Kan biomassan hjälpa Sverige ur klimatkrisen?

Av Michael Jensen, energijournalist

Sverige har en lång och berömd tradition av smart användning av sina rikliga bioresurser, framför allt skogen som täcker 70 procent av landytan. Men är det smart också i framtiden att satsastort på biomassan i energi- och industrisektorerna? Riskerar vi kanske att låsa oss fast i ett resurs- och tekno
logispår som har begränsad växtpotential och i slutändan kanske inte är så klimatsmart ändå?

 

bild
Här ovan ses tydligt hur biomassans andel har växt sen 1970 och därmed tillsammans med kärnkraften gradvis har trängt ut framför allt fossil råolja och petroleumprodukter. De petroleumprodukter som kvarstår är primärt bensin, diesel, jetbränsle och tyngre marina bränslen.

 

Under senaste decennierna har Sveriges värme-, el- och industrisektor bytt ut allt mer fossila bränslen med biomassa. Det har vi kunnat göra relativt problemfritt i och med att vi har så mycket av den. Biomassan som används är i allt övervägande grad ved och skogsrestprodukter, antingen direkt från skogen eller som träavfall från timmer- och pappersindustrin som är viktiga intäktskällor och har många sysselsatta i Sverige.

 

bild
Totala energitillförseln i Sverige. Bemärk de enorma förlusterna i kärnkraften, det är primärt värme från kylvattnet som släpps ut till omgivningen.

 

På det sätt som Sverige hittills har drivit skogsindustri är användningen av skogsbiomassa faktisk klimatsmart eftersom det hela tiden binds mer kol(dioxid) i ny skog än det tas ut till energiändamål och träprodukter. Och det finns potential för att ta ut även mer helt upp till den nivån där uttaget är i nivå med kolsänkningen (tillväxten som binder koldioxid i skogen). Ingen vet precis var den gränsen går eftersom den flyttar på sig hela tiden beroende på hur man räknar men inte minst också på hur man använder biomassan. Tex är det smart att bygga i trä eftersom det upptagna kolet i trädet stannar kvar i konstruktionen tills den rivs och trädet kanske eldas upp i ett kraftvärmeverk eller omvandlas till energi på annat sätt. Men olika beräkningar på hur mycket skogsbiomassa det går att ta ut på ett hållbart sätt med hänsyn till kolbalans och biodiversitets- krav, har naturligtvis utförts inte minst av skogs- och bioenergisektorerna själva men också av Energimyndigheten samt forskningsanstalter och universitet. En hållbar nivå enligt dessa aktörer tycks ligga runt 200-250 TWh energiekvivalenter årligen.

Men oavsett om Sverige i teorin kunde bli närmare 50 procent självförsörjande med el, värme, biodrivmedel och tex fossilfria plast- produkter med ett hållbart utnyttjande av biomassa från skog och lantbruk, är det i slutändan kanske inte det smartaste sättet att försöka bli klimatneutrala. Särskilt inte om biomassan går till energiändamål utan lagring av koldioxidutsläppen. Men om kolet i biomassan lagras då kan biomassa också till energiändamål faktiskt vara klimatnegativ, alltså hjälpa med att ta ut koldioxid från atmosfären. Problemet är att än så länge är koldioxidlagring mycket dyrt och vi har svårt att hitta smarta och enkla sätt att lagra den, när den väl har skiljts från avgaserna.

Det kan också vara andra skäl till att särskilt eldning av biomassa till energiproduktion kan vara problematisk, isär om den eldas i små och gammaldags vedspisar men även nya småskaliga pelletskaminer till villor och hus kan förorena om inte de underhålls och används korrekt. När biomassa eldas korrekt i stora verk med processövervakning och modern rökreningsteknologi är föroreningen minimal och bränsleutnyttjandet mycket effektivt och då kan biomassa till energiändamål särskilt i kombination med koldioxidlagring som sagt få stor klimatnytta.

bild
Sveriges totala slutliga energianvändning per energibärare 2018, 373 TWh, uttryckt i procent. Källa: Energimyndigheten och SCB.

 

Vissa ”biomassa-proponenter” tycker, att det är en bra idé att byta ut kvarvarande direktverkande eluppvärmning (el-panel, värmefläkt mm.) med pelletskaminer och har beräknat att den nationella elförbrukningen därmed kan sänkas med 0,5 TWh av en samlad elanvändning på ungefär 130 TWh. Fördelen utöver sänkningen av elkonsumtionen är enligt dessa förespråkare att det är ett billigare sätt att värma upp sin bostad på, men problemet kunde lösas mycket enklare med en värmepump så som det redan har sket i miljontals hus i Sverige. Då slipper husägaren besväret med pellets och skorstensrening och utgifterna till underhåll av kamin, avgasrör och skorsten plus att elkonsumtionen sänks också ganska mycket med en värmepump.

 

bild
Användningen av bioenergi i Sverige har ökat i jämn takt under de gångna 35 åren. Sedan 1990 har användningen mer än fördubblas.

 

Biomassan ska användas där den gör störst nytta

Men var kommer biomassan verkligen till sin rätt? I den globala insatsen för minimering av människans klimatavtryck är den alltövervägande tekniktrenden elektrifiering. Elektrifiering av uppvärmning, transport på land, på sjön och dels i luften. Men också elektrifiering av industriella processer, arbetsmaskiner i lantbruk och skogsbruk. I så många energi- användningar som det går att föreställa sig är faktiskt elektrifiering den dominerande trenden till fossilminskning. Primärt som direkt elektrifiering men också i vissa fall som indirekt elektrifiering, där el användas till elektrolys så vätgas produceras och sen används som drivmedel i bussar, lastbilar och arbetsfordon försedda med bränsleceller, som producerar ström till fordonens framdrift. Fördelen med vätgas är att den, olik elektricitet, går att lagra i nästan obegränsad skala liksom den också typiskt ger längre räckvidd och driftstid med kort tankningstid, ungefär samma som diesel och bensin.

Så varför skulle inte Sverige följa dessa trender? Svaret är att det gör vi redan på många sätt men den rikliga biomassan ger oss lite fler möjligheter än tex Danmark som har begränsad biomassapotential, även om Danmark har en stor biogassektor baserad på lantbrukets husdjurgödsel och avfallsprodukter samt på organiskt avfall från hushållen, affärer och livsmedelsindustrin.

Men fakta är att inte allt går att elektrifiera direkt, många högtemperaturprocesser i industrin, inom tex järn- och metallframställning eller andra industrier där temperaturer över 800 grader C behövs är elektrifiering inte möjligt eller effektivt, där kan biogas och vätgas spela en roll som i det mycket omtalade fossilfria järnframställningsprojektet HYBRIT, där Vattenfall, SSAB och LKAB är drivande krafter.

Inom vägbaserad tung- och långdistanstransport fungerar inte heller el än så länge och i synnerhet inte heller inom långdistans flyg- och sjötransport. Utvecklingsprojekt baserat på vätgas framställd via elektrolys är på gång, tex hos flygproducenten Airbus, men det kommer dröja årtionden innan teknologin är så pass utvecklad, att vi ser skepp och flyg som använder vätgas i större utsträckning.

Tills vidare är det inom dessa transportsegment endast förbrännings- motorer och jetturbiner som använder sig av kolvätebränslen som diesel, jetbränsle och tyngre oljor till sjöfarten som duger. Turligt nog är vi i Sverige perfekt positionerade med rikliga mängder av biomassa som det går att framställa högkvalitetbiodrivmedel av. Andra länder utan dessa bioresurser försöker sig med de så kallad elektrofuels där vätgas ingår i syntes med koldioxid för framställning av metanol som då i ytterligare elektro-termiskt drivna processer kan uppgraderas till komplexa kolväten som tex bensin, diesel eller jetfuel, men det är fortfarande mycket dyrt och inte särskilt energieffektivt att framställa kolvätebränslen på dessa sätt. Fast det går att förbättra effektivitet och utbyte ganska mycket vid tillsättning av även små mängder biogena element som tex biogas eller så kallad pyrolysgas.

Lyckligtvis är det så att om man har biomassan, då har naturen redan gjort en massa av arbetet för oss i och med att biomassan innehåller alla nödvändige kemiska komponenter så att vi på olika, ganska effektiva sätt kan omvandla biomassan till biodrivmedel av hög kvalitet som kan användas direkt i befintliga fordon, flygplan och skepp.

Förutom de önskade biodrivmedeln kan framställningen medföra olika nyttiga restprodukter som tex biokol också kallad ”biochar” på engelska, en sorts träkol som kan användas som jordförbättringsmaterial eller eldas i et kraftvärmeverk. Andra restprodukter kan vara avjäst biogas-substrat som kan användas till gödsel och jordförbättring.

