Denna rapport ger en kortfattad översikt och syntes av tvärvetenskapliga forskningsresultat från verksamheten i konsortiet Byggnader i energisystem inom forskarskolan Program Energisystem. Tonvikten ligger på tiden från forskarskolans start 1997 till dess 15-årsjubileum 2012, men hänvisningar görs även till forskning publicerad därefter. Utgångspunkten har varit att lyfta fram det tvärvetenskapliga inom forskningen för att visa hur forskarskolan har bidragit till tvärvetenskaplig kunskaps- och metodutveckling.

I rapporten ges en översikt över fallstudier och avhandlingar inom konsortiet och de tvärvetenskapliga forskningsresultaten sammanfattas inom tre huvudsakliga tematiska områden: (1) Passivhus: boende och energieffektiva byggnadstekniker,

(2) Energieffektivisering: processer och aktörer, samt (3) Energianvändning, vardagsaktiviteter och småskalig solenergi i hushåll. Tvärvetenskapliga metoder och resultat sammanfattas och utvecklingen av samarbeten och angreppssätt beskrivs. Rapporten avslutas med några sammanfattande reflektioner kring hur framgångsrik tvärvetenskaplig forskning bör bedrivas.

Det finns en omfattande publicering från Program Energisystem. Förutom 78 doktorsavhandlingar och 16 licentiatavhandlingar så har forskarstuderande och seniorer publicerat ytterligare minst 500 publikationer inom ramen för Program Energisystem.

I denna rapport förtecknas dessa publikationer.

Forskarskolan Program Energisystem har med sina fem deltagande forskningsavdelningar från Chalmers tekniska högskola, Linköpings universitet, KTH och Uppsala universitet varit banbrytande inom tvärvetenskaplig energisystemforskning och dess tre konsortier har spelat en viktig roll för forskarskolans utveckling. Konsortierna är inriktade på byggnader i energisystem, industriella energisystem samt lokala och regionala energisystem. I varje konsortium har doktorander och seniorer från minst två av de deltagande avdelningarna bedrivit tvärvetenskaplig forskning.

I det lokala och regionala konsortiet har forskningsfrågorna kretsat kring aktörer och processer av betydelse för energisystemen i svenska kommuner, län och regioner. Inom konsortiet har frågeställningar om miljömässigt, socialt och ekonomiskt hållbara lokala och regionala energisystem bland annat studerats genom att analysera aktörers agerande och politiska processer inom de tekniska, ekonomiska och institutionella villkor som utgör begränsningar och möjligheter för energisystemen. En tydlig trend inom konsortiets forskning under forskarskolans arton år är att inriktningen gått i riktning från lokal till regional och från stationära till mobila energisystem. Den förskjutningen följer också den ökande betydelse som regioner i form av länsstyrelser har fått för samordningen av energi- och klimatplaneringen i Sverige under det senaste decenniet. Kommunerna har fortfarande en dominerande position genom den energirelaterade infrastruktur som de förfogar över men en förskjutning mot ett mer regionalt inflytande är tydlig.

Totalt har 26 doktors- och en licentiatexamen avlagts av konsortiets doktorander och dessa alumner är nu verksamma inom energirelaterade verksamheter Sverige. Den främsta representationen finns inom myndigheter och akademier.

Idén att samhällsvetenskaplig och teknisk energisystemforskning måste vävas samman för att utveckla ny kunskap och få ökad samhällsnytta var utgångspunkt när Program Energisystem startade år 1997.

Program Energisystem identifierade tidigt kärnvärden som visades vara viktiga framgångsfaktorer:

• Energisystem med tyngdpunkt på användarsidan
• Tvärvetenskaplig, universitets- och fakultetsöverskridande
• forskning och forskarutbildning
• Sammanhållen forskarskola
• Finansiering av hela doktorandprojekt
• Samarbeten i tematiska forskningsområden
• Kontinuerlig tvärvetenskaplig utveckling
• Långsiktig finansiering av samordningsstruktur

Program Energisystems arbete har kännetecknats av:

• Val av samhällsrelevanta projekt av hög vetenskaplig kvalitet
• Gemensamma tvärvetenskapliga kurser och projektarbeten
• Tvärvetenskaplig handledning
• Kontinuerligt arbetande fora för diskussion
• och kontakter över ämnesgränser
• Forskningssamarbeten mellan seniorer i olika ämnen
• Aktivt doktorand- och alumninätverk

Forskarutbildningens målsättning har varit att utbilda bättre samhällsvetare

och bättre ingenjörer, inte att göra samhällsvetare av ingenjörerna eller ingenjörer

av samhällsvetarna.

