Rätt biomassa på rätt plats
En undersökning om lignin som biodrivmedel
Nicole Broberg Louise Litzén
Elin Thun
Kandidatexamensarbete
KTH – Skolan för Industriell Teknik och Management Energiteknik EGI-2018
TRITA-ITM-EX 2018:435
Bachelor of Science Thesis EGI-2018 TRITA-ITM-EX 2018:435
Rätt biomassa på rätt plats
Nicole Broberg Louise Litzén
Elin Thun
Approved
2018-06-08
Examiner
Peter Hagström
Supervisor
Peter Hagström
Commissioner Contact person
Sammanfattning
Sverige har som mål att till år 2030 minska koldioxidutsläppen med 70 % och därefter ställa om till en helt fossilfri fordonsflotta. Idag står transportsektorn för cirka en tredjedel av Sveriges totala koldioxidutsläpp då större delen drivs av fossila drivmedel. Nya lösningar för transportsektorn, som till exempel elektrifiering eller förnybart biobränsle, kan därmed bidra till stor koldioxidreduktion. På senare tid har det forskats om lignin, en restprodukt från massaindustrin, kan omvandlas till biodrivmedel och användas för transportsektorn för att bidra till koldioxidreduktion i Sverige. Det har nu utvecklats metoder som omvandlar lignin till biodrivmedel, men frågan är om restprodukten lignin från svensk massaindustri kan hjälpa Sverige uppnå 2030-målet? Vilka utmaningar finns och är det lönsamt att investera i och ställa om till användning av lignin som biodrivmedel?
För att besvara de här frågeställningarna har en omfattande litteraturstudie utförts. Även intervjuer med personer från företag och forskningsinstitut, som arbetar med att utveckla metoder för omvandling av lignin, har utförts för att få en djupare förståelse inom ämnet.
Informationen har sedan sammanställts och diskuterats.
Resultatet av arbetet gav följande slutsatser:
• Det behövs en blandning av biodrivmedel och elektrifiering för att uppnå 2030-målet.
Behovet av biodrivmedel kommer inte heller att kunna täckas av lignin från massaindustrins restprodukt, fler sorters biodrivmedel behövs.
• Även restprodukt från flygindustrin skulle i framtiden kunna ge en betydande del lignin som kan användas till biodrivmedel.
• Det har utvecklats flera olika metoder för att omvandla lignin till biodrivmedel, vilken som är lämpligast att använda beror dock på hur mycket tekniken kostar i drift, vilka investeringar som krävs, samt om infrastruktur ska byggas om. Gemensamt för metoderna är att det tar ungefär 3 timmar att omvandla lignin till ligninolja.
• Det är mest lönsamt att anpassa biodrivmedlet efter befintlig infrastruktur och inte tvärtom. Det är även lönsamt att lägga lininoljeanläggningar på samma platser som massabruk.
• Hur mycket biodrivmedel det kommer att användas i Sverige i framtiden beror till stor del på politik och EU:s regelverk.
• Det tar lång tid att ställa om till att använda ett nytt sorts biodrivmedel. Det kommer ta lång tid att få in ligninbaserat biobränsle på marknaden.
Abstract
The government of Sweden has established the goal to by year 2030 reduce emission of carbon dioxide by 70 %, as well as later on make vehicle fleet of Sweden completely fossil- free. Today, the transport sector is responsible for one third of Sweden’s carbon dioxide emission and fossil fuels are a large part of Sweden’s energy consumption. Therefore, new solutions for transportation, like for example electric cars and biofuel, would highly
contribute when it comes to reducing carbon dioxide emission.
Recent research has raised the question if lignin, a residue from the pulp industry, can be converted into biofuel that can be used in vehicles to help reduce emission of carbon dioxide in Sweden. Several methods for conversion of lignin to biofuel have now been developed, but the question is if the amount of lignin from the Swedish pulp industry will be enough to help Sweden reach the 2030 goal? What challenges are there when establishing methods for converting lignin to biofuel and is it profitable to make such an investment?
To answer these questions a comprehensive literature study has been made. Also,
interviews with people from research institutes and companies who work with developing technology for conversion of lignin into biofuel has been made, in order to get a better understanding. The information was then assembled and discussed.
These result of the study gave the following conclusions:
• A mixture of electrification and biofuel is needed to reach the 2030-goal. The need for biofuel will not be fulfilled with the amount lignin that comes from the pulp industry’s residue, several kinds of biofuels are needed.
• Even residue from the airplane industry would in the future be able to give a considerable amount of lignin which can be used for biofuel.
• Several methods to convert the lignin into biofuel has developed, the most
appropriate one to use depend on how much the process cost, what investments is needed and if infrastructure had to be modified. Commonly among the methods is that a conversion takes about three hours.
• To convert the fuel to already existing infra structure would be the most profitable solution rather than the contrary. There would also be profitable in most cases to put the lignin plant in direct connection to a pulp.
• How much biofuel that will be used in Sweden in the future depends largely on the politics and the rules set by EU.
• It takes a long time to convert into a new type of biofuel. It will take a long time to get lignin based biofuel out on the market.
Innehållsförteckning
1 Introduktion ... 1
1.1 Skogsindustrins restprodukt lignin 2 1.1.1 Lignin som drivmedel i personbilar 4 1.1.2 Alternativ användning av lignin 4 1.2 Koldioxidreduktion 5 1.3 2030 – Målet 7 1.4 Pågående projekt för omvandling av lignin till drivmedel 8 1.4.1 BioLi 2.0 8 1.4.2 Preem 8 1.4.3 RenFuel 10 1.4.4 RISE 12 1.5 Politikens utmaning 13 1.6 En betydelsefull framtida källa av lignin 14 1.7 Bioråvara 15 1.8 Elbilar 16 2 Problemformulering och mål ... 18
2.1 Problemformulering 18 2.2 Mål 18 3 Metod ... 19
3.1 Avgränsningar och antaganden 20 3.2 Litteraturstudie 20 3.3 Intervjuer 20 3.4 SWOT-Analys 21 4 Resultat och diskussion ... 23
4.1 Vilken teknik för ligninoljetillverkning bör det satsas på? 23 4.2 Kan lignin hjälpa Sverige att uppnå 2030-målet? 25 4.3 Politiska utmaningar med lignin som biodrivmedel 26 4.4 SWOT- analys 28 5 Slutsatser och framtida arbete ... 29
6 Litteraturförteckning ... 31
Bilaga 1: Transkribering av intervju med Stefan Grönkvist, KTH,3:e Maj 2018 ... 37
Bilaga 2 Transkribering av telefonintervju med Åsa Håkansson från Preem 4:e Maj 2018 ... 52
Bilaga 3 Transkribering av telefonintervju med Johanna Mossberg från RISE 4:e Maj 2018 ... 62 Bilaga 4 Transkriberad intervju med Johan Verendel från företaget RenFuel Den 3:e Maj 2018 ... 73
Figurer
Figur 1 Processen för tillverkning av lignin (Forsman, 2006) ... 3 Figur 2 Värdekedjan för biobränsle på lignin som utgörs av fem parametrar; produktion av biomassa, transporter, omvandling av råvara till bränsle, lagring och distribution till slutkonsumenten, slutanvändning av bränsle (WWF, 2008). ... 5 Figur 3 Grafisk modell över använda metoder ... 19 Figur 4 En fyrfältsmatris som grafiskt beskriver strukturen av en SWOT analys. (Projektmallar, 2018) ... 22
Nomenklatur
Tecken Benämning Enhet
T Terra [1012]
Wh Wattimme [E]
kr Svenska kronor [SEK]
V Volym [m3]
m Kilogram [kg]
Förkortningar
ca Cirka
FN Förenta nationerna CO2 Koldioxid
EU Europeiska Unionen
1 Introduktion
Användningen av fossila bränslen idag utmanar petroleumresurserna på jorden samtidigt som det leder till utsläpp av växthusgaser. Detta, i sin tur, leder till många negativa effekter så som klimatförändringar, hög havsnivå, minskning av glaciär, med mera. Fossilt bränsle är begränsat av tillgången av råolja som är en icke-förnybar och begränsad resurs. I ett globalt perspektiv är bruket av flytande bränsle dominerande av just fossila bränslen.
Även om användningen av naturgas förväntas att växa, globalt sett, så förväntas även olja och kol växa kontinuerligt med dem. I Sverige står transportsektorn för cirka en fjärdedel av Sveriges totala energianvändning och en tredjedel av de totala utsläppen av växthusgaser.
