V¨atgas som biprodukt – En Aff¨ar? ¨Ar v¨atgas som biprodukt fr˚an kemisk industri l¨onsam att anv¨anda som drivmedel ur kostnads– och milj¨operspektiv?

Ar v¨atgas som biprodukt fr˚ ¨ an kemisk industri l¨onsam

att anv¨anda som drivmedel ur kostnads– och

milj¨operspektiv?

Skrivet av:

Alycia Sundqvist Albert Petersson

Kandidatexamensarbete

KTH–Skolan f¨or Industriell Teknik och Management Energiteknik EGI–2017

SE–10044 STOCKHOLM

V¨ atgas som biprodukt – En Aff¨ ar?

Hydrogen as a by-product – A business idea?

Alycia Sundqvist Albert Petersson

Approved Examiner Supervisor

Peter Hagstr¨om Thomas Nordgreen Commissioner Contact person

As global greenhouse gas (GHG) emissions are continuingly rising, the need for action to reduce these emissions is of importance. The transportation sector is responsible for a large share of the total emissions and is heavily fossil fuel dependent. Therefore, new alternatives for fuel are being evaluated as part of reaching emission-free transport in the future. One of the fuels with the potential of having a zero-carbon footprint is hydrogen gas. When reacted with oxygen in a fuel cell, hydrogen gas can generate electricity, which can be used to power vehicles and has no direct emissions other than water. If the production of hydrogen is made without emissions, the whole cycle is emission free. This could be a solution in reaching a highly reduced carbon-footprint from vehicles.

As of today, a large amount of hydrogen is formed as a byproduct from chemical industries, a source which many times remains unused. The purpose of this thesis is to answer the question regarding if hydrogen would be economically and environmentally sustainable to use as fuel for vehicles. According to the literature found, the infrastructure and the number of cars fueled by hydrogen gas in Sweden today is low, which restrains the use of hydrogen for a broader market.

A review of the chemical industry in Sweden today has been completed, leading to a specific study of Inovyns chloride factory in Stenungsund and the possibilities of selling their hydrogen.

The industry produces 237 tons of hydrogen gas as by-product each year, and 167 tons are sold to a nearby industry. In addition to this, 2515 tons are re-used as fuel gas in the said production.

The economic incentives have been evaluated using the payback-method. The environmental effects have been analyzed by quantifying the reduced GHG emissions each year if the hydrogen is used in hydrogen cars instead of fossil fueled cars and busses.

The results show a great potential in using hydrogen as a by-product from both perspectives analyzed. Therefore, we recommend to further investigate this area and specifically researching the need of purifying the gas and costs of this, as well as costs of handling and compressing the gas.

D˚a utsl¨appen av v¨axthusgaser ¨okar globalt beh¨ovs ˚atg¨arder f¨or att minska dessa. Transport- sektorn st˚ar f¨or en stor del av de totala utsl¨appen och ¨ar dessutom i h¨og grad fossilberoende.

Nya drivmedel utv¨arderas som kan bidra till en emissionsfri transportsektor i framtiden. V¨atgas

¨ar ett s˚adant drivmedel med potential att vara helt emissionsfritt. Denna kan l˚atas reagera med syre i en br¨anslecell f¨or att generera elektricitet och d¨armed driva ett fordon. Detta medf¨or inga andra avgaser ¨an vatten. Om produktionen av v¨atgasen kan ske utan utsl¨app, inneb¨ar det ett stort steg mot kraftigt minskade v¨axthusgasutsl¨app fr˚an fordon.

I dagsl¨aget bildas en stor m¨angd v¨atgas fr˚an kemiska industrier som idag g˚ar f¨orlorad.

Syftet med detta arbete har varit att utv¨ardera om denna v¨atgas skulle vara ekonomiskt och milj¨om¨assigt h˚allbar att anv¨anda i fordon. Enligt den litteraturstudie som genomf¨orts ¨ar infrastrukturen och m¨angden bilar som drivs p˚a v¨atgas i Sverige idag v¨aldigt liten, vilket ¨ar ett hinder f¨or anv¨andning av v¨atgas i fordon.

En kartl¨aggning av Sveriges kemiska industrier har genomf¨orts f¨or att senare utv¨ardera en specifik industri – Inovyns klorfabrik i Stenungssund– och dess m¨ojligheter att s¨alja den v¨atgas som bildas som biprodukt. Klorfabriken producerar 237 ton v¨atgas som biprodukt varje ˚ar och s¨aljer 167 ton till en n¨arliggande industri. Ytterligare 2515 ton v¨atgas bildas i industrin som

˚ateranv¨ands i de kemiska processerna. De ekonomiska incitamenten f¨or detta har analyserats med paybackmetoden. De milj¨om¨assiga vinsterna har analyserats i en kvantifiering av minskade CO₂–utsl¨app vid anv¨andning av v¨atgasen i personbilar och bussar.

Arbetet visar att det kan finnas stor potential i att anv¨anda v¨atgas som biprodukt ur b˚ada de analyserade perspektiven, varf¨or framtida, ytterligare unders¨okning av omr˚adet ¨ar relevant.

Framtida arbete som rekommenderas b¨or syfta till att unders¨oka kostnader och behov av rening av gasen och ¨aven kostnader och alternativ f¨or hantering och komprimering av gasen.

Inneh˚ allsf¨ orteckning

Tabellf¨orteckning vii

Figurf¨orteckning viii

Nomenklatur ix

1 Introduktion 1

2 Bakgrund 2

2.1 Br¨anslecellen . . . 5

2.2 Energiinneh˚all i br¨anslen . . . 7

2.3 V¨atgasens infrastruktur och transport . . . 8

2.4 Lagring och Kostnader . . . 11

3 Syfte och M˚al 14 4 Modell och Metod 15 4.1 Avgr¨ansningar och antaganden . . . 16

4.1.1 Antaganden Kostnadsanalys . . . 17

4.1.2 Antaganden Milj¨oanalys . . . 17

4.1.3 Antaganden K¨anslighetsanalys . . . 17

5 Kartl¨aggning av v¨atgas som biprodukt 18 5.1 Var finns industrierna . . . 19

5.2 De olika industrierna . . . 20

6 Utv¨ardering av Klor–alkalifabrik 22 6.1 Kostnadsanalys . . . 22

6.1.1 Payback metoden . . . 24

6.2 Milj¨oanalys . . . 24

7 Resultat och Diskussion 26

8 K¨anslighetsanalys 29

9 Slutsatser 32

10 Framtida Arbete 33

Bilagor 34

A Bilaga A 35 A.1 Gr¨ansv¨arden f¨or renligheten hos v¨atgas . . . 35

B Bilaga B 36

B.1 Ber¨akningar f¨or Kostnads analysen . . . 36

C Bilaga C 39

C.1 Ber¨akningar f¨or Milj¨oanalysen . . . 39

D Bilaga D 41

D.1 Ber¨akningar f¨or K¨anslighetsanalysen . . . 41

E Bilaga E 43

E.1 Projektplan . . . 43

Litteraturf¨orteckning 46

Tabellf¨ orteckning

2.1 Specifikationer v¨atgasfordon baserat p˚a (Signell, 2016; Myhr, 2017),(www., V¨atgas

Sverige, 2017b; Hyundai, 2017; G¨oteborgs Sp˚arv¨agar, 2017) . . . 4

2.2 Energidensitet f¨or olika drivmedel baserat p˚a (www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2016; Energy Density Of Hydrogen, 2005; U.S. Department of Energy, 2016) . . . 7

2.3 Kostnadsl¨age f¨or olika typer av lagringar baserad p˚a (Wallmark et al., 2014) . . . 8

2.4 Specifika egenskaper naturgas (www., U.S. Department of Energy, 2016; Statistiska Centralbyr˚an, 2017; U.S. Energy Information Agency, 2016) . . . 8

2.5 Kostnad olika scenarion med r¨orledningar (Hovsenius och Haegermark, 2005) . . 9

2.6 Effektiv Leverans baserad p˚a (www., V¨atgas, 2009) . . . 10

2.7 Energi˚atg˚ang f¨or olika typer av lagringar baserad p˚a (Wallmark et al., 2014) . . . 11

2.8 Priser olika drivmedel (www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2017; Nyteknik, 2015) . . . 12

2.9 Utsl¨app fr˚an br¨anslen i personbilar och bussar (Wallmark et al., 2014; Ahlvik och Eriksson, 2015),(www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2016) . . . 13

6.1 Sammanst¨allning av v¨arden . . . 23

7.1 ˚Aterbetalningstid [˚ar] . . . 26

7.2 Bil och busstr¨ackor . . . 27

7.3 Utsl¨appsminskning per ˚ar resultat . . . 27

8.1 ˚Aterbetalningstid andra v¨arden . . . 29

8.2 Antal fordon i Stenungsund och V¨astra G¨otaland 2050 (www., Myhr och Johansson, 2017; Svahn och Johansson, 2017) . . . 30

8.3 Antal fordon i Stenungssund och V¨astra G¨otaland 2016 (www., Myhr och Johansson, 2017; Svahn och Johansson, 2017) . . . 30

8.4 Payback gradvis ¨okning av FCEV-flottan [˚ar] . . . 30

B.1 ˚Arliga kostnader . . . 38

B.2 Investeringskostnader och int¨akter . . . 38

B.3 ˚Aterbetalningstid, payback [˚ar] . . . 38

C.1 F¨orbrukningsv¨arden per personkilometer . . . 39

C.2 Bil och busstr¨ackor . . . 39

C.3 Utsl¨appsminskning olika scenarion [ton] . . . 40

C.4 Energi och utsl¨app naturgas som anv¨ands som br¨anngas . . . 40

Figurf¨ orteckning

2.1 F¨ordelning av v¨atgasproduktion baserad p˚a (Karlsson, 2001) . . . 2

2.2 Br¨anslecellen (www., V¨atgas Sverige, 2017a) . . . 5

2.3 Energidensitet f¨or br¨anslen (www., U.S. Energy Information Agency, 2013) . . . 7

2.4 Karta ¨over tankstationer baserad p˚a (www., V¨atgas, 2009; Synergier v¨atgas och biogas–Biogastinget 2015, 2015) . . . 10

5.1 Kartl¨aggning av kemiska industrier Sverige (Mossberg, 2013) . . . 19

5.2 Schema ¨over f¨oretag Stenungsund (Borealis AB och Fr¨oberg, 2014) . . . 20

5.3 Schematisk bild ¨over klorproduktion (Inovyn och Rogestedt, 2017) . . . 21

A.1 Gr¨ansv¨arden f¨or renlighet i v¨atgas (U.S. Energy Information Agency, 2013) . . . 35 D.1 Sammanst¨allning av ber¨akningar d˚a Inovyn s¨aljer till en gradvis ¨okande konsumtion 42