I Sverige består tillgängliga biomassan i stor skala framför allt av trä i olika sorter och i olika former och förarbetningsgrader. Det kan vara sågspån från ett timmerbolag eller skogsflis som är tillverkat av skogsrestprodukter på plats i skogen eller det kan vara hela lass av blandade skogsrestprodukter som körs direkt in i stora pannor i ett kraftvärmeverk eller det kan vara returträ från byggnadsrivning.

Till framställning av biodrivmedel från trä är det en fördel att virket är tort och förarbetet utfört så att det framstår någorlunda homogent och kan tillföras processen på ett kontinuerligt och mätbart sätt. Flis eller sågspån är passande förarbetningsgrader till exempelvis pyrolysförgasning.

Som sagts tidigare här, att biomassan är praktisk till drivmedels- framställning i och med att den kemiskt innehåller de nödvändiga komponenter som ingår i drivmedlen, men när det gäller trä och många växter är utmaningen, att en stor del av energiinnehållet är bundet i lignin och cellulosa som båda är kemisk mycket stabila och svåra att bryta ner.

Av den orsaken är det tex mycket svårt att göra biogas via förjäsning direkt från trä och många växter, därför att metanbakterierna inte kan omsätta cellulosa och lignin förrän dessa har spaltats till simplare molekyler. I naturen sker denna spaltning bland annat via svampar som är naturens experter på nerbrytning av lignin och cellulosa och i den processen gör de sina restprodukter tillgängliga för en rad andra mikroorganismer, bland annat metanbakterier som nu får del av närings- och energiinnehållet i veden. Det negativa är att dessa processer är så långsamma att vi inte kan utnyttja dem effektivt i energisammanhang.

Därför är den enklaste vägen att gå för att utnyttja lignin och cellulosa till biodrivmedel, den termiska vägen, där dessa komponenter bryts ner i beståndsdelar med värme via en syredepraverad förbränning, alltså utan luft. I den processen friges olika gaser och biooljor som kan renas, raffineras och förädlas till biodrivmedel som biometan, biobensin, biodiesel, biojetbränsle och bioeldningsolja. Denna process är ganska effektiv och eftersom all processenergi kommer från råvaran själv är den fossilfri och slutprodukten innehåller ungefär 70 procent av den kemiska energi som fanns i råvaran innan omvandlingen.

 

bild

 

På senare år har en annan metod för framställning av biodrivmedel från växter, träd och annat material med biogent ursprung vunnit framgång. Det är den så kallade hydrotermiska förvätskningen (hydrothermal liquefaction) där nermald biomassa körs genom ett högtrycksatt (200 bar) reaktorsystem vid +300 C och ut kommer så kallad ”biocrude” eller bio- råolja som efterhand ska rensas för syre, kväve och olika föroreningar innan den körs genom en katalysator som kan skilja ut de olika kolvätebränslena. Tekniken är fortfarande på ett sent utvecklingsstadium men ganska nära kommersialisering med mycket forskningsstöd och investeringar från industripartners i ryggen. I Sverige ser vi inte mycket till den tekniken ännu, men Danmark är här i frontlinjen tillsammans med olika europeiska partners. Fördelen är att det går att använda en lång rad biomaterial, inklusive kloakslam, halm, gräs, trä (sågspån tex) och materialen behöver inte vara torra, de ska faktisk vara blöta, när de kommer in i processen. Det negativa är att man än så länge kämpar med syre- och kväveinnehållet samt föroreningar i bioråoljan men det verkar som man har kommit ganska långt med detta problem och förväntar sig att inom de närmaste åren kunna erbjuda de så kallade HTL-biodrivmedlen (Hydro Thermal Liquefaction) till konkurrenskraftiga priser på världsmarknaden.

 

bild
Här har intresseorganisationen Svebio gett sitt bud på hur mycket hållbar biomassa Sverige kommer att använda fram till 2045. Kanske får de rätt i prognosens mängder men givetvis inte i de användningar som de föreställer sig. Se figur 6.

 

bild
Figur 6. Så här föreställer Svebio sig att bioenergianvändningen kommer att se ut i det ideella scenariot för sina intressenter, alltså producenter av bioenergi. Det är nästan 100 procent säkert att så kommer framtiden för användning av svensk biomassa inte att se ut! Det skulle inte vara ett klokt sätt att använda biomassan på eftersom det bara är en eskalering av dagens användning under antagandet att samhällets sätt att producera och använda energi inte ändrar sig eller antar nya former under en 25 årig period, en period som kommer ställa oerhört höga krav på energiproduktionens och -konsumtionens klimatvänlighet. Som sagts i texten till figur 5, att kanske mängden av använd biomassa kommer att passa med prognosen men hur den används blir inte som det beskrivs i figur 6. Däremot är det sannolikt att den mesta biomassan, särskilt trä används som biodrivmedel till sjöfart, luftfart och långdistans vägtransporter samt oelektrifierad järnväg. Men också som ersättning av fossilt baserad plast, polymerer och byggnadsmaterial.

 

Så här användas Sveriges biomassa klokast

Mot bakgrund av resonemanget hittills, på vilket sätt blir det då meningsfullt att använda Sveriges bioresurser, framför allt skogen men också i en viss mån de bioresurser som lantbruk och avfallssektor kan bidra med?

Med tanke på att utvinning av energi från biomassa är mycket arbets- intensivt, både med hänsyn till maskinparker, utrustning och manskap, är det inte på lång sikt effektivt eller konkurrenskraftigt att bevara och utöka användningen av biomassa inom industri, uppvärmning och elproduktion. Det kan under en längre tid framledes dock vara klokt att använda kraftvärme, kanske även att bygga ut där lokal planerbar elproduktion behövs som tex i områden som är exponerade mot effekt- och kapacitetsbrister i elnätet och som kan använda fjärrvärmen. Kärnkraftens vara eller inte vara har naturligtvis också betydelse för kraftvärmens situation i framtiden. Behovet av stabil och effektiv baskraft kommer ha stor betydelse för energiförsörjningen även i framtiden.

Kraftvärmeverken kan medverka till att öka den lokala elförsörjningens effektförmåga och stabilitet genom att leverera förnybar energi som inte är väder- och säsongsavhängig. Det kan de göra så länge andra förnybara källor som vind och sol inte kan leverera dessa nättjänster lika bra och så länge särskilt de regionala och nationella elnätens kapacitetsbegränsningar förhindrar tillförsel av billigare och ”klimatvänligare” el från producenter i andra inhemska och utländska områden. Men en långsiktig omställning till biomassabaserad el- och värmeproduktion i Sverige är inte vettig som ersättning för vind- och solbaserad elproduktion som både har lägre utsläpp och är billigare per KWh.

 

bild
Figur 7. Anledningen till att svensk skogsbiomassa är klimatneutral enligt Sveaskog: -Om man föreställer sig hundra åldersklasser för träden i skogen motsvarar upptaget av koldioxiden hos dessa den kolmängd som finns lagrad i de träd som skördas. I nuvarande läget lagras faktisk mer kol än som tas ut eftersom det fortsatt är större tillväxt i svensk skog än det skördas. Illustration: Sveaskog

 

bild
Figur 8. På SETRA:s anläggning på Kastet i Gävle kommer bolaget Pyrocell att producera 25 000 ton årligen av så kallad pyrolysolja från sågspån med start i 2021. Pyrolysoljan kan användas direkt i tex kraftvärmeverk eller den kan raffineras till biodrivmedel i olika klasser som biobensin, biodiesel, jetbränsle eller marina bränslen.

 

I de industrier där man traditionellt har använt restprodukter från sin produktion till

energiförsörjning i sina processer är det fortfarande meningsfullt att utnyttja hela råvarans energi och värde på det sättet. Så har det varit inom massa- och pappersindustrin och timmerindustrin i århundraden och det är ett vettigt sätt att utnyttja råvaran fullt ut och så länge det är billigare och lika klimatneutralt och effektivt som att använda el från elnätet. Vissa processer i industrierna går det som sagt inte att elektrifiera.

Den långsiktiga strategin för klimatneutralitet är också för Sveriges del baserad primärt på elektrifiering med undantag av de användnings- områden och ändamål där det för nuvarande inte är möjligt, klimatsmart eller inom samhällets skydd och beredskap som tex försvarsmakt, civilförsvar och räddningstjänster.

Det är alltid smart att diversifiera sin energiförsörjning och sina applikationer på så sätt att om allt elektrifieras har man ett mycket sårbart system, om inte man har byggt det med 100 procent redundans, vilket både är mycket svårt, besvärligt och oproportionellt dyrt. På det sättet är det meningsfullt att det finns lokala biomassa-kraftvärmeverk och bio- och vätgasturbiner som kan slås på om det blir momentära avbrott eller effektbrister på nationella elnätet.

