Bioenergy will play an important role in reaching the EU targets for renewable energy. Sweden, with abundant forest resources and a well-established forest industry, has a key position regarding modern biomass use. Biomass gasification (BMG) offers several advantages compared to biomass combustion-based processes, the most prominent being the possibility for downstream conversion to motor fuels (biofuels), and the potential for higher electrical efficiency if used for electricity generation in a biomass integrated gasification combined cycle (BIGCC). BMG-based processes in general have a considerable surplus of heat, which facilitates integration with district heating or industrial processes. In this thesis integration of large-scale BMG, for biofuel or electricity production, with other parts of the energy system is analysed. Focus is on forest-based biomass, with the analysis including techno-economic aspects as well as considerations regarding effects on global fossil CO2 emissions. The analysis has been done using two approaches – bottom-up with detailed case studies of BMG integrated with local systems, and top-down with BMG studied on a European scale. The results show that BMG-based biofuel or electricity production can constitute economically interesting alternatives for integration with district heating or pulp and paper production. However, due to uncertainties concerning future energy market conditions and due to the large capital commitment of investment in BMG technology, forceful economic support policies will be needed if BMG is a desired route for the future energy system, unless oil and electricity prices are high enough to provide sufficient incentives for BMG-based biofuel or electricity production. While BMG-based biofuel production could make integration with either district heating or pulp and paper production economically attractive, BIGCC shows considerably more promise if integrated with pulp and paper production than with district heating. Bioenergy use is often considered CO2-neutral, because uptake in growing plants is assumed to fully balance the CO2 released when the biomass is combusted. As one of the alternatives in this thesis, biomass is viewed as limited. This means that increased use of bioenergy in one part of the energy system limits the amount of biomass available for other applications, thus increasing the CO2 emissions for those applications. The results show that when such marginal effects of increased biomass use are acknowledged, the CO2 mitigation potential for BMG-based biofuel production becomes highly uncertain. In fact, most of the BMG-based biofuel cases studied in this thesis would lead to an increase rather than the desired decrease of global CO2 emissions, when considering biomass as limited. / Bioenergi spelar en viktig roll för att nå EU:s mål för förnybar energi. Sverige har med sina goda skogstillgångar och sin väletablerade skogsindustri en nyckelposition vad gäller modern bioenergianvändning. Förgasning av biomassa har flera fördelar jämfört med förbränningsbaserade processer - i synnerhet möjligheten att konvertera lågvärdiga råvaror till exempelvis fordonsdrivmedel. Används gasen istället för elproduktion kan en högre verkningsgrad nås om gasen används i en kombicykel, jämfört med i en konventionell ångturbincykel. De förgasningsbaserade processerna har i allmänhet ett betydande överskott av värme, vilket möjliggör integrering med fjärrvärmesystem eller industriella processer. I denna avhandling analyseras integrering av storskalig biomassaförgasning för drivmedelseller elproduktion, med andra delar av energisystemet. Skogsbaserad biomassa är i fokus och analysen behandlar såväl teknoekonomiska aspekter, som effekter på globala fossila CO2-utsläpp. Forskningen har gjorts på två olika systemnivåer - dels i form av detaljerade fallstudier av biomassaförgasning integrerat med lokala svenska system, dels i form av systemstudier på europeisk nivå. Resultaten visar att förgasningsbaserad biodrivmedels- eller elproduktion kan komma att utgöra ekonomiskt intressanta alternativ för integrering med fjärrvärme eller massa- och papperstillverkning. På grund av osäkerheter i fråga om framtida energimarknadsförhållanden och på grund av de höga kapitalkostnaderna som investering i förgasningsanläggningar innebär, kommer kraftfulla ekonomiska styrmedel krävas om biomassaförgasning är en önskad utvecklingsväg för framtidens energisystem, såvida inte olje- och elpriserna är höga nog att i sig skapa tillräckliga incitament. Medan förgasningsbaserad drivmedelsproduktion kan vara ekonomiskt attraktivt att integrera med såväl fjärrvärme som med massa- och papperstillverkning, framstår förgasningsbaserad elproduktion som betydligt mer lovande vid integrering med massa- och papperstillverkning. Användning av bioenergi anses ofta vara CO2-neutralt, eftersom upptaget av CO2 i växande biomassa antas balansera den CO2 som frigörs när biomassan förbränns. Som ett av alternativen i denna avhandling ses biomassa som begränsad, vilket innebär att ökad användning av bioenergi i en del av energisystemet begränsar den tillgängliga mängden biomassa för andra användare, vilket leder till ökade CO2-utsläpp för dessa. Resultaten visar att när hänsyn tas till denna typ av marginella effekter av ökad biomassaanvändning, blir potentialen för minskade globala CO2-utsläpp med hjälp av förgasningsbaserade tillämpningar mycket osäker. I själva verket skulle de flesta av de förgasningsbaserade drivmedel som studerats i denna avhandling leda till en utsläppsökning, snarare än den önskade minskningen.

Urban areas house most of the global population and are also responsible for large shares of global greenhouse gas emissions. Cities and municipalities thus play a significant role in modern society to achieve an energy transition to renewable energy sources and to adapt to climate change. Achieving such a transition is a difficult process due to the high energy density and complexity of urban multi-energy systems. This is further exacerbated by the adverse effect future climate hazards will likely have on urban infrastructure. Despite this, energy development and climate adaptation plans are often researched and drafted in a disjointed manner. In many instances, future energy strategies do not consider climate impacts, whereas climate adaptation tactics disregard energy production. This study proposed that such mutually exclusive analysis and decision-making increases the vulnerability of planned and optimised future urban energy systems. Investigating the Swedish municipality Malmö, the study focused on achieving a future energy transition in its electricity network and then considering potential climate change impacts. Current urban energy plans and capacity were used to forecast the renewable energy potential for 2030 in Malmö’s geographical area. This formed the basis for modelling an optimised hybrid renewable energy system for the municipality using HOMER Grid. Based on future climate data and Malmö’s climate adaptation plans, this system was then evaluated in terms of impacts from climate hazards. The results indicated that Malmö’s current energy plans would expose a large share of their energy infrastructure to risk of damage from climate hazards. Thus, the vulnerability of the optimised energy system is indeed heightened when disregarding climate change impacts in the planning phase. If climate change and energy transition strategies are developed conjointly, urban energy system resilience could likely be increased significantly.