Nomenklatur

KEMISKA BETECKNINGAR

Ben¨amning Tecken

Syrgas O2

V¨atgas H2

Protoner H⁺

Elektroner e⁻

Vatten H2O

Natriumklorid NaCl

Natriumhydroxid NaOH

Klorgas Cl2

EU standard dieselolja EN 590

Koldioxid CO2

SYMBOLER

Ben¨amning Enhet

Kilowattimme kW h

Megawattimme MW

Kubikmeter m³

Kilmeter km

Tonkilometer ton km

Gram kolidoxid g CO₂

Bar bar

Investering G

Inbetalnings¨overskott a

F ¨ORKORTNINGAR

Ord F¨orkortning

Best Available Techniques BAT

Fuel Cell FC

Fuel Cell Electric Vehicle FCEV Polymer Electrolyte Membrane PEM

Alkaline Fuel Cell AFC

Phosphoric Acid Fuel Cell PAFC Molten Carbonate Fuel Cell MCFC Solid Oxide Fuel Cell SOFC

Polyvinyl Chloride PVC

Europeiska Unionen EU

Compressed Natural Gas CNG

Svenska Kronor SEK

Miljoner Svenska Kronor M SEK

Green House Gas GHG

1. Introduktion

V¨arlden st˚ar inf¨or en gemensam utmaning i att minska sina utsl¨app av koldioxid. Den nuvarande trenden ¨ar inte h˚allbar globalt och skulle leda till f¨ordubblade utsl¨app till 2050 och ett fortsatt beroende av fossila br¨anslen. Med utg˚angspunkt i detta diskuteras en m¨angd olika ˚atg¨arder f¨or att minska detta beroende och v¨anda trenden (K¨orner et al., 2015). De br¨anslen som anv¨ands i transportsektorn i Sverige idag ¨ar i stor utstr¨ackning fossila (Svahn, 2017). D¨arf¨or utreds idag hur denna sektor skulle kunna g¨oras mer oberoende av fossila br¨anslen f¨or att minska dess emissioner av v¨axthusgaser. F¨or att uppn˚a detta kommer det kr¨avas olika typer av nya, f¨ornybara drivmedelsslag. V¨atgas har lyfts fram som ett alternativ, vilket kan anv¨andas som br¨ansle i br¨ansleceller f¨or att driva fordon. Detta medf¨or inga direkta avgaser och anses d¨armed ha stor potential f¨or att skapa en emissionsfri fordonsflotta i framtiden (Wallmark et al., 2014).

Utsl¨appen fr˚an dessa fordon best˚ar endast av vatten och det finns produktionsmetoder f¨or v¨atgas som inte heller medf¨or n˚agra utsl¨app (www., V¨atgas, 2009).

V¨atgas bed¨oms ha stor potential eftersom det kan fungera som en energib¨arare som kan f˚a in mer f¨ornybara energislag i energisystemet. Emellertid finns idag fortfarande en del hinder f¨or en bredare anv¨andning av v¨atgas i energisystemet, varav ett av dessa ¨ar fungerande produktion av v¨atgas med l˚ag klimatp˚averkan. D¨armed beh¨ovs fler insatser f¨or att kunna producera v¨atgas i st¨orre m¨angd och p˚a ett mer h˚allbart s¨att (K¨orner et al., 2015). I dagsl¨aget ¨ar de mest mogna s¨atten att producera v¨atgas framf¨orallt genom ˚angreformering av kolv¨aten eller genom elektrolys av vatten (www., My Fuel Cell, 2015). Dock skapas en relativt stor m¨angd v¨atgas ¨aven som biprodukt fr˚an olika kemiska industrier. Mycket av denna facklas i dagsl¨aget bort eller sl¨apps ut.

Denna utsl¨appta v¨atgas skulle kunna anv¨andas till att driva br¨anslecellsbilar, vilket eventuellt skulle kunna minska utsl¨appen fr˚an transportindustrin utan att n˚agon ny produktion f¨or detta beh¨over byggas ut (privat kommunikation Wiberg, 2017). Om detta ¨ar l¨onsamt och om det skapar mindre utsl¨app ber¨ors i denna rapport.

2. Bakgrund

De f¨orsta dokumenterade uppt¨ackterna av v¨atgas kom redan p˚a 1500–talet av alkemisten Paracelsus. Det dr¨ojde dock till 1766 innan observationerna f¨oljdes upp och Henry Cavendish krediteras uppt¨ackten (www., Royal Society of Chemistry, 2016). V¨atgas ¨ar det vanligaste grund¨amnet, men ¨ar ofta bundet i n˚agon form, vanligtvis till syre. (www., Energimyndigheten, 2014). N¨ar v¨ate och syre f˚ar reagera med varandra avges mycket energi. Av denna anledning anses v¨ate vara en bra energib¨arare. D˚a v¨atgas anses vara en outt¨omlig resurs, ¨okar intresset f¨or dess till¨ampningar som br¨ansle, till skillnad fr˚an fossila br¨anslen.

Totalt i v¨arlden produceras 44 000 ton v¨atgas per ˚ar, vilket motsvarar 2 % av den totala energianv¨andningen i v¨arlden (J¨onsson et al., 2006). Det finns flera olika s¨att att tillverka v¨atgas, de fyra vanligaste metoderna ¨ar ˚angreformering, krackning, bi-produkt och elektrolys.

V¨atgasen i sig har ingen egentlig milj¨op˚averkan d˚a den bara best˚ar av v¨atemolekyler. Det finns v¨atgas som inneh˚aller andra komponenter,exempelvis metangas, det ¨ar d˚a dessa som st˚ar f¨or utsl¨appen av v¨axthusgaser. V¨atgasens milj¨op˚averkan beror ist¨allet p˚a vilket s¨att v¨atgasen ¨ar producerad och hur elektriciteten som anv¨ands ¨ar framst¨alld (K¨orner et al., 2015). D˚a v¨atgasen fungerar som en energib¨arare ligger milj¨oavtrycket hos den energi som anv¨ands f¨or att producera den, d.v.s. elektrolysen av vatten eller ˚angreformeringen av naturgas. Figur 2.1 beskriver hur f¨ordelningen av produktionen av v¨atgas ¨ar f¨ordelad mellan de olika metoderna i Sverige. Ur figuren utl¨ases det att 19 % av v¨atgasproduktionen ¨ar fr˚an bi-produktion vilken d¨armed utg¨or en signifikant del av total produktion varje ˚ar.

Figur 2.1: F¨ordelning av v¨atgasproduktion baserad p˚a (Karlsson, 2001)

– Elektrolys

V¨atgas kan produceras industriellt genom att anv¨anda elektrolys. En vattenmolekyl delas med energi utifr˚an upp i sina best˚andsdelar syre och v¨atgas. Denna energi kan sedan frig¨oras i br¨anslecellen d¨ar best˚andsdelarna reagerar (www., My Fuel Cell, 2015). D¨armed blir v¨atgasen en energib¨arare, vilken ¨overf¨or energi fr˚an kraftproduktion till fordon eller andra till¨ampningar (K¨orner et al., 2015). Elektrolys ¨ar den metod som potentiellt har minst klimatavtryck givet att den el som anv¨ands f¨or elektrolysen ¨ar fr˚an f¨ornyelsebar energi. Forskning p˚ag˚ar f¨or att ¨oka effektiviteten av denna metod d˚a den idag ¨ar kostsam och f¨orlusterna uppg˚ar till ca 30–40 % (V¨atgas Sverige et al., 2013).

– ˚Angreformering av kolv¨aten

V¨atgasen framst¨alls genom att l˚ata vatten reagera med kolv¨aten. Vanligt f¨orekommande

¨ar att ˚angreformera naturgas. Naturgasen reageras med vatten˚anga under mycket h¨oga temperaturer vilket bildar kolmonoxid och v¨atgas. D¨arefter kan kolmonoxiden reagera med ytterligare vatten f¨or att bilda ¨annu mer v¨atgas. ˚Angreformering av naturgas bidrar till utsl¨app av koldioxid och naturgas ¨ar dessutom ett fossilt br¨ansle. Dock ¨ar det mer resurseffektivt eftersom energiframst¨allningen av v¨atgas genom˚angreformering kombinerat med anv¨andning av denna i br¨anslecell har h¨ogre verkningsgrad ¨an f¨orbr¨anning av fossila br¨anslen. (www., My Fuel Cell, 2015)

– Krackning

Krackning ¨ar en metod som anv¨ands fr¨amst i raffinaderier f¨or att producera bensin, d¨ar v¨atgas bildas som en biprodukt. Vid denna metod f˚ar bensinen ett h¨ogt oktantal.

Detta g¨or att br¨anslet t˚al tryck och v¨arme b¨attre, vilket ¨okar m¨ojligheten att utnyttja energiinneh˚allet maximalt. I processen s¨onderdelas kolv¨aten till nya kolv¨aten d¨ar antalet kolatomer reducerats. Katalysatorer kan anv¨andas f¨or att p˚askynda reaktionen. (Karlsson, 2001)

– Experimentella metoder

Idag finns det ¨aven ett antal alternativa s¨att att producera v¨atgas, av vilka m˚anga

¨ar i ett forsknings– och experimententstadie. Exempel p˚a detta ¨ar att anv¨anda sig av cyanobakterier eller artificiell fotosyntes. (www., My Fuel Cell, 2015)

V¨atgas anv¨ands i dagsl¨aget inom ett flertal sektorer och industrier. Dessa kan delas in fyra huvudomr˚aden (Ramachandran och Menon, 1998):

– I hydrogenereringsprocesser – v¨atgas anv¨ands som en reaktant f¨or att sl˚a s¨onder kolv¨aten och ta bort svavel– och v¨atef¨oreningar. Detta f¨orekommer mest frekvent inom kemi– och petroleumindustrin d¨ar st¨orst produktion sker vid framst¨allning av ammoniak (50 %), petroleum (37 %) och metanol (8 %).

– Som en renh˚allare av syrgas (O2) – f¨or att motverka oxidation och korrosion genom att p˚a kemisk v¨ag ta bort alla sp˚ar av O₂.

– Som br¨ansle i raketmotorer inom rymdindustrin d¨ar v¨atets h¨oga effektivitet vid f¨orbr¨anning utnyttjas. Denna faktor har ¨aven ¨okat intresset f¨or v¨ate som transportbr¨ansle i civila fordon.

– Som kylmedel i elgeneratorer d¨ar v¨atets l˚aga viskositet och andra egenskaper utnyttjas.

V¨atgas som drivmedel har p˚a senare tid uppm¨arksammas allt oftare. Behovet av att ha en fordonsflotta oberoende av fossila br¨anslen uppm¨arksammas b˚ade ur milj¨o– och resurssynpunkt.

Det skapar incitament f¨or biltillverkare, myndigheter, bolag och andra intressenter med p˚averkan p˚a infrastrukturen att v¨alja satsningar p˚a detta nya segment av drivmedel (Wallmark et al., 2014). Vid anv¨andning av v¨atgas som br¨ansle anv¨ands det vanligtvis i en br¨anslecell. Denna anv¨ander en reaktion d¨ar v¨atgas reagerar med syre och skapar vatten som avgas. I br¨anslecellen h˚alls v¨atet och syret avskiljt f¨or att sedan reagera i ett gemensamt rum. Detta skapar en kemisk reaktion som avger energi ( ¨Osterberg, 1987). Vidare beskrivning av hur br¨anslecellen fungerar redog¨ors i avsnitt 2.1.

