Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

The purpose of this master thesis was to investigate the conditions for an increased production of rape methyl ester (RME), ethanol and biogas in co-production with the industry with the aim of increasing the regional growth in the county of Uppsala, Södermanland and Västmanland. 900 000 inhabitants live in these counties. An optimization based on linear programming was used to determine the design of the fuel production with respect to different parameters: amount of fuel, energy efficiency, cost-effectiveness and regional growth. The optimization was divided into two models where the first model excluded co-production and the second model included coproduction. The model calculated optimal allocations of agricultural land for growth of rape seed, wheat and grass for production of RME, ethanol and biogas under various conditions.

The result showed that biogas is the best fuel in all optimizations except in the optimization of profit. Ethanol is produced when the profit of the production is optimized. RME is not produced in any of the five optimizations. In contrast to ethanol and RME, biogas can be produced from different waste products which don’t require agricultural land. The addition of hydrogen to the biogas process is the synergy which affects the fuel production the most. Hydrogen can be produced through electrolysis with electricity from a combined heat and power plant and this synergy increases the biogas produced from 2,4 TWh in the first model to 2,9 TWh in the second model. Furthermore, the production of biogas contributes to an increase of the gross regional product with 3,5 billion Swedish kronor and 2 300 job opportunities. Also, because of decreased emissions when replacing fossil fuels with biofuels, the national economic cost decreases 0,7 billion Swedish kronor.

It is concluded that a public actor will always benefit from producing biofuels instead of buying fossil fuels. To receive the positive impacts of biogas production such as efficient use of energy, increased gross regional product and decreased national economic costs, new and/or changed economic means are required for biogas to be the best fuel when it comes to profit of the production plant.

Produktion och användning av förnybara drivmedel kan, förutom att minska utsläppen av växthusgaser, även bidra med andra samhällsnyttor. Dessa drivmedel produceras ofta regionalt och kan därmed medföra en ökning av den regionala tillväxten. Syftet med denna studie var att utreda förutsättningarna för en ökad produktion av drivmedlen rapsmetylester (RME), etanol och biogas i synergi med industrin i syfte att öka den regionala tillväxten i Uppsala, Södermanlands och Västmanlands län.

Biomassapotentialen för produktion av drivmedel i de tre länen sammanställdes för att optimera drivmedelsproduktionen med hjälp av linjärprogrammering. Syftet med optimeringen var att bestämma hur drivmedelsproduktionen skulle utformas med avseende på olika parametrar: maximal mängd drivmedel, nettoenergi, kostnadseffektivitet samt regional tillväxt. Optimeringen delades upp i två modeller där den första optimerade utan synergier med industrin och den andra med synergier. De synergier som identifierades var försäljning av spillvärme från etanolprocessen, rötning av drank och rapsmjöl samt produktion av vätgas med el från kraftvärme för tillsats i biogasprocessen. I båda modellerna allokerades en uppskattad, total odlingsareal i de tre länen för att odla antingen raps, vete eller vall för produktion av RME, etanol respektive biogas.

Resultatet visade att biogas presterar bäst i alla optimeringar förutom vid maximering av direkt vinst. Etanol produceras vid optimering av direkt vinst, vilket beror på att marginalen mellan intäkter och kostnader är som störst för detta drivmedel. RME producerades inte i någon av de fem optimeringarna. Vätgas var den synergi som hade störst påverkan på mängden drivmedel och ökade producerad mängd biogas från 2,4 TWh i första modellen till 2,9 TWh i andra modellen. Biogas bidrog dessutom till en ökning av bruttoregionalprodukten (BRP) med maximalt 3,5 miljarder kronor och 2 300 arbetstillfällen samt en minskning av de samhällsekonomiska kostnaderna med 0,7 miljarder kronor. Direkt vinst motsvarade ungefär en tiondel av ökningen i BRP och denna är starkt beroende av styrmedel. Det står klart att det är lönsamt för en offentlig aktör att producera och använda biodrivmedel istället för att använda fossila drivmedel. För att erhålla biogasens positiva effekter relaterade till effektivt nyttjande av energi, BRP och samhällsekonomiska besparingar krävs nya och/eller förändrade styrmedel så att detta drivmedel även ger störst ekonomisk vinst i produktionen.