IVL Svenska Miljöinstitutet

This document reports the finding from the project BeKind: Circularity and climate benefit of a Bio- and Electro-based Chemical Industry - effects of transitions in petrochemical value chains. The aim of the BeKind-project has been to identify challenges for transition to a circular and climate-neutral petrochemical industry, to develop proposals for remedial activities for these obstacles and challenges, and to quantify the benefits such a transition can have for circularity, climate and social sustainability. The focus of the project has been on industrial production of liquid fuels and plastics. 

I denna studie visar vi på att det i vissa fall kan vara fördelaktigt att producera vätgas från biogas och att det även kan vara fördelaktigt att använda det i tunga fordon såsom bussar. I Luleå kan det vara motiverat att använda vätgas från biogas i stadsbussar eftersom det finns ett behov av uppvärmning där spillvärme från bränslecellen kan komma till nytta. Det är dock osäkert ifall spillvärmen är tillräcklig eller om det behövs en separat tilläggsvärmare som kan drivas på diesel eller HVO. Ifall en sådan behövs är istället slutsatsen att vätgas från biogas passar i andra segment av tunga transporter, där batterielektrifiering inte passar lika bra. Övergripande visar vi i denna studie på att vätgas från biogas kan vara intressant som ett transitionsbränsle för att öka tillgången på miljövänlig vätgas fram till dess att elektrolysörkapaciteten är tillräckligt utbyggd.

Samtidigt visar vår kartläggning av styrmedelslandskapet kring vätgas och nollemissionsbussar att biovätgas missgynnas i EU:s regelverk om förnybar vätgas. Detta innebär att medlemsstater begränsas från att ge stöd till investeringar för att producera och att distribuera vätgas från biogas samt andra biogena råvaror. Anledningen är att förnybar vätgas enligt EU-terminologi definieras i den så kallade delegerade akten om förnybara bränslen av icke-biologiskt ursprung (på engelska: renewable fuels of non-biological origin, RFNBO). Där fastställs att förnybar vätgas ska vara baserad på icke-biologiska råvaror (det vill säga från elektrolys) och därtill uppfylla ett antal kriterier. 

Resultatet är intressant i kontexten av att stadsbusstrafiken snabbt går mot nollemissionsdrift. I Sverige och många andra länder har batteribussar blivit ett lika vanligt som självklart inslag på städers gator. Men precis som för andra segment av tunga transporter har även en annan teknik för att uppnå nollemissionsdrift fått ökad uppmärksamhet, nämligen vätgas och bränslecellsbussar. I Sverige har bara ett fåtal bränslecellsbussar använts – och dessutom bara på prov – men i flera europeiska städer har de redan börjat användas i betydande skala. En fördel med bränslecellsdrift med vätgas från biogas är att man kan fortsätta utnyttja den biogas som redan produceras och inhandlas för befintlig stadsbusstrafik. 

Systemstudie bestående av två delar

Vi kom fram till resultatet genom att undersöka lämpligheten med att både producera vätgas från biogas vid LUMIREs befintliga avloppsreningsverk samt lämpligheten för LLT att använda bränslecellsbussar i sin stadsbusstrafik. Studien har både beaktat kostnader förenade med respektive del samt klimatpåverkan ur ett livscykelperspektiv för produktion av bränslen samt drift av bussarna. 

A techno-economic assessment and environmental and social sustainability assessments of novel Fischer–Tropsch (FT) biodiesel production from the wet and dry gasification of biomass-based residue streams (bark and black liquor from pulp production) for transport applications are presented. A typical French kraft pulp mill serves as the reference case and large-scale biofuel-production-process integration is explored. Relatively low greenhouse gas emission levels can be obtained for the FT biodiesel (total span: 16–83 g CO2eq/MJ in the assessed EU countries).

Actual process configuration and low-carbon electricity are critical for overall performance. The site-specific social assessment indicates an overall positive social effect for local community, value chain actors, and society. Important social aspects include (i) job creation potential, (ii) economic development through job creation and new business opportunities, and (iii) health and safety for workers.

For social risks, the country of implementation is important. Heat and electricity use are the key contributors to social impacts. The estimated production cost for biobased crude oil is about 13 €/GJ, and it is 14 €/GJ (0.47 €/L or 50 €/MWh) for the FT biodiesel. However, there are uncertainties, i.e., due to the low technology readiness level of the gasification technologies, especially wet gasification. However, the studied concept may provide substantial GHG reduction compared to fossil diesel at a relatively low cost.

