En av de stora utmaningarna framöver är omställningen till en fossilfri fordonsflotta. Forskare på Chalmers vill nu lyfta fram elektrobränslen – syntetisk bensin skapad av koldioxid, vatten och el – som ett komplement till andra fossilfria bränslen.
– Med infångad fossilfri koldioxid och förnybar el blir bränslet inte bara fossilfritt utan också användbart i existerande diesel och bensinfordon, säger Maria Grahn, som forskar om elektrobränslens möjliga potential och konkurrenskraft på Chalmers tekniska högskola.
Att framställa syntetiska bränslen från koldioxid och vatten kanske låter som en utopi, därför är det väl bäst att börja med att tekniken används framgångsrikt redan idag, till exempel på Island.
– Island är ett bra exempel där elektrobränslen blir ett konkurrenskraftigt alternativ. Där produceras ett överskott av förnybar el som blir möjligt att exportera tack vare att det görs om till ett flytande bränsle. Och så långt är inte steget till förutsättningarna på t ex Gotland, där det nu finns långt gångna planer på att göra på samma sätt, säger Maria Grahn, som är forskare på avdelningen för fysisk resursteori på institutionen för rymd-, geo- och miljövetenskap. Sedan Oktober 2017 är hon också ledare för Styrkeområde Energi på Chalmers.
Produktionen sker i två steg – i en elektrolysör produceras först vätgas med hjälp av vatten och el. Vätgasen blandas sedan med koldioxid i en reaktor där resultatet blir bränslen i olika former, som exempelvis metan, metanol eller syntetisk bensin .
– Med de enkla byggstenarna – vätgas och koldioxid – kan slutprodukterna skräddarsys till olika bränslen, som bland annat kan ersätta vanlig bensin och diesel.
Tekniken för att producera elektrobränslen finns alltså redan, och har blivit allt mer intressant de senaste åren när kapaciteten för förnybar el byggts ut så pass mycket att det i perioder finns en överkapacitet. Dessutom har tekniker för att fånga in koldioxid också utvecklats snabbt senaste åren.
Sveriges bensinbehov – tre gånger om
Maria har tillsammans med sina kollegor på Chalmers publicerat två omfattande artiklar om elektrobränslen i år. I den första (The potential for electrofuels production in Sweden utilizing fossil and biogenic CO2 point sources, publicerad i Frontiers in Energy Research) kartläggs hur mycket elektrobränslen som skulle kunna produceras i Sverige idag, om man fångar in de koldioxidutsläpp som exempelvis massaindustrin släpper ut.
– Kunde man ta till vara på alla koldioxidutsläpp i Sverige skulle man kunna producera elektrobränslen till Sveriges hela bränslebehov. Å andra sidan skulle man i så fall behöva 3 gånger så mycket el som vi gör av med per år – men det visar ändå på vilken potential det finns i Sverige, säger Maria Grahn.
Om man fokuserar på lågt hängande frukter, utsläppen från förnybara källor som består av koldioxid till 90 procent eller mer, skulle man med dagens mått redan där kunna producera 2 procent av dagens bränslebehov i Sverige.
Den andra artikeln (Electrofuels for the transport sector: A review of production costs, publicerad i Renewable & Sustainable Energy Reviews) fokuserar på ekonomin i att producera elektrobränslen, där tidigare forskning och sammanställningar har presenterat väldigt skilda kostnadsuppskattningar. Här behövs mer studier, men elektrobränslen ser ut att kunna konkurrera mot andra biobaserade bränslen, lite beroende på hur priser för teknik och råvara utvecklas.
– Vi kommer att fortsätta att titta på de ekonomiska förutsättningarna. Priset för elektrolysörer har t ex redan sjunkit till nivåer som vi förutspådde skulle nås först 2030. Dessutom införs ett nytt styrmedel, reduktionsplikt. Den innebär att alla bränsleproducenter måste leverera förnybara alternativ så att deras totalproduktion uppnår en viss reduktion av koldioxid, om man vill undvika en straffavgift.
Frågetecken kvar att räta ut
Så långt ser vägen ut att vara fri för elektrobränslenas lansering på bred front, men det finns några stora frågetecken att räta ut. Dels finns det röster som ifrågasätter poängen med att fånga in koldioxidutsläpp från en skorsten för att senare släppa ut samma koldioxid ur en bils avgasrör. Elen är dessutom mer effektiv om man använder den direkt i en elbil istället för att producera ett bränsle av den. Men med tanke på att den väderberoende elproduktion skapar överskott som man måste hantera och att utsläpp av koldioxid finns tillgängliga finns det ändå all anledning att fortsätta utreda förutsättningarna för när elektrobränslen skulle vara ett användbart alternativ.
Och även om Maria Grahn tror att elektrobränslen kommer att spela en relativt liten roll i en framtida fordonsflotta, kommer den rollen att kunna bli nog så viktig för att nå målen.
– Tekniken finns, och med det också möjligheterna. I stadsmiljö är elfordon det absolut mest effektiva, för både miljön och för människors hälsa då man helt eliminerar lokala utsläpp. Men för längre transporter och inte minst transporter till havs kan elektrobränslen vara ett riktigt bra alternativ. Så det vi tittar på nu är: Under vilka förhållanden och förutsättningar blir elektrobränslen ett alternativ som är positivt för miljön och dessutom ekonomiskt konkurrenskraftigt.
De aktuella artiklarna har skrivits inom forskningsprojektet "Elektrobränslens roll som drivmedel: en kostnadseffektiv lösning i framtiden?". Projektet har genomförts inom ramarna för samverkansprogrammet Förnybara drivmedel och system. Projektet har finansierats av Energimyndigheten och f3 – Svenskt kunskapscentrum för förnybara drivmedel.
Artiklarna finns att läsa och ladda ner i Chalmers Publication Library.
The potential for electrofuels production in Sweden utilizing fossil and biogenic CO2 point sources, Selma Brynolf, Maria Taljegård, Maria Grahn och Julia Hansson, Chalmers tekniska högskola, samt Roman Hackl, IVL, Svenska miljöinstitutet.
Electrofuels for the transport sector: A review of production costs, Selma Brynolf, Maria Taljegård, Maria Grahn och Julia Hansson, Chalmers tekniska högskola.
- Docent, Maritima studier, Mekanik och maritima vetenskaper