| 1. |
- Jannasch, Anna-Karin, et al.
(författare)
-
EN KUNSKAPSSYNTES OM ELEKTROBRÄNSLEN FRÅN BIOLOGISKA PROCESSER
- 2017
-
Rapport (refereegranskat)abstract
- Sverige har som mål att ha 100% förnybar kraftproduktion år 2040. Detta skall uppnås genom attbl.a. kraftigt bygga ut den intermittenta kraftproduktionen med t.ex. vindkraft. En ökad andel vindkraftställer dock krav på en ökad tillgång av energilagring och balans- och/eller reglerkraft. Detfinns också andra svenska högt uppsatta miljö- och klimatmål samt ambitioner såsom fossiloberoendetransportsektor 2030, ett koldioxidneutralt samhälle 2045 och att Sverige skall bli ledande påatt ta hand om och återanvända sitt avfall i en cirkulär ekonomi.Kombinationen power-to-gas och biogasproduktion kan på olika sätt bidra till att nå samtliga ovanbeskrivna mål genom att göra det framtida elsystemet flexiblare samtidigt som tillgänglig biomassa,t.ex. gödsel och biologisk nedbrytbart avfall, utnyttjas mer effektivt för ökad produktion avförnybara drivmedel och/eller kemikalier från samma mängd biogassubstrat. Konceptet bygger påatt omvandla billig förnybar el, via elektrolys, till vätgas (dvs. power-to-gas) som tillåts reagera vidaremed koldioxiden i rå biogas via s.k. elektrobränsleprocesser.Det finns idag både termokemiska och biologiska elektrobränsleprocesser för metanproduktion.Det finns också biologisk gasfermentering för produktion av flytande elektrobränslen, t.ex. bioalkoholer.Bland biogasproducenter finns idag ett växande intresse för de olika elektrobränsleprocessernaeftersom de på sikt skulle kunna ge mer lönsamma, produktflexibla och mindre marknadskänsligabiogasanläggningar. Den allmänna uppfattningen hos den svenska biogasbranschen ärdock att det är svårt att på ett lättillgängligt sätt få grepp om vad den teknoekonomiska prestandanoch mognadsgraden för de olika elektrobränsleprocesserna idag är, särskilt vad gäller de biologiska.Denna kunskapssyntes syftar till att tillgodose detta behov och innefattar elektrobränsleprocessernain-situ och ex-situ metanisering samt biologisk gasfermentering, samt med termokemisk metaniseringsom referensprocess. Möjligheten att kombinera elektrobränsleprocesserna med och/ellerersätta konventionell biogasuppgradering undersöks och diskuteras också. De huvudsakliga slutsatsernai studien summeras nedan.Genom att utnyttja billig el och elektrobränsleprocesser i kombination med koldioxidöverskott frånbiogasproduktion kan metanproduktionen från en och samma mängd substrat öka upp till det dubbla.Samtidigt kan konventionell biogasuppgradering för biometanproduktion slopas under förutsättningatt tillräcklig mängd vätgas finns tillgänglig. Den stora utmaningen för denna process ärdock kostnaden och det finns behov av fortsatt FoU inom området för att elektrobränsleprocessernaskall kunna bli ett kostnadsekonomiskt alternativ för svenska biogasproducenter.Av de undersökta elektroprocesserna är termokemisk metanisering den mest mogna tekniken(Technology Readiness Level, TRL=7-8). Processen bygger på termokatalytisk omvandling och äreffektiv, generar högvärdig värme och kan ersätta konventionell biogasuppgradering förutsatt tillgångpå tillräcklig mängd vätgas. Processen är dessutom snabb och reaktorerna som placeras nedströms(ex-situ) biogasreaktorn är kompakta. En primär utmaning med processen är dock att katalysatorernaär känsliga för vanligt förekommande biogasföroreningar (t.ex. svavel), vilket gör attuppströms gasrening krävs. En annan utmaning är att processen sker vid hög temperatur (300-700°C) och tryck (vanligtvis ≤20 bar) vilket medför att uppstartstiden från kallt tillstånd blir relativtlång (timmar). Processen har slutligen relativt låg tolerans mot svängningar i gaskvalité (H2:CO2)och variationer i temperatur vilket medför att uppströms vätgaslager behövs vid intermittent drift.Vid biologisk metanisering (in-situ och ex-situ) omvandlas koldioxid och vätgas till metan medhjälp av mikroorganismer. Ingen katalysator behövs och mikroorganismerna är självproducerande.Reaktionen sker vanligtvis vid atmosfärstryck och låg temperatur (37-60°C). Tack vare den lågadrifttemperaturen är uppstartstiden från kallt tillstånd snabb (minuter). Processerna har, i motsatstill termokemisk metanisering, också mycket hög tolerans mot gasföroreningar (sulfider) och ingeneller mycket begränsad uppströms gasrening krävs.I likhet med termokemisk metanisering är ex-situ biologisk metanisering effektiv och kan ersättakonventionell biogasuppgradering. Till skillnad mot termokemisk metanisering är processen tolerantmot svängningar i gassammansättning (H2:CO2) och kan köras intermittent utan uppströmsvätgaslager. Processen är däremot långsam och kräver betydligt mer voluminösa reaktorer (10-1000 ggr större än vid termokemisk). Ex-situ biologisk metanisering är mindre mogen än termokemiskmetanisering (TRL=6-7).Vid In-situ metanisering tillförs vätgasen direkt till rötningskammaren och önskvärd metaniseringsker parallellt med biogasprocessen. Detta innebär att inte behöver investera i någon separat kostsammetaniseringsreaktor. Nackdelen är att det finns begränsade möjligheter till att ändra och optimeradriftbetingelserna (T, p, omrörning) mot metaniseringsprocessen utan att störa rötningsprocessen.Omvandlingseffektiviteten blir därför betydligt lägre än för ex-situ metanisering (från 52till 75% metanhalt har som bäst demonstrerats) och processen kan inte ersätta konventionell biogasuppgradering.En annan utmaning är att processen är känslig för vätgasinhibering vilket innebäratt vätgaslager behövs uppströms rötningskammaren vid intermittent drift. Mognadsgraden är lägreän för både termokemisk och ex-situ biologisk metansiering (TRL=4-5).Biologisk gasfermentering ökar flexibiliteten hos en biogasanläggning och kan minska risken avinvesteringen eftersom processen kan anpassas till marknadsdrivkrafter. Flexibiliteten begränsasdock av kostnaden för produktuppgraderingen där etanol t.ex kräver dyrare och en annan typ avuppgradering än vad t.ex långa fettsyror gör. I jämförelse med metanisering är det en fördel medproduktion av flytande bränslen när en anläggning ligger långt från en existerande gasinfrastruktur.Idag produceras främst etanol kommersiellt, men forskning och utveckling för produktion av långafettsyror och butanediol pågår. Dessa produkter har ett högre marknadsvärde och medför en merkostnadseffektiv uppgradering. Teknikutvecklingen och kommersialiseringen har utgått från fermenteringav syngas från förgasning och koldioxid från stålindustrin. Produktionen av koldioxidfrån svenska biogasanläggningar uppskattas vara ca en tiondel för låg för att en kostnadseffektivetanolproduktion skall kunna vara möjlig. Processen bedöms därför vara den minst mogna av deundersökta alternativen (TRL=2-4). I övrigt är gasfermentering en biologisk process som inneharliknande fördelar och utmaningar som beskrivits ovan för biologisk ex-situ metanisering.
|
|
| 2. |
- Grahn, Maria, 1963, et al.
(författare)
-
Electro-methane: integration aspects and cost estimates
- 2018
-
Ingår i: Proceedings of 5th International Conference on Renewable Energy Gas Technology.
