of 29 /29
1 Bioraffinaderier för ett grönt Sverige – en strategisk forsknings- och innovationsagenda för utveckling av branschöverskridande bioraffinaderi-koncept

Bioraffinaderier för ett grönt Sverige¶nagenda/Documents... · 3 Sammanfattning Ett konkurrenskraftigt biobaserat samhälle bygger på att tillgänglig förnybar råvara utnyttjas

  • Author
    others

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Bioraffinaderier för ett grönt Sverige¶nagenda/Documents... · 3 Sammanfattning Ett...

  • 1

    Bioraffinaderier fr ett grnt Sverige

    en strategisk forsknings- och innovationsagenda fr utveckling av branschverskridande bioraffinaderi-koncept

  • 2

    Frord

    Denna forsknings- och innovationsagenda har tagits fram p uppdrag frn Vinnova. Lunds

    Universitet och SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut har samverkat med industri och

    vriga aktrer fr att n en bred frankring kring hur bioraffinaderikonceptet br utvecklas i

    Sverige.

    De personer som har medverkat i agendaarbetet kommer frn akademi, industri och institut

    och de representerar olika branscher s som kemiindustrin, skogsindustrin,

    livsmedelsindustrin, bioenergiindustrin, oljeraffinaderier, pappers- och massaindustrin samt

    olika positioner i vrdekedjan mellan rvara och slutprodukt. Arbetet har inte bara resulterat i

    en skriven produkt utan ocks lett till en strkt dialog mellan dessa olika aktrer.

    Arbetet med agendan har fortgtt mellan augusti 2012 och april 2013. Under den tiden har tre

    workshops arrangerats dr fokus har varit p att identifiera Sveriges styrkeomrden och de

    utmaningar som finns infr en omstllning till en bio-baserad samhllsekonomi.

    Bioraffinaderi-konceptet har en central position i agendans vision och utifrn det har ett antal

    viktiga satsningsomrden identifierats. Arbetet har letts av en arbetsgrupp frn Lunds

    Universitet och SP. Dessutom har en styrgrupp utsetts, frmst bestende av industri-

    representanter frn olika branscher, som har agerat som bollplank och bidragit med sin syn i

    mer specifika frgor.

  • 3

    Sammanfattning

    Ett konkurrenskraftigt biobaserat samhlle bygger p att tillgnglig frnybar rvara utnyttjas

    effektivt fr produktion av livsmedel, foder, kemikalier, material och energibrare. Rvarorna

    kommer frn skog, jordbruk, marina kllor och tillhrande industriers avfallsstrmmar. Fr

    den befintliga processindustrin innebr omstllningen till ett biobaserat samhlle krav p

    anpassning och ett stort behov av kad branschverskridande, tvrvetenskaplig och

    tvrsektoriell samverkan. Det handlar om att utveckla nya teknologiplattformar, integrera

    dessa med varandra och att utnyttja existerande resurser och processer p ett s effektivt stt

    som mjligt. Dessutom kommer man att behva anvnda sig av nya innovationsprocesser,

    definiera nya vrdekedjor och inte minst skerstlla kompetensfrsrjning.

    Med en samverkan kring bioraffinaderi-konceptet kar frutsttningarna fr att ndvndiga

    omstllningar sker p ett effektivt och integrerat stt. Fr att Sverige skall vara

    konkurrenskraftigt i den biobaserade ekonomin behvs kunskap om de naturvetenskapliga

    frutsttningarna och en frbttring av de tekniska verktygen fr att de skall kunna utvecklas

    till fungerande teknikplattformar. Dessa teknikplattformar, som bland annat r baserade p

    kemiteknik, industriell bioteknik, separationsteknik och materialteknik, ska kunna integreras

    efter syfte och behov i framtidens bioraffinaderier.

    Utveckling av nya vrdekedjor anpassade till den biobaserade rvaran krver ett

    (systemanalytiskt) helhetsperspektiv. Dessutom kommer det att krvas en insats frn politiker

    och beslutsfattare fr att skapa samhlleliga frutsttningar och policys samt en anpassning

    till de nya marknadsmssiga frutsttningarna. Morgondagens kemikalier, material och

    energibrare mste inte bara produceras p ett hllbart stt utan ocks vara konkurrenskraftiga

    nr det gller pris, funktion och egenskaper. Dessa omrden pverkar och omsluter sjlva

    bioraffinaderi-konceptet och illustrerar att insatser inom alla dessa omrden mste g hand i

    hand fr att en lyckad omstllning skall kunna ske (Figur 1).

    Figur 1. Illustration ver bioraffinaderi-konceptet i ett samhlleligt utvecklingsperspektiv.

    Denna agenda freslr aktiviteter som frmst syftar till att strka kompetens, teknologi och

    samverkan mellan aktrer kring det tematiska omrdet bioraffinaderier. Aktiviteterna r

    uppdelade p fem olika omrden:

    - MTAS: Nationell kommunikationsplattform fr en utveckling av svensk industri mot mer komplexa bioraffinaderier.

    - SAMVERKA: Aktiviteter fr att strka interaktionen mellan olika aktrer i systemet

    - UTVECKLA VERKTYG: Utveckling/vidareutveckling av teknikplattformar samt etablering och anpassning av testbddar fr en bio-baserad produktion

  • 4

    - UTVECKLA SYSTEMKOMPETENS: fr att stadkomma en resurseffektiv omstllning

    - LNGSIKTIG KOMPETENSFRSRJNING: fr att skerstlla lngsiktigheten i de satsningar som grs, inklusive en frstelse fr detta i samhlle

  • 5

    Innehll

    Bioraffinaderier fr ett grnt Sverige ..................................................................................... 1

    en strategisk forsknings- och innovationsagenda fr utveckling av branschverskridande

    bioraffinaderi-koncept ............................................................................................................... 1

    1 Vision .................................................................................................................................. 6

    1.1 Kemikalier, material och energi fr en bio-baserad samhllsekonomi ........................ 6

    1.2 Bioraffinaderi-konceptet .............................................................................................. 8

    2 Syfte och ml med uppdraget ............................................................................................ 10

    3 Styrkeomrden .................................................................................................................. 11

    3.1 Kort om skogsindustrin .............................................................................................. 12

    3.2 Kort om jordbrukssektorn .......................................................................................... 12

    3.3 Kort om livsmedelsindustrin ...................................................................................... 13

    3.4 Kort om kemiindustrin ............................................................................................... 13

    3.5 Kort om bioenergi-industrin ....................................................................................... 13

    4 Nyckelutmaningar ............................................................................................................. 14

    4.1 Nya vrdekedjor ......................................................................................................... 14

    4.2 Industriell strukturomvandling ................................................................................... 14

    4.3 Teknik anpassad fr omvandling av biorvara .......................................................... 15

    4.4 Resurseffektivitet ....................................................................................................... 15

    4.5 Kompetensfrsrjning ................................................................................................ 16

    5 Strategiska forskning- och innovationsinsatser fr att mta nyckelutmaningarna ............ 16

    5.1 MTAS: Nationell kommunikationsplattform fr en utveckling av svensk industri mot mer komplexa bioraffinaderier ..................................................................................... 16

    5.2 SAMVERKA: Skapa branschverskridande aktiviteter och projekt strkt interaktion mellan olika aktrer i systemet ......................................................................... 18

    5.3 UTVECKLA VERKTYG: Utveckling och vidareutveckling av teknikplattformar och etablering och anpassning av testbddar fr en bio-baserad produktion. ............................ 21

    5.4 UTVECKLA SYSTEMKOMPETENS fr att stadkomma en resurseffektiv omstllning .......................................................................................................................... 24

    5.5 LNGSIKTIG KOMPETENSFRSRJNING........................................................ 26

    6 Sammanfattande slutsatser Vad krvs fr en omstllning? ............................................ 26

    7 Appendix I......................................................................................................................... 28

    7.1 Samverkan och synergier med andra agendor............................................................ 28

    7.2 Agendornas gemensamma vision ............................................................................... 28

    7.3 Programformer ........................................................................................................... 29

  • 6

    1 Vision

    I framtiden produceras merparten av vra konsumentprodukter, brnslen och drivmedel

    frn frnybara rvaror i svenska konkurrenskraftiga resurseffektiva bioraffinaderier.

    Genom god tillgng till bio-baserad rvara frn skog, jordbruk och marina miljer samt

    framstende forskning och teknikkunskap kommer Sverige att utnyttja sin mjlighet att

    utvecklas och positionera sig som en av de frmsta nationerna inom bioraffinaderi-baserad

    produktion av kemikalier, material och energibrare. Sveriges industri kommer att samverka

    fr att ta fram nya processer fr redan befintliga produkter och ha tagit fram nya innovativa

    produkter med frbttrade egenskaper och funktion. Sverige kommer att etablera en nationell

    branschverskridande bioraffinaderisektor och drigenom strka sin internationella

    konkurrenskraft inom en rad viktiga nringar. Detta kommer att ske genom att etablerad

    industri implementerar bioraffinaderikonceptet i anslutning till befintlig produktion och

    genom att nya biobaserade fretag etableras som aktrer i vrdekedjan mellan rvara och

    slutprodukt. En av framgngsfaktorerna fr denna utveckling r skapandet av nya fretags-

    och samverkanskonstellationer samt kunskapsuppbyggnad, kunskapsverfring och

    kunskapsutveckling tvrs genom olika branscher och sektorer.

    1.1 Kemikalier, material och energi fr en bio-baserad samhllsekonomi

    Fr ungefr 150 r sedan lrde vi oss att bygga molekyler med kemisk reaktionsteknik.

    Ganska snart tillverkades material som var starkare och mer motstnds-kraftiga mot

    nedbrytning i miljn n de material vi tidigare hade haft tillgng till. Produkter som

    underlttade mnniskors liv framstlldes och samhllet har sedan dess haft tillgng till en

    aldrig sinande strm av nya och innovativa konsumentprodukter. Den rvara man frst utgick

    ifrn i Sverige var biomassa frn framfr allt skog, som omvandlades till viktiga kemikalier

    som till exempel etanol, ttiksyra, myrsyra och aceton. Under senare delen av 1800-talet

    ersattes biomassa gradvis av kol och under mitten av 1900-talet fick fossil olja och naturgas

    ett starkt genomslag som rmaterial. Den fossila rvaran r idag utgngsmaterial fr en

    handfull viktiga byggstenar som bestr av en till tta kolatomer. Frn dessa s.k.

    plattformskemikalier tillverkas idag tiotusentals kemikalier som anvnds fr framstllning av

    bl. a. lsningsmedel, drivmedel, polymerer, lkemedel, klder, parfym, tvttmedel etc. Fossil

    rvara str idag fr produktion av 330 miljoner ton kemikalier och polymerer per r, medan

    50 miljoner ton framstlls frn biomassa. Vi ser nu terigen framfr oss en frndring av

    rvarubasen. Detta som konsekvens av minskande fossila tillgngar, tgrder fr att minska

    pverkan p klimatet och marknadsdrivkrafter mot hllbara produkter. Biomassa i olika

    former kommer drfr under kommande decennier f en starkt kad strategisk betydelse fr

    tillverkningsindustrin. Av den fossila rvaran (olja, gas, kol) anvnds idag ca 9% fr

    produktion av plast, polymerer och fin- och specialkemikalier. Strsta delen anvnds fr

    energindaml. Produktion av bioenergi har ocks ftt mycket uppmrksamhet och starkt

    offentligt std till exempel genom EUs beslutade 20-20-20 ml och nationella styrmedel s

    som elcertifikatsystemet i Sverige. Idag blir ca 50% av all avverkad skog i Sverige energi,

    direkt eller indirekt via de industriella processerna. Detta ger fr mnga industrier tillgng till

    energi som biprodukt frn produktionen och gr att de slipper kpa dyrare fossil-baserade

    energiprodukter. I Sverige kade andelen frnybar energi frn 33% r 1990 till 48% r 20101,

    vilket till stor del berodde p en kad anvndning av biobrnslen fr el- och vrmeproduktion

    och i skogsindustrin. Sverige har ocks anslutit sig till EUs ml att senast 2020 skall 10% av

    den totala drivmedelsanvndningen i transportsektorn utgras av frnybara brnslen, men har

    samtidigt satt upp det nationella mlet att r 2030 skall alla fordonsbrnslen i Sverige vara

    frnybara.

    1 Energilget 2012, Energimyndigheten, 2012.

  • 7

    Fr att klara detta och fr att kunna leva upp till EU-kommissionens vision om att utslppen

    av vxthusgaser skall minskas med ver 80% till r 2050 behvs en fortsatt satsning p olika

    biobrnslen s som etanol, biodiesel och biogas.

    Jmfrt med energiproduktion frvntas dock kemikalieproduktion frn biomassa utgra en

    strre drivkraft i en omstllning p.g.a. det betydligt hgre underliggande frdlingsvrdet. Det

    finns drfr potential att ka frtjnsterna fr befintlig industri genom att ka

    frdlingsvrdet p bifldena i processen innan de anvnds fr energiproduktion. Fr att vara

    konkurrenskraftig mste den biobaserade kemikalieproduktionen inte bara ge en slutprodukt

    med konkurrenskraftigt pris utan ocks en som hller likvrdig eller bttre kvalitet och som

    har mindre negativ miljpverkan n de som framstlls frn fossil rvara.

    Sveriges skogsindustri som frmst r baserad p produktion av sgade trvaror, massa/papper

    och energiprodukter str idag infr utmaningar relaterade till bland annat vikande efterfrgan

    p mnga traditionella produkter inom massa- och pappersindustrin. Samtidigt kan vi se

    tecken p att alltfler branscher och aktrer vill anvnda biorvaror fr att bli grna. Fr

    material- och kemiindustrin, liksom fr oljeraffinaderierna, handlar det om att byta ut den

    fossila rvarubasen och drigenom mta en kad efterfrgan av hllbara produkter i form av

    grna kemikalier, material och drivmedel. Som exempel kan nmnas att fem kemifretag i

    Stenungsund har satt upp som vision att ha en fossilfri rvarubas r 2030. ven energisektorn

    pverkas genom en ndrad prisbild p bde olja och biomassa samt frndrade regelverk. Det

    handlar om komplexa, kapitalintensiva processer som skall stllas om p ett effektivt stt. En

    sdan omstllning kan komma att innebra en radikal strukturomvandling av den svenska

    industrin. Detta r dock inte bara en teknisk utmaning, utan i hgsta grad en utmaning fr det

    politiska och ekonomiska system som ska stta ramarna. Genom att integrera produktion av

    biobaserade hgvrda kemikalier och material med existerande massa- och pappersindustri,

    brnsle- och energiproduktion eller kemisk processindustri kan vrdeskapandet kas och

    drmed ven industrins konkurrenskraft. Detta kan man uppn genom att frmja

    bioraffinaderier som producerar ett flertal produkter integrerat i ngot eller flera av dessa

    delar av vrdekedjan.

    Omstllningen till en biobaserad ekonomi i hgsta grad r en global frga. Drfr driver

    mnga lnder ett strategiskt arbete mot en kad anvndning av biomassa fr hllbar

    produktion och det gr att finna olika strategidokument som beskriver vgen mot en

    biobaserad ekonomi. Tysklands nationella forskningsstrategi National Research Strategy

    BioEconomy 20302 identifierar fem prioriterade omrden fr utvecklingen mot en

    kunskapsbaserad internationellt konkurrenskraftig bioekonomi: Global livsmedelsfrsrjning,

    hllbar jordbruksproduktion, hlsosamma och skra livsmedel, industriell tillmpning av

    frnybara rvaror samt utveckling av biobaserade energibrare. Andra lnder som har varit

    tidigt ute i att ta fram nationella strategier infr omstllningen till en bioekonomi r bland

    andra USA, Storbritannien, och Nederlnderna. Industrin i mnga lnder r ocks aktiv i att

    utarbeta frdplaner, till exempel Kanadas BIOTECanada, en nationell sammanslutning med

    ver 250 medlemsfretag som i sin The Canadian Blueprint: Beyond Moose & Mountains

    vill uppmrksamma politiker och beslutsfattare p bioteknikens viktiga roll fr byggandet av

    en konkurrenskraftig bioekonomi3. USAs nationella Bioeconomy blueprint

    4 frn 2012

    lgger ut riktlinjerna fr USAs nationella strategi fr en bioekonomi, och pekar p att en

    koordinerad och integrerad satsning p forskning och innovation tillsammans med satsningar

    2 National Research Strategy BioEconomy 2030, Our Route towards a biobased economy. Federal

    Ministry of Education and Research (BMBF), 2011. http://www.bmbf.de/pub/bioeconomy_2030.pdf

    3 The Canadian Blueprint: Beyond Moose & Mountains, BIOTECanada

    4 National Bioeconomy Blueprint, White house, April 2012.

    http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/national_bioeconomy_blueprint_april_20

    12.pdf

  • 8

    p att verfra resultat frn forskningslaboratorier till marknad, skerstlld

    kompetensfrsrjning samt utformning av regelverk och trippelhelix-samverkan r de

    byggstenar som behvs.

    r 2012 publicerade EU sin nya strategi fr en bioekonomi Innovating for sustainable

    growth: a Bioeconomy for Europe5 och sedan 2004 har SusChem, den Europeiska

    teknikplattformen (ETP) fr hllbar kemi, varit pdrivande fr en frdplan kring forskning,

    utveckling och innovation inom kemi och industriell bioteknik. Under EUs 7:e ramprogram

    utvecklade projektet Star-COLIBRI en gemensam frdplan och vision fr utvecklingen av

    bioraffinaderier mot r 20306 som bland annat hvdar att r 2030 kommer en signifikant andel

    av Europas behov av kemikalier, energi, material och fibrer tillgodogras genom omvandling

    av biomassa i bioraffinaderier. Fr att realisera de initiativ som fresls har EU kat den

    offentliga finansieringen mot en bioekonomi infr utlysningen inom Horizon 2020.

    1.2 Bioraffinaderi-konceptet

    Framtidens kemikalie-, material- och energiproduktion kommer att ske i bioraffinaderier, dr

    rvaror frn skog, jordbruk, marina kllor och olika avfallsstrmmar omvandlas med hjlp av

    biotekniska, kemiska och termiska metoder till olika material, kemikalier, energibrare och

    livsmedel (Figur 1). Syftet r att uppn ett effektivt utnyttjande av resurserna och samtidigt

    som den negativa miljpverkan hlls s lg som mjligt. I ett idealt bioraffinaderi r

    produktionsmiljn giftfri, energisnl och koldioxidneutral. Dessutom kan produkterna enkelt

    terupptas i kretsloppet utan negativ miljpverkan nr de har frbrukats. Drfr r det viktigt

    att designa processer och vrdekedjor med ett systemanalytiskt perspektiv.

    Figur 1. Bioraffinaderi-koncept fr en hllbar produktion.

    Det rder delade meningar om hur komplex en processanlggning mste vara fr att kallas

    fr ett bioraffinaderi. Traditionellt sett kan man beskriva en strkelsefabrik som utvinner

    strkelse frn potatis som ett bioraffinaderi, eftersom det sker en frdling av en biomassa till

    en mer vrdefull produkt. Det finns dock de som anser att definitionen bioraffinaderi endast

    kan appliceras p en process som har ett inflde av flera biobaserade rvaror och producerar

    flera olika produkter. Genom att som Kamm & Kamm (2004) dela in bioraffinaderierna i

    olika grupper beroende p deras komplexitet blir det enklare att diskutera den utveckling av

    bioraffinaderi-konceptet som behvs vid ett gradvis kat utnyttjande av biorvaran.

    5 Innovating for sustainable growth: A Bioeconomy for Europe. Europsan Commission, 2012.

    http://ec.europa.eu/research/bioeconomy/pdf/201202_innovating_sustainable_growth.pdf

    6 Star-colibri Strategic targets for 2020 collaboration initiative on Biorefineries, www.star-colibri.eu

  • 9

    Strkelsefabriken i exemplet ovan har en relativt sett lg komplexitet och definieras som ett

    fas I-bioraffinaderi och knnetecknas av att en specifik produkt framstlls frn en definierad

    rvara i en relativt oflexibel process7. Ett annat exempel r etanolproduktion frn jsning av

    spannml som sker med konstant processkapacitet och f biprodukter.

    Med ett kat utnyttjande av biorvara fljer en utveckling mot mer komplexa bioraffinaderier

    dr fler produkter produceras med ett integrerat angreppsstt. I fas II bioraffinaderier utnyttjas

    ny processteknologi i kombination med traditionella processer fr att framstlla ett flertal

    slutprodukter genom utnyttjande av sidostrmmar och biprodukter. Ett exempel r

    produktionen av bionedbrytbar plast tillsammans med socker- och etanol-produktion i en

    traditionell sockerfabrik. Ett annat exempel r etanolproduktion frn spannml dr man fre

    etanol-jsningen separerar ut olika anvndbara komponenter som kan vidarefrdlas till t.ex.

    livsmedels- och foderprodukter. Det finns redan idag ngra exempel p etableringar av fas II

    bioraffinaderier. Ett framgngsrikt exempel i Sverige r bioraffinaderiet i

    rnskldsvik/Domsj dr ett antal olika fretag samverkar och nyttjar processtrmmar frn

    varandra som vidarefrdlas till kemikalier, drivmedel, frger och byggmaterial. Fretagen

    samarbetar dessutom kring energifrsrjning, reningsanlggning och annan infrastruktur.

    ven vra nordiska grannar satsar p nya bioraffinaderier. Borregaards anlggning i

    Sarpsborg i Norge r ett exempel p ett fas II bioraffinaderi dr filosofin r att anvnda s

    mycket som mjligt av skogsrvaran fr att producera en rad olika produkter. I Danmark

    samverkar just nu bland andra Dong Energy och Novozymes fr att anlgga ett fas II

    bioraffinaderi fr samproduktion av bioetanol frn halm, biogas och fossil-fri el och

    fjrvrme. Liknande exempel kan hmtas frn ett flertal lnder ute i Europa, USA och t ex

    Brasilien.

    En vidareutveckling av konceptet leder till fas III bioraffinaderier dr en rad olika rvaror och

    processer anvnds fr att framstlla produkter fr en industriell marknad. Fas III

    bioraffinaderier knnetecknas av en rvaruflexibilitet vilket kommer ha stor betydelse fr

    utvecklingen av kostnadseffektiva industriella processer.

