Alternative drivmidler

Benzin og diesel er fossile brændstoffer. Det betyder, at de er udvundet af olie, som gennem millioner af år er blevet dannet af nedbrudte plante- og dyrerester (fossiler). Det er således en begrænset ressource. Da forbrænding af fossile brændstoffer desuden giver anledning til stor CO2-udledning, er der i disse år meget stor fokus på at finde alternative drivmidler.

Med ”alternative drivmidler” menes samtlige alternativer til fossil benzin og diesel, dvs. både fossile alternativer, biobrændstoffer og el/brint.

Udover at olieresourcerne er begrænsede, er der også andre grunde til at anvende alternative former for brændstof til transportsektoren. Klimaændringerne er en af de vigtigste årsager i denne sammenhæng. Menneskeskabte udledninger af CO2, der stammer fra afbrænding af fossile brændsler, påvirker klimaet på jorden gennem den såkaldte drivhuseffekt, hvorved jordens klima bliver varmere. Transportsektoren er en stor bidragsyder i denne sammenhæng. I Danmark står transportsektoren således for 20 % af Danmarks samlede CO2-udledning.

En anden faktor er spørgsmålet om forsyningssikkerhed. Politiske forhold kan give anledning til, at der ikke er en stabil tilgang til råolien, hvilket kan have fatale følger for hele samfundets økonomi. Endelig er der et politisk ønske i EU om at støtte beskæftigelsen og økonomien i landområderne. Biobrændstoffer kan både fremstilles ud fra restprodukter, fx halm, og ud fra egentlige energiafgrøder, fx raps, der dyrkes specifikt med henblik på fremstilling af brændstof. Ved at øge anvendelse af biobrændstoffer er der mulighed for at skabe vækst og økonomisk fremgang i landområderne.

I dag findes der en række alternative drivmidler til transportsektoren. Nogle af disse alternative brændstoffer kan medvirke til at nedsætte CO2-udledningen fra transportsektoren, ligesom de kan medvirke til øget forsyningssikkerhed og økonomisk udvikling af landområder. Men de alternative brændstoffer har vidt forskellige egenskaber og anvendelsespotentiale. Ser man fx på de forskellige alternative brændstoffers samlede CO2-udledning, skal man tænke hele processen igennem:

- hvor kommer råstofferne fra?
- hvordan produceres brændstofferne?
- hvilke udslip sker der, når de anvendes?

Det kan derfor være vanskeligt at afgøre, hvor godt et alternativt drivmiddel i virkeligheden er, og om den mest hensigtsmæssige anvendelse er i transportsektoren eller i andre sektorer.

Hvor meget energi kan vi dyrke?

Biobrændstof er i modsætning til olie og gas, der pumpes op fra undergrunden, en fornybar ressource, men biobrændstof er ikke nogen ubegrænset ressource. Der er grænser for, hvor meget biobrændstof der vil kunne produceres i Danmark pr. år. Det gælder uanset om biobrændstoffet produceres ud fra restprodukter og affald eller ud fra egentlige energiafgrøder.

Med det nuværende energiforbrug i transportsektoren vil biobrændstoffer alene kunne dække en mindre del af energiforbruget.

Det Jordbrugsvidenskabelige Fakultet på Århus Universitet vurderer, at der er et samlet potentiale på knap 2,5 mio. ton halm årligt til energiformål (fyring og ethanolproduktion). Af disse 2,5 mio. tons halm kan der, baseret på erfaringer fra Inbicon-anlægget, produceres 450–550 mio. liter bioethanol. Det svarer til omkring 15 % af det danske benzinforbrug.

Hvis al benzin i dag skulle erstattes med bioethanol, vil det svare til et årligt forbrug af bioethanol på godt 3,5 mia. liter. Det betyder, at der vil skulle lægges beslag på omkring 8.000 km2, svarende til godt 30 % af det dyrkede areal i Danmark, hvis vi skulle producere den mængde bioethanol. Tilsvarende vil produktion af biodiesel baseret på raps lægge beslag på ca. 19.000 km2, svarende til 73 % af det opdyrkede areal i Danmark for at dække det danske dieselforbrug.