-
Konferensbidrag (refereegranskat)abstract
- One way to decrease the emissions of greenhouse gases from the transport sector is to use renewable fuels such as biogas either produced from anaerobic digestion of e.g. household waste or via gasification of woody biomass. Both processes give raise to excess biogenic CO2, which can be utilized to produce electro-methane. If renewable electricity is used to produce the hydrogen needed, to form electro-methane, the electro-methane is entirely renewable and fully blendable with biogas. The aim of this study is to calculate the production cost and assess if there are conditions under which electro-methane are cost-competitive to fossil natural gas or biogas. We find that there are circumstances when electro-methane can be produced at lower cost compared to the market price of natural gas as well as biogas, however not in the base case. In a future optimistic scenario, a production cost lower than the market price of natural gas can be found for electricity prices of 10-20 €/MWh combined with an investment cost of 100 €/kWel for the electrolyser, where the latter must be judged as an extremely optimistic assumption. Production costs equal or lower than the market price for biogas can in the future scenario be found for electricity prices between 10-30 €/MWh also for current electrolyser investment cost (500 €/kWel). We judge these circumstances realistic.
|
|
| 3. |
- Grahn, Maria, 1963, et al.
(författare)
-
What electricity price would make electrofuels cost-competitive?
- 2018
-
Ingår i: Tailor-Made Fuels from Production to Propulsion, 6th International Conference, Book of Abstracts. ; , s. 80-83
-
Konferensbidrag (refereegranskat)abstract
- Electrofuels are fuels produced from water and carbon dioxide, using electricity as the major source of energy. The aim of this study is to calculate the production cost of electro-hydrogen and electro-methanol and find what electricity price would make these fuels cost-competitive to fossil alternatives. Assuming input data of today, we find that electro-hydrogen may be competitive if electricity prices are between 10-20 €/MWh whereas no electricity price would lead to competitive electro-methanol. Both electrofuels, could under a combination of beneficial circumstances, be competitive to fossil alternatives.
|
|
| 4. |
|
|
| 5. |
- Jannasch, Anna-Karin, et al.
(författare)
-
ANALYSIS OF P2G/P2L SYSTEMS IN PITEÅ/NORRBOTTEN FOR COMBINED PRODUCTION OF LIQUID AND GASEOUS BIOFUELS : Report from an f3 project
- 2016
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- This report is the result of a collaborative project within the Swedish Knowledge Centre for Renewable Transportation Fuels (f3). f3 is a networking organization, which focuses on development of environmentally, economically and socially sustainable renewable fuels, and Provides a broad, scientifically based and trustworthy source of knowledge for industry, governments and public authorities, Carries through system oriented research related to the entire renewable fuels value chain, Acts as national platform stimulating interaction nationally and internationally.f3 partners include Sweden’s most active universities and research institutes within the field, as well as a broad range of industry companies with high relevance. f3 has no political agenda and does not conduct lobbying activities for specific fuels or systems, nor for the f3 partners’ respective areas of interest.The f3 centre is financed jointly by the centre partners, the Swedish Energy Agency and the region of Västra Götaland. f3 also receives funding from Vinnova (Sweden’s innovation agency) as a Swedish advocacy platform towards Horizon 2020. Chalmers Industriteknik (CIT) functions as the host of the f3 organization (see www.f3centre.se).
|
|
| 6. |
- Jannasch, Anna-Karin, et al.
(författare)
-
Opportunities and barriers for implementation of Power-to-X (P2X) technologies in the West Sweden Chemicals and Materials Cluster's process industries
- 2020
-
Rapport (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- The interest for industrial electrification is currently increasing rapidly as it has been identified as one important strategy for achieving climate neutrality. This is for example illustrated by the initialization of several larger industrial cross-sectorial projects (e.g. HYBRIT, CemZero, co-operation Preem-Vattenfall) and supporting R&D-programs in Sweden and Europe during the past few years. Recently, the chemical industry in the Swedish region Västra Götaland has also shown an increasing interest for P2X, and the initiative Klimatledande processindustri (KPI) (in eng. Climate smart industry), coordinated by the West Sweden Chemicals and Materials Cluster, has identified P2X as a prioritized R&D area. The purpose of this project was to identify opportunities and barriers for the introduction of P2X technologies in the process industries of the West Sweden Chemicals and Materials Cluster, with emphasis on the chemical and refinery industry in Västra Götaland and Södra´s pulp mill in Värö, Halland. The mapping was carried out for current conditions and markets (electricity, heat) as well as future scenarios, and the results provide a basis for a regional road map for industrial electrification in the region. Another aim of the project was to identify priority areas for continued development and innovation within the framework of the KPI initiative. The analysis and the conclusions of the project are based on information collected from open literature and interviews with the participating industries and organizations. The results of the project indicate clearly that the driving forces for industrial transformation and P2X within the West Sweden Chemicals and Materials Cluster are currently variable and different depending on the industrial sector. The refineries' interest in P2X and other transformative measures, e.g. biomass and CCUS, is primarily driven by the Swedish emissions reduction obligation, while the chemical industry expresses the shift to the circular economy as the main driver for P2X. Södra, as a forest industry and net producer of electricity, can contribute significantly to this transformation by supplying electricity and excess biomass at the same time as they have their own goal “Fossil-free transport in 2030”, in which increased electrification is one of the solutions. Neither the European Emissions Trading (EU-ETS) for CO2 nor the possibility of being an active player in an increasingly flexible electricity market provide significant incentives for electrification in West Sweden process industries. There are many P2X technologies for producing different products, with widely different technology readiness levels (TRL) and suitability depending on the industrial sector. Within the cluster's oil refinery industry, there are concrete plans within the next few years for establishing P2H2 at demonstration scale. In the longer term, it is conceivable that the refinery industry will implement large-scale P2H2 concepts to satisfy a significant fraction of the hydrogen gas needs of their refinery operations (Preem), or even implement electro-fuel production, e.g. electro-methanol (Preem, St1). In addition, the SME company Liquid Wind is targeting for up to five regionally located electro-methanol plants. Borealis mainly expresses interest in various forms of P2heat, while Perstorp in the long run sees interesting opportunities in P2acids. A number of barriers have been identified for the implementation of the different P2X technologies, such as low TRL levels, high costs, uncertainties linked to integration aspects and impact on existing processes and systems, access to carbon dioxide, water and electricity at one site if electro-fuel production, etc. Other barriers raised by the industries are the lack of long-term policy and funding. However, the most significant barrier that was pointed out for large scale P2X implementation concerns uncertainty regarding the availability of fossil-free or renewable electricity capacity at competitive prices in combination with long lead times for permitting processes and expansion of the electricity grid (up to 10-12 years). The sum of the expressed power needs associated with a moderate electrification pathway (i.e. investments that are either likely to occur or that are at the planning stage) presented by the interviewed industries corresponds to a doubling of current power demand levels. A more speculative extensive electrification scenario beyond 2030 (i.e. assuming that all electrification concepts discussed during the interviews are implemented by 2045), the total power need becomes just over 10 times larger than today´s and would most likely require extensive grid reinforcements. But even with the moderate electrification plans, grid reinforcements could be needed, especially if they coincide with electrification of other sectors. This highlights the need for open and active communication between industries and power grid operators about future plans and possibilities. Finally, a number of suggestions for further work in the field have been identified, including for example development and demonstration of different advanced P2X-technologies, inventories and implementations of heat pumps, the role of P2X in relation to other pathways (based on biomass, CCS, CCU) and how to design and integrate the P2X-technologies at the overall sites, where P2X is usually only one part of the solution.
|
|
| 7. |
- Jannasch, Patric
(creator_code:cre_t)
-
A binder and/or electrolyte material
- 2001
-
Patent (övrigt vetenskapligt/konstnärligt)abstract
- A binder and/or electrolyte material and method for production thereof, which material is intended to be used in the preparation of a porous electrode (5) for a cell (100), wherein the binder and/or electrolyte material (20) comprises an ion conducting polymer (10).
|
|