I den kontinuerliga utvecklingen av Program Energisystem har ett förtroendefullt samarbete utvecklats som möjliggjort kontinuerliga förbättringar av forskningen och forskarutbildningen.

Arvet från Program Energisystem har förts vidare i den nya Forskarskola Energisystem. Forskarskola Energisystem har en delvis annan struktur men bygger innehållsmässigt vidare på centrala idéer från Program Energisystem. Det finns ett fortsatt stort behov av tvärvetenskaplig kunskapsutveckling på energiområdet som främst handlar om att förstå komplicerade samband och processer och hur dessa kan påverkas.

Denna syntesrapport är en sammanfattning och analys av den forskning som bedrivits inom ramen för det Industriella konsortiet från år 1997 (konsortiets verksamhet startade 1999) inom ramen för forskarskolan Program Energisystem. Under denna tid har 25 doktorsavhandlingar och en licentiatavhandling producerats inom det Industriella konsortiet. Avhandlingarna sammanfattas och analyseras i denna syntesrapport och arbetet avgränsas då till att studera avhandlingarnas Problemområde, Verktyg/Metod/Teori, Systemgräns, studerad Sektor och Övergripande resultat. Vidare ges, med utgångspunkt från dessa forskningsresultat, förslag på fortsatt forskning för hållbara och effektiva energisystem.

Många viktiga problemområden har studerats inom ramen för forskarskolans Industrikonsortium. Ett flertal avhandlingar behandlar möjligheter att minska utsläppen av växthusgaser från industrin och här har flera sektorer studerats, bland annat massa- och pappersindustrin, järn- och stålindustrin, kemiindustrin och oljeraffinaderiindustrin. Ett centralt tema i avhandlingarna är potentialer för energieffektivisering i industrisektorn, inte minst vid införande av bioraffinaderikoncept i framtiden. Här analyseras t.ex. tekniska potentialer, kostnadseffektivitet för energieffektiviseringsåtgärder, samt betydelsen av energiledning och styrmedel.

I avhandlingarna har en mängd olika metoder och verktyg använts. Den i särklass mest använda vetenskapliga metoden är intervjuer (15) följt av scenarioanalys (10), dokumentstudier (9), simuleringsberäkningar (9), pinchanalys (9) och optimering (8). Fallstudiemetodik där mer än en metod används för att studera ett specifikt fall, t.ex. ett företag, förekommer i flera avhandlingar. En grundtanke i forskarskolan Program Energisystem har varit att forskaren måste vara medveten om att resultat från energisystemanalyser kan påverkas av vilka systemgränser som valts. I flertalet av Industrikonsortiets avhandlingar har Europas elsystem utgjort systemgräns då effekter av förändrad elanvändning eller elproduktion analyserats.

Industrikonsortiets forskningsresultat visar på många intressanta slutsatser. Det påvisas att det finns energieffektiviseringspotentialer både i nya investeringar och i energiledningsåtgärder, som att justera driftsbetingelser för befintlig teknisk utrustning och ändra beteenden. Det konstateras också att energisamarbeten mellan industri och energibolag med syfte att öka användningen av industriell överskottsvärme i många fall är en hållbar lösning som minskar regioners behov av primärenergi och reducerar utsläppen av växthusgaser. Hinder mot sådana samarbeten kan vara att detta inte är en del av industrins kärnverksamhet. Det konstateras även att energisamarbeten mellan närliggande anläggningar i ett industrikluster kan leda till avsevärt större energieffektiviseringspotentialer än om var och en av de ingående industrierna arbetar enbart med interna åtgärder. Hinder mot denna typ av samarbete är brist på etablerade affärsmodeller. Forskningen visar på ett behov av fortsatta studier kring begreppet kärnverksamhet och dess påverkan på energifrågan i svensk industrin. Avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) från industrin har studerats och här konstateras att denna lösning inte är ekonomiskt lönsam med dagens förutsättningar. Det rekommenderas därför att framtida forskning bedrivs för att studera vilka styrmedel som skulle behövas för att CCS ska bli ekonomiskt intressant för industrin. En annan viktig fråga är hur energitjänsteföretag ska formulera affärsmodeller och strategier kring CCS, samt hur de kan samarbeta med industrin för att på affärsmässiga grunder få till stånd CO2– avskiljning, transport och lagring. Även framtida forskning kring styrmedel, t.ex. energitjänster, för ökad energieffektivitet i industrisektorn förordas. Resultat från Industrikonsortiets avhandlingar visar att processintegrationsverktyget pinchanalys kan kombineras med optimeringsverktyg (i detta fall MIND) vid analys av industriella energisystem. Denna metodkombination ger intressanta resultat varför fortsatt forskning förordas kring kombinationer av olika processintegrationsmetoder. I flertalet avhandlingar har företagsdata använts som indata vid exempelvis modellering och processintegrationsstudier. Detta har accentuerat behovet av ett standardiserat protokoll vid insamling av företagsdata. Ett sådant protokoll kan öka reliabiliteten på indata och förslagsvis användas vid fallstudier.

