Ser du marken för träden? Hur påverkar försurningen skogsekosystemet? Från GROT till aska-vad händer vid värmeverket?...

Transkript

1 Swedish education material package- Ett nationellt utbildningspaket som består av fem kompendier och fyra power-point-presentationer. Kompendierna är sammanfogade i detta dokument medan PPT-presentationerna föreligger som separata filer, Mark, Grot, Aska och Askstabilisering. Kompendier: Ser du marken för träden?... 2 Hur påverkar försurningen skogsekosystemet? Från GROT till aska-vad händer vid värmeverket? GROT-uttag och Askåterföring-tillvägagångssätt, rekommendationer, effekter Aska-innehåll och härdning... 44

2 Ser du marken för träden? Anja Lomander Skogsvårdsstyrelsen Västra Götaland

3 Att inte se skogen för alla träden, är ett känt uttryck. Än mer slående är att vi oftast inte ser marken för alla träden. Ändå är marken mycket central inom skogsbruket eftersom den är starkt kopplad till produktionen. För att kunna diskutera effekter av skogsbruket på bl a mark och vatten, samt åtgärder i form av askåterföring och kalkning är det därför viktigt att skaffa sig en förståelse av vad mark är och hur den fungerar. Markens beståndsdelar Marken består av tre olika delar, fast material, vätska och gas (Fig 1). Det fasta materialet utgörs dels av mineralpartiklar av olika storlek och dels av partiklar av organiskt material. Det organiska materialet i sin tur utgörs huvudsakligen av döda växtdelar och djur som brutits ned olika långt, men även levande bakterier och svamptrådar (mycel) räknas hit. Mellan de fasta partiklarna finns hålrum, s k porer, av olika storlek. Dessa fylls dels ut av vatten där olika ämnen finns lösta, dels av gaser. I porsystemet finns även levande rötter, svamptrådar och bakterier samt andra marklevande organismer som t ex maskar och skalbaggar. Mineralpartikel Bakterier Svampmycel Marklevande djur Organiskt material Vatten Luft 0.2 mm Figur 1. Finrot (tunnaste rötterna där upptag av vatten och näring huvudsakligen sker) i relation till övriga beståndsdelar i marken. Beroende på storleksfördelningen av de olika mineralpartiklarna (texturen), samt mängden nedbrutet organiskt material (humus), indelas marken i olika jordarter. Det finns två huvudtyper av jordarter, dels mineraljordar och dels organogena jordar, t ex torv (Fig 2). Med hänsyn till storleksfördelningen av de olika mineralpartiklarna delas mineraljordarna i sin tur in i sorterade och osorterade jordar. I sorterade jordar dominerar ett fåtal storlekar på partiklarna. Ett exempel på sorterade jordar i skogsmark är sediment. Dessa har huvudsakligen bildats genom sedimentation av partiklar i vatten. Beroende på vattnets strömningshastighet uppstår sediment av olika grovlek. Finare partiklar som lera, mjäla och mo har avsatts i lugnare vatten än sand. Osorterade jordar däremot, innehåller en blandning av i princip alla partikelstorlekar. Denna jordart benämns morän och är den

4 vanligaste jordarten i Sverige. Morän är ett resultat av inlandsisen. Isens rörelse över landskapet medförde att material från berggrunden skrapades loss och krossades. När isen sedan smälte undan avsattes det krossade materialet på olika sätt på marken. Olika typer av morän bildades. Fördelningen av partiklarnas storlek och innehållet av humus är viktigt för markens närings- och vattenhållande förmåga. Ju mindre partiklarna är och ju mer humus marken innehåller, desto mer vatten och näring kan marken hålla. Ju grövre partiklarna är och ju mindre humus marken innehåller, desto mindre vatten och näring kan marken hålla. Detta har betydelse för markens bördighet, d v s näringslevererande förmåga. Som kommer att diskuteras senare har det även betydelse för markens förmåga att stå emot försurning. Figur 2. Beroende på storleksfördelningen av mineralpartiklarna, samt mängden humus indelas marken i olika jordarter. Den övre delen av marken, vilken påverkas av växtrötterna och utgör basen för växtproduktionen, kallas jordmån. Beroende på inverkan av faktorer som klimat, sammansättning och storlek av mineralpartiklar, vegetation, topografi på lokalen, samt djur och inte minst mänskliga aktiviteter i form av brukande och förorenande, utvecklas med tiden olika jordmåner. Alla dessa faktorer samverkar och bidrar olika mycket till utvecklandet av jordmåner. Det är därför mycket svårt att renodla effekten av en separat faktor. Som exempel kan nämnas klimatet, d v s fukt och temperatur, som har stor betydelse för hur snabbt olika processer sker i marken. Döda växter och djur bryts ned snabbare om det är varmt och fuktigt, än om det är kallt och torrt. Detta påverkar i sin tur mängden organiskt material, d v s humus i marken, som i sin tur påverkar transporten av vatten och andra ämnen i marken, som i sin tur påverkar jordmånen. Klimatet påverkar

5 också vilken typ av vegetation som växter på marken. Vegetationen i sin tur påverkar också jordmånen och de djurarter som kommer att leva i marken. Den vanligaste jordmånen i Sverige kallas podsol och utgör ca 60 % av skogsmarken (Fig 3). Podsol kommer från de ryska orden pod och zola vilka betyder under respektive aska. Namnet sägs anspela på den askfärgade mineraljorden som benämns blekjord på svenska. Blekjorden, även kallad utlakningshorisonten (E-horisonten) utgör den översta delen av mineraljorden och ligger direkt under det organiska lagret som kallas för mårlagret (O-horisonten). Under blekjorden ligger rostjorden även kallad anrikningshorisonten (B-horisonten) och under denna följer det opåverkade modermaterialet (C-horisonten). Mårlager/humuslager Matjord Blekjord Rostjord Alv Opåverkat material Berggrund Åker Skogsmark Figur 3. Tillskillnad mot en åkermark som vanligen har två horisonter, matjord och alv kan en podsol vanligen delas in i fyra horisonter. Först kommer mårlagret som består av mer eller mindre nedbrutna växt- och djurdelar, sk förna och humus. Därefter följer blekjorden vilken huvudsakligen består av ljusa mineralkorn. Rostjorden innehåller mycket järn och är därför rostfärgad. Längst ned ligger det material som ännu inte hunnit bli påverkad av omgivande faktorer och därför kallas opåverkat material eller modermaterial. Mycket förenklat uppstår en podsol genom att de organiska syror som bildas då växt- och djurdelar bryts ned, frigör aluminium och järn från mineralkornen i marken. Med det vatten som rör sig ned genom marken, transporteras de organiska syrorna, tillsammans med järnet och aluminiumet ned i marken, tills de slutligen fastnar. Om denna process får

