Åpent møte Biodrivstoff regner vi oss inn i solnedgangen? Torsdag 22. mai 2008 kl Håndverkeren konferansesenter Rosenkrantz' gate 7

Transkript

1 Åpent møte Biodrivstoff regner vi oss inn i solnedgangen? Torsdag 22. mai 2008 kl Håndverkeren konferansesenter Rosenkrantz' gate 7

2 Bioteknologinemnda er et frittstående, regjeringsoppnevnt organ og ble første gang oppnevnt i Nemnda er hjemlet i lov om humanmedisinsk bruk av bioteknologi m.m. og lov om fremstilling og bruk av genmodifiserte organismer. Foruten å være rådgivende i saker som angår bruk av bio- og genteknologi i relasjon til mennesker, dyr, planter og mikroorganismer, skal nemnda bidra til opplysning og debatt. I sine vurderinger skal nemnda spesielt vektlegge de etiske og samfunnsmessige konsekvenser ved bruk av moderne bioteknologi. Bioteknologinemnda har 21 medlemmer og observatører fra seks departementer. Bioteknologinemnda har et budsjett på ca. 7,6 millioner kroner for år Nettsider: Teknologirådet er et uavhengig, offentlig organ som identifiserer viktige teknologiutfordringer og fremmer bred offentlig debatt om muligheter og konsekvenser ved ny teknologi for samfunnet og for den enkelte. Teknologirådet gir innspill til Stortinget og andre myndigheter. Teknologirådet bruker ulike metoder for teknologivurdering og fremsyn og involverer eksperter, beslutningstakere, interessenter og lekfolk i prosjekter. Rådet har blant annet hatt prosjekter om biodrivstoff, hydrogen, miljøvennlige bilavgifter og bærekraftig innovasjon. Teknologirådet har 15 regjeringsoppnevnte medlemmer for perioden og ledes av konsernsjef Ingvild Myhre. Rådets sekretariat holder til i Prinsensgate 18 i Oslo. Nettsider Universitetet for miljø- og biovitenskap (UMB), tidligere Norges landbrukshøgskole som ble opprettet i 1859, skal være en sentral aktør innen miljø- og biovitenskapene med vekt på kjerneområdene; biologi, mat, miljø, areal- og naturressursforvaltning med tilhørende estetiske og teknologiske fag. Undervisning og forskning omfatter i dag arealplanlegging og eiendomsfag, plantevitenskap, husdyrfag, karttekniske fag, landskapsarkitektur, naturforvaltning, naturvitenskapelige fag, matvitenskap, skogfag, teknologiske fag, økonomi- og ressursforvaltning og akvakultur. UMB har rundt 2900 studenter, og ca. 400 av disse er fra andre land enn Norge. Det er ca. 940 ansatte ved universitetet, hvorav 495 i vitenskapelige stillinger. Universitetet har gjort seg bemerket internasjonalt innenfor miljø og biovitenskap, blant annet når det gjelder genomforskning og praktisk anvendelse av genkunnskap i produksjon av mat fra fisk, planter og husdyr. Nettsider: Bakgrunn for seminaret Regjeringen har foreslått at Norge skal få omsetningspåbud for biodrivstoff. Utgangspunktet for møtet er det kommende kravet om at de som omsetter biodrivstoffet må rapportere om miljøkonsekvensene ved bruken av det. Men hvordan vurderer man biodrivstoffene? Noen andre sentrale spørsmål som blir diskutert på møtet: Er klimagevinsten ved biodrivstoff mindre enn tidligere antatt? Bør Norge satse på biodrivstoff? Kan ny teknologi som genteknologi gjøre klimaregnskapet bedre for 2. generasjons biodrivstoff? Er norsk næringsliv interessert i å satse på biodrivstoff?

3 Biodrivstoff Åpent møte regner vi oss inn i solnedgangen? 22. mai 2008 Program Registrering Kaffe, te og frukt Velkommen og innledning Karl Georg Høyer, professor ved Høgskolen i Oslo og medlem av Bioteknologinemnda SFTs klimaregnskap - hva er utfordringene? Roar Gammelsæther, seniorrådgiver, Statens forurensningstilsyn Livssyklusanalyser av biodrivstoffbasert transport viktigheten av helhetlige vurderinger og farer knyttet til unnlatelsessynder Anders Strømman, førsteamanuensis, NTNU Pause med kaffe, og frukt Kan nye teknologier forbedre klimaregnskapet for 2. generasjons biodrivstoff? Presentasjon av nye teknologier ved forskere ved Universitet for miljø- og biovitenskap (UMB) - Enzymteknologi, forsker Svein Jarle Horn - Mikrobølgeassistert pyrolyse, førsteamanuensis, Petter H. Heyerdahl - Drivstoff fra skogen; bærekraft, forsker Erik Trømborg Vil norsk næringsliv satse på biodrivstoff? Klaus Schöffel, Norske Skog Paneldebatt: Bør Norges biodrivstoffstrategi endres? Anders Strømman, NTNU Klaus Schöffel, Norske Skog Odd Jarle Skjelhaugen, avdelingsdirektør, UMB Truls Gulowsen, Greenpeace Ketil Solvik-Olsen, FrP, medlem av Stortingets energi- og miljøkomité Ordstyrer: Tore Tennøe, direktør i Teknologirådet