Intresset f¨or v¨atgas som drivmedel har ¨okat och idag finns det ett flertal fordonstillverkare som tillverkar fordon d¨ar v¨atgas anv¨ands som drivmedel – antingen prim¨art eller som del i en hybrid. I mindre skala anv¨ands det i bussar i dagsl¨aget. P˚a fem ˚ars sikt bed¨oms v¨atgasbilarna utg¨ora i storleksordningen ett par hundratusen enheter i Europa (K¨orner et al., 2015). I Sverige idag finns ett relativt litet antal bilar som drivs p˚a v¨atgas. Det handlar p˚a sin h¨ojd om en handfull bilar som nyregistreras varje ˚ar. ˚Ar 2016 sattes rekord i antalet nyregistrerade v¨atgasbilar – 23 stycken. ˚Aren dessf¨orinnan var samma siffra fyra och tre stycken (Svahn, 2017). I ett positivt scenario bed¨oms att hela fordonsflottan b¨or kunna drivas av v¨atgas ˚ar 2050 (Hovsenius och Haegermark, 2005).

Idag finns det p˚a marknaden ett antal olika bilar som drivs med hj¨alp av br¨ansleceller. ˚Ar 2016 ¨ar r¨ackvidden f¨or de kommersiellt mest mogna Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV) 594 km, vilket bed¨oms vara relativt h¨ogt f¨or en br¨anslecellsbil (Signell, 2016). Detta kan j¨amf¨oras med elbilen Tesla model S vars r¨ackvidd ¨ar 500 km. Emellertid best˚ar problemet f¨or FCEV-bilar idag med bristen p˚a tankstationer ¨overlag och framf¨orallt infrastruktur f¨or tankning av v¨atgasbilar generellt (Wallmark et al., 2014). Specifikationer f¨or v¨atgasbil och v¨atgasbuss har sammanst¨allts i tabell 2.1 nedan:

Tabell 2.1: Specifikationer v¨atgasfordon baserat p˚a (Signell, 2016; Myhr, 2017),(www., V¨atgas Sverige, 2017b; Hyundai, 2017; G¨oteborgs Sp˚arv¨agar, 2017)

Specifikationer Hyundai ix35 V¨atgasbuss

F¨orbrukning [kg/km] 0,0095 0,065

Passagerare 4 82 [34 sitt, 48 st˚a]

F¨orbrukning per personkilometer 0,002375 0,00079 Genomsnittlig k¨orstr¨acka [mil] 1 224 5 696

2.1 Br¨ anslecellen

Br¨ansleceller har anv¨ants under hela 1900-talet, d¨aremot har inte v¨atgas anv¨ants som br¨ansle i dessa under lika l˚ang tid (www., V¨atgas Sverige, 2017a). En br¨anslecell fungerar i huvudsak genom att ett elektrolytmaterial som ¨ar inte ¨ar ledande ¨ar fastkilat mellan de tv˚a elektroderna, anoden och katoden. Br¨anslet och oxidanten f¨orses i j¨amnt fl¨ode till respektive anod- och katodsidorna. Det bryts ned i joner och elektroder vid anodsidan, de fria elektroderna som alstras h¨ar str¨ommar sedan ¨over till katodsidan via en yttre elektrisk krets. H¨ar ˚aterbildas jonerna med oxidanten f¨or att bilda rent vatten (Pollet et al., 2014). Hur reaktionen i en br¨anslecell sker rent kemiskt ¨ar beskrivet enligt formlerna 2.1, 2.2 och 2.3 som f¨oljer nedan.

Anod reaktion

2H2= 4H⁺+ 4e⁻ (2.1)

Katod reaktion

O₂+ 4H⁺+ 4e⁻= 2H2O (2.2)

Total reaktion

2H2+ O2= 2H2O (2.3)

D¨ar H2 = v¨atgas, H⁺= proton, e⁻= elektron och H2O = vatten

En ensam br¨anslecell ger ca 0,7 Volt sp¨anning. D¨arf¨or s¨atts vanligtvis flera enskilda celler samman till en s.k. ”stack” f¨or att uppn˚a en h¨ogre sp¨anning. En br¨anslecellsbil drivs d¨armed av en elmotor (www., V¨atgas Sverige, 2017a). Figur 2.2 visar en enklare schematisk bild ¨over br¨anslecellen. Br¨anslecellens livsl¨angd vid anv¨andande av v¨atgas som br¨ansle ¨ar beroende av

¨amnets renlighet. Om v¨atgasen inneh˚aller orenheter ¨ar det risk att katalysatorn bryts ner.

D¨arf¨or ¨ar det viktigt att v¨atgasen som anv¨ands har r¨att kvalitet (Murugan och Brown, 2015).

Figur 2.2: Br¨anslecellen (www., V¨atgas Sverige, 2017a)

Br¨anslecellen kan anv¨andas f¨or att producera energi f¨or andra till¨ampningar ¨an specifikt transportindustrin. Exempel p˚a s˚adana ¨ar br¨anslecellskraftverk som finns i bl.a. Sydkorea, d¨ar ett st¨orre antal br¨ansleceller ”stackats” tillsammans f¨or att kunna producera el. En annan till¨ampning ¨ar som reservkraft i samh¨allsviktiga funktioner, t.ex. sjukhus, ifall det skulle uppst˚a problem med den ordinarie elf¨ors¨orjningen (Ridell, 2010). Olika typer av applikationer anv¨ander olika typer av br¨ansleceller. Vilken typ av br¨anslecell som v¨aljs beror p˚a vad applikation ¨ar t¨ankt att anv¨andas till. Flera faktorer p˚averkar vilken typ av cell som ¨ar mest l¨amplig f¨or en s¨arskild anv¨andning.

En av de f¨orsta typerna av br¨ansleceller som anv¨andes i bredare bem¨arkelse ¨ar Alkaliska br¨ansleceller (AFC). Dessa anv¨ander ett alkaliskt membran ist¨allet f¨or ett surtmembran. De har h¨og effektivitet men har relativt l¨att att p˚averkas av koldioxid, vilket ¨aven i sm˚a m¨angder kraftigt kan f¨ors¨amra cellens prestanda. AFC-celler beh¨over ocks˚a operera vid h¨ogre temperaturer och hamnar d¨arf¨or i regel efter proton exchange membrane (PEM) br¨ansleceller i prestanda. Dessa celler anv¨andes och anv¨ands i stor utstr¨ackning i USA:s rymdprogram. (www., Energy.gov, 2016) Personbilar eller bussar anv¨ander vanligtvis PEM-celler och kan k¨oras med v¨atgas som br¨ansle. Ut¨over detta kr¨aver de bara syre, vilka reagerar och reaktionen bildar vatten som biprodukt. Dessa br¨ansleceller ¨ar f¨ordelaktiga att anv¨anda i bilar eftersom de ¨ar relativt l¨atta och kr¨aver mindre utrymme j¨amf¨ort med andra typer av br¨ansleceller. Dessutom har de en driftstemperatur p˚a ca 80^◦C, vilket kan betraktas som l˚agt i sammanhanget. Den l˚aga tempera- turen minskar uppv¨armningsbehovet f¨or cellen. Detta g¨or att exempelvis en bil kan starta vid l¨agre temperaturer. Dessutom blir slitaget p˚a delarna i cellen mindre vid anv¨andning i l¨agre temperaturer. Emellertid kr¨aver en PEM-cell en ¨adelmetall som katalysator f¨or att fungera.

Vanligtvis anv¨ands platina vilket ¨ar en s¨allsynt och dyr metall. Dessutom ¨ar PEM-cellen relativt k¨anslig mot f¨ororeningar som kan finnas i v¨atgasen den drivs p˚a, framf¨orallt kolmonoxid (www., Energy.gov, 2016). I detta skiljer sig br¨anslecellsdrivna bilar fr˚an regulj¨ara petroleumdrivna bilar med f¨orbr¨anningsmotor, vilka inte kr¨aver lika h¨og renhetsgrad (Murugan och Brown, 2015).

Idag finns en standard, satt av International Organization for Standardization (ISO), som stipulerar renheten som kr¨avs f¨or att f˚a anv¨anda v¨atgas i en br¨anslecell. P˚a ISOs hemsida f¨orklaras detta (International Organization for Standardization, 2012):

”ISO 14687-2:2012 specifies the quality characteristics of hydrogen fuel in order to ensure uniformity of the hydrogen product as dispensed for utilization in proton exchange membrane (PEM) fuel cell road vehicle systems.”

Det finns olika gr¨ansv¨ardena som ¨ar definierade f¨or renhetsgraden hos v¨atgas. De varierar dessutom beroende p˚a vilken typ av renlighetsklass det g¨aller, f¨or mer detaljerad information se Bilaga A.1. Det finns som synes en rad olika ¨amnen som kan vara inblandade i v¨atgasen. D¨arf¨or kr¨avs avancerade metoder f¨or att uppt¨acka dessa. Olika inblandade ¨amnen i v¨atgasen p˚averkar br¨anslecellen p˚a olika vis. Det ¨ar inte givet att varje ¨amne har likv¨ardig negativ inverkan f¨or den ber¨orda br¨anslecellen. (Murugan och Brown, 2015)

2.2 Energiinneh˚ all i br¨ anslen

Energiinneh˚allet i br¨anslet p˚averkar hur mycket volym det tar upp i fordonet och hur l˚angt det kan drivas av detta. Det vanligaste br¨anslena som anv¨ands i fordon idag ¨ar petroleumbr¨anslen s˚asom bensin och diesel. Personbilar drivs till en stor del av bensin eller diesel. F¨or lastbilar och bussar ¨ar majoriteten dieseldrivna (Svahn, 2017; Sundbergh et al., 2016). Tabell 2.2 visar en j¨amf¨orelse mellan bensin, diesel och v¨atgas densitet, energidensitet per volymenhet och energidensitet per viktenhet. V¨atgasen karakt¨ariseras av en mycket l˚ag densitet per volym j¨amf¨ort med bensin och diesel, medan energidensiteten per vikt ¨ar h¨ogre.

Tabell 2.2: Energidensitet f¨or olika drivmedel baserat p˚a (www., Svenska Petroleum &

Biodrivmedel Institutet, 2016; Energy Density Of Hydrogen, 2005; U.S. Department of Energy, 2016)

Br¨ansle Energidensitet [kW h/m³] Energidensitet [kW h/kg] Densitet [kg/m³]

Bensin [utan etanol] 9 100 12,13 750

Diesel [EU diesel, EN 590] 9 950 11,85 840

V¨atgas 2,997 33,3 0,09

Vanligt ¨ar att energidensitet m¨ats per enhet massa, eller per volymenhet. Beroende p˚a br¨anslets egenskaper kommer det kr¨ava olika l¨osningar f¨or att lagras i n˚agon form av mobil transport. Figur 2.3 visualiserar hur olika vanligt f¨orekommande br¨anslen f¨orh˚aller sig till varandra avseende parametrarna volymdensitet och massdensitet. Dessa parametrar p˚averkar i sin tur hur bilens lagringsm¨ojligheter f¨or br¨ansle ser ut. Exempelvis g¨or stora volymer lagring f¨or br¨ansle att mindre utrymme kan ges till frakt f¨or passagerare eller gods. (www., U.S. Energy Information Agency, 2013)

Figur 2.3: Energidensitet f¨or br¨anslen (www., U.S. Energy Information Agency, 2013)

Bensin och diesel ¨ar br¨anslen som befinner sig relativt n¨ara det ¨ovre h¨ogra h¨ornet i det diagram som visar p˚a energiinneh˚all beroende p˚a vikt och volym. Det inneb¨ar att dessa br¨anslen framf¨orallt kr¨aver mindre volym vid lagring (www., U.S. Energy Information Agency, 2013). D˚a v¨atgas upptar stor volym kr¨avs l¨osningar f¨or att komprimera denna f¨or att kunna lagra den i fordon. ¨Aven komprimerad v¨atgas har synnerligen h¨ogt energiinneh˚all per viktenhet, samtidigt som energiinneh˚allet per volymenhet ¨ar mycket l˚agt. Samtidigt kr¨avs energi f¨or att komprimera gasen (Wallmark et al., 2014),(www., U.S. Energy Information Agency, 2013).

