Biogas eller el?

biogasbuss

Ofta brukar biogasdrivna fordon tas upp som miljövänliga alternativ till elfordon. Genom rötning av gödsel och andra avfall framställs biogas som mest består av metan. Gasen kan sedan användas till att driva bilar, bussar och andra fordon utan fossila utsläpp.

Dagens artikel handlar inte om hur mycket metan, som är en växthusgas, som läcker ut under framställningen av biogasen. Eller hur biogas ofta blandas med fossilt naturgas på tankstationerna. Utan om att är bästa användningsområdet för biogas verkligen som fordonsbränsle?

Dr Scott Curran och hans forskarkollegor på Fuels and Engines Research Group vid amerikanska Oak Ridge National Laboratory har publicerat rapporten ”Well-to-wheel analysis of direct and indirect use of natural gas in passenger vehicles” där de jämför effektivitetsgraden mellan att använda naturgas som fordonsbränsle direkt eller indirekt. De koncentrerade sig på skillnader efter att gasen har framställts, ifall gasen skulle tankas i fordon och förbrännas i motorer – eller om man framställer el i gaskraftverk istället och låter elen driva elbilar. Fram tills dess är processen exakt likadan med utvinningen av gasen. Av den anledningen kan man applicera deras resultat rakt av även på biogas.

cngv

Efter att gasen (naturgas såväl som biogas) har framställts ska den komprimeras, fraktas till tankstationer, tankas i bilar och förbrännas i deras motorer. På grund av framför allt förbränningsmotorns ineffektivitet kommer endast i genomsnitt 16.5% av ursprungliga energin till nytta, snurrar hjulen. Resultatet 11-22% är ett väldigt stort spann som beror på väldigt stora skillnader i energieffektivitet för bilens förbränningsmotor beroende på belastning och varvtal. Bilens förbränningsmotor kan endast omvandla 14-26% av tillförda energin till nyttig rörelseenergi och snurra hjulen – det mesta av energin går till spillo som värme.

cngev

Använder man däremot samma gas framställd på exakt samma sätt till att driva en gasturbin, och framställa elektricitet som driver en elbil istället får man i genomsnitt 28.5% total energieffektivitet. Främst tack vare gasturbinens högre energieffektivitet där hela 51% av tillförda energin omvandlas till elektricitet. I ett stationärt gaskraftverk kan man dessutom ta hand energin som försvinner som värme, spillvärmen kan användas som fjärrvärme för till exempel uppvärmning av bostäder. Elen skall sedan distribueras via elledningar och ladda bilens batterier som sedan kommer driva elmotorn som snurrar hjulen. Även dessa steg medför små energiförluster men slutsumman är ändå bättre.

Tankar man biogas i en bil får man endast runt 16.5% energieffektivitet – resten blir spillvärme. Använder man däremot samma gas till att driva en gasturbin, framställa el och driva en elbil med elen får man 28.5% total energieffektivitet – och man kan ta hand om det mesta av spillvärmen som fjärrvärme.

Det är 70% effektivare att framställa el av natur- och biogas och driva elbilar med det än att tanka gasen direkt i bilarna. Och ännu mer om kraftverket även framställer fjärrvärme.

Biogas är en del av naturliga kretsloppet och har mycket mindre miljöpåverkan än fossila bränslen. Men mest nytta gör den som bränsle till kraftverk – inte att tanka den i bilar.

Tagged . Bookmark the permalink.
  • Mockasin

    Jag var engagerad biogasförespråkare under 00-talet, det är en utmärkt resurs att använda på många sätt. Men när Tesla och Nissan visade att det gick att bygga mer än 5-mils elbilar så insåg nog de flesta av oss som körde gasbil att framtiden ligger snarare där och att biogasen bör användas till elframställning.

  • Filip

    Med en combined cycle där man sätter en ångturbin efter gasturbinen så kan man komma upp emot 65 procent verkningsgrad också.

  • micks

    Med mera vindkraft och solceller så kommer det att behövas mera reglerkraft och där kommer ju såklart biogasen in (efter att batterilagren har gjort sitt jobb)

  • Björn Isaksson

    I teorin kan man på detta sätt få ut fler fordonsmil ur biogasen. I praktiken är detta ännu inte sant, jag förklarar gärna varför. De viktigaste bitarna i systemperspektivet handlar om energi, klimatnytta och ekonomi. För att en idé skall kunna bli verklighet i större skala måste samtliga tre boxar kunna tickas av på ett okej sätt. Du har på ett föredömligt sätt resonerat kring att det fungerar energimässigt, jag behandlar därför inte detta ämne mera.

    Ekonomi
    Sveriges elproduktion utgörs av i runda slängar 40% vattenkraft, 40% kärnkraft, 10% värmekraft och 10% vindkraft med små bidrag av övriga energislag. Om cirka 15 år bidrar kärnkraften troligen med mindre energi än idag, kanske har hela eller delar av detta bortfall ersatts med intermittenta kraftslag såsom sol- och vindkraft. Tills dess finns inga stora behov av reglerkraft i våra elnät som inte svensk och norsk vattenkraft klarar av på egen hand. Tills dess kan en biogasproducent som gör el förvänta sig att få betalt max cirka 50 öre/kWh för elen. Ett bättre system för att generera el från biogas ger ungefär lika delar el och värme precis som du angett i sitt resonemang. Värmen är värd betydligt mindre om den ens går att sälja, räkna därför med att få ut produkt till ett värde om cirka 35 öre per kWh biogas. Alternativet till detta är att uppgradera gasen och sälja som bränsle till industri eller som drivmedel. Betalningsviljan för detta är cirka 100 öre/kWh. Kapitalkostnader för uppgradering och elproduktion bör kunna anses jämförbara för denna enklare jämförelse, biogasproducenten förlorar således cirka 65 öre per kWh producerad gas om denne bestämmer sig för att göra el på det sätt du föreslår. Sveriges biogasproducenter är idag inte på något sätt i en position där de tjänar stora pengar. För att biogasproduktionen ska kunna fortgå krävs därför utöver dagens stöd ytterligare subventioner på 6,5 kr för den mängd gas som motsvarar en liter diesel. För att ställa om all gas som idag uppgraderas motsvarar detta cirka 1 miljard kronor per år utöver dagens stöd. Vill man öka biogaselen från dessa nivåer krävs ett högre produktionsstöd. Var tar vi dessa pengar ifrån tills dess att biogasen kan få betalt för sina produktionskostnader genom att nyttjas som reglerkraft när elen är extremt dyr?

    Reduktion av klimatpåverkan
    Biogas ger upphov till en klimatpåverkan om cirka 70 g CO2-ekv/kWh enligt Naturvårdsverket och Energimyndigheten, enligt samma aktörer ger nordisk elmix upphov till cirka 125 g CO2-ekv/kWh och i huvudsak fossila bränslen såsom gasol, svensk genomsnittsdiesel, genomsnittsbensin samt naturgas ger upphov till en klimatpåverkan omkring 300 g CO2-ekv/kWh. Vidare ger fjärrvärme upphov till i genomsnitt cirka 75 g CO2-ekvivalenter, att ersätta fjärrvärme med med biogasgenererad värme är alltså i princip ett nollsummespel för klimatet som vi därför bortser ifrån. En kWh biogas (70 g CO2-ekv) kan ersätta ungefär en halv kWh el (63 g CO2-ekv), alltså ett nollsummespel eller något ökad klimatpåverkan. Jämfört med detta kan uppgraderad biogas ersätta ungefär 80-100% av sin egen energimängd i fossila bränslen beroende på tillämpning om det nyttjas direkt i fordon eller industri. Detta ger en klimatnytta för klimatet om omkring 200 g CO2-ekv/kWh biogas eller cirka 300 000 ton CO2-ekvivalenter förra året. Den dag alla fordon på våra vägar snart är elektrifierade får vi ta ett omtag och fundera på om biogasen bättre nyttjas i exempelvis tung industri i eller fartyg som är mycket svåra att elektrifiera fullt ut eller om det helt enkelt är smartare att bara göra el av biogasen. Kanske är det så att vi i en sådan framtid har möjlighet att storskaligt ersätta smutsigare el och att det därför är klimatsmart. Med tanke på bland annat livslängden på fordon i Sverige vågar vi påstå att den framtiden är längre bort än 15 år.

