Issuu on Google+

Drivers  and  condi-ons  for  biofuels  for  transporta-on   Björn  Berglund   Ph.D.  Candidate  at  Environmental  Technology  and  Management   Linköping  University  

Technology  of  itself,  has  no  power,  it  does  nothing.     Only  in  associa-on  with  human  agency,  social  structures  and   organisa-ons  does  technology  fulfil  func-ons.   Since  all  technical  artefacts,  components  and  systems  are  embedded   in  a  social  context,  we  must  refer  to  them  as  socio-­‐technical.  They   both  affect  and  are  affected  by  society.  

Overview:   1.  Introduce  theore-cal  concepts:    -­‐  Technological  transi-ons:  a  mul--­‐level  approach  to  sociotechnical  change   2.  Biofuels  development  in  Sweden,  1974-­‐2004.  Three  eras:    -­‐  1974-­‐1985:  Oil  crises,  or  The  Methanol  years    -­‐  1986-­‐1997:  When  environmental  concerns  turn  local,  so  does  the  solu-ons    -­‐  1998-­‐now:  Climate  change,  variety  and  take-­‐off   3.  Case:  Biogas  development  in  Linköping  

Sociotechnical  regimes  

•  The  ac-vi-es  of  these   groups  are  aligned  to   eachother  and  co-­‐ ordinated   •  Regimes  account  for   dynamic  stability   •  Innova-on  is  possible   but  is  o[en  of  an   incremental  nature   •  Regimes  exist  at  the   meso  level,  between   micro  and  macro  

Mul-ple  levels  

Different  kinds  of   sociotechnical  regimes:   •  Heat  &  Power  Genera-on   •  Personal  Transporta-on   •  The  Agricultural  Sector  

Mul-ple  levels   Features  of  a   sociotechnical  landscape:   •  An  external  context  for   interac-ons  of  actors     •  Consists  of  (for  example):    -­‐  oil  prices    -­‐  wars    -­‐  poli-cal  coali-ons    -­‐  cultural  values    -­‐  environmental    problems   •  Even  harder  to  change   than  regimes  

Mul-ple  levels   Features  of  a   sociotechnical  niches:   •  Protected  or  insulated   from  market  selec-on   •  Make  room  for  radical   novel-es   •Provide  learning  processes   and  possibility  to  build  social   networks   •    ”Easy”  to  change,  but   need  expansion  to  make  a   difference  

Mul-ple  levels  

Macro  =  landscape    •  consists  of  slow  changing    external  factors     Meso  =  regimes    •  accounts  for  stability  in    exis-ng  technological    development   Micro  =  niches    •  accounts  for  the    genera-on  and    development  of  radical    innova-ons  

Technological  transi-ons   Characteris-cs:   1.  Novelty,  shaped  by   exis-ng  regime   2.  Evolves,  is  taken  up,  may   modify  regime   3.  Landscape  is   transformed  

Conclusion:     Success  is  not  only  innova-on  processes  within  the  niche,  but  a  trajectory  from  that  niche   which  devlop  into  an  invasion/immigra-on  into  the  two  other  levels.  

The  three  eras  of  biofuels  development  in  Sweden  1974  -­‐  present   Very  much  a  story  of  the   effects  in  shi[s  in  three   landscape  stories:  

1.  Oil  prices  &  fuel  security   2.  Air  pollu-on   3.  Climate  change  

Scien-fic  papers  on  1,  2  and  3  

Ar-cles  in  Swedish  newspapers  on  1,  2  and  3  

Oil  crises,  or  The  Methanol  years,  1974-­‐85   Local  environment  and  local  fuels,  1986-­‐97   Climate  change,  variety  and  take-­‐off,  1997-­‐  

Oil  crises,  or  The  Methanol  years,  1974-­‐85   Scien-fic  papers  on  1,  2  and  3  

Ar-cles  in  Swedish  newspapers  on  1,  2  and  3  

Oil  crises,  or  The  Methanol  years,  1974-­‐85  

Methanol  was  dominant  in  the  first  period:      •  Introduced  in  response  to  the  oil  crisis  by  the  car  industry    •  Interna-onal  networks  were  developed    •  The  poli-cal  system  an  public  authori-es  were  influenced  by  the  logic    •  A  niche  system  was  developed  around  SMAB  (Volvo  40%  +  Government  60%)    •  Fuel  taxes  were  challenged  and  changed   In  1986,  the  oil  prices  halfed  and  Tjernobyl  happened    •  Landscape  changed  from  large-­‐scale  oil  subs-tu-on  to  local  environmental  issues    •  Methanol  was  wiped  off  the  scene  

Oil  crises,  or  The  Methanol  years,  1974-­‐85   METHANOL  INITIATIVES  AND  DRIVERS:   •  1973:  The  Oil  Crisis  hits  the  global  economy  with  rising  prices   •  1974:  Volvo  start  a  project  on  alterna-ve  motor  fuels,  writes  a   report  which  state  that  methanol  has  the  best  qualifica-ons   •  1975:  The  swedish  government  writes  a  bill  to  reduce  pollu-on   and  decrease  swedish  oil  dependancy:    •  Methanol  shall  be  blended  in  petrol  to  15-­‐20%    •  Heavy  diesel  vehicles  should  run  on  pure  methanol    •  86%  of  all  government  research  on  alterna-v  fuels  was    consequen-ally  done    on  methanol  up  to  1981   •  1975:  Svensk  Methanolutveckling  (SMAB)  is  formed      (Volvo  40%  +  Government  60%)   •  1979:  Commission  for  Oil  Subs-tu-on  (OED)  is  appointed    •  Recommends  petrol  with  15%  methanol  and  tax  reliefs    from  1982  an  onwards  

•  1980-­‐82:A  field  test  of  1000  M15  cars  and  19  pumps  

•  1982:M15  strategy  is  replaced  with  M100  strategy   •  1983:  Tax  break  is  finally  based  on  energy  content  +      field  test  with  22  M100  cars  and  3  pumps.     •  1983:  Volvo  start  vehicle  development  


•  1978:  Ethanol  come  on  to  the  scene  via  agricultural  policy   •  1979:  New  government  bill  suggest  studies  also  for  other  alterna-ve  fuels   •  1980:  The  fuel  industry  increased  cracking  of  heavy  petroleum  fuel  and   deemed  distribu-on  of  methanol  impossible   •  1980:  The  car  industry  made  similar  reserva-ons   •  1980-­‐85:  The  emergence  of  an  advocacy  coali-on  on  ethanol  can  be  seen,    SMAB  changes  it  name  to  SDAB:  Svensk  Drivmedelsteknik  AB   •  1980:  The  Ministry  of  Agriculture  recommend  ethanol,  since  it  could  be    produced  faster  and  from  a  domes-c  feedstock.     •  1980:  Taxes  on  ethanol  are  lowered  by  25%  by  the  Centre  party    (tradi-onally  strong  with  farmers)   •  1981:  Funding  is  received  for  an  ethanol  plant  in  Lidköping   •  1985:  The  Minister  of  Energy  suggest  a  commission  on  ethanol  

Oil  crises,  or  The  Methanol  years,  1974-­‐85  

Why  then  didn’t  methanol  survive?    •  Adjustments  in  car  standards  and  fuel  distribu-ons  were  not  made    •  The  fuel  regime  was  not  affected  at  all  =  instead  it  developed  bener  extrac-on  methods  itself    •  The  system  had  not  gained  enough  momentum  by  itself    •  The  networks  did  not  extend  to  larger  groups  of  people    •  Fleet  tests  with  methanol  cars  were  made,  but  not  with  enough  users  involved  =  the  methanol    pumps  were  simple  and  temporary    •  No  strong  actors  in  parallell  regimes  had  interest  in  suppor-ng  methanol    •  Methanol  was  mentally  linked  to  natural  gas  and  coal    •  Ethanol  had  emerged  as  an  alterna-ve  

Oil  crises,  or  The  Methanol  years,  1974-­‐85  

What  was  the  legacy  of  methanol?    •  No  physical  objects  (except  some  research  equipment  on  gasifica-on)  remained      •  No  markets  had  been  established    •  Few  studies  on  other  fuels  than  methanol  were  made   However:    •  Resource  mobilisa-on  for  alterna-ve  fuels  as  a  group  had  increased  drama-cally    •  The  methanol  programme  had  induced  informa-on  flows  also  on  other  fuels    •  Fuel  research  competence  increased  within  the  public  authori-es    •  Ethanol  could  benefit  from  being  physically  and  conceptually  similar  to  methanol    •  The  change  in  taxes  to  be  beneficial  to  alcohols  came  to  benefit  also  ethanol    •  The  fuel  standards  developed  for  methanol  had  become  well-­‐known  concepts  and  was  later  taken    over  by  ethanol  (E100,  E85,  E5)    •  Knowledge  and  experience  in  alterna-ve  fuels  was  gained  both  within  Volvo  and  Saab    •  The  consultants  of  SMAB  would  later  appear  as  na-onal  inves-gators  of  alterna-ve  fuels    •  Gasifica-on  exper-se  was  developed  within  technical  universi-es    •  The  niche  network  within  methanol  was  strong  and  returned  in  the  third  period  

Oil  crises,  or  The  Methanol  years,  1974-­‐85   Summing  up:    •  Methanol  never  made  it  outside  of    the  niche  level,  but  had  some  legacy    in  later  developments  for  biofuels  for    transporta-on   Scien-fic  papers  on  1,  2  and  3  

Ar-cles  in  Swedish  newspapers  on  1,  2  and  3  

Oil  crises,  or  The  Methanol  years,  1974-­‐85  

Local  environment  and  local  fuels,  1986-­‐97   Scien-fic  papers  on  1,  2  and  3  

Ar-cles  in  Swedish  newspapers  on  1,  2  and  3  

Local  environment  and  local  fuels,  1986-­‐97  

Dominant  trends  in  the  second  period:    •  The  landscape  changed  to  focus  more  on  local  concerns:  air  pollu-on  +  environmental  concerns    •  The  agricultural  regime  +  chemical  industry  formed  the  ethanol  promo-on  organisa-on  SSEU    •  Municipal  waste  companies  +  municipali-es  discovered  transporta-on  as  a  market  for  biogas    •  Emergence  of  niche  markets  =  municipally  owned  city  buses    •  Addi-onal  resources  added  from  state  level,  leading  to  research  and  demonstra-on  programs    •  In  1997,  some  10%  of  buses  in  regular  service  used  an  alterna-ve  fuel    •  A  state  funding  programme  for  demonstra-ons  was  ini-ated    •  If  methanol  was  an  innova-on,  ethanol,  natural  gas  +  biogas  made  up  more  of  a  panern  of  invasion  

Local  environment  and  local  fuels,  1986-­‐97   The  overall  results  of  the  second  period:    •  The  regime  was  not  seriously  affected,  alterna-ve  fuels  counted  for  0,4%  of  total  fuel  use  in  1997    •  Legi-macy  was  not  very  high,  neither  among  car  users  nor  motor  journalists    •  The  exis-ng  regime  also  found  its  own  solu-ons  =  exhaust  gas  control  +  bener  fuel  quali-es    •  Progress  was  slow  on  the  produc-on  side;  forest  industry  didn’t  want  increased  compe--on  for    raw  materials    •  The  planned  wheat  ethanol  plant  waited  for  further  tax  reduc-ons    •  The  plant  in  Örnsköldsvik  and  imports  from  Brasil  alone  took  care  of  the  supply  of  ethanol    •  Biogas  produc-on  and  upgrading  had  only  started  on  small  scale  in  three  municipali-es    •  The  local  scale  became  important,  so  different  trajectories  could  develop  at  the  same  -me   Were  the  alterna-ve  fuels  compe-ng  against  eachother  for  regime  influence?    •    No,  the  fragmented  character  of  the  market,  with  separated  ci-es  with  variying  condi-ons  and    histories,  gave  room  for  more  than  one  alterna-ve  in  the  total  bus  niche,  some  examples:      •  Malmö  and  Göteborg  went  for  natural  gas      •  Stockholm  and  Örnsköldsvik  went  for  ethanol      •  Linköping,  Trollhänan  and  Uppsala  for  biogas    •  Competed  for  funds  for  the  na-onal  demonstra-on  programme  and  poli-cal  anen-on  at  the    municipal  level    

Local  environment  and  local  fuels,  1986-­‐97   Why  then  were  these  three  fore  the  most  part  chosen?      •  Ethanol  inherited  the  dominant  posi-on  from  methanol      •  As  with  methanol,  the  technical  overlap  to  ordinary  fossil  fuel  was  important      •  In  contrast  to  methanol,  it  was  considered  small  scale,  domes-c  and  environmentally  friendly      •  A  strong  advocacy  group  of  farmers  with  well-­‐established  to  poli-cians  in  the  Centre  party      •  Wood  ethanol  from  the  forest  industry  became  seen  as  a  long  term  solu-on      •  Municipali-es  bought  buses  and  legacy  was  imported  from  the  USA    •  Natural  gas  benefited  from  the  strong  focus  on  air  quality      •  Had  links  to  the  old  methanol  development  within  Volvo      •  As  the  landscape  focus  switched  to  climate  change,  the  connec-on  to  biogas  became  apparent  


 •  Biogas  emerged  as  a  closed  micro-­‐system      •  It  enabled  municipali-es  to  solve  waste  and  air  quality  problems      •  All  the  actors  in  the  value  chain  could  be  part  of  the  same  administra-on      •  Biogas  also  co-­‐evolved  with  natural  gas  in  a  complex  way:        •  Linköping  got  it  since  a  natural  gas  pipe  between  Göteborg  and  Stockholm  was  on  its  way        •  Then  Linköping  expanded  biogas  because  this  same  natural  gas  pipe  was  NOT  coming        •  The  vehicle  technology  had  already  been  developed  for  natural  gas  

Local  environment  and  local  fuels,  1986-­‐97   Summing  up:    •  The  mental  overlap  between  all    alterna-ve  fuels  was  large  among  users.    Organisa-ons  were  prepared  for  the  next    step,  although  regime  changes  was  not    apparent.  Local  solu-ons  flourished!   Scien-fic  papers  on  1,  2  and  3  

Ar-cles  in  Swedish  newspapers  on  1,  2  and  3  

Local  environment  and  local  fuels,  1986-­‐97  

Climate  change,  variety  and  take-­‐off,  1997-­‐   Scien-fic  papers  on  1,  2  and  3  

Ar-cles  in  Swedish  newspapers  on  1,  2  and  3  

Climate  change,  variety  and  take-­‐off,  1997-­‐  

Dominant  trends  in  the  third  period:    •  The  landscape  changed  to  focus  more  on  climate  change,  even  amongst  poli-cians  and  industry    •  In  1998,  oil  prices  started  to  rise  again,  and  the  grand  idea  of  sustainable  transporta-on  returned    •  Ethanol  and  methane  (biogas)  began  to  grow  rapidly  and  became  visible  in  the  sta-s-cs    •  The  demand  for  large-­‐scale  change  grew  stronger    •  Enough  advocates,  ins-tu-onal  adapta-on  and  physical  artefacts  remained  from  last  period    •  It  was  a  growing  system  that  could  make  room  for  many  alterna-ves    •  The  different  fuels  got  their  own  dynamics,  held  together  by  the  idea  of  bridging  technologies  

Climate  change,  variety  and  take-­‐off,  1997-­‐   Ethanol  and  methane  (biogas)    •  The  key  issue  was  market  forma-on  through  changed  regula-on  and  consumer  legi-macy    •  Agriculture,  waste  treatment  and  natural  gas  had  grown  a  fairly  strong  support  for  change    •  Suppliers  and  users  were  ready,  technical  competence  in  place    •  And  when  regula-on  changed  (exemp-on  from  energy  and  CO2-­‐tax),  a  break-­‐through  occured    •  Local  investment  programs  benefited  biogas  development    •  For  flexi-­‐fuel  vehicles,  vehicle  tax  reduc-on  and  local  policies  such  as  free  parking  was  important   For  the  first  -me:  regime  actors  became  involved  in  more  than  just  demonstra-ons:    •  Imported  Ford  Focus  FFV  (US  legimitacy)  had  a  great  marke-ng  value,  both  Saab  and  Volvo  joined  in    •  In  Volvo,  a  bi-­‐fuel  development  went  from  fringe  ac-vity  to  be  legi-mized  by  top  management    •  Policies  for  mandatory  alterna-ve  fuel  at  gas  sta-ons  was  suggested   Other  interes-ng  events:    •  A  biomass  gasifica-on  path  returned  from  the  methanol  age    •  Hydrogen  cars  have  begun  compe-ng  for  legi-macy,  as  well  as  electric  cars  

Climate  change,  variety  and  take-­‐off,  1997-­‐   Summing  up:    •  Regime  actors  for  the  first  -me  involved    led  to  breakthroughs  for  both  ethanol  and    methane  fuels.  This  ’immigra-on’  is    dis-nguished  from  the  ’innova-on’  and    ’invasion’  of  previous  eras.   Scien-fic  papers  on  1,  2  and  3  

Ar-cles  in  Swedish  newspapers  on  1,  2  and  3  

Climate  change,  variety  and  take-­‐off,  1997-­‐  

Lessons  learned  from  the  biofuels  development  in  Sweden   •  Changing  socio-­‐technical  systems  is  difficult  and  transi-ons  take  a  long  -me    -­‐    30  years  of  development  account  for  less  than  3%  of  the  market    -­‐  Oil  had  4%  of  the  world  energy  supply  a[er  50  years  of  petroleum  extrac-on!  (1860-­‐1910)   •  Changes  in  the  landscape  create  space  for  niche  development   •  Crea-on  of  niche  markets  is  a  key  process:  demos  -­‐>  niche  management     •  All  of  the  seven  suggested  dimensions  of  a  socio-­‐technical  regime  must  be  affected:    •  Technology    •  User  prac-ces  and  markets    •  Symbolic  meaning  of  technology    •  Infrastructure    •  Industry  structure    •  Policy    •  Techno-­‐scien-fic  knowledge  

Case:  Biogasifica-on  of  Linköping   Poli-cal  explana-ons:    •  During  the  80s  discussions  intensified  on  environmental  issues    •  The  central  bus  stop  square  was  characterized  by  the  smell  of  diesel  exhaust  and  soot  par-cles.      •  Strong  and  joint  poli-cal  will  among  the  local  poli-cians  to  bener  the  environment  of  the  inner  city      •  A  complete  poli-cal  over  the  borders  support  of  the  project  was  gained.    •  Center  party  =  strong  alterna-ve  connec-ons  to  the  farmers/agricultural  regime     Second  important  thing  -­‐  create  niche  market:    •  LITA,  the  local  transport  authority,  had  problems  convincing  people  to  use  public  transporta-on    •  Tekniska  verken  (TVAB)  had  permission  problems  with  their  opera-ng  CHP    •  Both  of  these  wanted  new  business  models,  and  became  interested  in  alterna-ve  fuels    •  Gas  seemed  promising,  not  the  least  since  the  natural  gas  pipeline  was  planned!    •  The  vehicle  technique  existed  (had  been  developed  for  natural  gas)    •  Then  as  soon  as  the  pipeline  was  NOT  going  to  be  built  =  suddenly  seen  as  less  compe--on!    •  Since  both  of  these  en--es  was  municipally  owned,  they  could  easily  join  efforts  with  support  from    the  local  poli-cal  authori-es    •  A  secure  offset  niche  market  became  possible:  bio-­‐methane  buses  to  be  run  in  the  regular  fleet  

Case:  Biogasifica-on  of  Linköping   Solu-ons  to  other  problems  come  in  handy:    •  The  waste-­‐water  treatment  plant  produce  bio-­‐methane  as  a  bi-­‐product,  what  to  do  with  though?    •  The  local  slaughter  house  can  find  a  way  to  get  rid  of  huge  quan--es  of  organic  waste   Finding  an  organisa-onal  form:    •  A  company  is  constructed  between  TVAB,  Scan  and  the  farmers  associa-on  (LRF),  and  together    fund  a  local  biogas  plant.  Starts  in  1997.   From  this  point  on,  it  becomes  interes-ng  to  view  this  process  by  adding  two  concepts:   •  Momentum:  when  a  socio-­‐technical  system  achieve  it’s  own  inner  dynamics  and  become  less  affected  by   its  environment  than  vice  versa.  Momentum  is  gained  by  overcoming…   •  Reverse  salients  =  problema-c  issues  occuring  due  to  uneven  development  of  the  system.  Solving   reverse  salients  is  what  drives  the  system  expansion  forward.      -­‐  You  need  pumps  to  sell  cars  and  cars  to  sell  pumps.  Solu-on?    -­‐  Hybrid  technologies:  fuel  blending,  flexifuel  and  bi-­‐fuel  (two  tanks)  vehicles  

Case:  Biogasifica-on  of  Linköping   Biogas  gaining  momentum,  three  examples:    REVERSE  SALIENT:          

 Calcula-ons  for  the  full-­‐scale  project  showed  that  the  switch  to  bio-­‐methane    fuel  in  the  buses  would  cost  more  than  con-nued  traffic  with  diesel  buses.  