6 pågå ett tag kommer de mineralkorn som ligger alldeles under det organiska materialet att bli utarmade på järn och aluminium. Kvar blir i princip bara kiseloxid, d v s kvarts, vilket ger E-horisonten dess bleka karakteristiska färg. Under E-horisonten, där de organiska syrorna tillsammans med järnet och aluminiumet ansamlas utvecklas den rostfärgade B- horisonten. Idag diskuteras olika teorier till varför de organiska syrorna tillsammans med järnet och aluminiumet anrikas i B-horisonten. De berörs dock inte närmare här. På åkermarker och betesmarker är brunjord en vanlig jordmån. Ofta urskiljer man i dessa bara två horisonter matjord (0-30 cm) och alv, vilka inte alltid är tydligt avgränsade från varandra (Fig 3). En viktig orsak till skillnaden är att man i brunjordar har daggmaskar som blandar om jorden och förhindrar bildning av skarpt avgränsade horisonter. Dessutom brukas flera av dessa jordar genom harvning och plöjning vilket också bidrar till en omblandning. Betydelsen av markens minsta partiklar Som nämnts inledningsvis ökar markens förmåga att hålla vatten och näring med ett ökat innehåll av de minsta partiklarna av både mineraler och humus. Orsaken till att den vattenhållande förmågan ökar beror till stor del på att andelen många små porer ökar. Vattnet kan lättare hålla sig kvar i små porer (kapillära krafter) jämfört med i stora porer. Tänk dig att du t ex häller ett glas vatten på en sandjord, jämfört med om du gör det på en lerjord. Sandjorden kommer att torka upp snabbt eftersom vattnet snabbt rinner igenom dess grova porer. Leran däremot förblir fuktig en längre stund eftersom vattnet hålls kvar i dess små porer under en längre tid. På motsvarande sätt som andelen små porer ökar i marken med en ökad andel små partiklar så ökar även den totala ytan på markpartiklarna ju mindre de är. Detta har stor betydelse för markens förmåga att binda och frigöra näring, vilket i sin tur har betydelse för markens bördighet och förmåga att stå emot försurning. Beträffande de små partiklarnas förmåga att hålla näring beror den till stor del på att partiklarna är laddade och därför kan dra till sig ämnen av motsatt laddning, t ex näringsämnen. Man kan förenklat likna dem vid nordpolen på en magnet som mycket löst drar till sig sydpolerna på flera andra små magneter. Dessa små magneter skulle kunna vara näringsämnen, men även sura ämnen. Ju fler mycket små partiklar som marken innehåller desto större blir den totala yta som kan binda näringsämnen och sura ämnen. Det innebär att markens näringshållande förmåga, och därmed även förmåga att buffra försurning ökar med ökad finkornighet. Nedan beskrivs mer i detalj hur detta fungerar och vad det har för betydelse för marken. Markpartiklarna och i synnerhet de allra minsta partiklarna, de sk kolloiderna, är huvudsakligen negativ laddade. En del av de negativa laddningarna kallas permanenta eftersom de inte beror av ph i marken. En annan del av laddningarna kallas ph-beroende eftersom de påverkas av ph i marken. Det organiska materialet, d v s humusen har endast ph-beroende laddningar, medan mineralpartiklarna har både permanenta och phberoende laddningar (Fig 4).

7 Figur 4. Den totala mängden laddningar (permanenta + ph-beroende) på en partikel benämns katjonbyteskapacitet (CEC). Summan av utbytbar aciditet och hårt bundna sura ämnen kallas total aciditet. Utbytbara näringsämnen benämns baskatjoner. Den totala mängden negativa laddingar som finns hos markens partiklar (permanenta + ph-beroende) benämns markens katjonbytes kapacitet (CEC). Dessa negativa laddningar neutraliseras huvudsakligen genom att positiva joner binds svagt elektrostatiskt till dem (Fig 4). De positiva jonerna utgörs dels av näringsämnen som kalium (K + ), magnesium (Mg 2+ ), kalcium (Ca 2+ ), natrium (Na + ) och mangan (Mn 2+ ), dels av sura joner som vätejoner (H + ) och aluminium (Al 3+ ). Näringsämnena kallas vanligen baskatjoner, medan andelen vätejoner och aluminium kallas utbytesaciditet. Andelen baskatjoner i förhållande till CEC benämns basmättnadsgrad och anges i % av CEC. Andelen baskatjoner respektive sura joner, varierar mellan olika jordar. Ju surare en jord är desto större andel sura joner finns bundna till markpartiklarna och desto lägre är basmättnadsgraden. Det innebär att förrådet av mineralnäring som snabbt kan komma växterna tillgodo är lägre i en försurad mark, jämfört med en mark som inte är försurad. Dessutom minskar de ph-beroende laddningarna då marken blir surare. Orsaken är att vätejoner binder extra starkt till de ph-beroende laddningarna under sura förhållanden. Detta gör att markens CEC sjunker vid låga ph-värden jämfört med vid höga. Eftersom markens CEC som vi sett har betydelse för markens förmåga att binda näringsämnen, kan denna på så sätt också minska då marken blir surare. Det sker ett ständigt utbyte mellan de ämnen som finns lösta i markvätskan och de ämnen som sitter bundna till markpartiklarna. Man kan även säga att de baskatjoner och de sura ämnen som sitter adsorberade till markpartiklarna står i jämvikt med de joner som finns lösta i markvätskan (Fig 5). Växterna kan ta upp de ämnen som finns lösta i markvätskan. Genom att göra det påverkar de även utbytet av ämnen mellan markpartiklarna och

