Fosforflöden inom skogsbruket och skogsindustrin

Transkript

1 Fosforflöden inom skogsbruket och skogsindustrin Håkan Staaf Naturvårdsverket Januari 2013 Naturvårdsverket Tel: Fax: E-post: Postadress: Naturvårdsverket, Stockholm Internet: Naturvårdsverket 2013

2 1 Bakgrund Det svenska skogsbruket och skogsindustrin är viktiga råvarubaserade sektorer där det förekommer stora materialflöden. Det innebär att även om råvaran och produkterna är fosforfattiga så är de årliga fosforflödena på nationell nivå betydande. Den primära källan för den övervägande delen av flödena är den fosfor som vittrar fram ur markens mineraler och som sedan tas upp av träden. Relativt små mänger tillförs skogsmarken via atmosfärisk deposition och askåterföring. Någon gödsling med fosforgödselmedel utöver aska förekommer inte i det svenska skogsbruket. Till industrin kommer fosforn främst genom skogsråvaran och i mindre grad med processkemikalier och kalk. Utflödet sker med träprodukter avfall och bränslen, främst export av virke, papper och pappersmassa, samt till avfallsfraktionerna förbränningsaska och slam. I askan hamnar också fosfor från andra typer av bränslen, delvis i blandning. Avgränsningar I möjligaste mån har uppgifter för använts, och allt avverkat virke antas förbrukat av industrin under perioden. Uppgifter för 2011 är i dagsläget Det innebär att inga uppskattningar av lagerförändringar har gjorts. Industrins virkesförbrukning har fördelat på massa/papper, sågverk och skivindustrin, men alla del flöden av bark och annan råvara inom och mellan industrin har inte kvantifieras. Användingen av brännved småhus inklusive jordbruksfastigheter redovisas också, men här bedöms kunna skapas inom den sektorn. Ingen särredovisning av olika trädslag har gjorts, och där proportionering mellan trädslag har bedömts viktig har proportionen 50 % gran, 40 % tall och 10 % löv använts. Underlagsdata och metodik Följande statistikkällor har använts för att uppskatta materialflöden inom skogsbruket och skogsindustrin: - Skogsstyrelsen; avverkning, import av virke, trädbränslen - SCB; trädbränsleanvändning inom industri och hushåll, fjärrvärme - Energimyndigheten; tillförd energi i fjärrvärme, biobränsleanvändning - Skogsindustrierna; råvaruanvändning, produktion och pappersåtervinning - Trädbränsleföreningen; produktion och användning av trädbränslen Tolkningen av statistiken kompliceras av att man använder olika kvantitetsmått för materialflöden inom skogs- och energisektorn och att det därför krävs omräkningsfaktorer för omräkning mellanvirkesvolym, massa och energienheter. Sådana koefficienter har hämtats från SCB, Skogsstyrelsen och Trädbränsleföreningen. Inom skogsnäringen anges virkesvolymer vanligen som fastkubikmeter med eller utan bark, I denna studie har virkesvolym utan bark använts (milj.m3f ub) använts för att beskriva industrins råvaruförbrukning samt import och export av

3 2 virke. Vedvolymerna har sedan räknats om till torrvikt med hjälp av den av Skogsstyrelsen angivna omvandlingsfaktor 0,42 ton/m 3. Därefter har barkmängder beräknats genom att multiplicera med en standardfaktor 1,11. Underlagsdata för virkesflödena redovisas i tabell 1. Förbrukningen inom industrin är nettoflöden som tar hänsyn till överföring av biprodukter inom sektorn. Tabell 1. Flöden av virke inom skogssektorn, som medel för perioden I den angivna förbrukningen inom massa- och pappersindustrin utgörs av 10 milj. m 3 flis och spån som levereras från sågverken. I förbrukningen för övrig skogsindustri ingår 1 milj m3 flis och spån (Källa: Skogsstatistisk årsbok, Skogsstyrelsen). Virkesvolymer Milj. m 3 f ub Milj. ton torrsubstans Årlig nettoavverkning 73,6 30,9 Rundvirkesimport 5,3 2,2 Rundvirkesexport 1,6 0,7 Förbrukning av vedråvara; massa- o 45,2 19,0 pappersindustrin Förbrukning av vedråvara; sågverksindustrin 24,5 10,3 Förbrukning vedråvara övr. 1,9 0,8 skogsindustri Brännved i småhus 5,9 2,5 Fosformängder i stamved respektive stambark samt GROT (grenar och toppar) har beräknats genom att använda standardhalter och kvoter från skogsförsök. Baserat på rådata för 18 undersökta skogsbestånd, 11 granbestånd och 7 tallbestånd, i Sverige, Finland och Danmark redovisats i en rapport av Olsson & Westling (2006) har medelvärden beräknats (Tabell 2). Beståndens ålder varierar mellan 32 och 181 år. Uppgifter för GROT härrör från samma rapport liksom omräkningsfaktorn för att räkna om stamvedsvikt till stambarksvikt. De viktade värdena baseras på fördelning mellan användning av virke från tall och gran samt i GROT. Tabell 2. Använda fosforhalter för beräkningarna i denna rapport. De är baserade på data från Olsson & Westling (2006). Fraktion g P/kg TS Antal bestånd Stamved, tall 0,048 7 Stamved gran 0, Stamved viktad 0, Stambark, tall 0,345 7 Stambark, gran 0, Stambark, viktad 0, GROT, tall 1,00 14 GROT, gran 0,54 10 GROT viktad 0,9 24

4 3 Fosforflöden inom skogsbruket Såväl skogens tillväxt som avverkningen har successivt ökat i Sverige under de senaste 50 åren. Den årliga bruttoavverkningen har sedan år 2000 legat mellan miljoner skogskubikmeter (Figur 1). Tillväxten har hela tiden legat över avverkningen och virkesvolymen ökar därför; en ökning som förväntas fortsätta även under kommande decennier. Figur 1. Tillväxt (röd linje) och bruttoavverkning (grön linje) i produktiv skogsmark i Sverige (milj. m 3 sk = stående volym inklusive bark), uttryckt som glidande 5-årsmedelvärden. Källa: Skogsstyrelsen. En del avverkade träd och träddelar lämnas kvar i skogen och den virkesdugliga mängden, den så kallade nettoavverkningen, är därför lägre. Den uppgick årligen för perioden till i genomsnitt 83,9 miljoner kubikmeter med bark och 73,6 miljoner kubikmeter under bark (m3 f ub). Virkesförbrukningen inom industrin mäts vanligen i kubikmeter utan bark (tabell 1). Fosforinnehållet i den årligen avverkade skogsbiomassan ovan jord är grovt räknat ton P under perioden , varav ton följer virket till skogsindustrin. I detta fosforflöde ingår både ved och bark, eftersom barkning normalt sker vid industrin. Ett annat stort fosforflöde är uttag av GROT för energiändamål, men här är underlaget osäkert. I Skogsstyrelsen undersökningar om åtgärder i stor- och småskaligt skogsbruk ingår sedan några år även uttaget GROT. För perioden uppskattades uttaget till årligen 5900 m 3 stjälpt mått, som omräknat till energiinnehåll blir 4-5 TWh, beroende på vilket värmevärde som används. Svenska Trädbränsleföreningen redovisar betydligt högre utleverenser av GROT och skogsflis/kross från sina medlemmar för samma period; mellan 8,5 och 11,8 TWh per år. Här används siffran 10 TWh per år, vilken motsvarar 2,6 miljoner ton TS och 2300 ton fosfor om man antar 40 % vattenhalt i bränslet. Dessa siffror rymmer en betydande osäkerhet, på grund av osäkra antaganden. Svenska trädbränsleföreningen redovisar också årliga utleverenser av drygt 4 TWh flis från rundved. Det är en aning oklart hur denna post ska redovisas