Den största delen av förbrukningen består av just fossila bränslen, som sedan 1970 ökat med 56 % (Statens Energimyndighet, 2017). Det används över 11 biljoner ton olja per år (Central Intelligence Agency, 2016). Om det fortsätter i den här takten kommer oljan komma att ta slut till år 2042 (Shafiee & Topal, 2009). Regeringen tillsatte därför år 2005 en kommission som skulle komponera ett övergripande program för hur Sverige ska minska sitt oljeberoende till år 2020 (Regeringen, 2006). Det blir för Sverige en lång väg att gå om vi ska nå målet om att vara oljefria år 2020.
De ej förnybara bränslena ger upphov till utsläpp vid användning. Att hitta alternativa bränslen för att ersätta de petroleumbaserade bränslena eller att göra de icke-förnybara bränslena mer effektiva är nu mycket attraktivt för forskare. Biodrivmedel är ett alternativ som har blivit attraktivt då det produceras från förnybar biomassa. Det kan utvinnas ur råvaror så som skogen, åkern eller biogent avfall och antalet råvaror ökar. Det finns många tekniker som omvandlar råvarorna till olika typer av bränsle och ersätta fossil bensin och diesel (Svebio, u.d.). I och med energisektorns intresse i ett nytt biodrivmedel gjort på lignin har flera industriaktörer deltagit i stora satsningar med just det ämnet; lignin (Forsman, 2006).
1.1 Skogsindustrins restprodukt lignin
Vid framställning av pappersmassa kan olika metoder användas, dessa görs då man vill erhålla olika egenskaper hos pappret. Gemensamt för metoderna är att ny färsk ved används, så kallad nyfiber, men även något som kallas returfiber vilket är återvunnet pappersmaterial.
Grovt kan man dela in pappersmassorna i mekaniska och kemiska massor, varav mekaniska massor ger ett mjukare papper som gulnar i solljus. Den kemiska ger ett starkare papper som kan blekas och användas som skrivpapper och emballage. Det är även den som är intressant för ligninoljeproduktion, då det är i den metoden som genom hög temperatur och
tillsättning av kemikalier bryter ut icke önskvärda ämnen ur veden. En stor del av dessa oönskade ämnen är lignin.
De två processerna som finns för kemisk massatillverkning är sulfit- respektive sulfatprocessen varav den sistnämna är den vanligaste, processerna är lika men olika kemikalier används. Sulfatprocessen har en bättre värmeekonomi och ger starkare papper (Skogs Sverige, u.d.).
Sulfitprocessen har större återvinningsproblem. Den fungerar inte med tallved och ger rödlut som restprodukt. Det finns potentiella användningsområden för rödluten men i Sverige finns endast ett massabruk kvar som använder sulfitprocessen (Skogs Sverige, u.d.).
Restprodukten från sulfatprocessen, den så kallade svartluten, förbränns i de flesta fall idag för att utvinna värmeenergi till massabruket, se figur 1 (Forsman, 2006). I och med att de icke-integrerade massabruken har blivit så pass effektiva på senare år produceras nu ett överskott av svartluten, vilket i sin tur innehåller stora mängder lignin (Dolling, 2004).
Figur 1 Processen för tillverkning av lignin (Forsman, 2006)
Lignin kan beskrivas som limmet i trädet och är det som håller samman cellulosafibrerna (Dolling, 2004). Det är en energirik makromolekyl, en aromatisk förening, som tillsammans med cellulosa och hemicellulosa ingår i alla växters cellväggar. I träd står lignin för över 50 % av det totala energiinnehållet, därmed innehåller svartluten från massabruken en hög andel lignin. Lignin binder koldioxid i atmosfären när det bildas i växter och spelar därmed en viktig roll i kolets kretslopp. Då lignin finns i stora mängder anses det vara en etiskt problemfri förnybar restprodukt (RenFuel, 2018).
1.1.1 Lignin som drivmedel i personbilar
Lignin har länge betraktats som en restprodukt inom skogsindustrins massabruk, men används i dagsläget storskaligt i energiändamål inom bruken för att framställa el och ånga.
20 – 30 % av trädet består av lignin (Bio Innovation, u.d.) och 2/3 av Sveriges yta består av skog (Skogs Svergie, u.d.). Idag eldas 7 – 8 miljoner ton lignin per år vid massabruken varav ungefär 20 – 30 % av detta skulle kunna utvinnas för annat ändamål. Ett exempel är att göra ligninolja av det, som sedan kan raffineras för att användas som biodrivmedel i fordon (Bergqvist, u.d.). Enligt en rapport från Innventia är den totala potentialen för lignin från svartlut ca 0,9 – 1,6 miljoner ton per år, beroende på hur mycket extra energi det tillförs i processen vid utvinning av lignin (Backlund & Nordström, u.d.).
1.1.2 Alternativ användning av lignin
En del massabruk använder ligninet som energikälla för att producera el, detta investerade många massabruk i innan finanskrisen år 2007–2008 men idag är det inte lika populärt lägre på grund av att elpriserna har gått ner (Grönkvist, 2018). På grund av sina fördelaktiga egenskaper har lignin blivit ett aktuellt forskningsämne. Det kan till exempel förädlas och omvandlas till olika produkter, eller skapa nanopartiklar och blanda in lignin i kompositmaterial och limmer (SEKAB, u.d.). De svenska forskningsinstituten Innventia och Swerea har exempelvis tillverkat en modellbil i leksaksstorlek med tak av en komposit där kolfibern är framställd ur hundra procent barrvedslignin. Fördelen med just biltak gjort på lignin är att det är otroligt lätt. Forskare på Kungliga Tekniska högskolan har även tagit fram ett batteri där elektrodmaterialet är ligninbaserat (Innventia, 2016).
Lignin är även effektivt när man pressar samman sågspån och dylikt till pellets. Finns lignin med i blandningen så smälts det av friktionsvärmen när massan pressas ihop till pellets och fungerar som lim, så att inga andra tillsatser behövs (PelletsFörbundet, 2017). Tillsättning av lignin vid framställning av pellets ökar längden och den mekaniska hållbarheter (Ubeidi, 2018). Lignin är som sagt attraktiv för forskare. Pogaku & Hj.Sarbatly (2013) använder olika metoder för att producera koldioxid och metangas samt väte- och syntesgas ur lignin.
Mansouri, et al. (2011) nyttjar lignin vid framställning av bakelit, en osmältbar plast, där den
visade dig vara ett bra alternativt material. Pan & Saddler (2013) tillsätter lignin vid framställning av polyuretanskum för att ersätta det med det som annars används, petroleummaterial. Med en ligninhalt på 19–23 % uppvisade polyuretanskummet tillfredställande egenskaper. Li, et al. (2014) producerar aktiv kol från lignin vilket är förmånligt då det är en både ekonomiskt och miljömässigt bra produkt. Dallmeyer, et al (2013) producerar en ligninbaserad fiberduk. Materialet ändrar form beroende på yttre förhållanden och går tillbaka till dess ursprungliga form när exponeringen slutat, vilket är användbart i olika situationer.
1.2 Koldioxidreduktion
En definition enligt meta-standard för den klimatnytta som ett biodrivmedel gör är den minskning utsläpp av växthusgaser som genereras jämfört med det fossila bränsle som ersätts. Denna reduktion refereras till som koldioxidreduktion, även kallad växthusgasbalansen, och anges i procenttal. Den kan användas för att avgöra om ett bränsle uppfyller satta krav på förbättringar (WWF, 2008). Att räkna koldioxidreduktionen för biodrivmedel med ligninolja är i nuläget svårt, ofta på grund av att information om metoder för framställning av ligninolja inte är offentlig. Det kan bero på att de som arbetar med det inte vill avslöja information för konkurrenter. Däremot kan växthusgasbalansen tillämpas i detta fall på så sätt att de ingående parametrarna ger vägledning om vad som bör analyseras för att avgöra klimatnyttan av drivmedlet.
Figur 2 Värdekedjan för biobränsle på lignin som utgörs av fem parametrar; produktion av biomassa, transporter, omvandling av råvara till bränsle, lagring och distribution till slutkonsumenten, slutanvändning av bränsle (WWF,
2008).
Växthusgasbalansen beräknas utifrån fem parametrar i bränslets värdekedja, se figur 2. I de fall där man bara jämför flytande bränslen kan man bortse från den femte parametern,
slutanvändning av bränsle, om de används på samma sätt i fordon (WWF, 2008). Därmed kan den femte parametern i det här fallet bortses ifrån, eftersom biodrivmedel med ligninolja är flytande och användning är avgränsat till personbilar med samma sorters motorer. För att jämföra klimatnyttan av biodrivmedel med lignin, med icke-biobaserade drivmedel som bensin och diesel, kan följande fyra parametrar analyseras.