8 markvätskan. De näringsämnen som finns bundna till markpartiklarna utgör således växterna lättillgängliga näringsförråd. Figur 5. Växten avger ämnen med motsvarande laddning som den tog upp, t ex om den tar upp en kalcium (Ca 2+ ) avger den två vätejoner (H + ). Orsaken är att roten måste bibehålla laddningsbalansen. Samtidigt sker det ett ständigt utbyte av ämnen mellan markvätskan och markpartiklarna. De vätejoner som växten släppte ut kan därför binda till markpartikeln och i sin tur tränga ut t ex en kalcium från den. Markens näringsförråd De näringsämnen (huvudsakligen baskatjoner) som sitter bundna till markpartiklarna utgör markens lättillgängliga växtnäringsförråd. Det innebär att de mycket lätt kan frigöras från markpartiklarna, komma ut i markvätska och därmed bli tillgängliga för växterna. Det lättillgängliga växtnäringsförrådet utgör bara en bråkdel av en procent av markens totala näringsförråd. Detta utgörs istället av all näring som finns bundet i markens mineraler och i onedbrutna växt- och djurrester. Näringen som finns bunden i markens mineralpartiklar frigörs och blir tillgänglig för växterna genom vittring. Det innebär att näring som sitter mycket hårt bunden frigörs från mineralpartiklarna, på antingen fysikalisk eller kemisk väg. Den fysikaliska vittringen leder bl a till att större partiklar sönderdelas till mindre partiklar. Detta kan t ex ske genom den sprängverkan som vatten utövar då det fryser, eller den sprängverkan som rötter orsakar då de spränger fram genom marken. En ökad andel mindre partiklar ökar den totala ytan som kan utsättas för ytterligare vittring och från vilken näringsämnen kan frigöras. Även om fysikaliska vittringen även medför att näringsämnen lösgörs från mineralpartiklarna, så är den kemiska vittringen mer betydelsefull för detta. Vid kemisk vittring reagerar bl a sura ämnen med mineralpartiklarna och neutraliseras (oskadliggörs) i samband med det. Samtidigt medför detta att näringsämnen trängs ut från mineralen till markvätskan, där de blir tillgängliga för växterna. Ju större andel små partiklar som en jord innehåller, d v s ju finkornigare den är, desto större är den yta varifrån näring kan frigöras och sura ämnen