4 Presentasjonen Klimaregnskap hva er utfordringene SFTs utkast til rapporteringssystem for biodrivstoff Bakgrunn Innholdet i forslag til rapporteringssystem Klimagassregnskap Rapportering på bærekraft Sporbarhet Forslag fra EU Oppsummering - utfordringer Bakgrunn SFTs utkast til rapporteringssystem Regjeringens politikk for biodrivstoff Soria Moria-erklæringen St.meld. nr. 2 ( ): Revidert nasjonalbudsjett 2007 Forslag til omsetningskrav for biodrivstoff (høring fra nov. 2007) Mai 2008: Endelig anbefaling til MD Forslag til rapporteringssystem for klima og miljø/samfunn (jan. 2008). Høsten 2008 (?): Utarbeide endelige krav til rapporteringssystem Rammebetingelser Informasjon nok til å kunne differensiere mellom ulike typer biodrivstoff. Selskapene vil ha begrenset informasjon. Trenger et system med fleksibilitet: Datatilgjengelighet? Detaljeringsnivå? Sporbarhet? EUs kommende krav Beregning av klimagassutslipp skal være i størst mulig grad være konsistent med retningslinjer fra IPCC Rapporteringens innhold Hvem skal rapportere? Den som er avgiftsansvarlig Hva skal rapporteres? Omsatt volum Karbonregnskap Andre miljø- og samfunnsmessige forhold knyttet til produksjon av biodrivstoff Hva bør være offentlig? Innhold Mengde omsatt fossilt og biodrivstoff. Nøkkeldata for biodrivstoff (råstoff, opprinnelse, arealbruk, miljø/sosiale standarder, CO2) Erklæring fra sertifiseringsorgan. Hyppighet Årlig og halvårlig Årlig og halvårlig Årlig Karbonregnskap Beregningsmetode Britiske system under RTFO (Renewable Transport Fuels Obligation). EU 1. Bruk av standardverdier. 2. Bruk av faktiske tall. 3. En kombinasjon av disse. 1

5 Standardverdier Eksempel fra UK Standardverdi for hvert ledd i drivstoffkjeden. Produksjon av råvare Tørking/lagring Knusing pressing Prosessering Transport Varierer etter type biodrivstoff, råstoff og land. Konservative verdier - ledd i prod. prosessen som gir størst klimagassutslipp. Kan (bør) erstattes av virkelige verdier/data. Standardverdier basert på RTFO og EU. Nye verdier eller datasett kan innføres av det enkelte selskap Andre miljø- og samfunnsmessige forhold Bærekraftsrapportering Bruk av standarder/sertifiseringsordninger som tilfredsstiller ulike bærekraftsprinsipper Arealbruk per januar 2006 (forslag) Bærekraftsprinsipper (metastandard) Miljøprinsipper 1. Skal ikke ødelegge større karbonlagre over/under bakken 2. Ikke medføre ødeleggelse av områder med høy biodiversitet 3. Ikke medføre utarming av jorda 4. Ikke føre til forurensning eller utarming av vannressurser 5. Ikke medføre luftforurensning Sosiale prinsipper 6. Ingen negativ innvirkning på arbeidsrettigheter og arbeidsforhold 7. Ingen negativ innvirkning på eksisterende landrettigheter og lokalsamfunn (Fra RTFO) Sporbarhet og verifikasjon Flere eksisterende standarder/sertifiseringsordninger tilfredstiller deler av metastandarden. Sporbarhet i hele produksjonskjeden. Minstekrav? Opprinnelsesland og råvare? Aktuelle, eksisterende standarder/sertifiseringsordninger Mangler ofte et operasjonelt system for sporbarhet. Inneholder ikke karboninformasjon/data Egne sporbarhetssystem er ikke etablert mellom produsent og omsetter (oljeselskap)? Omsetter må etablere eget sporbarhetssystem basert på massebalanse. Massebalanse antas å være lettest å innføre på kort sikt. Verifikasjon Uavhengig, kvalifisert instans 2

6 EUs forslag Bærekraftskriterier Klimagassbesparelse min. 35 % Ikke basert på råmaterialer fra områder med høyt biologisk mangfold (fra januar 2008): Skog uforstyrret av menneskelig aktivitet (ref. FAO/OECD) Vernete områder Grassland med høy biodiversitet (skal defineres nærmere av Kommisjonen) Ikke basert på råmaterialer fra områder med høyt karbonlager (fra januar 2008): Våtmarksområder Kontinuerlig skogbevokste områder (over 1 hektar, trær høyere enn 5 meter, trekronedekkning på mer enn 30 %, eller områder som kan bli slik) Tillegg for råmaterialer fra EU: Tilfredstille miljøkrav knyttet til landbruk Kan ikke nekte bruk av biodrivstoff gjennom bruk av andre bærekraftskriterier Sporbarhet/verifikasjon av overholdelse av bærekraftskriteriene Massebalanse Kan også gjøres gjennom bi- og multilaterale avtaler med tredjeland, frivillige nasjonale/internasjonale ordninger som setter standarder for produksjon av biomasse eller nasjonale/multinasjonale/internasjonale sertifiseringsordninger for å måle klimagassutslipp. Oppsummering: utfordringer a) Hvordan ivareta fleksibilitet i rapporteringssystemet? b) Manglende internasjonale miljøkrav c) Manglende internasjonale sertifiseringsordninger d) Sporbarhet e) Vil systemet gi god nok informasjon? f) Hvordan forholde seg til klimagassutslipp fra indirekte arealendringer, matpriser, o.l? g) Harmonisering med EU h) (Kostnader?) 3

7 1 2 Life Cycle Assessment Well established discipline with several international organizations and scientific journals Life Cycle Assessment of Biofuel Based Transportation Objective: Consistent environmental assessments of production systems Challenge: System Boundaries = > Problem shifting: Solving an environmental problem by defining it outside the system. Solving one environmental problem, while generating another ISO Standards for LCA Back bone for Anders Hammer Strømman, Kristian Røraas and Ryan Bright Produksjon Avfallshåndtering ISO defined: Environmental product declarations (EPD) Norwegian University of Science and Technology Faculty of Engineering Science and Technology Industrial Ecology Program Department of Energy and Process Engineering Carbon footprint Ecological footprint Gross energy demand Etc. Helse Miljø Parent framework for Ressurser Transport Bruk LCA methodology implemented in EU directives Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC) Directive 96/61/EC Fuel Quality Directive 98/70/EC (LCA proposed) 3 Presentation Outline 4 To obtain a complete understanding of the environmental impacts associated with transportation it is required to assess both the fuel cycle as well as the vehicle cycle Background Fuel chain WTT Car Manufacturing - TTW WTW results WTW WTT TTW The following nomenclature is frequently used: WTT Well to Tank ( fuel cycle) TTW Tank to Weel (vehicle cycle) WTW Well to Wheel 5 6 Biodiesel - resources Bioethanol - resources Norway USA Wood France USA Corn Waste cooking oil Soybean Europe Rye Europe Rapeseed Brazil Sugar cane Malaysia China Palm oil Sorghum 1