    Figur 2. Utvecklingen mot mer komplexa bioraffinaderi-koncept r en ndvndighet fr en

    konkurrenskraftig bioekonomi.

    7 Kamm, B. and M. Kamm, (2004). Principles of Biorefineries. Applied Microbiology and Biotechnology, 64:137-145.

  • 10

    I Sverige finns idag ett stort antal industrier som baseras p fas I bioraffinaderi-konceptet.

    Dessa r vl utvecklade och optimerade fr en produkt. Genom att integrera dessa med ny

    processteknologi kan de omvandlas till fas II bioraffinaderier som nyttjar alla resursflden,

    bde primr- och sekundrflden. Ett fas I bioraffinaderi med potential fr utveckling mot fas

    II r Sveriges flaggskepp, Absolut Vodka med sin fabrik i hus. Framstllningen av vodkan

    sker genom jsning av spannml frn sdra Sverige och ger bland annat finkelolja som

    restprodukt, som om den utnyttjades skulle kunna ge fler produkter och drmed ett bttre

    utnyttjande av biorvaran.

    I en omstllning till en bio-baserad ekonomi kommer det att bli ndvndigt att successivt

    utveckla fler fas II och fas III bioraffinaderier fr att maximera rvaruutnyttjandet. Mer

    komplexa bioraffinaderi-koncept kan med tiden hngas p befintliga, mindre komplexa

    bioraffinaderier och existerande industristrukturer. En utveckling dr vi ser framtagning av

    processer fr frdling av bi-/rest-produkterna i skogsindustrin r att vnta. Frutom talloljan,

    metanol, etanol och ev. protein-produktion kommer det att vara intressant att utnyttja hemi-

    cellulosan och ligninet i mer eller mindre intermedir form frn syntesgas via C6- C18-

    molekyler upp till nnu hgre polymera material-strukturer.

    Fullt genomfrd fr en omstllning till frnybara rvaror uttryckt i t.ex. visioner som

    fossilfri processindustri eller fossilfria transporter - enorma konsekvenser, men redan en

    partiell omstllning av energisektorn, skogsindustrin eller kemisk processindustri ger

    dominoeffekter som pverkar hela industristrukturen. Grnserna mellan de olika branscherna

    kommer att luckras upp parallellt med att en ny bioraffinaderisektor vxer fram.

    Produktionsanlggningarna kommer ocks rent fysiskt att knytas ttare till varandra genom

    kat direkt utbyte av energi och materialstrmmar. Processen kommer att vara successiv som

    funktion av ett komplext samspel av teknikutveckling, marknadskrafter, politiska beslut,

    styrmedel och kapital/investeringsfrmga hos fretagen etc.Fr att Sverige skall lyckas med

    detta finns det ett stort behov av att utveckla nya teknologiplattformar, integrera dessa med

    varandra och existerande processer samt adaptera innovationsprocesser, definiera nya

    vrdekedjor och inte minst skerstlla kompetensfrsrjning.

    2 Syfte och ml med uppdraget

    Uppdraget frn Vinnova var att utforma en forsknings- och innovationsagenda som beskriver

    visioner, ml och behov av insatser fr att skapa branschverskridande och tvrvetenskapliga

    samverkansprogram fr att utveckla svenska styrkeomrden. Det lngsiktiga mlet r att

    strka Sveriges attraktionskraft och konkurrenskraft fr hllbar tillvxt och samhllsnytta.

    Den framtagna forsknings- och innovationsagendan r tnkt att vara ett std fr samverkan

    mot mlet att utveckla nationella, branschverskridande bioraffinaderikoncept i Sverige.

    Agendan identifierar nyckelutmaningar och beskriver vilka nya insatser, resurser och

    infrastrukturer som behvs fr att Sverige skall kunna konkurrera i den nya ekonomin och dra

    frdelar av de styrkeomrden som redan finns. Fullt genomfrda leder dessa tgrder till en

    kraftigt strkt svensk bas- och bioraffinaderiindustri, kade exportintkter frn frbttrade

    och nya produkter och tjnster samt ett strkt innovationsklimat igenom kade samarbeten

    mellan industri, akademi och industriforskningsinstitut. Agendaprocessen har ven skapat ett

    bransch- och sektorsverskridande tvrvetenskapligt ntverk inom vilket arbetet kommer att

    fortstta drivas.

    I en omstllning till ett biobaserat samhlle kommer existerande processindustri stegvis att

    anpassas till eller kompletteras med bioraffinaderi-koncept av typ II och III vilket illustreras

    av krnan i grnt i figur 3 nedan. Bioraffinaderikoncepten kan bygga p existerande

    vrdekedjor men med ny rvarubas (tillexempel bio-baserad polyeten) eller helt nya

    vrdekedjor med nya slutprodukter. Fr en utveckling mot typ II eller typ III bioraffinaderier

    krvs dock en utveckling av de tekniska frutsttningarna i form av frbttrade och

    integrerade teknikplattformar samt ett systemanalytiskt perspektiv som ger en helhetssyn p

  • 11

    resurseffektivitet och kommande rvarukonkurrens. Samtidigt krvs en insats frn politiker

    och beslutsfattare fr att skapa samhlleliga frutsttningar och styrmedel som gynnar en

    gradvis omstllning som r kompatibel med rdande industristrukturer. Dessutom behvs en

    utveckling av de marknadsmssiga frutsttningarna. Dessa omrden (rosa och turkosa i

    bilden) omsluter sjlva bioraffinaderi-konceptet och insatser inom alla dessa omrden mste

    g hand i hand fr att en lyckad omstllning skall kunna ske.

    Bilden har tagits fram och frfinats lpande under agendaprocessens gng och anvnds som

    utgngspunkt fr diskussioner kring vilka aktiviteter som br prioriteras fr olika omrden.

    Figur 3. Bioraffinaderikonceptet s som det togs fram och diskuterades i agendaprocessen

    3 Styrkeomrden

    Sverige har idag ett antal starka industrinringar som alla kommer att spela en viktig roll i

    omstllningen mot en biobaserad ekonomi. Vi har en god tillgng p bio-baserad rvara,

    framfrallt i form av skog, i jmfrelse med mnga andra lnder. Exporten av skogsbaserade

    produkter uppgick r 2011 till 11% av Sveriges totala export. Kan skogen ges ett hgt

    frdlingsvrde innebr det stora tillskott till den svenska nettoexporten. Sverige har en

    etablerad skogsindustri och jordbrukssektor med tillhrande infrastruktur fr hantering av

    skogs- och jordbruksrvaror samt en gedigen kunskap om dessa processer och existerande

    vrdekedjor. Industrins befintliga infrastruktur, know-how etc. ger, om rtt utnyttjad,

    mjlighet till satsningar med snabb avkastning vilket kan driva en omstllning. God tillgng

    p vatten, en stor andel frnybar energi i energisystemet samt vl utbyggda fjrrvrment r

    andra unika, gynnsamma frutsttningar. Vi har en god kunskapsbas inom relevanta

    teknologiomrden ssom kemiteknik, industriell bioteknik och separationsteknik s vl som

    systemanalys. Innovativ teknik i framkant som utvecklas i Sverige gagnar inte enbart vr

    inhemska produktion utan kan ven exporteras till andra lndermed liknande eller helt annan

    rvaru-bas.

    Utvecklingen av en branschverskridande bioraffinaderisektor mjliggr en ny vg av

    framgng och utveckling likt den man historiskt haft inom skogs- och kemiindustrin. Sverige

    ligger idag i framkant med moderna produktionsanlggningar, starka leverantrer av teknik

    och utrustning samt framstende forskningsaktrer. Det finns en betydande marknadspotential

  • 12

    i biobaserade produkter som kan komma att vara av stor betydelse fr Sveriges ekonomi om

    den frverkligas. Det br dock noteras att den svenska industrin och akademin r en del av en

    global ekonomi vilket innebr att vrdekedjor och ntverk i kande grad r internationella. I

    det vidare arbetet behver det drfr gras en analys av relevanta internationella aktrer,

    ntverk, visioner och strategier inom omrdet8. I detta arbete kan man utg frn den rapport

    kring globala bioekonomistrategier och visioner som tagits fram inom ramarna fr f3

    projektet A Global Overview of Bio-economy Strategies and Visions9.

    3.1 Kort om skogsindustrin

    Skogsindustrin svarar fr ca 11-13% av svensk industris sysselsttning, export, omsttning

    och frdlingsvrde. Den r starkt exportinriktad och ger ett betydelsefullt bidrag till Sveriges

    handelsbalans. ver 85% av massa- och pappersproduktionen samt 70% av sgade trvaror

    exporteras. Skogsindustrin sysselstter 60.000 personer och skapar tillsammans med

    underleverantrer ca 200.000 arbeten i Sverige. Skogen r en frnybar resurs som levererar

    sgtimmer till sgverksindustrin och massaved till massaindustrin. Spn och flis frn

    sgverken anvnds fr tillverkning av spnskivor och i massaindustrin. Returpapper

    teranvnds och blir till papper och kartong.

    Fr skogsindustrin r idag utmaningen att utveckla en bredare produktflora med nya

    produkter och processer med kat frdlingsvrde d gamla marknader viker. Skogsindustrin

    genererar sidostrmmar som innehller ett stort utbud av olika mnen och molekyler

    polymera och lgmolekylra kolhydrater, lignin, syror, steroler som skulle kunna

    vidarefrdlas till nya grna kemikalier och material. Skogsindustrin skulle i mycket hgre

    utstrckning n idag kunna bidra med rvaror till nya hgvrda produkter i kombination med

    fortsatt produktion av fibrer och energi. Vidare finns en inte frsumbar stor mngd

    outnyttjade restprodukter i skogen som inte konkurrenskraftigt kan exporteras som ofrdlade

    biobrnslen men som har potential att vidarefrdlas genom processintegration med

    existerande industrier.

    3.2 Kort om jordbrukssektorn

    Sverige r till ytan ett av de strre lnderna i Europa. Av totala landarealen r ca hlften skog

    och 6.5% utgrs av odlad jord. Det svenska jordbruket producerar ungefr lika mycket

    animalie- som vegetabilieprodukter och sysselstter ca 180.000 personer. Produktionsvrdet

    motsvarar totalt 47 miljarder kronor varav 41.5 miljarder kommer frn exporterade

    jordbruksprodukter och livsmedel, huvudsakligen till EU.

    Jordbrukssektorn har hittills frmst varit leverantr till livsmedels- och foderindustrin, men

    ven frsta generationens biobrnslen produceras. Sektorn kan i framtiden f en vxande roll

    som rvaruleverantr till andra industrier, t ex genom andra generationens mer komplexa

    rvarufraktioner som inte ger livsmedel eller foder. Denna fraktion har ocks stora likheter

    med skogsrvara, vilket ppnar upp fr delvis gemensamma processtekniska lsningar.

    Genom att utnyttja restprodukter frn jordbruket, eller nya snabbvxande grdor, kan

    produktionen frenas med samproduktion av byggstenar till kemi- eller energisektorn.

    Dessutom kan nya produkter frn jordbrukssektorn bli tillgngliga fr livsmedels- och

    foderindustrin i och med att nya produktionsmetoder utvecklas.

    8 Flera av aktrerna i agendaarbetet har starka internationella ntverk som kan nyttja i en sdan

    process. Detta var dock inte ngot som hanns med under denna frsta fas av arbetet men ngot som br

    prioriteras i nsta fas.

