Hvor i energisystemet skal bioenergien bruges? Henrik Wenzel, Syddansk Universitet Bæredygtige biobrændsler Konference, onsdag den 26. november 2014, kl – 16.30, Ingeniørhuset, Kalvebod Brygge

Biobrændsler er svaret - hvad var spørgsmålet? Danmarks energiforbrug er ca. 0,15 % af verdens energiforbrug Det er klimamæssigt ligegyldigt, at vi konverterer til VE i Danmark og dermed eliminerer hovedparten af vores drivhusgasudledning fra Danmarks energisystem. Økonomisk taber vi lidt ved det, om end ikke meget (Energistyrelsen: vores energiforsyning bliver 8% dyrere, svarende til 0,5 % af vores BNP) Hvordan vi gør det, betyder imidlertid meget klimamæssigt. Hvis vi finder, og viser, en model for, hvordan vi løser klimaproblemet som sådan – globalt. Også forretningsmæssigt er det mest interessant at sælge en model, der fremstår som en løsning, der kan bruges af andre. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

Bioalderen - hvor stammer bekymringerne fra? Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi En tredjedel af verdens landareal er landbrug – anvendes til fødevare- produktion Vi spiser i gennemsnit 2800 kcal/dag Det svarer til ca. 30 EJ/år for hele verdens befolkning (anno 2014) samlet Den samlede biomasse høstet af mennesker eller dyr: ca. 200 EJ/år inkl. tømmer, papir, mm. Verdens forbrug af fossile brændsler er ca. 500 EJ/år i dag Visse scenarier siger 900 EJ/år i 2050 Samtidig stiger verdens befolkning til over 9 mia. mennesker i 2050, og de fleste af disse vil have mere kød på menuen end i dag. Europa var ved at løbe tør for træ i tallet – så kom kullene og reddede os. Europas energiforbrug var dengang 3 % af, hvad det er i dag. IPCC: biomasse tilgængelig for energi i 2050: 100 – 300 EJ/år ≈ 10 – 30 GJ/person/år. Ikke nødvendigvis bæredygtigt det hele

Carbon Footprint af biomasse - det kommer an på … Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi C-st.

: Udtyndingstræ (op til max 5-10 EJ/år) CO2 neutral Plantage på græsland m. lav ILUC faktor (op til max 40 EJ/år) Negativ CF (dvs. CO2 optag fra atmosf.) Plantage på landbrugsland inkl. ILUC Lavere CF end fossile brændsler Høst fra eksisterende skov CF som fossile brændsler eller højere : Plantage på græsland m. højere ILUC faktor Lavere eller samme CF som fossile br. Plantage på savanne el. lign. arealtype Lavere CF end fossile brændsler Plantage på skovareal CF som fossile brændsler eller højere : Plantage på savanne el. lign. arealtype Lavere CF end fossile brændsler Plantage på skovareal eller høst fra eksist. skov CF som fossile brændsler eller højere 2050+: Plantage på savanne el. lign. arealtype Lavere CF end fossile brændsler Plantage på skovareal eller høst fra eksist. skov CF som fossile brændsler eller højere Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Sandsynlige kilder til biomasse - i et IPCC 2 o C Vedvarende Energi scenario

Hvordan designer vi fremtidens VE system? Elektricitet Varme Transport Biomasse Vindkraft + sol og bølge System design …og hvordan optimerer vi systemets brug af biomasse til bioenergi?

Lad os se på 3 forskellige strategier for vedvarende energi 1.Brændsels scenarier: biobrændsler erstatter fossile brændsler 2.El scenarier: el erstatter brændsler i varme- og transport – i videst muligt omfang 3.Brint scenarier: elektrolyse og brint integreres i systemet i videst muligt omfang og hjælper med at øge nytten af biomasse og biomassens kulstofindhold Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

Brændsels scenarier Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Varme & procesenergi i industrien Transport Kraft/varme Biomasse Elektricitet Konvertering Kedel Vindkraft + sol og bølge 50 PJ/år > 600 PJ/år = 120 GJ/person Filosofi:  Biomasse erstatter fossile brændsler

El scenarier Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Transport Kraft/varme Biomasse Elektricitet Konvertering Kedel Vindkraft + sol og bølge > 100 PJ/år ≈ 450 PJ/år = 90 GJ/person Filosofi:  Elektrificering af varme og persontransport Varme & procesenergi i industrien

Brint scenarier Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Transport Kraft/varme Biomasse Elektricitet Konvertering Vindkraft + sol og bølge Elektrolyse Hydrogenering H2H PJ/år ≈ 240 PJ/år = 45 GJ/person – versus GJ/person gennemsnit pr. verdensborger PJ/år Filosofi:  Elektrificering af varme og persontransport  Elektrolyse – vind omdannes til brændsler som videre omdannes til brændsler Varme & procesenergi i industrien

VE system designs 2050 – VE ressourcer Brændsels scenarier El scenarierBrint scenarier

VE system designs 2050 – VE ressourcer 120 GJ pr. prs./år 45 GJ pr. prs./år Brændsels scenarier El scenarierBrint scenarier

VE system designs 2050 – VE ressourcer Brændsels scenarier El scenarier 120 GJ pr. prs./år 45 GJ pr. prs./år Selv det mest avancerede VE scenario anvender dobbelt så meget biomasse, som de 10 – 30 GJ/prs./år, der er til rådighed som globalt gennemsnit i henhold til IPCC (2011) Brint scenarier

Konklusion 1 1.Det afgørende for en bioenergi er ikke dens egne egenskaber set isoleret 2.Det afgørende for carbon footprint af en bioenergi er: n Biomassens oprindelse n Bioenergiens system integration  Hvilket system skal bioenergien virke i – og hvad fortrænger hovedproduktet og co-produkterne fra biomasse konverteringen?  Hvordan integrerer processen el, transportbrændsler og varme, herunder hvor fleksibelt den kan skifte mellem disse  Hvor godt tillader processen at optage brint i systemet  Hvor godt håndterer den landbrugets kulstofbalance, og resulterende  Hvordan den påvirker systemets samlede biomasse forbrug Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

Konklusion 2 Termisk forgasning og biogas har eksempelvis gode integrationsegenskaber i et VE system, fordi: n Gas kan lagres på nettet og er attraktiv som stand-by og regulering af vindkraft fordi: n Et gas-baseret kraftværk kan indreguleres hurtigt (få minutter), og især n Gas-baseret el-produktion har lav investeringsomkostning pr. installeret effekt – hvilket er afgørende i et fremtidigt system, hvor den kun aktiveres i 5-10 % af tiden n Biogas og syntesegas er gode til at assimilere brint under hydrogenering af gasserne n De tilbyder høj fleksibilitet: kan skifte mellem opgradering (hydrogenering) til produktion af transportbrændsler (når el-prisen er lav) og direkte el- produktion (uden hydrogenering) når el-prisen er høj. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

Konklusion 3 Biogas samforgæring af halm og gylle har gode integrationsegenskaber, fordi: n Det forbedrer C/N forholdet i forhold til rene gylle anlæg og øger C- indholdet og gasudbyttet pr. m3 gylle. n Det tillader, at næringssalte og svært nedbrydeligt kulstof returneres til jorden og øger dermed den energitilgængelige mængde halm, hvis jorden skal have sin del på langt sigt. n Vi har således et stort halmpotentiale (50 PJ/år?) til energiformål, hvis det bruges i biogas, men et væsentligt mindre potentiale (ca. 15 PJ/år?), hvis det bruges i forbrænding – hvis jorden skal have samme mængde C på langt sigt. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

Energiplan DK – strategi og tidslinje? Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Brændsels- scenario El-scenario Brint- scenario

Energiplan DK – biomassens veje? Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Brændsels- scenario El- scenario Brint- scenario

Energiplan DK – biomassens veje? Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Brændsels- scenario El- scenario Brint- scenario Træ Halm Husdyrgødning Bio-affald

Energiplan DK – biomassens veje? Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Brændsels- scenario El- scenario Brint- scenario Træ ForbrændingForbrænding (+ forgasning)Forgasning (+ forbrænding)Forgasning Halm Husdyrgødning Bio-affald

Energiplan DK – biomassens veje? Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Brændsels- scenario El- scenario Brint- scenario Træ ForbrændingForbrænding (+ forgasning)Forgasning (+ forbrænding)Forgasning Halm Forbrænding (+ biogas)Biogas + forbrændingBiogas (+ forbrænding)Biogas Husdyrgødning Bio-affald

Energiplan DK – biomassens veje? Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Brændsels- scenario El- scenario Brint- scenario Træ ForbrændingForbrænding (+ forgasning)Forgasning (+ forbrænding)Forgasning Halm Forbrænding (+ biogas)Biogas + forbrændingBiogas (+ forbrænding)Biogas Husdyrgødning Biogas Bio-affald

Energiplan DK – biomassens veje? Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Brændsels- scenario El- scenario Brint- scenario Træ ForbrændingForbrænding (+ forgasning)Forgasning (+ forbrænding)Forgasning Halm Forbrænding (+ biogas)Biogas + forbrændingBiogas (+ forbrænding)Biogas Husdyrgødning Biogas Bio-affald Forbrænding (+ biogas)Biogas

Tak for opmærksomheden! Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi