Irankrigets effekter på oljemarkedet har satt økt fokus på EUs planer for egen produksjon av fossilfritt flytende drivstoff. Men EUs regler for syntetiske flytende drivstoff risikerer å styre utviklingen mot produksjonsveier som er både dyrere og mer energikrevende enn nødvendig – og som dermed gjør det vanskeligere å nå klimamålene. Det viser en Chalmers-studie som har analysert ulike metoder for å fremstille syntetisk metanol.

I fjor ble det innført regler som krever en innblanding av minst 2 prosent bærekraftig flydrivstoff på EUs flyplasser. Dette inblandingskravet vil gradvis øke, til minst 70 prosent innen 2050. Halvparten av det bærekraftige flydrivstoffet skal da bestå av en kategori som kalles RFNBO: fornybart drivstoff av ikke-biologisk opprinnelse. Det er syntetiske drivstoff, også kalt elektro-drivstoff, som produseres av fornybar hydrogengass og fanget karbondioksid.

Nå viser forskere ved Chalmers at RFNBO-reglene oppmuntrer til en ”omvei” i produksjonen av syntetiske drivstoff, noe som risikerer å øke både kostnader og energiforbruk.

– Reglene påvirker ikke bare industriens investeringer i teknologi, men også hvilken forskning og utvikling som prioriteres. I stedet for å drive innovasjon mot de mest effektive løsningene, risikerer vi å låse oss fast til mindre ressurseffektive produksjonsmetoder, sier Henrik Thunman, professor i energiteknikk ved Chalmers og medforfatter av den vitenskapelige artikkelen.

Tusentalls nye fabrikker vil trengs globalt for å møte den økende etterspørselen etter bærekraftig flydrivstoff de kommende tiårene. Det handler om svært store investeringer for anlegg med lang levetid.

Stor forskjell mellom ulike veier mellom samme råvare og sluttprodukt

Chalmers-forskerne har studert produksjon av syntetisk metanol, som er et eksempel på drivstoffmolekyler som kan omdannes til bærekraftig flydrivstoff. Det er et representativt eksempel for å analysere hvordan ulike produksjonsmetoder påvirker ressursforbruket ved framstilling av slike drivstoffmolekyler.

Disse energirike molekylene kan produseres ved å koble sammen karbonatomer og hydrogengass i kjemiske prosesser. I studien Forskerne sammenlignet tre ulike produksjonsveier for metanol der karbonatomene kommer fra biomasse – såkalt biogent karbon. To av metodene baserer seg på forbrenning av biomasse, der karbondioksid fanges inn fra røykgassen og deretter blandes med hydrogengass som produseres separat med elektrisitet. Den tredje baserer seg på forgasning, der oppvarmet biomasse omdannes direkte til syntesegass, som inneholder både karbon og hydrogengass.

Alle tre produksjonsveiene er teknisk gjennomførbare, og både råvaren og sluttproduktet kan være det samme. Derimot skiller de seg tydelig fra hverandre når det gjelder energibruk, kostnad og elbehov.

Direkte produksjonsvei kan velges bort på grunn av regelverkets utforming

– Forgassningsalternativet viste seg å være mest ressurseffektivt i vår analyse, med opptil 46 prosent lavere produksjonskostnad og 30 prosent lavere elbehov enn de to forbrenningsbaserte alternativene. Forskjellen viser hvor store energitap som kan oppstå når biomasse først forbrennes til karbondioksid, som deretter bygges opp igjen til drivstoffmolekyler ved hjelp av store mengder strøm og hydrogen, sier Johanna Beiron, forsker i fysisk resursteori ved Chalmers og førsteforfatter til artikkelen.

Til tross for dette gagner forbrenning betydelig mer enn gassifisering av EUs regelverk. RFNBO-kategorien – som skal utvides fra nær null i dag til en andel på 35 prosent av alt flydrivstoff i EU innen 2050 – omfatter alt drivstoff fra forbrenningsalternativene, men utelukker omtrent halvparten av drivstoffet fra gassifisering.

Anledningen er at RFNBO ikke kan produseres med energi og karbonatomer som kommer direkte fra biomasse, noe de i stor grad gjør ved forgasningsproduksjon. Derimot er det tillatt å bruke karbonatomer fra biomasse ved forbrenning, dersom det gjøres gjennom fangst av den karbondioksiden som dannes når biomasse brukes til andre energihensikter. Et eksempel på dette er forbrenning av restmateriale fra skogbruket i kraftvarmeverk.

Men slikt restmaterial kan altså anvendes mer ressurseffektivt gjennom forgasning.

– Ett av de forbrenningsbaserte alternativene vi analyserte var prosessen i kraftvarmeverk, sier Johanna Beiron. Den har lavere kostnads- og energieffektivitet enn gassifisering, selv når vi regner inn den ekstra elektrisiteten som trengs for å erstatte for eksempel fjernvarmen som forbrenningsprosessen kan bidra med.

Styringen risikerer å motarbeide sine egne mål

Formålet med RFNBO-klassifiseringen er blant annet å drive frem økt produksjon av fornybar strøm, til produksjon av grønt hydrogen, og å redusere avhengigheten av biomasse som er en begrenset ressurs.

Men karbonatomene til det syntetiske flydrivstoffet må hentes et sted fra. Biomasse forventes å bli den minst kostbare fossilfrie karbonkilden til RFNBO, og forskere anslår at dagens regelverk vil føre til en svært høy etterspørsel etter karbondioksid fra forbrenning av biomasse. I stedet for å redusere behovet for biomasse, risikerer EU-reglene tvert imot å drive frem en mindre energieffektiv bruk av den begrensede biomasseressursen.

– Regelverket tar ikke tilstrekkelig hensyn til hvor effektivt ulike system bruker energi og ressurser, sier Henrik Thunman. Studien belyser dermed et strukturelt spørsmål i EUs energi- og industripolitikk: styringen risikerer å motvirke sine egne mål når definisjoner av bærekraftige brensler ikke er i tråd med grunnleggende energiprinsipper og med unionens overordnede ambisjoner for ressurseffektivitet.

Justerte regler kan være nødvendig for effektiv omstilling

Forskerne håper at deres resultater vil bidra til økt kunnskap om hvilke teknikker og systemer som er tilgjengelige.

– Det er overraskende at EUs regler ikke styrer tydeligere mot de mest effektive alternativene, sier Johanna Beiron. Dagens regelverk risikerer å føre til en fastlåsing i forbrenningsbaserte energisystemer, til tross for at det allerede finnes teknisk modne prosesser som ville gitt både lavere energibruk og kostnad – for eksempel gassifisering og elektrifisering av fjernvarme.

– Vår studie viser at visse deler av regelverket sannsynligvis trenger justeringer for at EU skal kunne nå sine langsiktige mål, sier Henrik Thunman. Det trengs bedre samordning mellom klimamål, ressurseffektivitet og industriell gjennomførbarhet for å komme til rette med den usikkerheten som råder nå. Den gjør det vanskelig å fatte rasjonelle investeringsbeslutninger for de kommende årenes storskala ekspansjon av bærekraftig flydrivstoff.

Mer om: forskningen

Studien Låst på RFNBOer – Vil EUs krav til syntetiske flydrivstoff (drop-in) føre til redusert energi- og kostnadseffektivitet? er publisert i tidsskriftet Drivstoff. Den har utförts av Chalmersforskarna Johanna Beiron, Simon Harvey og Henrik Thunman.

Forskningen er en del av prosjektet FUTNERC, Transformatorisk endring mot netto negative utslipp i svensk raffineri- og petrokjemisk industri. Det er et femårig forskningsprosjekt som finansieres 50 prosent av Energimyndigheten og 25 prosent hver av selskapene VaroPreem og Borealis. Prosjektet har som mål å drive omstillingen innen kjemisk industri for senest 2050 å oppnå netto nullutslipp av klimagasser fra raffinerier og kjemisk industri.

Mer om: de tre metodene for produksjon av syntetisk metanol

Forskerne valgte å undersøke produksjonen av nettopp metanol fordi den er et tydelig eksempel for å vise hvordan den totale effektiviteten ved drivstoffproduksjon påvirkes av om kullet brukes direkte i form av kullgass fra biomasse, eller først omdannes til karbondioksid som deretter bygges opp igjen ved hjelp av hydrogen. I studien sammenlignes tre etablerte, men ennå ikke kommersielt benyttede, produksjonsveier som baseres på fornybart hydrogen og biomasse i form av restmateriale fra skogbruket.

Forbrenning med CO2-fangst

Biomasse forbrennes og karbondioksid fanges inn fra røykgassene. Deretter tilføres hydrogengass som er produsert separat med vann og elektrisk energi. Karbondioksiden reagerer med hydrogengass i en katalytisk prosess som danner metanol.

• Høy produksjonskostnad (1055 euro per tonn metanol)
• Høyt strømforbruk (1,8 megawatt strøm per megawatt metanol)
• Lav energieffektivitet (rundt 37 prosent)

2. Forbrenning med CO2-fangst og samtidig energiproduksjon
Ligner den første veien, men forbrenningen brukes også til å produsere elektrisitet eller varme, for eksempel til fjernvarmesystemer. I studien inkluderes også den ekstra elektrisiteten som kreves for å erstatte denne formen for energi.

• Høyeste kostnad av de tre alternativene (1495 euro per tonn metanol)
• Høyt strømforbruk (1,6 megawatt strøm per megawatt metanol)
• Ganske lav energieffektivitet (omtrent 37 prosent)

3. Forgassing av biomasse
Biomasse omdannes gjennom forgasning til en syntesegass, som består av karbonmonoksid og hydrogengass, som deretter brukes direkte i metanolsyntesen. Ved forgasningen dannes det også en del karbondioksid, som også kan danne metanol sammen med begrensede mengder ekstra hydrogengass som tilføres.

• Laveste kostnad av de tre alternativene (820 euro per tonn metanol)
• Lavest elforbruk (1,2 megawatt el per megawatt metanol)
• Høyeste energieffektivitet (omtrent 46 prosent)

Mer om: EUs regelverk

EU-forordningen Fyll opp EU-flyet innføre bindende krav om at en økende andel bærekraftig flydrivstoff skal blandes inn i flydrivstoff som selges på EUs flyplasser. De første kravene trådte i kraft i 2025 og skal gradvis skjerpes for å drive frem ny produksjon av bærekraftig drivstoff.

År 2050 skal minst halvparten av alt bærekraftig flytende drivstoff utgjøres av RFNBO (fornybare drivstoff av ikke-biologisk opprinnelse). Den andre halvdelen består av fire andre kategorier av bærekraftig flydrivstoff.