8 WTT results shows that environmental impacts from biofuel production varies strongly depending on resource base. Fossile Diesel Fossile Petrol B100 Soybean US B100 Wast e oil FR B100 Rapeseed EUR B100 Palm oil MY E100 Wood TC NO E100 Corn US E100 Rye EUR E100 Sorghum CH E100 Sugar cane BR Fossile Diesel Fossile Petrol B100 Soybean US B100 Wast e oil FR B100 Rapeseed EUR B100 Palm oil MY E100 Wood TC NO E100 Corn US E100 Rye EUR E100 Sorghum CH E100 Sugar cane BR GW P [ g CO2 e q/ MJ fue l] EP [g phosphate eq/mj fuel] Fossile Diesel Fossile Petrol B100 Soybean US B100 Wast e oil FR B100 Rapeseed EUR B100 Palm oil MY E100 Wood TC NO E100 Corn US E100 Rye EUR E100 Sorghum CH E100 Sugar cane BR Fossile Diesel Fossile Petrol B100 Soybean US B100 Wast e oil FR B100 Rapeseed EUR B100 Palm oil MY E100 Wood TC NO E100 Corn US E100 Rye EUR E100 Sorghum CH E100 Sugar cane BR Ecoinvent. Data compiled by Niels Jungbluth et.al,(2007). Data for E100 Wood (NO): Ryan Bright, NTNU AP [g SO2 eq/mj fuel] ADP [g Sb e q/ MJ fue l] Significant differences in Average vs Marginal production Average Fossile Diesel Fossile Petrol B100 Soybean US B100 Waste oil FR B100 Rapeseed EUR B100 Palm oil MY E100 Wood TC NO E100 Corn US E100 Rye EUR E100 Sorghum CH E100 Sugar cane BR Marginal Fossile Diesel Fossile Petrol B100 Soybean US B100 Wast e oil FR B100 Rapeseed EUR B100 Palm oil MY E100 Wood TC NO E100 Corn US E100 Rye EUR E100 Sorghum CH E100 Sugar cane BR GWP [g CO2 eq/mj fuel] GW P [ g CO2 e q/ MJ fue l] Land use change and associated carbon stock change. Factor of change ~ This is not unusual Electricity from coal vs hydropower Deforestation due to fuel plantations > clear cut case > marginal production Ecoinvent. Data compiled by Jörgen Sütter, ETH Zürich (2006). Data for E100 Wood (NO): Ryan Bright, NTNU 2007.Ferenbach. Et.al (2007) 8 The worldwide production of biofuels is 1 EJ This is 7 times the energy needed for Norwegian road transport 9 Production of Ethanol from sugar cane in Brazil causes extensive GWP emissions in cultivation 10 Bioethanol Production Ot hers Europe 7 % 4 % 0,8 EJ Biodiesel Production Ot hers Malaysia 11 % 2 % 0,2 EJ Sugar cane cultivation Processing Dist ribut ion Fertilizer production Dest illat ion % of E100 sugar cane BR Pr MJ fuel USA 14 % SO2 NMVOC 100 % 100 % USA 48 % NOx 100 % CO2 100 % Brazil 41 % Europe 73 % ADP POCP 100 % 100 % [g Sb eq] [g ethene eq] EP 100 % [g phosphate eq] In further analysis we focus on the following fuel chains AP GWP 100 % 100 % [g SO2 eq] [g CO2 eq] Bioethanol Corn USA Sugarcane Brazil Wood Norway Biodiesels Rapeseed oil Europe 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Distribution to Europe accounts for only ~10% of GWP emissions but ~50% of SO2 emissions Processing accounts for ~30% of both EP and AP Raadal, Brekke, Hanssen, Banet, Bugge, Eikeland, Schei, Strømman, Pettersen. Sustainable biofuels (2007). Statistisk sentrabyrå (SSB) Ecoinvent data compiled by Niels Jungbluth,et.al (2007) Corn based Ethanol from USA performs worse compared to sugar cane from Brazil 11 Ethanol from wood shows advantages in all impact categories compared to sugar cane from Brazil 12 SO2 Corn and corn seed cultivation Fertilizer production Maize drying Processing and dehydration Dist ribut ion % of E100 sugar cane BR 192 % Pr MJ fuel Biom asse handling Processing Dist ribut ion SO2 NM V O C % of E100 sugar cane BR 14 % 43 % Pr MJ fuel NMVOC 253 % Nox 20 % Nox 127 % CO2 51 % CO2 418 % ADP 20 % [g Sb eq] ADP POCP EP 435 % 4 % 720 % [g Sb eq] [g ethene eq] [g phosphate eq] PO CP EP N/A 11 % N/A [g ethene eq] [g phosphate eq] AP 205 % [g SO2 eq] AP 12 % [g SO2 eq] GWP 184 % [g CO2 eq] GWP 31 % [g CO2 eq] 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Impact from maize drying and processing/dehydration increases due to use of fossil fuel EP increases due to fertilizer use and significant runoff into rivers (Missisippi) river Drying in piles contributes to significant methane and dinitrogen oxides emissions which boost GWP Use of bimass as energy source for processing decreases impact from this process Ecoinvent. Data compiled by Niels Jungbluth et.al, (2007) Ryan Bright, NTNU

9 Rapeseed oil based biodiesel from Europe not competitive with sugar cane SO2 Rape seed cultivation Processing to rape oil Dist ribut ion Fertilizer production Esterification % of E100 sugar cane BR 123 % Pr MJ fuel Presentation Outline Background Fuel chain WTT Car Manufacturing - TTW WTW results 14 NMVOC 191 % Nox 109 % CO2 271 % ADP 334 % [g Sb eq] POCP 7 % [g ethene eq] EP 454 % [g phosphate eq] AP 167 % [g SO2 eq] GWP 166 % [g CO2 eq] 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Cultivation amounts to over 40% of GWP Comprehensive use of fertilizer affects all impact categories Ecoinvent. Data compiled by Niels Jungbluth et.al (2007) Tank to wheel (TTW) Impacts from car production Includes all processes connected to manufacture, maintenance, operation and disposal of the vehicle Ford S_MAX 2.0 TDCI GWP Ford S- MAX 2.0 Ford Galaxy 1.9 TDI Ford Galaxy 2.0 TDCI Ford Galaxy 2.0 VW Golf A5 1. 4TSI DSG VW Golf A MPI VW Golf A5 1.9 TDI BlueM VW Golf A5 1.9 TDI VW Golf A4 1,9 TDI VW Passat B6 1.6 FSI VW Passat B MPI VW Passat B6 1.9 TDI BlueM VW Passat B6 2.0 TDI VW Passat B5 2. TDI Mercedes C class Mercedes S [ g CO2 eq/ kg car] Average GWP/kg vehicle: 4.9 kg CO2 eq Average AP/kg vehicle produced: 22.5g SO2 eq Volkswagen AG, Konsernforschung, DaimlerChrysler AG, Mercedes Car Group Extensive reports from manufacturers Data gathered for following processes Manufacturing Operation Recycling Various breakdown level Maintenance process added from Ecoinvent (same type of maintenance for all cars assumed) Presentation Outline Well to wheel (WTW) Background Fuel chain WTT Car Manufacturing - TTW WTW results Connecting the WTT and TTW results Functional unit: 1 km of passenger car driven, with car lifetime of km Impact aggregated into: Car manufacturing, Car operation, Car disposal and fuel chain 3

10 19 20 Current situation: Car manufacture and fuel production contribute significantly to all impact categories Wood based ethanol can reduce Life Cycle GWP to 1/3 of the current fossil gasoline based transport SO2 NMVOC NOx CO2 ADP POCP EP AP GWP Mercedes S Class km Car manfct & maint Car Disposal Car Operation Fossile Petrol 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % Per km [g Sb eq] [g ethene eq] [g phosphate eq] [g SO2 eq] [g CO2 eq] Petrol car GWP Car manfct & maint Car operation Car Disposal Fuel chain VW Golf VW Golf VW Golf A5 A5 A5 1.4TSI 1.4TSI 1.4TSI DSG DSG DSG Fossile Pet rol E100 Wood TC NO E100 Corn US [g CO2 eq/km] Diesel car GWP Car manfct & maint Car operation Car Disposal Fuel chain VW Golf VW Golf VW Golf A5 1.9 A5 1.9 A5 1.9 TDI TDI TDI B100 Soybean US B100 Rapeseed EUR Fossile diesel [g CO2 eq/km] ~20% of GWP impacts from car manufacture. Car operation less than 5% of AP and EP impacts. Rapeseed oil based diesel from Europe, only marginally better than fossil alternative Syn-diesel from wood based biomass promising Volkswagen AG, Konsernforschung, DaimlerChrysler AG, Mercedes Car Group. Ecoinvent. Data by Niels Jungbluth et.al (2007). Ryan Bright, NTNU (2007) Volkswagen AG, Konsernforschung, DaimlerChrysler AG, Mercedes Car Group. Ecoinvent. Data by Niels Jungbluth et.al (2006). Ryan Bright, NTNU (2007) EP is totally dominated by fuel chain impacts. Impacts due to use of fertilizers are substantial. Petrol car Diesel car 21 Ethanol from woody biomass show significant potential for reduction of environmental impacts from transport compared to fossile alternative Mercedes S class km 22 Car manfct & maint Car Disposal VW Golf A5 1.4TSI DSG VW Golf A5 1.4TSI DSG VW Golf A5 1.4TSI DSG Fossile Pet rol E100 Wood TC NO E100 Corn US EP Car operation Fuel chain [g phosphate eq/km] Car manfct & maint Car Disposal VW Golf A5 1.9 TDI VW Golf A5 1.9 TDI VW Golf A5 1.9 TDI B100 Soybean US B100 Rapeseed EUR Fossile diesel EP Car operation Fuel chain [g phosphate eq/km] Car manfct & maint Car operat ion Car Disposal E100 Wood TC NO SO2 NMVOC NOx CO2 ADP POCP EP AP GWP 0 % 20 % 40 % 60 % 80 % 100 % 120 % Per km [g Sb eq] [g ethene eq] [g phosphate eq] [g SO2 eq] [g CO2 eq] Wood based bio-ethanol is the only chain with lower EP WTW emissions than the fossil alternative More efficient use of fertilizers required to lower EP impacts from agricultural processes Substantial increase in relative importance of car manufacture Volkswagen AG, Konsernforschung, DaimlerChrysler AG, Mercedes Car Group. Ecoinvent. Data worked out by Niels Jungbluth et.al, (2007). Ryan Bright, NTNU (2007) Volkswagen AG, Konsernforschung, DaimlerChrysler AG, Mercedes Car Group. Ecoinvent. Data by Niels Jungluth et.al (2007). Ryan Bright, NTNU (2007) Gains obtained with cleaner fuels can be offset by car choice 23 Summary Life Cycle Assessment, well established discipline to assess per unit impacts. 24 GWP Car manf c t & maint Car Disposal E100 W ood NO Mer cedes S 350 VW Golf A5 1.4TSI DSG E100 W ood NO Car operat ion Fuel chain Car manfct & maint Car Disposal VW Golf A5 1.4TSI Mer cedes DSG S 350 E100 Wood TC NO E100 Wood TC NO AP Car operation Fuel chain Good environmental benchmarking required for direction towards sustainable transportation. This requires a combined perspective on Multiple environmental impacts Including both vehicle cycle and fuel cycle Allocation practices of importance Marginal vs average production important VW Golf A5 1.4TSI DSG Fossile Pet rol [g CO2 eq/km] Car size is of significant importance! VW Golf A5 1.4TSI DSG Fossile Pet rol [ g SO2 eq/ km ] Lessons learned: 2 nd generation bio fuels from boreal forests in Scandinava offers an option for the region to obtain a significant reduction of impacts from transportation. Car production significant in many impact categories. Car size can offset gains. Volkswagen AG, Konsernforschung, DaimlerChrysler AG, Mercedes Car Group. Ecoinvent. Data out by Niels Jungbluth et.al (2007). Ryan Bright, NTNU (2007) 4

11 Bioteknologi og 2. generasjons biodrivstoff Svein Jarle Horn, IKBM Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff 3, IKBM 4 Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff Biodrivstoff 1. generasjon -stivelse, sukker -oljerike frø flytende energi bioetanol biodiesel 2. generasjon -fra råstoffer som vi ikke spiser Cellulose, hemicellulose, lignin -avfall fra jord- og skogbruk -tre, halm, gress, strå, IKBM 5 Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff 1. generasjons bioetanol Sukkerrør Sukker Stivelse Hydrolyse Sukker Fermentering (gjærsopp) Mais Sukkerpolymerer Etanol, IKBM Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff Cellulose er hovedkomponeneten i planter og trær Glukose (kan fermenters til etanol) Andre viktige bestandeler: -Hemicellulose: polymer sammensatt av ulike sukkere (C5, C6), kan fermenteres til etanol -Lignin: hydrofobt makromolekyl rikt på aromatiske komponenter, kan ikke fermenteres til etanol, et biprodukt i prosessen 3 cellulose polymerkjeder, IKBM Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff 2. generasjons bioetanol Biomasse (cellulose) Bioteknologi Forbehandling Enzymatisk hydrolyse Bioteknologi Sukker Lignin Fermentering Bioteknologi 6 Bioteknologi: bruke genteknologi for å utvikle trær som inneholder mer Cellulose og mindre lignin, el. trær som utrykker enzymer som gjør dem lettere å bryte ned GMO planter og trær 7 Destillering 2. generasjons bioetanol 1

12 , IKBM Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff Hva gjør vi ved UMB? Kjemisk-fysisk forbehandling (syre, trykk, høy temperatur) Enzym hydrolyse, IKBM Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff Enzymer? Proteiner med katalytisk aktivtet Cellulaser? Enzymer som bryter cellulose ned til glukose Cellulase 8 Krystallinsk utgangsmateriale er utilgjengelig Forstyrring av pakkingen gjør polymerkjedene tilgjengelige Nedbryting til sukker 9 Cellulaser beveger seg langs cellulosepolymeren og frigir glukose som så kan fermenteres til etanol, IKBM Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff -Kommersielle enzymer -Finne nye enzymer i naturen, IKBM Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff 10 11, IKBM 12 Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff Biomasse Forbehandling Enzymatisk hydrolyse Bioraffineri Bioetanol er bare starten på en helt ny industri Drivstoff, varme, strøm, kjemikalier, materialer Sukkerplattform Fermentering Etanol Gjær Melkesyre Proteiner Polymere Legemidler Matoljer Kjemikalier Bio-plast Dyrefôr, IKBM 13 Bioteknologi og 2. gen. biodrivstoff Forskningsgruppen for Protein Engineering og Proteomikk (PEP) pep.umb.no Ledes av Vincent Eijsink På forskningssiden jobber gruppen primært med å finne, karakterisere, optimalisere ("engineere") og anvende enzymer. Svein Jarle Horn svein.horn@umb.no 2

13 Mikrøbølgeassistert pyrolyse ved UMB Åpent møte ved Teknologirådet, UMB og Bioteknologinemda Oslo, Drivstoff. Bruk og ressurser Bruk av flytende energibærere i Norge per år. Mrd liter Brennverdi TWh Bensin Autodiesel Skip Fly Varme Til sammen Mt CO Petter Hieronymus Heyerdahl & Geoffery Sean Gilpin Total ledig biomasse: TWh OEDs strategi: Brutto 18 TWh brukes til varme TWh igjen til drivstoff Omforming til drivstoff 42 % effektivt. 2 Dette gir 5 10 TWh drivstoff Kan dekke % av veitrafikken Lag drivstoff av biomasse uegnet til varmeproduksjon Tørre avfallfraksjoner fra bioproduksjon og foredling som er mindre godt egnet til forbrenning som halm, bark, gress, skall, kornavrens, presskaker etc. Produkter: Biodiesel og etanol Våte biomassestrømmer som husdyrgjødsel, våtorganisk avfall fra storsamfunn, bioproduksjon og foredling, slam, slakteavfall etc. Produkt: Biogass = metan Pyrolysis: Braking down (lysis) of a material by heat (pyro) Biomass input Microwave energy input Biomass is heated to º C in the absence of air in a gas thight reaction chamber. Volatiles Condenser Gases: CO, CO 2, H 2, CH 4 Liquids 3 4 Char / Carbon and inert solid material Microwaves are radio waves Radio waves travel through biomass Heating by microwaves 5 - O H H + Molecules are put into motion that is heat Frequency: 2450 MHz Wavelength: 12 cm. 6 1

14 Abrupted microwave heating of wood Main components of the microwave pyrolysis reactor at UMB Feedstock 10 kg/h Gas thight window 3 x 1.5 kw-generators Purge gas inlet 5 m To distillasjon or condensation Motor 7 8 Ø 250 mm C + inert Miura, M Reactor Microwaves are conducted in waveguides from 3 x 1.5 kw MW-generators Air tight hopper 1.5 kw magnetrons x 3 generate microwaves Reflection indicator Magnetron vapour outlet tuning device x3 9 Dry fraction outet / collection Reaction chamber with auger transport Length: 2.5 m, inner dia: 250 mm. 10 Quarts window inert gas inlets CO2, H2 Vertical wave guides ca. 5m 11 Condensing column & liquid collection 5 fraction distililation column 2 x gas scrubbers Collection tank for distillate w. heating element 12 Properties of the continuous MWP plant: Totally closed system No air or oxygen added: minimum gas volumes generated high calorific value on gases Low thermal masses of the reactor give short start and shut down times Precise temperature control: - Low carry over of pollutants - Facilitates better product control Highly reducing atmosphere Small plants can be profitable Electric input 5 25 % of feedstock energy content 2

15 Design specifications for the continuous MWP plant. Microwave power input: kw x 3 Design temperature: max 550 ºC Capacity: Up to 10 kg per hour. - Highly dependent on feedstock properties and water content Reactor chamber: 25 cm diameter / 2.5 m long Logging Capabilities. All as function of time Feedstock input mass flow By calibration today Loss of weight under construction Reaction Temperature [ºC] x 5 pt. Output vapor temp. [ºC] Condensing temp. [ºC] x 5 pt. 13 Typical reaction time: 30 Investment: min 14 Power Emitted and reflected Absorbed = Emitted - Reflected Testing of feedstock on a laboratory MWP batch reactor 1-2 l input material capacity near limitless input materials capability 1200 ºC in-time gas sampling and analysis (Q3-07) Insured safe working environment (microwave-, gas leakage) Reaction Chamber CEM - Max 1.5 kw magnetron 1200 ºC programmable (start, running, cool-down) Aluminum oxide furnace chamber silica-carbide arch built-in scale (± 0.1 g) thermocouple computer terminal connections Condensing column & liquid collection 2 x tube-in-tube heat exchangers Stage 1 - air cooling Stage 2 - water cooling Liquid sample collection Example of performance on pine chips Thermocouple Vapour inlet Gas outlet (to FTIR) After Pyrolysis at 600º C for 2 hours Scale (0.1 g)

16 Logging Capabilities as functions of time g, ºC Feedstock Weight loss [g & %] (± 0.1 g) Temperature [º C] Reaction Vapour temp. [ºC] Condensing temp. [º C] x 2 pt. Liquid Weight increase (± 0.1g) temp Initial mass mass of gases mass of condensate mass in vessel time MWP of aspen 19 Gas massflow is calculated: Q Gas = Q Init ( Q Liquid + Q Solid ) 20 MWP of municipal solid waste Why MWP? Conclusion Powerful tool in concentration of hazardous components in biomass and waste streams Waste reduction and in-process separation Conversion of biomass and bio wastes for bio fuels, energy and bio chemicals Attractive tool in education and international collaboration Development of new technology industrialisation Financing and collaboration partners University of Life Sciences - Heavy equipment and PhD financing - Dept. of Plant and Environmental Sciences - Elin Gjengedal Norwegian University of Technology, Dept. of Energy and Process Technology Morten Grønli University of Bergen, Dept. of Chemistry Tanja Barth The Norwegian Ministry of Agriculture and Food The Research Council of Norway 23 University of Minnesota, Dept. of Biosystems and Agricultural Engineering The Norwegian Forest and Landscape Institute XWaste International AS Roger Ruan Simen Gjølsjø 4

17 Bærekraft ved bruk av skogråstoff til biodrivstoffproduksjon i Norge Erik Trømborg, Institutt for naturforvaltning Transportsektoren står for 27% av energibruken og 32% av klimagassutslippene i Norge (SSB/SFT). Vesentlige spørsmål Er biodrivstoff i sum et bedre alternativ enn drivstoff fra olje og gass? Kan biodrivstoff gi et vesentlig bidrag til energiforsyningen og klimagassutslippene? Er produksjon av biodrivstoff en optimal bruk av biomasseressursene? I Norge? Ellers? Hva trenger vi mer kunnskap om? Er biodrivstoff i sum et bedre alternativ enn drivstoff fra olje og gass? Fordeler med biodrivstoff: Økt forsyningssikkerhet Muligheter for reduserte klimagassutslipp Næringsutvikling, sysselsetting, distriktspolitikk, utnyttelse av biomasse 1. generasjon: Studier viser utslippsreduksjoner fra 15-20% til 90% Lite kostnadseffektivt som klimatiltak (ECON 2007) Større omfang vil gi press på matvareprisene Globale perspektiver knyttet til 2. generasjons biodrivstoff Potensialet for utslippsreduksjoner større enn for 1. generasjons biodrivstoff Mindre negative effekter på matvareproduksjonen Avskoging, tap av biologisk mangfold, redusert karbonbinding, jorderosjon og avrenning av næringsstoffer er utfordringer knyttet til bruk av skogråstoff til drivstoffproduksjon Utvikling av internasjonale standarder og sertifiseringssystem nødvendig for utviklingen av bærekraftig produksjon av biodrivstoff Begrenset produksjonspotensial i Norge, større omgang må basere seg på import Utfordringer for livsløpsvurderinger av biodrivstoff Det er utført mange LCA studier av biodrivstoff, de fleste baserer seg på ISO14040/44:2006 Studiene gir ulike resultater, selv om mange forutsetninger er like. Årsaker: Aktiviteter inkludert i studiene (systemgrenser) Datakilder: Manglende eller gamle data Hva kan skog og bruk av skogprodukter bidra med i klimasammenheng? Binding av CO 2 i skog (vegetasjon og jordsmonn) via fotosyntesen Bærekraftig avvirkning og substitusjon når skogprodukter erstatter: Forskjeller i behandling av biprodukter Tidsaspekter, spesielt ved bruk av skogråstoff Mangler om forskningsbasert kunnskap om faktorer som endringer i arealbruk/biodiversitet, N 2 O utslipp knyttet til biomasseproduksjonen, endringer i næringsbalansen og erosjon ved biomasseuttak 1. Fossilt brensel - dvs. direkte substitusjon 2. Erstatte materialer som er mer energi-intensive i produksjonen og over livsløpet (stål, aluminium, sement, kunststoffer) dvs. indirekte substitusjon. 1

18 Substitusjonsvirkninger ved bruk av tre Når stål erstattes med trekonstruksjoner, spares klimagassutslipp tilsvarende kg CO2-ekvivalenter per m3 trevirke Tilsvarende tall hvis betong erstattes med trevirke er kg CO2-ekvivalenter per m3 trevirke (Petersen og Solberg 2005) Biobrensel Kan biodrivstoff gi et vesentlig bidrag til energiforsyningen og klimagassutslippene? TWh BIOMASSERESSURSER I NORGE Teknisk/økonomisk potensiale Dagens bruk for energiproduksjon Økning: 65% skog 31% avfall Bioenergi Ved i vedovn Pellets i pelletsovn Pellets i sentralvarmeanlegg Flis i fjernvarmeanlegg Sjølie et.al 2008 Erstatter Elektrisitet basert på kull Parafin i ovn Fyringsolje Fyringsolje Nettoeffekt Tonn CO 2 ekv/ GWh fm3 gir ca 2000 kwh brutto kg/fm3 ved 75% effektivitet 513 kg/fm3 ved 85% effektivitet Tømmer Hogstavfall, kratt mv Stubber og røtter Biproduker fra skog og trevareindustrien Husholdningsavfall Industriavfall Avfall fra jorbruket Biogas Fra 16 til 40 TWh 4% energivekster Energivekster Kilder: KanEnergi 07, Langerud et al 2007 Årlig avvirkning og tilvekst (mill m3) Skog i Norge stående volum, tilvekst og avvirkning Stående volum (mill m3) Biomassetilgang Ressurser nok til å tredoble bioenergiproduksjonen i Norge Kapasitet og beslutningsstruktur i skogbruket en utfordring Skogens miljømessige betydning øker i relasjon til tømmerverdien når velstanden øker økt avvirkning fordrer høyere pris alt annet likt. (1% økt avvirkning krever ca 1% økning i pris) Økt avvirkning fra 10 til over 15 mill m 3 årlig krever et paradigmeskifte vi importerer i dag 30% av virkesforbruket En relativt stor utfordring å øke biomassetilgangen med mer enn 10 TWh. Ikke nok biomasse til alle gode formål (?) Årlig avvirkning Årlig tilvekst Stående volum Data fra SSB, Skog og landskap Er produksjon av biodrivstoff en optimal bruk av biomasseressursene? Energieffektivitet knyttet til 2. generasjons biodrivstoff Utfordringer: 1. Varmetap som er vanskelig å utnytte 2. Forbrennings-motorer har svært lav effektivitet (8-12%) 3. Bare 5% av energien i trevirket ligger igjen på vegen OPTIMAL BRUK AV BIOMASSERESSURSENE Konkurranse om råstoffet til varme, el og drivstoff samt fra skogindustrien Varmeproduksjon gir høyest energieffektivitet (75-90%), store kraftvarmeverk (CHP) opp mot 90% Marked og politikk gjør 4-5 mill m 3 /10 TWh økning i biovarme sannsynlig TWh brutto/4-7 TWh netto til drivstoff 2

19 TWH Energiforbruk i transportsektoren Teknologiutvikling og kombinasjonsproduksjon Kilde: Ericsson og Børjeson 2008, Lund tekniska høgskola for Statens energimyndighet Potensialet for biodrivstoff basert på biomasse fra Norge (?) Teknologiutviklingen påvirker økonomisk og miljømessig bærekraft! Banetransport Lufttransport Vegtransport Kysttransport 7-12 % av transportforbruket i Norge Forskningsbehov Teknisk/økonomiske forutsetninger for 2. generasjons biodrivstoffproduksjon i Norge Teknologiske løsninger Stordriftsfordeler vs transportkostnader - lokalisering Råstofftilgang i Norge og internasjonalt Raffinerikonsepter Noen vurderinger knyttet til biodrivstoff i Norge 1. generasjons biodrivstoff har begrenset potensial i Norge bruk må basere seg på import 2. generasjons biodrivstoff et potensiale i Norge, men krever en kombinasjon av teknologiske gjennombrudd, rimelig råstoff og høye energipriser/incentiver. Biomassen brukes mest energieffektivt til varmeproduksjon Miljøeffekter av ulike teknologier og råstoffkilder Biodiversitet Klimagassregnskap LCA metoder og studier Utnyttelse av spillvarme kan bli essensielt for lønnsom og bærekraftig biodrivstoffproduksjon El-biler trolig fremtidens løsning. Plug-in hybrid med biodrivstoff en interessant mulighet - biodrivstoff i båter, fly og nyttekjøretøyer + Teknologi, logistikk, høstingsmetoder, løsninger for økt råstofftilgang Økt avvirkning gir økt press på miljøet, men mulig å øke uttaket på en bærekraftig måte. Avveining mellom klima og biodiversitet på kort og lang sikt Konkurranse om råstoffet en utfordring for betydelig biodrivstoffproduksjon i Norge 3

20 Biodrivstoff drevet frem av tre elementer: Vil norsk næringsliv satse på biodrivstoff? 22. mai, 2008 Klaus Schöffel Klimautfordringene Energiforsyning Nasjonale landbruksinteresser Innfasing av biodrivstoff forseres politisk. I EU 5,75% innen % innen generasjon biodrivstoffproduksjon dekker ikke behovet alene Local Environmental Benefits 1. generasjon (Biodiesel og Bioetanol): Fremstilt av planter Tilgjengelig på markedet i dag Begrenset CO2 reduksjons potensial Bekymringer om bærekraftigheten ved å benytte forskjellige avlinger til produksjonen, konsekvenser for biodiversitet, bruk av areal og konflikt med matproduksjon 2. generasjon (syntetisk Biodiesel / cellulosic Etanol): Fremstilt fra tre-biomasse Høyt CO2 reduksjon potensial Ikke i konkurranse med matproduksjon Fullverdig erstatning av fossilt brennstoff Teknologien i dag ikke kommersiell Emission [g/km] Nox Diesel (<10 ppm S) Particle < 10 um BTL HC CO Ozone Grønn, grønnere, grønnest Biodrivstoffselskap BTL- Diesel/ forrest residues BTL- Die se l/ stra w Source: JRC/CONCAWE/EUCAR 2007 Selskap etableres av Norske Skog og skogeierandelslag BioEtOH/forrest residues BioEtOH/straw BioEtOH/ m a ize BioEtOH/ sugar beet Biodiesel/sunflower Biodie se l/ ra pe se e d Natural Gas Ga soline 2nd Generation biofuels 1st Generation biofuels fossil Vil utvikle 2. generasjons biodrivstoff i Norge basert på lokalt virke Prototype på Follum Deretter 1-2 full skala anlegg i Norge Die se l GHG Emissions [ gco2/ km] 1

21 Lav kvalitet tremasse til høykvalitet drivstoff ingeniørs drøm en Bio raffineri konsept Tre til gass Gass til drivstoff Hvorfor mener vi sertifisering er viktig? Vi ser det som en sentral del av vår licence to operate som et bærekraftig selskap. Lokalt sertifiserte skogområder i europeiske land hvor Norske Skog kjøper virke Vi ønsker å møte forventningene våre kunder og sluttbrukere har til hvordan produktet er fremstilt i et livsløpsperspektiv, så vel som de forventninger omverdenen har til hvordan et seriøst og ansvarlig selskap skal operere. Vi sertifiserer råvare-tilgangen vår. Innkjøpspolitikken er at alt tre brukt i vår produksjon skal komme fra sustainably managed forests (SFM). I tillegg til SFM-sertifisering er det svært viktig å ha Chain of Custody - sertifisering for håndteringen etter at trevirke er tatt fra skogen slik at tremassens opprinnelse av sporbar samt et system for å kvantifisere og følge den sertifiserte biomasse gjennom produksjonskjeden og til sluttbruker. Kravområdene i FSC- sertifisering i Sverige: Grunnleggende krav Å overholde lover og FSC s prinsipper Krav t il rett ighet er og plikter i drift og bruk Sosiale standarder Arbeideres rettigheter Urfolks rettigheter Lokale samfunns rettigheter Montane skogområder Miljø- og biodiversitets standarder Bevaring og gjenskaping av habitat Nøkkel eller spesielt sårbare habitat med særegne forvaltnings behov Vann forvaltning Jord forvaltning Regenerering, stand management and felling Skogdrift i jordbruksområder og på tidligere dyrket mark Helhetlig planlegging Tilpasing til naturlige økologiske sykluser Standarder for produksjonområder og økonomi Flerbruk Produksjon Back En sammenligning av kravene i standardene Svensk FSC standard Nøkkelhabitat vernet for å beholde diversitet Skogeieren verner frivillig 5% av skogarealet for å bevare biodiversiteten Det er ikke tillat å plante fremmende arter og genetisk modifiserte trær Utdannelse og sikkerhet for skogsarbeidere må sikres Samene har de samme rettigheter til bruk av skog som de har hatt historisk Kulturarv og kulturmiljø skal anerkjennes som faktor å vurdere (Kilde: Norwegian Living Forests (PEFC) Nøkkelhabitat vernes for å beholde diversitet Minst 5% av produktiv skog skal forvaltes som økologisk viktig område Genetisk modifisert plante materiale skal ikke anvendes Norske arter skal bruker til regenerering Skogeieren må sikre at personer som utfører skogdrift på området har den nødvendige kunnskap om arbeidsteknikkene; førstehjelp og miljø Skogeieren skal respektere saminske rettigheter og ta dem til vurdering Kulturarv og kulturmiljø skal anerkjennes som faktor å vurdere 2

22 Norske Skog vil satse Takk for oppmerksomheten! Vi ønsker å produsere biodiesel med 2. generasjonsteknologi Vi ønsker at miljøkravene skal være strenge og vi mener begge de to globale sertifiseringsordningene, FSC og PEFC, er gode. Vi ønsker at stadig større skogområder omfattes av de to globale sertifiseringsordningene. I dag er bare 10 % av verdens skogområder brukt til produksjon sertifisert* * Kilde: The Sustainability Progress Update published by the International Council of Forest and Paper Associations 2. generasjon biodrivstoff vil m åtte ta en stor andel av produksjonen for å m øte etterspørselen etter 2010 Source: Ecofys & Agri-Net nd gen Potential: Potential for second generation biofuels based on lignocellulose feedstocks. Low range upper limit given st gen Potential 17%: Potential for first based on using set-aside and converted 10% of farmland (likely limit). Fuel [PJ ] st gen Potential 7%: Potential based on using set-aside land only (7%) Demand st gen 1st gen "Demand 2020" 2nd gen Potential 7% Potential 17% Potential 3