1. Produktion av biomassa.
2. Transporter av råvara och förädlade bränslen.
3. Omvandling av råvara till bränsle: I det här fallet utvinning av lignin från restprodukt samt omvandling av lignin till ligninolja.
4. Lagring och distribution till slutkonsumenten: Ligninoljan blandas in i bensin eller diesel för att sedan distribueras till tankningsstationer för personbilar.
Den första parametern, produktion av biomassa, kan växthusgasbalansen ses som oförändrad om endast överskott av lignin vid massaproduktion används för att producera ligninolja. För den andra parametern bör det kartläggas var i Sverige utvinning av lignin och produktion av ligninolja kan ske och vilka transportsträckor det innebär för råvara och förädlade bränslen. Tredje parametern beror på hur energikrävande de metoder som används för att ta fram slutprodukten ligninolja är, och den fjärde beror på hur råvaror och slutprodukt lagras och distribueras.
Det är viktigt att bränslen uppfyller satta krav för koldioxidreduktion. Efter första juli år 2018 kommer kravet att vara 19,6 %. Om ett bränsle inte uppfyller myndigheternas krav för koldioxidreduktion tvingas producenterna böta stora summor pengar, 4 kr/kg koldioxid. Det är även dyrt om producenterna blandar i mer förnybart drivmedel än vad som är kravet. Det blir inga böter på en högre koldioxidreduktion men däremot kostar det företaget mer att producera det drivmedlet, då förnybar råvara är dyrare än fossila bränslen. Därför landar ofta producenter av drivmedel precis på de kraven som finns för att det ska vara så lönsamt som möjligt (Håkansson, 2018).
1.3 2030 – Målet
Sverige nådde år 2012 EU:s mål att ha 10 % förnybara drivmedel i transportsektorn till år 2020. Dock så drivs över 80 % av all transport i Sverige fortfarande med fossilt bensin och diesel. För att kunna skapa ett fossilfritt Sverige inom transportsektorn behövs biodrivmedel (Svebio, u.d.). Det skrivs och diskuteras mycket kring “2030-målet” i drivmedel- och energisammanhang. Vad 2030-målet syftar till är på ett mycket brett plan. De globala målen och Agenda 2030 handlar om att förverkliga de mänskliga rättigheterna, utrota fattigdom, uppnå jämställdhet och skydda planetens naturresurser (Regeringen, 2017). Dessa mål har tagits fram av FN:s medlemsländer och det är alla ministrar i regeringen som ansvarar för genomförandet (UNDP, 2015). Sjutton globala mål är integrerade och uppdelade i tre dimensioner av hållbar utveckling; ekonomisk, social och miljö. Mål nummer sju, Hållbar energi för alla, innefattar bland annat att alla ska ha tillgång till hållbar energi, där ett delmål som har stor betydelse är att öka andelen förnybar energi i den globala energimixen till 2030 (Regeringen, 2015).
Utöver dessa globala mål har den svenska Riksdagen även beslutat att Sveriges fordonsflotta ska vara oberoende av fossila bränslen. Olika mål och strategier har satts upp för att nå den allmänna målsättningen om att minska transporternas utsläpp med 70 % till år 2030 och därefter helt ställa om till fossilfri trafik (Svebio, u.d.). För att uppnå 2030-målet behöver Sverige minska transportbehovet, jobba med effektivisering samt elektrifiering av fordonsparken. Då räknar man med att Sverige behöver runt 20 TWh biodrivmedel (Mossberg, 2018). År 2016 användes totalt 17.2 TWh biodrivmedel, räknat efter energiinnehåll motsvarar det 18.6 % av allt drivmedel vilket är en ökning från året innan då det var 14.8 % (Svebio, u.d.). Den inhemska mängd biodrivmedel vi skulle kunna få ut från restprodukterna från skogsindustrin i form av lignin är maximalt 10 TWh, antagligen mindre.
Idag importerar Sverige biomassa för att tillgodose behovet (Mossberg, 2018).
1.4 Pågående projekt för omvandling av lignin till drivmedel Lignin förekommer naturligt i fast form och måste i dagsläget omvandlas till flytande form, så kallad ligninolja, för att kunna användas som drivmedel. Det är en utmaning att omvandla det fasta ligninet till en olja som fungerar som bränsle för transportfordon (Håkansson, 2018). I Sverige pågår ett antal olika försök och projekt med målet att skapa drivmedel av lignin där olika metoder har utvecklats, både för utvinning av lignin och för framställning av ligninolja.
1.4.1 BioLi 2.0
BioLi 2.0 är ett forskningsprojekt inom ett innovationsprojekt BioInnovation, med målet att utveckla processer för framställning av drivmedel och kemikalier baserade på förnybart lignin som ersättning för fossila, petroleumbaserade produkter (Bio Innovation, u.d.). Del av projektet är att utveckla metoder för omvandling av lignin till biodrivmedel. De utvinner lignin ur restprodukter från skogen och omvandlar det genom nya kemiska processer. Det omvandlade ligninet fungerar då som en ersättning för petroleumråvaror såsom kol och olja eftersom det omvandlade ligninet får liknande egenskaper som de råvarorna. Företag, forskningsinstitut och akademi från alla delar av värdekedjan för ligninolja är del av BioLi 2.0, bland annat innovationsföretagen SunCarbon och RISE samt oljebolaget Preem är med (BioLi2.0, 2017).
1.4.2 Preem
Oljebolaget Preem har i många år producerat bensin och diesel på fossila material, men jobbar numera även med att utveckla och forska fram nya råvaror för förnybara drivmedel, framför allt från skogen. De har inga laboratorier på Preem utan jobbar tillsammans med olika institut och skolor som KTH, Chalmers och Luleå tekniska universitet. De jobbar även med leverantörer av teknik och nystartade små företag som vill vara del av värdekedjan för produktion av ligninolja (Håkansson, 2018), se Bilaga 2. Preem har tillsammans med forskningsinstitutet RISE en testanläggning i Piteå för framställning av ligninolja för biodrivmedel som finansieras av bland annat Energimyndigheten (Bergqvist, u.d.).
Testanläggningen ingår i ett delprojekt i BioLi 2.0 (Håkansson, 2018). Där utvinner de lignin från svartlut genom membrandestillering för att sedan omvandla det till ligninolja genom en metod som heter hydrocracking. Den här tekniken är inte ny till grunden, men processen har modifierats för att fungera för biobaserade råmaterial som har en högre halt syre. Ligninet blandas med vätgas och ett katalytiskt material i en reaktor där den utsätts för hög temperatur och tryck. Ligninet reduceras på syre och makromolekylerna slås sönder i mindre molekyler för att framställa en flytande energirik olja, pyrolysolja, som kan användas för biodrivmedel (Bergqvist, u.d.).
I Preems raffinaderier är det tänkt att molekylstrukturen ska förändras så att bioråvarorna liknar de fossila och kan användas i dagens förbränningsmotorer. Preem har även testat olika pulver på lignin men de vet att pulver är ohållbart i ett raffinaderi och har därför inte fortsatt med det (Håkansson, 2018).
Förhoppningen är att man ska kunna framställa ett biodrivmedel vid deras redan existerande drivmedelsanläggningar utan att behöva göra alltför stora nya investeringar. Enligt dem är lignin ett av de mest lovande sätten att framställa tillräckliga mängder av biodrivmedel. De blandar sedan in ungefär 30 % ligninolja i sitt befintliga fossila drivmedel. Det är dock ett tag kvar tills Preem kan framställa de mängder ligninolja som behövs, men processen är igång och det pågår flera försök runt om i landet för att hitta det bästa sättet att utvinna ligninoljan. Preem menar på att detta kanske inte har en stor miljöpåverkan i ett globalt perspektiv men att det är ett steg i rätt riktning att ta tillvara på en restprodukt (Bergqvist, u.d.).
Det kostade 142 miljoner kr för Preem att bygga pilotanläggningen i Piteå (Kornfeldt, 2016) och de planerar att år 2020 ha en fungerande ligninfabrik (Bergqvist, u.d.). I framtiden kommer lignin kunna ge 2 000 miljoner liter biodrivmedel per år (Preem AB , 2017).
