesgas – en blandning av vätgas, kolmonoxid och koldioxid – som sedan kan omvandlas till en mängd olika kolväten. Utöver biogas och flygbränsle kan man till exempel tillverka metanol, bensin och diesel.
• Utöver kraft- och fjärrvärmeverk, pappers- och massabruk och sågverk skulle omställningen också kunna innefatta oljeraffinaderier och petrokemiska fabriker. I första hand genom att förse dem med förnybara kolväten som kan ersätta olja i produktionen av bränslen, kemikalier och material. Men också genom möjligheten att komplettera deras verksamhet med egen förbränning av biomassa.
• Teknologin kan också användas för att tillverka elektrobränslen. Det är syntetiska fordonsbränslen som tillverkas med koldioxid som fångas in från förbränningen av biomassa, el och vatten. I ett framtida energisystem med hög andel el från solceller och vindkraft skulle det kunna bli en metod för ta tillvara på elen under perioder av elöverskott. En anläggning kan utformas så att den kan växla mellan produktion av elektrobränsle och övrigt bränsle, beroende på elpriset.
• Med tillräcklig tillgång till biomassa skulle den utökade produktionen kunna samexistera med den befintliga produktionen i anläggningarna, och ge en ökad nyttjandegrad för dagens infrastruktur.

Mer om: Tillgången till hållbart producerad biomassa
Det finns delade meningar om hur mycket biomassa som kan produceras på ett hållbart vis.

– Min bedömning är att biomassa kan ge ett betydande bidrag till energiförsörjningen, men den räcker inte till för alla tillämpningar som idag baseras på fossilbränslen, säger Göran Berndes, professor i biomassa och markanvändning på Chalmers. I det perspektivet är omställningen med förgasning väldigt intressant eftersom den möjliggör att biomassan används mycket effektivt för att tillgodose flera olika behov i samhället.

– Oavsett hur biomassan används i slutändan så är det viktigt att säkerställa att den kommer från hållbart skogs- och jordbruk. Lagar, regleringar och marknadsbaserade system för hållbarhetscertifiering ger bättre förutsättningar för hållbar produktion, men länder och enskilda aktörer skiljer sig åt vad gäller synen på hållbarhetsprioriteringar. Det är därför troligt att omställningen mot förnybarhet även fortsatt präglas av en debatt vad gäller hållbarheten hos olika lösningar, säger Göran Berndes.