Jordbruket och klimatet i Greppa Näringen 30 september 2010, Falköping. Lunds Tekniska Högskola

Transkript

1 Bioenergi i från jordbruket ur ett systemperspektiv Jordbruket och klimatet i Greppa Näringen 30 september 2010, Falköping Pål Börjesson Miljö- och energisystem Lunds Tekniska Högskola

2 Bioenergianvändning i Sverige Bioenergy use Drivmedelsdirektiv! TWh/år? Elcertifikat 120 CO2-skatt TWh Oljekriser +2 TWh/år Y +3 TWh/år Biodrivmedel Bostäder 60 El i fjärrvärme 40 Fjärrvärme Ind för elprod 20 Ind minus lutar Lutar (Ref: SVEBIO, 2008)

3 De-coupling - BNP & Växthusgaser +75% +45% -10% (Ref: SVEBIO, 2008)

4 Energiflöden i svensk växtodling idag Energiinsats Biobränslen Skörderester Livsmedels- & foderprodukter (Ref: SOU 2007:36) TWh per år

5 Användning av biodrivmedel i Sverige 2008 använd dning av drivm edel Totalt 5% (gäller vägtransporter) Import Inhemsk % av total 0 Etanol Biodiesel Biogas

6 Tillgång på biomassa för energiändamål Halm Blast Biogas (gödsel) 10 8 TWh per år Götaland Svealand Norrland Sverige (Ref: SOU 2007:36)

7 Hållbarhetskriterier 1) Area- och energieffektivitet 2) Klimatnytta 3) Övergödning g och vattenförorening 4) Biologisk mångfald & vattenresurser 5) Åker- och skogsmarksproduktivitet 6) Kostnadseffektivitet 7) Sociala aspekter (u-länder) 8) Rättvisa och ekonomisk utveckling (u-länder) 9) Etc..

8 Energi- & area-effektivitet - Biodrivmedel Drivmedel Biprod.-process Biprod.-odling Energiinsats-odling Energiinsats-proces Biprodukter "avgör" " effektiviteten it t GJ per hektar och år S.betor or-biogas Salix-bi biometan Majs js-biogas S.beto tor-etanol Salix-DME/m E/metanol Vall-biogas Salix-F FT-diesel Vete te-biogas Salix lix-etanol Vet ete-etanol Raps-RME (Odling i södra Sverige på bra åkermark) k)

9 ge Körsträcka per hektar åkermark och år Befintliga- Sverige Befintliga- Import ( 3 bilar) Nya- Sverige 2000 ( 1 bil) RME E-raps-s.Sverig ige Etanol ol-vete-s.sverig ige Etanol-majs-US USA Etanol ol-s.rör-brasilie ien Biogas-s.b betor-s.sverige Etanol-S l-salix-s.sverig ige Metanol/DME-S E-Salix-s.Sverige Mil per h ektar & år

10 Etanol från spannmål - inklusive biprodukter* 1,6 kg halm Ersättning av 1,4 kg skogsflis Odling 2.3 kg vete Transport Ersättning av 0,3 kg sojamjöl j & 0,5 kg korn Process 0,8 kg drank 1 liter etanol (* Svenska förhållanden) Ersättning av 0,68 l bensin

11 Fin- eller fuletanol ur ett växthusgasperspektiv* 400 ions of GHG Relative e emiss (*Swedish conditions, cropland as reference) 0 Fertilizer Today's Distiller s Cultivation Petrol Plant Coal-to- Cultivation plant - N20 cleaning system waste as fuel on grassland fuelled by coal liquids on peat land Ref. Börjesson (2009), Applied Energy

12 Svensk åkermarksanvändning 3 2,5 2 1,5 1 Miljoner hektar (10%) 05 0,5 0 (20%) hög Total åkermark 1990 Total åkermark 2009 Spann nnmål/vall/träda 1990 Spann nnmål/vall/träda 2005 Spann nnmål/vall/träda 2009 Biodrivmedel 2009 Överskottsareal-l l-låg Överskottsareal-h (5%) Ref. Jordbruksverket (2009); SCB (2009) bearbetad data

13 Analys markanvändning och biodrivmedel Direkta markeffekter: 25% odling för biodrivmedel antas ske på tidigare gräsbevuxen åkermark (sannolikt överskattning) via omfördelning (spannmål > vall > träda) Indirekta effekter: Nuvarande odlingsareal l för biodrivmedel i d kan öka 2-3 ggr utan att påverka mat- och foderproduktionen (när denna är konstant) genom dynamiska effekter (effektivare vallodling, minskad trädesareal, ökad produktivitet o s v) En ökad odlingsareal för biodrivmedel kan dock leda till ökade direkta markeffekter när mer gräsbevuxen åkermark används

14 sel Biodrivmedels klimatprestanda* 100 (Baserat på systemutvidgning och exklusive halm) % reduktion 25 0 Vete-etan nol S.betor-etan nol S.betor-bioga gas Raps-RM RME Vall-bioga gas Majs-bioga gas Vete-etanol&biog gas Sockerrör-etan nol Hush.avfall-biog gas Ind.avfall-biog gas Gödsel-bioga gas Besnin&dies -25 Gram CO2-ekv / MJ drivmedel -50 (Ref: Börjesson m fl (2010). Livscykelanalys av svenska biodrivmedel. Rapport 70, Miljö- och Energisystem, Lunds Universitet)

15 100 Klimatnytta beroende av markreferens* Växthu usgasredu uktion, % % 25% Vete-etanol S.betor-etanol S.betor-biogas Raps-RME Vall-biogas Majs-biogas Andel odling på gräsbevuxen mark, % *Avser systemutvidgning t i och exklusive halm (Ref: Börjesson m fl, 2010)

16 Dock, stor förbättringspotential Fingödsel i stället för fulgödsel (80% mindre lustgas) = ökad klimatnyttan med flera procentenheter Effektivare kvävegödslingsstrategier g g minskar biogen lustgas vilket ger stor effekt (samverkar med minskat kväveläckage!) Växtförädling dedikerade energisorter Utvecklad processintegrering i drivmedelsanläggningar SA: Ökad odling på gräsmark kan till stor del kompenseras av effektiviseringar i hela produktionskedjan!

17 Kritiska faktorer Fin- eller fulgödsel vid odling samt odlingens kväveeffektivitet (lustgasutsläpp) Öppen eller gräsbevuxen åkermark som utnyttjas (biogena koldioxidutsläpp) Bränsle i drivmedelsanläggning (biobränsle eller fossila bränslen) Kvalitet på foderbiprodukter och hur mycket sojamjöl som kan ersättas (spannmålsetanol och RME) Metanläckage vid biogasproduktion Metanläckage vid traditionell gödsellagring (gödselbaserad biogas)

18 Klimatnytta uttryckt per hektar åkermark* Ton CO2-ekv / hektar åkermark Vete-etanol S.betor-etanol S.betor-biogas Raps-RME Vall-biogas Majs-biogas Vete-e etanol&biogas Soc ockerrör-etanol * Baserat på systemutvidgning och exklusive halm (Ref: Börjesson m fl, 2010)

19 biodrivm edel g PO4-e ekv. / GJ Övergödning - biodrivmedel Ogödslad vallträda referens Indirekt miljövinst av biprodukter Vall- Salix- S.betor- Majs- Vete- biogas metanol biogas biogas etanol Raps-RME (Ref. Börjesson & Tufvesson, 2009)

20 Resurseffektiv inhemsk biodrivmedelsproduktion 20 RME-raps Etanol-vete Biogas-restprodukter Drivmedel-energigrödor gg per år TWh Jämförelse med dagens drivmedelsanvändning (Biprodukter som foder - ersätter importerat sojaprotein) 20 % 10 % (3,5 %) 200 (7,0 %) 200 (7,0 %) 550 (20 %) 1000 hektare jordbruksmark (% av totala)

21 Effektiv biodrivmedelsanvändning Idag Framtid ängd ka per m a ortsträck iomassa transpo bi Relativ Förbr.motor & Elhybrid & Plug-in hyb. & Elbil & bio-el biodrivmedel biodrivmedel biodrivm.+el (Ref: Bearbetad data från Åhman et al. 2009)

22 100 Andel biodrivmedel vs behov av drivmedel - Sverige I framtiden 1:a gen?? 2:a gen (skogsråvara) TWh per år Bensinn & diesel - dagens bilar Biodrivm medel Behov - hybridbilar, elbilar osv Biodrivm medel

23 Procentuell fördelning av kostnader för biodrivmedel RME-raps Etanol-vete Biogas-restprod. Råvara Produktion Distribution mm Kostnadsläget 2006 genomsnittliga kostnader Intäkter för biprodukter ej med (-20% RME; -10% etanol) Restprodukter för biogas = 30 öre/kg ts

24 Ekonomisk hållbarhet Pris för brasiliansk etanol: - 70% på 25 år! (Ref: J. Goldemberg)

25 Markbehov för biodrivmedel Cirka 1% av världens åkermark behövs för att producera 1% av världens totala mängd drivmedel baserat på dagens system (stor variation i olika regioner, t ex större markbehov i Västeuropa) Hållbara drivmedel från dagens grödor kan därför endast ersätta en begränsad del av dagens fossila Kompletterande strategier är a) ökad användning av restprodukter och b) effektivare markanvändning

26 Global markanvändning idag Begränsat utnyttjade av åker- och betesmark (av totala) ( 2%) Miljoner hektar Åkermark k - totalt Åkermark - biodrivmede el Betesmark - totalt Skogsmarkk - totalt "Marginalmark" - låg uppskattning "Marginalmark" - hög uppskattning "Extensiv" jordbruksmar rk - södra Afrika

27 Skö örd (Kg / ha) Global utveckling av spannmålsskörd 0 Ref. Hazel & Wood (2008) Världen (nu kring 1,6% / år) Södra Asien Förlust av näringsämnen! ä Sub Sahara Afrika År

28 Prisutvecklingen inom jordbruket USD pe er ton (fas sta priser r, 1990) Index, 1990=100 Palmolja lj ($/ton) Sojabönor ($/ton) Majs ($/ton) Ris ($/ton) Vete ($/ton) Jordbruk (index) Mat (index) (Ref. FAO 2005)

29 Restprodukter inom jordbruket globalt Global oil Billion ton biomass per year 10 Other (food industry residues, food waste, etc.) Manure Available 1 miljard ton biomassa 50% omv.effektivitet 300 miljoner bilar (15000 km/år 6 liter/100 km) miljoner bilar Available Available miljarder bilar (9,2 miljarder x 0,4 bilar/cap) Available 5 Available Available Available Available 92/94 Crop residues Available Marginalmark lämplig för bioenergiproduktion i =500 miljoner hektar Available Available x 5 ton biomassa/ha Reference IP RS VE - FAO 2030 = 2,5 miljarder ton biomassa! Available (Ref. Göran Berndes, Chalmers)

30 Indirekt undanträngning av matproduktion GO! A. Ökad produktivitet NO GO! C. Expansion av odlingsmark Mark med stor konkurrens och stort kollager Höga skördar, intensivt i t utnytj. tj Global åkermark 1500 miljoner ha Låga skördar, extensivt utnytj. GO! B. Ökad användning av avfall & restprodukter GO! C. Expansion av odlingsmark Mark med liten konkurrens och litet kollager

31 Räcker marken till både mat och bränsle? - JA, upp till en viss gräns (vilken är rörlig och som ligger långt fram)! Betydligt mer bioråvara kan produceras idag utan konkurrens med mark för matproduktion (restprodukter från jord- och skogsbruk, oanvänd mark o s v) Befolkningsutveckling, diet och produktivitet avgör markbehovet för mat- och foderproduktion i framtiden samtidigt som klimateffekterna ger stor osäkerhet Stor dynamisk potential inom befintlig odlingsareal genom utveckling av jordbruket i framför allt ekonomiskt svaga regioner (t ex södra Afrika och Sydamerika) som kommer att drivas av förbättrad lönsamhet

32 Socio-ekonomiska aspekter - Utvecklingsländer A. Storskaliga system B. Småskaliga system Storskalig råvaru- Småskalig råvaru- Småskalig råvaruproduktioproduktion Internationella bolag äger/arrenderar mark produktion Enskilda bönder / kooperativ äger mark Enskilda bönder / kooperativ äger mark Storskaliga fabriker Bolagsägda Hybrider Småskaliga fabriker Bondeägda Export potential + Globalt konkurrensmässigt - Små lokala/regionala mervärden Export potential - Mindre konkurrensmässigt + Stora lokala/regionala mervärden Lokala marknader - Hög risk + Lokala mervärden Ref. Bearbetat från Woods (2006)

33 Hot eller möjlighet för u-länder? - Både och, men där vi måste utveckla möjligheterna och begränsa hoten! Stora möjligheter för fattiga jordbrukare på landsbygden, nettoexporterande länder samt på lång sikt när moderniseringen av jordbruket hunnit ske Hot mot fattiga i städer, nettoimporterande länder och på kort sikt, d v s högre matpriser har fördelningseffekter som är problematiska men som är ett generellt problem! En positiv utveckling ställer således höga krav på en politik som leder oss i rätt riktning, både i västvärlden ä och i u- länderna. - Svält beror inte på brist på mat utan på fattigdom!

34 Slutsatser Alla dagens svenska s biodrivmedel leder till stor klimatnytta a jämfört med fossila drivmedel Biogas från restprodukter är idag det biodrivmedel som normalt sett har bäst miljöprestanda och är långsiktigt t hållbart Dagens svenska biodrivmedel leder inte till indirekta markeffekter i andra länder då vi fortfarande har outnyttjad odlingskapacitet och åkermark, världsmarknadsöverskott av spannmål o s v Alla biodrivmedel har sina för- och nackdelar men vi vet vilka faktorer som är viktiga att beakta för att optimera deras miljönytta = Certifiering! i Dagens svenska biodrivmedel baserat på jordbruksråvara kan enbart ersätta en begränsad del av dagens fossila drivmedel (kanske 10-15%), 15%), d v s alla behövs och bör utnyttjas så effektivt som möjligt MEN, via effektivare fordon, elhybrider, elbilar mm samt produktion av 2:a generationens biodrivmedel från skogsråvara mm kan biodrivmedel och bio-el komma att räcka betydligt längre i framtiden!