5 4 eftersom bränsleanvändningen inte ingår i statistiken. Sannolikt ingår denna mängd i nettoavverkningen, eftersom separata energiavverkningar knappast förekommer, men den kan delvis boksöras som en del av virkesleveranserna till industrin. Flisen kan också gå till vidareförädling till pellets och briketter och då finns det risk för dubbelräkning om den redovisas som bränsle. Här räknas därför inte flis från rundvirke som en leverans från skogsbruket direkt till energisektorn, vilket däremot GROT och skogsflis gör. Sammanfattningsvis har man relativt stora fosforflöden inom skogsbruket trots att råvaran är mycket fosforfattig, särskilt veden. Ungefär hälften av fosforn går direkt till energisektorn som en beståndsdel i oförädlade bränslen. Den andra hälften följer råvaran till industrin där flödena är mer komplicerade. Här hamnar en del i träavaror men ett betydande flöde går via avfall till bränsle inom industrin och energisektorn. Fosforflöden inom skogsindustrin Som framgår av tabell 1 har massasindustrin och sågverken den helt dominerande förbrukningen av ved, motvarande ett årligt fosforflöde av 1900 ton P, med ved och bark. Massaindustrin får ca 20 % av sin totala råvaruförbrukning via biprodukter inom sågverksindustrin, 10 % genom import samt dessutom ca 10 % returfiber. Förutom till massabruken levererar sågverken också smärre mängder sågspån och andra restprodukter till den övriga träindustrin för bland annat tillverkning av spånskivor, träfiberskivor och plywood. Fosforn flödar sedan sekundärt via pappersmassa till pappersbruken som också förbrukar betydande mängder returpapper. Massaindustrin Den största användningen av ved inom massaindustrin sker vid 20-talet sulfatmassabruk, några sulfitbruk samt producenter av halvkemisk massa. Dessa förbrukar tillsammans ca 80 % av veden med tillhörande fosforinflöde till industrin. De övriga massabruken tillverkar olika typer av mekanisk massa. Förutom via ved och bark tillförs fosfor genom den kalk som används inom massaindustrin. Rothpfeffer (2007) studerade bland annat massbalanser för olika element i tre svenska sulfatmassabruk som visar att ved och bark står för ca 80 % av det totala inflödet av fosfor medan kalkanvändning bidrar med ca 20 %. Baserat på den uppgiften kan man uppskatta det totala fosforflödet via kalk till sulfat/sulfitmassabruken får man drygt 400 ton P/år. Fosforinnehållet i råvaror förutom ved inom tillverkningen av mekanisk massa har inte kunnat beräknas, men den antas vara försumbar. Det uppskattade totala årliga tillflödet av fosfor till den svenska massaindustrin framgår av tabell 3. Tabell 3. Uppskattade årliga bruttotillförsel av fosfor i råvaror till den svenska massaindustrin under perioden Substansflöde Ton fosfor/år Virke från skog, inklusive bark 1520 Import av virke 210

6 5 Flis från sågverk 290 Returfiber 100? Kalk 400 Processkemikalier 0? Summa: 2370 Cirka hälften av den fosformängd som kommer med massaveden finns i barken. Innan veden flisas och kokas så avlägsnas barken och används som bränsle. Här antas att all fosfor i barken slutligen hamnar i förbränningsaskan. Detta är en förenklad beskrivning eftersom en del fosfor utlakas när massaveden tvättas och barkas samt när överflödigt vatten pressas ur barken. Å andra sidan återförs en del fosfor genom att fiberslam från sedimentationsdammarna blandas och förbränns tillsammans med barken, men dessa fosforflöden går inte att bedöma. Förlusterna av fosforföreningarna till atmosfären kan dock anses som försumbara. När det gäller utgående fosforutflöden visade Rothpfeffers avhandling att den producerade pappersmassan innehöll 1-28% och utsläpp till vatten för 5-6 % medan resten hamnade i olika avfallsfraktioner, främst grönlutslam 32-54%, mesakalk 1-45% och bioslam 1-95%. Inget nämns i studien om att fosfater tillförs i vattenreningsprocessen. Den stora spridningen i resultat variationen i gör det svårt att skala upp dem till nationell nivå. Innehållet av fosfor i den producerade pappersmassas baserades på produktionen av olika sorters massa (Tabell 4). Enligt Boström. f.l. (2007) innehåller blekt massa från ett sulfatbruk ca 5 % av råvarans forsformängd medan oblekt innehåller ca 35 %. För mekanisk massa och halvkemisk massa finns inga uppgifter, men här antas 75 % respektive 50 %. Det totala fosforflödet med ved (exklusive bark) och returfiber, 1300 ton P, fördelas på de olika massafraktionerna efter en fördelningsnyckel baserad på vedförbrukning och multipliceras sedan med fosforfraktion i massan. Tabell 4. Årlig massaproduktion under Källa: Skogsindustrierna, Massatyp Produktion (tusen ton) Vedförbrukning (tusen ton) Kvarvarande fosfor i massan (%) Fosforinnehåll (ton) Mekanisk massa Blekt sulfatmassa Övr. kemisk massa Halvkemisk massa Totalt Fosforflödet med producerad pappersmassa utgör således ca 400 ton per år, eller 17 % av inflödet med råvaran och processkemikalier. Utöver pappersmassa produceras bland annat tallolja och terpentin, men deras fosforinnehåll har bedömts som små. Pappersbruken Pappersbruken producerar årligen ca 11 miljoner ton papper, som till 85 % kommer från pappersmassa och 15 % från returpapper. Mer än hälften av massan, ca 7 miljoner ton, kommer från den egna industrin och knappt 1miljoner ton är köpt svensk avsalumassa (Skogsindustrierna 2012). Av det producerade papperet går 90 % på export.

7 6 Uppskattningsvis går årligen ca 350 ton fosfor in pappersproduktion med pappersmassa, och därtill kommer ca 20 ton med returpappret. Bestrykningsmedel och andra tillsatsämnen innehåller troligen försumbara mängder. Omkring 300 ton fosfor lämnas bruken i form av pappersprodukter. En mindre mängd förloras till vatten. Sågverken Sågverken producerar årligen 17 miljoner kubikmeter sågat virke, varav ca 12 miljoner m 3 går på export (Skogsindustrierna, 2012). Det årliga fosforinflödet till sågverken med rundveden är ca 1500 ton per år, varav 700 ton hamnar i barken och förbränns. Av resterande 800 ton P följer 300 ton P som flis och spån till massabruken och övrig träindustri. Kvar är 500 ton P i det sågade virket. Vissa förluster förekommer sannolikt under lagring, men de är svåra att uppskatt och sannolikt relativt små. Övrig träindustri Jämfört med massaindustrin och sågverken förbrukar skivindustrin förhållandevis små virkesmängder. Förbrukningen motsvarar ca 100 ton P per år, varav 20 ton kommer som flis och spån från sågverken. Resten kommer som rundvirke. Man kan anta att huvuddelen av denna fosformängd byggs in i produkterna som utgörs av spånskivor, träskivor och plywood. Mindre mängder kan förväntas hamna i virkesspill och andra avfallsfraktioner som används som bränsle. Skogsindustrins avfallsflöden Skogsindustrin producerar biprodukter i form av bark, sågspån, flis och talloljebeck som utnyttjas som bränslen och ger upphov till stora mängder aska, både vid industrin och inom energisektorn. Vid den kemiska massaproduktionen kokar man veden i så kallad vitlut för att frilägga cellulosafibrerna. Därvid får man en restprodukt kallad svartlut som består av förbrukade kemikalier och lignin från veden. Svartluten innehåller mycket organisk substans som efter att ha indunstats bränns i en sodapanna för att återvinna kemikalierna och få energi för ångproduktion. Kemikalierna i svartluten koncentreras till en smälta som löses i vatten till grönlut. Denna behandlas med bränd kalk och blir ny vitlut och dessutom bildas en restprodukt, grönlutslam. Kalken omvandlas till mesa, som till största delen består kalciumkarbonat, och som bränns om till ny kalk. En viss del av kalken måste ersättas eftersom en del förloras i form av en restprodukt så kallad mesakalk. Alla dessa avfallskategorier innehåller en viss mängd fosfor. Avloppsvattenreningen i massa- och papperbruken sker med biologisk eller kemisk rening och fosforn tas ut med bioslammet. Kväve och fosfor kan behöva tillsättas för att få den biologiska nedbrytningen av organisk substans att fungera tillfredsställande. Totalt används ca 1500 ton inköpt fosfor i skogsindustrins vattenrening, som till största delen hamnar i bioslammet (Linderholm 2012, manuskript). Aska Akan kommer från förbränning av bark, fiberslam, flis, spån och i viss mån annat slam. Svenska Energiskor (2011) uppskattade askproduktionen år 2010 från förbränning av biobränslen och fiberslam från pappers- och massa industrin år 2010 till ca ton. För samma år anger Naturvårdsverket (2012) att mängden avfall från förbränning inom

