Koldioxidneutral läkemedelsindustri : BECCS som en möjlighet för att uppnå nettonollutsläpp på en produktionssite

KOLDIOXIDNEUTRAL

LÄKEMEDELSINDUSTRI

BECCS som en möjlighet för att uppnå nettonollutsläpp på en produktionssite

MALIN KARLSSON

Akademin för ekonomi, samhälle och teknik

Kurs: Examensarbete i energiteknik

ABSTRACT

Industries have faced challenges trying to lower carbon emissions and reach climate goals solely with energy efficiency and renewable energy sources but there are still some emissions that will not be mitigated by this. The purpose of this work has been to evaluate bio-energy with carbon capture and storage with co-combustion in a current study as a way to breach the gap and achieve net zero emissions on AstraZenecas production site Snäckviken. A carbon audit based on GHG Protocol has been performed to evaluate the total emissions at the site. Energy calculations were performed based on the possibilities of co-combustion with waste solvent and biofuel to produce process steam. With the flue gas characteristics for the combustion, calculations for a post combustion carbon capture plant using MEA solvent was made. An economic evaluation has been performed based on a reference plant and carbon captured for the current study. The results showed that the carbon capture lowered the emissions for the production site from 1 020 tons CO2 per year to - 2 400 tons CO2 at a cost of 1 360 SEK/tons CO2. The CO2 avoidance cost was high compared to other studies due to lower capacity. However, great savings could be m ade from handling the waste solvent on site instead of paying for the destruction of the waste. Therefore, a carbon capture plant could still be feasible for the current study.

Keywords: BECCS, CCS, Bio-CCS, post carbon capture, carbon negative, net zero

FÖRORD

Det här examensarbetet är det avslutande momentet i min utbildning på Mälardalens Högskola. Examensarbetet omfattar 30 hp är utfört inom civilingenjörsprogrammet i energiteknik på Mälardalens Högskola. Arbetet är utfört för AstraZeneca och utformat i samarbete med AstraZeneca.

Jag vill passa på att tacka Rickard Mouritsen som trott på min idé, för insikter och för de intressanta samtalen under arbetets gång. Tack till alla jag haft kontakt med på AstraZeneca som har ställt upp med data, utfrågningar och lärofyllda möten.

Jag vill rikta ett stort tack till professor Hailong Li som har varit en mycket bra handledare som stöttat mig vid utformningen av mitt arbete och under arbetets gång. Tack till Isabelle som gjort denna galna resa med mig, även när vi inte visste hur det skulle gå.

Till Alexander som inspirerar mig och alltid finns där för mig, tack.

SAMMANFATTNING

De antropogena utsläppen har bidragit till att jordens medeltemperatur har ökat till 1°C och estimeras höjas till 1,5 °C. Klimatförändringarna är ett faktum, men skulle medeltemperaturen höjas till 2 °C kommer mänskligheten att stå inför irreversibla klimatförändringar. Ambitiösa klimatmål siktar på att uppnå nollutsläpp till 2045 men trots energieffektivisering och byte till förnyelsebara energikällor minskar inte utsläppen från industrier tillräckligt snabbt. För att nå klimatmålen och för att industrin ska hinna ställa om sin produktion behöver nya innovativa lösningar implementeras i en snar framtid. Aktuell studie utgår från AstraZeneca Snäckviken och syftet med arbetet har varit att utreda om BECCS tillsammans med samförbränning av lösningsmedel och biobränsle kan minska de totala utsläppen på produktionssiten.

För att minska mängden avfall som transporteras för destruktion har man tittat på en lösning där brännbart lösningsmedel förbränns med biobränsle för att spara på miljön. En post combustion avskiljningsanläggning med lösningen MEA har valts för den aktuella studien då den anses vara den mest kommersiella avskiljningstekniken idag. För att beräkna kostnaden för koldioxidavskiljning används nyckeltalet specifik kostnad för koldioxid (SEK/ton CO2). Först har en kartläggning av utsläppskällor gjorts för att beräkna totala utsläppen för produktionssiten för 2019. Sedan har förbränning och rökgaser för samförbränning av lösningsmedel och biobränsle beräknats genom stökiometriska metoder. Därefter har energiförbrukning för en post combustion avskiljningsanläggning med lösningen MEA beräknats. Mängden potentiell avskild koldioxid har också tagits fram med hjälp av massbalanser. Till sist har en ekonomisk utvärdering utförts för att få fram den specifika kostnaden för koldioxid, återbetalningstiden för anläggningen samt en känslighetsanalys av de olika kostnadsposterna.

De totala utsläppen för 2019 är beräknade till 1 020 ton CO2. Med samförbränning och avskiljningskapacitet på 90 % fångar avskiljningsanläggningen 7 400 ton CO2. Förbränning av lösningsmedel på plats ökar utsläppen för ångproduktionen men de totala utsläppen för produktionssiten blir -2 400 ton CO2. De ekonomiska beräkningarna visar att den specifika kostnaden för koldioxid blir 1 360 SEK/ton CO2 (transportredo koldioxid). Med besparingar för lösningsmedel och intäkter från utsläppshandel beräknas investeringskostnaderna för avskiljningsanläggningen bli 10 år.

Den specifika kostnaden för koldioxid är hög i den aktuella studien. 1 360 SEK/ton CO2 jämfört med andra studier som räknar med en kostnad på 650 – 1 100 SEK/ton CO2 för hela CCS-kedjan för gynnsamma industrier. Känslighetsanalysen visar att om förbränningen ökar så minskar den specifika kostnaden för koldioxid, trots att investeringskostnaden och årliga kostnader ökar. Det visar att den specifika kostnaden för koldioxid påverkas av hur mycket koldioxid som kan fångas upp på anläggningen. Eftersom den aktuella studien har en lägre kapacitet blir den specifika kostnaden högre.

Känslighetsanalysen visar att energibehovet hos avskiljningsanläggningen, i form av biobränsle, är den största kostnadsposten för de rörliga kostnaderna och står för 64 % av de totala kostnaderna för drift och underhåll. Det är därför viktigt att utreda vad man skulle

också för att minska risker för höga bränslekostnader då det påverkar kostnaden för avskiljningsanläggningen. Känslighetsanalysen visar också att beräkningarna med besparingarna är känsliga. Om priset för brännbart lösningsmedel sjunker med 1 SEK/kg lösningsmedel förlängs återbetalningstiden med 6 år. Om priset istället ökar med 1 SEK/kg brännbart lösningsmedel minskar återbetalningstiden med 2 år. Det visar på att det är viktigt att göra en noggrannare beräkning på besparingarna om man skulle fortsätta arbetet efter detta.

Med de stora besparingar som kan göras på det brännbara lösningsmedlet kan det ändå vara lönsamt att satsa på implementering av BECCS i den aktuella studien. Det kan också finnas ett mervärde i att satsa på innovativ teknik för att vara med och främja en bättre teknikutveckling.

Nyckelord: BECCS, Bio-CCS, CCS, koldioxidavskiljning, koldioxidnegativ, minusutsläpp,

SUMMARY

Climate change is a fact. The anthropogenic emissions have caused the earth’s average temperature to increase to 1 °C and is estimated to increase to 1.5 °C. However, if the average temperature increase to 2 °C man would face irreversible climate changes. Ambitious climate goals aim to achieve zero emissions to 2045, but industries’ emissions are not decreasing fast enough using energy efficiency and renewable energy sources. New innovating solutions must be deployed soon so that industries can readjust their production in time. The current study focuses on AstraZeneca Snäckviken with the purpose to evaluate if BECCS combined with co-combustion of waste solvent and biofuel can lower the total greenhouse gas emissions at their production site.

A solution with burnable solvent co-fired with biofuel was considered to lower the amount of waste that gets transported to a destruction plant. A post combustion carbon capture plant with MEA solvent has been chosen for the current study since it’s the most mature carbon capture technology. To calculate the cost for carbon capture the key figure CO2 avoidance cost

is chosen (SEK/tons CO2).

First, a carbon audit has been performed to calculate the total emissions for the production site during 2019. Combustion and flue gases were estimated for co-combustion with solvent and biofuel by using stoichiometric methods, then the energy demand for the carbon capture plant using MEA solvent was calculated. The amount of potential carbon captured was estimated using mass balances. Lastly, an economic evaluation was performed to get the specific cost of carbon, payback time and a sensitivity analysis.

The total emissions for 2019 were 1 020 tons CO2. With the co-combustion and capture capacity at 90 %, the carbon capture plant captured 7 400 tons CO2. The firing of solvent increases the emissions for steam production, but the total emissions with BECCS were -2 400 tons CO2. The results show that the CO2 avoidance cost for the plant is 1 360 SEK/tons CO2 (transport ready carbon). With the savings from the usage of solvent on site as well as carbon allowances, the payback time for the capture plant is 10 years.

