Irankrigets effekter på oliemarkedet har sat et øget fokus på EU's planer for egen produktion af fossilfrit flybrændstof. Men EU-reglerne for syntetiske flybrændstoffer risikerer at styre udviklingen mod produktionsveje, der er både dyrere og mere energikrævende end nødvendigt – og som dermed gør det sværere at nå klimamålene. Det viser en Chalmers-studie, der har analyseret forskellige metoder til at fremstille syntetisk methanol.

Sidste år blev der indført regler, der kræver en iblanding af mindst 2 procent bæredygtigt flybrændstof i EU's lufthavne. Dette indblandingskrav vil gradvist stige til mindst 70 procent i 2050. Halvdelen af det bæredygtige flybrændstof skal da udgøres af en kategori kaldet RFNBO: vedvarende brændstof af ikke-biologisk oprindelse. Det er syntetiske brændstoffer, også kaldet e-brændstoffer, som fremstilles af vedvarende brint og indfanget kuldioxid.

Nu viser forskere på Chalmers, at RFNBO-reglerne favoriserer en ”omvej” i produktionen af syntetiske brændstoffer, hvilket risikerer at øge både omkostningerne og energiforbruget.

– Reglerne påvirker ikke kun industriens investeringer i teknologi, men også hvilken forskning og udvikling der prioriteres. I stedet for at drive innovation mod de mest effektive løsninger risikerer vi at låse os fast ved mindre ressourceeffektive produktionsmetoder, siger Henrik Thunman, professor i energiteknik på Chalmers og medforfatter til den videnskabelige artikel.

Tusindvis af nye fabrikker vil være nødvendige globalt for at imødekomme den stigende efterspørgsel efter bæredygtigt flybrændstof i de kommende årtier. Det drejer sig om meget store investeringer til anlæg med lang levetid.

Stor forskel på forskellige veje mellem samme råvare og slutprodukt

Chalmers-forskere har studeret produktion af syntetisk metanol, som er et eksempel på brændstofmolekyler, der kan omdannes til bæredygtigt flybrændstof. Det er et repræsentativt eksempel til at analysere, hvordan forskellige produktionsveje påvirker ressourceforbruget ved fremstilling af sådanne brændstofmolekyler.

Disse energirige molekyler kan produceres ved at kulstofatomer og brint bringes sammen i kemiske processer. I studie Forskerne sammenlignede tre forskellige produktionsveje for metanol, hvor kulstofatomerne stammer fra biomasse – såkaldt biogent kulstof. To af metoderne bygger på forbrænding af biomasse, hvor kuldioxid indfanges fra røggasserne og derefter blandes med brint, der produceres separat med elektricitet. Den tredje bygger på forgasning, hvor opvarmet biomasse omdannes direkte til synthesísgas, som indeholder både kulstof og brint.

Alle tre produktionsruter er teknisk gennemførlige, og både råmaterialet og slutproduktet kan være det samme. Til gengæld adskiller de sig tydeligt i forhold til energiforbrug, omkostninger og elbehov.

Direkte produktionsrute kan fravælges på grund af reguleringens udformning

– Forgassningsalternativet viste sig at være mest ressourceeffektivt i vores analyse, med op til 46 procent lavere produktionsomkostninger og 30 procent lavere elbehov end de to forbrændingsbaserede alternativer. Forskellen viser, hvor store energitab der kan opstå, når biomasse først forbrændes til kulstof, som derefter genopbygges til brændstofmolekyler ved hjælp af store mængder el og brint, siger Johanna Beiron, forsker i fysisk resursteori ved Chalmers og førsteforfatter til artiklen.

Trods dette begunstiges forbrænding betydeligt mere end forgasning af EU-reglerne. RFNBO-kategorien – som skal udvides fra tæt på nul i dag til en andel på 35 procent af alt flybrændstof i EU i 2050 – omfatter alt brændstof fra forbrændingsalternativerne, men udelukker omkring halvdelen af brændstoffet fra forgasning.

Anledningen er, at RFNBO ikke må produceres med energi og kulstofatomer, der kommer direkte fra biomasse, hvilket de i vid udstrækning gør ved forgasningsproduktion. Dertil kommer, at det er tilladt at anvende kulstofatomer fra biomasse ved forbrænding, hvis det sker gennem opsamling af den kuldioxid, der dannes, når biomasse anvendes til andre energiformål. Et eksempel på dette er forbrænding af restprodukter fra skovbrugsindustrien i kraftvarmeværker.

Men sådant restmaterial kan således anvendes mere ressourceeffektivt gennem forgasning.

– Den ene forbrændingsbaserede mulighed, vi analyserede, var processen i kraftvarmeværker, siger Johanna Beiron. Den har en lavere omkostnings- og energieffektivitet end forgasning, selv når vi regner den ekstra el med, som er nødvendig for at erstatte for eksempel den fjernvarme, som forbrændingsprocessen kan bidrage med.

Styringen risikerer at modarbejde sine egne mål

Formålet med RFNBO-klassificeringen er blandt andet at fremme øget produktion af vedvarende elektricitet til fremstilling af grønt brint, og at reducere afhængigheden af biomasse, som er en begrænset ressource.

Men kulstofatomer til det syntetiske flybrændstof skal hentes et sted fra. Biomasse forventes at blive den mindst bekostelige fossilfri kulstofkilde til RFNBO, og forskere vurderer, at de nuværende regler vil føre til en meget høj efterspørgsel på kulstof fra forbrænding af biomasse. I stedet for at reducere behovet for biomasse risikerer EU-reglerne tværtimod at fremme en mindre energieffektiv anvendelse af den begrænsede biomasse.

- Reglerne tager ikke tilstrækkeligt hensyn til, hvor effektivt forskellige systemer bruger energi og ressourcer, siger Henrik Thunman. Undersøgelsen belyser således et strukturelt spørgsmål i EU's energi- og industripolitik: Styringen risikerer at modarbejde sine egne mål, når definitionerne af bæredygtige brændstoffer ikke stemmer overens med grundlæggende energiprincipper og med Unionens overordnede ambitioner for ressourceeffektivitet.

Tilpassede regler kan være nødvendige for en effektiv overgang

Forskerne håber, at deres fund vil bidrage til øget viden om, hvilke teknikker og systemer der er tilgængelige.

– Det er overraskende, at EU's regler ikke i højere grad styr mod de mest effektive alternativer, siger Johanna Beiron. Det nuværende regelværk risikerer at føre til en fastlåsning i forbrændingsbaserede energisystemer, selvom der allerede findes teknisk modne processer, der ville give både lavere energiforbrug og omkostninger – for eksempel forgasning og elektrificering af fjernvarme.

– Vores undersøgelse viser, at visse dele af rammeværket sandsynligvis skal justeres, for at EU kan nå sine langsigtede mål, siger Henrik Thunman. Der er behov for bedre koordination mellem klimamål, ressourceeffektivitet og industriel gennemførlighed for at håndtere den nuværende usikkerhed. Det gør det vanskeligt at træffe rationelle investeringsbeslutninger for de kommende års storskalaudvidelse af bæredygtigt flybrændstof.

Mere om: forskningen

Studiet Fokuseret på RFNBO'er – Vil EU-mandater for syntetiske flybrændstoffer med direkte anvendelse føre til nedsat energi- og omkostningseffektivitet? er udgivet i tidsskriftet Brændstof. Den har utförts av Chalmersforskarna Johanna Beiron, Simon Harvey og Henrik Thunman.

Forskningen er en del af projektet FUTNERC, Transformatorisk ændring mod netto negative emissioner i svenske raffinaderi- og petrokemiske industrier. Det er et femårigt forskningsprojekt, som finansieres med 50 procent af Energimyndigheden og med 25 procent hver af virksomhederne VaroPreem og Borealis. Projektet har som mål at sætte fart på omstillingen i kemiindustrien for senest i 2050 at opnå netto-negative udledninger af drivhusgasser fra raffinaderier og kemiske industrier.

Mere om: de tre metoder til fremstilling af syntetisk metanol

Forskerne valgte at undersøge produktionen af netop metanol, da det er et tydeligt eksempel til at vise, hvordan den samlede effektivitet ved brændstofproduktion påvirkes af, om kulstoffet anvendes direkte i form af kulstofholdig gas fra biomasse, eller først omdannes til kuldioxid, som derefter opbygges igen ved hjælp af brint. I studiet sammenlignes tre etablerede, men endnu ikke kommercielt anvendte, produktionsveje baseret på vedvarende brint og biomasse i form af restprodukter fra skovindustrien.

Forbrænding med CO2-fangst

Biomasse forbrændes, og kuldioxid udvindes fra røggassen. Derefter tilføres brint, der er produceret separat ved hjælp af vand og elektrisk energi. Kuldioxiden reagerer med brinten i en katalytisk proces, der danner methanol.

• Høj produktionspris (1055 euro pr. ton metanol)
• Højt elforbrug (1,8 megawatt el per megawatt metanol)
• Lav energieffektivitet (ca. 37 procent)

2. Forbrænding med kuldioxidopsamling og samtidig energiproduktion
Ligner den første vej, men forbrændingen bruges også til at producere elektricitet eller varme, f.eks. til fjernvarmesystemer. Undersøgelsen inkluderer også den ekstra elektricitet, der kræves for at erstatte denne form for energi.

• Højeste omkostning af de tre muligheder (1495 euro per ton metanol)
• Højt elforbrug (1,6 megawatt el per megawatt metanol)
• Lige så lav energieffektivitet (ca. 37 procent)

3. Forgasning af biomasse
Biomasse omdannes gennem forgasning til en syntesegas, der består af kulilte og brint, som derefter anvendes direkte i metanolsyntesen. Under forgasningen dannes der også en vis mængde kuldioxid, som også kan danne metanol sammen med begrænsede mængder ekstra tilført brint.

• Laveste omkostning af de tre alternativer (820 euro pr. ton metanol)
• Lavest elforbrug (1,2 megawatt el per megawatt metanol)
• Højeste energieffektivitet (ca. 46 procent)

Mere om: EU's regelværk

EU-forordningen Refuel EU Luftfart indføre bindende krav om, at en stigende andel bæredygtige flybrændstoffer skal blandes i flybrændstof, der sælges i EU's lufthavne. De første krav trådte i kraft i 2025 og vil gradvist blive skærpet for at stimulere ny produktion af bæredygtige brændstoffer.

I år 2050 skal mindst halvdelen af alt bæredygtigt flybrændstof udgøres af RFNBO (Fornyelige brændstoffer af ikke-biologisk oprindelse)). Den anden halvdel består af fire andre kategorier af bæredygtigt flybrændstof.