V¨atgas i v¨atskeform har mer energi per volymenhet. Ett problem med v¨atgas i v¨atskeform ¨ar dock att det kr¨avs stora m¨angder energi, dels f¨or sj¨alva komprimeringen av br¨anslet, men ¨aven att h˚alla br¨anslet vid erfordrad temperatur och tryck. I figur 2.3 sammanst¨alls hur l˚angt vanligt f¨orekommande de olika lagringsm¨ojligheterna ¨ar i dagsl¨aget. Denna visar att kostnadsl¨aget f¨or h¨ogtryckskomprimering och v¨atskekomprimering fortfarande ¨ar relativt h¨ogt och att dessa d¨arf¨or anv¨ands f¨or speciella applikationer d¨ar utrymmet ¨ar begr¨ansat (Wallmark et al., 2014).

Tabell 2.3: Kostnadsl¨age f¨or olika typer av lagringar baserad p˚a (Wallmark et al., 2014)

Teknikmognad Kostnadsl¨age

L˚agtryckslager [45 bar] Anv¨ands omfattande F¨ordelaktig l¨osning om mycket utrymme i industrin idag finns tillg¨angligt. Relativt billig

kompressionskostnad.

H¨ogtryckslager [300 bar] Anv¨ands omfattande Kr¨aver kraftigare gods och har h¨ogre i industrin idag kompressionskostnad ¨an tidigare.

Intressant vid begr¨ansade utrymmen f¨or lagring.

Flytande Anv¨ands omfattande V¨aldigt dyrt att f¨orv¨atska v¨atgas i i industrin idag dagsl¨aget d˚a det g˚ar ˚at mycket energi

under processen.

En annan f¨orekommande gas som anv¨ands som br¨ansle ¨ar naturgas, vilken ocks˚a kan anv¨andas f¨or att producera v¨atgas (Wallmark et al., 2014). Dess egenskaper beskriv i tabell 2.4.

Tabell 2.4: Specifika egenskaper naturgas (www., U.S. Department of Energy, 2016; Statistiska Centralbyr˚an, 2017; U.S. Energy Information Agency, 2016)

Br¨ansle Energidensitet [kW h/kg] Pris [SEK/kW h] Utsl¨app [gCO2/kW h]

Naturgas 13 0,33 180

2.3 V¨ atgasens infrastruktur och transport

Det finns olika s¨att att transportera v¨atgas. Generellt transporteras v¨atgasen, beroende p˚a omfattning, p˚a samma s¨att som m˚anga andra drivmedelsgaser s˚asom exempelvis naturgas.

Transport kan ske via pipelinesystem eller via mobila transporter.

N¨ar v¨atgas distribueras via mobila transporter sker detta framf¨orallt med lastbilar, t˚ag eller sj¨ofart. Den transporteras antigen komprimerad i gasform eller vid ¨annu h¨ogre tryck, i flytande form. Vilken typ av transport beror p˚a m¨angden som transporteras och vilken str¨acka den transporteras (Wallmark et al., 2014). F¨or v¨atgas ¨ar det vanligaste att transportera den i lastbilar eller tankbilar f¨or kortare transporter och distribution av l¨agre volymer (www., V¨atgas, 2009). En lastbil har en investeringskostnad p˚a ca 4 miljoner och kan transportera 117 kg v¨atgas per transport, det tillkommer ¨aven en r¨orlig kostnad p˚a 20 SEK/km (Adolfsson et al., 1999).

Idag drivs 97 % av de tunga lastbilarna f¨or transporter i Sverige p˚a diesel. Dessutom utg¨or bensindrivna enheter 1 procent av flottan, vilket g¨or att andelen bilar med f¨ornybart br¨ansle ¨ar relativt l˚ag (Sundbergh et al., 2016). En genomsnittlig tung lastbil har utsl¨app som ¨ar h¨ogre

¨an b˚ade t˚agtransporter och pipelinetransporter. M¨att i gram koldioxid per ton och km har en tung lastbilstransport utsl¨app p˚a strax under 200 gCO2/ton km (gram koldioxid per ton fraktat en kilometer), d¨ar motsvarande siffra f¨or t˚ag var ca 14,7 gCO₂/ton km och f¨or pipelines ¨annu l¨agre (McKinnon, 2008).

Ett alternativ f¨or storskalig transport av v¨atgas ¨ar att anv¨anda pipelines och d˚a sker transporten vanligtvis i gasform. Detta har en h¨og teknikmognad och en h¨og verkningsgrad.

En utmaning ¨ar att s˚adant distributionss¨att beror mycket p˚a lokala f¨orh˚allanden och kostnaden beror mycket p˚a hur stor ¨overf¨oringsm¨angden ¨ar, vilket inneb¨ar l˚aga kostnader f¨orst vid stora

¨overf¨oringsm¨angder (Wallmark et al., 2014). I Sverige finns idag inga st¨orre infrastruktursystem f¨or transport av v¨atgas som bygger p˚a r¨orledningar f¨or transport. Ett mindre exempel p˚a ett s˚adant ¨ar en kortare v¨atgasledning som str¨acker sig i Sandviken mellan AGA:s produktions- anl¨aggning f¨or v¨atgas och Sandvikens fabriker. I anslutning till fabrikerna finns d¨ar ¨aven en tankningsstation f¨or V¨atgasbilar (www., Sandvik, 2016). I Europa finns dock andra exempel p˚a s˚adana transportl¨osningar. Ett exempel ¨ar i Norge, i Porsgrunn d¨ar en pipeline anv¨ands f¨or att transportera v¨atgas som skapas som biprodukt i en n¨arliggande klorfabrik till tankstationen (Wallmark et al., 2014).

Enligt en rapport fr˚an Elforskningsmyndigheten kan kostnaden f¨or att transportera v¨atgas i r¨orledningar komma att bli dyrare ¨an att transportera annan gas, exempelvis naturgas, eftersom v¨atgasen har ett l¨agre energiinneh˚all per volymenhet. Kostnaden per kilo transporterad v¨atgas varierar beroende p˚a utnyttjandegrad och l¨angd. Enligt kalkylen som Elforskningsmyndigheten gjort, blir kostnaden enligt tabell 2.5.

Tabell 2.5: Kostnad olika scenarion med r¨orledningar (Hovsenius och Haegermark, 2005) Scenarion L¨angd[km] Kapacitet [ton/dygn] Utnyttjandegrad [procent] Kostnad [SEK/kg]

1 800 300 100 7

2 200 2,5 100 5

3* 200 2,5 10–100 8,6

4** 200 2,5 10–100 12,4

Kryotankbil 200 24 100 10,7

* I scenario 3 har det antagits att utnyttjandegraden ¨okar linj¨art under 10˚ars tid fr˚an 10 till 100 procent

** I scenario 4 har det antagits att utnyttjandegraden ¨okar linj¨art under 20˚ars tid fr˚an 10 till 100 procent

***F¨or j¨amf¨orelse har ¨aven kostnaden f¨or mobil flytande transport lagts in i tabellen

Tabell 2.6: Effektiv Leverans baserad p˚a (www., V¨atgas, 2009) Distributionss¨att Effektivt intervall [ton per dag]

Pipelines 50 - 300

Produktion p˚a plats 60 - 300 Tankbil flytande v¨ate 10 - 100

Tankbil gas 0 - 40

D˚a de olika distributionss¨atten kr¨aver olika stora investeringar och har olika r¨orliga kostnader blir priset i h¨og grad beroende av hur stor m¨angd v¨atgas som ¨ar t¨ankt att transporteras.

Kostnadseffektiv kapacitet f¨or olika transport och distributionsmetoder f¨or v¨atgas har av branschorganisationen V¨atgas Sverige sammanst¨allts i tabell 2.6.

Figur 2.4: Karta ¨over tankstationer baserad p˚a (www., V¨atgas, 2009; Synergier v¨atgas och biogas–Biogastinget 2015, 2015)

Tankningsstationer f¨or v¨atgas kan vara rena v¨atgasstationer eller inbyggda v¨atgaspumpar i befintliga tankningsstationer f¨or bilar med f¨orbr¨anningsmotorer. Transporten av gasen p˚averkar ocks˚a det avtryck det g¨or i milj¨on. Beroende p˚a om det transporteras via transporter p˚a v¨agn¨atet, genom r¨orledningar eller p˚a andra s¨att ger det indirekt upphov till olika m¨angd utsl¨app (K¨orner et al., 2015). I Sverige finns idag fyra tankningsstationer f¨or att tanka v¨atgas i v¨atgasbilar. Dessa ligger i Sandviken, Arlanda, Mariestad och G¨oteborg (www., V¨atgas Sverige,

planeras. Inom den kommande tre˚arsperioden planeras ytterligare ˚atta stationer byggas, de f¨orsta tv˚a i Stockholm och Malm¨o. P˚a l¨angre sikt beh¨over mer ¨an 130 v¨atgasstationer byggas runt om i landet. Det skulle inneb¨ara att fem procent av tankstationerna i landet erbjuder v¨atgas, vilket ¨ar en n¨odv¨andig grundniv˚a f¨or att f˚a fram ett landsomfattande v¨atgasn¨at (www., V¨atgas Sverige, 2017c).

En tankstation f¨or v¨atgas m˚aste uppfylla vissa krav som skiljer sig fr˚an traditionella bensin stationer (ISO, 2016). V¨atgas diffunderar synnerligen l¨att i luft och t.o.m. genom fasta material vid vissa f¨oruts¨attningar, men ¨aven genom att v¨atgas ¨ar mycket l¨attant¨andligt i kombination med luft (Wallmark et al., 2014).

En tankstation kan enkelt delas upp i tre huvudsakliga best˚andsdelar: Lager f¨or gasen, kompressor och dispenser. Stationerna byggs, i likhet med andra stationer som hanterar br¨ansle, med s¨akerhetsaspekten i stort fokus. Flera s¨akerhetsfunktioner m˚aste finnas, exempelvis m˚aste tankningen kunna avbrytas ifall ett l¨ackage i tankningen uppt¨acks. Sj¨alva anslutningen beh¨over vara helt t¨at till tanken p˚a v¨atgasbilen. Gasen beh¨over ¨aven kunna stiga fritt upp i luften f¨or att inte ansamlas p˚a ett st¨alle. ¨Overlag m˚aste slutna utrymmen undvikas i s˚a stor utstr¨ackning som m¨ojligt (ibid). Idag tar det i genomsnitt 3–4 minuter att tanka en v¨atgas bil vid tankstation.

Det motsvarar tiden f¨or en fossildriven bil och ¨ar d¨armed mycket mindre ¨an motsvarande f¨or en eldriven bil med batterier. Emellertid kr¨avs fortfarande att bilen tankas vid en publik station, vilket skiljer sig fr˚an elbilen som kan tankas exempelvis vid hemmet eller arbetsplatsen eller liknande (ibid).

2.4 Lagring och Kostnader

Lagring av v¨atgas inuti fordon skapar vissa anv¨andarm¨assiga krav. Ett mobilt fordon beh¨over kunna ˚aka en signifikant str¨acka p˚a varje tankning. Ut¨over detta beh¨over tanken ta upp en rimlig volym av transportmedlets totala volym och dessutom ¨ar det efterstr¨avansv¨art att sj¨alva tankningen i sig inte tar f¨or l˚ang tid. Detta ¨ar parametrar som p˚averkar lagringen (Hovsenius och Haegermark, 2005). ¨Aven f¨or transport av v¨atgas p˚a mobila transporter mellan produktion och tankning ¨ar dessa till¨ampningar applicerbara (K¨orner et al., 2015). Alternativ som diskuteras f¨or detta ¨ar gas, v¨atska och fast form. Energi˚atg˚angen f¨or respektive lagringss¨att beskrivs i figur 2.7.

Tabell 2.7: Energi˚atg˚ang f¨or olika typer av lagringar baserad p˚a (Wallmark et al., 2014) Energi˚atg˚ang [% av intern energi] L¨onsamhetsgrad

Gas – 200 bar 11% L¨onsamt

Gas – 350 bar 14% L¨onsamt

Gas – 700 bar 18% Mindre l¨onsamt

Flytande [–253 ^◦C] 37% Inte alls l¨onsamt

Fast – Metallhybrid 16–34% Mindre l¨onsamt

– Gasform

Det mest mogna alternativet f¨or till¨ampning idag ¨ar att anv¨anda n˚agon form av h¨ogtrycks- cylinder f¨or transport av v¨atgasen i gasform. I en h¨ogtryckscylinder lagras v¨atet vid ett s¨arskilt tryck, mellan 45 bar (l˚agtryck) till 350–700 bar (h¨ogtryck). F¨ordelen med ett h¨ogre tryck ¨ar m¨ojligheten att ¨oka densiteten per volymenhet (Hovsenius och Haegermark, 2005). Dock ¨okar energif¨orlusterna markant ju h¨ogre trycket ¨ar i cylindern. Beroende p˚a behov anv¨ands d¨arf¨or olika typer av h¨ogtryck. Exempelvis anv¨ands 700 bar p˚a personbilar idag p.g.a den begr¨ansade lagringskapaciteten. Bussar anv¨ander i regel 350 bar d˚a de har mer lagringsutrymme. Finns utrymme, s˚asom t.ex. i industrin, kan l˚agtrycksf¨orvaring i gastuber vara ett mer kostnadseffektivt alternativ d˚a det minskar energif¨orlusterna fr˚an komprimeringen (Wallmark et al., 2014).

– V¨atskeform

Ett annat alternativ som diskuteras f¨or lagring av v¨atgas ¨ar att omvandla den till flytande form och transportera i h¨ogtryckstankar vid mycket l˚ag temperatur (kryogen teknik).

Tekniken bygger p˚a att v¨atgasen kyls ned kraftigt f¨or att h˚alla flytande form. Detta minskar det volymetriska utrymmet vilket underl¨attar b˚ade vid lagringen i fordon och vid transport. Stora energif¨orluster uppst˚ar dock vid nedkylningen av ¨amnet. Dessutom skapas en hel del gas ¨aven i beh˚allarna driven av temperaturdifferensen mellan utsidan och insidan av beh˚allaren, vilket skapar behov av att ta hand om gasen (ibid).

– Lagring i metallhybrider –”fast form”

En mindre mogen lagringsteknik som emellertid ¨ar lovande ¨ar att lagra v¨ate inuti metall- hybrider eller i kolstrukturer (Hovsenius och Haegermark, 2005). F¨ordelen med detta ¨ar den ¨okade volymdensiteten vilket tillfredsst¨aller behovet av att minska lagringens krav p˚a utrymme (K¨orner et al., 2015). D¨aremot ¨ar energif¨orlusterna ganska stora f¨or denna typ av teknik (Wallmark et al., 2014).

Kostnaden f¨or att k¨opa v¨atgas beror hur den ¨ar tillverkad, mer exakt vilken r˚avara som anv¨ands. I dagsl¨aget ¨ar den v¨atgasen som ¨ar tillverkad fr˚an natur– eller biogas billigast, men antas stiga d˚a r˚avaran f¨orv¨antas bli dyrare. Priset p˚a de vanligaste drivmedlen i personbilar idag j¨amf¨ort med v¨atgas sammanst¨alls i tabell 2.8 (V¨atgas Sverige et al., 2013).

Tabell 2.8: Priser olika drivmedel (www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2017;

Nyteknik, 2015)

Br¨ansle Pris Enhet

Bensin 95 14,21 [SEK/liter]

Diesel [EU diesel, EN 590] 13,99 [SEK/liter]

V¨atgas 80 [SEK/kg]

V¨atgas framst¨alls ofta som ett milj¨ov¨anligt alternativ n¨ar det anv¨ands i br¨ansleceller f¨or att driva fordon. Samtidigt anv¨ands idag v¨atgas i ganska liten utstr¨ackning. Trafikanalysstatistik fr˚an 2015 visar att bara ca 25 personbilar p˚a v¨agarna har v¨atgas som huvudbr¨ansle. Enligt samma statistik ¨ar det vanligaste drivmedlet f¨or personbilar bensin och det vanligaste f¨or lastbilar diesel (Sundbergh et al., 2016; Svahn, 2017). Utsl¨appen fr˚an olika drivmedel m¨ats i gCO2, f¨or att best¨amma en aggregerad summa f¨or m¨angden utsl¨app per trafikerad kilometer, d˚a v¨axthusgaser best˚ar av fler gaser ¨an bara koldioxid (www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2017). Emissioner f¨or olika br¨anslen sammanst¨alls i tabell 2.9, d¨ar emissionsv¨arden f¨or br¨anslen i fordon m¨ats per kilometer och emissionsv¨arden f¨or naturgas m¨ats per kW h.

Tabell 2.9: Utsl¨app fr˚an br¨anslen i personbilar och bussar (Wallmark et al., 2014; Ahlvik och Eriksson, 2015),(www., Svenska Petroleum & Biodrivmedel Institutet, 2016)

Br¨ansle Utsl¨app [gCO2/km]

Bensin [personbil]* 237,6

Diesel [buss]** 532

Nybilssnitt 2 012 135

EU-m˚al 95

*F¨or bensinbil har f¨orbrukningen antagits till 0,9 liter/mil

** F¨or dieselbuss har f¨orbrukningen antagits till 2 liter/mil

3. Syfte och M˚ al

Rapporten avser unders¨oka m¨ojligheten att anv¨anda v¨atgas som fordonsbr¨ansle. Idag bildas v¨atgas som biprodukt i svenska industrier och facklas eller sl¨apps ut. Syftet ¨ar vidare att unders¨oka om det ¨ar h˚allbart att ist¨allet ta tillvara p˚a v¨atgasen utifr˚an b˚ade ett kostnads–

och milj¨operspektiv.

M˚alen som beh¨over uppn˚as ¨ar som f¨oljer:

– Kartl¨agga industrier som producerar v¨atgas som biprodukt

– G¨ora en relevant avgr¨ansning och utv¨ardera m¨ojligheten att bygga en v¨atgasstation – Genomf¨ora en kostnadsanalys

– Genomf¨ora en milj¨oanalys

Ett av syftena med rapporten ¨ar att kartl¨agga vilka industrier som producerar v¨atgas som biprodukt och unders¨oka vilken typ av industrier detta sker i och i vilken m¨angd. N¨ar typerna av industrier ¨ar definierade underl¨attar detta arbetet att urskilja var dessa ¨ar lokaliserade. Att sedan kunna urskilja produktionsm¨angden av v¨atgas i dessa fabriker bidrar ytterligare till att inkludera de mest v¨asentliga utsl¨appen av v¨atgas.

Att g¨ora en relevant avgr¨ansning av omr˚adet som behandlas ¨ar viktigt f¨or att kunna applicera resonemanget i liknande fall. Till detta h¨or att utv¨ardera m¨ojligheten att bygga en tankstation och se hur v¨atgasen b¨ast kan distribueras. Detta g¨ors f¨or att unders¨oka hur systemet kan se ut i framtiden d¨ar v¨atgas som biprodukt ¨ar i fokus, men ¨aven med h¨ansyn till ut¨okad anv¨andning som ¨aven avser den producerade v¨atgasen.

Kostnadsanalysen g¨ors f¨or att utv¨ardera om det ¨ar l¨onsamt att ta tillvara p˚a v¨atgasen som idag ej nyttjas. F¨or att fordons¨agare i slut¨andan skall kunna utnyttja biprodukten v¨atgas, kr¨avs flera processer. Dessa bidrar till flera olika kostnader. Att analysera dessa och dess v¨ardeskapande f¨or de olika intressenterna ¨ar viktigt f¨or att kunna avg¨ora v¨ardet ut ett ekonomiskt perspektiv.

Vidare anses en milj¨oanalys vara av stor vikt. Den avser att analysera skillnaden av p˚averkan p˚a milj¨on fr˚an dagens system d¨ar v¨atgasen facklas bort till en situation d¨ar den tas tillvara.

M˚alet avser ¨aven att unders¨oka p˚averkan av v¨atgas i stort ur ett milj¨operspektiv f¨or att kunna utv¨ardera om en satsning p˚a en infrastruktur f¨or v¨atgas ¨ar h˚allbart.

4. Modell och Metod

I en inledande fas i litteraturstudien gjordes en grundl¨aggande beskrivning av v¨atgas och dess egenskaper. ¨Aven lagring och distribution av v¨atgas innefattades av denna, f¨or att f˚a en kunskapsbas att st˚a p˚a. Vidare beh¨ovdes antalet industrier som producerar v¨atgas som biprodukt kartl¨aggas, avseende geografisk placering, kvalitet och kvantitet av v¨atgasen. De industrier som var relevanta f¨or rapporten urskiljdes och fokuserades p˚a. D¨arefter kunde analyser ske b˚ade ur milj¨o- och ekonomiperspektiv. Detta gjordes med hj¨alp av artiklar, rapporter och annan relevant litteratur. ¨Aven intervjuer via mail med relevanta personer har anv¨ands. Valet att enbart ha mailkontakt grundades p˚a att d˚a rapporten ej ¨ar skriven i samarbete med n˚agot f¨oretag fanns inget behov av djup analys av ett specifikt f¨oretag. Det ans˚ags ¨aven l¨attare f¨or ber¨ord person att svara p˚a fr˚agorna n¨ar de sj¨alva bed¨omde ha tid och bifoga extra material som var av v¨arde i rapportskrivandet.

Analysen delades upp i tre olika scenarion som byggde p˚a varandra f¨or sannolik utveckling av anv¨andandet av v¨atgas. F¨orsta sceneriet var att bara den v¨atgas som faktiskt sl¨apps ut i dagens l¨age tas tillvara p˚a som drivmedel. I det andra scenariot unders¨oktes situationen som uppstod om ¨aven den v¨atgas som s¨aljs till Borealis (¨ar en n¨arliggande industri, se avsnitt 5.2 f¨or vidare beskrivning) var medr¨aknad. I det tredje scenariot togs all v¨atgas tillvara som bildas i produktionen. Detta gjordes f¨or att utv¨ardera situationen om efterfr˚agan p˚a v¨atgas ¨okade och de olika alternativen som d˚a uppstod.

I den ekonomiska analysen var syftet att unders¨oka om det var l¨onsamt f¨or f¨oretagen att ta tillvara den v¨atgas som bildas som biprodukt eller om det innebar merkostnader. Det unders¨oktes ¨aven hur den ekonomiska situationen s˚ag ut om de valde att s¨alja all v¨atgas som bildas i produktionen, inte bara den som sl¨apps ut.

Tre olika scenarion unders¨oktes och det beh¨ovdes ¨aven utv¨arderas och analyseras vilka parter var ¨ar ekonomiskt involverade och ansvariga i respektive scenario. De punkter som skulle finnas med i analysen var:

– Vilka parter som ber¨ors ekonomiskt?

– Vilken ekonomisk f¨ordelning har parterna?

– Vad ¨ar kostnaderna f¨or att f¨orflytta v¨atgasen?

– Vad ¨ar int¨akterna fr˚an f¨ors¨aljningen av v¨atgas?

– ¨Ar det l¨onsamt?

F¨or att unders¨oka om investeringen var l¨onsam valdes payback-metoden f¨or att se hur l˚ang tid

I milj¨oanalysen j¨amf¨ordes utsl¨appsreduceringen fr˚an fordon tankade med v¨atgas fr˚an den kemiska industrin i Stenungsund med de utsl¨app som idag sker fr˚an motsvarande bilar som drivs p˚a de vanligast br¨anslena f¨or personfordon och bussar. Dessa kvantifierades ¨aven f¨or att f˚a ett v¨arde p˚a eventuell reducering av CO₂– utsl¨app i atmosf¨aren. Detta analyserades i tre scenarion som beroende p˚a hur mycket av gasen som kunde tas tillvara p˚a fr˚an ber¨orda industrin. Detta analyserades ¨aven f¨or ett antal olika alternativ som utv¨arderade minskningen f¨or olika br¨ansleslag f¨or de bilar som ersattes med br¨anslecellsdrivna bilar.

I rapporten genomf¨ordes ¨aven k¨anslighetsanalyser p˚a b˚ade den ekonmiska– och milj¨oanalysen.

Den indata som utv¨arderades var skillnaden i ˚aterbetalningstid om Inovyn (klorindustrin som analyseras djupare) var tvungna att st˚a f¨or hela investeringskostnaden. Det unders¨oktes ¨aven vad som skedde om bara h¨alften av v¨atgasen blev s˚ald. Det gjordes ¨aven en analys av hur l˚ang

˚aterbetalningstid som kr¨avs om v¨atgasen bara kan s¨aljas i takt med att v¨atgasbilarna ¨okar i Sverige. I k¨anslighetsanalysen av milj¨op˚averkan diskuterades de faktorer som kunde ha en p˚averkan.

4.1 Avgr¨ ansningar och antaganden

Studien fokuserade p˚a kemiska industrier som producerar v¨atgas som biprodukt d˚a dessa ans˚ags mest relevanta f¨or analysen. Ett avgr¨ansat geografiskt omr˚ade bed¨omdes som l¨ampligt f¨or att kunna genomf¨ora en mer kvalitativ analys. Omr˚ade avgr¨ansades till G¨oteborgsomr˚adet, se avsnitt 5.1 f¨or vidare motivering.

Vidare har kostnads– och milj¨oanalysen gjorts p˚a Inovyns produktion, specifikt dess klor–- alkaliefabrik. Detta av den anledning att denna typ av industri var den enda som fick v¨atgas som biprodukt. Tankstationens placering antogs, och inga eventuella tillst˚and att placera en station d¨ar unders¨oktes.

Analyserna har gjorts i tre olika scenarion vilka bygger p˚a den information om utsl¨app som fanns fr˚an industrin i Stenungsund. D˚a de redan idag facklar/sl¨apper ut 237 ton om ˚aret, ans˚ags denna m¨angd relevant att unders¨oka i ett scenario eftersom det skulle kr¨ava minst antal ˚atg¨arder f¨or att ta hand om. D˚a de dessutom s¨aljer ytterligare 167 ton om ˚aret, kunde summan av denna m¨angd och den facklade utg¨ora grund f¨or ett annat scenario. Detta eftersom f¨ors¨aljningen till denna kund kan komma att uts¨attas f¨or konkurrens av fordon givet ett l¨age d¨ar industrin har m¨ojlighet att s¨alja till s˚adana. Det tredje scenariot ans˚ags relevant eftersom det finns m¨ojlighet att ta tillvara stora m¨angder ytterligare v¨atgas som idag ˚ateranv¨ands i industrin.

Vidare har antagits att V¨astra G¨otaland ¨ar relevant som region att unders¨oka eftersom den geografiskt innesluter Stenungssund d¨ar en eventuell tankstation ¨ar t¨ankt att ligga och att antalet fordon d¨arf¨or ¨ar relevant marknadsunderlag f¨or stationen d¨ar. Det har antagits att antalet v¨atgasbilar ¨okar med 82 % om ˚aret under den tio˚arsperiod med gradvis ¨okande fordonsflotta som unders¨oks i k¨anslighetsanalysen, f¨or att sedan ¨oka med 32 % ˚arligen till 2050.

Energif¨orluster vid komprimering har bortsetts fr˚an d˚a exakt var i systemet gasen beh¨over komprimeras och hur mycket ej var k¨ant. D¨aremot togs det i k¨anslighetsanalysen upp vilken p˚averkan en halvering av s˚ald v¨atgas hade. Detta kunde ¨aven ses som god marginal mot eventuella komprimeringsf¨orluster.

4.1.1 Antaganden Kostnadsanalys

– Avst˚andet fr˚an industrin till tankstationen antogs vara 5 km. Inovyn antogs betala en fj¨ardedel av investeringskostnaden som var satt till 15 MSEK.

– Den ˚arliga r¨orliga kostnaden f¨or tankstationen antogs till 1 MSEK.

– Maximalt antal v¨andor en tankbil kan ˚aka p˚a en dag har bed¨omts vara sju stycken.

– Den ekonomiska livsl¨angden p˚a tankstationen var 20˚ar och det var inom denna tid som investeringen skulle vara ˚aterbetald f¨or att anses som l¨onsam.

– Kostnaden f¨or utsl¨appsr¨atter antas vara 42,3 SEK/ton CO2 (www., European Emission Allowances Global Environmental Exchange, 2017).

4.1.2 Antaganden Milj¨oanalys

– Arbetet avgr¨ansades till att analysera den direkta utsl¨appsminskningen fr˚an personbilar och det togs inte h¨ansyn till utsl¨appen som f¨oljer av transport av v¨atgasen med mobila transporter och produktion av nya bilar.

– Utsl¨appen per kilometer kommer fr˚an k¨allor som anv¨ander antagna genomsnittliga v¨arden om f¨orbrukning f¨or bilarna med givet br¨ansle.

– Det antogs att naturgas ers¨atter v¨atgas som br¨anngas i den kemiska industrin i Stenungsund.

4.1.3 Antaganden K¨anslighetsanalys – M¨angden v¨atgas halveras

– Inovyn f˚ar st˚a f¨or hela investeringskostnaden

– Antalet v¨atgasbilar ¨okade gradvis f¨or varje ˚ar och var 4 stycken fr˚an b¨orjan i V¨astra G¨otaland. De skulle vara 1 600 ˚ar 2026 f¨or att bli 1 083 386 ˚ar 2050.

– V¨astra G¨otalands andel av Sveriges nya v¨atgasdrivna fordonsflotta antogs ha samma f¨ordelning som den ¨ovriga fordonsflottan.

– Priset f¨or naturgas och utsl¨appen i scenario C har inte tagits h¨ansyn till i analysen av en gradvis ¨okande fordonsflotta d˚a ˚aterbetalningstiden f¨or tankstationen ¨ar kortare ¨an att v¨atgasen m˚aste ers¨attas.

5. Kartl¨ aggning av v¨ atgas som biprodukt

I avsnitt 2 har det beskrivits olika metoder att tillverka v¨atgas och att detta ¨ar inte det enda s¨attet v¨atgas kan uppst˚a. V¨atgas kan ocks˚a skapas som biprodukt i industriella processer. Fr¨amst sker detta inom den kemiska industrin (Wallmark et al., 2014). Framf¨orallt bildas v¨atgas i stora m¨angder fr¨amst i klor–alkaliindustrin vid olika processer (privat kommunikation, Wiberg, 2017), men ¨aven vid andra kemiska processer som krackning av h¨ogre kolv¨aten och i oljeraffinaderier (Wallmark et al., 2014).

V¨atgas bildas som biprodukt i raffinaderier sker vid krackning, som beskrevs i avsnitt 2, men sker ¨aven i naftareformeringsprocessen. Det ¨ar i denna process som en av huvudprodukterna i bensin, reformat bildas, reformat best˚ar i sin tur best˚ar av bensen, tylen och xylen. Som i flera andra industrier anv¨andes ¨aven v¨atgas i denna produktion. I raffinaderierna anv¨ands v¨atgas f¨or att ta bort svavel och kv¨avef¨oreningar ur bensin och diesel. Det g˚ar ¨aven att anv¨anda v¨atgas f¨or att skilja syre fr˚an tallolja f¨or att g¨ora f¨ornybar diesel, denna metod anv¨ands i dagsl¨aget enbart av Preem i G¨oteborg. Dock har m˚anga raffinaderier underskott av v¨atgas och d˚a tillverkas extra genom ˚angreformering. (privat kommunikation, Backmark, 2017)

Klor produceras ur natriumklorid eller koksalt genom att det s¨onderdelas. V¨atgas kan ¨aven uppst˚a som en biprodukt i dessa kloratprocesser. Koksaltet l¨oses upp i vatten och passeras genom en elektrolyscell. I denna cell finns tv˚a anoder, best˚aende av titan och kvicksilver.

Klorgas bildas vid titan–anoden, natrium vid kvicksilveranoden. Natriumet tv¨attas sedan ur kvicksilvret i vatten i en sekund¨arcell och d˚a bildas v¨atgas och lut. D¨arefter ˚aterf¨ors kvicksilvret till elektrolyscellen (www, Inovyn, 2009). Den kemiska processen sker enligt formeln 5.1.

Kemisk reaktion vid tillverkning av klor

2N aCl + 2H2O= 2N aOH + Cl2+ H2 (5.1) D¨ar N aCl = Natriumklorid och N aOH = Natriumhydroxid

Klorindustrin har blivit ifr˚agasatt ang˚aende sin milj¨op˚averkan och press har sats p˚a att hitta blekmedel utan klor, men det som fr¨amst kan ifr˚agas¨attas ¨ar anv¨andandet av kvicksilver vid denna produktion. I dagens l¨age ¨ar det f˚atal industrier som anv¨ander sig av metoder d¨ar kvicksilver ing˚ar och utsl¨appen har minskat till det minimala (Ekheimer, 2011). Det kan anses att deras tidigare utsl¨app ¨ar relevanta att ta h¨ansyn till d˚a dess p˚averkan kommer att ha en fortsatt negativ p˚averkan eftersom kvicksilver inte bara p˚averkar m¨anniskans h¨alsa utan ¨aven de olika leden i ekosystemet.