The CO2 avoidance cost for carbon is high in the current study. 1 360 SEK/tons CO2 (transport ready) compared to 650 – 1 100 SEK/tons CO2 for the whole chain from capture to storage. The sensitivity analysis show that if the combustion is increased, the CO2 avoidance cost decreases, even though the investment cost and annual costs increases. It shows that the CO2 avoidance cost depends on how much carbon can be captured. The CO2 avoidance cost is high since the plant capacity is lower.

The sensitivity analysis show that the energy demand for the capture plant, expressed as biofuel, is the largest post for the annual operation and maintenance at 64%. It is therefore important to evaluate what kind of biofuel would be best for a future investment, to secure delivery of fuel as well managing fuel pricing to reduce the risk of escalating costs for the capture plant. The sensitivity analysis also shows that the calculations for savings are sensitive. If the price for the burnable waste solvent is lowered by 1 SEK/kg burnable solvent, the payback time increases by 6 years. If the price for the burnable solvent is increased with 1 SEK/kg

burnable solvent the payback time is decreased by 2 years. This show that more thorough calculations need to be made if an investment would be based on the savings.

The significant savings that can be made on burnable fuel can make it feasible to implement BECCS in the current study. There can also be other values to motivate an investment, such as the ability to support innovative technology and help the deployment of carbon reducing technology.

Keywords: BECCS, Bio-CCS, CCS, post carbon capture, carbon negative, net zero emissions,

INNEHÅLL

2.3 Samförbränning av lösningsmedel och biobränsle ... 6

2.4 Beräkna potentiell koldioxidavskiljning ... 6

2.5 Ekonomisk beräkning ... 7

3 LITTERATURSTUDIE ...8

3.1 Greenhouse gas protocol ... 8

3.2 CCS – koldioxidavskiljning och lagring ... 9

3.2.1 Post combustion ...10

3.2.2 BECCS – avskiljning och lagring av biogen koldioxid ...11

3.3 Kostnader för koldioxidavskiljning och lagring ...11

3.3.1 Framtida ekonomi med BECCS ...12

4 AKTUELL STUDIE – ASTRAZENECA SNÄCKVIKEN ... 14

4.1 Kartläggning av koldioxidutsläpp ...14

4.1.1 Ångproduktion ...14

4.1.2 Lösningsmedel ...15

4.1.3 Bilar ...16

4.1.6 El ...17

4.2 Ångproduktion med samförbränning av lösningsmedel och biobränsle ...18

4.2.1 Beräknad förbränning...18

4.2.2 Beräknad koncentration CO2 i rökgasflödet ...19

4.3 Dimensionering av avskiljningsanläggning och potentiell avskiljning och koldioxid ...19

4.4 Beräkning av kostnad ...21

4.4.1 Återbetalningstid ...23

4.4.2 Känslighetsanalys ...24

5 RESULTAT ... 25

5.1 Produktion och utsläpp ...25

5.2 Ekonomiska beräkningar ...28 6 DISKUSSION... 31 6.1 Resultat ...31 6.2 Metod ...32 6.3 Aktuell studie ...33 6.4 Övriga reflektioner ...34 7 SLUTSATSER ... 35

8 FÖRSLAG TILL FORTSATT ARBETE... 36

REFERENSER ... 37

BILAGA 1: TRANSPORTER FÖR LÖSNINGSMEDEL ... 40

BILAGA 2: ENERGIINNEHÅLL BRÄNNBARA LÖSNINGSMEDEL ... 42

FIGURFÖRTECKNING

Figur 1 Visualisering av AstraZenecas projekt Ambition Zero Carbon 2025 ... 3

Figur 2 Schematisk bild av en post combustion-anläggning med MEA ... 11

Figur 3 Kartlagda utsläpp för 2019 ... 26

Figur 4 Produktionen av processånga med samförbränning och koldioxidavskiljning ... 27

Figur 5 Summering av utsläpp med avskiljningsanläggning ... 27

Figur 6 Årliga kostnader för drift och underhåll ... 28

Figur 7 Känslighetsanalys för specifik kostnad för koldioxid... 29

Figur 8 Känslighetsanalys av återbetalningstid ... 30

TABELLFÖRTECKNING

Tabell 2 Summering av data för rökgaser ... 20

Tabell 3 Data för koldioxidavskiljning för aktuell studie ... 20

Tabell 4 Data för den aktuella studien och referensanläggningen ...21

Tabell 5 Fasta kostnader för aktuell studie ... 22

Tabell 6 Årliga rörliga kostnader för aktuell studie ... 22

Tabell 7 Årlig bränslekostnad för avskiljningsanläggning... 23

Tabell 8 Data för känslighetsanalysen ... 24

Tabell 9 Direkta koldioxidutsläpp Snäckviken 2019 ... 25

Tabell 10 Resultat: samförbränning med avskiljning ... 26

FÖRKORTNINGAR

Förkortning Beskrivning

BECC Biogen koldioxidavskiljning. Bio-energy with carbon

capture.

BECCS Biogen koldioxidavskiljning och lagring. Bio-energy

with carbon capture and storage.

CCS Koldioxidavskiljning och lagring. Carbon capture and

storage.

CCU Koldioxidavskiljning och användning. Carbon capture

and usage.

DACCS Koldioxidavskiljning och lagring från direkt

luftupptag. Direkt air carbon capture and storage. FOAK Första av sitt slag. First of a kind.

GHG Växthusgaser. Greenhouse gasses. LCOE Levelized cost of electricity.

LPC Levelized cost of production.

MEA Monoetanolamin.

NOAK N:te av sitt slag. Nth of a kind. TOT Totaltillstånd som bas.

TPC Total anläggningskostnad. Total plant cost.

DEFINITIONER

Definition Beskrivning

Antropogena utsläpp Utsläpp av växthusgaser som är orsakade av människan.

Avskiljningsanläggning Den delen av en anläggning där koldioxid från

rökgaserna fångas upp, avskiljs och sen komprimeras för transport.

BECCS Process där biogen koldioxid tas upp från ett

punktutsläpp, avskiljs och sen lagras i geologiskt för att minska mängden koldioxid i atmosfären.

Definition Beskrivning

Indirekta utsläpp Utsläpp som är kopplade till produktionen av en produkt men där utsläppen inte sker på den plats där produkten används.

Koldioxidavskiljning Syftar till den delen av processen av CCS där koldioxid fångas upp och avskiljs från gaser.

Koldioxidavskiljning

och lagring Process där koldioxid tas upp från ett punktutsläpp, avskiljs och sen lagras i geologiskt för att minska mängden koldioxid i atmosfären.

Koldioxidnegativ Betyder att det tas upp mer koldioxid än vad som släpps ut. Kan vara en typ av kolsänka.

Koldioxidneutral Ett tillstånd där totala utsläppen är noll.

Kolsänka En källa som fångar upp mer koldioxid än vad som friges.

Minusutsläpp Kolupptag som minskar växthusgaser i atmosfären. Nettonollutsläpp Betyder att utsläppen är så låga så att den mänskliga

påverkan på utsläppen är noll.

Post combustion Syftar till process som sker efter förbränning. Oftast i rökgaskanalen.

Produktionssite Geografiskt begränsat område som innehåller flera olika produktionsanläggningar och

processverksamheter.

Samförbränning Förbränning i en eldstad som sker med mer än en typ av bränsle.

1

INLEDNING

Sedan industriella revolutionen har människan påverkat den globala atmosfären genom antropogena utsläpp, utsläpp orsakad av människan. Detta har lett till att klimatförändringar idag är ett faktum. Mänskligheten har idag ökat den globala medeltemperaturen med 1 grad jämfört med för-industriell tid (Regeringen, 2020). Klimatförändringar kommer att påverka planeten – frågan är bara i vilken utsträckning. I Parisavtalet har man gemensamt beslutat att se till att uppvärmningen är långt under 2 °C och strävar till att begränsa den till 1,5 °C (Regeringen, 2020). Enligt IPCC rapport Global warming of 1,5 °C kommer man att höja den globala medeltemperaturen till 1,5 °C till mitten av det här decenniet om man har samma utsläppstakt som idag. Om man skulle nå en ökad medeltemperatur på 2 °C finns den en hög risk för att de klimatförändringar som uppstår är allvarliga och irreversibla (Möllersten & Gode, 2020).

Med bakgrund av detta är det viktigt att minska utsläpp av växthusgaser redan nu. Sverige har som klimatmål att vara koldioxidneutrala till 2045 och därefter bli koldioxidnegativa. Regeringen skriver i sin proposition (2020) att Sverige har ett långsiktigt klimatmål att ha nettoutsläpp där kompletterande åtgärder endast får vara 15 %. Det innebär att det territoriella utsläppet i Sverige ska vara minst 85 % mindre 2045 jämfört med utsläppen 1990.

Naturvårdsverket skriver i sin rapport Fördjupad analys av den svenska klimatomställningen att industrierna inom Sverige står för ca en tredjedel av Sveriges växthusgaser. Naturvårdsverket (2019) skriver också att om Sverige ska nå sitt mål att ha ett territoriellt nettoutsläpp på noll krävs det att industrierna utför omfattande åtgärder. För att industrierna ska kunna närma sig noll-utsläpp av växthusgaser så måste man byta till förnyelsebara bränslen, energieffektivisera men också använda sig av nya tekniska lösningar så som koldioxidfångning – och lagring.

Nordic Energy Research menar på att industrin i norden redan har en hög grad av energieffektivitet och för att nå framtida miljömål krävs det ytterligare innovationer utöver energieffektivisering och elektrifiering av industrier (Nordic Energy Research, 2020). Industrin är den sektor där utsläpp av växthusgaser minskar långsammast. Utöver energieffektivisering och elektrifiering är det därför viktigt att satsa på biobränsle och CCS för att nå framtida klimatmål.

I regeringens proposition, en samlad politik för klimatet (2020), beskriver dem att Sverige står inför ett industritekniskt skifte och att industrier kommer att behöva satsa på teknik som idag inte är fullt kommersialiserad för att Sverige ska nå sitt nettonollutsläpp.

1.1

Bakgrund

Minusutsläpp är en viktig faktor om det ska gå att nå Sveriges klimatmål. Minusutsläpp kan uppnås via påverkan på ekosystem genom ökad kolsänka i skog och mark (skogsplantering, kolinlagring i mark), användning av biokol (produceras av biobränsle och binder kol i marken) och alkalinisering av haven (Masson-Delmotte et al., 2019). Andra tekniska lösningarna är BECCS (biogen koldioxidavskiljning och lagring), DACCS (direkt avskiljning av koldioxid från atmosfären) och påskyndad vittring (bindandet av koldioxid genom att krossa bergarter). Av dessa tekniker är det främst skogsplantering och BECCS som är planerade för framtida klimatsatsningar (Masson-Delmotte et al., 2019).

Forskare på NEPP som varit med och bidragit till regeringens proposition klimatpolitiska vägval menar att BECCS behövs som åtgärd för att nå målet till 2045 (Möllersten & Gode, 2020). För att det ska gå att nå behöver BECCS i Sverige vid 2030 motsvara 3,7 miljarder ton CO2 per år, för att växa till 10,7 miljarder ton CO2 till 2045. För att detta i sin tur ska ske måste de första anläggningarna vara i drift under 2020-talet. Eftersom att det tar tid att gå från beslut till implementerad BECCS behöver något göras nu. Forskarna bedömer att BECCS är genomförbart nu och att man inte måste sitta och vänta på mer forskning och fler pilotprojekt. Stöd för finansiering är istället den viktigaste delen.

Användning av lösningsmedel för att avskilja koldioxid från andra gaser har funnits sedan 1930-talet inom naturgasindustrin (National Energy Technology Laboratory, 2015). Då det redan finns stora utsläppskällor av biogent koldioxid, framförallt inom massa- och pappersindustrin såväl som hos kraft- och värmeproducenter, finns det goda förutsättningar för Sverige att uppnå negativa utsläppskällor med BECCS (Möllersten & Gode, 2020). Det finns exempel på användande av BECCS i Sverige redan idag. Möllersten och Gode presenterar i sin utredning fyra aktuella projekt inom BECCS i Sverige. Stockholm Exergi har sedan 2019 kört en småskalig testanläggning för avskiljning av koldioxid och planerar att ha en storskalig anläggning i drift till 2025. Vattenfall och Uppsala samarbetar i en genomförbarhetsstudie för att minska koldioxidutsläpp med BECCS i Uppsala kommun (Möllersten & Gode, 2020). Stora Enso utfärdar just nu en studie för att se om det är tekniskt och ekonomiskt att implementera BECCS på deras sulfatfabriker. Öresundskraft har beslutat att de senast 2025 ska ha en avskiljningsanläggning på deras avfallseldade kraftvärmeverk Filbornaverket.

1.2

Aktuell studie

Det här examensarbetet kommer att använda sig av AstraZenecas produktionssite Snäckviken som aktuell studie. AstraZeneca är ett globalt läkemedelsföretag som har en stor del av sin läkemedelsproduktion i Södertälje, hela 35 % av deras sålda läkemedel produceras i Södertälje (AstraZeneca, 2020). Snäckvicken och Gärtuna utgör tillsammans AstraZeneca Södertälje. AstraZeneca jobbar för en hållbar industri. AstraZenaca har flera emissionskällor de behöver åtgärda för att kunna skapa en hållbar produktion. En stor källa till utsläpp av växthusgaser är bland annat produktion av processånga. Andra delar som bidrar till koldioxidutsläpp knutna

siten är företagsbilar och utsläpp från lösningsmedel och F-gaser. På siten produceras aktiva farmaceutiska substanser som kräver stora mängder lösningsmedel.

Figur 1 Visualisering av AstraZenecas projekt Ambition Zero Carbon 2025 (R. Mouritsen, personlig kommunikation, 15 oktober, 2020)

I början av 2020 lanserade de sitt nya projekt ”Ambition Zero Carbon” där de ska minska sina växthusgaser. Målet är att AstraZeneca ska bli koldioxidneutrala till 2025 och koldioxidnegativa till 2030. I Figur 1 visas ett utkast på de planerade delarna inom projektet. Den första delen avhandlar om direkta utsläpp från företagsbilar, förbränning på produktionsanläggningen, energieffektivisering samt utsläpp från lösningsmedel och F-gaser. Andra delen avhandlar indirekta utsläpp från importerad el, fjärrvärme, kyla och ånga. Den tredje delen handlar om avfall och övriga indirekta utsläpp som inte sker inom anläggningen. Idag är AstraZeneca inte klara med hur de ska gå tillväga för att lösa samtliga koldioxidutsläpp till 2025 eller hur de ska kunna bli koldioxidnegativa till 2030.

Tidigare examensarbeten har bland annat tittat på implementering av CCS på kraftvärmeanläggningar (Djurberg, 2020) (Bergström, 2020) och pappersbruk (Hedström, 2014). Det här examensarbetet ämnar istället undersöka tillämpning av BECCS i ett systemperspektiv i en industri som sällan belyses inom forskning. Vissa utsläpp inom produktionen kommer inte AstraZeneca kunna bli av med till 2025 eller 2030. Målet är därför att undersöka om ändrad ångproduktion, i form av samförbränning av lösningsmedel och biobränsle, kombinerat med koldioxidavskiljning kan bidra till att de samlade koldioxidutsläppen på anläggningen blir negativ. Arbetet undersöker också vad en sådan lösning kostar.

1.3

Syfte

Syftet med arbetet är att utvärdera om koldioxidavskiljning är ett alternativ för att uppnå en hållbar produktion med nettonollutsläpp för en produktionssite. En kartläggning av koldioxidutsläpp för den aktuella studien, produktionssiten Snäckviken ska göras. Sen ska en beräkning utföras för att se huruvida en ångproduktion med samförbränning av biobränsle och lösningsmedel tillsammans med koldioxidavskiljning kan bidra till att siten Snäckviken kan göras koldioxidneutral eller till och med koldioxidnegativt.

1.4

Frågeställningar

 Hur påverkar en BECC-anläggning med samförbränning de totala utsläppen på produktionssiten?

 Hur ser kostnaderna ut för implementering och drift av en BECC-anläggning?

1.5

Avgränsning

I det här arbetet kommer avgränsningen att gälla produktionen på plats på AstraZenecas Snäckviken i Södertälje. Koldioxidavskiljning kommer att utvärderas men transport och lagring av koldioxid kommer inte att tas upp i det här arbetet.

2

METOD

För att uppnå nettonollutsläpp av koldioxidutsläpp på Snäckviken krävdes det en källa med minusutsläpp. En lösning med samförbränning av lösningsmedel och biobränsle kombinerat med koldioxidavskiljning för att producera processånga har utvärderats i det här arbetet. Målet var att se om ångproduktionen med tillämpad koldioxidavskiljning kan minska koldioxidutsläppen i Snäckviken så att anläggningen totalt sett är koldioxidneutral.

Första steget var därför att göra en kartläggning av koldioxidutsläppen från AstraZenecas produktionsanläggning i Snäckviken. En beräkning har sedan gjorts för att se hur mycket biobränsle och lösningsmedel som kan eldas under ett år, baserat på 2019 års flöde av brännbart lösningsmedel. Därefter har en beräkning gjorts för att ta fram potentiell koldioxidavskiljning. Sist har en ekonomisk utvärdering gjorts för att se om investeringarna i denna lösning är kan vara ekonomiskt lönsam.

2.1

Litteraturstudie

Relevant teknik och forskning har redovisats under kapitlet Litteraturstudie. Målet med litteraturstudien var att visa på en teoretisk kunskapsbas som ligger till grund för de antaganden och de olika tekniska lösningarna som tillämpats i det här arbetet. Litteraturstudien utgör också grunden för diskussionen. Litteraturstudien består av branschriktlinjer, vetenskapliga artiklar och tidigare arbeten inom områdena.

2.2

Kartläggning av koldioxidutsläpp

För att kartlägga var aktuella koldioxidutsläpp uppstår på Snäckviken utfördes en övergripande koldioxidkartläggning. AstraZenecas använde sig i sitt arbete av samma modell som är framtagen av ’GHG Protocol’ (Greenhouse Gas Protocol). GHG Protocol är en internationell organisation som jobbar för att ta fram ett standardiserat ramverk för att mäta och hantera växthusgaser (GHG Protocol, 2020). Dokumentet ’A Corporate Accounting and Reporting Standard (Revised edition) från GHG Protocol låg till grund för kartläggningen av koldioxidutsläpp. Innehållet presenteras under 3.1 Greenhouse gas protocol.

Kontakt och kommunikation, genom mailkonversationer och möten med insatt personal på AstraZeneca, har legat till grund för val av utsläppskällor samt insamling av data för att möjliggöra beräkning av varje utsläppskälla.

2.3

Samförbränning av lösningsmedel och biobränsle

Mängden lösningsmedel var den begränsande faktorn då förbränning ska ske i samma takt som nytt avfall av brännbart lösningsmedel produceras. Då det brännbara lösningsmedlet klassas som avfall måste eldstadstemperaturen alltid hålla 850 grader under 2 s (Riksdagen, 2020). Därför måste annat bränsle tillföras samtidigt med lösningsmedlet för att säkra eldstadstemperaturen. Detta för att säkra en god förbränning även om brännaren med lösningsmedel skulle stanna. För beräkning av potentialen för en sådan förbränning användes data för brännbart lösningsmedel från 2019. Som stödeldning valdes biobränsle vilket skapar en samförbränning i ångpannan. Konstant massflöde uppskattades för lösningsmedel och biobränsle. Förbränningen har beräknats som ett stadigt tillstånd där förbränning beräknats som ett medelvärde, eller en baslast som är spridd över ett helt år. I verkligheten kan förbränningen skilja sig åt på grund av produktion av lösningsmedel, produktionsstopp och underhållsarbete. Enkel beräkning av den teoretiska produktionen har gjorts för att se att produktionen inte överskrider ångbehovet. Den totala produktionen i Panna 1 blev energin producerad i samförbränning minus termiska energin som krävs för koldioxidavskiljningen. Elpannan som drivs av grön el står för resterande ångproduktion.

Beräkningar för rökgaser har utförts i MS Excel. Beräkningsmall för rökgaser tillämpades där indata är elementaranalys av bränslet samt överskott av syre i rökgaserna.

2.4

Beräkna potentiell koldioxidavskiljning

När rökgasflödet och koncentrationen koldioxid var känt kunde avskiljningsanläggningen dimensioneras. Först beräknades energin som går åt för att avskilja koldioxiden baserat på koldioxidkoncentrationen, se ekvation 1 (Hailong et al., 2011).

𝑄 = 3,3162 + 0,0154𝑦𝐶𝑂₂+ 2,0383 𝑦𝐶𝑂₂ + 2,1432 (𝑦𝐶𝑂2) 2 (1)

Ur ekvation 1 erhölls energin som krävs för att avskilja 1 kg koldioxid (QCCS), uttryckt i MJ/kg CO2. För att sedan få fram den termiska effekten som krävs i den aktuella studien beräknades effekten för CCS enligt ekvation 2:

𝑃𝐶𝐶𝑆 = 𝑄𝐶𝐶𝑆× 𝑚̇𝐶𝑂2 (2)

Där PCCS är den termiska effekt som krävs för avskiljningen och 𝑚̇𝐶𝑂2är massflödet koldioxid i rökgaserna.

Mängden avskild koldioxid beräknades med en massbalans för bränslet som förbränns i panna 1. För att beräkna mängden koldioxid som avskiljs beräknades mängden kol i bränslemixen, sen användes molmassa för kol och koldioxid för att få fram den mängd koldioxid som producerades.

2.5

Ekonomisk beräkning

En förenklad ekonomisk kalkyl användes för att se vad det kostar att implementera CCS på anläggningen. Kostnaden för avskiljningen presenteras som specifik kostnad för koldioxid uttryckt i SEK/ton CO2. Det är ett av de standardiserade sätten att presentera kostnaden för fångad koldioxid. Det finns olika metoder för att beräkna den specifika kostnaden för koldioxid, i det här arbetet användes annuitetsmetoden som utgår från årliga värden av kostnad för investering i koldioxidavskiljning, årliga kostnader och mängden avskild koldioxid enligt ekvation 3 (Roussanaly et al., 2021).

𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑓𝑖𝑘 𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑 𝐶𝑂2=Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑖𝑛𝑣𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔𝑠𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑𝐶𝐶𝑆+ å𝑟𝑙𝑖𝑔𝑎 𝑘𝑜𝑠𝑡𝑛𝑎𝑑𝑒𝑟𝐶𝐶𝑆 Å𝑟𝑙𝑖𝑔 𝑚ä𝑛𝑔𝑑 𝑎𝑣𝑠𝑘𝑖𝑙𝑑 𝐶𝑂2

(3)

För att beräkna kapitalkostnader för anläggningen användes en referensanläggning. Utifrån kostnad och kapacitet hos referensanläggningen beräknades kostnaden hos anläggningen i den aktuella studien, baserat på kapaciteten hos aktuella studien enligt ekvation 4 (Garðarsdóttir et al., 2018). 𝐶𝑎= 𝐶𝑟𝑒𝑓( 𝑋𝑎 𝑋𝑟𝑒𝑓 ) 𝑛 (4)

Där Ca är kapitalkostnaden för aktuell studie, Cref är kapitalkostnaden för referensanläggningen, Xa är kapaciteten för referensanläggningen och Xref är kapaciteten för referensanläggningen och n är skalfaktorn. För den aktuella studien användes skalfaktorn n = 0,6 enligt 0,6 regeln för skalad ekonomi (Tribe & Alpine, 1986). För att det skulle bli en bra jämförelse krävdes det en liknande anläggning och att rätt typ av kapacitet valdes för beräkningen.

Återbetalningstiden är ett viktigt nyckeltal för att se om en anläggning lönsam att investera i. Därför beräknades återbetalningstiden för anläggningen. Återbetalningstiden beräknades med hjälp av nuvärdesmetoden.

Det finns en hög osäkerhet kring beräkning av kostnader för CCS. Den största kostnaden för implementering av CCS är kapitalkostnaden för investeringen. Antagandet kring kapitalkostnader kan skilja sig mycket mellan olika analyser. Därför utfördes en känslighetsanalys för att se hur olika kostnadsposter påverkar kostnaden för anläggningen.

3

LITTERATURSTUDIE

I det här kapitlet presenteras de metoder och forskning som ligger till grund för utredning av den aktuella studien. Först kommer ett avsnitt om kartläggning av koldioxidutsläpp, sen presenteras CCS och BECCS och sist ett avsnitt om koldioxidavskiljning och ekonomi.

För att minska växthusgaser är det bra att veta var de kommer ifrån och hur de uppstår. Det är därför viktigt inom industrin att kartlägga sin verksamhet och sina utsläpp. Ett standardiserat ramverk, Greenhouse gas protocol, för kartläggning och bevakning av koldioxid har tagits fram av branschorganisationen Greenhouse gas protocol.

3.1

Greenhouse gas protocol

Under den här rubriken presenteras innehållet i A Corporate Accounting and Reporting

Standard av Greenhousegas Protocol som utgör ett standardiserat ramverk för kartläggning

och bevakning av utsläpp (GHG Protocol, 2020). Den publicerades första gången 2001 och den senaste upplagan reviderades 2015.