    9 Louise Staffas, Kes McCormick och Mathias Gustavsson, A Global Overview of Bio-economy

    Strategies and Visions, f3 Report no. 2013:6. Tillgnglig via:

    http://www.f3centre.se/sites/default/files/f3_report_2013-6_global_bioeconomy_overview_130410.pdf

  • 13

    3.3 Kort om livsmedelsindustrin

    Svensk livsmedelsindustri r utspridd ver hela landet men har en stark frankring i de sdra

    delarna av landet dr man ocks terfinner strsta delen av jordbrukssektorn. Av jordbrukets

    produkter vidarefrdlas 70% i livsmedelsfretagen. Livsmedelsindustrin sysselstter cirka

    57.000 personer. Det sammantagna exportvrdet fr jordbruks- och livsmedelssektorn var 54

    miljarder kronor r 2010. Livsmedelsindustrin har rnt framgng genom ett antal lyckade

    livsmedelsinnovationer inom bde produkter, produktionsprocesser och frpackningar, men

    det finns en utmaning i att behlla livsmedelsfretagens FoU-resurser i Sverige och att

    hantera ett vikande frdlingsvrde fr industrin. Livsmedelsindustrin genererar idag en stor

    mngd sidostrmmar frn produktion av allt frn potatisstrkelse, mejeriprodukter, etc. Det

    finns ett intresse av att bttre kunna utnyttja dessa sidostrmmar genom att extrahera ut

    vrdefulla komponenter eller anvnda dem i processer fr omvandling till mer hgvrda

    produkter.

    3.4 Kort om kemiindustrin

    Den svenska kemiindustrin domineras av ett antal stora fretag dr 80% av de anstllda

    arbetar i 13% av fretagen. Kemiindustrin r huvudsakligen lokaliserad kring de tre

    storstadsregionerna, Stockholm/Uppsala, Gteborg och Malm/Lund och sysselsatte 2010

    cirka 34.000 personer. Det strsta antalet anstllda arbetar i utlandsgda bolag. Kemiindustrin

    (inklusive lkemedel och mineraloljor) stod fr ca 16% av Sveriges exportvrde r 2011.

    Fr material- och kemiindustrin, liksom fr oljeraffinaderierna, handlar omstllningen mot

    bioraffinaderier i stor utstrckning om att byta ut den fossila rvarubasen och drigenom mta

    en kad efterfrgan av hllbara produkter i form av grna kemikalier, material och drivmedel.

    Den svenska kemiindustrin visar ett spirande intresse fr biotekniska metoder fr

    framstllning av en rad olika viktiga plattformskemikalier. Deras intresse drivs av strngare

    lagkrav och en nskan om att erstta giftiga och hlsovdliga kemikalier med mindre

    skadliga, men ocks av allt starkare krav frn aktrer nedstrms i vrdekedjan. Nr koncerner

    som IKEA meddelar att de har som ml att r 2015 enbart anvnda frnybara,

    tervinningsbara eller tervunna rvaror i sin produktion fr det stora konsekvenser fr

    producenter och underleverantrer. Omstllningen mot en biobaserad kemiindustri handlar i

    stort om komplexa, kapitalintensiva processer som skall stllas om p ett effektivt stt. En

    nyligen gjord analys av kemiindustrin i Sverige10

    visar p vissa strukturella utmaningar fr

    sektorn. Det finns behov av samtidiga investeringar lngs lnga och komplexa vrdekedjor

    och en gemensam kunskapsbas. Man mste kunna hantera frhllandet mellan stora och sm

    aktrer och frst hur den interna beslutslogiken kan pverkas s att lngsiktiga strategiska

    beslut kan tas och nyckelkompetens byggas i Sverige, ven om beslutsmakten ofta ligger

    utanfr Sveriges grnser. Dessa utmaningar kommer att behva adresseras nr kemiindustrin

    utvecklas mot integrering och implementering av bioraffinaderikoncept.

    3.5 Kort om bioenergi-industrin

    Sveriges strsta energiklla kommer idag frn bioenergi och motsvaras av 32% av den

    inhemska energifrbrukningen, inklusive biflden som frbrnns direkt i processer. Drefter

    fljer olja, vattenkraft och krnkraft. De vanligaste biobrnslena i Sverige r trdbrnslen

    (restprodukter frn skogs- och massaindustrin), tallolja, restprodukter frn jordbruket, torv,

    avfall frn hushll och industri, etanol, FAME (fettsyrametylestrar inklusive biodiesel) samt

    biogas.

    102 Johanna Mossberg, 2013, Chemical Industry Companies in Sweden, VINNOVA rapport

    VA:2013:01. www.vinnova.se/en/Publications-and-events/Publications/Products/Chemical-Industry-

    Companies-in-Sweden/

  • 14

    Anvndningen av biomassa fr energindaml har varit i fokus fr svensk policy sedan mitten

    av 1970-talet och lett till en kraftig expansion av bioenergi-industri. Med infrandet av en

    CO2-skatt i brjan av 1990-talet har anvndningen av biomassa fr produktion av el och

    vrme kat radikalt. ven produktionen av biodrivmedel har kat (frmst s kallade frsta

    generationens baserat p jordbruksprodukter och/eller avfall). Parallellt med Finland r

    Sverige kanske det land som lagt ner mest resurser per capita p att utveckla ny teknik fr

    anvndning av biomassa, s som frgasning, frbrnning, biogasproduktion och utnyttjande

    av andra generationens rvaror. Trots stora forskningsinsatser och att anvndningen kat

    radikalt finns det idag f utrustningstillverkare av t.ex. stora pannor etc. Dessa har

    konkurrerats ut av frmst finska aktrer eller kpts upp.

    4 Nyckelutmaningar

    Nedan listas ett antal (delvis kopplade) nyckelutmaningar och de behov som de fr med sig.

    Med hjlp av de ovan nmnda styrkorna har Sverige potential att p ett framgngsrikt stt

    omvandla dessa utmaningar till realiserade styrkor.

    4.1 Nya vrdekedjor

    Biorvara r, i jmfrelse med fossila rvaror, heterogen, bulkig, och utspridd ver stora

    landomrden. Medan processindustri vanligen har stora, positiva skalekonomiska effekter

    knnetecknas rvarufrsrjningen av negativa skaleffekter med kande transportavstnd.

    Utformningen av tillfrselsystemen av biorvara fr drfr stor betydelse, liksom effektiv

    samproduktion av rvara fr olika ndaml (jmfr t.ex. dagens produktion av sgtimmer,

    massaved och energisortiment frn skogen). P s stt kan bioraffinering sgas omfatta hela

    kedjan frn skog eller ker till frdiga produkter. Ett kat nyttjande av bioresurserna kan

    ocks innebra kade pfrestningar p de rvaruproducerande ekosystemen, vilket mste

    beaktas.

    I en omstllning till mer biobaserad produktion pverkas aktrer genom hela vrdekedjan.

    Hela rvaran mste utnyttjas i andra generationens processer som tar tillvara ocks vxters

    fiberfraktioner fr att producera olika produkter. En restprodukt frn en industri kan bli till en

    rvara fr en annan industri och nya fretag kan utveckla specifik teknologi som bidrar till att

    effektivisera befintliga processer och system. Framtida bioraffinaderi-koncept kommer att

    stlla krav p strre tvrvetenskapliga kunskaper, dr till exempel mer specifika kunskaper

    inom till exempel organisk och analytisk kemi blir viktiga att kombinera med bioteknik-

    kompetens. Producenter av kemikalier, material och energi behver frst varandras

    processer, behov och krav fr att kunna identifiera nya vrdekedjor och skapa nya

    affrsmodeller. Av erfarenheter frn samverkansprojekt mellan akademi och industri kan

    konstateras att det fattas aktrer med rtt kombination av kunskaper i delar av vrdekedjan

    mellan rvara och produkt. Fr att kunna skapa effektiva vrdekedjor r det viktigt att det

    finns rtt kompetens genom hela vrdekedjan.

    4.2 Industriell strukturomvandling

    Fr att undvika utflyttningar av strategiska funktioner som FoU mste industrin vara proaktiv

    i att initiera och hantera vad som p sikt kommer att vara en radikal strukturomvandling. Det

    gller att tidigt identifiera framvxande ny teknologi av paradigmskiftande karaktr och

    komplettera befintliga system med denna fr att f ett frsprng.

    En god och konkurrenskraftig baskompetens kring industriell bioteknik och andra

    bioraffinaderirelaterade teknikomrden finns etablerad inom akademin. Denna behver

    strkas och utvecklas och det finns ett behov av kat utbyte med industrin. Det finns ett behov

    av samarbeten, demonstrationsprojekt och andra innovationsverfrande insatser fr att

    mjliggra kommersialisering och industrialisering. Aktiva insatser i form av offentligt std

    och stimulanstgrder under inledande kritiska faser kommer att behvas fr att mjliggra

  • 15

    denna innovationsverfring och uppskalning till produktion i kommersiell skala.

    Branschverskridande samverkan r essentiellt. De olika processindustrisektorerna har

    samma utmaningar men har hittills inte gt och drivit frgan gemensamt. Samverkan bidrar

    bland annat till kad flexibilitet, riskdelning, synergier, bttre tillgng till expertis och kapital

    samt att man som grupp lttare fr gehr fr sina frgestllningar frn politiker. Behovet av

    strukturerad branschverskridande samverkan identifierades redan 2006 i en rapport av

    IVA11

    . Att branschverskridande strukturer och ntverk fortfarande saknas p en nationell

    niv visar p svrigheterna och tyngden i denna utmaning. Hr finns ett behov av incitament,

    std och ledning i samverkansprocessen samt hjlp med framtagande av nya affrsmodeller.

    4.3 Teknik anpassad fr omvandling av biorvara

    En omstllning mot biobaserad produktion krver processintegration och samproduktion av

    kemikalier, energi och material fr att rvaran skall utnyttjas s effektivt som mjligt. Fr

    kemiindustrin innebr det en frndring av rvarubasen frn en handfull fossila

    plattformskemikalier med hgt energiinnehll (kolvten) till en mer komplex rvara baserad

    p bland annat kolhydrater med ett avsevrt lgre energiinnehll. Detta stller krav p

    utveckling av processteknologi fr fraktionering, s vl som extraktion och konvertering av

    biomassan samt upprening av produkterna. Fr att Sverige skall kunna fortstta ha en

    framskjuten position inom en rad betydelsefulla teknikomrden som t ex bioteknik och

    separationsteknik krvs lngsiktiga och betydande satsningar p forskning och utveckling.

    Uppskalning till produktion i kommersiell skala innefattar att man mste adressera mnga av

    de kritiska begrnsningarna. Detta r ofta kostsamt och tidskrvande. Det r drfr angelget

    att testbddar frn mindre skala till demoanlggningar finansieras och nyttiggrs.

    Idag r stora investeringar gjorda i befintlig infrastruktur. Detta r ngot som br vara en

    utgngspunkt i utvecklingen av nya processer och produktionsplattformar, och krver

    samverkan mellan akademi och industri samt mellan olika aktrer.

    4.4 Resurseffektivitet

    Uppbyggnaden av en biobaserad industri krver samverkan mellan en rad olika delomrden.