Med tanke på den önskade minskningen av fossila bränslen och produkter, då är det för den individuella persontransportens vidkommande, alltså personbilar och kommersiella fordon smartast att satsa på elektrifiering eftersom det är den dominerande globala trenden även om det kanske skulle vara möjligt att producera tillräckligt med inhemskt biodrivmedel till hela svenska bilparken. Dels skulle det bli alltför dyrt per mil jämfört med el, dels skulle man stå med en åldrande bilpark efter bara 10–15 år och vara avhängig en stadigt mindre global produktion av person och varubilar med förbränningsmotor, där innovation och utveckling gått i stå. Samma sak gäller för små lastbilar, medelstora lastbilar till kortare distanser samt alla bussar som inte är långdistans, alltså över 300 km i en transportsträcka. Inom de närmaste 10 åren kommer förmodligen de flesta elbilar ha en räckvidd runt 40 mil upp till 100 mil med laddning till 80% på 10 min eller under, så vad gäller allt utom fyrhjulingar, andra off-road-fordon och vissa specialanvändningar, är det inte meningsfullt att behålla mindre fordon med förbränningsmotorer i Sverige eftersom också ladd-infrastrukturen antagligen kommer på plats inom närmaste decenniet.

 

bild
Figur 9. Principskiss av den så kallade HTL-metoden för utvinning av kolvätebränslen från biomassa och andra material med biogent ursprung. Ett europeiskt konsortium ”HyFlexFuel” med partners från universitet och industri är nära en kommersialisering av denna teknologi.

 

Vilka energianvändningar får då stå tillbaka för biomassan, när den begränsas till måttlig användning i el- och värmesektorn och tunga och långdistanstransporter på vägar, i luftfart och på sjön? Inte många men svenska biomassan kan få stor betydelse i drivmedelsproduktion till export. Hela världen kommer att få behov av fossilfria högkvalitetdriv- medel till de nämnda transportområdena globalt och där kommer svenska biomassan att kunna spela en stor roll för exportintäkter och inhemsk sysselsättning. Biomassasektorn är som sagt arbetsintensiv och många arbetstillfällen i skog och lantbruk (energiodling) kan bevaras och även läggas till i efterhand vartefter denna sektor växer.

Men ytterligare en mycket viktig användning finns för biomassan i Sverige, nämligen fossilfria biobaserade plast- och polymerprodukter samt naturligtvis den ständigt ökande användningen av cellulosabaserade förpackningar som papp- och pappersemballage. Dessutom kommer träfiberprodukter inom emballage, byggeri och konstruktion öka likaväl som inte minst traditionellt timmer som kommer att få en renässans inom byggeriet. Särskilt det sistnämnda kan få en stor betydelse som kolsänkande material, alltså klimatnegativt material som hjälper att ta bort koldioxid ur atmosfären genom att lagra kolet i det timmer som ingår i byggerier i kommande decennier och sekler. Sverige har tillsammans med Finland en enorm kunskap inom trä och timmer, skogsbruk samt massa- och papperstillverkning och det är sektorer som kan växa mycket de kommande åren om man spelar sina kort och kompetenser klokt.

Så ja, sammanfattningsvis! Biomassan kan hjälpa Sverige ur klimat- krisen men kanske inte på de sätten vi normalt föreställer oss, genom att ersätta de fossila bränslena i våra egna bilar eller i värme- och elsektorn, men som en viktig resurs i den globala neddragningen av fossila drivmedel inom tung och långdistansvägtransport, luftfart och sjöfart. Det spelar en mindre roll om vi använder biomassans potential att minska koldioxid- utsläppen bara i Sverige eller om den sprids ut globalt. Klimatgaser känner inte till landsgränser och det är positivt att Sveriges skogar och andra bioresurser kan bidra till att minska den globala klimatpåverkningen. För att minska Sveriges egen klimatpåverkan är det långt effektivare att satsa på utbredd elektrifiering samt smarta applikationer av bioresurser och indirekt elektrifiering med vätgas på de områden som det inte än går att elektrifiera direkt.

 

bild
Elbilen kommer att dominera den individuella persontransporten inom närmaste 10–15 år, det är globala trenden som också Sverige kommer att följa. Här är det elbilen Polestar 2 från Volvo-ägda elbilstillverkaren Polestar. Foto: Polestar