A techno-economic assessment and environmental and social sustainability assessments ofnovel Fischer–Tropsch (FT) biodiesel production from the wet and dry gasification of biomass-based residue streams (bark and black liquor from pulp production) for transport applications are presented. A typical French kraft pulp mill serves as the reference case and large-scale biofuel-production-process integration is explored. Relatively low greenhouse gas emission levels can be obtained for the FT biodiesel (total span: 16–83 g CO2eq/MJ in the assessed EU countries). Actual process configuration and low-carbon electricity are critical for overall performance.

The site-specific social assessment indicates an overall positive social effect for local community, value chain actors, and society. Important social aspects include (i) job creation potential, (ii) economic development through job creation and new business opportunities, and (iii) health and safety for workers. For social risks, the country of implementation is important. Heat and electricity use are the key contributors to social impacts.The estimated production cost for biobased crude oil is about 13 €/GJ, and it is 14 €/GJ (0.47 €/L or50 €/MWh) for the FT biodiesel. However, there are uncertainties, i.e., due to the low technologyreadiness level of the gasification technologies, especially wet gasification. However, the studiedconcept may provide substantial GHG reduction compared to fossil diesel at a relatively low cost.

Renewable fuels for transport are needed to reach future climate targets. However, the potential future role of different biofuels, hydrogen, and electrofuels (produced by electricity, water, and CO2) in different transportation sectors remains uncertain. Increased knowledge about the preconditions for different renewable fuels for road and air transport to contribute to the transformation of the transport sector is needed to ensure the transformation is done in a climate- and cost-effective way. The CO2 abatement cost, i.e., the cost of reducing a certain amount of greenhouse gas (GHG) emissions is central from both a societal and business perspective, the latter partly due to the design of the Swedish reduction obligation system.

The abatement cost of a specific fuel value chain depends on the fuel production cost and the GHG reduction provided by the fuel. This report provides an updated summary of the CO2 abatement costs for various types of biofuels and electrofuels for road transport and aviation, relevant in a Swedish context. Fuel production costs and GHG performance (well to wheel) for the selected renewable fuel pathways are mapped based on published data. The estimated CO2 abatement cost ranges from -0.37 to 4.03 SEK/kg CO2-equivalent. Methane from anaerobic digestion of sewage sludge and ethanol from fermentation of sugarcane and maize end up with negative CO2 abatement cost given the assumptions made, meaning it is more economically beneficial to use than its fossil counterpart.

Electrofuels pathways (particularly diesel and aviation fuels) have, on the other hand, relatively high CO2 abatement costs. Also, so-called bio-electrofuels produced from biogenic excess CO2 from biofuel production and electricity linked to biofuel production generally have higher CO2 abatement costs than the corresponding forest biomass-based biofuel pathway. For forest biomass-based biofuels, bio-electrofuels and electrofuels, methanol, and methane pathways in general have somewhat lower CO2 abatement costs than hydrocarbon-based fuels (gasoline, diesel, and aviation fuel).Since most of the assessed renewable fuel pathways achieve substantial GHG emission reduction compared to fossil fuels, the fuel production cost is, in general, more important than the GHG performance to achieve a low CO2 abatement cost. The production cost for fossil fuels also influences the CO2 abatement cost to a large extent. More estimates of cost and GHG performance for gasification of waste-based pathways are needed and for certain pathways under development (e.g., including hydropyrolysis).

Den 24 mars 2021 gav regeringen SGU i uppdrag att tillsammans med Naturvårdsverket arbeta för att öka möjligheterna till hållbar utvinning av mineral och metaller från sekundära råmaterial (Näringsdepartementet, 2021). Uppdraget innehåller ett antal strecksatser varav den fjärde handlar om att ge en överblick över flöden av kritiska mineral och metaller samt att föreslå system för hur livscykelanalys och spårbarhet kan utformas för att bidra till en cirkulär ekonomi. Denna rapport avhandlar en del av strecksatsen och beskriver resultatet av arbetet med att föreslå det efterfrågade systemet.