9 neutraliseras. Generellt innebär det att en finkornigare jord lättare/snabbare kan kompensera för näringsupptag och försurning än en grovkornigare jord. En stor andel näring sitter bunden i humusen och i förnan, vilka utgörs av organiskt material. Förna består av döda växt- och djurdelar som fallit till marken och vars ursprung man ännu kan urskilja. När nedbrytningen gått så långt att man inte längre kan urskilja ursprunget brukar man däremot tala om att humus har bildats. Nedbrytningen av förna och bildningen av humus är mycket viktig för näringsfrigörelsen och den näringshållande förmågan i marken. Den innebär ett komplext samspel mellan markdjuren och de bakterier och svampar som lever i marken. Förenklat skulle de olika stegen i nedbrytningsprocessen kunna beskrivas som följer: Ett dött blad faller till marken. Där angrips det först av markdjur som sönderdelar det till mindre delar. Till skillnad från åkermark där daggmasken är den viktigaste sönderdelaren, är småringmarskar, hoppstjärtar och kvalster viktigast för sönderdelningen av förna i skogsmark. Sönderdelningen av bladet gör det lättare för svampar och bakterier att angripa bladet och därefter bryta ned det i ännu mindre beståndsdelar, samt eventuellt omforma dessa till nya. I skogsmark utgör svampar den viktigaste mikrobiella nedbrytargruppen medan bakterier är viktigast i åkermark. Svamparna och bakterierna bryter ned det organiska materialet (socker, cellulosa, stärkelse, lignin) för att utvinna energi och få byggstenar till sina egna celler. En viss del av det organiska materialet bryter de inte ned helt eller omvandlar till resprodukter Samlingsnamnet för dessa organiska föreningar är humus. Det har, som nämnts ovan en hög CEC och är därför mycket viktigt för markens näringshållande förmåga. Den näring (kväve, baskatjoner, mikronäringsämnen) men även de tungmetaller som från början fanns i bladet frigörs även till marken då bladet bryts ned och blir på så sätt åter tillgängliga för växterna. Näringsbalansen Växternas näringsupptag Växterna påverkar marken genom sitt upptag av näring och vatten. Huvuddelen av den näringen som växterna tar upp finns som joner i marklösningen, tex kalium (K + ), magnesium (Mg 2+ ), kalcium (Ca 2+ ), ammonium (NH 4 + ) och nitrat (NO 3 - ). För att roten skall behålla sin neutrala laddning, måste den för varje positivt laddad jon som den tar upp, avge en sur positivt laddad jon (H + ). På motsvarande sätt avges en basiskt verkande negativt laddad jon (OH - ), vid upptag av en negativt laddad jon som t ex NO 3 - (Fig 5). Eftersom upptaget av positivt laddade joner generellt är större än upptaget av negativt laddade joner medför växternas näringsupptag en anrikning av basiska joner i växten och en anrikning av sura joner utanför roten och därmed en försurning av marken. Från att en mark planteras med gran, till dess att ett bestånd är ca 80 år, räknar man med att markens ph sjunker med ett par tiondelar bara på grund av trädens näringsupptag. Den upptagna näringen återförs dock till marken i och med att näringen frigörs från döda växtdelar som bryts ned. I en urskog där alla träd får falla till marken och förmultna kommer därför all näring som tagits upp av träden att friges på nytt. Således orsakar trädens näringsupptag i dessa bestånd ingen nettoförsurning om man ser över en längre tidsperiod.

10 Faktorer som rubbar näringsbalansen Vid uttag av stamved och GROT, förs den näring och kalkverkan som annars skulle frigjorts om växtdelarna lämnats kvar att förmultna, ut från skogen. Modernt skogsbruk bidrar därför till en permanent förlust av näring och kalkverkan och ett permanent tillskott av sura joner till marken (Fig 6). En viss del av denna näringsförlust kan marken själv kompensera för, via vittring av näringsämnen från mineral. Det är dock svårt att fastsälla om vittringen kan kompensera för hela den förlust av näring och basverkan som uttag av stamved och GROT medför. Dessutom skiljer det mellan olika mark- och vegetationstyper. Eftersom, som tidigare nämnts, trädens näringsupptag leder till en anrikning av sura ämnen utanför roten, erhålls en anrikning av basiska ämnen i trädet. Dessa basiska ämnen kvarstå i askan och återförs således till marken om askan återförs till skogsmarken. Deposition Skörd Vittring Läckage Figur 6. Näring och kalkverkande ämnen förs bort från marken via skörd av stamved och GROT, samt via läckage. För att inte få en näringsobalans och därmed en försurning av marken måste detta balanseras av deposition och vittring av näring och kalkverkande ämnen. Näringsförlusterna orsakade av stamveds- och GROT-uttag kompenseras inte bara av vittring, utan även av deposition, d v s nedfall av näringsämnen från luften (Fig 6). En stor del av dessa kommer ursprungligen från havet. Därför är denna deposition vanligen större ju närmare en havskust man befinner sig. Tyvärr deponeras inte bara näringsämnen utan även sura svavel- och kväveföreningar, d v s kväve- och svaveloxider tillsammans