Det finns olika intressen som motiverar företag att inventera och bevaka sina utsläpp av växthusgaser. Rapportering är en vanlig anledning, antingen för att man är en organisation som måste rapportera till myndighet eller för att man frivilligt deltar i projekt för att minska utsläpp av växthusgaser. En annan anledning kan vara bättre koll på utsläpp så det är lättare kan hitta bra investeringar och hitta områden som inte uppfyller kommande utsläppskrav i god tid. För att kunna ta del av utsläppshandel behövs också bevakning av utsläpp av växthusgaser. Det finns också de som vill profilera sig och visa att de är ute tidigt med att ställa om verksamheten för att möta klimatmål, eller för att söka eko-certifiering.

När en inventering av utsläpp görs kan det vara bra att inte bara fokusera den egna verksamheten utan hela värdekedjan. Är det så att något har mycket utsläpp kopplat till sig kan det vara en framtida risk när nya lagverk för utsläpp antas. Därför kan det vara bra att ha koll på utsläpp i alla led. Att bara fokusera på den egna organisationen kan bidra till att man missar framtida risker eller möjligheter.

Ett första steg är att sätta upp gränsdragningen för det som ska inventeras inom organisationen. Är det allt som ägs av organisationen eller även det som organisationen har finansiell kontroll över? Olika gränsdragningar görs beroende på hur organisationen är uppbyggd, till exemplen om det är en franchiseverksamhet, om det gäller dotterbolag eller om det är delvist är statligt. GHG protocol standard hjälper till att ge exempel på hur det kan forma sig.

När det gäller vad som ska inventeras inom organisationen har GHG protocol delat upp verksamhet inom tre olika områden, här refererat till som scope. Där scope 1 är direkta utsläpp som av växthusgaser från till exempel pannor, eldstäder, företagsbilar, utsläpp i produktion och processer. Direkta biogena utsläpp från förbränning ingår inte i scope 1 utan redovisas separat. Scope 2 är indirekta utsläpp som är kopplat till produktion utanför organisationen

men som är kopplat till det organisationen köper, så som el, ånga, kyla eller värme. Här räknas de direkta utsläppen vid produktion av dessa som organisationen köper. Scope 3 innehåller alla andra indirekta utsläpp. Exempel på dessa är utsläpp kopplade till hantering av avfall, utsläpp kopplade till material som används i produktion, transporter för dessa, köpta tjänster m.m. Eftersom scope 1 och scope 2 är mer begränsade är det lättare att jämföra bokföringen av utsläppen mellan företag med hjälp av dessa. Scope 3 är svårare att jämföra då den ser olika ut för olika organisationer. GHG protocol uppmanar inte alla organisationer till att göra en fullständig livscykelanalys för allt. De menar istället att det är bättre att identifiera några stora källor till utsläpp och arbeta för att bevaka och minska dessa. Det är upp till varje organisation att själva identifiera vad som ska ingå i scope 3, beroende på hur verksamheten är utformad. När den organisatoriska avgränsningen är klar är det första steget att kartlägga organisationens utsläpp enligt scope 1, scope 2 och scope 3 (valfritt). Nästa steg är att välja metod för att bevaka utsläppen. Det är sällan det används direkta mätare på plats där utsläpp sker. Då får man använda sig av andra metoder så som massbalans, bränslekonsumtion, koldioxidekvivalenter m.m. Organisationer och företag bör tillämpa den metod för bevakning som är möjlig och som ger bäst noggrannhet. De flesta organisationer skattar sina utsläpp i scope 1 utifrån bränslekonsumtion och offentliga emissionsfaktorer för dessa. För scope 2 är det vanligt att utgå från sin konsumtion av el, ånga, värme, kyla och beräkna utsläppen genom att utsläppsdata från leverantören. Scope 3 beräknas oftast genom aktivitetsdata så som körda mil, använt bränsle och emissionsfaktorer. Finns det noggrannare data för den egna verksamheten kopplade till utsläppen är det bättre att använda dessa än generella emissionsfaktorer. Metod för mätning av utsläpp bör utvärderas för varje enskilt utsläpp och vad som är mest lämpligt. Varje växthusgas (koldioxid, metan etc.) redovisas var för sig. När alla utsläpp är beräknade räknas samtliga växthusgaser om med hjälp av koldioxidekvivalenter och deras påverkan på den globala uppvärmningen. Samtliga utsläpp presenteras sen i motsvarande mängd koldioxid.

GHG protocol fortsätter i sin publicering att ge berätta hur man bäst kan rapportera inom organisationen, hur man sköter kontinuerlig bevakning, hur man rapporterar till myndigheter m.fl., hur man räknar på reducering av växthusgaser samt hur man sätter upp mål för att minska växthusgaser.

3.2

CCS – koldioxidavskiljning och lagring

CCS står för ”Carbon Capture and Storage” vilket på svenska översätts till koldioxidavskiljning och lagring. Tanken med koldioxidavskiljning är att fånga koldioxid vid emissionskällan innan den åker ut i atmosfären. Den koldioxid som fångats lagras sen i till exempel marken. CCS hjälper till att minska den negativa trenden genom att fånga upp koldioxid och lagra den i marken igen, vilket bidrar till minskade utsläpp av koldioxid till atmosfären.

tekniker strävar efter att ha ett sådant rent flöde av koldioxid som möjligt, den specifika kostnaden (SEK/ton CO2) för avskiljning minskar när koncentrationen i rökgasen ökar och med storlek på rökgasflödet (Johnsson & Kjärstad, 2019).

3.2.1

Post combustion

Johnson och Kjärstad (2019) skriver att användningen CCS idag inte är utbrett, men att en av de tekniker som idag är kommersiellt tillgängliga är post combustion. Post combustion avskiljer koldioxid efter förbränningen. Även om tekniken är kommersiell behöver den testas och anpassas till utsläppskällorna (Johnsson & Kjärstad, 2019). Stockholm Exergi har en testanläggning med BECCS (biogen koldioxidavskiljning och lagring) där de har som mål att utvärdera och testa tekniken för att implementera den på sitt kraftvärmeverk i Värtan (Stockholm Exergi, 2021b). Stockholm Exergi har som mål att under år 2025 ha en fullskalig anläggning med BECCS i drift (Stockholm Exergi, 2021a).

Att tekniken appliceras efter förbränning gör att tekniken är enklare att implementera. Det kräver ett kortare driftstopp i produktionen då mycket går att bygga och förbereda innan det tas i drift. Det underlättar också att man kan applicera det på en befintlig anläggning och inte måste bygga en helt ny anläggning.

I Figur 2 visas en schematisk bild av en anläggning med post combustion avskiljning. En av de vanligaste absorbenterna som används är aminlösningen monoetanolamin (MEA). När post combustion med MEA används är det viktigt att rökgaserna renas från NOx och SOx innan rökgaserna möter lösningen. Orenheter i rökgaserna leder på sikt till en ökad förorening av lösningen vilket gör att mer lösning måste ersättas i processen (Voldsund et al., 2019). När rökgaserna är rena kommer de in till absorbern där de reagerar med MEA och bildar vattenlösliga föreningar. Den rika lösningen (koldioxid och MEA) pumpas vidare till strippern via en värmeväxlare och de rena rökgaserna utan koldioxid släpps ut i atmosfären. I strippern värms den rika lösningen upp via återkokaren och de kemiska bindningarna bryts. Denna process kräver mycket termisk värme (ånga), och energin som går åt i det steget är en stor del av den totala kostnaden, tillsammans med investeringskostnaden, för en avskiljningsanläggning. När koldioxiden frigjorts pumpas den vidare till en kompressor som trycksätter koldioxiden till ca 110 bar och gör den redo för transport. Regenererade MEA-lösningen pumpas tillbaka via värmeväxlaren, där den kyls av den rika MEA-lösningen, till absorber för att användas igen. Mängden MEA i systemet begränsas av korrosion och viskositet, en vanlig MEA-halt i kan vara 20 – 30 % där resterande mängd är vatten (National Energy Technology Laboratory, 2015).

Figur 2 Schematisk bild av en post combustion-anläggning med MEA

3.2.2

BECCS – avskiljning och lagring av biogen koldioxid

Det som skiljer CCS och BECCS är inte tekniken för avskiljning, utan det är ursprunget hos koldioxiden som renas i processen. Om koldioxid som avskiljs är biogent är det BECCS. Biogen koldioxid kommer främst från förbränning av biobränslen, så som biogas och bioolja. Den stora skillnaden mellan CCS och BECCS är att utsläpp från biobränslen inte bidrar till växthuseffekten då biobränslen är en del av det korta kretsloppet av koldioxid i atmosfären. Det gör att den koldioxid som fångas upp från biobränsle i en BECCS-anläggning bidrar till ett upptag av koldioxid ur atmosfären, utsläppet ses då som negativt. Det gör att i praktiken kan en BECCS-anläggning genom förbränning minska utsläpp av växthusgaser.

