Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Samspill mellom bioenergi, varme, elkraft og transport utnytter ressursene godt og gir bedre klima Fremtidens byer – stasjonær energi Nettverkssamling 21. november 2008, Lysaker Petter Hieronymus Heyerdahl, Institutt for matematiske realfag og teknologi, UMB Under noen av lysbildene er det utfyllende kommentarer eller beregninger

Dagens tekst Energibærere i Norge Hvilke fornybare energikilder har vi? Noen tanker rundt bioenergi og drivstoff Kan jeg bidra? Varme og energi i dag og i morgen Fornybar fremdrift Finnes det konklusjoner? Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Totalt sluttforbruk av energi i Norge etter energibærer i 2007 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Kilde: ssb

BIOENERGI, RESSURSER OG BRUK Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

+ = 32 44 12 CO2 og litt kjemi 1 kg C + 2.7 kg O2 = 3.7 kg CO2 O16 O16 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer O16 + 32 = 44 C12 O16 Forbrenning C12 12 Fotosyntese Eller: 1 kg C + 2.7 kg O2 = 3.7 kg CO2

Hvor mye CO2 binder trær? Tørrstoff i tre: Gran 380 kg/fm3, furu 440, bjørk 500 (kalles basisdensitet) Sammensetning i tørrstoff: 50% C, 43% O, 6% H Innhold av C blir derfor: Gran 190 kg/fm3, furu 220, bjørk 250 For å binde 1 kg C trengs 3.7 kg CO2 1 fm3 gran binder 190 kg • 3.7 kg CO2 = 700 kg CO2 1 fm3 furu binder 220 kg • 3.7 kg CO2 = 800 kg CO2 1 fm3 bjørk binder 250 kg • 3.7 kg CO2 = 900 kg CO2 Skogen i Norge med røtter binder årlig netto ca. 24 millioner tonn CO2 Norge slipper for tiden ut ca 50 millioner tonn CO2 per år Et hus av tre binder 10 – 20 tonn CO2. Tilsvarer utslipp fra en bil i 5 – 10 år Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Energimarkeder i Norge hvor biomasse kan ta andeler Privat romoppvarming og varmt vann, el. 14 TWh Næringsbygg oppv., el. 13 TWh Industri damp/vann, el. 6 TWh Bensin og diesel 4 900 mill liter 49 TWh Fyringsoljer og parafin 1 000 mill liter 10 TWh Båt (fylt i norske havner) 1 800 mill liter 18 TWh Fly 900 mill liter 9 TWh Reduksjonskarbon ind. 940 000 tonn Til sammen 130 TWh Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 86 TWh ~ 8.5 milliarder liter

FINNES DET NOK BIOMASSE? Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer FINNES DET NOK BIOMASSE?

Industri og privat til sammen i dag: 16 TWh Biomasse til energi Industri og privat til sammen i dag: 16 TWh Mulig økt uttak og høsting uten å true artsmangfoldet : 30 TWh (Avfall fra storsamfunn, industri, bioproduksjon og foredling, tre, biogass, deponigass skogsbrensel, grot, halm, kornavrens....) Vi kan tredoble bruk av bioenergi i Norge til 45 TWh (NVE 7/2003 og NVE P06 037) Men det er ikke nok: Andre kilder må inn: Sol, vann, varmepumpe, vind, bølge, tidevann, jordvarme, saltkraft Øke fokus på energikvalitet: Rett energi på rett plass Øke verdikjedeeffektiviteten Viktigst: Bruk mindre. Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Konklusjon biomasseressurser Det er ikke nok biomasse til alle gode formål Den vi har må brukes smart Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

VERDIEN AV BIOVARME Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Kan jeg bidra? Jeg kjøper pelletskamin, flisanlegg eller vedovn og minsker strømforbruket i huset med 10.000 kWh Da kjøper jeg 10.000 kWh mindre fra nettet Kullkraft er dyrest å lage og sjaltes ut først. Min kamin fører til at det lages 10.000 kWh mindre kullkraft 10.000 kWh kullkraft slipper ut 10 tonn CO2 (1 kg/kWh) En vanlig bil slipper ut ca. 160 g CO2 per km 10.000 kg/0.16 (kg/km) = 60.000 km! Å bytte ut 10.000 kWh strøm med for eksempel bioenergi reduserer utslipp tilsvarende 4 års bilkjøring Svar: Ja, du kan bidra, dessuten er det enkelt Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Bjørg og Eivind Strøm på Lesteberg gård i Vestby bidrar Bjørg og Eivind Strøm på Lesteberg gård i Vestby bidrar. 84 plassers barnehage gått fra strøm og olje til biovarme. Støttet av Innovasjon Norge Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Varmer 7 hus 1500 m2 300.000 kWh Investering 700.000 kr Varmepris 30øre + MVA

Bjørg og Eivinds bidrag Råstoff: 130 fm3 = 400 lm3 tørrgran, rydde- og tynningsvirke Erstatter 200.000 kWh elkraft. Sparer 200 tonn CO2 Erstatter 100.000 kWh oljefyrt varme. 10 tonn olje brenner til ca. 30 tonn CO2 Omleggingen reduserer årlige utslipp på ca. 230 tonn CO2 Tilsvarer 1 400 000 km bilkjøring eller 100 biler á 14 000 km per år Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Bioenergi erstatter elkraft - Bidrag fra en boligblokk En boligblokk har 100 leiligheter á 60 m2 som varmes med strøm 7000 kWh romvarme og 3000 kWh varmt vann = 10 000 kWh per leilighet = 1 000 000 kWh for hele bygget Så settes det inn biovarmeanlegg Anlegget er CO2-nøytralt og erstatter 1 000 000 kWh strøm CO2-utslipp reduseres med 1000 tonn per år Anta at en fyrsentral med pelletsbrenner koster 2.5 millioner kr Det utgjør 25 000 kr per leilighet Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Bioenergi erstatter elkraft i boligblokk – en leilighet Energikostnad strøm........: 80 øre/kWh • 10 000 kWh = 8000 kr Pelletsvarme ut av ovnen.: 45 øre/kWh • 10 000 kWh = 4500 kr 10 år med røde tall, Barrierestudiet, Enova, 2007 Besparelse per leilighet per år....................................= 3500 kr Installasjon av vannbåren varme i leiligheten, ca. 30.000 kr + Din andel av pelletsanlegget……..…………………..25.000 kr Total investering per leilighet…………………………….55.000 kr Med årlig innsparing kr 3500, 7 % rente og 20 års nedbetaling kan lånet være på kr 37.000 Må ha støtte på kr 18.000 som er 33 %. Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Regjeringens mål er inntil 14 TWh ny biovarme. Hva er det verdt? Eksempel på mulig fordeling av energien: 4 TWh biovarme erstatter olje – reduserer 1.2 mill tonn CO2 10 TWh biovarme erstatter strøm – reduserer 10 mill tonn CO2 Dette tilsvarer mer enn hele den norske Kyotoforpliktelsen Teknologien finnes Biomassen finnes Behovet er der Mest effektive bruk av biomasse Råd: Begynn på mandag Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Konklusjon varme – i dag Å erstatte strømoppvaring med biovarme gir størst reduksjon av utslipp (1 kg CO2/kWh), men krever en del ombygginger Å erstatte oljefyring med biovarme er logisk, er enklere, men har litt mindre virkning enn strøm ( 0.3 kg CO2/kWh) Bioenergi godt egnet - for større anlegg drevet profesjonelt (skoler, større bygg, boligblokker) - der brenslet har meget lav pris - egen ved i god ovn Varmepumper godt egnet for mindre anvendelser - eneboliger El-oppvarming med smart styring i lavenergiboliger El-oppvarming må ut av sløsehus ENØK er best. Ref: EURELCTRIC 2007: The Role of Electricity Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Varme og energi i morgen – noen eksempler Fjernvarme i tette strøk og etablerte områder med sløsete bygg Hvis fjernvarme blir lønnsomt i nye bygg så bygger vi feil Biovarme i større bygg der fjernvarmen ikke når frem Kraft varme med biobrensel kommer Stirlingmotor Organic Rankine Cyclus (ORC) ”Dampmaskin med kjølevæske” Termoelektrisk Generator (TEG) ”Solcelle drevet av varme” Dyp jordvarme med CHP kommer – venter på boreteknikk Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Biodrivstoff i Norge. Råstofftilgang setter grenser Vi har 30 TWh ledig biomasse OED strategi for bioenergi: 14 TWh ny biovarme innen 2020 Dette krever ca. 18 TWh biomasse Da har vi igjen 12 TWh ledig biomasse Dette kan gi 6 TWh biodrivstoff = 600 millioner liter Bil, fly og båt i dag = 7500 millioner liter fossilt drivstoff Altså under 10 % biodrivstoff fra norske ressurser Vi må ha høyere ambisjoner: 100 % fornybar transport Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Vi må flytte fokus fra biodrivstoff til fornybar fremdrift % Hvor lang tur kjører du? Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Akkumulert: 6 18 30 46 66 83 100 Over 80 % av turene er egnet for el-bil Reisevaneunderøkelsen TØI, 2005