Avslutningsvis kan konstateras att trots närmare 20 års tvärvetenskaplig forskning mellan samhällsvetare och teknikvetenskaperna finns det fortfarande mycket mer att beforska och utveckla.

A case study is a frequently used concept, but depending on tradition the term may have different meanings. In the design of a case study, one of the most important determinants, apart from the choice of studying multiple or single cases, is the maximization of construct validity, internal validity, external validity, and reliability. The preparation for doing a case study include, for example, the prior skills of the investigator, the training and preparation for the specific case study, the development of a case study protocol, and the screening of candidate case studies. Six main sources of information could be used when conducting case study research: documentation, archival records, interviews (including questionnaires), direct observations, participant observations, and physical artifacts. Case study research is particularly advantageous when “how” or “why” questions are asked about a current set of events over which the researcher has minor or no control. The method is particularly beneficial when studying a complex phenomenon involving one or both of these two questions. If the studied system or case is complex but does not involve the aforementioned questions, or if the study involves a lower degree of complexity, other methods may be more advantageous. Case study research has been a widely used approach when studying energy systems from various perspectives, including Swedish research studying efficient district heating supply, industrial energy efficiency and ventilation, energy systems analysis, and industrial symbiosis.

The purpose of this volume is to present the basics of our methods used within the Energy Systems Programme and to introduce how we have combined methods in earlier research. A research-oriented learning experience includes a formal and informal process of gaining and utilizing knowledge in an area of interest. In our short description of the methods, we end up with a rather formal description of the essence of each method; however, this should be seen as an introduction to methods as a whole, where the reader can deepen their understanding of a method by looking at the reference literature given. We also hope that our book will contribute to vibrant discussions within your research environment concerning the pros and cons of different methods, and the possibilities and limitations when combining different methods. We also encourage the reader to contact people familiar with a method to discuss their experiences and understand that there are lessons to be learned from them.

In this chapter, we will introduce the methods presented here. However, we will start by introducing the system perspective and explain how to do a system analysis.

The European commission highlight the energy service market as an important means to improve energy efficiency. Both the Energy service directive and the new suggested Energy Efficiency Directive urge member states to facilitate market development for energy services. The industrial sector is estimated to have large energy efficiency potential. The aim of this multidisciplinary report is to investigate the state of the Swedish energy service market 2011, both from the supply side and from the industrial demand side in order to contribute with knowledge to the discussion of energy services as a way to improve industrial energy efficiency. Economic market theory and Socio-technical theory (the theory of economization presented by Caliskan and Callon) is used to analyse different aspects of the emerging market. The results show that the market for industrial energy services in Sweden is more extensive than previous reports have assessed. Our study describes how energy service collaborations can be complex and how calculations and measurements of expected energy savings lead to controversies and power imbalances.

Declining fossil resources and the issue of climate change caused by anthropogenic emissions of greenhouse gases make global action towards a more sustainable society inevitable. The EU decided in 2007 that 20 % of the union´s energy use should origin from renewable resources by the year 2020. One way of achieving this goal is to increase the utilisation of biofuels.

Today 2nd generation biofuels are being developed. They are seen as a more sustainable solution than 1st generation biofuels since they have a higher area efficiency (more fuel produced per area) and the biomass can be cultivated at land which is not suitable for food crops. One of these 2nd generation biofuels are fuels derived from microalgae.

In this study a thorough literature survey has been conducted in order to assess the State-of-the-Art in algae biofuels production. The literature review showed the importance of a supplementary function in conjunction with algae cultivation and therefore algae cultivation for municipal wastewater treatment and capturing CO₂ emissions from industry was included in the study. It was assumed that all the wastewater of the city of Gothenburg, Sweden, was treated by algae cultivation.

A computer model of the whole production process has been developed, covering; algae cultivation in conjunction with wastewater treatment, algae harvesting and biofuels production. Two different cases are modelled; a first case including combined biodiesel and biogas production, and a second case investigating only biogas production. Both cases have been evaluated in terms of product outputs, CO₂ emissions savings and compared to each other in an economic sense.

Utilising the nutrients in the wastewater of Gothenburg it is possible to cultivate 29 ktalgae/year. In the biogas case it is possible to produce 205 GWhbiogas/year. The biogas/biodiesel case showed a production potential of 63 GWhbiodiesel/year and 182 GWhbiogas/year. There is a deficit of carbon in the wastewater, hence CO₂ is injected as flue gases from industrial sources. The biodiesel/biogas case showed an industrial CO₂ sequestration capacity of 24 kt_CO2/year while in the biogas case 22.6 kt_CO2/year, could be captured. Estimating the total CO2 emissions savings showed 46 kt_CO2/year in the biodiesel/biogas case and 38 kt_CO2/year for the biogas case. The importance of including wastewater treatment in the process was confirmed, as it contributes with 13.7 kt_CO2/year to the total CO₂ emissions savings.

Economic comparison of the two cases showed that biodiesel in conjunction with biogas production is advantageous compared to only biogas production. This is mainly due to the higher overall fuel yield and the high willingness to pay for biodiesel. The total incomes from biodiesel/biogas sales were calculated to 221 million SEK/year and 193 million SEK/year for biogas. It was found that the higher incomes from biodiesel/biogas sales repay the increased investment for the biodiesel process in approximately 3 years.

The purpose of this volume is to present the basics of our methods used within the Energy Systems Programme and to introduce how we have combined methods in earlier research. A research-oriented learning experience includes a formal and informal process of gaining and utilizing knowledge in an area of interest. In our short description of the methods,  e end up with a rather formal description of the essence of each method; however, this should be seen as an introduction to methods as a whole, where the reader can deepen their understanding of a method by looking at the reference literature given. We also hope that our book will contribute to vibrant discussions within your research environment concerning the pros and cons of different methods, and the possibilities and limitations when combining different methods. We also encourage the reader to contact people familiar with a method to discuss their experiences and understand that there are lessons to be learned from them.

In this chapter, we will introduce the methods presented here. However, we will start by introducing the system perspective and explain how to do a system analysis.

Program Energisystem är ett forskningsprogram och en forskarskola som startades 1997 och består av fem olika avdelningar vid fyra universitet i Sverige. De deltagande forskarna tillhör inte bara olika ämnen utan också helt olika fakulteter. Inom ramarna för Program Energisystem arbetar tekniker och samhällsvetare tillsammans för att studera energifrågorna ur olika infallsvinklar. Det är inte bara tekniken i sig, utan även hur den påverkas av bland annat samhällets regelsystem, politiska beslutsprocesser och olika aktörers intressen som studeras. Följande avdelningar deltar i Program Energisystem:

Energiprocesser, KTHEnergisystem, Linköpings universitetFasta Tillståndets Fysik, Uppsala universitetTema Teknik och social förändring, Linköpings universitetVärmeteknik och maskinlära, Chalmers

Nya doktorander har antagits vartannat år, med början 1997 vilket lett till att 7 doktorandgrupper har antagits till programmet. Den senaste antagningen genomfördes under hösten 2010. Varje årskull läser ett gemensamt kurspaket om 45 högskolepoäng. Kurspaketet har förändrats något under årens lopp, men huvudlinjerna är kvar. För doktoranderna som antogs 2010 ingår följande kurser i detta kurspaket:

Vetenskapsteori, 6hpPerspectives on Energy Systems, 7,5hpSystemanalys med metodexempel från energiområdet, 12hpTvärprojekt i energisystem, 15hpPraktisk tvärvetenskap inom energiområdet, 4,5hp

Kurserna är öppna för andra doktorander i mån av plats och denna bok är ett resultat av de uppsatser som doktoranderna skrev under ”Systemanalys med metodexempel från energiområdet” och utgör en del i examinationen.

Byggnaders energianvändning spelar en stor roll för om Sverige ska kunna minska sin energianvändning eftersom de står för hela 39 % av Sveriges totala energianvändning. I den siffran är både byggnadernas uppvärmning, varmvatten samt fastighetselen och de boendes hushållsel inkluderad. där både energi för att värma upp byggnaden, vattenanvändning och fastigheternas samt hushållens elanvändning ingår. Den största potentialen för att minska byggnaders energianvändning finns i redan existerande byggnader som ofta har en relativt hög energianvändning. Vi har därför studerat redan existerade byggnader i denna rapport med syfte att undersöka drivkrafter och hinder för att genom renovering minska energianvändningen för hyreshus i bostadsområdet Stolplyckan-Magistratshagen. Bostadshusen är belägna i Linköping och ägs av det allmännyttiga fastighetsbolaget Stångåstaden. Vi studerar förändringar i byggnadernas energisystem i Stolplyckan-Magistratshagen i och med renoveringarna från tre perspektiv som alla är relaterade till varandra. Det handlar om byggnaderna som renoveras i området, hushållen som bor i byggnaderna och de professionella aktörerna relaterade till byggnaderna och renoveringarna.

Det här är en studie som syftar till att vara tvärvetenskaplig i den meningen att gemensamma analyser är baserade på insamlad data med hjälp av metoder från flera olika discipliner. För att förstå de sociala aktörernas syn på förändringen av byggnadernas energisystem har vi använt oss av kvalitativa intervjuer med professionella aktörer och hushåll i bostadsområdet. Vi har även använt oss av en enkätundersökning för att undersöka hur de boende ser på byggnadernas inomhusklimat. Vi har dessutom genomfört simuleringar i IDA ICE av en byggnad för att beräkna lägenheternas el- och värmebehov.

Studien visar att renoveringen genomfördes på grund av mikrobiell tillväxt i byggnadernas fasader, och kom efterhand att också fokusera på energieffektiviseringar eftersom en sådan satsning ansågs innebära en liten del av den totala renoveringskostnaden. Arbete med energifrågor hade ett stort stöd i Stångåstaden och stöddes även principiellt av hushållen, men i praktiken var det få hushåll som var villiga att premiera energieffektiviseringar framför andra värden i sin vardag, och det fick inte gå ut över exempelvis bekvämlighet.

Renoveringen innebär inga tekniska nymodigheter utan Stångåstaden satsade efter egna erfarenheter och efter inspiration från tidigare renoveringar på vad de ansåg vara säker och tillförlitlig teknik. Renoveringen skulle inte innebära något nytt eller krångligt utan handla om energisparande åtgärder som skulle vara osynliga för hushållen. Enligt enkätresultatet och simuleringarna har renoveringen varit lyckosam i fråga om att både förbättra byggnadernas inomhusklimat och för att minska byggnadernas uppvärmningsbehov. För hushållen var detta dock inget som de primärt värdesatte vid val av bostad. För de boende var energi i huvudsak el, och renoveringen hade också som ambition att sänka elanvändningen genom energisnåla vitvaror. Samtidigt utrustades alla lägenheter med egna tvättmaskiner och torktumlare och den gemensamma tvättstugan togs bort. Det gjorde att hushållens elanvändning ökade och enligt våra beräkningar ökar hushållens elkostnader med mellan 700 – 1 000 kr per år. De enskilda tvättstugorna i varje lägenhet installerades med tanken att framtida hyresgäster kommer efterfråga det. Få av de nuvarande hyresgästerna värdesatte att ha en egen tvättmaskin.

Slutsatsen för vår studie är att det råder en obalans mellan de inblandade aktörernas mål med renoveringen. Stångåstaden såg att de har ett ansvar för att reducera energianvändningen för byggnaderna men inkluderade inte hushållen i arbetet med att spara energi. De boende förstod inte energiåtgärderna och betraktade renoveringen i första hand som ett saneringsprojekt

In order to mitigate global climate change, anthropogenic emissions of fossil carbon dioxide (CO₂) need to be cut drastically. Road transport is a major source of CO₂ emissions, and in urban areas road transport also involves problems such as congestion, noise and particle emissions. Stockholm, the Swedish capital and one of the busiest regions in Sweden, has the ambition to be a pioneer in addressing environmental problems; CO₂ emissions in particular. One of the political visions incorporated in Stockholm’s environmental work is to achieve a practically renewable transport system by 2030.