11 med sura vätejoner (H + ). Detta medför att man riskerar att få ett överskotta av sura vätejoner tillsammans med framförallt nitrat. Vittringen förbrukar en viss del av de sura vätejonerna. Överskottet av vätejoner konkurrerar dock med näringsämnena om att binda elektrostatiskt till markpartiklarna. Konkret innebär det att sura vätejoner, p g a sitt stora antal tränger ut baskatjoner från markpartiklarna till marklösningen. Detta kallas för baskatjonbuffring eftersom de sura vätejonerna tillfälligt neutraliseras, d v s de är inte längre ute i marklösningen där de kan reagera på andra sätt eller lakas ut (Fig 7). Figur 7. Överskott av sura ämnen i markvätskan tränger ut näringsämnena från markpartiklarna. Näringsämnena hamnar i markvätskan, där de antingen tas upp av växterna eller riskerar att lakas ut. Fortsätter tillförseln av sura vätejoner kommer med tiden både markvätskan och markpartiklarna att domineras av vätejoner samtidigt som de blir utarmade på baskatjoner. Vid låga ph-värden i marken, d v s vid höga halter av sura joner riskerar man därför att inledningsvis få en hög halt av baskatjoner i markvätskan, samtidigt som markpartiklarna blir mättade med vätejoner. Om baskatjonerna inte tas upp av vegetationen finns det en risk att de istället förloras från marken via läckage. Detta innebär att de transporteras med vatten ned genom marken och så småningom ut i vattendragen. Om näringsämnena börjar ta slut i markvätskan, samtidigt som andelen baskatjoner på markpartiklarna har sjunkit (basmättnadsgraden har sjunkit) och vittringen inte är tillräckligt stor för att hinna med att kompensera för förlusten av näringsämnen, medför en fortsatt tillförsel av vätejoner (H + ) att mängden vätejoner ökar även i markvätskan. Man kan uppmäta att ph sjunker i marken och även i avrinnande vatten. Sammanfattningsvis kan man säga att långsiktig balans i marken råder då: Trädupptag + Läckage = Deposition + Vittring

12 Om man inte har balans mellan dessa parametrar riskerar man försurning vilket innebär: 1: En ökning av vätejoner i markvätskan, d v s en ph-sänkning som beror på att ämnen som neutraliserar syran har förbrukats. 2: En förlust av näringsämnen, d v s en förlust av kalkverkande baskatjoner från systemet (både från markpartiklarna och markvätskan).

13 Hur påverkar försurningen skogsekosystemet?

14 Hur definieras markförsurning? Markförsurning kan dels definieras som: en ökning av vätejoner i markvätskan, d v s en ph-sänkning som beror på förbrukning av syraneutraliserande ämnen i marken en minskning av baskatjoner i systemet Effekter av försurning på vattenkvalitet Det finns risk för att halten av vätejoner stiger, d v s ph-värdet sjunker, samt halten av aluminium (Al 3+ ) i sjöar och vattendrag stiger, eftersom de dels tar emot surt regn, dels tar emot avrinningsvatten med höga halter av vätejoner och Al 3+. Även grundvattnet kan påverkas, med låga ph-värden, samt förhöjda Al 3+ och kadmiumkoncentrationer som följd. Depositionen av försurande ämnen, främst svavelföreningar har minskat. Trots detta så fortsätter läckaget från skogsmarken att vara surt eftersom markpartiklarnas buffertkapaciteten är förbrukad långt ned i marken, d v s markpartiklarna är mättade med vätejoner och aluminiumjoner och kan därför inte binda fler. Skogsmarken ger därför idag det största bidraget till försurningen av sjöar och vattendrag idag. Effekter av försurning på flora och fauna I vatten Försurning av vatten ger direkta effekter på flora och fauna, människor inkluderat. Det är troligen en orsak till varför försurning av sjöar och vattendrag är betydligt mer studerat än effekterna av försurning på mark. I sjöar är det främst mört och laxfiskar som drabbas, men även andra djur och växtarter i sjöar och vattendrag påverkas hårt. Bottenlevande djur som snäckor, musslor och kräftdjur slås ut redan vid måttlig försurning. Antalet växtplankton arter minskar och i sura sjöar saknas planktiska kiselalger och blågrönalger. Det finns även studier som visar att bladvass och ålnate minskar vid låga ph-värden. Konkurrenssvaga arter, som klarar sura miljöer ökar dock, som t ex trollsländor, buksimmare och vissa mygglarver Försurat grundvatten ger direkt påverkan på människor eftersom de förhöjda aluminiumoch cadmiumhalter som det ofta medför kan ge alvarliga hälsoeffekter. På skogsmark Generellt har luftföroreningar även medfört stora förändringar av den terrestra floran och faunan. I jämförelse med försurningens effekt på flora och fauna i vatten, så är markförsurningens effekt på skogens flora dåligt känd. De främsta orsakerna är att kvävenedfallets gödslande effekt och förändringarna i markanvändning överskuggar och samspelar med påverkan av försurningen. Enligt vissa påverkar markförsurnignen de flesta växtrötter negativt och medför en minskad produktion och förtekomst av många örter, gräs, svampar mossor och lavar. Det finns emellertid få studier som riktigt bekräftar denna effekt och en faktor som troligen dämpar effekten av försurning på landlevande flora, är mykorrhizan. Den kan bl a

15 skydda växtrötterna mot de för växten toxiska koncentrationer av oorganiskt aluminium och andra tungmetaller, som kan uppstå vid låga ph-värden i marken, samt öka tillgången på baskatjoner genom vittring. Effekten av försurningen på svampsamhället betraktas, utifrån vad man idag känner till, som ett mindre problem, jämfört med de effekter som kan erhållas i mark, yt- och grundvatten. Mikroorganismernas stora flexibilitet i kombination med det stora antalet mykorrhiza arter kan anses vara en försäkring mot att det finns en art till hands för varje nisch och förändring. Man tycks dock se en långsiktig trend mot mer acidofila svamparter (syraälskande) i försurningsutsatta regioner i södra Sverige. För närvarande anses inte försurningen utgöra något allvarligt hot mot trädens produktionsförmåga. Vad som kan hända på sikt är dock osäkert. Effekten av försurningen på mångfalden bland träd kan i Sverige inte bli stor eftersom vi endast har ett fåtal trädarter. Dominansen bland träd kan dock förskjutas till mer surhetsföredragande arter, vilket på sikt sekundärt kan påverka mångfalden bland epifyter och markvegetation. Lavar och mossor drabbas generellt mer direkt av sur deposition. Det låga ph-värdet i nederbörden utgör dock ett större hot mot lavar och mossor än den direkta påverkan av svavel och kväve oxider. I sydsvenska ädellövskogar finns tendens till att surehetskänsliga arter som tex skogsviol minskat till förmån för mer syratåliga arter som lundgöre. Andra arter som inte tål låga ph-värden är blåsippa, midsommarblomster, trolldruva och myska. Örnbräken, blåbär, skogsstjärna, ängskovall och kruståtel kan emellertid växa på mycket sur mark. Beträffande marklevande fauna, se nedanstående avsnitt Effekter av försurning på markprocesser Effekter av försurning på markprocesser Nedbrytning av organiskt material Generellt kan sägas att de marklevande organismer som är beroende av markvatten för sin existens är de som är mest känsliga för försurning. Svampar är generellt mer toleranta mot låga ph-värden (ned mot ph 4) jämfört med flertalet bakterier som har sina phoptima mellan ph 6 och 7. Därför kommer en fortsatt markförsurning troligen att förskjuta den mikrobiella sammansättningen av arter mot fler svampar och färre bakterier. Även markdjuren påverkas av försurningen. Vissa större markdjur som daggmaskar och landsnäckor minskar i antal (dock inte så relevant för barrskog eftersom de är ovanliga där förutsatt det inte är relativt nyetablerad barrskog på före detta åkermark). Småringmaskar och nematoder har också rapporterats minska i antal som i aktivitet. Beträffande kvalster och hoppstjärtar så finns studier som både visar på minskade, respektive ökande populationer efter försurning.