    Det gller att se bde de enskilda delarnas bidrag och behov och samtidigt ha ett

    helhetsperspektiv dr man frstr hur delarna interagerar med varandra. Dessutom mste man

    frst hur den biobaserade industrin pverkar sin omgivning och vad den fr fr effekter.

    Helhetsperspektivet r centralt bde vad gller rvaror, energieffektivitet,

    kostnadseffektivitet och miljpverkan. Hr finns ett behov av att analysera och vrdera hela

    vrdekedjor fr nya tekniker och processer genom processintegration, systemanalys,

    livscykelanalys (LCA), etc.

    Det behvs tillgng till riskvilligt kapital genom tydliga och stabila frutsttningar. Alltfr

    hga medfinansieringskrav r ett problem. Vi behver akademiker, etablerad industri och

    smfretag fr att lyckas. D bioraffinaderi-sektorn nnu inte r en uttalat etablerad industri

    gr hga medfinansieringskrav det svrt att fr med relevanta och viktiga aktrer. Fr detta

    behvs bde en tydligt uttryckt politisk vision som svarar mot behoven (gllande till exempel

    milj och sysselsttning) och kvantitativa ml.

    Starka och stabila marknader fr biobaserade produkter mste skapas. Det finns behov av

    att identifiera drivkrafter fr konsumenters och konsumentprodukters efterfrgan och ocks

    skapa miljer som kombinerar storskalig och smskalig produktion och som genom synergier

    dem emellan ger ett kat totalt frdlingsvrde. De produkter som tas fram skall erstta den

    funktion som tidigare produkter haft med en likvrdig funktion. Industriell bioteknik kan

    ocks bidra till nya och frbttrade produkter och produkter som aldrig tidigare gtt att

    tillverka. Dessa nya funktioner r essentiella fr utvecklingen i stort inom omrdet d enbart

    11 IVA, 2006, kad konkurrenskraft i Svensk processindustri, IVA-M 353.

  • 16

    grnt sllan har ett annat n kortvarigt marknadsmssigt mervrde. I kombination med nya

    funktionella vrden kan det grna dock ge vldigt tilltalande mervrden. Ett exempel p

    detta r bio-baserade polymerer som i tillgg till att de r grna nr de anvnds i

    gummidck minskar rullmotstndet och drmed med stark hvstngsfaktor sparar energi i

    anvndningsfasen.

    4.5 Kompetensfrsrjning

    En grundfrutsttning fr den omstllning som det innebr att p bred front skifta frn en

    fossil rvarubas till en frnybar, bio-baserad r att det finns utbildad kompetens som kan

    genomfra omstllningen. Denna omstllning mste vara lngsiktig och en frstelse mste

    byggas upp i samhllet. Detta stller stora krav p forsknings och utbildningsvsendet i alla

    led. Det r viktigt med en frstelse fr den problematik vi str infr och hur det gr att

    utveckla nya lsningar. En frutsttning fr att Sverige skall n framgng i den biobaserade

    ekonomin r att vi ligger i den internationella kunskapsfronten. I en globaliserad vrld kar

    konkurrensen frn lnder med hg tillvxttakt, och det r av srskild vikt att vi skerstller en

    god kunskapsbas med internationell utblick och framtagen i samverkan med partners bde

    inom och utanfr landets grnser.

    5 Strategiska forskning- och innovationsinsatser fr att mta nyckelutmaningarna

    Nyckelutmaningarna kan adresseras genom strategiska forsknings- och innovationsinsatser

    inom olika omrden. Insatserna utgr frn den dialog som frts mellan de olika ingende

    parterna i agendaprocessen och bygger p de tidigare identifierade styrkeomrdena.

    Insatserna r uppdelade p fyra huvudkategorier:

    - MTAS: Nationell kommunikationsplattform fr en utveckling av svensk industri mot mer komplexa bioraffinaderier.

    - SAMVERKA: Aktiviteter fr att strka interaktionen mellan olika aktrer i systemet

    - UTVECKLA VERKTYG: Utveckling/vidareutveckling av teknikplattformar samt etablering och anpassning av testbddar fr en bio-baserad produktion

    - UTVECKLA SYSTEMKOMPETENS: fr att stadkomma en resurseffektiv omstllning

    - LNGSIKTIG KOMPETENSFRSRJNING: fr att skerstlla lngsiktigheten i de satsningar som grs, inklusive en frstelse fr detta i samhlle

    5.1 MTAS: Nationell kommunikationsplattform fr en utveckling av svensk industri mot mer komplexa bioraffinaderier

    Forskning har visat att stora vertikalt eller horisontellt integrerade organisationer r effektiva

    under frutsttning att det som skall levereras r en standardiserad produkt i stora volymer

    och att affren inte frndras ver tid, med andra ord stabila, lngsiktiga frhllanden12

    .

    Teknisk utveckling, FoU, snabba frndringar p marknaden och kad komplexitet hos de

    efterfrgade produkterna och tjnsterna gr dock att termen effektivitet behver omprvas.

    De fretag som har framgng under sdana frutsttningar r de som kan gra snabba

    omstllningar, vara flexibla och leverera kvalitet med hg adaptiv effektivitet ngot som

    uppns genom samverkan med andra fretag och organisationer. Komplexa produkter och

    processer r ofta kostsamma vilket ytterligare frstrker behovet av samverkan fr att skra

    ndvndigt kapital och frdela riskerna. Den gedigna kunskap, forskning och erfarenhet som

    12 Se till exempel Alter och Hage, 1993, Organizations working together, Sage Publications.

  • 17

    finns i de traditionella branscherna och som integrerat med ny kunskap och forskning, skapad

    genom branschverskridande samverkan och samverkan med nyskapande

    universitetsforskning r nyckeln till en framgngsrik framvxt av en ny bioraffinaderisektor

    dr ven fas II och fas III bioraffinaderier utvecklas. Idag bedrivs till exempel en stor del av

    den svenska biotekniska forskningen och utvecklingen inom akademin.

    Fr att underltta utvecklingen av en konkurrenskraftig bioraffinaderisektor i Sverige behver

    samverkan stimuleras och strkas lngs vrdekedjor, mellan olika vetenskapliga

    mnesomrden och discipliner (tvrvetenskap och mngvetenskap) samt mellan olika aktrer

    i innovationssystemet (strkt trippel helix samverkan). Utver detta behver samverkan

    mellan stora och sm aktrer stimuleras s vl som samverkan mellan etablerade och nya

    aktrer inom omrdet.

    Figur 4. Illustration av de trippel-helix aktrer som behver samverka fr en framgngsrik

    utveckling av en branschverskridande bioraffinaderiindustri

    Samverkan genom ntverk Plattform Bioraffinaderi: Fr att skapa och strka den

    branschverskridande samverkan som behvs fresls en nationell kommunikationsplattform:

    Plattform Bioraffinaderi. Plattform Bioraffinaderi r tnkt att vara en nationell plattform fr

    trippel-helix intressenter inom det tematiska omrdet bioraffinaderier. Plattformen skall

    adressera aktrer frn hela vrdekedjan ur ett livscykelperspektiv, frn rvara till tervinning

    och teranvndning av produkterna. Syftet med plattformen r att skapa ett formaliserat

    ntverk som ger mjlighet fr olika aktrer att se nya mjligheter, bygga frtroende och

    genom etablerad dialog g vidare med aktiviteter och projekt (dessa ligger helt utanfr

    plattformen). Plattformen skall ocks verka fr kunskapsspridning till olika aktrer och

    mellan aktrer. Det finns redan idag ett antal befintliga aktiviteter och projekt som r

    relevanta fr en framtida Bioraffinaderiplattform. Plattformens ntverk kan i ett

    uppstartsskede utg frn de aktrer som samlats kring de bioraffinaderirelaterade agendorna

    samt frn en inventering av aktrer i befintliga projekt, centrumbildningar och kluster. En

    inventering kan sedan gras fr att identifiera ytterligare relevanta aktrer. I frlngningen

    skulle plattformen kunna fungera som en kommunikationskanal och drigenom bidra till kad

    spridning och utvxling p den kunskap som dessa aktiviteter genererat. Plattformen ger

    ocks frutsttningar fr en rad framtida aktiviteter och projekt varav en del r listade nedan

    och ytterligare r listade i nsta stycke (SAMVERKA).

  • 18

    Figur 5. En visualisering av hur Plattform Bioraffinaderi skulle kunna byggas upp och

    fungera

    5.2 SAMVERKA: Skapa branschverskridande aktiviteter och projekt strkt interaktion mellan olika aktrer i systemet

    Om skapandet av en nationell plattform fr den framvxande bioraffinaderiindustrin kan ses

    som ett stt att bygga broar mellan olika aktrer i bioraffinaderisystemet s kan aktiviteterna

    nedan ses som mjliggrare fr att skapa trafik p dessa broar. Att etablera organisationer,

    ntverk och institutioner r ndvndigt fr att skapa den infrastruktur som behvs fr att

    aktrer ska mtas, men broar utan trafik r inte till ngon nytta. Minst lika viktigt som att

    skapa broar r det att skapa aktiviteter som gr att bron anvnds och underhlls. Exempel p

    typer av aktiviteter som strker samspelet mellan olika aktrer i systemet och kar

    innovationsverfringen dem emellan r:

    Innovations- och policyanalys fr att identifiera behovet av srskilt politiskt tagande.

    Huruvida biobaserade processer och produkter i stor utstrckning kommer att bidra till en

    vxande bioekonomi avgrs inte enbart av de tekniska lsningarna utan bestms ocks till

    stor del av politiska beslut, infrastruktur och policyfrgor. Vilka frutsttningar krvs fr att

    marknaderna ska utvecklas? Hr ser vi att det r essentiellt att kartlgga systemen och

    processerna som mjliggr och driver alternativt hmmar konkurrenskraftig

    implementering av de tekniska lsningarna och att skapa en bild av aktrerna och processerna

    i innovationssystemen kring teknikerna. Nr bilden r klar handlar det om att identifiera

    lsningar, vgar och verktyg fr att frmja och pskynda kommersialisering. Exempel p

    intressanta omrden r att skapa och vidareutveckla forum fr flerpartssamverkan,

    klustersamverkan, styrmedel, innovationsupphandling, olika former av investeringsstd,

    utveckling av nya affrsmodeller och logistiklsningar. Detta arbete har redan pbrjats i och

    med det regeringsuppdrag som Energimyndigheten har gllande att genomfra analyser p

    energiomrdet enligt metoder fr s.k. teknologiska innovationssystem (TIS) dr

    Bioraffinaderier pekas ut som ett prioriteringsomrde i den frstudie som just nu r under

    frdigstllande (klar sista april).

    kad personrrlighet mellan industri, akademi och industriforskningsinstitut fr att ka

    mottagarkapaciteten fr FoU och strka samverkan. En kad personrrlighet kan uppns

    bland annat genom:

  • 19

    Ett kat antalet industridoktorander. Industridoktorander frutstter ett stort engagemang frn svl industri som akademi och industrin medverkar genom att

    uppmuntra medarbetare att vara verksamma som industridoktorander eller

    adjungerade professorer.

    Utveckla konceptet med postdoc-tjnster i nringslivet. Till exempel genom att verka fr att statligt finansierade postdoc-tjnster ven ska mjliggra anstllning i

    industrin alternativt vid forskningsinstituten.

