Home About Browse Search
Svenska


Climate impact and energy balance of emerging biorefinery systems

Karlsson, Hanna (2018). Climate impact and energy balance of emerging biorefinery systems. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2018:03
ISBN 978-91-7760-146-3
eISBN 978-91-7760-147-0
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
1MB

Abstract

Use of fossil fuels is the main contributor to anthropogenic emissions of greenhouse gases (GHG). Biorefineries, which are facilities that produce a set of valuable products from biomass, have been suggested as alternatives to fossil refineries, for the production of fuels, chemicals and materials. Emerging biorefineries are introducing new technologies, which can lead to increased use of biomass not previously utilised for industrial processes, such as harvesting residues from agriculture and forestry. Biomass is a renewable resource, but production and processing of biomass are associated with environmental impacts.

This thesis examined the climate impact and energy balance of emerging biorefinery systems, paying particular attention to the use of residues as feedstock. Three biorefinery systems were assessed and compared, all producing transportation fuels in combination with different co-products. These systems were: (1) co-production of ethanol, biogas, electricity and heat from straw in a lignocellulosic biorefinery; (2) co-production of ethanol, protein feed and briquettes from faba bean in a green crop biorefinery; and (3) co-production of biodiesel, biogas and electricity from straw in a lignocellulosic biorefinery. The analytical method used was life cycle assessment (LCA). Methodological issues when using LCA for assessing the climate impact of biorefinery systems were also discussed.

Ethanol and biodiesel produced from straw and forest residues in emerging biorefinery systems were found to have a lower climate impact and better energy balance than fossil fuels. Moreover, the biorefinery system producing ethanol and co-products from straw had a lower climate impact and more beneficial energy balance than that producing biodiesel and co-products. However, when using residues from agriculture and forestry or when harvesting the whole crop as biorefinery feedstock, specific consideration of effects on soil organic carbon is needed. The study on faba bean showed that using a biorefinery feedstock that is currently used for other purposes, such as feed, can cause indirect effects that affect the overall climate performance of the system. To improve the potential value of LCA studies on biorefinery systems, selection of functional unit, allocation method and treatment of biogenic carbon fluxes over time need further attention.

Authors/Creators:Karlsson, Hanna
Title:Climate impact and energy balance of emerging biorefinery systems
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Användning av fossila bränslen är den främsta källan till antropogena utsläpp av växthusgaser. Bioraffinaderier är anläggningar som per definition producerar ett flertal värdefulla produkter från biomassa. För produktion a bränslen, kemikalier och material har bioraffinaderier föreslagits som viktiga framtida alternativ till fossila raffinaderier. Introduktionen av nya bioraffinaderier leder till att ny teknik används samt en ökad användning av biomassa som traditionellt inte har används för industriella processer i stor utsträckning, såsom skörderester från jordbruk och skogsbruk. Biomassa är en förnyelsebar resurs, dock är produktion och bearbetning av biomassa förknippad med miljöpåverkan.

Denna avhandling syftar till att bidra till en bättre förståelse av klimatpåverkan och energibalansen av nya bioraffinaderier, med ett särskilt fokus på användningen av jord- respektive skogsbruksrester som biomassa. Tre bioraffinaderisystem utvärderades, alla producerade transportbränslen i kombination med olika samprodukter. Systemen var: (1) samproduktion av etanol, biogas, el och värme från halm i ett lignocellulosa-bioraffinaderi; (2) samproduktion av etanol, proteinfoder och briketter från åkerbönor i ett grönt-bioraffinaderi. (3) samproduktion av biodiesel, biogas och el med halm som råmaterial i ett lignocellulosa-bioraffinaderi. Metoden som användes var livscykelanalys (LCA), och användningen av LCA för att studera bioraffinaderisystem diskuterades också.

Resultaten visar att etanol och biodiesel som produceras från halm och skogsrester i nya bioraffinaderier har lägre klimatpåverkan och mer fördelaktiga energibalanser än fossila bränslen. Bioraffinaderiet som producerar etanol med samprodukter från halm visade bättre klimatpåverkan och energibalanser än systemet som producerar biodiesel med samprodukter. När rester från jordbruk och skogsbruk används eller när man skördar hela grödan som bioraffinaderimaterial, krävs särskild försiktighet för att begränsa den negativa effekter på markkol. Studien på åkerböna visade att användning en gröda som bioraffinaderiråvara som för närvarande används för andra ändamål, kan ha indirekta effekter som är viktiga för klimatpåverkan från systemet. För att förbättra det potentiella värdet av LCA studier på bioraffinaderier bör hänsyn tas till val av funktionell enhet, allokeringsmetoder och hantering av biogena kolflöden över tid.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2018
Depositing date:5 January 2018
Volume:2018:03
Number of Pages:94
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IAhlgren, S., Björklund, A., Ekman, A., Karlsson, H., Berlin, J., Börjesson, P., Ekvall, T., Finnveden, G., Janssen, M. & Strid, I. (2015). Review of methodological choices in LCA of biorefinery systems - key issues and recommendations. Biofuels, Bioproducts and Biorefining 9(5), 606-619.
IIKarlsson, H., Börjesson, P., Hansson, P.-A. & Ahlgren, S. (2014. Ethanol production in biorefineries using lignocellulos feedstock-GHG performance, energy balance and implications of life cycle calculation methodology. Journal of Cleaner Production 83, 420-427.
IIIKarlsson, H. , Ahlgren, S., Strid, I. & Hansson, P.-A. (2015). Faba beans for biorefinery feedstock or feed? Greenhouse gas and energy balances of differentapplications. Agricultural Systems 141, 138-148.
IVKarlsson, H., Ahlgren, S,.Sandgren, M., Passoth, V., Wallberg, O. & Hansson, P-A. (2016). A systems analysis of biodiesel from wheat straw using oleaginous yeast: Process design, mass and energy balances. Biotechnology for Biofuels 9, 229.
VKarlsson, H., Ahlgren, S., Sandgren, M.,Passoth, V., Wallberg, O. & Hansson, P-A. (2017). Greenhouse gas performance of biodiesel production from straw: Soil carbon changes and time-dependent climate impact. Biotechnology for Biofuels 10, 217.
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Energy and Technology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-7760-146-3
ISBN for electronic version:978-91-7760-147-0
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:P Natural resources > P05 Energy resources management
P Natural resources > P06 Renewable energy resources
P Natural resources > P40 Meteorology and climatology
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 105 Earth and Related Environmental Sciences > Environmental Sciences (social aspects to be 507)
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 405 Other Agricultural Sciences > Renewable Bioenergy Research
Agrovoc terms:renewable energy, bioenergy, biomass, biofuels, climatic data, energy balance, life cycle analysis
Keywords:Bioenergy, Lignocellulosic biorefinery, Green biorefinery, LCA methodology, GHG accounting, Biofuel policy
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-4592
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-4592
ID Code:14934
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Energy and Technology
External funders:The Swedish Knowledge Centre for Renewable Transportation Fuels (the f3 centre)
Deposited By: Hanna Karlsson
Deposited On:15 Jan 2018 08:49
Metadata Last Modified:31 Jan 2018 14:37

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits