IVL Swedish Environmental Research Institute

Biogas from waste and residues is a renewable transportation fuel, which can contribute directly to the fulfillment of several of the UN Sustainable Development Goals. In this paper, we address the question of how biogas value chains, and the respective actor networks, emerge at the local level. The purpose of the paper is to empirically assess the development of local biogas transport systems in three Swedish regions, and how policy – including so-called network management – can support this development. The analysis draws on an analytical framework describing how emerging actor networks can be strengthened, and multiple data collection methods (personal interviews, workshop, and secondary sources). The results indicate that four factors explain the success of developing effective local biogas systems: (i) a clear political vision and an adequate basis for decision-making; (ii) a reliance on green public procurement giving priority to biogas vehicles (including follow-up); (iii) integrated actor networks, facilitating knowledge development and sharing of information; and (iv) strategies to deal with an uneven system growth.

Syftet med denna rapport är att jämföra distributionsalternativ för gas utifrån miljö och ekonomi. Fokus för jämförelsen är mobil distribution av gas via lastväxlarflak och mobila gaslager. Rörbunden distribution eller flytande gas har inte tagits med i denna jämförelse. Rapport har tagits fram för företaget Nordic Gas Solutions (NGS) inom ramen för samverkansprojektet GrönBostad Stockholm.

This document reports the findings of the project “Large scale bio electro jet fuel production integration at CHP-plant in Östersund, Sweden”. BEJF is an electrofuel produced in a synthesis process where biogenic carbon dioxide (CO2) is the main carbon source and hydrogen from electrolysis of water using renewable electricity is the main energy source. The project is a feasibility study for a factory for such fuel located at Jämtkraft's facility for CHP in Östersund. Thus, the aim of the project is to assess the feasibility for producing renewable aviation fuel at a specific location considering and evaluating e.g., different processes, operations and integrations, costs, environmental impact, business models and actors.

IVL The Swedish Environmental Research Institute, Jämtkraft (JK), Chalmers University (CU), Lund University (LU), Nordic Initiative for Sustainable Aviation (NISA), and Fly Green Fund (FGF) have been the primary implementers in this project. Other project stakeholders (AFAB, and The Power Region), have provided relevant data to the various working groups. The project has included experimental work, modelling and calculations, as well as literature-based studies but not the construction of any facilities.

In this study, we demonstrate that in certain cases, it can be advantageous to produce hydrogen from biogas and to use it in heavy-duty vehicles such as buses. In Luleå, it may be feasible to use hydrogen from biogas in city buses because there is a need for heating where waste heat from the fuel cell can be utilized. However, it is uncertain whether the waste heat is sufficient or if a separate auxiliary heater driven by diesel or HVO is needed. If such a heater is required, the conclusion is that hydrogen from biogas is suitable for other segments of heavy transportation, where battery electrification is not as suitable. Overall, our study shows that hydrogen from biogas may be interesting as a transitional fuel to increase the availability of environmentally friendly hydrogen until electrolyzer capacity is sufficiently expanded.

At the same time, our mapping of the policy landscape concerning hydrogen and zero-emission buses shows that biohydrogen is disadvantaged in the EU's regulations on renewable hydrogen. This means that member states are restricted from providing support for investments to produce and distribute hydrogen from biogas and other biogenic feedstocks. The reason is that renewable hydrogen, according to EU terminology, is defined in the so-called delegated act on renewable fuels of non-biological origin (RFNBO). It is established that renewable hydrogen should be based on non-biological feedstocks (i.e., from electrolysis) and must meet a number of criteria.

The results are interesting in the context of urban bus traffic rapidly moving towards zero-emission operation. In Sweden and many other countries, battery buses have become a common and obvious feature on city streets. But just like for other segments of heavy-duty vehicles, another technology to achieve zero-emission operation has also received increased attention, namely hydrogen and fuel cell buses. In Sweden, only a few fuel cell buses have been used - and moreover, only on a trial basis - but in several European cities, they have already begun to be used on a significant scale. An advantage of fuel cell operation with hydrogen from biogas is that it allows for the continued utilization of the biogas already produced and purchased for existing city bus traffic.

System study consisting of two parts

We arrived at the result by investigating the suitability of both producing hydrogen from biogas at the existing sewage treatment plant in Luleå and the feasibility for LLT to use fuel cell buses in its city bus traffic. The study has considered both costs associated with each part and climate impact from a life cycle perspective for fuel production and bus operation.

Matavfall används ofta i Sverige för att producera biogödsel och biogas. Olika typer av matavfallsemballage (matavfallspåsar) kan användas för insamling av matavfall, t ex: plastpåsar av polyeten (fossil- eller bio-baserade), påsar från material baserade på majs- eller potatisstärkelse, papperspåsar. Alternativen har olika egenskaper och olika fördelar och nackdelar. Många kommuner i Sverige ställer krav på en specifik typ av emballage som ska användas. Idag finns det inga speciella krav för matavfallsemballage för insamling av matavfall i Uppsala kommun och hushållen väljer själva vilken typ av påse som används. Uppsala Vatten vill undersöka om det ur hållbarhetssynpunkt finns skäl att göra förändringar av dagens insamlingssystem. I den här studien gjordes en miljöutvärdering av olika typer av matavfallsemballage för insamling från hushåll. Projektets syfte var att adressera frågeställningen hur matavfallsemballage av olika material påverkar klimatprestandan för insamling och rötning av matavfall.

Studien har, genom livscykelanalys (LCA), utforskat, utvärderat och dokumenterat klimatpåverkan från olika matavfallsemballage längs hela värdekedjan. Olika fördelar och nackdelar av materialval samt distribution av matavfallspåsar har också identifierats med hjälp av intervjuer med olika kommuner och företag i Sverige. De olika typerna av påsar för matavfallsemballage som har analyserats i den här studien är: fossil polyeten (PE), (bärkasse och avfallspåse på rulle); återvunnen PE (bärkasse och avfallspåse på rulle), bio-baserad PE (bärkasse och avfallspåse på rulle) samt kompostpåse (papper).

En viktig del av en LCA-beräkning är att sätta systemgränser för vilka delar av livscykeln som beräkningen ska täcka in. Detta beror i sin tur på hur produkten används. I denna studie har t. ex. inte tillverkningen av råvara och påse tagits med i beräkningen för plastbärkassar p.g.a. att de främst är tillverkade för att användas till ett annat ändamål. För avfallspåse på rulle och kompostpåse av papper inkluderas däremot denna tillverkning eftersom dessa påsar enbart är avsedda att användas som matavfallsemballage.

Resultaten visar att bärkassen av bio-baserad PE faller bäst ut ur klimatsynpunkt eftersom utsläppet av koldioxid (CO2) vid förbränning av bio-baserad PE är biogent och därmed enligt praxis inte räknas som ett bidrag till antropogen klimatpåverkan och dessutom exkluderas tillverkningen av råvara och påse. Det bör dock påpekas att valet av en bio-baserad PE bärkasse sällan är ett val man som konsument själv kan styra över eftersom tillgången regleras av butikernas val av material i påsar.

Om man enbart jämför påsar som produceras för ändamålet att samla in matavfall (där ”uppströms produktion” inkluderas) är papperspåse (kompostpåse) bästa alternativet, och avfallspåse på rulle av fossil PE faller ut sämst ur klimatsynpunkt. Att kompostpåse av papper är det mest gynnsamma alternativet, beror främst på att utsläppet av koldioxid (CO2) vid förbränning av papper är biogent (analogt med fallet för bio-baserad PE). Påverkan från tillverkningen av råvaran (papper) samt påstillverkningen är också lägre för papperspåsen.

Under studien observerades dock att resultaten är mycket känsliga för vissa osäkra parametrar, t ex: antagande om volym av matavfall per påse, mängder av producerad biogödsel och biogas samt biogödselkvalitet. Känslighetsanalyser visade att dessa parametrar kan påverka jämförelsen mellan påsarna och behöver därmed studeras mer för att säkerställa pålitliga resultat.

Inom ramen för det pågående projektet Västsvensk arena för flytande biogas ansvarar IVL för systemanalyser av hållbarhetsaspekter kring produktion och användning av LBG (Liquified Bio Gas). LBG ses som ett lovande bränsle för att bidra till målet om en en fossilfri fordonsflotta. En fråga som varit viktig att besvara är hur stor potentialen för produktion av LBG är i Sverige inom de närmsta åren. Denna studie har sammanställt kunskapsläget i Sverige, konstaterat att det finns få studier som specifikt fokuserar på LBG och därför uppskattat potentialen för produktion av biogas från hållbara substrat baserat befintliga studier.

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.

As per today (2021), in total some 500 TWh bunker fuel is consumed within the shipping sector annually within EU waters and approximately 25 TWh of this (5%) is LNG (Liquefied natural gas). The fleet of LNG fuelled vessels has grown steadily since the first vessels were introduced around year 2000. Predictions and scenarios indicate that in a couple of years, it is likely that around 15 % of all bunker fuels consumed in shipping will be LNG.Through detailed analyses of present and planned production capacity combined with scenarios built for future potential bio- and electro-methane production, a possibility to replace large amounts of LNG in shipping can be seen from a Swedish perspective.