    Fysisk lokalisering av forskare i industrin. Ett exempel p detta r inom kompetenscentret EcoBuild dr forskare frn deltagande akademi och institut sitter

    ute hos deltagande industriparter under en begrnsad tid.

    Att industriella meriter och samverkansmeriter ges kad tyngd i det akademiska meriteringssystemet och tvrt om, att akademiska meriter och samverkansmeriter ges

    kad tyngd i nringslivet.

    Branschverskridande Branschforskningsprogram fr den framvxande bioraffinaderi-

    industrin. Branschforskningsprogram fr viktiga industribranscher har tidigare visat sig ge

    stor samhllsekonomisk utvxling i form av kad konkurrenskraft och sysselsttning. I

    branschforskningsprogram samarbetar fretag, universitet och hgskolor samt

    industriforskningsinstitut och kostnaderna fr programmen delas av staten och nringslivet.

    Frdelen med branschforskningsprogram r att de ger en nationell samling kring en

    bransch/ett omrde dr aktrerna gemensamt identifierar viktiga omrden och prioriterar

    dessa. Ett branschverskridande branschforskningsprogram fr den framvxande

    bioraffinaderiindustrin vore essentiellt fr att skapa en gemensam bild av vilka tgrder som

    behvs och vilka omrden som br prioriteras. Den branschverskridande samlingen vid

    definitionen av omrden och prioriteringar i ett sdant program r central fr att undvika att

    man landar i ett traditionellt branschforskningsprogram. Processen br ven ta hnsyn till att

    olika branscher har olika mycket erfarenhet av att medverka i sdana program (dr

    skogsindustrin exempelvis har haft ett antal branschforskningsprogram medan kemiindustrin

    inte haft ett enda). Hr kan den anskan om ett strategiskt innovationsomrde (SIO) som

    skogsindustrierna initierat vara en bra utgngspunkt under frutsttning att den omfamnar

    flera industrisektorer med syfte att skapa en branschverskridande kunskapsbas och samsyn. I

    och med bioraffinaderiomrdets tvrvetenskapliga och tvrsektoriella natur br dock anskan

    om och/eller medverkan i ytterligare SIO underskas d det skta SIO har vissa

    begrnsningar.

    Svensk nod fr de processindustrirelaterade Public Private Partnerships (PPP) som etableras

    i anslutning till Horizon 2020 vars syfte blir att samordna det svenska deltagandet i Horizon

    2020 och drigenom ka det svenska sktrycket och utbytet. Mlet r att bygga (och

    underhlla) ett branschverskridande svenskt ntverk som strker svenska industrier genom

    att stdja och underlttar deras arbete med relevanta PPPn inom Horizon 2020 (i dagslget

    frmst SPIRE och BRIDGE) och som resulterar i en strkt svensk processindustri och

    betydande forskningsresurser frn EUs forskningsprogram. Utver den direkta industrinyttan

    i den inledande satsningen finns en stor potential att svensk processindustri tillsammans

    kommer att kunna driva mer FoI-projekt fr en lngsiktig industrinytta med optimerad

    resurseffektivitet i fokus. Med std av offentlig och privat finansiering skulle de svenska

    industriforskningsinstituten som varit inblandade i de olika PPP-processerna kunna ta ett

    betydande initiativ fr denna process och etablera samverkan mellan svensk processindustri,

    universitet och hgskolor via en s kallad svensk nod. Noden kan ta sin utgngspunkt delvis

    frn Plattform Bioraffinaderi och dess aktiviteter fresls vara inom tv omrden:

    PPP-arbete i vilket dialogen med relevanta PPPn sker bland annat genom att noden har representanter som medverkar i samtliga centrala arbetsgrupper. Drigenom kan

    en pverkan ske p forskningsagendorna och efterfljande utlysningstexter.

  • 20

    Aktiv dialog. Genom ntverk, seminarier, nyhetsbrev och annan aktiv form avser den svenska noden att samla in kunskap om de svenska intressenternas (fretag och

    akademi) huvudsakliga intresseomrden. Noden kommer ven att fungera som

    katalysator och plattform fr att bilda grupper/konsortier som inkommer med

    anskningar. Den svenska noden kommer ven att genom dialog med nationella,

    offentliga finansirer verka fr att finansiering frn Horizon 2020 samordnas och

    kompletteras med andra nationella initiativ/utlysningar/program.

    Ett strkt fokus p kompetensfrsrjning. En dialog kring behovet av kompetensfrsrjning

    till industrin fr en strukturell omstllning mot framtidens bioraffinaderier behver initieras

    d omstllningen kommer att krva ny kunskap. Ett alternativ r en omstllning av befintliga

    kemi- och bioteknikutbildningar vid vra universitet och hgskolor fr att kunna inkludera

    mer tvrvetenskapliga kurser. Dialogen br utg frn de branschanalyser som VINNOVA har

    gjort och hller p att slutfra fr mnga av processindustrins branscher. Analyserna ger dels

    ett underlag fr diskussionen i form av en bild ver nuvarande FoU-aktrer och omrden samt

    en inventering och analys av olika industriella aktrer. Nr analyserna r frdiga kan de

    lggas bredvid varandra och gemensamma strukturella utmaningar fr en strkt

    kompetensfrsrjning och prioriterade kunskapsomrden kan identifieras. En annan aktivitet

    som kan strka kompetensfrsrjningen och som br uppmuntras r tvrvetenskapliga,

    samfinansierade forskarskolor. Exempel som br lyftas fram och byggas vidare p r

    exempelvis dels det initiativ som tagits av Bio4Energy genom Erasmus Mundus anskan om

    forskarskolan Shift2Bio och dels Energimyndigetens forskarskola Program Energisystem. Ett

    annat alternativ kan vara infrandet av en tredje part i steget mellan forskning och

    produktutveckling, exempelvis genom en strkt interaktion mellan

    industriforskningsinstituten, akademin och industrin alternativt en strkt samverkan mellan

    sm och stora fretag dr de sm fretagen kan agera som technology providers.

    Demonstrationsanlggningar r centrala fr att organisera lrandet kring olika

    nyckelteknologier. I dagslget terstr det dock mnga frgor kring hur demonstratorer,

    speciellt storskaliga demonstrationsanlggningar, br organiseras p bsta stt, vilka aktrer

    som br bjudas in, hur gande av resultat ska frdelas och hur misslyckanden skall hanteras.

    En stor frga r ven hur anlggningarna kan gras flexibla (med avseende p rvaror,

    processutformning och slutprodukter) och anvndas fr bde forskning och

    produktutveckling. Med andra ord; hur kan ett generellt kunskapsbyggande organiseras kring

    dessa demonstrationsanlggningar som i sin tur kan leda till att ytterliga genombrott grs

    baserat p samma infrastruktur samtidigt som kommersiella och mer kortsiktiga intressen

    tillgodoses? Vid en uppskalning av teknik i demonstrationsanlggningar och de frsta

    kommersiella anlggningarna krvs mycket omfattande investeringar. Dessa initiala

    investeringar innefattar stora finansiella risker fr de aktrer som vljer att vara frst med att

    investera i nya tekniker. Samtidigt som en uppskalning r frknippad med stora

    utvecklingskostnader r marknadsvillkoren fr nya produkter som biodrivmedel, biobaserade

    kemikalier och material oskra. Fr att komma vidare med omrdet br en systematisk

    innovationssystemanalys gras av de nyckelteknologier som krvs fr produktion av

    drivmedel, kemikalier och nya material frn biomassa. Studien skall ha som syfte att

    identifiera vilka explicita systemsvagheter som dominerar omrdet, samt specificera vilka

    som adresseras genom befintliga strukturer och vilka som krver srskilt politisk tagande.

    Srskild tonvikt br lggas vid organisering av lrande kring demonstrationsanlggningar,

    finansiering av demonstrationer och ndvndiga marknadsvillkor fr att mjliggra samtidiga

    investeringar samtidigt som flexibilitet kan bevaras med avseende p slutprodukter och

    teknikval. Fr att frst vilka kompetenser, vilken kunskap och vilka aktrer som behvs i

    systemet br man samverka i verkliga projekt. Sledes br demonstrationsprojekt som

    inkluderar flera olika typer av kompetenser och aktrer prioriteras.

    Strkt fokus p kommunikation. Kommunikation r essentiellt fr att skapa och underhlla

    relationer mellan olika aktrer samt skapa och sprida ny kunskap. Ett stt att frbttra

    forskningskommunikationen r att inkludera budget fr kommunikationsaktiviteter i FoI-

  • 21

    projekt. Ett annat stt kan vara att krva att projekt skall ing i ngon form av

    kommunikationsplattform eller centrum med syftet att drigenom ka spridningen av resultat

    frn projektet till relevanta aktrer och ntverk. Hr ingr ven att p ett strukturerat stt

    delvis definiera om meriteringssystemen vid universitet och hgskolor s att strre

    meriterande tyngd ges t den tredje uppgiften, ett arbete som ibland benmns som att skapa

    alternativa karrirvgar.

    5.3 UTVECKLA VERKTYG: Utveckling och vidareutveckling av teknikplattformar och etablering och anpassning av testbddar fr en bio-baserad produktion.

    Fr att strka Sveriges position i den biobaserade samhllsekonomin, mste vi, baserat p

    svensk processindustri, utveckla fas II och III bioraffinaderi-koncept och ta fram nya

    plattformar och produkter baserade p olika typer av biomassa. Detta skapar ett mervrde fr

    befintliga vrdekedjor och genererar helt nya vrdekedjor. Fr en omstllning till bio-baserad

    produktion krvs en fortsatt stark forskningsbas och att nya tekniker och processer utvecklas,

    kostnadseffektiviseras, demonstreras och industrialiseras i stor skala. Detta krver frutom

    in-house FoU, bred samverkan, skapandet av tillgngliga testbddar samt FoU-partnerskap

    mellan industripartners, universitet och institut. Figur 6 illustrerar behovet av ett

    tvrvetenskapligt angreppsstt i utvecklingen av de teknikplattformar som behvs.

    Figur 6. Utvecklingen av teknikplattformar fr olika bioraffinaderikoncept sett ur ett

    tvrvetenskapligt perspektiv

    Den biobaserade rvaran skiljer sig avsevrt frn petroleumrvaran genom att den har ett

    lgre energiinnehll och i hg grad redan r funktionaliserad, frmst genom att den innehller

    mer syre och r mer polr, det vill sga kompatibel med vatten. Biorvarans hgre

    komplexitet gr att den frst mste frbehandlas innan en kemisk eller bioteknisk

    produktionsprocess kan ta vid som vidarefrdlar utgngsmaterialet till slutprodukt. Drefter

    fljer ett antal separationssteg som syftar till att rena fram den slutliga produkten.

    Industriell bioteknik innefattar anvndandet av bioteknik fr att p ett hllbart stt producera

    kemikalier, material och energi. Bioteknik utnyttjar sig av mikroorganismer och deras

    enzymer som genom rtusenden har anpassats och utvecklats fr nedbrytning och omvandling

    av biomassa. Mnskligheten har anvnt biotekniken under lng tid fr bland annat produktion

    av livsmedel, men med nya framsteg och en djupare frstelse fr de mikrobiella processerna

    finns det nu nya mjligheter att utnyttja biotekniken som ett viktigt redskap i omvandlingen

  • 22

    av biomassa till exempelvis fin- och specialkemikalier, lkemedel, livsmedel och foder,

    material och energi. Nedan fljer en sammanstllning av de omrden som behver utvecklas

    fr att strka Sveriges position i detta omrde:

    Frbehandling och fraktionering av bio-rvaran

    Jmfrt med den fossila rvaran innehller biomassa en strre mngd olika komponenter av

    varierande molekylvikt. I biomassan terfinns kolhydrater, aminosyror, lipider och

    biopolymerer som till exempel cellulosa, hemicellulosa, kitin, strkelse, lignin och protein.

