Session 29 Maria Grahn

Chalmers University of Technology

Transportforum 2011 Maria Grahn

Fossila bränslen, biobränslen eller Fossila bränslen, biobränslen eller vätgas som framtidens vätgas som framtidens

fartygsbränsle?fartygsbränsle?

Resultat från en global energisystemmodellResultat från en global energisystemmodell

Maria Grahn

Fysisk Resursteori, institutionen för Energi och Miljö Chalmers Tekniska Högskola

Göteborg



Frågor

• Kostnadseffektiva val av drivmedel vid hårda CO2-minskningsmål?

• Påverkas drivmedelsvalen av teknikutvecklingen i andra energisektorer?

Publikation: Grahn M, Azar C, Williander MI, Anderson JE, Mueller SA and Wallington TJ (2009). Fuel and vehicle technology choices for passenger vehicles in achieving stringent CO2 targets: connections between transportation and other energy sectors. Environmental Science and Technology 43(9): 3365–3371.

Modellen är anpassad för analys av drivmedel och fordonsteknik för bilar.

Nu första gången resultat för fartyg visas. Modellen ej omgjord. Kan ändå ge insikter.



SUPPLYBIOMASSCOALHYDRONATURAL GASNUCLEAROILSOLARWIND

GET-RC 6.1 GET-RC 6.1 Linjärprogrammerad kostnadsminimerande energisystemmodell Linjärprogrammerad kostnadsminimerande energisystemmodell

Generarar den mix av fordonsteknik och drivmedel som uppfyller den uppskattade efterfrågan på transporter (och begränsningar) till lägsta totala

energisystemkostnad.

Constraining the CO2

emissions

Viktig begränsning: Biomassa-potentialen är begränsad

CO2 emissions

CCS: CO2 storage

from fossil fuels and biomass

Carbon cycle model

Atmospheric CO2 concentration

ENERGY CONVERSIONS

DEMAND ELECTRICITY, HEAT, TRANSPORTATION

Petro: Gasoline

Diesel Kerosene

Hydrogen

Synthetic fuels: BTL, CTL, GTL

Electricity

Natural gas

Heat

Analyserar effekten av att ändra CO2-minskningskravet

Analyserar effekten av att CCS i framtiden

finns tillgängligt eller ej.



Några antaganden• Framtida efterfrågan på energi, befolkningsutveckling, BNP-

utveckling är tagna från IIASAs scenario “C1”.• Jordens befolknings antas vara ca 10 miljarder år 2050 och

nästan 12 miljarder år 2100. • Ambitiös energieffektivisering. Alla sektorer antas halvera

energianvändningen per produkt år 2100 jämfört med business as usual (0.7% per år).

• Även fordon antas bli 0.7% effektivare per år, dvs 0.3% per år genom förbättrad aerodynamik, luft- och rullmotstånd och eco-driving och 0.4% effektivare drivlina (gäller bränsleceller och förbränningsmotor, batterier antas bli 0.12% effektivare per år).

• Globala tillgångar på olja och naturgas inkluderar även tjärsand, tunga oljor och oljeskiffer (dvs olja 12000 EJ, NG 10000 EJ).

• Den årliga tillgången på biomassa antas maximalt kunna bli 200 EJ/år.

• Några exempel på produktionskostnader för olika fordonstekniker är bränsleceller: 125 $/kW, vätgastankar: 2500 $/GJ, naturgastankar: 1150 $/GJ, fordonsbatterier till bilar: 450 $/kWh (varieras i originalstudien).



ResultatFörst resultat då det inte finns några begränsningar på CO2-

utsläppen.

Bränsleval för fartyg globalt

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

EJ/

yr

H2.FC

H2.IC

NG

CTL/GTL

BTL

OIL

OLJA

CTL

- Kolbaserade drivmedel ersätter oljebaserade drivmedel



Bränsleval för fartyg globalt. Utan CCS.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

EJ/

yr

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

EJ/

yr

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

EJ/

yr

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

EJ/

yr

400 ppm 450 ppm

500 ppm 550 ppm

OLJA

H2.FC

H2.IC

GTL

NG

OLJA

H2.FC

H2.IC

GTLNG

OLJA

H2.FC

H2.ICGTL/CTL

NG

BTL

OLJA

H2.FC

H2.IC

GTL/CTL

NG

BTL

- Olja, naturgas och vätgas tar stora andelar. Andelen biodrivmedel (BTL) ökar med mindre hårda CO2-krav. - Ju mer vätgas (H2) desto mindre total energiefterfrågan.- Ju mindre hårda CO2-krav desto större andel konventionella bränslen och tekniker



Bränsleval för fartyg globalt. 450 ppm med och utan CCS

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

EJ/

yr

450 ppm utan CCS

OLJA

H2.FC

H2.IC

GTLNG

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2010 2020 2030 2040 2050 2060 2070 2080 2090 2100

EJ/

yr

H2.FC

H2.IC

NG

CTL/GTL

BTL

OIL

450 ppm med CCS

OLJA

H2.FC

H2.ICGTL/CTL

NG

BTL

-CCS minskar CO2-utsläppen till lägre kostnad i stationär sektor (el+värme)

-CCS förlänger eran av konventionella bränslen



Resultat

• Användning av olja och naturgas går att förena med ambitiösa CO2-minskningsmål (om utsläppen minskas i den stationära sektorn).

• Naturgas och vätgas tar stora andelar i alla scenarier.

• Olja används effektivast i transportsektorn (i modellen fasas oljan snabbt ut i den stationära sektorn).

• Biomassa används oftast mest kostnadseffektivt för att minska CO2-utläppen i den stationära sektorn (förändras med olika antaganden, men dominerar aldrig bland transportbränslena).



Insikter från modellresultaten

• Mindre hårda CO2-minskningskrav – tillåter en förlängd era av konventionella

bränslen.– gör att biodrivmedel blir mer kostnadseffektivt.

• Det finns en koppling mellan utvecklingen i den stationära sektorn och transportsektorn – om CCS blir storskaligt tillgängligt kan man nå

ambitiösa CO2-mål även utan att introducera bränsleceller eller motsvarande avancerad teknik i transportsektorn.



Generella insikter• Det finns många alternativ till oljebaserade drivmedel• Tre huvudgrupper har potential att minska fartygens CO2-

utsläpp: Biodrivmedel, naturgas och vätgas• Det finns en hel del dilemman.

– Naturgas är en ändlig resurs och behöver så småningom ersättas.– Biodrivmedel finns redan på marknaden, relativt billigt alternativ,

möjligt att producera i de flesta länder, kan blandas i befintlig infrastruktur och kräver inga stora justeringar av dagens förbränningsmotorer… men…

– Biodrivmedel begränsas av mark- och vattentillgång samt dras med risken för stigande matpriser och tveksamt hållbara odlingssätt… men…

– Om inte vätgas blir storskaligt tillgängligt, till tillräckligt låga kostnader, återstår endast biodrivmedel för att på lång sikt kunna få låga CO2-utsläpp från fartyg.

• Mycket svårt att uttrycka starka åsikter om framtidens drivmedel.

• Oavsett bränsle är energisnåla motorer en mycket viktig pusselbit för att minska CO2-utsläppen.



Klicka här

Samtliga 1296 GET-Samtliga 1296 GET-modellkörningar modellkörningar

sammanställda i ett sammanställda i ett analysverktyganalysverktyg

Documents

Session 29 Maria Grahn