This study investigates if there are favourable conditions to achieve a renewable road transport system in Stockholm by 2030. Three aspects are considered; technology, private economy and regional planning policy. The study is based on three sub-studies, one for each aspect, and conclusions are drawn from the integration of the sub-studies. A scenario assessment implies that the technology to transit to a completely renewable road transport system could exist, and that a mix of technologies would be preferable. Cost optimisations show that renewable fuels and electric vehicles are cost-competitive given certain incentives. Hence, private persons could shift their transportation choices towards alternative vehicles and fuels. Interviews with regional institutional actors and analysis of regional planning documents reveal that integrating energy and transport systems in planning policy could enable the transition to a renewable road transport system in Stockholm. The work has been carried out under the auspices of The Energy Systems Programme (primarily financed by The Swedish Energy Agency).

The study concludes that favourable conditions for a renewable road transport system do exist. However, the main challenge is to coordinate the simultaneous implementation of necessary measures and the study shows that this is best organised at a regional level.

The purpose of this volume is to present the basics of our methods used within the Energy Systems Programme and to introduce how we have combined methods in earlier research. A research-oriented learning experience includes a formal and informal process of gaining and utilizing knowledge in an area of interest. In our short description of the methods,  e end up with a rather formal description of the essence of each method; however, this should be seen as an introduction to methods as a whole, where the reader can deepen their understanding of a method by looking at the reference literature given. We also hope that our book will contribute to vibrant discussions within your research environment concerning the pros and cons of different methods, and the possibilities and limitations when combining different methods. We also encourage the reader to contact people familiar with a method to discuss their experiences and understand that there are lessons to be learned from them.

In this chapter, we will introduce the methods presented here. However, we will start by introducing the system perspective and explain how to do a system analysis.

Vilken påverkan har vårt vardagsliv och de aktiviteter som sker i hemmet på vår miljö lokalt och globalt sett? Hur bidrar vi till den nu så aktuella frågan om global uppvärmning? Vanliga företeelser såsom matlagning, dörrar och fönster som öppnas, att ta ett bad eller en sådan grundläggande sak som vår närvaro är alla exempel som påverkar det globala energisystemet.

Om en dörr öppnas eller om en ugn sätts på påverkas inomhusklimatet genom förändringar i inomhustemperatur och luftkvalité. Som en följd av detta påverkas även energianvändningen i huset vi bor i samt det lokala energisystemet vi befinner oss i. Förändringar i lokala energisystem får i sin tur följder för det globala energisystemet och därmed klimatet på global nivå. Därmed är det inte sagt att allt vi i vardagen gör indirekt har negativa konsekvenser på det globala klimatet. De två följande frågorna utgör grunden till denna rapport: Vad kan göras för att minska de negativa effekterna av en energipåverkande aktivitet? Och vad finns det för möjligheter att göra detta?

Ett alternativ är att förbättra våra byggnader så att den värme som kommer från solen, våra kroppar och aktiviteter tillvaratas på ett optimalt sätt, just detta är grundtanken med konceptet passivhus som under det senaste årtiondet fått alltmer gehör. I ett passivhus använder man sig av ett välisolerat klimatskal samt värmeväxling för att uppnå ett behagligt inomhusklimat samtidigt som en minimering av uppvärmningsbehovet sker.

Denna studie omfattar ett antal nybyggda passivhus och ett antal konventionella hus i bostadsområdet Lambohov i Linköping. Här undersöks hushållsaktiviteters påverkan på energibalansen i båda hustyperna samt vilka effekter en omfattande ombyggnation till passivhus kan ha på Linköpings energisystem. Studien jämför hur uppvärmningsystemet påverkar inomhusklimatet för de boende. I studien ingår även en undersökning om de förväntningar de nyinflyttade har på passivhusen samt de förväntningar som bostadsbolaget har på hyresgästerna. Vidare undersöks de faktorer som motiverade byggandet utifrån bostadsbolagets samt staden Linköpings perspektiv.

Denna rapport går bakom kulisserna på passivhusen i Lambohov och söker information kring aktörer och hyresgäster av dessa passiva radhus-hyreslägenheter. En bottom-up-metod används för att få en realistisk bild av hushållets verksamheter som bidrar till den passiva uppvärmningen av byggnaden. Mätningar av energianvändning och termiskt inomhusklimat sker i precisionen 5-sekunder och extrapoleras i både tid och rum från hushållet till byggnaden och sedan över till kommunal nivå i syfte att identifiera miljöeffekter globalt.

Studien är tvärvetenskaplig i den bemärkelse att den innehåller användning av teori och metoder för analys och insamling av information som traditionellt används inom olika vetenskapliga discipliner. Ett systemtänkande tillämpas som bygger på idén om att utföra en analys av passivhusens energisystem som sträcker sig över flera systemnivåer. Den första systemnivån där studien startar är hushållsnivån, den innefattar hyresgästerna och de termiska laster som genereras från vardagliga hushållsaktiviteter. Från hushållsnivån går studien vidare upp till byggnadsnivån där egenskaperna hos själva byggnaderna samt värme och ventilationssystem analyseras inom ramen för inomhusklimat och energibalans i byggnaden. Slutligen nås den lokala nivån för att ta reda på vilka motiv som fanns för kommunen och bostadsbolaget att investera i passivhus från första början. Här ingår även en optimeringsstudie om effekterna av en omfattande ombyggnation till passivhus. De olika nivåerna i energisystemet som beskrevs här illustreras i figuren nedan.

Events in recent decades have placed climate change at the top of the political agenda. The European Union has assumed a vanguard role in global climate negotiations, pushing for ambitious international commitments. Furthermore, Sweden is positioning itself as a leader within the EU when it comes to setting the agenda for climate change. In Sweden, energy-intensive industries are responsible for a large proportion of greenhouse gas emissions and their ability to switch to a renewable energy source could contribute significantly to the transition to a decarbonised economy.

This study analyses the role of three energy-intensive industries with regard to increased refining and use of biomass and will also take a glimpse into the future in an attempt to gain further insight into what will affect future developments in this area. The study is limited to the pulp and paper industry, the iron and steel industry and the oil refining industry as well as the EU legislation that affects these industries. For each industry the operations of the following case companies, Södra, SSAB and Preem AB, are analysed specifically and for each company one or two selected plants exemplify the outcome of the implementation of different technologies. This interdisciplinary study combines a range of methods taken from engineering and social sciences.

The industries studied all have different preconditions for transformations and the technological options available diverge to a large extent. There are many options for the pulp and paper industry compared to the iron and steel industry and the oil refining industry. The most likely technological option for this sector is to utilise internal resources for conversion to energy or material products and export of excess energy. Options for the steel producer SSAB include the substitution of part of the coke in the blast furnace with biomass or refined biomass products such as syngas and biomethane and forming an industrial symbiotic partnership. There are several options for the oil refining industry to substitute fossil feedstocks without the need to modify the existing infrastructure. One option is hydrotreatment of bio-oil into green diesel, which will be implemented at the Preem refinery in Gothenburg. However, green production of transportation fuels and substitution of coke in the blast furnace require large amounts of biomass and since biomass is a limited resource this is likely to act as a barrier to the development of these technologies.

Furthermore, it can be concluded that the companies studied could contribute significantly to the development of technologies that are in line with their core capabilities, while the development of technological options that require a change in their core capabilities is more limited. This discovery is further supported by the finding that the EU directives relevant to this report do not push industrial operators beyond efficiency measures along established technological lines. On the one hand, these legislative instruments, which are designed in the spirit of ecological modernisation, encourage the most cost-effective technologies and processes for the abatement of greenhouse gases relevant to each industry. On the other, they do not appear to be sufficient to raise the cost of carbon emissions and this contributes to a situation where incentives to make different biomass-based technologies economic are not present on the market. Over a longer time perspective none of the case companies believes that biomass will have increased significantly in the Swedish energy system by 2050. These case companies claim that biomass is too limited a resource and can only contribute in part to the necessary substitution of fossil fuels.

Fjärrvärme spelar en viktig roll i strävan mot ett hållbart samhälle. Därför har vi i denna studie studerat Stockholms fjärrvärmenät och de aktörer som påverkar dess utformning. Syftet med studien har varit att undersöka drivkrafter och hinder för att utveckla fjärrvärmenäten i Stockholm. Vidare har syftet varit att studera hur aktörerna samverkar på kommunal och regional nivå för att bibehålla och/ eller vidareutveckla energisamarbeten.

Fjärrvärmenätet har modellerats utifrån sex olika scenarier i optimeringsprogrammet MODEST. Genom scenarierna har vi kunnat testa dagens nät med bättre sammankopplingar, byggande av kraftvärmeverk samt naturgas som bränsle i kraftvärmeverken. Vidare har kvalitativa intervjuer med kommuner, energibolag, intresse- och branschorganisationer samt regionala aktörer genomförts.

Studien visar att Stockholms fjärrvärmenät redan idag är väl sammankopplat vilket innebär att de ekonomiska vinsterna med ytterligare sammankopplingar inte är särskilt stora. Modelleringarna pekar dock på att byggande av kraftvärme, både med biobränsle och med naturgas, har en viss ekonomisk potential. En positiv effekt är också minskningen av de globala utsläppen av växthusgaser. Vinster med samarbeten och sammankopplingar från energibolagens sida är framförallt ökad driftsäkerhet och driftsoptimering samt möjligheten att samordna revisioner. För att samarbeten ska fungera är dock ekonomisk vinst för samtliga parter samt jämlika förhållanden dem emellan en förutsättning. Det är inte tekniska problem som hindrar utökade sammankopplingar, snarare är det ökat behov av planering och administration som försvårar utökat samarbete mellan bolag.

Genom resultatet från intervjuerna kan slutsatsen dras att ett glapp finns i synen på samverkan mellan bolag och kommuner. Detta oavsett om bolagen är kommunalt eller privat ägda. Att energibolagen ska drivas på bolagsmässiga grunder kan vara en förklaring till detta. Energiplanering från kommunernas perspektiv har kommit att handla om klimatfrågan i hög utsträckning och ses ofta som synonymt med miljöarbete. Energiplaneringen har därmed fått högre status och flyttats närmre kommunledning. Samtidigt sker energiplanering på många olika nivåer, inom och mellan kommunerna samt på regional nivå, vilket gör det svårt att få ett samlat grepp om frågan. Också bolagen har olika syn på det regionala perspektivet vilket pekar på att det saknas ett fungerande regionalt organ där bolag och kommuner kan samverka.

Även om både energibolagen och kommunerna är positivt inställda till fjärrvärme som teknik ser framtiden för fjärrvärmebranschen något osäker ut. Minskade värmelaster på grund av energieffektiviseringar och klimatförändringar bidrar till osäkerheten. Samtidigt väntar en utredning om tredjepartstillträde som potentiellt kan innebära stora förändringar för branschen. Genom att alla bygger kraftvärme kan det vara ett sätt att ändra marknadsinriktning från värme till el för att ge ökad lönsamhet. Det går inte heller att bortse från att Stockholmsregionen har goda förutsättningar för att införa ett tredjepartstillträde där kunderna själva kan välja fjärrvärmeleverantör.

Arbetet är uppdelat i tre delar. De första två behandlar koldioxidavskiljning och lagring, CCS, varav den första främst är en intervjustudie som analyserar debatten om CCS i Sverige. Den andra är en ekonomisk utvärdering av CCS vid implementering i massabruk. Massabruken är för övrigt en av Sveriges största källor till koldioxidutsläpp. Den tredje och sista delen behandlar Kyotoprotokollets flexibla mekanismer, nämligen joint implementation, JI, och clean development mechanism, CDM, utifrån hypotesen att stora delar av de beräknade ekonomiska vinsterna kan komma att ätas upp på grund av transaktionskostnader.

In order to decrease the environmental impacts caused by the pulp- and paper industry it is nowadays more or less common to perform a closure of the mill. The closure of the bleach plant will result in a minimal intake of fresh water and thereby the effluent will be contaminated to a greater extent. The bleach plant filtrate can be mixed with the black liquor and combusted in the soda recovery boilers. The necessity of pre-evaporating the bleach plant filtrate will thereby arise. In this study some alternatives have been investigated how to process integrate a pre-evaporation plant. Three alternatives have been investigated where the pre-evaporation can be fulfilled by using live steam only or live steam combined with waste heat. It can also be achieved by using a mechanical vapour recompression unit, which uses low temperature waste heat to accomplish the pre-evaporation.

Due to the complexity of the mill two different methods have been used to evaluate the alternatives for pre-evaporation. The pinch-method is used on a lower aggregation level where the different components for pre-evaporation is considered, while the MIND-method is used on the higher aggregation level to take into account the whole mill.

Two different scenarios have been studied, one with the existing electricity prices and one with an increase of the electricity prices with 50%. In both scenarios it is shown preferable to use the live steam/waste heat alternative compared to the ”worst case”, using mere live steam. The investment costs for the live steam/waste heat case will imply that the payback period will be approximately 3.5 years. The mechanical vapour recompression alternative is shown profitable with the existing electricity prices, compared to the live steam case. But due to the high investment costs it gives an unacceptable payback period. When the electricity price is increased by 50% it shows not profitable. In case of an increase of the fuel prices the mechanical vapour recompression alternative will be more profitable due to the usage of less fuel compared to the other cases.