Presentation kring pågående litteratursammanställning av miljöeffekterna av att använda elektrobränslen inom transportsektorn. Elin Malmgren, Selma Brynolf, Julia Hansson, Maria Grahn, 2021.01

1. Miljöeffekter vid användning av
elektrobränslen inom transportsektorn
Elin Malmgren, Selma Brynolf, Julia Hansson, Maria Grahn I 2021.01

2. 2021-01-17
Framtidens transportbränslen
Järnväg
Flyg
Sjöfart
Väg (korta
avstånd)
Väg (längre
avstånd)
Elektrolysör
CO2
Vatten
Produktion av
elektrobränslen
ENERGIKÄLLOR ENERGIBÄRARE FRAMDRIVNINGSTEKNIKER TRANSPORTSÄTT
FCV
(bränsleceller)
Nuvarande
forskningsfokus
BEV, PHEV
(batterielektrisk)
Induktiv och
ledande
elektrisk
ICEV, HEV
(förbränningsmotor
er och hybrider)
Elektricitet
Flytande
bränslen
Fossilt
Biomassa
Sol,vind etc
Gas
Vätgas

3. 2021-01-17
Miljöeffekterna
Miljöeffekter vid användning av elektrobränslen inom transportsektorn
Målet att gå igenom den litteratur som publiserats om
elektrobränslen och summera resultaten kring deras
miljöpåverkan.
3

4. 2021-01-17
Litteraturen
Litteraturstudie
• Scopus sökning
• 58 vetenskapliga artiklar
• 41 direkt relevant
• 17 livscykelanalyser
• 11 olika typer av miljöeffekter
• 8 olika bränslen
• Metan
• Metanol
• Bensin
• Diesel
• OME
• DME
• Kerosene
• nC8H8
4

5. 2021-01-17
[J]
Råmaterialutvinning
• Gruvdrift
• Vattenanvändning
• Odling av lignocellulosa
• Organiskt avfall
• …
Elektrolysör
• Alkaline
• PEM
• SOEL
• …
End of
life
Distribution
• Rörledning
• Skeppstransport
• Bränslestations-
distribution
• Lastbilstransport
• …
Kapitalvaror
Bränsleanvändning
• Förbränning i tungt
fordon
• Förbränning i personbil
• Flygplan
• Balansering av energi-
överskott i elsystemet
• …
Koldioxidinfångning
• Rengöring av rökgaser
• Uppgradering av
biogas
• Transport av ren ström
• Termisk förgasning
• …
Bränslesyntes
• Fischer-Tropsch
• Metanol syntes
• DME syntes
• OME syntes
• …
Energiproduktion
• Electricitetsproduktion
• Värmeproduktion
• …
Koldioxid"production”
• Biogasanläggning
• Direct air capture
• Naturgaskraftverk
• Kolkraftverk
• Avfallsförbrännings-
anläggning
• Förgasning av biomassa
• …
Vattenproduktion
• Destillering
• Avjonisering
• …
Produktion av
kapitalvaror
Distribution av
kapitalvaror
Användning av
kapitalvaror
End of life för
kapitalvaror
[A]
[B]
[I]
[C]
[E]
[D]
[F]
[G]
[H]

6. 2021-01-17
Klimatpåverkan
• Stora variationer i de övergripande siffrorna
• Mer liknande resultat vid närmare analys
• Huvudsakliga utsläppskällorna är
• Elektricitetsproduktion
• Koldioxidinfångning
• Naturgas som värmekälla
6
-50
80
22.48
27.57
57.7
62.79
38.88
40.04
-40
-20
-40
300
-87
473
-101.5
-97
-62
-59
-54.5
-4.8
6
38.5
49
174
-200 -100 0 100 200 300 400 500 600
[2]
[4]
[9] - wind power
[9] - wind power
[9] - NG heat
[9] - NG heat
[9] - electric boiler
[9] - electric boiler
[8] - min
[8] - max
[10] - min
[10] - max
[10] - min*
[10] - max*
[1]
[1]
[10] - 2050 min
[10] - 2050 max
[2]
[8] - min
[4]
[8] - max
[10] - 2020 min
[10] - 2020 max
DMEOMEMetanMetanol
g CO2 eq./MJ bränsle
Fig. Utsläpp av växthusgaser enligt olika studier – Vagga-till-tank

7. 2021-01-17
Avgörande aspekter
• Flera studier pepar på att elektrobränslen ger lägre
utsläpp än fossila bränslen om en hög andel
förnyelsebar el används [5,8-10,21,22,27,31,36]
• Valet av koldioxidkälla eller metodiken för att hantera
koldioxidkällan påverkar resultaten
• Val av källa för värmetillförsel viktig
7
18.2
29
12
3
8
330
650
11
28
14.1
16.7
0 100 200 300 400 500 600 700
[19]
[21]
[21]
[10] - 2050 min
[10] - 2050 max
[10] - 2020 min
[10] - 2020 max
[35]
[35]
[19]
[19]
DieselFlyg
g CO2 eq./MJ bränsle
Fig. Utsläpp av växthusgaser enligt olika studier – Vagga-till-grav

8. 2021-01-17
Land och vatten
Direkt landanvändning och vattenförbrukning
• Omnämns som centrala för jämförelser med bioalternativ
• Endast enkla analyser identifierade [35],[38]
• Stökiometriska samband i huvudsak användan för vattenkonsumption
8
Vattenkonsumtion i elektrolysören
(kg H2O/kg H2)
[8], [9], [12],
[21], [22],
[28]
8.85-9
[4] 11.23
[30] 11.36
[4] 13.5
[29] 16.68

9. 2021-01-17
Andra miljöeffekter
Giftighet för människan, partikelemissioner, övergödning och försurning
• Andra utsläpp än vad som traditionellt tittar på behöver tas med i analyserna
• Materielbehov i byggprocesser driver elektrobränslenas påverkan på människors hälsa [1, 24, 29]
• Övergödning och försurning berörs, och verkar vara liknande dagens fossila i de analyser
som gjorts [5,20]
• OME som inblandningsbränsle minskar hälsoutsläpp[17]
• DME har formaldehyde som restprodukt vilket kan leda till negativa hälsoeffekter [2]
• Huvudfokuset har varit på klimateffekter
9

10. 2021-01-17
Slutsats
Resultaten pekar på att en övergång till elektrobränslen skulle minska
miljöeffekterna jämfört med fossila bränslen och är därmed ettvkompliment
till biogena alternativ, men mer forskning som jämför elektrobränslen med
framtidens förnyelsebara drivlinor behövs.
10

11. 2021-01-17
Iva Ridjan Skov,
Aahlborg Universitet
Andrei David Korberg,
Aahlborg Universitet Tim Wallington,
Ford
Jim Anderson,
Ford
Selma Brynolf
Maria Grahn Elin Malmgren
Julia Hansson
Tack till mina medförfattare!
Både i detta utdrag och artikeln som helhet