Hvis hele transportsektorens energiforbrug skal dækkes med indenlandsk produktion af bioethanol og biodiesel kræves således et areal på ca. 27.000 km2, hvilket er af samme størrelsesorden som det samlede opdyrkede areal i Danmark. Dette er ikke realistisk, når der samtidig skal opretholdes en produktion af fødevarer.

Produktion af animalsk biodiesel

Der kan produceres biodiesel fra fedtaffald fra slagterier og fra destruktion af døde dyr. Dette kan dække en lille del af dieselforbruget, og det er en god måde at udnytte disse ressourcer på. Dog er det primære mål fremadrettet at minimere affaldsmængderne og antallet af døde dyr i landbruget.

Biogas

Biogas fremstilles fra biomasse gennem forrådnelsesprocesser, enten i forbindelse med rensningsanlæg, affald fra levnedsmiddelindustrien eller fra sorteret husholdningsaffald. Biogas består næsten udelukkende af metan. Biogas er specielt interessant ud fra et klimaperspektiv, da den samlede CO2-udledning kan ende med at være meget lavt. Ligesom for de andre biobrændstoffer gælder, at den CO2, der udledes, når man kører i biogasbilen, stammer fra den CO2, der er optaget i den biomasse, gassen er fremstillet af. Der er derfor tale om et CO2-kredsløb, der ikke ændrer på CO2-indholdet i atmosfæren. Bortset fra en lavere samlet CO2 udledning har biogas de samme egenskaber som naturgas.
Hvor stor en CO2-reduktion der opnås ved at bruge biogas i stedet for almindelig benzin afhænger af, hvilken type biogas der er tale om, og hvordan den er produceret, og om man i beregningerne medtager den CO2-reduktion, der fremkommer ved, at gyllen ikke afgasser på markerne.
I EU’s VE-direktiv indeholder en liste med typiske værdier for reduktioner af drivhusgasemissioner for en række forskellige former for biogas:

Organisk kommunalt affald, som komprimeret naturgas 80 % CO2-reduktion
Gyllle, som komprimeret naturgas 84 % CO2-reduktion
Fast husdyrsgødning, som komprimeret naturgas 86 % CO2-reduktion

Biogas skønnes ikke at have mindre udslip af partikler end en benzinbil eller en dieselbil med partikelfilter. Til gengæld vil udslippet af sundhedsskadelige kvælstofoxider være mindre fra en biogasbil end en dieselbil.
Biogas (og naturgas) kan også bruges som brændstof sammen med diesel i såkaldte dual-fuel motorer. I en dual-fuel motor sprøjtes en mindre mængde diesel ind i motoren, og når denne diesel selvantænder, starter forbrændingen af gassen. En motor med kompressionstænding har bedre virkningsgrad end en motor med gnisttænding, og derfor er CO2-udledningen mindre, når biogas og naturgas bruges i dual-fuel motorer, end når det bruges i benzinmotorer.

Biogas skal opgraderes, før det kan distribueres i det danske naturgasnet. Denne opgradering er forbundet med en ekstra omkostning, der kan gøre gassen uforholdsmæssig dyr.

Biogas er ud fra et langsigtet perspektiv mere interessant end naturgas, da klimapåvirkningen er meget mindre. I centerets forsøgsordning indgår forsøg med gas.

Biodiesel

Biodiesel er et brændstof baseret på biologisk materiale, som typisk vil være kemisk forædlede planteolier eller oparbejdede affaldsprodukter fra slagterier og lignende. Det betyder, at man kan dyrke de nødvendige afgrøder på markerne – 1. generations biodiesel, eller udnytte spildproduktion fra slagterierne – 2. genereations biodiesel.
Mest udbredt er apsmetylester (RME), der er lavet fra raps og dermed er 1. generations biodiesel. RME bliver i dag solgt fra flere tankstationer i Europa iblandet almindelig diesel - 7 % RME/93 % diesel. Ved produktionen af RME fremkommer der biprodukter, blandt andet rapskager, der bruges som foder til køer.
Biodiesel kan ved lave iblandinger, dvs. under 7 %, anvendes i almindelige dieselmotorer, og det kræver derfor ingen teknologisk omstilling. Derudover kræver det kun mindre ændringer af det eksisterende distributionsnet for at kunne distribueres.