Tillsammans med de andra skogsresterna kommer det kunna täcka det inhemska behovet och eventuellt viss export (Preem AB, u.d.).
Preem har inget att göra med var anläggningarna för att producera lignin är, de gör det som är mest lönsamt för företaget. Däremot menar Håkansson, utvecklingsingenjör på Preem, att det nog är vettigast att ha anläggningarna för produktion av ligninolja precis bredvid massabruken. Lignin är från början ett pulver när det har utvunnits från svartluten innan det omvandlas till ligninolja. Det är i regel mindre effektivt att transportera ett pulver än att transportera något som är mer kondenserat, såsom vätska. Håkansson tror även att biodrivmedel på ligninolja kommer att innebära större transporter av råvara och förädlade bränslen än om man jämför med fossila bränslen, även om icke-förnybara råoljor transporteras från andra länder medan lignin ska hämtas från inhemska massabruk. Det beror på att råoljan transporteras på båt som rymmer ca 100 000 m3, medan transporter av lignin som kommer att ske inom landet troligtvis kommer att göras med lastbilar, som rymmer långt ifrån lika mycket som båtar. Det går inte att komma upp i samma volymer vid transport inom landet som vid transport från andra länder över hav. Därmed kommer transport av ligninolja att innebära mer transport per liter än för icke förnybar råolja (Håkansson, 2018).
1.4.3 RenFuel
RenFuel är ett innovationsföretag som har utvecklat en metod för omvandling av lignin till olja som kan användas i biodrivmedel. Enligt RenFuel är ett mer lönsamt sätt att ta tillvara på överskottsenergi i massabruk (se kapitel 1.1) att skilja av ligninet och omvandla det till ligninolja (Stade, et al., 2017). RenFuel har även genom tester kunnat bestämma hur mycket av ligninet som kan skiljas av för att fortfarande ha tillräckligt mycket energi kvar till massabruket. Man kan ta 20 – 30 % av det ligninet och använda det för framställning av ligninolja och ändå få ut tillräckligt med energi till massabruket. Det leder även till att produktionen i bruket kan öka då kapacitet i sodapannan frigörs. Genom att använda det överskott som finns i massabruken idag, kan man producera ligninolja i en mängd som halverar Sveriges beroende av fossila drivmedel. (RenFuel, 2018).
Sedan år 2017 har RenFuel en pilotanläggning vid massabruket Nordic Papers i Bäckhammar med en fullt finansierad budget på 140 miljoner kr (RenFuel, 2018), varav
Energimyndigheten har finansierat 71 miljoner kr av den budgeten. Finansieringen går till utveckling av både en metod för att omvandla lignin till ligninolja, samt utvecklingen av RenFuels metod av membranfiltrering. De har även tecknat ett avtal med avsalumassaproducenten Rottneros som under år 2018 kommer att börja leverera lignin från deras massabruk i Vallvik till anläggningen i Bäckhammar. Rotternos ser fördelarna med att både vara med och stödja klimatarbetet, samt att avyttringen av lignin möjliggör ökad massaproduktion i bruken. I framtiden planerar RenFuel dock att bygga ut anläggningen i Vallvik så att ligninet inte ska behöva transporteras utan omvandlas på plats (RenFuel, 2018).
RenFuel har som mål att det ska finnas en lignolanläggning i varje massabruk i Sverige, oavsett storlek på bruket. Enligt RenFuel är det möjligt för även de mindre massabruken att börja leverera lignol till raffinaderier då kostnaden för RenFuels teknik är låg och inte kräver stora investeringar (Ljungblom, 2017). För att dra ner ytterligare på kostnaderna använder RenFuel även en egen reaktor som är fristående från massabruket. Då behöver inte massabruken konstruera om sina anläggningar (RenFuel, 2018).
För att omvandla lignin till flytande bio-olja använder RenFuel sig av en ny katalytisk process som de har patenterat, där ett ton lignin blir 1 m3 lignol på några timmar. Processen är enligt RenFuel väsentligt mycket billigare än andra processer eftersom den är okomplicerad och energisnål. Till skillnad från andra processer bryter den ner lignin utan tryck och under kokpunkten (RenFuel, 2018).
Grundstrukturen för lignin är en aromatring med en propylgrupp med syre. I RenFuels katalysprocess tas syreatomerna bort och ersätts med väte för att bilda en drivmedelsmolekyl som fungerar både som inblandning i diesel såväl som bensin då molekylen har nio kol (Kemivärlden Biotech med Kemisk Tidskrift, 2016). Resultatet blir en flytande ligninolja baserad på kolväte kallad lignol eller CLO (Catalytic Lignin Oil). Inga giftiga utsläpp eller restprodukter skapas under processen (RenFuel, 2018).
Lignol kan framställas i storskaliga volymer med låga investeringar. I närtid anser RenFuel att lignol är en effektiv och realistisk lösning för att nå målet om ett fossilt oberoende inom
fordonsflotta i Sverige år 2030. Oljan är jämförbar med fossil olja när det gäller egenskaper, uppbyggnad och energiinnehåll. Den kan användas både för låginblandning såväl som höginblandning. Bensin och diesel med lignol ger upp till 100 % klimatreduktion vid full inblandning (RenFuel, 2018).
Enligt RenFuel kan lignol öka lönsamheten för massabruk och raffinaderier i Sverige.
Produktionskapaciteten ökar, och därmed lönsamheten i massaindustrin. Lignol skapar nya arbetstillfällen och intäktsmöjligheter. Handelsbalansen stärks genom minskat importberoende av icke-förnybar fossilolja. På längre sikt kan lignol även bli användbart globalt och bli en handelsvara för massabruk som även andra länder kan investera i (RenFuel, 2018). Blandningen kan användas i dagens bensin- och dieselfordon utan modifikationer av motorer. 1 m3 lignol har ett ekonomiskt värde motsvarande 10 000 kr/m3 (RenFuel, 2018).
1.4.4 RISE
RISE är ett forskningsinstitut där lignin till biodrivmedel är ett av fokusområdena och en del av RISE bioekonomiska forskningsprogram. Det är helägt av staten och består bland annat av gamla SB, gamla Swedish ICT, gamla Innventia. Institutet är med i projektet BioLi 2.0 och har samarbeten med exempelvis Preem, SunCarbon, Sunpine och olika universitet där bland annat Luleås tekniska universitet samt Lunds universitet. RISE har ingen fullskalig anläggning men har däremot olika labb-, pilot- och demonstrationsutrustningar för att utvinna lignin.
Institutet jobbar och testar flera olika metoder för att utvinna lignin, en av metoderna är deras patenterade process som kallas LignoBoost. För att få ut lignin ur svartluten blandar du in CO2 så att ligninet klumpar sig och går att filtrera ut. Därefter tvättas det så att det bildas en ren filterkaka (Mossberg, 2018), se Bilaga 3.
En annan metod som kan användas vid framställning av lignin är svartlutsförgasning. Genom den här metoden fås komponenter som sedan kan användas till att göra nästan vilket
drivmedel som helst. Sodapannan ersätts mot ny teknik för trycksatt svartlutsförgasning.
Genom svartlutsförgasning urskiljs inte bara komponenter av svartluten utan mer el kan
produceras än med en sodapanna. På sikt kan svartlutsförgasning innebära en ökad elproduktion på ca 1000 MW (Westerlund, 2011).
De olika metoderna har olika för- och nackdelar, dock är det svåra inte alltid att få fram biooljan. Den stora utmaningen är att ta bort syre och få fram en renhet och kvalitét som funkar för raffinaderierna. Beroende på vilket teknikspår som väljs kan det ta upp emot 15 år innan privatpersoner kan, i liten skala, köpa ligninbaserat biodrivmedel på macken. Även om den råa ligninoljan inte är energimässigt likvärdig som bensin eller diesel har den slutgiltiga produkten, beroende på process, all möjlighet att bli det. Produktionskostnaderna kommer dock vara högre än de nuvarande fossila drivmedlen men beroende på skatter, avgifter och styrmedel är det nödvändigtvis inte dyrare för kunden (Mossberg, 2018).
1.5 Politikens utmaning
För att biodrivmedel ska bli konkurrenskraftigt och ekonomiskt hållbart i ett längre perspektiv krävs det ändringar i svensk politik. Etablering av biodrivmedel med lignin skulle innebära omställningar och nyinvesteringar för skogsindustrin för att kunna konkurrera med redan etablerade fossila drivmedel. Ändringar i politiken som skulle behöva göras är (RenFuel, 2018):
• Att höja det kortsiktiga målet för vägtransporternas energianvändning år 2020 till minst 25 % förnybart för att klara av och behålla den påbörjade omställningen
• Teknikneutralitet vad gäller skattenedsättning för både låginblandad såväl som höginblandat biodrivmedel.