8 7 pappers och pappersvarutillverkning (SNI-kod 17-18) var ton, uttryckt som fuktvikt, men den mängden omfattar troligen även förbränning av bioslam. Om man räknar med 60 % torrvikts-procent på Naturvårdsverkets uppskattning av aska mängden och med 1 procent P i askan får man ca ton TS och ton P. Den största mängden fosfor i askan kommer från bark som innehåller ca 1600 ton P och den resterande mängden fosfor kommer sannolikt från förbränning av bioslam och spån eller annat träavfall. Därutöver producerar aska från användning av GROT som levereras från skogsbruket till energisektorn. Fosforinnehållet i GROT:en är årligen ca ton P som hamnar i askan. Grönlutslam Enligt Naturvårdsverket (2012) producerades grönlutslam år 2010, som omräknat till torrvikt kan uppskattas till ton. Fosforhalten i grönlutslam är relativt låg och uppgår uppskattningsvis till 0,2-0,3 % (Andersson, 2012, Nordström 1999). Om man antar att medelhalten är 0,25 % så blir det årliga fosforflödet 325 ton P. Största delen av grönlutslammet läggs i dag på deponi eller används till deponitäckning på grund av sina alkaliska egenskaper. Mesakalk Enligt Naturvårdsverket (2012) producerades mesakalk år 2010, som omräknat till torrvikt kan uppskattas till ton. Fosforinnehållet i mesakalken varier en hel del men ligger mellan 0,3 och 1.4 % (Andersson, 2012; Hultman, N. & Lundmark, S. 2007). Om man antar 0,7 % P så blir den årliga fosformängden 900 ton. Mesakalken används delvis som kalkningsmedel i jordbruket och delvis för deponitäckning. En mindre del deponeras. Avloppsslam Enligt Naturvårdsverket (2012) producerades ton TS bioslam från avloppsreningen år I slammet hamnar den fosfor som inte hamnar i produkter eller andra avfallsfraktioner, plus en stor del av den fosfor som tillsätts för att stimulera avloppsreningen. Man kan då uppskatta mängden P i avloppsslammet genom att göra en fosforbalans över skogsindustrin och beräkna skillnaden mellan tillförsel och förluster. Tillförsel Årlig P-mängd Massaindustrin ved + kalk, Pappersindustrin, returpapper 20 Sågverken, v 1200 Övrig industri 100 Bark 1600 Summa tillförsel 5220 Förluster produkter o avfall Produkter massa o papper 500 Produkter sågverk o övr. industri 600 Aska Grönlutslam 325