CO2-reduktion

Hvor stor en CO2-reduktion, der opnås ved at bruge biodiesel i stedet for almindelig diesel, afhænger af hvilken type biodiesel, der er tale om, og hvordan den er produceret.
I EU’s VE-direktiv er der anført typiske værdier for reduktioner af drivhusgasemissioner for en række forskellige former for biodiesel i forhold til almindelig diesel:

Baseret på rapsfrø, 45 % CO2-reduktion
Baseret på sojabønner, 40 % CO2-reduktion
Baseret på vegetabilsk eller animalsk affald, 88 % CO2-reduktion

Biodiesel er biologisk nedbrydeligt. Sammenlignet med almindeligt diesel har det både fordele og ulemper i forhold til øvrige udslip af skadelige stoffer. Biodiesel i høje iblandinger kan have en uheldig virkning på pakninger i brændstofsystemet og på motorolien. Derfor skal der skiftes til andre materialer, hvis biodiesel ønskes anvendt i høj koncentration eller ren form. Motorolien skal skiftes oftere end ved almindelig diesel.
Mht. emissioner af partikler og NOx viser forsøg, at biodiesel giver lidt forøget NOx-udledning, reduceret udledning af HC og reduceret partikelmasse. Størrelsesfordelingen af partiklerne ændres dog i retning af flere ultrafine partikler. Partikelfiltre vil til en hver tid kunne fjerne disse partikler fra udledningen.

Der findes produktion af RME i Danmark, der pt. mest eksporteres til udlandet.
Der findes ligeledes en produktion af 2. generations biodiesel fra slagteriaffald mv. i Danmark. Dette kaldes animalsk-fedtsyre-metylester (AFME). AFME er temmelig tyktflydende og kan ikke umiddelbart anvendes i ren form, men må iblandes almindelig diesel.

Trafikstyrelsen har administreret en forsøgsordning om brug af biodiesel i afgrænsede flåder. Du kan læse afrapporteringen af de enkelte forsøg med biodiesel her eller hente den sammenfattende rapport om biodiesel her. (Rapporten findes også i trykt udgave og kan fås ved henvendelse til os.

Brint

Brændselscellen i en bil er et slags batteri, der omdanner kemisk energi til elektricitet, der kan drive en elmotor. Der betyder, at den eneste udledning fra bilen er vanddamp. Brændselscellen får sin kemiske energi fra hydrogen (brint) eller metanol. Bilen tankes med hydrogen og metanol, ligesom almindelige biler tanker benzin eller diesel. Det er vigtigt for rækkevidden og løser den elektriske bils udfordring, hvad opladning angår.
De biler, der i dag anvender brændselsceller, er alle prototyper, der er en del udviklingsarbejde endnu, før de kan sættes i produktion.
Hydrogen kan dog også bruges i en modificeret forbrændingsmotor. Denne teknologi har været kendt i mange år, men er aldrig blevet udbredt.

Potentiale for CO2-reduktion

Hydrogen er ikke er en primær energikilde. Man kan ikke finde hydrogen frit i atmosfæren. Hydrogen skal altså først fremstilles, og den proces er energikrævende. Derfor er det produktionsprocessen og distributionen, der er afgørende for, om der er en klimamæssiggevinst.
Hvis hydrogen fremstilles fra naturgas, vil det kun lede til CO2-reduktion, hvis hydrogenen anvendes i brændselsceller. Anvendes hydrogenen i forbrændingsmotorer leder det til en større CO2-udledning end konventionelle brændsler og CNG. Hvis hydrogenen til gengæld fremstilles fra vedvarende energikilder, som for eksempel vindkraft, er CO2-udledningen meget begrænset.
Hydrogen kan blive særlig attraktiv som energibærer i transportsektoren, hvis den fremstilles ud fra vindmøllernes overskudsstrøm. Danmark har en stor og voksende andel af vindmøllestrøm, og i perioder med overskudsstrøm vil denne kunne bruges til produktion af hydrogen.

