The Role and Feasibility of Electrofuels in the Future Renewable Energy System
Year: 2020
Type: other
Abstract: Elektrobrændstoffer, produceret af el fra vedvarende energikilder, vand og bæredygtige kulstofkilder, har en vigtig rolle at spille i vores forsøg på at omstille verdens energisystemer til 100 % vedvarende energisystemer. En omstilling af verdens energisystemer er et betydeligt bidrag i forsøget på, at mindste den menneskeskabte udledning af drivhusgasser, mindske global opvarmning og stoppe klimaforandringerne. Fordelen ved elektrobrændstoffer bliver tydelig, når det kommer til at erstatte fossile kulbrinter, som i dag er uundgåelige især for tung- og langdistancetransport. Elektrobrændstoffer kan produceres som grønne og bæredygtige kopier af fossile kulbrinter. Dette kræver el fra vedvarende energikilder og kulstof fra bæredygtig kilde, så som CO2 fra biogasproduktion, fermentering, biomasseafbrænding eller direkte fra luften. Det andet grønne alternativ til at lave kulbrinter er biomasse eller biobrændstoffer, men mængden af bæredygtig biomasse er begrænset. Derfor har den første del af denne ph.d. identificeret et teknisk løsningsrum for fremtidens 100 % vedvarende energisystemer med at bæredygtigt biomasseforbrug. Graden af elektrificering og mængden af brint, der kan omdannes til kulbrinter, er to afgørende faktorer for biomasseforbruget. Beskrivelsen og kvantificeringen af et bæredygtigt løsningsrum for vedvarende energisystem på et globalt plan har været det største nyskabende bidrag fra denne første del. Det blev fundet, at der ved en høj grad af elektrificering skal der integreres mindst 15 GJ hydrogen/person/år for at holde biomasseforbruget på et globalt bæredygtigt niveau. Anden del undersøgte hvordan systemintegrationsaspekter og sam-optimering af biomasse anvendelse påvirker biomasseforbruget for 100 % vedvarende energisystemer, når systemgrænsen udvides til at inkludere landbrugssektoren, der leverer biomassen. Energikonvertering af det totale danske potentiale på 75 PJ-halm per år brugt enten til biogasproduktion eller fermentering af ætanol blev sammenlignet. Kvantificeringen af effekterne ved et udvidet energisystemsperspektiv, hvor landbrugsjordens behov er inkluderet i systemintegrationsaspekterne, er det primære nye bidrag fra denne del. Det blev fundet, at ved at bruge det danske halmpotentiale til ætanolfremstilling i stedet for biogasfremstilling ville det samlede biomasseforbrug øges til et sted mellem 7 og 90 PJ/år afhængig af scenariet. Den tredje del identificerede teknologiske veje og processer til at producere bæredygtigt flybrændstof baseret på fornybare råmaterialer af biogas, biometan, elektrometan, brint og CO2 i en såkaldt gas-to-liquids (GTL) proces. Derudover blev fremtidsmulighederne vurderet herunder den økonomiske/kommercielle levedygtighed. Det primære bidrag her er den dybdegående og detaljerede analyse af bæredygtigt flybrændstof produceret fra biogas, brint og CO2, samt hvordan det kan integreres i det nordiske energisystem. Det blev fundet, at GTL-flybrændstof produceret fra biometan er moden teknologi og klar til implementering indenfor 5 år og fra CO2 og brint indenfor 7-10 år. Den totale omkostning ab fabrik går fra 180 til 300 kroner per GJ-flybrændstof for basisscenarierne. Biometan, CO2 og brint blev fundet til at være tilstrækkelige til at møde samfundets kulbrinte behov. Den sidste del af denne ph.d. kvantificerede mængden af energi og heraf overflade af planeten, som det ville kræve, hvis alle fossile brændsler i 2060, under et nuværende politik-scenarie, skulle erstattes af elektrobrændstoffer. To andre hypotetiske scenarieekstremer blev også undersøgt: et rent elektrificeringsscenarie og et biobrændstofscenarie. Denne dels primære bidrag er kvantificeringen af landareal og energibehov for et globalt vedvarende energisystem, hvor fossile brændstoffer erstattes enten af elektrobrændstoffer, biobrændstoffer eller elektrificering. Elektrobrændstofvejen vil kræve 1540 EJ-elektricitet og bruge 1.1 % af jordens landareal i et optimistisk solcellescenarie. Resultaterne indikerer at elektrobrændstoffer har en vigtig rolle at spille i fremtidens 100 % vedvarende energisystemer, både fordi bæredygtig biomasse er begrænset og fordi graden af elektrificering er teknisk begrænset, især for tung- og landdistancetransport. De tekniske byggeklodser til at producere elektrobrændstoffer eksisterer, de skal bare sættes sammen i en grøn forsyningskæde – og så skal vi være villige til at betale ekstraomkostningen.
DOI: 10.21996/mvz6-7n87
Author: Mortensen, Anders Winther
Institution: University of Southern Denmark
Language: English
Subfield: Energy Engineering and Power Technology
Field: Energy
Domain: Physical Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W3048848100