In total, the analysis shows a maximum scenario for LBM production (Liquefied Bio Methane) in Sweden year 2045 of nearly 30 TWh annually. This potential includes electro-methane production based on carbon dioxide that is naturally formed during the biogas digestion production process. All production, of methane being assessed as potential, is assessed to be based on sustainable sub¬strates and sustainably produced.This report shows that it could be possible to replace fossil LNG as a fuel in shipping with renewa¬ble LBM at a large scale from a Swedish perspective. The total bunkering of ships in Sweden are around 25 TWh per year, varies over time, and is dependant not only on which ships that calls Swe¬dish ports but also with the market competition with bunker suppliers in other countries. Should 15% of that fuel be LNG, it would be some 4 TWh LNG that could be interesting to switch towards renewable LBM.

The potential shift in shipping in Sweden from LNG to LBM at a level of 4-6 TWh is assessed to be a realistic potential, but the shift will not happen unless the society gives the industry incentives that supports that shift and clearly shows the involved stakeholders that there is a long-term strat¬egy to enhance renewable methane production and consumption. It is especially important that pol¬icy instrument in the shipping sector is introduced that connects greenhouse gas emissions with a cost that can be avoided if fuels with low or zero emissions being used.Today, only a small proportion of bio-methane is liquefied to LBM in Sweden, while most of the planned production facilities for biogas will be for LBM, thanks to subsidies in the form of invest¬ment support and the decreased demand of CBG that benefits LBM.This report has chosen to use the expression Liquid Bio-Methane (LBM) due to the fact that the ex¬pression often used Liquid Bio Gas (LBG) does not cover the important part of the methane pro¬duced as an electrofuel based on carbon dioxide from the digestion process and also not really in¬cludes the methanation of syngas from gasification plants.A Swedish production support in combination with the introduction of shipping within the EU emission trading scheme (ETS) seems too possibly even out the cost difference between LNG and LBG as a marine fuel or at least give a significantly smaller barrier to overcome.To establish the environmental rationale of this product, life cycle assessments of the production of LBM and the use in the shipping sector were performed. No previous scientific studies have been identified which look into the performance of using electrofuel pathways of LBM in the shipping sector. The results are presented in the report together with an analysis of potential future issues to observe.

Transportsektorns efterfrågan på biodrivmedel ökar när klimatomställningen ska omsättas i praktik. Sverige har goda förutsättningar att producera dessa drivmedel och det finns flertalet orter runt om i landet där förutsättningarna för biodrivmedelsproduktion är goda. Gullspångs kommun har under de senaste tio åren fört en dialog med Västra Götalandsregionen om möjligheten att etablera en bioenergikombinatanläggning i Otterbäcken för att nyttja de goda förutsättningar som finns med tillgång på råvara samt goda logistiska förutsättningar med bland annat djuphamnen. I detta projekt har en utredning gjorts för att ta fram kommersiellt relevanta investeringskoncept för en bioenergikombinatanläggning i Otterbäcken, och resultaten pekar på intressanta förutsättningar för en anläggning för produktion av flytande biometan (Liquified biogas, LBG).

Projektet har utgått från en äldre förstudie där förutsättningarna för en bioenergikombinat-anläggning som producerar torrefierad biomassa undersöktes. Kunskaperna från denna tidigare studie har kompletterats med nya kartläggningar av relevanta tekniker och lokala råvaror som kan ingå i ett investeringskoncept för en anläggning som producerar biodrivmedel som kan användas i befintliga tunga lastbilar. Kartläggningen omfattade sju olika tekniker som utifrån de uppdaterade kartläggningarna kondenserades ned till två investeringskoncept för djupare undersökning av investeringskoncept. Det ena konceptet var en anläggning för produktion av pyrolysolja från skogsrester och det andra konceptet var en anläggning för produktion av LBG, men på grund av en högre teknologisk mognadsgrad samt större intresse från referensgruppen för det senare konceptet (LBG) så fick detta ett större fokus i projektet.

De två fördjupade investeringskoncepten inkluderade teknikbeskrivning, skiss på affärsmodell med hjälp av referensgruppen, ekonomisk bedömning av lönsamheten i investeringen samt en beräkning av klimatpåverkan för drivmedlet (endast för LBG-konceptet).

Resultaten visar att det ser ut att finnas både råvaror för, teknik till och förutsättningar för en god ekonomi i en anläggning för produktion av LBG. Råvarusituationen behöver bekräftas genom kontakter med råvaruleverantörer, tekniken kan behöva viss utvärdering för att hitta etablerade teknikleverantörer med pålitlig teknik och de ekonomiska förutsättningarna är beroende av investerings- och produktionsstöd för att kunna vara kommersiellt intressanta. Trots dessa osäkerheter är den samlade bedömningen att det kan vara aktuellt för en aktör eller grupp av aktörer med intresse av att äga och driva en biogasanläggning att ta vid där projektet slutar för att på sikt gå vidare med en investering i en anläggning.