12. 2021-01-17
Referenser
12 1/17/2021
1. Biernacki, P.; Röther, T.; Paul, W.; Werner, P.; Steinigeweg, S. Environmental impact of the excess electricity conversion into methanol. Journal of Cleaner Production 2018, 191, 87-98, doi:10.1016/j.jclepro.2018.04.232.
2. Matzen, M.; Demirel, Y. Methanol and dimethyl ether from renewable hydrogen and carbon dioxide: Alternative fuels production and life-cycle assessment. Journal of Cleaner Production 2016, 139, 1068-1077,
doi:10.1016/j.jclepro.2016.08.163.
3. Pérez-Fortes, M.; Schöneberger, J.C.; Boulamanti, A.; Harrison, G.; Tzimas, E. Formic acid synthesis using CO2 as raw material: Techno-economic and environmental evaluation and market potential. International Journal of
Hydrogen Energy 2016, 41, 16444-16462, doi:10.1016/j.ijhydene.2016.05.199.
4. Fernández-Dacosta, C.; Shen, L.; Schakel, W.; Ramirez, A.; Kramer, G.J. Potential and challenges of low-carbon energy options: Comparative assessment of alternative fuels for the transport sector. Applied Energy 2019, 236, 590-
606, doi:10.1016/j.apenergy.2018.11.055.
5. Sternberg, A.; Bardow, A. Life Cycle Assessment of Power-to-Gas: Syngas vs Methane. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2016, 4, 4156-4165, doi:10.1021/acssuschemeng.6b00644.
6. Walker, S.B.; van Lanen, D.; Mukherjee, U.; Fowler, M. Greenhouse gas emissions reductions from applications of Power-to-Gas in power generation. Sustainable Energy Technologies and Assessments 2017, 20, 25-32,
doi:10.1016/j.seta.2017.02.003.
7. Castellani, B.; Rinaldi, S.; Bonamente, E.; Nicolini, A.; Rossi, F.; Cotana, F. Carbon and energy footprint of the hydrate-based biogas upgrading process integrated with CO2 valorization. Sci Total Environ 2018, 615, 404-411,
doi:10.1016/j.scitotenv.2017.09.254.
8. Hoppe, W.; Thonemann, N.; Bringezu, S. Life Cycle Assessment of Carbon Dioxide-Based Production of Methane and Methanol and Derived Polymers. Journal of Industrial Ecology 2018, 22, 327-340, doi:10.1111/jiec.12583.
9. Bokinge, P.; Heyne, S.; Harvey, S. Renewable OME from biomass and electricity—Evaluating carbon footprint and energy performance. Energy Science & Engineering 2020, 8, 2587-2598, doi:10.1002/ese3.687.
10. Artz, J.; Muller, T.E.; Thenert, K.; Kleinekorte, J.; Meys, R.; Sternberg, A.; Bardow, A.; Leitner, W. Sustainable Conversion of Carbon Dioxide: An Integrated Review of Catalysis and Life Cycle Assessment. Chem Rev 2018, 118, 434-
504, doi:10.1021/acs.chemrev.7b00435.
11. Albrecht, F.G.; Nguyen, T.-V. Prospects of electrofuels to defossilize transportation in Denmark – A techno-economic and ecological analysis. Energy 2020, 192, doi:10.1016/j.energy.2019.116511.
12. Albrecht, F.G.; Nguyen, T.-V. Prospects of electrofuels to defossilize transportation in Denmark – A techno-economic and ecological analysis. Energy 2020, 192, 116511, doi:10.1016/j.energy.2019.116511.
13. Pérez-Fortes, M.; Schöneberger, J.C.; Boulamanti, A.; Tzimas, E. Methanol synthesis using captured CO2 as raw material: Techno-economic and environmental assessment. Applied Energy 2016, 161, 718-732,
doi:10.1016/j.apenergy.2015.07.067.
14. Llera, E.; Romeo, L.M.; Bailera, M.; Osorio, J.L. Exploring the integration of the power to gas technologies and the sustainable transport. International Journal of Energy Production and Management 2018, 3, 1-9, doi:10.2495/eq-
v3-n1-1-9.
15. Daggash, H.A.; Patzschke, C.F.; Heuberger, C.F.; Zhu, L.; Hellgardt, K.; Fennell, P.S.; Bhave, A.N.; Bardow, A.; Mac Dowell, N. Closing the carbon cycle to maximise climate change mitigation: power-to-methanolvs.power-to-direct
air capture. Sustain Energ Fuels 2018, 2, 1153-1169, doi:10.1039/c8se00061a.
16. Schmidt, P.; Batteiger, V.; Roth, A.; Weindorf, W.; Raksha, T. Power-to-Liquids as Renewable Fuel Option for Aviation: A Review. Chem Ing Tech 2018, 90, 127-140, doi:10.1002/cite.201700129.
17. Deutz, S.; Bongartz, D.; Heuser, B.; Kätelhön, A.; Schulze Langenhorst, L.; Omari, A.; Walters, M.; Klankermayer, J.; Leitner, W.; Mitsos, A., et al. Cleaner production of cleaner fuels: wind-to-wheel – environmental assessment of
CO2-based oxymethylene ether as a drop-in fuel. Energ Environ Sci 2018, 11, 331-343, doi:10.1039/c7ee01657c.
18. Monaco, F.; Lanzini, A.; Santarelli, M. Making synthetic fuels for the road transportation sector via solid oxide electrolysis and catalytic upgrade using recovered carbon dioxide and residual biomass. J Clean Prod 2018, 170, 160-
173, doi:10.1016/j.jclepro.2017.09.141.
19. Bongartz, D.; Dore, L.; Eichler, K.; Grube, T.; Heuser, B.; Hombach, L.E.; Robinius, M.; Pischinger, S.; Stolten, D.; Walther, G., et al. Comparison of light-duty transportation fuels produced from renewable hydrogen and green
carbon dioxide. Appl Energ 2018, 231, 757-767, doi:10.1016/j.apenergy.2018.09.106.
20. Koj, J.C.; Wulf, C.; Linssen, J.; Schreiber, A.; Zapp, P. Utilisation of excess electricity in different Power-to-Transport chains and their environmental assessment. Transportation Research Part D: Transport and Environment 2018,
64, 23-35, doi:10.1016/j.trd.2018.01.016.
21. Liu, C.M.; Sandhu, N.K.; McCoy, S.T.; Bergerson, J.A. A life cycle assessment of greenhouse gas emissions from direct air capture and Fischer-Tropsch fuel production. Sustain. Energy Fuels 2020, 4, 3129-3142,
doi:10.1039/c9se00479c.

13. 2021-01-1713
22. Uusitalo, V.; Väisänen, S.; Inkeri, E.; Soukka, R. Potential for greenhouse gas emission reductions using surplus electricity in hydrogen, methane and methanol production via electrolysis. Energy Conversion and Management 2017,
134, 125-134, doi:10.1016/j.enconman.2016.12.031.
23. Collet, P.; Flottes, E.; Favre, A.; Raynal, L.; Pierre, H.; Capela, S.; Peregrina, C. Techno-economic and Life Cycle Assessment of methane production via biogas upgrading and power to gas technology. Appl Energ 2017, 192, 282-295,
doi:10.1016/j.apenergy.2016.08.181.
24. Zhang, X.; Bauer, C.; Mutel, C.L.; Volkart, K. Life Cycle Assessment of Power-to-Gas: Approaches, system variations and their environmental implications. Appl Energ 2017, 190, 326-338, doi:10.1016/j.apenergy.2016.12.098.
25. Vo, T.T.Q.; Xia, A.; Rogan, F.; Wall, D.M.; Murphy, J.D. Sustainability assessment of large-scale storage technologies for surplus electricity using group multi-criteria decision analysis. Clean Technologies and Environmental Policy 2016,
19, 689-703, doi:10.1007/s10098-016-1250-8.
26. Parra, D.; Zhang, X.; Bauer, C.; Patel, M.K. An integrated techno-economic and life cycle environmental assessment of power-to-gas systems. Appl Energ 2017, 193, 440-454, doi:10.1016/j.apenergy.2017.02.063.
27. Koj, J.C.; Wulf, C.; Zapp, P. Environmental impacts of power-to-X systems - A review of technological and methodological choices in Life Cycle Assessments. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2019, 112, 865-879,
doi:10.1016/j.rser.2019.06.029.
28. Trieb, F.; Moser, M.; Kern, J. Liquid Solar Fuel – Liquid hydrocarbons from solar energy and biomass. Energy 2018, 153, 1-11, doi:10.1016/j.energy.2018.04.027.
29. Tschiggerl, K.; Sledz, C.; Topic, M. Considering environmental impacts of energy storage technologies: A life cycle assessment of power-to-gas business models. Energy 2018, 160, 1091-1100, doi:10.1016/j.energy.2018.07.105.
30. Vo, T.T.Q.; Rajendran, K.; Murphy, J.D. Can power to methane systems be sustainable and can they improve the carbon intensity of renewable methane when used to upgrade biogas produced from grass and slurry? Applied Energy
2018, 228, 1046-1056, doi:10.1016/j.apenergy.2018.06.139.
31. Bongartz, D.; Doré, L.; Eichler, K.; Grube, T.; Heuser, B.; Hombach, L.E.; Robinius, M.; Pischinger, S.; Stolten, D.; Walther, G., et al. Comparison of light-duty transportation fuels produced from renewable hydrogen and green carbon
dioxide. Appl Energ 2018, 231, 757-767, doi:10.1016/j.apenergy.2018.09.106.
32. Hoppe, W.; Thonemann, N.; Bringezu, S. Life Cycle Assessment of Carbon Dioxide–Based Production of Methane and Methanol and Derived Polymers. J Ind Ecol 2018, 22, 327-340, doi:10.1111/jiec.12583.
33. Sternberg, A.; Bardow, A. Power-to-What? – Environmental assessment of energy storage systems. Energ Environ Sci 2015, 8, 389-400, doi:10.1039/c4ee03051f.
34. Zhang, X.J.; Witte, J.; Schildhauer, T.; Bauer, C. Life cycle assessment of power-to-gas with biogas as the carbon source. Sustain Energ Fuels 2020, 4, 1427-1436, doi:10.1039/c9se00986h.
35. Schmitt, C.M. Research in Clinical Practice. Gastrointestinal Endoscopy Clinics of North America 2006, 16, 751-773.
36. Goh, C.S.; Lee, K.T. A visionary and conceptual macroalgae-based third-generation bioethanol (TGB) biorefinery in Sabah, Malaysia as an underlay for renewable and sustainable development. Renewable and Sustainable Energy
Reviews 2010, 14, 842-848.
37. Liu, X.; Elgowainy, A.; Wang, M. Life cycle energy use and greenhouse gas emissions of ammonia production from renewable resources and industrial by-products. Green Chem 2020, 22, 5751-5761, doi:10.1039/d0gc02301a.
38. Searle, S.; Christensen, A. Decarbonization Potential of Electrofuels in the European Union. White paper. International Council on Clean Transportation (ICCT), Washington DC, USA 2018.
39. Hannula, I.; Reiner, D.M. Near-Term Potential of Biofuels, Electrofuels, and Battery Electric Vehicles in Decarbonizing Road Transport. Joule 2019, 3, 2390-2402, doi:10.1016/j.joule.2019.08.013.
40. Chisalita, D.-A.; Petrescu, L.; Cormos, C.-C. Environmental evaluation of european ammonia production considering various hydrogen supply chains. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2020, 130,
doi:10.1016/j.rser.2020.109964.
41. Hansson, J.; Brynolf, S.; Fridell, E.; Lehtveer, M. The Potential Role of Ammonia as Marine Fuel-Based on Energy Systems Modeling and Multi-Criteria Decision Analysis. Sustainability-Basel 2020, 12, doi:ARTN 3265
10.3390/su12083265.

14. 2021-01-17
Referenser för systembildF) Cradle to grave, not including electricity source nor CC: Fernández-
Dacosta, et al. 2019
G) Cradle-to-grave, including elecvtricty not including CC or water: KOj
2018, Walker 2017
Cradle-to-grave including CC, not energy, water nor distribution
H) Cradle to grave inc. energy production and CC, distriubution:
Bongartz, et al. 2018, Uusitalo 2017 Collet 2017, Zhang 2017
I) Cradle to grave inc. carbon production and energy production:
Deutz, et al. 2018,
J) Crade-to-grave including CG production and end of life, and carbon
production, CC, Energy production , water, and electrolysis, not
distribution: Liu 2020, Matzen 2016
Cradle to grave including capital goods:
A) Gate to gate, and electricity production: Perez-Fortes 2016
B) Cradle to gate: ; Tschiggerl, et al. 2018 ; Matzen and
Demirel 2016; Pérez-Fortes, et al. 2016a; Sternberg and
Bardow 2016; Walker, et al. 2017; Artz, et al. 2018
C) Cradle to gate inc. carbon capture and energy production:
Biernacki, et al. 2018 (however only for one of the cases, the
other no energy production included), Bokinge 2020, Artz 2018
D) Cradle to gate inc. carbon capture, energy production and
water production: Hoppe 2018
E) Cradle to gate inc. carbon production, carbon capture, raw
material extraction and energy production: Sternberg 2016