En hållbar omställning av energisystemet mot en ökad andel bioenergi

Bioenergy - Forskarskola energisystem

I det här projektet undersöktes biomassans betydelse i ett långsiktigt hållbart energisystem. Fokus var på skogsbaserade bioraffinaderier och på omställningen mot en biobaserad ekonomi, samt på att ta fram ett kunskaps- och modellramverk relaterat till skogsbiomassa och implementering av bioraffinaderier.

Projektet var uppbyggt kring tre sammankopplade doktorandprojekt:

  1. Tekniker och värdekedjor (Johan Ahlström, Energiteknik, Chalmers)
  2. Lokalisering och industriell omställning (Jonas Zetterholm, Energiteknik, Luleå tekniska universitet)
  3. Marknader och prisbildning (Elina Bryngemark, Nationalekonomi, Luleå tekniska universitet)

Ett antal gemensamma utmaningar har varit i fokus för de tre doktorandprojekten, i synnerhet relaterat till hur bioraffinaderikoncept som fortfarande är under utveckling kan utvärderas på tidigt stadium (ex-ante) gällande t.ex. teknikval, råvaror, processintegration och geografiska aspekter och till hur olika vetenskapliga angreppssätt, metoder och modeller kan kombineras.

Mål

Målsättningen var att: (1) bidra till kompetensförsörjningen och utvecklingen av systemanalytisk forskning i Sverige samt (2) bidra med ny kunskap till hållbar omställning av det svenska energisystemet.

Forskningsresultat Visa/dölj innehåll

Detta tvärvetenskapliga doktorandprojekt inom Forskarskola Energisystem har genom ett holistiskt angreppssätt studerat betydelsen av och möjligheterna för en hållbar omställning av energisystemet mot en ökad andel bioenergi, i utvecklingen mot en biobaserad ekonomi. Fokus har varit på bioraffinaderier baserade på skogsråvara, för produktion av olika energibärare med potential att bidra till en utfasning av fossila bränslen i energisystemet. I projektet har ett kunskaps- och modellramverk byggts upp som möjliggör såväl avancerad systemanalys relaterat till Sveriges bioråvaror från skogen och deras roll i ett hållbart energisystem, som analys av omställning av processindustrin mot framtidens bioraffinaderier. I projektet har vi belyst olika systemaspekter relaterat till utvecklingen av och investeringar i bioraffinaderier, hur detta kan gå till, vilka effekter storskalig implementering av bioraffinaderier eller annan avancerad användning av bio-råvaror skulle få på råvarusystemen och industristrukturen i Sverige, samt vilka styrmedel som kan vara relevanta. Forskningsfrågorna har utgått från Sverige och svenska förhållanden, men med ett tydligt internationellt perspektiv på såväl resurser och tekniker, som policy- och marknadsaspekter.

Ur marknadssynpunkt illustrerar resultaten vikten av att ta explicit hänsyn till marknadsrespons i processen för utveckling och genomförande av energi-omställningen. Skogsindustrisektorn och bioenergisektorn är, som exempel, mycket nära sammanlänkade och kan antingen komma att hjälpa eller stjälpa varandra, beroende på policydesign. Resultaten visar också på att för en ökad efterfrågan på bioenergi kan man förvänta sig en industriell omvandling, liksom en ökad skogsavverkning. Samtidigt kan en politik som syftar till att öka användningen och produktionen av miljövänliga bränslen skapa oönskade inlåsningseffekter med teknik som är beroende av fortsatt användning av icke hållbara råvaror.

Ur teknik- och värdekedjesynpunkt visar resultaten att integrering med befintlig industri och befintliga försörjningskedjor för skogsbiomassa förvisso både kan öka energieffektiviteten och förbättra den ekonomiska prestandan, men att den energimässigt optimala integrationen inte alltid ger lägst produktionskostnader.

Genom att tillämpa ett mjuklänkat metodkombinerande modell- och analys-ramverk har vi också belyst och utvecklat komplexiteten i hur systemkostnader för storskalig implementering av skogsbaserade bioraffinaderier är sammansatta. Ramverket kan användas för att, exempelvis, identifiera inte bara det styrmedels-stöd som skulle behövas för att möjliggöra en första lönsam bioraffinaderi-anläggning, utan också det stöd som skulle krävas för att upprätthålla en storskalig produktion av t.ex. skogsbaserat biodrivmedel. Resultaten från tillämpningen av ramverket belyser också komplexiteten i relationen mellan perspektivet hos anläggningsägare å ena sidan, och policybeslutsfattare å andra sidan. De lösningar som har lägsta kostnad för en anläggningsägare är inte nödvändigtvis desamma som de som skulle föredras av en beslutsfattare på policynivå, på grund av förekomsten av dolda indirekta kostnader.

 

 

Publikationer Visa/dölj innehåll

Doktorsavhandlingar

Jonas Zetterholm (2021) Evaluation of emerging forest-industry integrated biorefineries - Exploring strategies for robust performance in face of future uncertainties.

Elina Bryngemark (2021) The Economics of Biofuel Development: Policy Incentives and Market Impacts

Johan Ahlström (2020) Shaping Future Opportunities for Biomass Gasification - The Role of Integration.

Akademiska uppsatser

Bryngemark E (2019). The Competition for Forest Raw Materials in the Presence of Increased Bioenergy Demand. Licentiate thesis, LTU.

Zetterholm (2018). Forest based biorefinery supply chains - Identification and evaluation of economic, CO2, and resource efficiency. Licentiate thesis, LTU.

Ahlström J (2018). Cost-Effective Pathways for Gasification-Based Production of Biofuels. Licentiate thesis, Chalmers.

Vetenskapliga publikationer

Ahlström JM, Alamia A, Larsson A, Breitholtz C, Harvey S, Thunman H. Bark as feedstock for dual fluidized bed gasifiers-Operability, efficiency, and economics. International Journal of Energy Research 2019;43:1171–90. https://doi.org/10.1002/er.4349

Ahlström JM, Harvey S, Papadokonstantakis S. Forest residues gasification integrated with electrolysis for production of SNG – modelling and assessment. Comput. Aided Chem. Eng., 2018, p. 109–14. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-64241-7.50013-6

Ahlström JM, Pettersson K, Wetterlund E, Harvey S. Value chains for integrated production of liquefied bio-SNG at sawmill sites – Techno-economic and carbon footprint evaluation. Applied Energy 2017;206:1590–608. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.09.104

Ahlström JM, Walter V, Göransson L, Papadokonstantakis S. The role of biomass gasification in the future flexible power system – BECCS or CCU? Inskickad för publiering i Renewable and Sustainable Energy Reviews 2021.

Ahlström JM, Zetterholm J, Pettersson K, Harvey S, Wetterlund E. Economic potential for substitution of fossil fuels with liquefied biomethane in Swedish iron and steel industry – Synergy and competition with other sectors. Energy Conversion and Management 2020;209:112641. 
https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.112641

Bryngemark E. Bioenergy versus forest conservation: a partial equilibrium analysis of the Swedish forest raw materials market. Scandinavian Journal of Forest Research 2020;35:367–82. https://doi.org/10.1080/02827581.2020.1808696

Bryngemark E. Second generation biofuels and the competition for forest raw materials: A partial equilibrium analysis of Sweden. Forest Policy and Economics 2019b;109:102022. https://doi.org/10.1016/j.forpol.2019.102022

Bryngemark E, Söderholm P. Do green industrial policies promote domestic production of biofuels? A panel data analysis of OECD countries. Manuskript 2021.

Bryngemark E, Söderholm P, Thörn M. Green Public Procurement in Swedish Municipalities - An Econometric Analysis based on Survey Data. Manuskript 2021.

Zetterholm J, Ahlström J, Bryngemark E. Large-scale introduction of forest-based biorefineries: Actor perspectives and the impacts of a dynamic biomass market. Biomass and Bioenergy 2020a;142:105782. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2020.105782

Zetterholm J, Bryngemark E, Ahlström J, Söderholm P, Harvey S, Wetterlund E. Economic Evaluation of Large-Scale Biorefinery Deployment: A Framework Integrating Dynamic Biomass Market and Techno-Economic Models. Sustainability 2020b;12:7126. https://doi.org/10.3390/su12177126  

Zetterholm J, Mossberg J, Jafri Y, Wetterlund E. “We need stable, long-term policy support!” – evaluating the economic rationale behind the prevalent investor lament. Manuskript 2021.

Zetterholm J, Pettersson K, Leduc S, Mesfun S, Lundgren J, Wetterlund E. Resource efficiency or economy of scale: Biorefinery supply chain configurations for co-gasification of black liquor and pyrolysis liquids. Applied Energy 2018a;230:912–24. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.09.018

Zetterholm J, Wetterlund E, Pettersson K, Lundgren J. Evaluation of value chain configurations for fast pyrolysis of lignocellulosic biomass - Integration, feedstock, and product choice. Energy 2018b;144:564–75.  https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.12.027 

 

Personer i projektet Visa/dölj innehåll

Projektledare

Elisabeth Wetterlund, biträdande professor, Luleå tekniska universitet

Övriga projektdeltagare

  • Elina Bryngemark, Luleå tekniska universitet
  • Jonas Zetterholm, Luleå tekniska universitet
  • Johan Ahlström, Chalmers
  • Patrik Söderholm Luleå tekniska universitet
  • Joakim Lundgren, Luleå tekniska universitet
  • Johan Ahlström, Chalmers
  • Simon Harvey, Chalmers
  • Karin Pettersson, RISE

Projekt partners

  • Luleå tekniska universitet
  • Chalmers
  • RISE

Läs mer om FoES Visa/dölj innehåll

Taggar Visa/dölj innehåll