System studies of forest-based biomass gasification

Abstract: Bioenergi spelar en viktig roll för att nå EU:s mål för förnybar energi. Sverige har med sina goda skogstillgångar och sin väletablerade skogsindustri en nyckelposition vad gäller modern bioenergianvändning. Förgasning av biomassa har flera fördelar jämfört med förbränningsbaserade processer - i synnerhet möjligheten att konvertera lågvärdiga råvaror till exempelvis fordonsdrivmedel. Används gasen istället för elproduktion kan en högre verkningsgrad nås om gasen används i en kombicykel, jämfört med i en konventionell ångturbincykel. De förgasningsbaserade processerna har i allmänhet ett betydande överskott av värme, vilket möjliggör integrering med fjärrvärmesystem eller industriella processer.I denna avhandling analyseras integrering av storskalig biomassaförgasning för drivmedelseller elproduktion, med andra delar av energisystemet. Skogsbaserad biomassa är i fokus och analysen behandlar såväl teknoekonomiska aspekter, som effekter på globala fossila CO2-utsläpp. Forskningen har gjorts på två olika systemnivåer - dels i form av detaljerade fallstudier av biomassaförgasning integrerat med lokala svenska system, dels i form av systemstudier på europeisk nivå.Resultaten visar att förgasningsbaserad biodrivmedels- eller elproduktion kan komma att utgöra ekonomiskt intressanta alternativ för integrering med fjärrvärme eller massa- och papperstillverkning. På grund av osäkerheter i fråga om framtida energimarknadsförhållanden och på grund av de höga kapitalkostnaderna som investering i förgasningsanläggningar innebär, kommer kraftfulla ekonomiska styrmedel krävas om biomassaförgasning är en önskad utvecklingsväg för framtidens energisystem, såvida inte olje- och elpriserna är höga nog att i sig skapa tillräckliga incitament. Medan förgasningsbaserad drivmedelsproduktion kan vara ekonomiskt attraktivt att integrera med såväl fjärrvärme som med massa- och papperstillverkning, framstår förgasningsbaserad elproduktion som betydligt mer lovande vid integrering med massa- och papperstillverkning.Användning av bioenergi anses ofta vara CO2-neutralt, eftersom upptaget av CO2 i växande biomassa antas balansera den CO2 som frigörs när biomassan förbränns. Som ett av alternativen i denna avhandling ses biomassa som begränsad, vilket innebär att ökad användning av bioenergi i en del av energisystemet begränsar den tillgängliga mängden biomassa för andra användare, vilket leder till ökade CO2-utsläpp för dessa. Resultaten visar att när hänsyn tas till denna typ av marginella effekter av ökad biomassaanvändning, blir potentialen för minskade globala CO2-utsläpp med hjälp av förgasningsbaserade tillämpningar mycket osäker. I själva verket skulle de flesta av de förgasningsbaserade drivmedel som studerats i denna avhandling leda till en utsläppsökning, snarare än den önskade minskningen.