Bioethanol

Bioethanol er baseret på plantemateriale, typisk sukkerrør, sukkerroer eller halm. Bioethanol produceres og anvendes i meget stor skala i Sydamerika og en række andre lande. Også i Europa anvender man ethanol som brændstof. I almindeligt markedsført benzin kan der være op til 5 % ethanol, og benzinen overholder stadig de gældende normer for benzin. Derfor har bilerne ikke tekniske vanskeligheder ved at køre på denne blanding. I Danmark markedsføres benzin med 5 % ethanol som Bio95.

Ethanol bliver oftest anvendt iblandet benzin med op til 85 % ethanolindhold – kaldet E85, som sælges blandt andet i Sverige. Nogle steder i verden sælges det dog også som 100 % ren ethanol.

For at køre på høje blandingsforhold kræver det nogle ændringer af motoren og dens styringssystem. Biler, der både kan køre på E85 og benzin, kaldes Flexifuel biler. Typisk vil denne modifikation betyde en merudgift på 5-10.000 kr. før afgift for en almindelig personbil.

Ethanol har et højt oktantal, der betyder, at motoren kan designes, så den kører mere effektivt.

Potentiale for CO2-reduktion

CO2-reduktionen ved brug af bioethanol afhænger af, hvilken type bioethanol, der er tale om, og hvordan den er produceret.
I EU’s VE-direktiv opgives CO2-reduktionerne af de forskellige typer som angivet nedenfor:

Sukkerroer (1. generation) 61 % CO2-reduktion
Sukkerrør (1. generation) 71 % CO2-reduktion
Hvedehalm (2. generation) 87 % CO2-reduktion

Halmballer
I dag produceres der 2. generations bioethanol baseret på halm i Danmark. Der vil dog ikke være tilstrækkelige mængder halm mv. til rådighed til at dække hele det nuværende danske benzinforbrug med bioethanol.

EU regulering

I EU har man en målsætning om at fremme anvendelsen af energi fra vedvarende energikilder både generelt og for transportsektoren specifikt. Det er beskrevet i VE-direktivet.

Det overordnede mål i EU er, at 20 % af energibehovet skal dækkes af vedvarende energi i 2020. Europæsike flag For transportsektoren er målet, at 10 % af energibehovet skal dækkes af vedvarende energi.

I forhold til målsætningen for transportsektoren er EU-direktivet udformet således, at biobrændstoffer, der produceres på basis af affald og restprodukter m.v., dvs 2. generations biobrændstoffer, tæller dobbelt. Elbiler, der kører på strøm produceret fra vedvarende energi, kan også være med til at opfylde kravet om 10 % VE i transportsektoren i 2020, og VE-strøm, der anvendes til opladning af elbiler, tæller 2,5 gange i opgørelsen af VE i transportsektoren.

Tvungen iblanding

EU-direktivet er i Danmark gennemført ved lov om bæredygtige biobrændstoffer samt bekendtgørelse om biobrændstoffers bæredygtighed mv. Det betyder, at olieselskaberne fra 2010 er tvunget til at iblande biobrændstof i de brændstoffer, der afsættes på det danske marked.

Naturgas

Naturgas til brug i biler betegnes ofte som CNG, hvilket står for Compressed Natural Gas. Det må ikke forveksles med LPG, der står for Liquified Petroleum Gas, og som vi normalt kalder flaskegas. Naturgas er ligesom benzin og diesel et fossilt brændstof. Det er udvundet fra jordskorpen og består af cirka 90 % metan og 10 % butan og propan. Naturgas som drivmiddel anvendes i stort omfang i Argentina og Brasilien og i mindre omfang i en række andre lande.
Den samlede CO2-udledning fra en naturgasbil nærmer sig niveauet for en tilsvarende dieselmodel, men er ca. 20 % mindre end for en tilsvarende benzinmodel, som er mindre energieffektiv end en dieselmotor. Det forventes, at naturgas i fremtiden vil have endnu lavere udslip end diesel, efterhånden som naturgasteknologien udvikles. Naturgassens samlede CO2-emmision er meget afhængig af, hvordan produktionen og distributionen foregår. Det samlede energiforbrug er større for naturgas end for benzin. Dette skyldes blandt andet den energi, der skal til for at bringe naturgas under højt tryk.
I Danmark sælges der ikke biler, der kan anvende naturgas. I regi af vores forsøgsordning foretages der forsøg med brug af naturgas i afgrænsede i flåder.
Naturgas kan anvendes i en modificeret benzinmotor. Da mulighederne for at tanke naturgas de fleste steder er begrænsede, kan det for at opnå en rimelig rækkevidde være nødvendigt at udstyre bilen med to tanksystemer. Et til gas og et til benzin. Biler, der således er konstrueret til to forskellige drivmidler, fx naturgas og benzin, kaldes for Bi-fuel.
Naturgas (og biogas) kan også bruges som brændstof sammen med diesel i såkaldte dual-fuelmotorer. I en dual-fuelmotor sprøjtes en mindre mængde diesel ind i motoren, og når denne diesel selvantænder, starter forbrændingen af gassen. En motor med kompressionstænding har bedre virkningsgrad end en motor med gnisttænding, og derfor er CO2-udledningen mindre, når biogas og naturgas bruges i dual-fuel motorer, end når det bruges i motorer med gnistantænding.
Sammenlignet med en moderne dieselmotor forventes det ikke, at naturgas vil give nogen nævneværdig fordel hvad angår udledning af sundhedsskadelige stoffer og partikler.

Distribution af naturgas

I Danmark er der i forvejen et omfattende naturgasledningsnet, men der er stadig store omkostninger forbundet med at opstille de nødvendige tankanlæg.

Vegetabilsk olie

Vegetabilske olier er fx koldpresset rapsolie, der typisk anvendes i biler. Det vil sige, at man ikke raffinerer brændstoffet, men anvender det i sin direkte form.

Anvendelse af koldpresset rapsoile forudsætter ombygning af køretøjerne, da motoren skal skylles igennem med almindelig diesel i forbindelse med start og stop. Denne ombygning kræver en nøje tilpasning, før kørslen kan fungere problemfrit.

En anden udfordring i forbindelse med kørsel på rapsolie er, at produktet er et naturprodukt, hvor der er stor variation i kvaliteten. Det forudsætter løbende analyse og kontrol med leverancerne.

Vegetabilsk olie vil kun kunne finde anvendelse i afgrænsede flåder, som fx offentlig trafik.
Center for Grøn Transport har administreret et forsøg med koldpresset rapsolie i lastbiler, busser og varebiler. Læs rapporten her.

Potentiale for CO2-reduktion

Erstattes almindelig diesel med vegetabilsk olie kan det medføre en markant CO2-reduktion, men det skal modregnes, at der ved landbrugsproduktionen kan være øget udledning af lattergas, N20, der er en kraftig drivhusgas. I EU’s VE-diretiv er ren vegetabilsk olie fra rapsfrø angivet til at give en typisk reduktion i CO2-udledning på 58 %.

Biomethanol

Methanol (træsprit) er den simpleste form for alkohol. Det kan anvendes som brændstof – enten i ren form eller iblandet andre brændstoffer. Methanol kan anvendes i brændselscellebiler. Ligesom bioethanol kan biomethanol fremstilles ud fra plantedele, og er dermed en vedvarende ressource. I Californien er der tidligere anvendt en blanding af 85 % metanol og 15 % benzin.

Hvor stor en CO2-reduktion, der opnås ved at bruge methanol i stedet for almindelig benzin, afhænger af hvilken type, der er tale om, og hvordan den er produceret.
I EU’s VE-direktiv opgives reduktionerne for methanol som følger:

Træaffald 94 % CO2-reduktion
Dyrket træ 84 % CO2-reduktion

Biomethanol er meget giftigt, har aggressive egenskaber overfor motordele og har et lavt energiindhold. Generelt vurderes det, at bioethanol er mere velegnet som brændstof end biomethanol.

Elbiler

Elbiler og plug-in hybridbiler er også teknologier med stort potentiale i forhold til reduktion af CO2. Center for Grøn Transport har vedvarende fokus på disse teknologier, og under menupunktet Elbiler kan du finde oplysninger om bilernes teknologi, miljøegenskaber samt status for udviklingen.

I regi af centerets forsøgsordning har vi givet tilskud til flere demontrationsprojekter med elbiler, som vil tilføre yderligere viden på området.

Dimetyleter

Dimetyleter (DME) kan fremstilles på basis af enten fossile kilder, som naturgas eller biologisk materiale, som træflis, og DME kan anvendes som drivmiddel i en modificeret dieselmotor.

Både brændstof og køretøjer er i dag på forsøgsniveau, og teknologien er derfor ikke tilgængelig på markedet.

Potentiale for CO2-reduktion

CO2-reduktionen er afhængig af hvilken type DME, der er tale om, og hvordan det er produceret. Ifølge EU’s VE-dirktiv har DME produceret på træprodukter typisk et CO2-reduktionspotentiale på 92-95 %.

Fordele/Ulemper

Der er store potentielle miljøfordele ved DME. Det er således muligt at opnå meget lave udslip af partikler og kvælstofoxider uden brug af efterbehandlingsudstyr på bilen. DME har desuden specielle egenskaber, der nedsætter støjen fra dieselmotoren og letter koldstarter. I fremtiden kan DME også anvendes som brændstof i brændselsceller. En af de store ulemper ved DME er, at det som flaskegas skal holdes under tryk for at være flydende. Det vanskeliggør distribution og tankning, og det eksisterende net kan ikke anvendes. Dertil kommer, at stoffet kræver væsentlige ændringer af motoren og brændstofsystemet.
DME stiller særligt store krav til motorteknologi og til motorkomponenter, da DME er mere aggressivt over for pakninger og har mindre smørende effekt på de bevægelige dele i motoren.

Her hjemme har Haldor Topsøe forsket i DME i mange år.

Kontakt

Konsulent
Ulrich Lopdrup

Mail

Civilingeniør
Niels Frees

Mail

Send en mail

Sammenfattende rapport om forsøg med biodiesel

Trafikstyrelsen har udarbejdet en sammenfattende rapport som afslutning på forsøgene med biodiesel. Rapporten forligger i trykt udgave og kan rekvireres ved henvendelse til Stine Burkardt eller den kan hentes her.

Seminar om biodiesel

I forbindelse med afslutningen af forsøg med biodiesel i afgrænsede flåder afholdt Trafikstyrelsen et seminar den 26. januar 2011. Deltagerliste og præsentationer kan hentes nedenfor:

1 Erfaringer intro v/Trafikstyrelsen

2 Erfaringer vegetabilsk biodiesel

3 Erfaringer med animalsk biodiesel

4 Erfaringer med koldpresset rapsolie

5 Ydelse og emissioner

6 Partikelmålinger

7 Forsyning med markeds biodiesel B5

8 Forsyning højere iblandinger

9 Opsamling & udvikling v/Trafikstyrelsen

Deltagerliste

Elbilsredegørelse

Trafikstyrelsen har udgivet en redegørelse om el- og plug-in hybridbiler. Du kan rekvirere redegørelsen i trykt version ved henvendelse til Stine Burkardt. Du kan også hente den her.