Rett energi på rett plass. Biomassen utnyttes 5 ganger bedre Biodrivstoffabrikk 40 % effektivitet 1.25 kWh/km 0.5 l diesel /mil = 0.5 kWh/km Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Elbil 0.18 kWh/km Biovarme frigjør strøm til drift av elektrisk bil 0.18 kWh/km Pelletfabrikk 80 % effektivitet 90% 0.25 kWh/km Når en bil brenner drivstoff er det under 20 % av energien i drivstoffet som omdannes til mekanisk energi som dytter bilen fremover. Resten blir til varme som vi ikke har bruk for. Om vinteren bruker vi riktignok litt av varmen til å holde bilen varm inni. I fabrikken for biodrivstoff går store mengder av energien i trevirket tapt som spillvarme. Det er ikke enkelt å nyttegjøre seg denne varmen. Slike fabrikker må være store for å bli lønnsomme og da lages det mye varme. Det er vanskelig å finne kjøpere til store mengder varme. Dessuten lager fabrikken varme hele året og det er ikke lett å selge varme om sommeren. Ved å brenne biomassen direkte i huset utnyttes all energien i brenslet fordi vi brenner kun når vi trenger varme. Vi kan på en måte si at den varmen vi ikke får tak i fra bilmotoren og den varmen vi ikke har bruk for fra drivstoffabrikken, den bruker vi i huset. Slik utnyttes energien fem ganger bedre.

Frigjort strøm driver elbiler Vannmagasinene er strømlageret Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 5 elbiler (50.000 km) 4 favner ved 13 lm3 flis 2.6 tonn pellets 10.000 kWh 10.000 10.000 Brennverdier: Ved: 1.6 fm3/favn, 2200 kWh/fm3, η = 0.65 Flis: 300kg/lm3, 3.5 kWh/kg, η = 0.75 Pellets: 4.700kWh/kg, η = 0.8

Varmepumpe frigjør strøm som driver elbiler Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 10.000 kWh 5000 15.000 10.000 5 Elbiler (50.000 km) Varmepumpe Peugeot 106 Electric I en bolig settes det inn en varmepumpe som erstatter 15.000 kWh med elvarme. Varmepumpen bruker 5000 kWh strøm, men frigjør netto 10.000 kWh strøm. 10.000 kWh strøm kan drive en elbil 50.000 km per år. Elektrisk energi har alt for høy kvalitet til å brukes til noe så enkelt som å gi varme.

Bilen kjører et år på 15 m2 solpaneler Nettet er det store batteriet Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 2000 kWh 1 Elbil (10.000 km) Strømproduksjon: 150 kWh/m2 per år. Her er det ikke snakk om frigjøring av strøm, men ny produksjon

Lokaltrafikk og arbeidsreiser kan tas med elbil Jiayuan JY-6356 Think Kewet Buddy Peugeot Partner Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Null CO2-utslipp dersom strømmen kommer fra vind, vann, sol, bølge, biokraft eller er frigjort fra oppvarming Null utslipp lokalt 50% el-bil-km i Norge halverer utslipp og vil kreve kun 6 TWh el. Dette er fint, men: Problem 1: Kort kjørelengde, må ha to biler Problem 2: Dyre batterier, tør ikke kjøpe Mercedes 12 seter

