Conditions for resource-efficient production of biofuels for transport in Sweden

• Transportation has continued to increase worldwide and fossil-fuel dependency is strong which leads to a number of problems, e.g. increased emissions of green-house gases (GHG) and risks related to energy security. Biofuels have until now been one of the few renewable alternatives which have been able to replace fossil fuels on a large scale. The biofuel share in relation to the total use of fuel in the transportation sector is still small, but in many places in the world political targets are set to increase the share of renewable fuels, of which biofuels are supposed to be an important part. Within the European Union targets for renewable energy have been set, including within the transportation sector, where 10% shall come from renewable sources by 2020 according to the EU Renewable Energy Directive (EU RES). Biofuels also need to fulfill the sustainability criteria in the EU RES, to be regarded as renewable. Depending on how biofuels are produced their resource efficiency varies, and the differences in environmental and economic performance can for instance be significant.The aim of this thesis is to describe and analyze conditions for a development towards increased and more resource-efficient production of biofuels in Sweden. The conditions have been studied from a regional resource perspective and from a biofuel producer perspective since it has been assumed that the producers are in possession of important knowledge, and potentially will play an important role in future biofuel development. The concept of resource efficiency used in this thesis includes an environmental and economic perspective as well as an overall societal dimension to some extent. The region of Östergötland in Sweden was used for the assessment of the resourcefocused biofuel potential for the year 2030, where two scenarios based on assessments regarding socio-technical development in relation to regional resources were used. The scenarios were based on semi-structured interviews with biofuel actors, literature studies and information from experts in the field. In the EXPAN (Expansion) scenario a continued development in line with the current one was assumed, but also an increased availability of feedstock primarily within the agricultural and waste sectors (also including byproducts from industry) for biofuel production. In the INNTEK (Innovation and Technology development) scenario greater technological progress was assumed to also enable the use of some unconventional feedstock besides increased available arable land and improved collection/availability of certain feedstock. Biomass feedstock from four categories was included in the potential: waste, agriculture, forestry and aquatic environments. One important feedstock which was not included in this study, but which is often included in studies of potential, is lignocellulosic material from the forest. This choice was also supported by the regional actors who judged it as less probable that there will be any large-scale use of such feedstock for biofuels in this region within the given timeframe. Regarding arable land available for biofuel production a share of 30% was assumed at maximum in the region, of which 15% is already used for cereal production for ethanol fuel. On these additional 15% assumed to be available for biofuel production year 2030, ley cropping for production of biogas was assumed in this study. Aquatic biomass is often not included in biofuel potentials. Here, algae were assumed to be a potentially interesting substrate for biogas production since harvesting algae in for instance the Baltic Sea could be seen as a multifunctional measure, i.e., contributing additional environmental benefits such as reducing eutrophication. Based on the assumption that the energy need in the transportation sector will be the same in 2030 as in 2010, up to 30% could be substituted with biofuels in the EXPAN scenario and up to 50% in the INNTEK scenario, without seriously conflicting with other interests such as food or feed production. In the study of potential, production systems for biogas production were   prioritized since such systems were judged to have a large potential for resource efficiency. This is because they have a big capacity to utilize by-products and waste as feedstock, and also because they can contribute to closing the loops of plant nutrients, seen as an important goal in society, if the digestate is returned to arable land.The utilization of by-products and waste however in many cases requires cooperation between different actors in society. Within the research field of industrial symbiosis, cooperation regarding material and energy flows is studied from different perspectives, e.g. how such cooperation between actors evolves and to what extent such cooperation can contribute to improving the environmental and economic performance of systems. Both these perspectives are interesting in relation to biofuels since production often involves a large number of energy- and material flows at the same time as resource efficiency is important. How the producers organize the production when it comes to feedstock, energy, by-products and products and what influences this is therefore interesting to study. In this thesis four biofuel producers of three different biofuels (ethanol, biodiesel and biogas) on the Swedish market were studied, focusing on how they organize their biofuel production in terms of e.g. their material and energy flows, and how they intend to organize it in the future. The study is based on semi-structured interviews with the biofuel producers as well as literature studies. In all the cases, a number of areas of material and energy flow cooperation were identified and it could also be concluded that there had been some change regarding these patterns over time. Looking into the future a clear change of strategy was identified in the ethanol case and partly also in the biodiesel case where a development towards improved valorisation and differentiation of by-product flows was foreseen. If such a “biorefinery” strategy is realized, it can potentially improve the economic viability and resource efficiency in these biofuel producers. In the biogas cases, instead a strategy to lower the costs for feedstock through the use of lower quality feedstock was identified. This strategy also has a potential to increase economic viability and improve the resource efficiency. However, the success of this strategy is to a large extent dependent on how the off-set of the biofertilizer can be arranged regarding the economic challenges that the biogas producers’ experience, and yet no strategy for implementation regarding this was identified. The EU Renewable Energy Directive was mentioned in relation to most cooperation projects and therefore regarded as an important critical factor. All of the studied companies also struggle to be competitive, for which reason the importance of the direct economic aspects of cooperation seems to increase.

• Transporterna i världen ökar kontinuerligt och det fossila beroendet är fortsatt stort vilket medför flera problem, bl. a. ökade utsläpp av växthusgaser och en osäkerhet kring framtidens energiförsörjning. Biodrivmedel har hittills varit ett av de få förnyelsebara alternativ som kunnat ersätta fossila drivmedel i stor skala. Andelen biodrivmedel av den totala bränsleanvändningen inom transportsektorn är dock fortfarande liten, men på många håll i världen finns nu politiska mål för att öka andelen förnyelsebara drivmedel av vilka biodrivmedel förväntas utgöra en viktig del. Inom EU har mål för förnybar energi satts upp bl. a. inom transportsektorn där 10% skall komma från förnybara energikällor senast år 2020 enligt EUs förnybarhetsdirektiv. Biodrivmedel måste dessutom, om de ska räknas som förnyelsebara, uppfylla direktivets hållbarhetskriterier. Beroende på hur biodrivmedel produceras är de olika resurseffektiva, med exempelvis betydande skillnader avseende miljömässig och ekonomisk prestanda.Syftet med den här avhandlingen är att beskriva och analysera förutsättningarna för en utveckling mot ökad och mer resurseffektiv produktion av biodrivmedel i Sverige. Förutsättningarna har studerats med ett regionalt resursperspektiv samt från ett  biodrivmedelsproducentperspektiv eftersom producenterna sitter på viktiga kunskaper och sannolikt spelar en betydande roll för den framtida utvecklingen. Resurseffektivitetsbegreppet som används i den här avhandlingen inkluderar ett miljömässigt och ett ekonomiskt perspektiv liksom ett övergripande samhälleligt perspektiv. När det gäller ett regionalt resursperspektiv har Östergötland använts för att med hjälp av två scenarier för år 2030 ta fram en biodrivmedelspotential utifrån en bedömning av en socio-teknisk utvecklingspotential i förhållande till regionala resurser. Scenarierna togs fram med hjälp av semistrukturerade intervjuer med aktörer i branschen, litteraturstudier och i vissa fall med hjälp av sakkunniga. I scenario EXPAN (expansionsscenario) antogs en fortsatt teknikutveckling i linje med den hittills-varande och en samtidig ökning av tillgängligheten av potentiella resurser inom framförallt jordbrukssektorn och avfallssektorn (inkluderat också restproduktsresurser inom industrin) för biodrivmedelsproduktion. I scenario INNTEK (Innovations och teknikutvecklingsscenario) har utöver ytterligare antagen tillgänglig jordbruksmark också större tekniksprång antagits som möjliggör användning av icke konventionella råvaror för biodrivmedelsproduktion, samt förbättrad insamling/tillgängliggörande av vissa råvaror. I potentialen har biomassa från fyra olika sektorer inkluderats; avfall, jordbruk, skogsbruk och akvatiska miljöer. En viktig biomassaresurs som inte inkluderats i denna potentialstudie, men som vanligen inkluderas i potentialstudier, är lignocellulosarika material från skogen. Detta var ett val som också stöddes av de regionala aktörerna som i den här studien bedömde det som mindre sannolikt att någon storskalig användning av sådana råvaror kommer att finnas i regionen inom den aktuella tidsramen. När det gäller jordbruksmark som kan utnyttjas för bioenergiproduktion så har en andel på 30% antagits, varav 15% redan idag utnyttjas till spannmålsodling för produktion av etanol. På de ytterligare 15% som antas kunna tas i anspråk för biodrivmedelsändamål år 2030, har vallodling för biogasändamål antagits i denna studie. Akvatisk biomassa ingår ofta inte i bioenergipotentialstudier, men har inkluderats här eftersom alger skulle kunna vara ett intressant substrat för biogasproduktion, men också för att algskörd i akvatiska miljöer skulle kunna ses som en multifunktionell åtgärd med ytterligare miljönytta som t.ex. minskad övergödning i Östersjön. Med antagandet att energibehovet inom transportsektorn blir lika stort år 2030 som år 2010, skulle upp till 30% av de fossila drivmedlen kunna ersättas av biodrivmedel i scenario EXPAN och upp till 50% i scenario INNTEK, utan att större intressekonflikter skulle uppstå i förhållande till andra behov såsom mat eller foderproduktion. I potentialstudien har vidare produktionssystem för biogas prioriterats eftersom sådana system bedömdes ha stor potential när det gäller resurseffektivitet. Först och främst för att de har stor kapacitet när det gäller användning av restprodukter, men också för att de kan bidra till att sluta kretsloppet av växtnäringsämnen om rötresten återförs till åkermark.Nyttiggörande av restprodukter och avfall kräver emellertid i många fall samarbete mellan olika aktörer i samhället. Inom forskningsfältet industriell symbios studerar man bl. a. hur samarbeten kring energi- och materialflöden mellan aktörer uppstår och i vilken utsträckning samarbetsgraden kan bidra till att förbättra miljöprestandan och ekonomiska prestanda i systemen. Dessa perspektiv är intressanta i förhållande till biodrivmedel eftersom produktionen av dessa är förknippad med ett stort antal energi- och materialflöden samtidigt som resurseffektiviteten är viktig. Hur biodrivmedelsproducenterna organiserar produktionen när det gäller råvaror, energi, biprodukter och produkter och vad som styr detta är därför intressant att studera. I den här avhandlingen studerades hur fyra svenska biodrivmedelsproducenter för tre olika biodrivmedel (etanol, biodiesel och biogas) på den svenska marknaden har organiserat sin produktion, med fokus på energi- och materialflöden, samt hur de planerar att organisera den framöver. Studien baseras framförallt på semi-strukturerade intervjuer med aktörerna samt litteraturstudier. I samtliga fyra fall kunde ett antal samarbeten kring bl.a. material och energiflöden kartläggas samt hur dessa förändrats över tiden. När det gäller framtiden kunde en tydlig strategiomläggning ses i etanolfallet och delvis i biodieselfallet mot en valorisering och diversifiering av rest-/bi-produktflöden. Om denna ”bioraffinaderistrategi” lyckas kan den bidra till bättre lönsamhet och bättre resurseffektivitet. I biogasfallen fanns istället strategier för att försöka sänka råvarukostnader genom att hitta råvaror av lägre kvalitet. Också denna strategi kan öka lönsamheten och förbättra resurseffektiviteten, men detta förutsätter att avsättningen av biogödsel också kan lösas på ett lönsamt sätt. Detta är en fortsatt stor utmaning för biogasproducenterna. En av de viktigaste kritiska faktorerna för de olika samarbetsprojekten var EUs förnybarhetsdirektiv som nämndes i samband med de flesta samarbetsprojekt och som här sågs som en miljömässig drivkraft. Också det långsiktiga byggandet av gröna varumärken verkar vara en drivkraft, åtminstone när det gäller vissa samarbetsprojekt. Samtliga biodrivmedelsproducenter kämpar idag med lönsamheten varför också de ekonomiska aspekterna kring samarbeten är mycket väsentliga.

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Miljövetenskap (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Environmental Sciences (hsv//eng)

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

lic (ämneskategori)