9 8 Mesakalk 900 Summa förluster 4425 Till vattenrening 795 Tillförsel av fosfat till vattenreningen 1500 Utsläpp till vatten -270 Kvar i bioslam Denna beräkning är givetvis osäker, men den indikerar att det borde finnas omkring 2000 ton P i bioslammet från vattenreningen, varav huvuddelen härstammar från P- tillsatserna i det externa reningsverket. Det skulle i så fall innebära att slammet har en genomsnittlig P-halt på knapp 1 %. Osäkerhet i beräkningarna Beräkningen av fosforflödena inom skogsbruket kan bedömas som relativt säkra, med en osäkerhet på omkring +/- 10%. Flödena inom skogsindustrin är betydligt större, särskilt för avfallsfraktionerna aska och bioslam. Man kan göra överslagsberäkningar för att analysera vissa aspekter av beräkningarna. I en studie av ett sulfatmassabruk (Åstrand 2006) återfanns drygt 30 % av den tillförda fosforn till fosforreningen. Om man tar detta som riktmärke för hela massaindustrin och utgår från att ca 2400 ton P tillförs industrin med råvaran och kalk (Tabell 3) och sedan se var forsforn hamnar. Förlusterna till mesakalk och grönlutslam har uppskattats till ca 1225 ton P och pappersmassan innehåller 400 ton, det vill säga sammantaget bortförs 1625 ton P. Till vattenreningen bör således gå ca = 775 ton P, eller 32 % av tillförseln. Detta förefaller vara ett rimligt resultat. Den samlade tillförseln till vattenrening för hela branschen enligt ovanstående tabell är 795 ton. Denna siffra är kanske i minska laget, även om fosforflödena i pappersbruken bidrar i betydligt mindre grad än massaindustrins. Möjligen är fosforflödet i aska eller mesakalken något överskattade, vilket gör att förlusterna i form av avfall blir för stora. Referenser Andersson, E A laboratory study of ARD neutralization and prevention by alkaline rest products. Master s Thesis. Luleå Tekniska Universitet. Boström, C-Å m.fl Kväve och fosfor i ett sulfatmassabruk. STFI Miljö/96/96 Rapport nr. 22. Hultman, N. & Lundmark, S Dammbindning av grusvägar med mesakalk Naturvårdsverket (2012). Avfall i Sverige 2010, Rapport Nordström, J Livscykelanalys av industriell avfallshantering en studie vid Östrands massafabrik. Examensarbete vid Luleå Tekniska Universitet Rothpfeffer,C From wood to waste and waste to wood. Doktorsavhandling. Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala. SCB Industrins årliga energianvändning EN23SM1101

10 9 SCB Industrins årliga energianvändning EN23SM1201 SCB Försäljning av kalk för för jord-och trädgårdsbruk, sjöar, vattendrag och skog MI30 SM1202. Svenska energiaskor 2012, Askor i Sverige Svenska Trädbränsleföreningen, Statistik över utleverenser av trädbränsle 2008, 2009 och Skogsindustrierna, 2012; Skogsindustrin en faktasamling. Åstrand, M Studier av metoder som kan reducera utsläpp av vattenburet fosfor från Korsnäsverken. Examensarbete vid Industriell Ekologi, KTH, Stockholm Bilaga 1 Export av träprodukter från Sverige Råtorrvikt 0,5 Produkter Vikt (milj ton/år ) Fosformängd (tonp/år) Papper och papp 10,3 270 Pappersmassa 3,4 120 Träavfall och pellets 0,1 10 Sågade trävaror 5,9 500 Träflis 0,2 20 Sågtimmer 0,5 50 Massaved 0,3 30 Övr. rundved 0,4 40 Summa: 1040