 The  poli-cians  decide  to  go  even  further/big  scale  instead  of    giving  in  to  diesel    •  65  bio-­‐methane  buses  instead  of  the  20  ini-ally  planned    •  Further  investments  encouraged,  for  example  in  competent  personnel  



 The  market  of  municipal  buses  has  been  fully  exploited,  what  next?  


 Further  expansion:  regionally  as  well  as  to  go  for  private  car  customers    •  First  fuelling  sta-on  in  2002    •  Next  year:  create  demand  with  fuelling  sta-ons  in  all  ci-es  in  Östergötland    •  New  produc-on  unit  in  neighbouring  Norrköping  



 Ci-zens  rage  due  to  odor  problems  within  the  city  of  Linköping  


 •  Research  team  and  technicians  solves  it  and  create  more  public  legi-macy  


Case:  Biogasifica-on  of  Linköping   WASTES   Slaughterhouses   Food  industry   Restaurants     LOCAL  TRANSPORTS   Public  transport   Waste  collec-on   Private  transports  

UNIVERSITY   Research  and   development  

MUNICIPALITY   Employment   Environmental  policy  

Sociotechnical   biogas  regime/niche     in  Linköping  

AGRICULTURE   Less  chemical  fer-lizer   Renewable  fer-lizer   Small-­‐scale  biogas     Lower  methane  losses  

ECONOMIC  DEVELOPMENT   New  companies    

ENVIRONMENTAL  IMPROVEMENTS   City  air  quality   Less  greenhouse  gas  emissions   Less  eutrophica-on   Lower  oil  dependency  

•  The  use  of  biogas  in  Linköping  replaces  approx  5  million  litres  of  petrol  and  diesel  (≈7%  of  vehicle  fuel)     for  use  in  64  buses,  1000  cars  and  one  train   •  This  reduces  carbon  dioxide  emissions  by  12  000  metric  tons  

From  the  local  authority  perspec-ve   Key  points:   •  Understand  and  take  advantage  of  the  sociotechnical  landscape  pressure  to  create  niche  development    -­‐  air  pollu-on  and  local  environment  issues     •  Strategic  niche  management    -­‐  create  a  large  enough  offset  market,  closed  off  from  the  exis-ng  regime  compe--on   •  Seek  out  to  create  an  arena  for  niche  development  where  solu-ons  which  affect  the  seven  dimensions  of   socio-­‐technical  regimes  can  be  accomplished     •  Be  aware  of  possible  lock-­‐ins  and  reverse  salients,  and  create  poli-cal  support   A  general  conclusion:   •    It  is  possible  to  influence  the  course  of  events,  but  not  to  guide  development  with  any  precision,  both   push-­‐  and  pull-­‐mechanisms  are  possibly  required  to  achieve  momentum  

Thank  you  for  your  anen-on!  

Further  reading:   Frank  Geels    ”Technological  transi-ons  as  evolu-onary  reconfigura-on  processes:a  mul--­‐level  perspec-ve  and  a  case-­‐study”     in  Research  policy  #31,  2002   Björn  Sandén  &  Karl  M.  Jonasson   ”Variety  Crea-on,  Growth,  and  Selec-on  Dynamics  in  the  Early  Phases  of  a  Technological  Transi-on:  The  Development   of  Alterna-ve  Transport  Fuels  in  Sweden  1974-­‐2002”   ESA-­‐report  2005:13,  Department  of  Energy  and  Environment,  Chalmers  University  of  Technology,  2005   Thomas  P.  Hughes   ”The  Evolu-on  of  Large  Technologies  Systems”     in  The  Social  Construc>on  of  Technological  Systems,  Bijker  W.,  Hughes  T.,  Pinch  T.  eds.  1989