• Långsiktighet i det politiska regelverket, minst 10 år, i och med omställningen av skogsindustrin för biodrivmedelssatsningar.
• Punktskattebefrielse eller annan reglering under en omställnings- och investeringsperiod på cirka 5 till 8 år för att kunna utföra moment i omställningen
• Komplettering av politikens förslag om kvotplikt med en mer långsiktig plan om successiv höjning av kvoten
• Minskning av energiskattelättnader alternativt högre CO2 skatt
Det finns ingen gemensam skogspolitik inom EU eftersom det saknas grund för det, alla länder har inte tillräckligt med skog att ha en stor skogsindustri. Men det finns många andra lagar och beslut som påverkar Sveriges skog, bland annat EU:s mål om förnybar energi och skog som innebär att man vill öka andelen förnybar energi inom hela EU:s energisystem.
Vilket är positivt för lignin och andra biodrivmedel (Skogssverige , u.d.).
Enligt Håkansson (2018) har EU vissa bestämmelser kring vilka råvaror som man får använda för diesel- och bensin-framställning. Håkansson betonade att EU ser positivt på lignin men att de inte har samma inställning till skogen som råvara som Sverige. Det diskuteras inom EU i vilken del av värdekedjan restprodukter från skogen hamnar när koldioxidreduktionen beräknas. Skogen huggs ner i första hand för att skapa papper och därför bör man räkna på koldioxidutsläpp först efter att pappret är tillverkat men inom EU är detta inte helt självklart.
För att skattefrämja förnybara drivmedel har Sverige ett undantag från de generella skattelagstiftningarna inom EU. Befrielserna har hittills endast gällt två år åt gången, vilket lämnar en stor osäkerhet för de företag som ska investera i biodrivmedel. Detta leder till att förnybart inte prioriteras i den utsträckning som skulle önskas. Utvecklingen av skogen som förnybar råvara bromsas även om många anser att både el och biodrivmedel behövs. Det blir dock ändå en viss konkurrens gällande var resurser ska läggas. Det är en komplicerad fråga som skapar många debatter (Mossberg, 2018).
1.6 En betydelsefull framtida källa av lignin
En del i 2030-planen är att göra det svenska inrikesflyget fossilfritt, det vill säga att allt inrikesflyg i Sverige ska drivas med biobränsle år 2030. I rapporten ”ForestJet - Hållbar produktion av flygbränsle i Sverige med biokemiska metoder” (Berglin & Von Schenck, 2017) beräknas 0,2 miljoner m3 bioflygbränsle per år behövas till detta. I rapporten framgår även att vid samtliga studerade processer för framställning av bioflygbränsle fås drygt dubbelt så mycket lignin som restprodukt. Det betyder att drygt 0,4 miljoner m3, eller ca. 0,6 miljoner ton lignin per år kommer att produceras som biprodukt vid de framtida anläggningarna för
bioflygbränsle i Sverige. Dessa anläggningar kommer alltså att utgöra en stor del av ligninproduktion i Sverige.
1.7 Bioråvara
Fossil råolja kommer från naturen och har med hög temperatur och högt tryck under miljontals år bildats från döda havslevande organismer (Salomon, 2013). Den är därför inte förnybar då återskapande av oljan tar lång tid. Vid förbränning frisläpper oljan koldioxid vilket i sin tur släpps ut i vår atmosfär och ger en negativ effekt till växthuseffekten. Träd, som lignin kommer ifrån, kan omplanteras och därmed återinföra den utsläppta koldioxiden in i träet (Jordbruksverket, 2018). Det finns andra alternativ, till exempel bioråvaran HVO, vilket är 100 % syntetisk diesel gjort på bland annat rå-tallolja, ännu en energirik skogsprodukt (Energifabriken, u.d.). Det finns även biogas som fås genom rötning av avgasslam (eon, 2018), och etanol som fås genom anaerob nedbrytning av växter, även kallad jäsning (Allt om Vetenskap , 2006).
Idag pratas det om att blanda 20–30 % ligninolja med fossilt bränsle, det skulle definitivt gå att blanda in mer. På grund av de krav som finns, samt att biooljan är dyr, blandas inte mer in eftersom det idag inte är lönsamt för varken Preem eller andra aktörer (Håkansson, 2018).
Dagens fordon kan köras på en betydligt högre halt inblandat biodrivmedel än 20–30 %.
Målet med biodrivmedel är att man syntetiskt vill skapa molekyler som är så lika fossilt diesel eller bensin som möjligt, dock ger biltillverkarna inga garantier (Mossberg, 2018).
Åsa Håkansson på Preem menar att det är viktigt att biodrivmedlet de erbjuder fungerar ihop med dagens motorer. Motorerna är så pass effektiva, det har forskats och lagts ner mycket resurser på dem för att optimera utsläppen, att det inte vore en väg att gå att skapa nya motorer för ett nytt biobränsle. Ett exempel på det är E85-bilarna. När de kom ansågs de vara jättebra men det blev inte speciellt många sålda och trenden dog relativt snabbt (Håkansson, 2018). De behövde speciella motorer för att fungera med etanol men kunde även köras på bensin. I Sverige har tillverkarna idag nästintill helt slutat med sin tillverkning av etanolbilen E85 (Lejland, 2018).
Sveriges fordonsflotta behöver idag ca 80–85 TWh. En TWh kan beskrivas som energin från en tio meter bred, fem meter hög och femton kilometer lång tätt packad vedtrave.
Verkningsgraden för biobränsle brukar ligga runt 50%, vilket innebär att det behövs ungefär 160 TWh bioråvara för att förse Sveriges totala energibehov för fordonsparken. Den mängden bioråvara finns inte idag i Sverige och att avverka mer skog för att få ut mer bioråvara till biodrivmedel vore inte hållbart (Grönqvist, 2018).
Skulle hela EU:s jordbruksproduktion användas för att odla biobränsle skulle mängden räcka till knappt 15–20 % förnybart i biodrivmedlen idag (Grönqvist, 2018). Det indikerar att det behövs mycket råvara samtidigt som det skapar liknande etiska problem som med etanol;
att det inte är etiskt att odla drivmedel när människor på jorden svälter (Falk, 2007). Även om det vore önskvärt att blanda i mer bioråvara än 20–30 % i biodrivmedel, så finns det idag inte tillräckligt med råvara. Idag importerar Sverige bioråvara för att tillgodose behovet.
(Mossberg, 2018)
1.8 Elbilar
Miljöfrågan har under ett par decennier börjat tas mer på allvar. Jakten på ett förnybart drivmedel är ett spår i detta, samtidigt finns även elbilsspåret. En bil som drivs på el har länge funnits men batteritiden var länge ett problem. Idag har utvecklingen kommit längre framåt och elbilar kan ses på gatorna i framförallt städer i Sverige och flera kända biltillverkare utvecklar kontinuerligt nya och bättre modeller. (Miljöfordon, 2017). En elbil ger inga utsläpp på plats men det är grundläggande att elen är förnybar exempelvis sol, vind, vattenkraft för att körningen ska vara miljövänlig (Miljöfordon, 2017). Det finns en pågående debatt om vilket spår det ska satsas på, biodrivmedel eller elbilar och vissa menar att det finns en viss konkurrens. Både Johanna Mossberg (2018) på RISE samt Stefan Grönqvist (2018), Kemiteknik/Energiprocesser på KTH, menade att det i framtiden kommer behövas båda för att tillgodose Sverige med den mängd energi som behövs.
En stor aspekt att ta hänsyn till är tidsperspektivet, om Sverige ska nå 2030-målet måste både biodrivmedel och el-drivna fordon främjas eftersom en stor del av den fordonsflotta som finns idag kommer att vara kvar 2030. Miljöproblemen är något man måste ta hänsyn till idag och inte om 300 år när alla bilar kanske ändå är eldrivna (Mossberg, 2018). En annan syn på elbilsanvändningen kontra biodrivmedel som Johan Verendel, RenFuel, har är att det redan finns en konkurrens mellan elbilar och att elbilsanvändningen kommer att fortsätta öka, speciellt i städer, se Bilaga 4. Däremot kommer transporter och landsbygdstrafik att fortsätta drivas av bensin och diesel i minst 20 år till (Verendel, 2018). Även Johanna Mossberg på RISE tror att nästan alla personbilar i städer med största sannolikhet kommer att drivas på el i framtiden, men att tunga transporter eller transporter på långa distanser i icke-urban miljö, under längre tid kommer att drivas av olika typer biodrivmedel, till exempel ligninbaserat biodrivmedel (Mossberg, 2018).
2 Problemformulering och mål
Syftet med det här projektet är att undersöka skogens restprodukt lignin och utreda om användningen av det som drivmedel kan hjälpa Sverige att uppnå 2030-målet. Det ska även undersökas om teknik för framställning av biodrivmedel baserat på lignin är värt att investera i, samt vad som krävs för att etablera den.
2.1 Problemformulering
För att avgöra huruvida lignin kommer fungera som drivmedel i framtiden är det viktigt att kartlägga vilka metoder som har utvecklats, hur stor tillgången på råvara är i Sverige idag, samt undersöka vilka utmaningar som finns industriellt och finansiellt.
2.2 Mål
För att kunna svara på problemformuleringen formulerades följande frågeställningar:
• Går det att uppnå 2030-målet med en minskning av koldioxidutsläpp på 70 % genom användning av lignin som biodrivmedel? Räcker lignin från massabrukens restprodukter?
• Vad finns det för politiska utmaningar i utveckling av biodrivmedel från skogens restprodukt lignin?
• Vad finns det för industritekniska utmaningar i produktion av ligninbaserat biodrivmedel?
• Hur påverkas Sveriges massaindustri av produktionen?
• Behöver massabruk, raffinaderier och bilmotorer modifieras för att möjliggöra produktion och användning av ligninbaserat biodrivmedel?
• Vilka metoder har utvecklats för framställning av ligninolja och vilka för- och nackdelar finns med de olika metoderna?
3 Metod
I det här avsnittet beskrivs metoderna som har följts under arbetet, se figur 3. Arbetet har huvudsakligen bestått av två delar; definiera problem och besvara frågeställningar. Metoden utgår från ett deduktivt forskningsupplägg med utgångspunkt i vår frågeställning.
Problemformulerandet bestod av en fallstudie, detta för att få en inblick i ämnet och förstå de problem som finns innan problemformuleringen kunde formas. Mycket av arbetet är baserat på hemsidor som berör ämnet, litteraturundersökning, men även metoder som intervju har används.
Figur 3 Grafisk modell över använda metoder
3.1 Avgränsningar och antaganden
För att öka effektiviteten i arbete och enklare kunna besvara frågeställningen har det gjorts några avgränsningar. För det första fokuseras det endast på skog i Sverige och den restprodukt som bildas från massindustrin i Sverige. För det andra tar arbetet bara hänsyn till information som kommer från, eller påverkar, drivmedel för personbilar i Sverige. I den här analysen har det även antagits att lignin ingår i det naturliga kretsloppet. Med det menas att det inte bildas något koldioxidutsläpp då dess funktion i träden är just att bilda koldioxid.
Nettoutsläppet för lignin är alltså noll.
3.2 Litteraturstudie
Det första som görs är att definiera problemområdet. Utifrån det formas frågor som ska besvaras och som är relevanta för området. Som den huvudsakliga metoden för uppsatsen och för att besvara frågeställningarna valdes det att göra en litteraturstudie.
Litteraturundersökningen gjordes till största delen genom databassökning med valda sökord så som lignin och biobränsle. Databaser som till exempel Kungliga Tekniska högskolans bibliotek, Diva portal och Google användes för att hämta material i form av lämpliga artiklar med mera. Utifrån artiklarna som fanns via databassökningen gjordes även en manuell sökning så referenserna från artiklarna undersöktes. När materialet är samlat analyseras den för att sedan ligga till grund för resultat och diskussion.
3.3 Intervjuer
Det gjordes även en kvalitativ undersökning i form av en semistrukturerad intervju.
Fördelarna är att svaren skapar en mer ingående förståelse, med djup och detaljer, vilket gör det möjligt att få en helhetsbild och förstå komplexa frågeställningar. Med användning av följdfrågor i form av öppna frågor kan informationen kontrolleras, vilket ger en hög validitet.
I detta fall önskas mer inblick hur de olika företagen jobbar med lignin och även för att få data som inte går att hitta på internet. Det utfördes både fysiska intervjuer, telefonintervju och Skype-intervju. Alla intervjuer spelades in och transkriberades till Word-dokument och därefter så markerades det som var mest intressant och relevant. Därefter sovras irrelevanta
svar bort och kvarstående sorterades i olika kategorier som är relevant för frågeställningen.
Syftet med intervjuerna var att få en bredare insikt och svar på frågor som inte kunde fås genom litteraturstudien. För att få svar från olika delar värdekedjan för ligninbaserat biodrivmedel intervjuades fyra personer från olika delar av värdekedjan. Stefan Grönkvist, adjunkt på Kungliga Tekniska högskolan i Stockholm inom energiprocesser. En skype-intervju genomfördes med Johan Verendel, processutvecklingschef på forskningsföretaget Renfuel som har arbetat fram en egen metod för framställning av lignol, deras egen patenterade metod på ligninolja. Johanna Mossberg, fokusområdeschef för fossilfria transporter på RISE, ett forskningsföretag som arbetar med att ta fram olika metoder för att omvandla lignin som råvara till ligninolja, intervjuades på RISE kontor i Stockholm. En telefonintervju gjordes med Åsa Håkansson, utvecklingsingenjör på Preem. Personerna som intervjuades hittades på respektive relevanta fokusområdes hemsidor och kontaktades via mail angående intervju då det bedömdes att det behövdes ytterligare information, insikt och framförallt tankar och idéer från insatta personer i näringslivet.
3.4 SWOT-Analys
För att analysera arbetet och dess metoder gjordes en så kallad SWOT- analys där man analyserar arbetets styrkor och svagheter, möjligheter och hot. SWOT kommer från engelskan, Strengths, Weaknesses, Opportunities och Threats. Detta för att frambringa en övergripande bild av hela arbetet och hitta eventuella förbättringsmöjligheter samt för att summera slutsatser från genomförda analyser. Styrkor och svagheter kan man själv påverka medan möjligheter och hot är händelser eller saker i omvärlden som inte är lika enkelt att påverka (Larsson, u.d.). Denna modell är enkel att både förstå och genomföra och den kan appliceras på företag, projekt, enskilda problem och så vidare. Brainstorming kan användas som utgångspunkt för analysen, vilket innebär spånande av idéer, diskussioner och att komma med synpunkter och förslag på styrkor, svagheter, möjligheter och hot (Larsson, u.d.).
En SWOT- analys kan presenteras som en fyrfältsmatris (se figur 4) där den övre raden vanligtvis betraktar interna faktorer och den undre externa faktorer. Viktiga saker att tänka
på när man genomför analysen är att det kan vara bra att ha en tydlig utgångspunkt samt att komma ihåg att faktabelägga och ifrågasätta mycket för att undvika att eventuella utlåtanden blir sanningar som inte stämmer (Chef, 2008).
Figur 4 En fyrfältsmatris som grafiskt beskriver strukturen av en SWOT analys. (Projektmallar, 2018)
4 Resultat och diskussion
Litteraturstudie och intervjuer visade att det är komplicerat att ta fram ett nytt biodrivmedel från en restprodukt från skogsindustrin. Det är mycket som måste samspela för att etablering av ligninbaserat biodrivmedel ska vara möjligt; ny teknik innebär stora investeringar, alla parter som ingår i värdekedjan måste länkas ihop och i dagsläget finns det politiska hinder.
4.1 Vilken teknik för ligninoljetillverkning bör det satsas på?
Det har utvecklats flera olika metoder för att utvinna lignin och för att omvandla lignin till biodrivmedel. Enligt de studerade källorna verkar det inte skilja mycket i hur lång tid de olika processerna för att ta fram ligninolja tar, däremot verkar den stora skillnaden vara hur mycket energi de kräver och således hur mycket de kostar.
En metod för att utvinna komponenter, som bland annat lignin, från svartlut är svartlutsförgasning. Genom den här metoden fås komponenter som sedan kan användas till att göra nästan vilket drivmedel som helst. Den här metoden skulle dock innebära stora investeringskostnader eftersom det skulle medföra ersättning av sodapannan mot ny teknik med svartlutsförgasning. Den investeringen har massaindustrin inte vågat göra eftersom sodapannan i sig är en stor investering. Det finns inte några garantier på skattebefrielse eller tydliga styrmedel tillräckligt långt framöver för att intressenter ska våga investera i den här nya tekniken. Svartlutsförgasning är alltså en fungerande teknik, det betyder inte att det löser problemet med att utvinna lignin. Det är många saker som måste samspela för att en ny teknik, som innebär stora investeringskostnader, ska slå igenom.