    För lätta fordon i Sverige är omkring en handfull procent av nybilsförsäljningen laddbara och mindre än hälften av dessa saknar förbränningsmotor. De flesta människor köper av någon anledning inte en ren elbil eller ens en laddbar bil. För tyngre fordon går elektrifieringen än långsammare. Elektrifieringen av vår fordonsflotta är positiv men går på tok för långsamt för att den på egen hand skall uppnå målet om en fossiloberoende fordonsflotta till år 2030. För de som av någon anledning inte kan köpa en laddbar bil kan därför ett fordon drivet av biogas vara ett alternativ eftersom biogasfordonet är mer likt ett konventionellt fordon. Motsättningen mellan att satsa på laddbara fordon eller biogasfordon finns således inte utan den som lyfter blicken och undersöker olika användningsområden för biogas ur ett större systemperspektiv bör förstå att man bör satsa på båda typer av fordon. I en ganska avlägsen framtid kan det vara smartare att göra el av biogasen men under överskådlig framtid är det smartare att nyttja biogasen för att ersätta fossila bränslen där elen ”ännu inte kommer åt” än att göra el av den.

    • Björn Fredriksson Möller

      Mycket bra svar! Det handlar i dagläget inte om biogas eller el utan biogas och el till transporter. När majoriteten av alla fordon som säljs är helt elektrifierade kommer det finnas ett behov av biogas inom andra områden; som bränsle eller råvara i industrin, sjöfart eller till och med flyget. Har för mig att tex vissa rymdtransporter använder metan som bränsle…

      • Björn Isaksson

        Tack! Enligt en jättesnabb googling har du som vanligt rätt när det kommer till rymdfärjorna även om det idag verkar vara mycket vanligare med vätgas. Det är i och för sig inte särskilt svårt att reformera biogas till vätgas förutsatt att man skall göra mycket…

        • Björn Fredriksson Möller

          Googlade själv lite också och det verkar vara just Space X, hyfsat välkänt på denna site, som planerar för metandrift i sin BFR. Vet inte om det var just den som skulle användas för interkontinentalflygningar i någon av Mr Musks visioner.

    • http://teslaclubsweden.se Tibor Blomhäll

      Tack så mycket för en väldigt saklig och med fakta väl underbyggd motargument till min artikel!

      • Björn Isaksson

        Tack själv! Det är alltid trevligt med välstädade arenor för diskussion där folk resonerar tillsammans på ett vuxet sätt. Det är bara att fortsätta den goda kampen mot en fossilfri transportsektor! Resonemangen kan givetvis utvidgas till andra biodrivmedel tillverkade av hållbara råvaror. Alla hållbara biodrivmedel kommer att behöva stå sida vid sida med el under en tid framöver för att ersätta det fossila snabbt nog.

    • Jolv

      Wow, det är så här det ser ut när internet är som bäst. Intressant artikel och ett spännande motargument.

      Du skriver att ”en kWh biogas (70 g CO2-ekv) kan ersätta ungefär en halv kWh el (63 g CO2-ekv)”. Hur står sig 1 kWh biogas vs 1 kWh bensin? Kommer man lika långt på 1 kWh biogas som 1 kWh bensin?

      • Björn Isaksson

        Bra fråga! Gasmotorer och bensinmotorer använder normalt samma princip kallad Otto-motorn. En välbyggd gasmotor har således normalt samma verkningsgrad som en välbyggd bensinmotor vilket gör att en 1 kWh biogas normalt ersätter en 1 kWh bensin. Dieselmotorn är dock vanligtivs lite effektivare än vanliga gasmotorer vilket gör att samma mängd gas ofta bara ersätter omkring 0,8 kWh diesel. Det finns dock varianter som presterar bättre, exempelvis säljer Volvo en lastbil som kör på ungefär 90% gas och resten diesel med samma verkningsgrad som en normal dieselmotor. För industriell förbränning av flytande och gasformiga bränslen ersätter biogas normalt samma energimängd annat bränsle.

    • Staffan Niklasson

      Osedvanligt initierat svar. Frågan är hur mycket elbilsflottan kommer att kunna fungera som ”reglerkraft”? Jag kör själv på biogas och har byggt vindkraft i 25 år…

    • rogerik

      Jag håller med övriga om att det är ett väl underbyggt svar. Men det finns ett frågetecken kvar som ändå tyder på att det kan vara vettigare att använda biogasen rå i ett värmekraftverk, och det är behovet av värme och/eller kyla även under de varmare årstiderna. I Kristianstad t ex kan man använda den råa biogasen i ett sådant kraftverk, och då får man både el till bilarna och värme till varmvatten eller kyla. Rent logiskt borde det innebära en dubbel nytta jämfört med att köra bil på den. Eller? (Jag kan ha missat något i ditt resonemang…).

      • Björn Isaksson

        rogerik. Du har rätt i att kostnaden för biogasen minskar något om man skippar uppgraderingen och använder den samtidigt som den produceras i ett kraftvärmeverk. Man har dock begränsade möjligheter att använda biogasen som reglerkraft då eftersom lagring av rågas är problematiskt. Vidare har du helt rätt i att lönsamheten i att göra el och värme öka något om man har god avsättning för värmen året om och också får okej betalt året om. Sammantaget gör detta att det kan vara en bra idé att småskaligt göra el av biogas på mindre orter som Kristianstad eftersom man behöver komma upp i lite större produktionsvolymer för att uppgraderingen skall bli lönsam jämfört med normala drivmedelspriser. Det är alltså inte helt svart eller vitt men i stor skala (typ +2 GWh/år) är det, tills förutsättningarna förändras drastiskt, smartare att uppgradera biogasen än att göra el och värme av den.

        • rogerik

          Biogasproduktionen i Kristianstad är 57 GWh och totala elproduktionen i det aktuella verket 88 GWh. Det mesta dock baserat på eldning av flis.

          Min tanke är mer med hänsyn till effektiviteten. Uppgradering och användning i en bil med otto-motor innebär förluster. Frågan är om dessa förluster är större eller mindre jämfört med användning av rågas i ett värmekraftverk och användning av elen därifrån till att driva bilarna…

  • Mikael Palm

    En bra sak med biogasbilar är att några av dem går att få med 4wd till en låg kostnad i stället för att köra på diesel. Annars är det denna tågordning när vi köper in bilar till jobbet: el, biogas/vätgas samt dieselbil som körs på HVO100. Kan vi tillgodose kraven med en elbil, blir det en sådan osv.

  • Top 12

    Ser man till den enskilde konsumenten så är det inget som slår solceller hemma på taket ( även flerfamiljs hus har stora tak ) både när det gäller miljö, ekonomi och bekvämlighet ( ladda bilen på natten genom att köpa tillbaka den elen man har fått betalt för som har producerats under dagen, det behövs ca 12 solpaneler för att täcka en BEVs normal förbrukningen på årsbasis ).
    Vätgas, biogas, osv. har båda dyra produktionskostnader, transport kostnader och mellanhänder, riskfylld hantering osv.

  • Robin Olofsson

    Har själv bytt från Biogas till plugin-hybrid. Men själva infrastrukturen vi byggt i Sverige är väl just primärt för fordonsgas så det kanske är svårt att ta hem den här effekt-vinsten? En annan fördel med gasen är väl att det går att gaskonvertera de flesta bensinfordon, ett enkelt sätt för de bilarna att leva kvar efter ett eventuellt fossil-förbud, eller vad finns det för flytande alternativ förutom etanol som kommer kunna användas när vi blir fossilfria?

    • Björn Isaksson

      Robin. Det finns även olika typer av biodiesel (HVO, RME, FAME) som alla har sin plats i ett fossilfritt energisystem. Precis som både biogas och etanol är tyvärr den hållbara produktionen begränsad varför vi måste jobba parallellt med alla dessa förnybara alternativ inklusive elektrifiering och vätgas för att hinna lägga klart fossilfritt-pusslet i tid. Förstår inte vad du menar med infrastruktur om fordonsgas. I Sverige består fordonsgasen av i genomsnitt 90% förnybar biogas med en tydligt ökande trend.

      • Robin Olofsson

        Hej Björn, Jag tror vi är överens i sak. Det jag menar är att i artikeln så kan man få intrycket att fordonsgas/biogas är dåligt ch bör ersättas med gaskraftverk. Detta tycker jag är dumt att göra i sverige där vi hellre bör sattsa på infrastruktur för olika typer av fossilfria alternativ bl.a de du nämner. Detta är ju dock bara en övergångslösning tills vi alla kör elektriskt :)

  • Filip

    Biobränslen ska inte gå till att alltid driva transporter tycker jag. De ska utvinna el bara när inget annat räcker. Kärnkraft ska bort och då har vi en stor mängd vattenkraft kvar, vi måste bygga ut vindkraften markant och även ha delar av solkraft och ev lite vågkraft samt batterilager som tar dagsvariationer. När inget av det räcker till så bör biobränslena gå in o producera. Tillsammans med ett smart elnät då behövs inget mer. Att transporter köt runt på biobränsle när det drivs gott om el från vind att tillgå är slöseri på energilagring.