IVL Svenska Miljöinstitutet

Syftet med studien är att undersöka om lastbilar drivna med förvätskad biometan, LBM (eng. Liquid Bio Methane), i Sverige ofta benämnt LBG, kan användas på samma sätt som lastbilar med konventionell dieselmotor samt vilken klimatnytta som uppstår vid drift av förvätskad metan jämfört med dieselbränslen, fossila såväl som förnybara.

Studien har besvarat frågan genom att jämföra driftsdata för ett kalenderår för sammanlagt 10 LBG-lastbilar och 6 diesellastbilar från 3 olika Åkerier. Genom att jämföra detaljerade data loggad i fordonens interna datasystem undersöks skillnader och likheter i hur de olika fordonstyperna presterar.

Analysen visade på en likvärdig energianvändning och -330% lägre utsläpp av klimatpåverkande gaser för LBG-fordon tankade med förvätskad biometan (LBG) jämfört med dieselfordon tankade med rent biobränsle (HVO 100). Detta betyder att LBG fordonen när de är tankade med förvätskad biometan, där bränslet producerats med hög andel flytgödsel, redovisar negativa utsläpp av klimatpåverkande gaser, dvs. fordonen gör klimatnytta genom att förbränna metangas.

Studiens slutsats är bland annat att det är möjligt för ett åkeri att ersätta dagens dieselfordon med LBG-fordon i fjärrtrafik med likvärdig energianvändning och betydande reduktioner av klimatpåverkande utsläpp.

Sjöfarten står inför en stor omställning mot fossilfri drift av fartygen. Denna rapport beskriver styrmedel, tekniska frågor, hinder och scenarier för framtiden relaterat till denna utveckling. Inom IMO (International Maritime Organization) finns mål uppsatta för en minskning av utsläppen av växthusgaser från sjöfarten, styrmedel för kortsiktiga åtgärder finns på plats, främst avseende energieffektivisering, och mer långsiktiga ”market based measures” diskuteras. Inom EU finns ett antal förslag som när de implementeras kommer att få stor inverkan på sjöfarten och dess utsläpp av växthusgaser. I Sverige finns bland annat miljödifferentierade farledsavgifter och ecobonus, men ytterligare kraftfulla styrmedel krävs för att nå de mål om minskning av växthusgasutsläpp som satts upp.

Det finns ett stort antal möjliga framtida hållbara marina bränslen som diskuteras t.ex. ammoniak, metan, metanol, vätgas och syntetisk diesel. I tillägg fortgår utvecklingen med ökad användning av eldrift.

Ett antal scenarier presenteras i rapporten för utvecklingen av bränslemix och utsläpp av växthusgaser för svensk sjöfart, med syftet att analysera olika tänkbara styrmedel. Resultaten visar att el- och gasdrift kan bidra till att minska ökningen av emissioner av växthusgaser, men att ytterligare åtgärder behövs för att åstadkomma en sänkning av emissionerna. I ett scenario analyseras effekterna av de styrmedel som föreslås inom EU:s ”Fit for 55”.

Det finns ett antal hinder som kan försena en utveckling mot ökad hållbarhet inom svensk sjöfart, både för eldrift och förnybara bränslen. Vidare diskuteras styrmedel som kan införas på nationell nivå. Här analyseras styrmedel för ökad användning av el, om en reduktionsplikt kan införas även för marina bränslen, en potentiell CO2-fond, investeringsstöd till ny teknik och bränsleinfrastruktur, klimatkrav på statens flotta, breddad ekobonus samt en vidareutveckling av miljödifferentierade farledsavgifter.

The Nordic countries aim for a carbon-neutral Nordic region. Maritime transport is one of the key remaining sectors to decarbonize and is important from a Nordic perspective due to the relatively large Nordic involvement in this industry. The HOPE project addresses how regional shipping in the Nordic region can do the transition to become fossil-free. The project aims at clarifying the potential role of hydrogen based marine solutions in reducing the Nordic greenhouse gas (GHG) emissions. In the centre of the project is a ship concept where a typical RoPax-vessel with operating distances of around 100 nautical miles is designed for including operation with hydrogen as fuel and fuel cells for energy conversion. The overall design of the concept ship is compared with selected other fuel alternatives from a cost perspective. 

Further, both the conditions for designing such a ship and the consequences are studied. The conditions include technical design and costs of fuel systems and handling, powertrains etc. but also an analysis of barriers and drivers for the realisation of hydrogen solutions for shipping, such as economic, legal, and policy issues. For example, in terms of drivers, policy options needed to accelerate the uptake of hydrogen based marine solutions are assessed. Strategies and the potential of producing these fuels in the Nordic region are also reviewed from a shipping perspective. A realistic potential for uptake of these technologies/fuels by Nordic shipping are assessed and the benefits regarding lower emissions of GHGs and air pollutants are estimated. This report summarizes the assessments made in the HOPE project including main findings. 

Rapporten är en delredovisning inom projektet Västsvensk arena för flytande biogas. Framförallt beskrivs klimatnyttan av LBG-användning i tunga lastbilar och hur den ter sig med olika bedömningsprinciper i förhållande till alternativen konventionell diesel (Mk1) och HVO.

Den sammantagna slutsatsen är att LBG som den produceras och används i de system vi studerar kan ses som en klimateffektiv verksamhet som ger nytta i form av exempelvis transportarbete till låg klimatpåverkan och på goda företagsekonomiska villkor för inblandade aktörer med rådande ekonomiska incitament. LBG som används i till exempel tunga lastbilar har inom ramen för detta arbete visat sig ha bättre klimatprestanda än alternativ som biodiesel i form av HVO.

Idag (2021) förbrukas totalt cirka 500 TWh bunkerbränsle inom sjöfartssektorn årligen inom EU och cirka 25 TWh av detta (5 %) uppskattas vara LNG (Liquefied natural gas). Flottan av LNG-drivna fartyg har växt stadigt sedan de första fartygen introducerades runt år 2000. Förutsägelser tyder på att det inom ett par år är troligt att cirka 15 % av allt bunkerbränsle som förbrukas inom sjöfarten kommer att kunna vara LNG.Genom detaljerade analyser av nuvarande och planerad produktionskapacitet kombinerat med sce¬narier byggda för framtida potentiell bio- och elektrometanproduktion ser vi en reell möjlighet att med dessa förnybara bränslen fasa ut stora mängder LNG inom sjöfarten. Detta sett ur ett svenskt perspektiv.

Totalt visar analysen ett maximalt scenario för LBM-produktion (Liquefied Bio Methane) i Sverige år 2045 på närmare 30 TWh årligen. Denna potential inkluderar elektrometanproduktion baserad på koldioxid som bildas naturligt under biogasrötningsprocessen. All produktion, av metan som be¬döms som potentiell, bedöms vara baserad på hållbara substrat och vara hållbart producerad.Denna rapport visar alltså att det skulle kunna vara möjligt att ersätta fossil LNG som bränsle inom sjöfarten med förnybar LBM i stor skala ur ett svenskt perspektiv. Den totala bunkringen av fartyg i Sverige ligger på cirka 25 TWh per år, varierar över tiden, och beror inte bara på vilka fartyg som anlöper svenska hamnar utan även av konkurrensen på bunkermarknaden med hamnar i andra län¬der. Skulle det vara så att 15 % av det bränslet är LNG, det skulle svara mot cirka 4 TWh LNG som kan vara intressant att byta mot förnybar LBM.

Det potentiella skiftet inom sjöfarten i Sverige från LNG till LBM på en nivå av 4–6 TWh bedöms vara en realistisk potential, men skiftet kommer inte att ske om inte samhället ger branschen incita¬ment som stödjer det skiftet och tydligt visar de inblandade intressenterna att det finns en långsiktig strategi för att öka produktionen och konsumtionen av förnybar metan. Det är särskilt viktigt att ett styrmedel inom sjöfarten införs som kopplar samman utsläpp av växthusgaser med en kostnad som kan undvikas om bränslen med låga eller nollutsläpp av klimatgaser används.Idag är det bara en liten del av biometan som förvätskas till LBM i Sverige, medan merparten av de planerade produktionsanläggningarna för biogas kommer att vara för LBM. Detta tack vare sub¬ventioner i form av investeringsstöd och den minskade efterfrågan på CBG som gynnar LBM.Denna rapport har valt att använda uttrycket Liquid Bio-Methane (LBM) på grund av att det ofta använda uttrycket Liquid Bio Gas (LBG) inte täcker den viktiga delen av metan som produceras som ett elektrobränsle baserat på koldioxid från rötningen process och inkluderar egentligen inte heller metanisering av syngas från förgasningsanläggningar.Ett svenskt produktionsstöd i kombination med införlivandet av sjöfart inom EU:s utsläppshandels¬system (ETS) ser ut att kunna jämna ut kostnadsskillnaden mellan LNG och LBG som marint bränsle eller åtminstone bli en mindre barriär att övervinna.För att fastställa miljönyttan för denna produktionspotential gjordes livscykelbedömningar av pro¬duktionen av LBM och användningen inom sjöfartssektorn. Inga tidigare vetenskapliga studier har identifierats som undersöker prestandan för att använda elektrobränslevägar för LBM i sjöfarts¬sektorn. Resultaten presenteras i rapporten tillsammans med en analys av potentiella framtida frågor att observera.

This report includes a ship concept design developed for a RoPax ship (a ferry transporting passengers and goods) with hydrogen fuel cell propulsion for intended operations on the route Frederikshavn (Denmark) to Gothenburg (Sweden). The assessments, performed within the HOPE (Hydrogen fuel cells solutions in shipping in relation to other low carbon options – a Nordic perspective) project, shows that it is technically feasible to build and operate such a ship with existing technology for the studied route between these two Nordic countries. Also, the costs of such a concept are assessed and compared to other fuel options including: battery-electric propulsion, electro-ammonia, electro-methanol, biomass-based methane, or fossil liquefied natural gas (LNG), as well as conventional fossil marine gas oil (MGO).

The overall result from the comparative analysis of the estimated costs is that the hydrogen fuel cell ship, when assuming current or near future costs for the technology and the hydrogen, is estimated to be some 25 percent more expensive than a conventional fossil fuelled (MGO) RoPax ship (when including costs for emissions in the EU emission trading scheme). However, the cost developments are uncertain. In the case that fuel cell prices, and hydrogen prices, are decreasing, and todays cost levels of emission allowances in the EU emission trading scheme (ETS) increase, the hydrogen fuel cell ship could possibly be operated at lower total costs compared to the MGO fuelled ship.

A cost benefit analysis was also performed, comparing costs linked to the technical implementation of hydrogen fuel cell solutions in shipping (with a private and social perspective) to benefits in terms of reduced external costs linked to lower emissions and potential subsides. The cost benefit assessment also confirms that the investment from a private perspective is not cost effective and that additional subsidies may be needed for investments in fuel cell hydrogen technology to take place. The cost effectiveness from a social perspective is strongly dependent on values of highly uncertain parameters.

The impacts of emissions of hydrogen as fuel in a Nordic context were assessed for deployment scenarios for hydrogen and fuel cell solutions in Nordic shipping. There is a considerable potential for emission reductions both in terms of CO2, nitrogen oxides (NOX), sulphur dioxide (SO2) and particulate matter (PM) linked to the implementation of hydrogen and fuel cells in Nordic shipping, particularly in the RoPax segment, representing 30% of total CO2 emissions in 2018. Considering the relatively long lifetime of vessels, investments must be made soon to enable a hydrogen powered shipping fleet in the near future. Since it is currently not economically viable with hydrogen and fuel cells vessels there is need for subsidies and investments in pilots to develop solutions and speed up the process. 

Inom projektet ”Miljömärkning av fritidsbåtshamnar” – Eko Marina I, (Koroschetz m.fl., 2020) tog IVL Svenska Miljöinstitutet tillsammans med Havsmiljöinstitutet fram ett miljöindex för fritidsbåtshamnar, som består av en samling skräddarsydda kriterier för att minska miljöföroreningarna från verksamheter kopplade till fritidsbåtshamnar. I fortsättningsprojektet Eko Marina II var syftet att utveckla och förbättra miljöindexet, samt att utvärdera tillämpningsbarheten av indexet i samarbete med olika typer av fritidsbåtshamnar. Detta gjordes genom att via en enkät testa de tidigare framtagna indexkriterierna i samverkan med 17 olika fritidsbåtshamnar. Utifrån inkomna svar på enkäten, samt kompletterande kommentarer från fritidsbåtshamnar och andra aktörer, har ett omarbetat förslag på index tagits fram, kallat Index 2.0, som är lämpligt för alla typer av hamnar – gästhamnar, hamnar som drivs av ideella föreningar, såväl som kommersiella fritidsbåtshamnar.

Projektet har också tagit fram stöddokumentation med förklaringar och checklistor för olika kriterier i miljöindexet (till exempel förslag till en miljöpolicy) samt handlingsplaner för olika miljöproblem, till exempel för förorenade områden. Förutom att utveckla miljöindexet vidare har projektet resulterat i ett första konkret förslag till affärsmodell som inkluderar en app och hemsida samt potentiella samarbetspartners. Rapporten presenterar också de förväntande positiva effekterna för fritidsbåtshamnar t. ex ett konkret stöd i miljöarbetet, men också ekonomiska incitament för att vara med i miljömärkningen. Här beskrivs också hur miljömärkningen kan underlätta miljötillsynen för kommunerna och fritidsbåtshamnar.

Many ports today want to improve the information flow in the logistics chain to be able to make port calls more efficient and thereby reduce the waiting times for ships, terminals and other operators in the logistics chain. The Port of Gävle is part of two ongoing projects, where digital tools and improvement of the current regulatory and structural framework in the port are being evaluated. The example calculations made in this study show that the potential to reduce emissions at sea is great even at minor speed reductions. For example, the annual greenhouse gas emissions for all incoming vessels would decrease by 8 300 tonnes of CO2-e if the ships would lower their speed at sea from last port by only 5%. This can be compared to effects from a shorter time at berth that not only can reduce emissions from ships quayside but also from ships at anchor, due to shorter waiting times. The potential reduction with 7% shorter times at berth is between 600 and 900 tonnes of CO2-e/year and the reduction at anchor is estimated to be between 825 and 3 860 tonnes of CO2-e/year.