Metoden LignoBoost har istället lanserats med att den frigör utrymme i den befintliga sodapannan och på så sätt ökar kapaciteten på den. LignoBoost-tekniken läggs på sidan om sodapannan istället för att byta ut den, till skillnad från svartlutsförgasning. Det innebär alltså nya investeringar, även med LignoBoost. Det kan ändå upplevas som ett säkrare alternativ än svartlutsförgasning då det endast handlar om att lägga till teknik och inte att ta
bort befintlig teknik, även om den har inneburit stora investeringar. Det är troligtvis anledningen till att teknik som LignoBoost och annan typ av teknik med membranfiltrering som ligger utanför massabrukens befintliga teknik, är den som har gått vidare i projekten för ligninoljetillverkning.
Genom RenFuels patenterade metod för att ta fram sin olja, lignol, tar det 3 timmar att framställa 1 m3 lignol per ton lignin. Enligt Preem, som har testat olika ligninoljor som är framställda på olika sätt, tar det ungefär lika lång tid att framställa ligninolja oavsett metod.
Det som skiljer RenFuels katalytiska process från andra metoder är att den sker utan tryck och under kokpunkten. Med katalys går det åt mindre energi än flera andra metoder som kräver högt tryck och hög värme, som till exempel pyrolys. Lignol skiljer sig även från andra ligninoljor på så sätt att det är direkt blandbart med råolja och kan droppas in i befintliga strukturer. Raffinaderier behöver alltså inte byggas om, till skillnad från till exempel pyrolysolja och andra oljor i BioLi 2.0, som kräver en helt annan design på raffinaderiet.
Vilken teknik som är bäst för utvinning av lignin eller omvandling av lignin till ligninolja beror således bland annat på hur stora investeringar industrier kan och är villiga att göra, hur oljan sedan ska användas i raffinaderiet, hur energisnål tekniken är, samt hur mycket tekniken kostar att ha i drift. Det finns idag ingen metod som är klart bättre än någon annan, utan tekniken är fortfarande i forskningsstadiet.
Det uppstår många utmaningar i processen att ta lignin från laboratorium till fabrik och slutligen till bilen. Idag eldar massabruken upp lignin till energi vilket gör att de kommer behöva göra en förändring. Även om skogsindustrin är intresserad av att samarbeta med bränsleindustrin är det två stora industrier och svåra att länka ihop till något förnyelsebart.
De raffinaderier som finns idag är gamla och har spenderat lång tid på att optimera sin process baserad på råolja. Det blir därför en långsam och dyr process att genomföra någon form av ändring. Det är även många faktorer runt omkring uppskalningsprocessen och kemiindustrin som är utmanande och dyra, till exempel energioptimering, myndighetskontroller och miljötillstånd (Verendel, 2018). Trots det verkar de olika
innovations- och forskningsföretagen vara optimistiska till det nya biodrivmedlet. Med vaga svar, beroende på vilket tekniskt spår och vilken skala, tror RenFuel att det ska gå att tanka bilen med ligninolja om 7 år, Preem om 5-8 år och RISE om 10-15 år.
4.2 Kan lignin hjälpa Sverige att uppnå 2030-målet?
I dagsläget kan som mest 30 % av massabrukens restprodukter användas till utvinning av lignin och det skulle endast räcka till 30 % av det totala användandet av drivmedel. Även om det är en bit på vägen är det långt kvar till att minska utsläppen med 70 %. För att uppnå det behöver Sverige 20 TWh biodrivmedel och lignin kan maximalt ge 10 TWh från restprodukterna i Sverige. Det betyder att det behövs andra källor av biodrivmedel. Preem menar att flera sorters skogsrester skulle täcka det inhemska behovet, kanske till och med räcka till export. Att bara byta bränsle räcker dock inte för att uppnå 2030-målet utan en kombination med elektrifiering och effektivisering är troligtvis nödvändigt.
Att använda lignin som biodrivmedel är bra för miljön är det ingen tvekan om. RenFuel menar att bensin och diesel tillsammans med lignol ger upp till 100 % klimatreduktion vid full inblandning, se kapitel 1.4.3. Det framkommer dock inte om energin vid framställningen är förnybar eller inte. En inblandning av 100 % ligninolja är i dagsläget inte heller möjligt.
Tanken är att blanda in ungefär 30 % ligninolja i befintligt fossilt drivmedel, för att kunna blanda in större andel skulle ändringar i raffinaderierna behöva göras. Även om det skulle bli en möjlighet kommer det inte finnas tillräckligt med råvara från restprodukter för att förse raffinaderiernas behov, och att avverka mer skog vore inte hållbart.
Framställningen av ligninolja är inte heller gratis, varken energimässigt eller
kostnadsmässigt. Den exakta energiåtgången för att framställa lignin är idag inte helt känd då man fortfarande är i ett tidigt stadium i processen. Idag finns det olika pilotanläggningar och det forskas för att kunna hitta en metod som fungerar i storskaligt industriellt och i redan befintliga anläggningar. Även om det finns ett sätt att göra processen energisnål innebär det ett extra steg. Jämfört med råolja som kommer från marken direkt till raffinaderierna, kommer lignin behöva gå från massabruken till ligninoljeanläggning och
därefter till raffinaderierna. Det innebär en extra transportsträcka och därmed mer utsläpp.
Råoljan importeras till Sverige med båt från andra länder, trots det menar Håkansson på Preem, se kapitel 1.4.2, att transport av ligninolja innebär mer transport per liter än för icke förnybar råolja. Det beror på att råoljan transporteras på båt som rymmer ca 100 000 m3, medan transporter av lignin som kommer att ske inom landet troligtvis kommer att göras med lastbilar, som inte rymmer i närheten lika mycket som båtar. Det går inte att komma upp i samma volymer vid transport inom landet som vid transport från andra länder över hav.
Ännu en källa som skulle kunna utgöra en betydande del av inhemska ligninresurser i framtiden är den svenska flygindustrin, se kapitel 1.6. Det kommer att produceras drygt 0,4 miljoner m3, eller ca 0,6 miljoner ton lignin per år som en biprodukt vid de framtida
anläggningarna för bioflygbränsle i Sverige. Som jämförelse är den idag totala potentialen för lignin från svartlut ca 0,9–1,6 miljoner ton per år. Dessa anläggningar kommer alltså att utgöra en betydande del av ligninproduktionen i Sverige och bör därför finnas med i planerna för framtida bränsletillverkning av lignin.
4.3 Politiska utmaningar med lignin som biodrivmedel
Dagens fordon är idag anpassade för fossila bränslen. Det tar väldigt lång tid att byta ut en hel fordonspark om man ska nå 2030-målet. Fossilt drivmedel behöver bland annat bytas ut mot förnybara alternativ. Därför har man som mål att istället skapa biodrivmedel där
molekylerna är så pass lika diesel eller bensin att motorerna inte behöver förändras.
Grundidén med att utvinna och använda lignin som drivmedel i Sverige är att använda massaindustrins restprodukt, svartlut, och inte avverka mer skog. Eftersom vissa delar av massaindustrin får ett överskott på svartluten, där ligninet återfinns, kan överflödet, utan påverkan på varken skogsindustrin eller massaindustrin, gå till framställningen av biodrivmedel. Skogsindustrin regleras redan av både svenska och EU-lagar så en icke hållbar skogsindustri skulle antagligen inte riskeras i Sverige om lignin skulle slå på marknaden. Vad som däremot skulle kunna ske är att massabruken höjer priset på lignin om efterfrågan ökar, från att idag vara en oönskad restprodukt till att bli mycket attraktivt på marknaden. Det
skulle kunna innebära betydande intäkter för massabruken. Problematiken som uppstår då är att det redan är en dyr process att ta fram biodrivmedel, enligt kapitel 1.8, jämfört med fossilt bränsle. Skulle priset på råvaran gå upp, vilket skulle kunna vara ganska troligt med tanke på den ganska begränsade tillgången på restprodukten som behövs som råvara, skulle det bli problem med lönsamheten för tillverkarna. Vad som då skulle behövas är ytterligare skattebefrielser eller andra subventioner från EU:s håll för att hålla nere priserna, detta för att biodrivmedel inte ska vara dyrare än det fossila för konsumenterna. Vad som även behövs är en långsiktighet i det politiska regelverket så att skattebefrielser och dylikt gäller i minst tio år, detta för att företag ska kunna våga investera i att bygga dyra anläggningar. Om biodrivmedel skulle vara markant mycket dyrare än fossilt drivmedel, skulle det antagligen inte vara så attraktivt för konsumenterna.