3.3

Kostnader för koldioxidavskiljning och lagring

För att ta klivet att investera i ny teknik så är det viktigt att göra en ekonomisk utvärdering – vad kostar det att investera och vad är riskerna? Den största kostnaden för koldioxidavskiljning och lagring är själva avskiljningsanläggningen (Kuckshinrichs & Hake, 2015). Det är delvis på grund av stora kapitalkostnader vid investering och stort energibehov hos anläggningen (Kuckshinrichs & Hake, 2015). Det finns begränsad information att tillgå för investeringskostnader och kostnader för utrustning för en avskiljningsanläggning eftersom tekniken kopplat till förbränning är på ett utvecklingsstadium. Ett sätt att beräkna kostnader är att göra en modell av anläggningen i aspen plus och sen beräkna kostnaderna för anläggningen utefter dimensionerna för varje komponent. På så sätt kan man få en uppskattning av kapitalkostnaderna (Garðarsdóttir et al., 2018). Med hjälp av ekvation 4 kan

När kostnadsberäkningar görs för en avskiljningsanläggning är det ofta en NOAK-anläggning (nth of a kind) som presenteras och inte en FOAK (first of a kind) (Rubin et al., 2015). Vilket kan ge en för optimistisk bild av CCS, men ger också en mer rimlig bild av hur det kommer att se ut med CCS när tekniken är mer kommersialiserad. Det är därför viktigt att vara transparent med vilken typ av teknik som antagits för beräkningarna.

Det finns flera nyckeltal att använda sig av för att presentera kostnader för CCS. Simon Roussanaly (2019) skriver att en av de vanligaste är levelized cost of electricity (LCOE) som riktar sig till kraftproducenter som vill implementera CCS. I LCOE tar man hänsyn till vad det kostar att producera el med och utan CCS och får på så sätt ett värde för den el som säljs med CCS. Denna metod är vanlig men går inte att applicera på industrier som inte säljer el. En annan metod är då att använda sig av levelized production cost (LPC) där man tar hänsyn till vad det kostar att producera en produkt med eller utan CCS. LPC kan fungera bra för att få fram en kostnad för CCS inom till exempel cementindustrin där det bara finns en slutprodukt och det är lätt att beräkna kostnaderna per producerad enhet. Men när det är en industri har flera olika produkter som är kopplade till energiproduktionen blir det svårare att beräkna ett sådant nyckeltal. Då är det bättre att använda sig av CO2 avoidance cost här benämnt som

specifik kostnad för koldioxid (SEK/ton CO2). Resultatet av den specifika kostnaden för koldioxid gör att man kan jämföra kostnader för olika typer av anläggningar och mellan olika industrier.

Roussanaly (2019) skriver att det finns ett flertal sätt att beräkna den specifika kostnaden för koldioxid. Det går att beräkna med LCOE men det går lika bra att använda sig att nettonuvärdesekvationen eller annuitetsmetoden så länge kraven för dessa uppfylls. Första kravet är att produktionen på anläggningen inte påverkas av implementeringen. Det andra kravet är att de direkta kostnaderna för avskiljning av koldioxid går att beräkna för sig utöver andra kostnader kopplade till anläggningen. Det sista kravet som bara gäller för annuitetsmetoden är att årliga kostnader och mängden avskild koldioxid är konstanta för varje år och att utsläppen länkade till konstruktionen av avskiljningsanläggningen inte tas i beaktning. Fördelen med nettonuvärdesmetdon och annuitetsmetoden är att man kan beräkna värdet för den specifika kostnaden för koldioxid utan omfattande indata. För att beräkna specifika kostnaden för koldioxid med LCOE krävs data så som anläggningskostnad och produktionskostnad utan CCS, vilket kan vara svårt att värdera på en befintlig anläggning. Klimatpolitiska vägvalet har i sin utredning uppskattat att CCS kan kosta ca 650 – 1 100 SEK/ton CO2 för hela kedjan, från avskiljning till lagring hos dem industrier i Sverige med de mest gynnsamma förutsättningarna (Klimatpolitiska vägvalsutredningen, 2020). Consoli (2019) säger att det finns de som uppskattat priset på avskild koldioxid inom olika industrier till ett spann mellan 15 – 400 USD/ton CO2.

3.3.1

Framtida ekonomi med BECCS

Fler är eniga om att BECCS är viktigt för framtiden. Men för att utvecklingen och implementeringen av BECCS ska ske i en god takt krävs stöd. Idag finns det finansiella stöd i för projekt som utvecklar BECCS och minusutsläpp. Industriklivet är en satsning från svenska

växthusgaser, bidra till permanenta utsläpp och andra strategiskt viktiga insatser inom industrin som bidrar till klimatomställningen i övriga samhället (Energimyndigheten, 2021a). Industriklivet har 2021 en budget på 750 MSEK att stödja projekt fram till 2028 (Energimyndigheten, 2021a). Stockholm Exergi fick stöd från industriklivet för att genomföra sin testanläggning (Energimyndigheten, 2021b). Det finns även stöd att söka hos EU:s

Innovation fund som bland annat stöttar CCS och CCU (carbon capture and usage).

EU:s utsläppshandel (EU ETS) har idag en aktiv handel med utsläppsrätter. Det finns de som menar på att det bör och kommer att finnas framtida marknader för specifikt BECCS. Den klimatpolitiska utredningen lämnade i början av januari in sitt betänkande ”Vägen till en klimatpositiv framtid (SOU 2020:4)”. Där de bland annat la ett förslag på att Energimyndigheten skulle få i uppdrag att ordna omvända auktioner av negativa koldioxidutsläpp genom BECCS för att främja BECCS.

Flera aktörer är eniga om att för att industrier ska kunna ta steget och investera i fullskalig BECCS behövs det incitament och stöd för detta (Energiforsk, 2015) (Johnsson & Kjärstad, 2019) (Möllersten & Gode, 2020) (Zetterberg et al., 2019).

4

AKTUELL STUDIE – ASTRAZENECA SNÄCKVIKEN

Aktuell studie genomförs på AstraZenecas produktionssite Snäckviken i Södertälje. I Snäckviken bedriver AstraZeneca bland annat labbverksamhet och produktion av aktiva farmaceutiska substanser. Flera delar av verksamheten är beroende av processånga som AstraZeneca producerar själva inne på området. Termiska energin i ångan används till processer så som fuktreglering, rengöring av filter, upphettning av kärl m.m. Inom området används också kylmaskiner som försörjer både process och fastighet med kyla. Det finns även tjänstebilar på området som används av säljare men också för personal på plats för att kunna ta sig mellan områdena Snäckviken och Gärtuna. En stor del av det material som används inom produktionen är lösningsmedel. Lösningsmedel är en källa till direkta utsläpp av växthusgaser på området då det läcker ut direkt i atmosfären vid vanlig hantering. Lösningsmedel tas även upp i studien då det brännbara lösningsmedlet kan användas som bränsle. För varmvatten och uppvärmning av fastigheter använder man sig av fjärrvärme. Produktionssiten använder även stora mängder el.

4.1

Kartläggning av koldioxidutsläpp

För att uppnå sina mål inom projektet Ambition zero carbon måste samtliga utsläpp bli nettonoll till 2025 och totala utsläppen bli negativa till 2030. I det här kapitlet kartläggs och beräknas koldioxidutsläppen för varje område. Data för utsläppen gäller för verksamhetsåret 2019. Kartläggningen är genomförd efter GHG protocol standard. Samarbete på med anställda på AsatraZeneca som jobbar med detta har varit viktig för att välja lämpliga utsläppskällor och för att få fram data för respektive utsläppskälla. AstraZeneca jobbar med att kartlägga sina utsläpp inom all sin verksamhet. I den här aktuella studien kommer gränsdragningen för kartläggningen av utsläpp vara geografisk och den kommer att gälla verksamheten på AstraZenecas produktionssite Snäckviken. De direkta utsläppen som är identifierade under scope 1 är; utsläppen från ångproduktionen, utsläpp av lösningsmedel i process, utsläpp från tjänstebilar samt utsläpp från kylmaskiner i form av läckage. De indirekta utsläpp som är identifierade under scope 2 är de kopplade till elförbrukningen och fjärrvärmekonsumtionen för Snäckviken. Under följande underrubriker presenteras vara källa till utsläpp följt av beräkning av utsläpp för 2019.

4.1.1

Ångproduktion

Ångcentralen levererar idag processånga på 21 bar. Installerad maxeffekt är 30 MW elpanna (panna 2) och 19,5 MW oljepanna (panna 3). Elpannan är idag begränsad till 15 MW och oljepannan används som reserv då elpannan inte är i drift. Ångproduktionen sker därför främst i panna 2 medan oljepannan bara används vid driftstörning, miljömätningar, besiktningar eller planerat underhåll.

Flera processer inne i siten som använder sig av ånga är kritiska och skulle det ske ett avbrott i ångleveransen skulle läkemedel för stora summor pengar behöver kasseras. För att kunna

viktigaste delen av redundansen är oljepannan. Oljepannan används för att producera ånga om elpannan behöver underhållas eller om något haverera och driften av ånga behöver skiftas akut. Det finns reducerstationer ute på ångnätet och även de är redundanta, så om någon av reducerstationerna på 6- eller 12-bar skulle haverera så finns det en parallellt kopplad reducerstation att använda istället.

Ångbehovet har varierat genom åren på AstraZeneca. Kapaciteten som finns i ångcentralen är idag betydligt större än det aktuella behovet. När ångcentralen byggdes 2002 fanns ett större behov av ånga än vad det gör idag. Det är ett bevis på att det kan vara svårt att veta hur man ska dimensionera för att säkra kommande ändringar. Ångbehovet kan sjunka igen men det kan också öka om man skulle lägga till nya processer på siten.

Panna 1 används inte idag men har eldats tidigare med eldningsolja och lösningsmedel. Till Panna 1 finns det även en rökgaskondenseringsanläggning då krav på emissioner från avfallsbränsle är höga. Denna anläggning består av en skrubber och kondensor. Genom den har gaserna renats och värmen från rökgaserna återvunnits och använts för att värma spädvatten.

För att uppskatta mängden koldioxid som släpps ut från ångcentralen utgår man från bränsleförbrukningen. År 2019 var oljekonsumtionen på ångcentralen 87 510 liter. Mängden olja som går åt skrivs upp månadsvis från värdet på flödesmätare till varje brännare på panna 3. Eldningsolja Miljö 1 går som Diesel – Mk1 (OKQ8, 2021) och har en koldioxidekvivalent på 2,54 kg CO2/l olja (Drivkraft Sverige, 2021). Med dessa värden får man att utsläppen från eldningsoljan motsvarade 222,3 ton CO2 år 2019. Ångan som produceras med elpannan räknas som fri från direkta utsläpp och består av grön öronmärkt el som AstraZeneca köper in, se stycke 4.1.6 nedan.

4.1.2

Lösningsmedel

Vid läkemedelstillverkning används lösningsmedel bland annat vid framställning av aktiva farmaceutiska substanser. Enligt Constable et al. (2007) kan hela 80 – 90 % av den massa som används vid framställningen av en sats med aktiva farmaceutiska substanser bestå av lösningsmedel. Detta innebär att det ofrånkomligen blir mycket avfall i form av lösningsmedel vid dessa processer. AstraZeneca jobbar för att minska mängden avfall, till exempel genom att optimera processerna så väl som att rena lösningsmedel efter att det används för att minska volymerna. Även om dessa blir bättre och mängden lösningsmedelsavfall minskar så kommer de alltid att finnas kvar i processen.

Enligt uppgifter från AstraZeneca så skickades 2019 i snitt ca 200 m3 _{brännbart lösningsmedel} från AstraZeneca per månad, se bilaga 1. Vilket motsvarar drygt 7 transporter i månaden. Lösningsmedlet transporteras till en avfallsanläggning i Kumla för destruktion. AstraZenaca har som mål i scope 3 att minska avfallsströmmar. Att ta tillvara på det brännbara

Idag kommer inga av de lösningsmedel som AstraZeneca använder från biomassa. Dessa räknas därför som fossila. AstraZeneca tittar på möjligheten att försöka byta ut lösningsmedel till ”gröna” lösningsmedel från biomassa. Läkemedelsprocesserna är hårt reglerade och det krävs ett flertal utredningar och godkända dokument innan de kan byta ut ett lösningsmedel som är kopplat till framställning av aktiva farmaceutiska substanser. Därför kommer det att ta tid innan bio-lösningsmedel används på siten.

Direkta utsläpp av lösningsmedel uppstår på siten i form av läckage i processer och hantering av lösningsmedel. År 2019 var det sammanlagda läckaget lösningsmedel 27 ton. När AstraZeneca själva redovisar sina utsläpp globalt räknar de med att 1 kg lösningsmedel motsvarar 1 kg CO2 (om det inte gäller klorerade lösningsmedel). Lokala utsläppen kopplade till lösningsmedel beräknas därmed motsvarar 27 ton CO2.

4.1.3

Bilar

AstraZeneca tillhandahåller tjänstebilar på siten som används av säljare och inkluderar även avdelningsbilar som används för att åka mellan siterna Gärtuna och Snäckviken i Södertälje. Totalt finns det 88 tjänstebilar och dessa går på diesel eller bensin. För att beräkna utsläppen för bilarna utgår man från aktivitetsbaserad data som är erhållen av AstraZenecas leasingpartner som tillhandahåller bilarna. För 81 av bilarna finns det data för hur mycket de tankade 2019 och hur lång sträcka som kördes i tjänst eller privat. För att kompensera för saknad data beräknas totala utsläppet bli utsläppet för de kända bilarna multiplicerat med 81/88. I det här fallet räknas bara sträckor körda i tjänst. Man räknar därför andel privata km och multiplicerar det med totala förbrukningen i liter för att beräkna antal liter som gått åt i tjänst. Dessa summeras sen för respektive bränsle. Data för koldioxidutsläpp per bränsle är för bensin antas vara 2,24 kg CO2/liter och för diesel 2,41 kg CO2/liter (Drivkraft Sverige, 2021). Utsläppen är 187,5 ton CO2 för bensin och 34,7 ton CO2 för diesel, totalt var utsläppen för bilar 2019 241,3 ton CO2.

4.1.4

Kylmaskiner

AstraZeneca använder kylmaskiner för process och fastighet. Det är vanligt förekommande med mindre läckage av köldmedium från kylmaskiner. Läckagen är ofta små och kan uppstå på fler ställen där packningar m.m. är otäta. Man försöker att minska utsläppen men de är svåra och kostsamma att bygga bort helt. Växthusgaser i form av läckage av köldmedia från kylmaskiner beräknas utifrån mängden köldmedia som läckt ut. Man uppmäter mängden köldmedium som läckt ut genom att tömma kylmaskinen och mäta mängden köldmedium som finns kvar. Sen jämför man den mängden köldmedium med den mängden som användes när kylmaskinen fylldes på. Inventeringen sker vid skrotning av kylmaskiner och därför rapporteras utsläppet först vid skrotningen. Utsläpp från kylmaskiner i Snäckviken var 2019 79 kg köldmedium vilket motsvarar 186 ton CO2.

4.1.5

Fjärrvärme

Idag använder sig AstraZeneca av fjärrvärme för varmvatten och uppvärmning av fastigheter på området. Fjärrvärmen levereras av Telge Nät och produceras av Söderenergi. För att beräkna de indirekta utsläppen från fjärrvärmen utgår man från fjärrvärmekonsumtionen och Söderenergis utsläpp kopplade till fjärrvärmeproduktionen. Telge Nät äger egna mätare som sitter på AstraZenecas undercentraler som Telge Nät läser av och använder för att beräkna fjärrvärmeförbrukningen. AstraZenecas totala fjärrvärmekonsumtion på Snäckviken var år 2019 15 864 MWh fjärrvärme. Enligt Telges hemsida framgår det att utsläppen kopplade till fjärrvärmeproduktionen i Södertälje 2019 var 25 g CO2/kWh varav 3,1 g CO2/kWh var transporter (Telge, 2021). I scope 2 räknar man med direkta utsläpp kopplade till produktion, därför räknar man inte med transporterna. Utsläppen kopplade till fjärrvärmen blir då 21,9 g CO2/kWh. Med en årsförbrukning på 15 864 MWh på Snäckviken svarar det för ett utsläpp på 347,4 ton CO2 i Södertälje.

4.1.6

El

Från och med år 2020 köper AstraZeneca endast el från förnybara energikällor. AstraZeneca är anslutna till RE100. RE100 är en organisation som hjälper till med riktlinjer och vägledning så att företag och industrier ska kunna ställa om sig till 100 % förnybar el (RE100, 2020). I linje med RE100’s riktlinjer ställer AstraZeneca bland annat dessa krav på leverantörer:

 Elen som förbrukas och certifikaten kopplade till den måste vara från samma land.

 Tredjeparts ackreditering bör finnas.

 Produktion och konsumtion ska ske inom samma år.

 Där det är möjligt ska el från sol- och vindkraft prioriteras.

I Sverige finns det tredjeparts ackreditering så här har det inte varit några problem att uppfylla det kravet. Man väljer också att prioritera el producerad från solceller och vindkraft framför till exempel vattenkraft då man aktivt vill gynna den tekniska utvecklingen av dessa. I Sverige finns det till exempel redan mycket vattenkraft utbyggt men mindre solenergi.

AstraZeneca Snäckviken är en stor förbrukare av el där den största konsumenten av el på anläggningen är elpannan som producerar processånga. År 2019 köpte man ca 64,7 GWh el. Eftersom AstraZeneca köper förnybar el antas koldioxidutsläppen kopplade till elen vara noll. Ingen produktion är i verkligheten helt utan koldioxidutsläpp (produktion, transport och underhåll) men för scope 2 är det de direkta utsläppen kopplade till produktionen ska tas med. I det här fallet finns det därför inga utsläpp kopplade till elen.

4.2

Ångproduktion med samförbränning av lösningsmedel och

biobränsle

I det här scenariot undersöks potentialen i att elda lösningsmedel på plats istället för att transportera bort det för destruktion, där det idag förbränns i en annan anläggning. AstraZeneca har själva lagt fram som mål att minska mängden avfall under scope 3. Att använda brännbart lösningsmedel som bränsle på plats är ett sätt att närma sig en cirkulär kedja istället för att outsourca problemet. Som tidigare nämnts i avsnitt 2.3 måste förbränning av lösningsmedel ske med ett annat bränsle för att säkra att eldstaden håller en temperatur på 850 °C (Riksdagen, 2020). I beräkningarna utgår man från att man eldar med biobränsle. För följande beräkningar har värden för biodiesel HVO100 använts.

Tanken för det här förslaget är att använda sig av panna 1 som idag står avställd. Panna 1 har tidigare använt lösningsmedel och eldningsolja som bränsle, sista gången panna 1 var i bruk var 2017. Instrument för eldning av eldningsolja och lösningsmedel finns kvar, bara ledningar är kapade. Det finns även ett rökgasreningssystem till panna 1 då förbränning av avfall kräver detta. Det finns därför potential i att spara pengar i utrustning om man kan ta tillvara på det som redan finns kopplade till panna 1. Skulle man vilja driftsätta panna 1 krävs det en utredning, ny besiktning och utökade kontroller jämfört med de som är idag. En sådan investering kommer inte att tas i beaktning i kapitalkostnaderna för det här fallet då de är väsentligt mindre än de för en ny CCS-anläggning. I det här arbetet räknar man med att det skulle krävas en reglering av de befintliga brännarna till panna 1 men att de gamla oljetankarna och rörledningarna går att använda.

Först beräknas hur förbränning med lösningsmedel och biobränsle ser ut. Utifrån dessa värden beräknas sedan rökgaserna för att få fram koldioxidkoncentrationen och massflödet av koldioxid i rökgaserna.

4.2.1

Beräknad förbränning

Lösningsmedlet är den begränsande faktorn i samförbränningen då pannan kommer att eldas med lösningsmedel i samma takt som lösningsmedlet produceras. Lösningsmedlet kommer att samförbrännas med ett biobränsle då eldstaden måste kunna hålla en temperatur på 850 grader och hålla den temperaturen över 2 sekunder.

Enligt bilaga 1 produceras ca 200 m3 _{avfall i form av brännbart lösningsmedel i månaden i} Snäckviken, vilket motsvarar ca 0,274 m3_{/h. Det brännbara lösningsmedlet består av en mix} av olika lösningsmedel. Ett blandningsprotokoll från när samförbränning av olja och lösningsmedel var i drift används för beräkningarna. Enligt mixen i blandningsprotokollet är densiteten av mixen 805 kg/m3_{. Massflödet lösningsmedel beräknas därför vara 220,5 kg/h.} Panna 1 är konstruerad med två brännare på främre väggen på eldstaden. En nedre brännare som matades med lösningsmedel (eller eldningsolja) och en övre brännare som bara matades med eldningsolja. Enligt en tidigare pannoperatör som hade ansvar för drift av ångcentralen mellan 2012 och 2019 gick det åt ca 180 liter eldningsolja i timmen när den övre brännaren låg i minsta lastläget. Värdet 180 l i timmen används därför för biobränslet.

Massflödet för biobränsle är 146,7 kg/h och för lösningsmedlet 220,5 kg/h.

4.2.2

Beräknad koncentration CO

i rökgasflödet

För att beräkna rökgaserna krävs en elementaranalys av bränslet. Elementaranalys är känd för lösningsmedlet som används vid beräkningen. En elementaranalys av HVO100 (Omari et al., 2017) biodiesel, används som biobränslet. Nedan har en mix av elementaranalyserna tagits fram, beräknat på andel bränsle i det totala massflödet. Lösningsmedlet utgör 60 % av totala bränsleflödet och biobränslet 40 %. Den framtagna mixen och elementaranalysen för 1 kg av bränslemixen presenteras i Tabell 1 nedan.

Tabell 1 Analys av bränslemix

Analys av bränslemix beräknad på 1 kg TOT

bränsle

Ämne Lösningsmedel Biobränsle Bränslemix

- g/kg g/kg g/kg C 591 846,1 693,0 H2 113 146,7 126,8 N2 O2 245 7 150,2 S A Fukt 50 0,05 30,0 Summa 1000,0 999,85 999,9

För att beräkna rökgaserna används en beräkningsmall på 1 kg bränsle där analys av totaltillstånd används (bränsle med fukt). Beräkningsmallen är framtagen av Lars Wester på Mälardalens högskola. Rökgaserna beräknas stökiometriskt utifrån elementaranalys för bränslet. Mallen tar hänsyn till att förbränningen i verkligheten sker med ett luftöverskott. I beräkningarna antas det finnas ett överskott på 3 % O2. Beräkningsmallen och resultatet i beräkningsmallen presenteras i bilaga 3. Med denna bränslemix är koncentrationen CO2 i verklig rökgas 11,1 % (mol/kg) och rökgasmängden 1,52 kg per kg bränslemix.

4.3

Dimensionering av avskiljningsanläggning och potentiell

avskiljning och koldioxid

I det här fallet antas avskiljningsanläggningen vara en post combustion anläggning baserad på kemisk absorption med MEA. Valet av anläggning beror bland annat att den anses vara en mogen teknik för koldioxidavskiljning, se 3.2.1. Det innebär att det finns mer data kring den

För att dimensionera vår avskiljningsanläggning beräknas energin som krävs för att rena aminerna från den avskilda koldioxiden. Energibehovet beräknas med ekvation 1 där Q är MJ/kgCO2 och yCO2 är koldioxidkoncentrationen i procent (yCO2 mol%). Rökgasernas egenskaper redovisas i bilaga 3. I Tabell 2 visas en summering av data för rökgaserna, där framgår det att halten CO2 i totala rökgaserna för 1 kg bränsle är 11,1 % (beräknade i mol/kg). Utifrån denna kvot beräknas att Q = 3,69 MJ/kg.

Tabell 2 Summering av data för rökgaser

Rökgaser

Total rökgas 11,58 mn3/kg, bränsle

Halt CO2 11,1 %

Densitet rögkas 1,29 kg/mn3

Volymflöde rökgas 1,18 mn3/s, verklig

Massflöde rökgas 1,52 kg/kg, bränsle

Massflöde CO2 0,169 kgCO2/s

Utifrån ekvation 2 får man med ett koldioxidflöde på 0,017 kgCO2/s och att avskiljningsanläggningen kräver termisk effekt på 0,62 MW. I Tabell 3 visas summeringen av beräkningar för koldioxidavskiljning för aktuell studie. Avskiljningsanläggningen antas fånga upp 90 % av all koldioxid i rökgaserna (Garðarsdóttir et al., 2019).

Tabell 3 Data för koldioxidavskiljning för aktuell studie

Koldioxidavskiljning

Total mängd avskild CO2 7355 ton CO2/år

Total mängd biogen, avskild CO2 3588 ton CO2/år

Total mängd fossilt, avskild CO2 3767 ton CO2/år

Mängden avskild koldioxid är beräknat utifrån mängden kol i bränslemixen från Tabell 1 multiplicerat med bränsleflödet och molmassa för koldioxid 44 g/mol dividerat med molmassa för kol som är 12 g/mol. Enligt ekvation 5 där XCC är hur effektivt anläggningen absorberar koldioxid C är mängden kol i bränslemixen.

𝑘𝑔𝐶𝑂₂= 𝐶 ×

𝑚𝑜𝑙𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝐶𝑂2 𝑚𝑜𝑙𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎𝐶