Temadag om biomasse – Handlingsplan for biomasse CONCITO, LANDBRUG & FØDEVARER OG DANSK ENERGI 13. September 2010, Axelborg, København Genanvend kulstoffet.

Præsentationer af emnet: "Temadag om biomasse – Handlingsplan for biomasse CONCITO, LANDBRUG & FØDEVARER OG DANSK ENERGI 13. September 2010, Axelborg, København Genanvend kulstoffet."— Præsentationens transcript:

1 Temadag om biomasse – Handlingsplan for biomasse CONCITO, LANDBRUG & FØDEVARER OG DANSK ENERGI 13. September 2010, Axelborg, København Genanvend kulstoffet fra biomasse og skab en langtids- holdbar sikkerhed for CO2-neutral forsyning. Carbon Capture and Recycling (CCR) – en vision nu for 2050 Henrik Wenzel, Syddansk Universitet henrik.wenzel@kbm.sdu.dk Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

2 CCR visionen Vindkraft eller sol-el Elektrolyse H2H2 O2O2 Kraftværk Biomasse CO 2 + El Kemisk syntese Aske Oparbejdning Gødning Brændsler: methanol, methan, mm., Kemikalier El Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

3 CCR visionen Vindkraft eller sol-el Elektrolyse H2H2 O2O2 Kraftværk Biomasse CO 2 + El Kemisk syntese Aske Oparbejdning Gødning Brændsler: methanol, methan, mm., Kemikalier El Evt. 1 trin Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

4 CCR visionen - mikrobiologisk variant, electrofuels Vindkraft eller sol-el e-e- Kraftværk Biomasse CO 2 + El Mikrobiologisk proces Aske Oparbejdning Gødning Brændsler: methan, mm., Kemikalier El Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

5 Biomasse strategi på kort og langt sigt Nu2050 Kort sigt Langt sigt Biomasse Transportbrændsler Materialer/kemikalier El Varme Fossile brændsler Kriterier for prioritering af biomassen På det korte sigt skal vi veksle biomassen til transportbrændsler og materialer På det lange sigt skal vi konvertere biomassen til transportbrændsler og materialer For enden af det korte sigt skulle vi helst stå ved indgangen til det lange sigt. Den infrastruktur, vi bygger op nu, skal være en god platform for den langsigtede løsning Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

6 CCR visionen. Det lange sigt - hvor ligger relevansen i givet fald? Balancering af el-systemet Lagringsegnet brændsel Energitæthed af brændsler/energi til mobile formål Kulstof som råvare => Biomasse/kulstof flaskehals ? Nogle nøgleaspekter for det fossil-frie samfund Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

7 En energivisions overlevelsesdygtighed - vurderes i flere dimensioner teknik klima energiforsyning ressourceforbrug (biomasse, areal, vand, protein, fosfor, kulstof) fødevareforsyning og natur økonomi Hvilke hensyn, der bliver dominerende, afgøres af fremtidens rammebetingelser Det non-fossile energisystem kan løbe ind i alvorlige problemer mht bæredygtighed pga. afhængighed af areal, vand og fosfor – måske værre end det fossile system? Måske bliver genvindingseffektivitet for fosfor og kulstof vigtigere end energieffektivitet? Differentier mellem typer af biomasse: våd-tør, indhold af protein, fosfor, kulstof, mm. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

8 Biomasse/kulstof flaskehals? - fremskrivning for Danmark, CEESA forskningsprogrammet, www.ceesa.dk Biomasse typeEnergi- potentiale Halm65 PJ Gylle27 PJ Træflis og -piller10 PJ Brænde og residual-træ 32 PJ Uudnyttet skovtilvækst 17 PJ Affald47 PJ I alt198 PJ Biomasse anvendelse Energi- forbrug El og varme120 PJ Industri70 PJ Transport75 PJ Materialer100 PJ I alt365 PJ Dansk residual biomasse 2050Biomasse behov, basisscenarium 2050* * Foreløbig oversigt – projektet endnu ikke afsluttet Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

9 Biomasse/kulstof flaskehals - globalt Earth land area: 15 Gha; global agricultural area: 5 Gha – of which 1.5 Gha arable land and 3.5 Gha pastures World average food intake: 2700 kcal/pers/day≈ 25 EJ/year Agricultural biomass today≈ 100-150 EJ/year Fossil energy consumption today ≈ 400 EJ/year Biomass for full fossil substitution today≈ 500-600 EJ/year → we need ≈ 5 times more biomass on top of today’s agricultural output for full fossil substitution Can agricultural yield increases reduce the gap? Yield increase in agriculture ≈ 1% per year → 0.8 % Consumption growth (GDP/capita) ≈ 3% per year → ?? % Land use increase from trend towards more meat on the menu ≈ ??% per year Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

10 Biomasse/kulstof flaskehals - globalt How much new land can be cultivated? New cultivable land: Biophysical maximum ≈ 2 Gha more – most of which is in South America and Africa (Ramancutty et al., 2002). BUT: cultivating new land can imply a 2-9 times higher release of CO 2 than energy crops can save over 30 years by substitution of fossil fuels (Righelato and Spracklen, Science 2007) – meaning pay back of 60 – 300 years. Sustainable new land cultivation 30-40% more (Danish Ministry for Food and Agriculture, 2008) Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

11 Biomasse/kulstof flaskehals - globalt StudyScopeTimeSupplyDemandScenarioBiomass potential (EJ/y) Demand Potential ResidueCropsTotalEJ/y% (26)EU252030X6.75.211.980-9016-18% (27)EU272015-2025X2.81.84.690-1004-5% EU272025-2045XLow2.95.68.590-1008-9% EU272025-2045XHigh3.57.210.790-10010-12% EU27>2040XLow2.515.417.990-10017-19% EU27>2040XHigh3.119.92390-10021-25% (22)Global2030XLow96219315630-72042-48% GlobalXHigh96315411630-72055-62% (28)Global2030X87151238630-72032-36% (29)Global2025-2050X31267298630-72040-45% (30)Global2020X15112127630-72017-19% (31)Global2025X74630-72010-11% (35)Global2025n.d 85630-72011-13% (32)Global2025XbXb XbXb BI561774630-72010-11% (33)Global2030XFFES91630-72012-14% (34)Global2025XbXb XbXb RIGES6580145630-72019-22% Ref.: Hedegaard K, K Thyø and H Wenzel, Env Sci Tech, 2008 Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

12 Biomasse/kulstof flaskehals - globalt (2030) Demand typeEnergy demand (EJ/year) Biomass demand (EJ/year) Jetfuels2550* Chemicals3060* Long distance road (20% of road)2040 Heat & electricity fuel buffer (20%)90 Short distance road (80% of road)80160 Heat & electricity bulk (80%) + other350 ≈ 600 ≈ 750 Supply typeDemand driven (EJ/year) Supply driven (EJ/year) Residues (non-food)56-6515-100 Crops (in competition with food/nature)17-80112-315 * With present conversion technology Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

13 VE Danmark – den langsigtede konstruktion Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Elektrificering El-drevet transport Varmepumper Biomasse El-buffer Industri Transport: -Langtur vej - Fly - Skib Kemikalier & materialer

14 VE Danmark – den langsigtede konstruktion Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Elektrificering Biomasse El-buffer Industri Transport: -Langtur vej - Fly - Skib Kemikalier & materialer El-drevet transport Varmepumper Hvor får vi slutstenen fra ?

15 VE Danmark – den langsigtede konstruktion Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Elektrificering Biomasse El-buffer Industri Transport: -Langtur vej - Fly - Skib Kemikalier & materialer Import El-drevet transport Varmepumper

16 VE Danmark – den langsigtede konstruktion Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Elektrificering Biomasse El-buffer Industri Transport: -Langtur vej - Fly - Skib Kemikalier & materialer Dansk landbrugsareal El-drevet transport Varmepumper

17 VE Danmark – den langsigtede konstruktion Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Elektrificering Biomasse El-buffer Industri Transport: -Langtur vej - Fly - Skib Kemikalier & materialer Dansk naturareal El-drevet transport Varmepumper

18 VE Danmark – den langsigtede konstruktion Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Elektrificering Biomasse El-buffer Industri Transport: -Langtur vej - Fly - Skib Kemikalier & materialer Hydrogenering & CCR El-drevet transport Varmepumper

19 CCR visionens afgørende forskel 100 PJ kulhydrat + X PJ brint giver: Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi Biomasse konvertering Lagringsegnet brændsel til el/varme (PJ) Transportbrændsel (PJ) Fermentering20*50 Hydrogenering0115 Termisk + CCR100115 Hydrogenering + CCR115 Fermentering: Kulhydrat → Ethanol + foder eller fast brændsel Hydrogenering: Kulhydrat + brint → kulbrinter CCR: Kulhydrat → energi + CO2; CO2 + brint → kulbrinter * Ved foder-anvendelse af DDGS kan frigivet areal anvendes til mere biobrændsel, men fodermarkedet er meget lille i forhold til brændselsmarkedet

20 Økonomi - på bagsiden af en konvolut… Driftsomkostning til brint: Ca. 0,50 kr./kWh og ca. 40 kWh/kg H 2 => 20 kr./kg H 2. Brændværdi H 2 = 33 kWh/kg = 119 MJ/kg = 2,8 kg oe/kg => 7 kr/kg oe => 1000 kr./tønde oe => 170 $/tønde oe GE: 3$/kg H 2 i prototype anlæg => 150 $/tønde oe Plus afskrevet investering i elektrolyseanlæg => 200 - 250 $/tønde oe i alt for H 2 Methanol => max 300 $/tønde oe Reference benzin => 100 $/tønde oe Dvs. ekstraomkostning 200 $/tønde oe ved benzinpris på 100 $/tønde oe Ved 100 PJ methanol/år i DK => ekstraomkostning på 20 mia. kr./år ≈ 1,5 % af DK BNP Kattegat bro: 100 mia. kr. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi

21 Konklusion På kort sigt – frem mod 2030: naturgas til transportsektoren, biomasse erstatter naturgas til el og varme På langt sigt: elektrificering af transporten, varmepumper Der er et gabende hul i en fossil fri samlet VE konstruktion for DK og verden. Der mangler kulstof og biomasse/areal efterspørgsel kan blive smertefuld Det fossil frie samfund vil være areal- og kulstofbegrænset, og kulstof effektivitet bliver et væsentligt hensyn Teknikker, der kan reducere efterspørgslen efter biogent kulstof, vil være attraktive Non-carbon løsninger til lagring af el og balancering af el-systemet vil være attraktive Hydrogenering af biomasse og mikrobiologisk og kemisk genvinding af kulstof vil være attraktive. Det er løsninger i de dyre ende af skalaen, men måske den slutsten, der får konstruktionen til at holde? Det korte og det lange sigt hænger sammen, når biomasse prioriteres til el sektoren og gasnettet udbygges til transport. Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi-, Bio- og Miljøteknologi