GM, Toyota, Ford, Volvo/Saab kommer med PHEV om 2 - 5 år Løsning: To biler i en. Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV. Strøm til daglig fra store batterier – bensin på langtur 90% fossil 10% bio Vanlig bil 10 % fornybar Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 90% fossil 10% Hybrid bil 10 30% fossil 60% av km på strøm 10% PHEV30km 70 90% av km på strøm PHEV100km 10% 90 En vanlig bil som går på 10 % biodrivstoff vil være 90 % fossil. kjører du en Prius eller annen hybrid på 10 % biodrivstoff vil den også være 90 % fossil, men den bruker noe mindre. Kjører du en PHEV30km viser analysene fra Peter Ciborowski m.fl. at 60 % av kjørelengden vil bli elektrisk. Dersom du kjører resten på på ¼ med biodrivstoff blir kjøringen totalt 30 % fossil. Kjører du en PHEV100km vil bare 10 % av lengden bli på drivstoff. Hvis dette er biodrivstoff blir bilen 100 % fornybar. 10% bio 90% av km på strøm PHEV100km 100 GM, Toyota, Ford, Volvo/Saab kommer med PHEV om 2 - 5 år Kilde: Ciborowski, Peter, et al: Air Emissions Impacts of PHEV in Minnesota’s Passenger Fleet. Plug-in Hybrid Task Force, Minnesota Pollution Control Agency, March 2007.

BYD F6, kinesisk PHEV100km kommer i 2008 BYD F6, kinesisk PHEV100km kommer i 2008. Strøm på turer under 100 km – bensin på langtur Plug-in Hybrid Electric Vehicle: Hybrid med store batterier Lades fra nettet til vanlig Strøm fra bensindrevet generator slår inn på langtur PHEV100km bruker 10 - 15 % bensin gjennom året Bensinmotoren går optimalt siden den med konstant belastning driver en generator                                                                                                                                                                                                      Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 100 km på jernbaserte batterier – 430 km på bensin 70 % lading på 10 minutter – full lading fra kontakt over natten På dashbordet er det to knapper: Trykker du på den ene kjører du for 10 kr/mil med eksos Trykker du på den andre kjører du for 1.50 kr/mil, utslippsfritt. Om to år: Masseproduksjon ren elektrisk BYD e6 300km Hvor fort trenger denne bilen bilen inn i markedet? Når folk oppdager at de får to biler i en og kjører rent og billig 85 - 90 % av kjørelengden, vil vi nok kunne se liknende utvikling som TV og PC med flatskjerm. Det tok ikke lang tid før alle de store skjermene var ute av forretningene. Den største barrieren for kan være at myndighetene ikke klarer å bestemme seg for om det er en elektrisk eller en drivstoffbil. Bilen blir 90 % elektrisk og vil alltid kjøre elektrisk der det er mest bruk for det, nemlig i by, tettbebygd strøk, i rushtrafikk, kø og korte turer der utslippene er størst. Bilen gir så mange miljøfordeler at den bør beskattes som ren elektrisk bil i mange år fremover slik at brukerne, leverandørene og produsentene får stabile og stimulerende rammebetingelser. Det kommer også en ren elektrisk variant i 2009 BYD F6e.

Volvo C30 PHEV110km Li polymer batteri El-motorer i hjulene Flexifuel motor Kommer innen 5 år Samarbeid med SAAB Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Generator Motor i alle hjul Batterier

Ford Escape PHEV50km Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 50 km på strøm gir 0.2 liter/mil i snitt. 70 – 80 % redusert forbruk drivstoff 20 stk leveres Southern California Edison for test i trafikk fra 2007 Batteri: 10 kWh lithium ion

6 seter Joule fra Optimal Energy, Sør-Afrika Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 200 km på en lithium ion batteripakke. Klargjort for 2 pakker PM asynkronmotor forhjuldrift eller en PM asynkronmotor i hvert hjul Serieproduksjon 2010

6 tonns elektrisk lastebil Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer ZeroTruck er bygget på et 2008 Isuzu N Serie chassis. Litium polymer batterier gir 160 km kjørelengde. www.electrorides.com Levering i Los Angeles august 2008

Smith i England har laget elbiler i 80 år Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer 150 – 200 km på en lading 3.5 – 4.6 tonn lasteevne Lithium-Ion Jern-Fosfat batteri – tåler klattlading 8 timers ladetid

24 October 2008: Daimler wins 100-unit Citaro bus order for Abu Dhabi Serie hybridbuss. Hjulene drives kun med elektromotor. Strøm fra generator med forbrenningsmotor. Senere brenselcelle. 24 October 2008: Daimler wins 100-unit Citaro bus order for Abu Dhabi Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Daimler Benz, Citaro, 20 km på strøm Batterier på taket (19 kWh) Lader ved bremsing og utfor Stille og luktfri inn og ut fra holdeplass 20 - 30% redusert forbruk Etanol, biogass, brenselcelle, biodiesel

Bedre batterier kommer Silisium nanostrenger i stedet for grafitt i anoden kan gi 1000 km på en lading. Mulig produksjon om 5 år Amanuensis Yi Cui og kolleger ved Stanford University Stanford Report, December 18, 2007 Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Elbiler gjenvinner mye av bremseenergien. Da betyr bilens vekt mindre. Luftmotstand og rullemotstand betyr mer. Tyngre biler er sikrere.

Ultrakondensator erstatter kjemisk batteri Lagrer 8 ganger så mye energi som blybatterier for sammevekt 0.02 % tap per 30 dager (bly 1 %) Zenn i Canada har kjøpt rettigheter til kondensatoren Kjørelengde 350 – 700 km pr lading Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer EEstor, Texas 52 kWh , 160 kg.

Fremtidens drivstoff er strøm Strøm har mange fornybare kilder: Vann, vind, sol, bølge, bio, jordvarme, ENØK, varmepumpe Mange kilder gir sikker transport Flytende drivstoff har bare to: Fossil C og biologisk C – følsomt El kan gi langt mer enn 10 % fornybar fremdrift i 2020 All veitransport i Norge trenger kun 10 % av vannkraften Begynn nå og avlast sjokket når drivstoffprisene tar av Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Trenger vi ikke biodrivstoff da? Jo, biodrivstoff brukes der alternativer ikke finnes: Fly Tog uten strøm Ferger og båt Tungtransport og langtransport Disse markedene er mye større enn det vi kan dekke med biomassen vi har i Norge Hvorfor bruke biodrivstoff i bilmarkedet som er det eneste marked der strøm er på vei som alternativ? Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer I 2007 ble det solgt over 9 milliarder liter petroleumsprodukter i Norge til energiformål. Salget av bensin og diesel var 4.9 milliarder liter. Om halvparten av bensin og diesel blir erstatt av strøm er det fremdeles et marked på 2.5 milliarder liter igjen.

Nøkkelen Stasjonær produksjon av energi, må sees i sammenheng Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer må sees i sammenheng og transport stasjonær bruk av energi

Konklusjon: Det er ikke nok biomasse til alle gode formål Konklusjon: Det er ikke nok biomasse til alle gode formål. Biomassen må brukes smart: Bytt ut el-varme og oljefyring med biovarme - best bruk av ressursene og størst CO2-gevinst - frigjør store mengder strøm - avlaster nettene og reduserer behov for gasskraft Fremtidens drivstoff er strøm. Start innføring av elbiler nå - best bruk av ressursene og størst CO2-gevinst - stille og null lokale utslipp - har mange kilder – sikker forsyning - kan komme mye lenger enn 10 % fornybar fremdrift i 2020 - konkurrerer ikke med mat Bruk biodrivstoff der alternativer ikke finnes Distribuert energi sikrer demokrati Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer

Gode vedovner er her – bør få økt utbredelse Gassifiseringsovn for ved med naturlig nedovertrekk Virkningsgrad over 90 % Varme: 70 % vann, 30 % luft Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer wallnoefer.it

Stirlingmotor Kombinert kraft varme, CHP 31kW el + 270 kW varme Oberlech, Østerike Bioenergiens rolle i fremtidens energisystemer Important issues for design of an ecological sanitation system are recycling of plant nutrients as nitrogen phosphorus and potassium, the energy useand potential production of the sanitation system and an approach that views the sanitation system in a larger context - holistic approach. The following slides will illustrate these issues. First ot all - why is ist important to recycle www.stirling.dk