Idag finns det dock s¨att att tillverka klor utan att anv¨anda kvicksilver. En membranteknologi

Fr¨ossling, 2017). Denna metod ligger ¨aven i linje med EU-parlamentets Best Available Techniques (BAT) f¨or utsl¨app fr˚an 2013, vilket ¨ar ett steg i r¨att riktning ur ett milj¨om¨assigt perspektiv (Europeiska kommissionen, 2013).

5.1 Var finns industrierna

Det finns m˚anga kemiska industrier i Sverige och de finns b˚ade n¨ara st¨ader och ute p˚a landsbygden.

Det finns ¨aven olika typer av kemiska industrier, allt fr˚an raffinaderier till l¨akemedelsindustri.

D˚a det tidigare n¨amnts att det fr¨amst ¨ar klor-alkali industrin som producerar st¨orst m¨angd v¨atgas som biprodukt ¨ar det f¨orst och fr¨amst detta aff¨arssegment som n¨armare analyseras.

Detta segment ¨ar ”Baskemikalier” (Mossberg, 2013), dit ¨aven produktion av olika plaster h¨or.

Figur 5.1: Kartl¨aggning av kemiska industrier Sverige (Mossberg, 2013)

Figur 5.1 visar resultatet av kartl¨aggningen av kemiska industrier som Johanna Mossberg har gjort i samarbete med Vinnova. Det kan utl¨asas av figuren och vidare l¨asas i rapporten att industrierna fr¨amst ligger i n¨arheten av storst¨aderna Stockholm, G¨oteborg och Malm¨o. Det finns ¨aven en del industrier l¨angs ¨ostkusten norr¨over och in˚at landet, men ¨ar f˚a i antalet j¨amf¨ort med de kluster som finns n¨ara st¨aderna. De industrier som ¨ar mest intressanta ¨ar som tidigare n¨amnts de som producerar baskemikalier. Baskemikalierna ¨ar f¨argkodade med ljusbl˚a bubblor, som ligger i ett tydligt kluster i G¨oteborgsomr˚adet.

Kemiindustrierna i G¨oteborgsomr˚adet ligger en liten bit norr ¨over, i Stenungsund. H¨ar ligger det flera olika stora fabriker som tillverkar olika typer av produkter. Tv˚a exempel ¨ar Borealis som tillverkar eten, propen, nafta, etan, propan och butan och Inovyn (tidigare Ineos) som

tillverkar klor, natrolut, polyvinyl chloride (PVC) och saltsyra. Det finns ¨aven en del andra f¨oretag i omr˚adet och de samarbetar och drar nytta av varandra och deras biprodukter. Figur 5.2 visar hur industrierna i klustret i Stenungsund samarbetar och utbyter r˚avaror med varandra.

Figur 5.2: Schema ¨over f¨oretag Stenungsund (Borealis AB och Fr¨oberg, 2014)

5.2 De olika industrierna

F¨or att f˚a en ¨overblick av de olika industrierna i omr˚adet och hur mycket v¨atgas de faktiskt producerar presenteras de ber¨orda industrierna f¨or att ¨oka kunskapen om dessa.

– Borealis

Borealis tillverkar, tre olika typer av gaser genom bl.a. metoden krackning vilket tidigare har n¨amnts (avsnitt 5.1). Borealis f˚ar 3 ton v¨atgas per timme i deras processer d¨ar gasen

¨ar blandad med metan i olika f¨orh˚allanden. De producerar 0,2 ton ren v¨atgas per timme och skulle kunna utvinna ytterligare 0,5 ton v¨atgas per timme. Borealis varken facklar eller sl¨apper ut n˚agon v¨atgas d˚a den v¨atgas som inte anv¨ands i hydreringsprocesser anv¨ands som br¨ansle. Vidare har Borealis inte testat om deras v¨atgas ¨ar tillr¨ackligt ren att anv¨anda i br¨ansleceller. Det kr¨avs dock investeringar f¨or implementera de reningssteg som kr¨avs och dessa finns inte i dagsl¨aget. (privat kommunikation, Reine, 2017)

– Akzo Nobel

Akzo Nobel genererar inte sj¨alva n˚agon v¨atgas utan k¨oper in den m¨angd de beh¨over f¨or sin produktion. En minimal m¨angd v¨atgas facklas bort med ventgaser, men ¨ar d˚a inte ren v¨atgas. (privat kommunikation, Christer, 2017)

– Perstorp Oxo

Perstorp anv¨ander v¨atgas f¨or att hydrera aldehyder till alkoholer. Under 2016 k¨opte de 1700 ton v¨atgas fr˚an Akzo Nobel. De tillverkar ¨aven egen v¨atgas till deras processer. Under 2016 tillverkade de 4950 ton v¨atgas, men ingen sl¨apets ut i luften. ¨Overskottet, om det blir n˚agot, g˚ar till f¨orbr¨anning i ˚angpannor eller facklas – dock vet de inte hur mycket detta

¨ar. D˚a eventuellt ¨overskott ¨ar extremt litet och en utredning om detta kan tas tillvara ¨ar kostsam anser Perstorp att det inte ¨ar ett alternativ. (privat kommunikation, Wahlstr¨om, 2017)

– Inovyn

Inovyn har bl.a. en klorproduktions anl¨aggning d¨ar v¨atgas bildas som biprodukt enligt beskrivningen i avsnitt 5. Figur 5.3 beskriver tydligare hur just processen f¨or Inovyn sker.

˚Ar 2016 producerade Inovyn 2919 ton v¨atgas i sin produktion varav 167 ton s˚aldes till Borealis och 237 ton sl¨apptes ut d˚a denna inte kunde tas tillvara. 2515 ton v¨atgas anv¨ande de och eldade i sin ˚angpanna. (privat kommunikation, Fr¨ossling, 2017)

Figur 5.3: Schematisk bild ¨over klorproduktion (Inovyn och Rogestedt, 2017)

6. Utv¨ ardering av Klor–alkalifabrik

I avsnitt 5 har olika typer av kemiska industrier utv¨arderats utifr˚an deras m¨ojlighet att producera v¨atgas som biprodukt. I klustret i Stenungsund ¨ar det m¨ojligt att utvinna ca 1 ton v¨atgas per timme (J¨onsson et al., 2006), men det ¨ar inte s¨akert att denna v¨atgas ¨ar tillr¨ackligt ren f¨or att anv¨andas direkt i br¨anslecellerna. Stora m¨angder av denna v¨atgas m˚aste dessutom ers¨attas med annan gas d˚a den anv¨ands i olika processer och i ˚angpannor. Vid kommunikation med f¨oretagen i klustret ¨ar det ingen som kan svara p˚a om det ¨ar m¨ojligt att anv¨anda v¨atgasen utan att rena den. Inovyn har dock i samarbete med en tidigare student p˚a KTH, Erik Agartson, gjort en unders¨okning av hur deras v¨atgas p˚averkar br¨ansleceller. Resultatet av detta examensarbete var att inga negativa effekter av v¨atgasens renlighet kunde p˚avisas p˚a kort sikt. P˚a l˚ang sikt visades negativa effekter, dock gick det inte att s¨akerst¨alla att det var v¨atgasens eventuella orenlighet som p˚averkade detta, utan det kunde ¨aven ha varit kvaliteten p˚a br¨anslecellen i sig (Agartson, 2013). Det ¨ar ¨aven bara Inovyn som f˚ar v¨atgas som biprodukt i sina kemiska processer. Vidare i rapporten har d¨arf¨or m¨ojligheterna utv¨arderats att ta tillvara p˚a den v¨atgas som bildas i klor–alkaliefabriker med uppgifter om produktion fr˚an Inovyn som grund.

B˚ade kostnads– och milj¨oanalysen g¨ors utifr˚an tre scenarion;

– Scenario A

Den v¨atgas som sl¨apps ut i dagsl¨aget. Denna uppgick till 237 ton ˚ar 2016.

– Scenario B

Den v¨atgas som sl¨apps ut och s¨aljs till Borelais tas tillvara f¨or att tanka bilar. Totalt ˚ar 2016 uppgick detta till 404 ton.

– Scenario C

All v¨atgas skapad i den kemiska processen tas omhand, totalt 2919 ton per ˚ar. 2515 ton

˚ateranv¨ands i den egna processen i br¨anngassyfte, varf¨or den egentligen inte kan r¨aknas som en biprodukt fr˚an den industriella processen. Ber¨akningarna g¨ors f¨or att unders¨oka p˚averkan f¨or framtida ¨okat behov av v¨atgas.

6.1 Kostnadsanalys

Syftet med kostnadsanalysen ¨ar unders¨oka om det ¨ar l¨onsamt att ta tillvara p˚a den v¨atgas som bildas i fabriken. I scenario C m˚aste delar av v¨atgasen som ˚ateranv¨ands i industrin ers¨attas med annan gas. Naturgas har valts som ers¨attningsgas f¨or denna. Naturgasen m˚aste d˚a k¨opas in och extra utsl¨appsr¨atter m˚aste inhandlas f¨or att t¨acka utsl¨appen fr˚an f¨orbr¨anningen av denna. I varje scenario ¨ar ber¨akningar gjorda i tv˚a fall beroende p˚a om transporten till stationen sker via tankbil eller pipeline. Enligt tabell 2.6 ¨ar det effektivast att transportera v¨atgasen med tankbil i b˚ade scenario A, B och C.

F¨or att ber¨akna om investeringen kommer vara l¨onsam f¨or fabriken eller inte ¨ar det flera parametrar som m˚aste tas h¨ansyn till. Tabell 6.1 ¨ar en sammanst¨allning av de v¨arden som har tagits h¨ansyn till i ber¨akningarna som ˚aterfinns i bilaga B.1. V¨ardena ˚aterfinns ¨aven i rapporten men tanken ¨ar att skapa en enkel ¨overblick.

Tabell 6.1: Sammanst¨allning av v¨arden

Post Enhet Scenario A Scenario B Scenario C

V¨atgas [ton] 273 404 2 919

Ers¨attande Naturgas [kW h] – – 83, 7∗ 10⁶

Pris v¨atgas [SEK/kg] 80 80 80

Pris naturgas [SEK/kW h] – – 0,15

Kostnad f¨or utsl¨appsr¨atter [SEK/ton CO2] – – 42,3

Investeringskostnad tankstation [M SEK] 3,75 3,75 3,75

R¨orliga kostnader [SEK/˚ar] 1∗ 10⁶ 1∗ 10⁶ 1∗ 10⁶

PIPELINE

Kostnad f¨or att bygga pipeline [SEK/m] 15 000 15 000 15 000

Underh˚allskostnad pipeline [SEK/km och ˚ar] 100 000 100 000 100 000

Distributionskostnad [SEK/kW h] 0, 07 0, 07 0, 07

TANKBIL

Investeringskostnad lastbil [MSEK] 4 4 4

Distributionskostnad [SEK/km] 20 20 20

Transportm¨angd [kg/v¨anda] 117 117 117

Placering av tankstation ¨ar av stor vikt, d˚a investeringskostnaderna ¨okar ju l¨angre bort fr˚an klustret denna placeras. Dock m˚aste den v¨atgas som tankstationen f¨orses med senare s¨aljas till slutkund. F¨or att tillgodose dessa tv˚a behov har ber¨akningarna utg˚att ifr˚an att tankstationen placeras utanf¨or Stenungsund n¨ara E6:an. Detta dels eftersom Norge har st¨orre anv¨andandning av br¨anslecellsbilar ¨an Sverige, dels d˚a en v¨atgasv¨ag mellan Oslo–G¨oteborg–Malm¨o diskuteras som skulle passera Stenungssund (J¨onsson et al., 2006). Att d˚a placera en station utanf¨or Stenungsund n¨ara E6:an anses rimligt. Enligt Google Maps ¨ar det ca 4,8 km fr˚an Inovyn till E6:an, d¨arav kommer avst˚andet 5 km anv¨andas i ber¨akningar f¨or att ge viss marginal d˚a en pipeline inte kommer kunna dras raka v¨agen. Huruvida tillst˚and att bygga en station h¨ar ¨ar m¨ojligt eller inte innefattas inte av rapporten, utan l¨amnas till framtida arbete.

Det finns olika siffror p˚a kostnaden f¨or att bygga en v¨atgasstation d¨ar variationen beror p˚a storlek, kapacitet och om m¨ojligheten att producera v¨atgas p˚a plats finns. Investeringskostnaderna ligger mellan 6–15 M SEK och den ekonomiska livsl¨angden ¨ar 20˚ar (ILV Svenska milj¨oinstitut et al., 2010). EU kan dock g˚a in som finansi¨ar f¨or halva kostnaden om det finns andra intressenter, vilket ¨ar positivt ur investeringssynpunkt f¨or industrierna (www., Nyteknik, 2014). Den r¨orliga kostnaden f¨or tankstationen ¨ar sv˚ar att uppskatta d˚a faktorer som markhyra, slitage och anv¨andning p˚averkar. Den antas dock uppg˚a till 1 MSEK per ˚ar (Nilsson, 2010).

I tabell 2.5 ¨ar kostnaden f¨or att transportera v¨atgas i pipelines angivna f¨or avst˚and som ¨ar markant l¨angre ¨an behovet f¨or denna rapport. D¨arf¨or har en investeringskostnad f¨or byggande

av pipeline p˚a 15 000 SEK/m, distributionskostnad p˚a 0,07 SEK/kW h och underh˚allskostnad p˚a 100 000 SEK/km anv¨ants (Adolfsson et al., 1999).

6.1.1 Payback metoden

F¨or att unders¨oka om investeringen att bygga en v¨atgasstation ¨ar l¨onsam anv¨ands payback metoden. Genom att anv¨anda denna ber¨aknas det hur l˚ang tid det tar innan investeringen betalat sig sj¨alv och grundinvesteringen ¨ar betald, allts˚a hur l˚ang ˚aterbetalningstid det ¨ar p˚a investeringen. F¨oretag ofta har krav p˚a hur m˚anga ˚ar det ska ta innan investeringen skapar l¨onsamhet. Hamnar slutresultatet inom denna ram anses investeringen l¨onsam. Denna modell har b˚ade f¨or och nackdelar; den ¨ar snabb och l¨att att f¨orst˚a, men tar inte h¨ansyn till kassafl¨odena efter ˚aterbetalningen ¨ar gjord (R˚asbrant, 2014). Ekvation 6.1 visar hur ber¨akningen utf¨ors n¨ar varken r¨anta eller olika storlekar p˚a inbetalnings¨overskott beaktas. Ekvation 6.2 visar ett exempel d˚a inbetalnings¨overskottet varierar ˚ar till ˚ar.

˚Aterbetalningtid= Investering (G)

Inbetalnings¨overskott (a) (6.1) Med antagandet att betalningarna f¨ordelas j¨amnt ¨over ˚aren

˚Aterbetalningtid= 3˚ar(a1+ a2+ a3= G) (6.2) D¨ar G = Investering och a1,2,3 = Inbetalnings¨overskott f¨or ˚ar 1,2,3

6.2 Milj¨ oanalys

Vid en diskussion om olika utsl¨app fr˚an olika ¨amnen beh¨ovs en genomg˚aende unders¨okning av utsl¨appen fr˚an CO₂–ekvivalenter. Emissionerna i koldioxidekvivalenter f¨or de vanligaste br¨anslena i fordon ¨ar sammanst¨allda i tabell 2.9. Hur stora eventuella utsl¨appsminskningar blir beror i huvudsak p˚a i vilket scenario som den biproducerade v¨atgasen kommer att anv¨andas.

Overlag kan det konstateras att utsl¨appen som eventuellt kan knytas till v¨atgas som biprodukt¨ i kemiska industrier inte kommer fr˚an v¨atgasen i sig utan snarare fr˚an annan gas som beh¨over ers¨atta den. Naturgas ¨ar ofta alternativet, men har h¨oga utsl¨app och ¨ar dessutom fossilt. Det

¨ar d¨arf¨or klart s¨amre ur ett milj¨operspektiv.

I Scenario A och B, d¨ar enbart den utsl¨appta v¨atgasen tas tillvara antas att utsl¨appen fr˚an denna inte medf¨or n˚agra utsl¨app alls. F¨ormodligen kan vissa utsl¨app h¨arr¨ora fr˚an den kemiska industrin, men denna verksamhet kan betraktas som ett skilt system som opererar oavsett, och d¨arf¨or kommer v¨atgasen produceras hursomhelst. D¨arf¨or kan nettoutsl¨appen fr˚an v¨atgas ses som noll. I Scenario C kommer den v¨atgas som anv¨ands internt idag som br¨anngas att beh¨ova ers¨attas med en annan gas. Ers¨attningen kommer mest troligt ske med naturgas, varf¨or utsl¨appen fr˚an denna ocks˚a har analyserats.

Vid en j¨amf¨orelse mellan de idag t¨ankta fordonsapplikationerna f¨or br¨ansleceller personbil, lastbil och bussar, kan det konstateras att de vanligaste br¨anslena idag f¨or dessa ¨ar bensin och diesel. Om dessa fordon skulle ers¨attas med br¨anslecellsdrivna fordon skulle d¨arf¨or utsl¨appen fr˚an dessa bilar f¨orsvinna. F¨or att skapa ett bredare analysunderlag har de tre scenarierna applicerats p˚a ett flertal olika alternativ som v¨atgasen kan anv¨andas till i fordonsapplikationer:

– Alternativ 1: Bensindrivna bilar

V¨atgasen tankas i personbilar som ers¨atter motsvarande m¨angd bensindrivna bilar.

– Alternativ 2: Genomsnittligt utsl¨appsv¨arde fr˚an 2012 ˚ars nybilssnitt

V¨atgasen tankas i personbilar som ers¨atter motsvarande m¨angd bilar med ett genomsnittligt utsl¨appsv¨arde fr˚an 2012 ˚ars nybilssnitt.

– Alternativ 3: Genomsnittligt utsl¨appsv¨arde fr˚an EU:s utsl¨appsm˚al

V¨atgasen tankas i personbilar som ers¨atter motsvarande m¨angd bilar med ett genomsnittligt utsl¨appsv¨arde fr˚an Europeiska Unionens utsl¨appsm˚al f¨or personbilar.

– Alternativ 4: Dieseldrivna bussar

V¨atgasen tankas i bussar som ers¨atter motsvarande m¨angd dieseldrivna bussar

I bilaga C.1 har utsl¨appsminskningen i de tv˚a olika scenarierna ber¨aknats f¨or de olika alternativen. Antagandet ¨ar att v¨atgasen ers¨atter dagens br¨anslen i det antal bilar som den r¨acker till, vilket eventuellt leder till en f¨or¨andring av emissioner fr˚an denna fordonsflotta.

Resultaten fr˚an detta sammanst¨alls i tabell 7.3 avsnitt 7.

7. Resultat och Diskussion

Fr˚an kostnadsanalysen visade ber¨akningarna att ˚aterbetalningstiden p˚a investeringen ¨ar kort med tanke p˚a att den ekonomiska livsl¨angden p˚a tankstationen ¨ar 20˚ar. Det som ¨aven talar f¨or att det ¨ar en l¨onsam investering ¨ar att andra liknande samarbeten har inletts p˚a andra platser.

Ineos i Norge har exempelvis inlett ett samarbete med en tankstation. Detta har gjorts fr¨amst av milj¨osk¨al, men p˚avisar ¨and˚a att det inte ¨ar om¨ojligt. Den fabrik som ligger p˚a orten Rafsn¨as f˚ar ca 7000 ton v¨agas fr˚an sin produktion per ˚ar, vilket ¨ar n¨astan dubbelt s˚a mycket som den i Stenungsund (www., Andersen och Granli, 2007). Det b¨or dock tas med i ber¨akningen ¨ar att Norge har ett mycket mer utvecklat anv¨andande av v¨atgas och ett b¨attre infrastruktursystem f¨or detta.

Tabell 7.1: ˚Aterbetalningstid [˚ar]

Typ av distribution Scenario A Scenario B Scenario C

Lastbil 0,41 0,36 0,22

Pipeline 3,78 2,13 0,32

Som tabell 7.1 visar blev ˚aterbetalningstiden kort i alla scenarion. I B.1 redovisas det mer utf¨orliga ber¨akningar. Att ˚aterbetalningstiden i scenario A blev signifikant l¨angre ¨an de andra beror p˚a att det ¨ar en relativt liten m¨angd v¨atgas som transporteras med pipeline. I ber¨akningarna har antagandet gjorts att v¨atgasen utnyttjas till 100 %. I dagsl¨aget ¨ar anv¨andandet av v¨atgas i Sverige extremt restriktivt. D¨arf¨or ¨ar det inte s˚a troligt att all v¨atgas s¨aljs till 100 % de f¨orsta ˚aren. Ingela Fr¨ossling p˚a Inovyn var dock positiv till id´en att s¨alja mer av v¨atgasen s˚a det ¨ar inte ett orimligt utfall.

Det ¨ar genomg˚aende kortare ˚aterbetalningstid p˚a investeringen n¨ar lastbil anv¨ands, vilket grundar sig i att det inte ¨ar s˚a stora m¨angder v¨atgas som transporteras. Just i detta fall kan det

¨aven p˚a l˚ang sikt vara mer l¨onsamt att bygga en pipeline om efterfr˚agan p˚a v¨atgas v¨axer och fler av de kemiska f¨oretagen i klustret blir intresserade av att nyttja systemet. Om efterfr˚agan p˚a v¨atgas ¨okar och fabriken v¨aljer att s¨alja st¨orre m¨angder ¨ar pipeline en f¨ordel. Det kan ¨aven vara en trivself¨ordel f¨or omr˚adet att v¨atgasen distribueras med pipeline d˚a i takt med att m¨angden

¨okar, ¨okar ¨aven antalet lastbilar som m˚aste k¨ora fram och tillbaka genom staden.