    Frutom att det r ett mer komplext utgngsmaterial som stller krav p mer sofistikerade

    fraktioneringsmetoder fr att srskilja de olika komponenterna, s erbjuder ocks biomassan

    en strre palett av mjliga vrdefulla mnen som kan omvandlas till vrdefulla produkter.

    Genom att frst utvinna komponenter som kan omvandlas till vrdefulla kemikalier innan

    resterna omvandlas till energi maximeras rvaruutnyttjandet och frtjnsterna kar fr

    industrin. Allts finns ett behov av processlsningar fr fraktionering/bearbetning av

    lignocellulosan biotekniska, kemiska och termiska som kar frdlingsvrdet i bde

    primrstrmmar och sekundrstrmmar och ger en god systemeffektivitet. Ngra exempel r

    kemisk delignifiering, termokemisk behandling, kemisk/biologisk hydrolys/modifiering och

    frgasning. Mnga av de tekniker som anvnds idag r dock energikrvande och genererar

    biprodukter som r hmmande fr efterfljande konversteringssteg, s inom detta omrde

    finns ett behov av nya innovativa separations- och extraktionsmetoder. Ett sdant exempel r

    anvndandet av enzymer som bryter ned lignocellulosa till mindre bestndsdelar i naturen (t

    ex cellulaser, hemicellulaser och oxidativa enzym). Enzymer erbjuder jmfrt med kemiska

    processer en mildare och mindre energikrvande metod fr omvandling av biomassa till

    socker som sedan kan anvndas i jsningsprocesser, men har nnu inte slagit igenom p bred

    front fr anvndning i industriella processer. Om man utgr frn befintliga processer s

    behver enzymer utvecklas fr att anpassas till dessa. Men det behvs ocks en integrerad

    utveckling av nya enzymer fr helt nya processer, dr processerna r anpassade till

    enzymerna. Vxtbioteknik kan anvndas fr att ta fram en bio-rvara som r mer anpassad till

    efterfljande industriella processer och som t ex r modifierad fr att producera en frhjd

    halt av olja, vilket underlttar den initiala frbehandlingen av rmaterialet.

    Bioteknisk omvandling av biomassa

    De fossila rmaterialen r idag inte enbart billigare n biobaserad rvara. Den

    processteknologi som anvnds r ocks vl utvecklad. De traditionella petrokemiska

    processerna baseras p fraktionering av en blandning av kolvten fljt av funktionalisering

    med organ-kemiska metoder som sedan mitten p 1900-talet har utvecklats och anpassats till

    den fossila rvarubasen. De framstllda molekylerna utvecklas sedan vidare med hjlp av

    olika etablerade organ-kemiska reaktioner fr att anvndas som byggstenar i framstllningen

    av konsumentprodukter och material.

    Vid anvndning av biomassa som rvara krvs det istllet processer som r anpassade fr

    vattenlsningar och som fungerar fr den mer komplexa och orena rvara som biomassa r.

    Biotekniken vntas hr f en betydande roll. Hittills har biotekniken haft strst genomslag

    inom livsmedelsindustrin och lkemedelsindustrin i Sverige. Att den hittills inte har haft lika

    stor genomslagskraft inom produktion av kemikalier och material beror enkelt uttryckt p att

    biotekniken har haft lite att tillfra vid omvandling av fossila rvaror. Tillgngen p fossila

    rvaror har varit tillrckligt god och billig fr att tillfredsstlla industrins behov och den

    processteknologi som behvs r vl utvecklad. Samtidigt som den fossila eran har haft sin

    hjdpunkt under senare hlften av 1900-talet har det dock skett en omvlvande utveckling

    inom biotekniken dr genteknikens intrde och pfljande genombrott i genomik- och

    proteomik-forskning har haft stor betydelse inom framfrallt lkemedelsomrdet. Biotekniken

    har drfr stor potential att ocks spela en betydande roll fr industrins omstllning till en

    biobaserad produktion.

    De insatser som krvs fr en kad industriell tillmpning av bioteknik handlar dels om

    processutveckling men ocks om utveckling av de biotekniska verktygen som utgrs av 1)

  • 23

    mikroorganismer ssom jstsvampar, mgelsvampar och bakteriestammar och 2) enzymer

    som r naturens egna, specifika katalysatorer. Den industriella bioteknikens genomslagskraft

    r beroende av att man skapar fundamental frstelse fr bioteknikens verktyg och sedan

    anvnder den kunskapen fr att ta fram nya och frbttrade produkter och processer.

    Mikroorganismer som verktyg

    Mikroorganismer som bakterier, jst och mgel omvandlar genom sin metabolism

    nringsmnen till en rad olika produkter och anvnds idag fr produktion av bland annat

    antibiotika, aminosyror, industriella enzymer och lkemedelsproteiner. Via fermentering av

    mikroorganismer kan ett antal plattformskemikalier produceras som sedan vidarefrdlas till

    olika kemiska produkter. Ett exempel r brnstenssyra som anvnds fr tillverkning av frg,

    plaster och livsmedelstillsatser. Exempel p andra plattformskemikalier r lgvrda alkoholer,

    polyoler och andra organiska syror. Fr att vi i framtiden p ett kostnadseffektivt stt skall

    kunna producera nnu fler kemikalier, material och energibrare med hjlp av

    mikroorganismer krvs nya och frbttrade mikroorganismer samt optimerade mikrobiella

    processer. Naturen r en vrdefull klla till nya mikroorganismer och enzymer. Extrema

    miljer som t ex varma kllor erbjuder en rik flora av mikroorganismer med tillhrande

    enzymer med stor potential fr industriella processer. Frbttring av mikroorganismers

    prestanda och produktionskapacitet kan uppns med metabolic engineering och

    processdesign. Genom en iterativ process som innebr syntes, analys och design kan

    mikroorganismernas mnesomsttning modifieras fr att producera en viss produkt i stora

    mngder och samtidigt designas till att kunna tillgodogra sig olika sorters socker som rvara.

    Det senare har bland annat gnats stor uppmrksamhet nr man har gtt frn att anvnda vete

    och majs fr etanolproduktion till att anvnda mer cellulosabaserade rmaterial. Dessa

    innehller inte bara ltt-nedbrytbara C6-socker utan ven C5-socker, vilket har varit en

    utmaning och lett till omfattande forskning kring mikroorganismer, frmst jst, som ven kan

    tillgodogra sig C5-sockret. Genom att kombinera kunskap om cellers metabolism och hur

    gener uttrycks med matematisk modellering kan man dra nya lrdomar om biologiska systems

    egenskaper och funktion. Sdana systembiologiska studier kommer att ha stor betydelse fr

    utvecklingen av framtidens industriella mikrobiella processer, och krver tvrvetenskapliga

    ansatser och samarbeten mellan bland annat biotekniker, kemister, matematiker, fysiker och

    datavetare.

    Sverige har en god position internationellt nr det gller kunskap om de biotekniska

    verktygen och processerna, men det behvs fortsatt grnsverskridande, bde grundlggande

    och tillmpad, forskning och utveckling fr att den kunskapen skall anpassas till industrins

    behov och kunna realiseras i nya industriella processer.

    Enzymer som verktyg

    Enzymer r biologiska katalysatorer som produceras av mikroorganismer och som kan

    isoleras och anvndas i omvandlingsprocesser. Enzymer r specifika och har frdelen att de

    kan ge rena enantiomerer och frre biprodukter. Enzymer har tv viktiga

    anvndningsomrden nr det gller omvandling av biomassa till produkter, dels fr

    frbehandling/fraktionering (spjlkning) som nmnts ovan, och dels fr specifik katalys av

    syntesreaktioner. Det finns dock en rad utmaningar med att anvnda enzymer. Enzymer r

    ofta instabila och det r dyrt att producera och rena upp dem. Behovet av framtida enzymer

    kommer vara mngfacetterat, frn optimala blandningar som kan omvandla flera substrattyper

    till enskilda enzymer som utfr specifika reaktioner vid konstanta betingelser. Bland annat

    behver mer temperaturtliga och p annat vis mer processanpassade enzymer utvecklas.

    Genom att hmta mikroorganismer frn extrema miljer som till exempel varma kllor eller

    avskilda biotoper, kan man f fram enzymer med specifika egenskaper och frbttrad

    processtabilitet. Detta stller krav p bra metoder fr att screena fr nskvrd aktivitet och

    funktionalitet. Det behvs kunskaper om interaktionerna mellan enzym och substrat,

    optimering av enzymaktivitet och stabilitet genom rationell eller slumpmssig design av

    enzymstrukturen och tekniker fr prediktering av nskvrd enzymstruktur. I takt med att nya,

  • 24

    milda och energisnla, processer tas fram kommer det ocks finnas behov av enzymer som r

    anpassade till lga temperaturer och till nya processbetingelser eller till betingelser som r

    mindre styrda, t ex p.g.a. rvaru- eller processflexibiltet.

    Immobilisering av enzymer frbttrar processtabiliteten medan integrering av

    enzymproduktion, omvandling och upprening kan frbttra ekonomin i storskaliga processer.

    Integrering av kemiska och enzymatiska processteg kommer ocks att bli allt viktigare.

    Separationsprocesser fr upprening av produkterna

    Vi behver utveckla smarta uppreningstekniker som utan behov av fr mycket energi klarar

    av att rena upp komplexa blandningar frn stora mngder vatten. Den stora mngden vatten

    som behvs fr omvandling av biorvara med biotekniska metoder r den enskilt strsta

    utmaningen fr industrialisering av denna teknik. Separationstekniker som effektivt renar upp

    produkten frn en relativt utspdd vattenlsning behver tas fram parallellt med att man kar

    utbytet i sjlva processen.

    Processintegrering

    Nya system och processer som utvecklas i ett bioraffinaderikoncept br, fr att vara

    internationellt konkurrenskraftiga, integreras p ett effektivt stt med den befintliga industri-

    strukturen och de befintliga processerna. De stora investeringar som redan r gjorda i stora

    processanlggningar br i strsta mjliga mn utnyttjas. P lngre sikt r det naturligt med

    fler anlggningar som frn brjan r designade fr ny processteknik. Fr detta krvs FoU-

    insatser. Processintegration r centralt fr att samproduktion av till exempel kemikalier och

    energi skall kunna ske effektivt i ett bioraffinaderi. Integrering av extraktionsprocesser med

    efterfljande omvandlingssteg eller integrering mellan katalys- och separationssteg mjliggr

    effektiv produktion i ett bioraffinaderi. I en gradvis omstllning till en fullstndigt biobaserad

    produktion kommer produktion som r baserad p bde fossila rvaror och frnybara rvaror

    att samexistera och ven samverka i en hybrid-ekonomi p vg mot bioekonomi. I vissa fall r

    det mest lmpligt att anvnda kemiska processer integrerade med bioprocesser fr

    omvandling av biorvaran till produkt.