Inom ramen för arbetet har det varit nödvändigt att tolka och delvis omdefiniera några av de efterfrågade delarna i systemet. I den här studien läggs tyngdpunkten på totala mängder, fördelning och användning av råmaterial, snarare än genom vilka värdekedjor ett visst delflöde av råmaterial har flödat eller vilket hållbarhetsavtryck det råmaterialflödet har orsakat. För att tydliggöra den avgränsningen benämns det system som föreslås i den här studien för ett kartläggningssystem i stället för ett spårbarhetssystem. Ett system för att spåra eller kartlägga kritiska råmaterial med syftet att bidra till en cirkulär ekonomi bör initialt inte inriktas på att samla in livscykeldata eller på att ta fram nya LCA-undersökningar, utan i stället fokusera på var olika material finns, i vilka mängder dessa förekommer samt var i livscykeln (teknosfären) dessa befinner sig och när dessa (om möjligt) kan bli tillgängliga för att återanvändas eller återvinnas. I ett uppbyggnadsskede är det därmed ett livscykelperspektiv som behövs i systemet och inte ett system för livscykelanalys.

I arbetet med att ta fram och föreslå ett system har det ingått att beskriva befintliga datakällor, hur ett beräkningssystem skulle kunna utformas samt att beskriva hur datakällor och beräkningar ska kunna kombineras till ett system som också tar hänsyn till det arbete som inletts med digitala produktpass som ett led i den nya ekodesignförordningen som föreslås implementeras inom EU framöver.SMED förordar att ett framtida livscykelbaserat kartläggningssystem för kritiska råmaterial i den svenska teknosfären utvecklas med en så kallad bottom-up-ansats. Det innebär ett mer komplext system som ställer större krav på datainsamlingen än med en top-down-ansats. Samtidigt lägger det grunden för ett system som kan bli varaktigt över tid och som fullt ut kan dra fördel av den dramatiska ökningen av tillgängliga produktdata som de digitala produktpassen troligtvis kommer att innebära. Utformningen av och innehållet i produktpassen kommer regleras i den delegerade akten för respektive produktgrupp. Begränsad tillgång till produktdata har hittills varit det främsta argumentet för en top-down-ansats. Den pågående och samhällsgenomgripande omställningen av det svenska och europeiska energisystemet kommer att innebära ett växande materialberoende. SMED anser därför att kartläggningssystemet med stor sannolikhet kommer att vara relevant under lång tid framöver, vilket väl motiverar en hög inledande ambitionsnivå för att från början utveckla ett system att växa i. Systemet blir av nödvändighet mycket dataintensivt, men bygger i hög grad på data som samlas in centralt.

Som framgår i flera avsnitt i den här rapporten har kartläggningssystemet utformats för att vara förenligt med de initiativ som SMED bedömer vara de viktigaste initiativen. Särskild uppmärksamhet ges åt batteriförordningen och ekodesignförordningens produktpass på EU-nivå och Avfallsregistret på nationell nivå.En framgångsfaktor för det föreslagna kartläggningssystemet blir att fortlöpande bevaka utvecklingen på området för att både säkerställa att Sveriges nationella system blir konsistent med de framväxande systemen på EU-nivå, och att identifiera och utnyttja de möjligheter till synergier mellan olika system och olika aktörer som kartläggningssystemet kommer att medföra. Inte minst har det potentialen att lindra uppgiftslämnarbördan för näringslivet, eftersom delar av den data som kartläggningssystemet behöver samtidigt efterfrågas och i många fall begärs för andra ändamål.

Sammantaget kommer SMED till slutsatsen att mycket talar för att gå vidare med en utveckling av ett kartläggningssystem enligt vad som rekommenderas vidare i rapporten. För det fall de digitala produktpassen implementeras i en nära framtid och kan tillhandahålla den data som idag förespeglas kommer utvecklingskostnader och uppgiftslämnarbördor att hållas nere väsentligt. Å andra sidan, om data över flöden av kritiska råmaterial av ett eller annat skäl inte kommer att tillhandahållas av produktpassen ökar värdet av ett svenskt kartläggningssystem ytterligare, eftersom det då (så vitt vi kan förutse idag) inte kommer att finnas något annat system som kan teckna den nödvändiga kartan.

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.

I detta projekt har en klimatberäkningsmetod tagits fram med syftet att kunna beräkna klimatpåverkan för en bransch bestående av både produkter och tjänster. Metoden har testats för Golvbranschens Riksorganisation (GBR) som ett led i branschens arbete mot att formulera en klimatfärdplan.

Byggbranschen står för ca 20% av samhällets klimatpåverkan varav cirka hälften kommer från materialanvändning. År 2018 tog byggsektorn fram en färdplan för att nå en klimatneutral värdekedja i byggsektorn år 2045. Som en del av färdplanen ska byggbranschens aktörer senast år 2022 ha kartlagt sina utsläpp och satt egna klimatmål. Golvbranschens Riksorganisation (GBR) initierade ett samverkansprojekt tillsammans med IVL för att skapa en gemensam överblick för hur klimatpåverkan från hela golvbranschen kan beräknas, en bransch bestående av både produkter och tjänster.

Genom detta projekt har en klimatberäkningsmetod inspirerat av GHG-protokollet tagits fram för att vara tillämpbar på en bransch med både produkter och tjänster. Metoden har testats med GBR som fallstudie, och en klimatberäkning av branschen har gjorts för basår 2021.

Baserat på klimatberäkningen står avfallshanteringen av ytskikt (förbränning) för GBR:s största klimatpåverkan, följt av materialtillverkning och tredjepartsleveranser.

I samarbete med GBR har relevanta klimatåtgärder identifierats, och dessa åtgärder har graderats efter potential till sänkta klimatutsläpp för GBR som helhet. Då klimatpåverkan från produktskedet och förbränning är väldigt stora i förhållande till GBR:s totala klimatpåverkan är det relevant med åtgärder riktade mot dessa områden, såsom klimatförbättrade material och att ytskikten får utnyttja en större del av sin tekniska livslängd. Det är också relevant med åtgärder riktade mot sänkt klimatpåverkan från transporter, såsom användning av alternativa drivmedel.

Målet om netto-noll klimatpåverkan 2045 har gjort det angeläget även för flygsektorn att minska sina utsläpp av växthusgaser. Detta innebär en utmaning för samhällsviktigt flyg, vars verksamhet måste genomföras oberoende av klimatmål.

Ökad användning av hållbara flygbränslen (sustainable aviation fuels, SAF) är ett sätt att uppnå klimatmålet utan att äventyra verksamheten i denna del av luftfarten. På grund av den höga efterfrågan på SAF är dock tillgången och möjligheten att försörja luftfartssektorn i Sverige samt deras miljöpåverkan i förhållande till klimatmålet fortfarande något osäkra.

Syftet med denna rapport är därför att öka förståelsen för dessa frågor, först genom att undersöka tillgången på inhemska råvaror och beräkna produktionspotentialen för SAF i Sverige, därefter genom att bygga scenarier för framtida efterfrågan på SAF utifrån reduktionsplikten. Klimatpåverkan hos inhemsk producerad SAF jämfördes även med importerad SAF i en livcykelanalys. 

Utifrån de produktionsmetoder som kartlagts inom projektet uppvisade restprodukter från skogen störst potential för flygbränsleproduktion. Möjligheten att producera flybränsle av infångad koldioxid och elektrolysbaserad vätgas hade en lägre potential, men den minsta produktionspotentialen från inhemsk råvara bestod av restoljor av biologiskt ursprung.

Storleken på intervallen genom vilka potentialen presenterades påverkades dock kraftigt av vilket processutbyte som antogs. Scenarioanalysen visade i sin tur på att framtiden för hållbart flygbränsle bland annat kommer att bero på bränslepriser, reduktionspliktens utveckling och av vilken inblandningsgrad som tillåts.

Livscykelanalysen belyste den ökade klimatpåverkan som orsakas av långväga transport av SAF och att utsläppsminskningen blir lägre vid byte till importerat flygbränsle gjord av restoljor av biologiskt ursprung jämfört med inhemskt producerat bränsle av vätgas och infångad koldioxid.

Slutligen diskuterades den osäkra framtiden för produktion och användning av hållbart flygbränsle, där bland andra frågan om skogsbrukets hållbarhetsklassning, den eventuella revideringen av reduktionsplikten och inte minst utvecklingen av elektrifierade alternativ påverkar möjligheten för samhällsviktigt flyg att ställa om sin verksamhet.