Den nya lagen som träder i kraft i Sverige 1:a juli år 2018, med kravet att 19,6 % måste vara förnybart, gör att producenter oftast landar på precis den nivån då det inte är lönsamt för dem att blanda in mer förnybart, då det är dyrare än det fossila. Detta även om det rent tekniskt är möjligt att blanda in mer. En ökad koldioxidreduktion till följd av en högre inblandad halt förnybart hade gynnat både de producenter som väljer att göra så samt miljön i form av med koldioxidreduktion. Detta har med EU:s skattebefrielseregler att göra, då det är de som godkänt denna nya lag. Sverige kan inte subventionerna förnybart som önskas, så detta är en form av kompromiss (Grönkvist, 2018), se Bilaga 1, vilket är synd.
Samtidigt finns aspekten att den bioråvara som behövs kanske inte räcker till, som det ser ut idag, och att Sverige eventuellt skulle behöva importera mer bioråvara. Import av bioråvara är inte så önskvärt då transporter inte bidrar till klimatreduktion om inte transporten i sig är 100 % klimatreducerad.
Det är värt att reflektera om hur Sverige påverkas av EU:s regelverk. Som det ser ut i dagsläget tenderar EU att bromsa utvecklingen av skogens restprodukter som bioråvara i Sverige. Långsiktighet från EU:s sida angående hur länge skattebefrielser gäller behövs. Då skogsindustrin inte är så stor i alla delar av EU är det inte fördelaktigt att den ska regleras på ett så brett plan. Då skulle kanske utvecklingen av biodrivmedel från skogen kunna gå fortare.
4.4 SWOT- analys
• Styrkor
- Projektet bygger på information från både en litteraturstudie och fyra intervjuer som många gånger har bekräftat varandras information. Detta har i sin tur stärkte validiteten i den presenterade informationen i rapportens förundersökning.
- De intervjuade personerna har alla varit relevanta, besuttit mycket kunskap om det aktuella ämnet och varit från olika delar av värdekedjan.
- Bra med ingående intervju, inte tex enkäter, för att kunna få en djupare förståelse med möjlighet till följdfrågor.
- En bred litteraturstudie och trovärdiga källor.
• Svagheter
- En del information har hämtats från företag som vill marknadsföra sig själva, och är därmed subjektiva.
- Författarna av den här rapporten är inte lika insatta i ämnet som källorna. Det kan därför vara svårt att ifrågasätta trovärdigheten i vissa fall.
- Mycket användbar information är inte offentlig då projekten är i forskningsfasen.
• Möjligheter
- Det hade varit intressant att intervjua en person från den första delen av värdekedjan för lignin, massabruken. Det var inte något som prioriterades men för att få en bättre inblick i vad massabruken tycker.
- I denna rapport har endast Sveriges skogar tagits i beräkning. Hade arbetet haft andra avgränsningar och fler länder med mycket skogsindustri inkluderats, skulle resultatet troligvit sett annorlunda ut.
• Hot
- Ibland har informationen från intervjuerna varit svårt att tyda då den angivits olika siffror och olika enheter. Det kan ha inneburit att någon information har tolkats fel.
Det har dock lagts mycket resurser på att finna olika källor som understryker varandra.
- I och med vårt antagande, att lignins nettoutsläpp är noll, är det den tolkning som applicerats på fakta. Det kan dock vara så att källan inte själv har gjort det antagandet, vilket då påverka resultatet.
5 Slutsatser och framtida arbete
Utifrån undersökningen kan det konstateras att ligninbaserat biodrivmedel inte ensamt kan hjälpa Sverige att uppnå 2030-målet. Det kommer behövas en kombination av olika biodrivmedel och el, samt olika strategier.
EU bromsar utvecklingen av skogens restprodukter som biodrivmedel, för att förhindra detta måste de kunna ge skattebefrielser på längre sikt än två år åt gången så att företag som investerar i att bygga de dyra anläggningar som krävs känner finansiell trygghet. Samtidigt måste EU se skogen som något annat än jordbruk och se användningen av skogens restprodukter som miljövänligt och inte som att det avverkas skog för att göra biodrivmedel.
Man måste fokusera på att anpassa biodrivmedlet efter befintlig infrastruktur och inte tvärtom, då det är ohållbart att byta ut Sveriges fordonspark till år 2030. Det biodrivmedel som tas fram måste fungera i befintliga bilmotorer. En optimerad metod för att utvinna och ta fram ligninolja behövs som är energisnål och kostnadseffektiv. Det är även bra om oljan fungerar i befintliga raffinaderier, då det är extremt dyrt att bygga nytt eller göra alltför stora förändringar. Det vore även bra att lägga ligninoljeanläggningarna vid så många av massabruken som möjligt för att minska på transporter samt att det är mer effektivt att
transportera ligninet som en olja än som ett pulver. Detta skulle dock inte vara lönsamt för alla massabruk, då alla inte får ett överskott av lignin.
Massabruk använder idag ligninet till olika saker som att producera förnybar el, sälja till pelletsföretag som använder ligninet som lim i sina produkter. Det bedrivs även forskning på annat håll om att använda lignin för tillverkning av till exempel kolfiber med mera, som beskrivs i kapitel 1.1.2. Värt att notera utifrån detta är att det inte bara är som biodrivmedel lignin skulle kunna användas utan många fler saker än så. Lignin är ett ämne som på grund av sin kemiska struktur och höga energivärde går att göra mycket med. Många alternativ är intressanta och det bör hållas i åtanke ifall lignin av någon anledning inte skulle fungera på marknaden som biodrivmedel. Då det är en restprodukt är det bara bra om det kommer till nytta någonstans, helst det mest optimala.
För framtida arbete skulle en liknande frågeställning kunna användas utan avgränsningen att enbart granska den Svenska skogsindustrins rester. Vid ett senare arbete skulle antagligen forskningen ha kommit längre och fler siffror och mer konkret fakta skulle finnas att tillgå.
6 Litteraturförteckning
Aftonbladet, 2000. Så här gör du en intervju. Aftonbladet, 5 April.
Allt om Vetenskap , 2006. Etanol, vad är det?. Allt om Vetenskap , 02 10, Issue 10.
Arkin, 2015. Jellinek.se. [Online]
Available at: http://www.jellinek.nl/brain/
[Använd 18 April 2015].
Backlund, B. & Nordström, M., u.d. Nya produkter från skogsråvara - En översikt av läget 2014, 2014: Innventia.
Berglin, N. & Von Schenck, A., 2017. Forest Jet - Hållbar produktion av flygbränsle i SVerige med biokemiska metoder, u.o.: NiNa Innovation AB.
Bergqvist, S., u.d. Preem. [Online]
Available at: http://preem.se/om-preem/insikt-kunskap/gronare-drivmedel/lignin-ar- framtidens-ravara/
[Använd 25 Januari 2018].
Bio Innovation, u.d. Bio Innovation. [Online]
Available at: http://www.bioinnovation.se/projekt/bioli2-0-fran-lignin-till-biobaserade- drivmedel-och-kemikalier/
[Använd 4 Februari 2018].
BioLi2.0, 2017. BioLi2.0. [Online]
Available at: https://www.bioinnovation.se/wp-content/uploads/2016/09/bioli- orgschema.pdf
[Använd 6 Maj 2018].
Central Intelligence Agency, 2016. CIA World Factbook. [Online]
Available at: https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook/geos/xx.html [Använd 05 Mars 2018].
Chef, 2008. SWOT-analys. Chef, 04 02.
Dallmeyer, I., Chowdhury, S. & F.Kadla, J., 2013. Preparation and Characterization of Kraft Lignin-Based Moisture-Responsive Films with Reversible Shape-Change Capability. Advanced Biomaterials Chemistry.
Dolling, A., 2004. SkogsSverige. [Online]
Available at: https://www.skogssverige.se/vad-ar-lignin-for-nagot [Använd 1 Maj 2018].
Eberson, L., u.d. www.ne.se. [Online]
Available at: http://www.ne.se/uppslagsverk/encyklopedi/lång/alkoholer [Använd 13 April 2018].