    Utveckling och etablering av testbddar

    Fr att n fram till en industriell process behvs testbddar dr olika aktrer som inom

    akademi, institut och industrin kan samverka fr att testkra och skala upp nya processer.

    Demonstratorer och testbddar tjnar som en gemensam arena fr olika aktrer dr de

    tillsammans kan bidra med olika erfarenheter och dra lrdom om processen och de parametrar

    som spelar in fr en lyckad processdesign. ppna och tillgngliga testbddar erbjuder inte

    enbart en fysisk milj utan verkar ocks som en arena fr innovation och kommersialisering

    baserat p samverkan och samspel mellan olika aktrer.

    5.4 UTVECKLA SYSTEMKOMPETENS fr att stadkomma en resurseffektiv omstllning

    Systemperspektiv bestr i att se bde delar och helhet samt hur delarna interagerar med

    varandra. En biobaserad industri kommer bde att pverka sin omgivning och pverkas av sin

    omgivning. Fr att den ska vara framgngsrik p bde kort och lng sikt mste den uppfylla

    en mngd olika villkor. I ett strre perspektiv kan vi ocks krva att den ska bidra till en

    lngsiktigt hllbar utveckling av samhllet som helhet.

    Mnga av de olika delomrdena fr en biobaserad industri studeras och utvecklas inom olika

    discipliner. Systemanalytiska studier kan ka frstelsen fr de mjligheter och

    begrnsningar som systemvillkor p olika niver ger. En teknik, produkt eller tjnst mste

    kunna uppfylla systemvillkoren p alla plan samtidigt fr att bli framgngsrik. I figur 7

    skissas schematiskt ett exempel p hur en bioraffinaderiindustri kan sttas i ett sammanhang

  • 25

    av samverkande system. Systemanalys kan ka frstelsen fr hur bioraffinaderiet pverkar

    och pverkas av sin omgivning, och p s stt ligga till underlag fr en kortsiktigt mjlig och

    lngsiktigt konkurrenskraftig och hllbar utveckling.

    Vidare behvs systemanalys fr att identifiera prioriterade insatsomrden och kunna gra

    informerade strategiska satsningar. Sverige br nyttja den tradition och kompetens som man

    besitter inom omrdet och bygga vidare p denna genom utkade satsningar p systemanalys

    och systemanalytiska verktyg fr att hja system-kompetensen och system-kunskapen inom

    industri, akademi och samhlle. P detta stt kan omrdet utvecklas som ett verktyg fr

    strategiskt beslutsfattande. Hr r det viktigt att ppeka att tvrsektoriella samarbeten,

    kommunikation (fr vilka insatser beskrivitis i tidigare delar av agendan) och systemanalys

    hnger ihop och delvis r beroende av varandra fr att full nytta skall uppns. Baserat p detta

    r vr sikt att systemanalys br vara en integrerad del i de flesta projekt inom ramen fr

    agendan redan i utvecklingsstadiet fr att inte bli ett phng i efterhand. Projekt som p ett

    strukturerat stt inkluderar systemanalys av olika slag br drfr prioriteras och att inkludera

    integrerad systemanalys br uppmuntras av offentliga finansirer.

    Systemsyn p biorvaror - Rvarueffektivitet. Bioraffinaderi-verksamhet i Sverige har hittills

    huvudsakligen fokuserat p skogsrvara. Processum-klustret i rnskldsviksregionen r ett

    framgngsrikt exempel p detta. Sverige har dock inte endast en stor skogsindustri, utan

    ocks en viktig jordbrukssektor primrt lokaliserat till sdra delar av landet som genererar en

    stor mngd rester och avfall som idag inte r optimalt utnyttjat. ven marin och akvatisk

    biomassa kan utnyttjade p hllbart stt bidra till den mngfald som kan behvas fr att

    tillfredsstlla kommande behov av produkter. Vi tror att det r viktigt att alla dessa sektorer

    samverkar fr att bygga nya framtidsstrategier fr en effektiv och hllbar resursanvndning.

    Vidare anser vi att insatser behvs fr att studera hur mervrdet av biobaserade rvaror kan

    maximeras. Dock behvs i detta sammanhang ven en nyanserad diskussion kring vad som r

    ett maximerat mervrde (klimatvrde? arbetstillfllen? frdlingsvrde? etc.?) och vem det r

    som bestmmer nyttan. Hr anser vi att det r viktigt att man i vrderingen inkluderar hela

    vrdekedjan frn rvara till slutprodukt inklusive biprodukter och eventuell

    materialtervinning samt att man ser systemkopplingar och sker integrerade

    Bio-industri

    T1 - t

    eknik

    T2 - m

    arkna

    d

    T3 - s

    amh

    llsek

    onom

    i

    T4

    Natur

    liga s

    ystem

    , eko

    syste

    m

    T5

    vrde

    ringa

    r

    T1 Teknik

    Teknisk prestanda

    Processintegration

    T2 Marknad

    Fretagsekonomi

    Affrsutveckling

    Innovationssystem

    T3 - Samhllsekonomi

    Nationalekonomi

    Styrmedel

    Politik

    T4 Naturliga system, ekosystem

    Resursbegrnsningar

    Tillgng, efterfrgan

    Frnybarhet?

    Uthllighet?

    Ekosystembegrnsingar

    Klimat

    Frsurning

    Biologisk mngfald

    T5 Vrderingar

    Mnskliga rttigheter

    Rttvisa ver geografiska grnser

    Rttvisa ver sociala grnser

    Rttvisa ver generationsgrnser

  • 26

    systemlsningar dr tekniker, produkter och process kompletterar varandra. Det handlar om

    nya produkter och processer och deras miljpverkan br analyseras fr att kunna jmfras

    och utvrderas p lika villkor med exempelvis livscykelanalys.

    Tillgngligheten och tillfrseln av biomassa har vissa utmaningar, jmfrt med mnga av

    dagens fossila energibrare. Biomassaresurserna r utspridda och biomassa r en

    frhllandevis bulkig och variabel rvara. Detta innebr att effektiva system fr tillfrsel av

    biomassa kommer att vara viktigt fr ett effektivt industriellt nyttjande. Karaktrisering av

    mjligheter med olika biorvaror r ocks viktigt fr en framtida effektiv multifrsrjning

    med biorvaror till olika industrier. Bioraffinering brjar i skogen/p kern/i havet och hr

    behvs mer kunskap och erfarenhet byggas upp kring hur effektiva system fr hela

    frdlingskedjan kan utformas. Vidare br fokus ven lggas p studier rrande hur

    biorvaran kan utnyttjas utan att verutnyttjas. Om det verordnade mlet r hllbar

    utveckling r det viktigt att ven de natur- och kultur vrden som finns i skogs- och kermark

    inkluderas och vrderas samtidigt med de ekonomiska vrden som rvaruproduktionen

    skapar.

    Systemsyn p energianvndning - Energieffektivitet. Alla bioraffinaderikoncept inkluderar per

    definition olika typer av energiflden och har i olika utstrckning mjlighet att leverera

    energiprodukter, antingen som huvudprodukter (biodrivmedel och el) eller som biprodukter

    (till exempel fjrrvrme) som, effektivt utnyttjade, kan hja lnsamheten i de studerade

    koncepten. Nya system och processer som utvecklas br, fr att vara internationellt

    konkurrenskraftiga, integreras p ett effektivt stt med den befintliga industristrukturen och

    de befintliga processerna. Hr ser vi att processintegration r centralt och br vara en

    integrerad del i analyser och projekt som syftar till att utveckla och vidareutveckla

    bioraffinaderitekniker och koncept (grna tillsammans med andra systemanalytiska

    angreppsstt/verktyg). Bde fr att finna effektiva processer och fr att integrera dessa till de

    befintliga systemen p ett kostnads- och energieffektivt stt.

    5.5 LNGSIKTIG KOMPETENSFRSRJNING

    Genom en kraftfull satsning p forskarskolor vid universitet och hgskolor (UH), dr

    spetskompetens inom viktiga tekniska och naturvetenskapliga discipliner kan utbildas och

    samtidigt f en tvrvetenskaplig och samhllelig frstelse fr omrdet kan rtt kompetens

    skras. De satsningsomrden som frsls och som mste frstrkas (med en tvrvetenskaplig

    vinkling) r industriell bioteknik, grn kemi och biokemi, biomaterial, bioprocess- och

    separationsteknologi, bioresursteknologi samt systemanalys. Forskarskolorna skulle kunna

    med ett gemensamt namn vara verksamma inom bioraffinaderi. En utmaning hr r att

    utveckla spetskompetens men med ett tvrvetenskapligt synstt. Inom forskarskolorna skall

    finnas en stor och bred interaktion med fretag, institut och organisationer och stdtgrder

    fr gemensamma grnsverskridande forskningsprojekt. Innovationstdjande tgrder kan

    med frdel kopplas till forskarskolorna. Inom ramen fr forskarskolorna freslr vi ocks att

    utbildnings- och informationsmaterial tas fram samt att fortbildning fr grundskole- och

    gymnasievsendet etableras. Det ntverk av UH som etableras genom forskarskolorna kan

    vidare ta till sig internationella influenser och implementera kunskap inom grundutbildning

    vid UH. P detta stt kan man dels f ut kompetent i personal i fretags-sfren (nydisputerade

    och masterexamina) och skra kompetensfrsrjning lngsiktigt (frstelse i samhllet och

    kad kunskap i skolan).

    6 Sammanfattande slutsatser Vad krvs fr en omstllning?

    Fr att Sverige i framtiden ska ha en internationellt konkurrenskraftig bioraffinaderiindustri

    kommer det att behva utvecklas multidisciplinra kluster och en integration mellan olika

    befintliga branscher och kompetenser. Omstllningen frn den existerande industristrukturen

  • 27

    krver utveckling och vidareutveckling inom olika teknikomrden exempelvis bioteknik,

    frgasning, fraktionering, separationsteknik och materialteknik. Teknikerna behver

    kostnadseffektiviseras, demonstreras och industrialiseras. Produkterna behver effektiva

    distributionssystem och hjlp till marknader dr de r konkurrenskraftiga. Att utveckla en

    branschverskridande bioraffinaderisektor handlar om att p sikt bygga upp en ny industri

    och mnga stora produktionsanlggningar vilka ofta r investeringar i mngmiljardklassen.

    Utver investeringskapital krver industriell omstllning god samverkan mellan ett stort antal

    olika aktrer, som etablerade industristrukturer inom till exempel skogs-, energi-, material-

    och kemiindustri, sm innovationsfretag, universitet och hgskolor, institut, kunder och inte

    minst politiska beslutsfattare. Det handlar om att utveckla teknik, att skapa frutsttningar fr

    att tekniken kommer till anvndning genom att etablera starka tvrsektoriella branschntverk

    och kluster samt verktyg i form av bland annat testbddar fr implementering av innovationer

    i kommersiella tillmpningar. Vidare mste goda och lngsiktiga mjligheter fr strategiska

    investeringar skapas och industrin mste anpassas till att effektivare utnyttja tillgngliga

    resurser och bde mta och strka efterfrgan p en internationell marknad. En annan viktig

    del r analys av innovationssystemet och effekterna av olika politiska styrmedel fr att

    understdja framvxten en stark branschverskridande bioraffinaderi