Värdeskapande av koldioxid från biogasproduktion

• Koldioxid (CO₂) har en negativ påverkan på klimatet, men har även många praktiska användningsområden. Många industriella processer släpper ut CO₂ i höga koncentrationer som skulle kunna fångas in för att begränsa emissioner och samtidigt skapa värdefulla produkter. Ett exempel på en sådan process är biogasuppgradering – en separationsprocess av förnybara gaser, där metan tas till vara för användning som fordonsbränsle eller energibärare inom industri, medan CO₂ släpps ut i atmosfären. Syftet med detta projekt har varit att kartlägga möjligheter och tekniker för att tillvarata grön CO₂ från biogasproduktion, så kallad carbon capture and utilization (CCU), samt att utreda förutsättningar för att tillämpa dessa i en svensk kontext. Arbetet har vägletts av följande frågeställningar:Hur stor är den nuvarande och framtida potentialen för CCU från biogasproduktion?Vilka möjliga användningsområden finns det för CO₂ från biogasproduktion?Vilka faktorer påverkar valet av användningsområde för CO₂ från biogasproduktion?Hur stor är den miljömässiga nyttan av CCU från biogasproduktion?För att besvara dessa frågeställningar genomfördes potentialberäkningar, multikriterieanalys och livscykelanalys, med utgångspunkt i svensk biogasproduktion. En referensgrupp bestående av representanter för stora svenska företag inom biogasproduktion och teknik för biogasuppgradering användes för att möjliggöra samproduktion och nätverkande mellan forskargruppen och branschen.Produktionen av CO₂ från biogas uppskattades till 160 000 ton/år 2020, med potential att öka till 540 000 – 840 000 ton/år på medellång sikt och 790 000 – 1 230 000 ton/år på lång sikt, som en följd av en förmodad ökning av biogasproduktionen i Sverige. En stor del av koldioxiden produceras dock vid relativt små uppgraderingsanläggningar, vilket kan begränsa möjligheten att tillämpa CCU på grund av höga investerings- och driftskostnader. Att tillföra vätgas för att omvandla all CO₂ till metan skulle potentiellt kunna öka metanproduktionen från biogas från 2 till 3 TWh/år på kort sikt och från 11 till 17 TWh/år på lång sikt, förutsatt tillräckligt stor tillgång på vätgas.Andra sätt att använda CO₂ från biogas innefattar bland annat produktion av biomassa eller kemikalier, härdning av betong, pH-reglering av processvatten och användning som köldmedium. Valet av CCU- alternativ kan påverkas av miljömässiga, tekniska, ekonomiska och policyrelaterade aspekter. Ur biogasproducenternas perspektiv är metanisering det som är mest kompatibelt med det befintliga produktionssystemet och affärsmodellen, medan andra lösningar oftast innebär att en annan aktör tar hand om koldioxiden. Vätgas behövs för såväl metanisering som produktion av kemikalier. En annan begränsande faktor är höga renhetskrav på all CO₂ som distribueras och säljs på marknaden. Den geografiska spridningen på anläggningarna kan också vara en utmaning.Många CCU-alternativ kan förbättra biogasens miljöprestanda genom att ersätta fossilbaserade produkter. Klimatpåverkan blir lägst om koldioxiden metaniseras med förnybar vätgas eller mineraliseras i betong, men även andra former av miljöpåverkan kan minskas genom att tillämpa dessa eller andra CCU-alternativ. Som jämförelse kan permanent lagring av CO₂ i geologiska formationer (carbon capture and storage, CCS) endast minska klimatpåverkan, medan det ökar övriga typer av miljöpåverkan. Samtidigt kan permanent lagring av biogen CO₂ göra det svårare att minska användningen av fossil CO₂ och ställa om till ett mer hållbart samhälle. Behovet av kol i många viktiga processer och produkter talar för att biogen CO₂ bör användas och inte lagras.

• Carbon dioxide (CO₂) has a negative impact on the climate, but it also has several practical areas of use. Many industrial processes emit CO₂ in high concentrations, which could be captured to mitigate emissions while also creating valuable products. One example of such a process is biogas upgrading – a process separating renewable gases, where methane is taken care of for use as vehicle fuel or industrial energy carrier, while CO₂ is released into the atmosphere. The aim of this project has been to chart alternatives and technologies for taking care of green CO₂ from biogas upgrading, so-called carbon capture and utilization (CCU), and to investigate the conditions for applying these in a Swedish context. The work has been guided by the following research questions:How large is the current and future potential for CCU from biogas production?What are the possible areas of use for CO₂ from biogas production?What factors influence the choice of areas of use for CO₂ from biogas production?How large is the environmental benefit of CCU from biogas production?To answer these questions, calculations of potentials, a multi-criteria assessment and a life cycle assessment were carried out, based on the Swedish biogas production. A reference group comprising representatives for large Swedish companies within biogas production and biogas upgrading technology was used to enable coproduction and networking between the research group and the business sector.The production of CO₂ from biogas was estimated to 160,000 ton/year in 2020, with potential to increase to 540,000 – 840,000 ton/year in a few years and 790,000 – 1,230,000 ton/year in a longer perspective, as a consequence of an expected increase in the Swedish biogas production. A large share of the CO₂ is however produced at relatively small upgrading facilities, which could limit the feasibility for CCU due to high costs for investment and operation. Adding hydrogen to transform all the CO₂ into methane could potentially increase the methane production from biogas from 2 to 3 TWh/year in a short-term perspective and from 11 to 17 TWh/year in a long-term perspective, given sufficient access to hydrogen.Other ways of utilizing CO₂ from biogas include production of biomass or chemicals, concrete curing, pH control of process water and use as a refrigerant. The choice of CCU options can be influenced by environmental, technical, economic and policy-related aspects. From the biogas producers’ perspective, methanation is the option that is the most compatible with the existing production system and business model, while other solutions usually involve another actor taking care of the CO₂. Hydrogen is required for methanation as well as for production of chemicals. Another limiting factor are the high purity requirements on all CO₂ that is distributed and sold on the market. The geographical distribution of the production plants can also be a challenge.Several CCU options can improve the environmental performance of biogas by replacing fossil-based products. The potential climate impact is the lowest if the CO₂ is methanized with renewable hydrogen or mineralized in concrete, but other forms of environmental impact can also be reduced by applying these or other CCU options. For comparison, permanent storage of CO₂ in geological formations (carbon capture and storage, CCS) only reduces the climate impact, while it increases other forms of environmental impact. Furthermore, permanently storing biogenic CO₂ can make it difficult to reduce the use of fossil CO₂ and transition to a more sustainable society. The need for carbon in many essential processes and products suggests that biogenic CO₂ should be utilized and not stored.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Industriell bioteknik -- Bioenergi (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Industrial Biotechnology -- Bioenergy (hsv//eng)

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Industriell bioteknik -- Annan industriell bioteknik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Industrial Biotechnology -- Other Industrial Biotechnology (hsv//eng)

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)