16 Många försök visar att nedbrytningen av organiskt material minskar vid lägre ph-värden. Det innebär att frigörelsen av växtnäring från organiskt material kan komma att minska på sikt om försurningen fortsätter. Vittring Vittringen av mineralpartiklar ökar vid låga ph-värden, dvs en ökad koncentration av vätejoner leder till en ökad vittringshastighet. Flera studier visar att organiska syror generellt bidrar mer till vittringen är den protonberoende vittringen vid ph över 4. Eftersom låga ph-värden medför att lösligheten av organiska syror minskar, avtar dock de organiska syrornas bidrag till vittringen av mineralpartiklar, med sjunkade ph-värde. Mycket tyder dock på att markförsurningen totalt sett leder till en nettoökning av vittringen eftersom den protonberoende vittringen ökar kraftigt vid ph under 4. Dessutom påverkas troligen inte mykorrhizavittringen av markförsurningen. Löslighet av spårämnen Med spårämnen menas vanligen ämnen som förekommer i mycket låga koncentrationer i växter och djur. Många, tex Zn, B Cu Fe Mn, Mo, Se, av dessa är essentiella (livsnödvändiga), medan andra som t ex tungmetallerna bly och kvicksilver inte visats ha någon nytta. För spårämnen, som för många andra element, gäller att de vid höga koncentrationer blir toxiska. Spårämnen förekommer framförallt som primära mineral, generellt med låg löslighet och tillgänglighet för växter. Som mer tillgängliga förekommmer de i utbytbar form elektrostatiskt bundna till markpartikaklarna, som övriga baskatjoner. De kan även adsorberas mer specifikt till markpartiklarna via kovalent bindning, vilket är snäppet mindre tillgängliga än vid eletrostatisk attraktion. Generellt gäller för de spårämnen som bildar katjoner att dras löslighet ökar med sjunkande ph. Både för Cd och Zn (beter sig relativt lika och konkurerar i upptag mellan växter) såväl som för Co och Ni gäller att lösligheten främst är ph-beroende. Vissa andra metaller som Cu Pb och Hg bildar starka komplex med organiska föreningar och kan därför även transporteras med löst organiskt material. En ökad aciditet i marken medför en ökad mobilisering av utbytbara som specifikt bundna Cu, Pb och Hg joner. Ett lägre ph innebär samtidigt en minskande löslighet för organisk substans och därmed en minskad mobilitet för de metaller som är bundna till låghumifierat organiskt material, d v s till organiskt material i den övre delen av jordmånen (förna/humuslager). Försurning som når höghumifierad organisk substans i mineraljorden (B-horisonten) ger sannorlikt en ökad löslighet av av det organiska materialet här Nettoeffekten blir ett ökat utflöde av Pb och Cu från B-horisonten vid ökad försurning. På grund av det organiska materialets effektiva adsorption av Hg och metyl-hg även vid låga ph, så ackumuleras den största delen av det via depositon tillförda Hg och metyl-hg till humuslagret. Me-Hg i skogsmark härrör dels från deposition, dels från kemiska och biologiska metyleringsprocesser i marken. Mobiliten av Hg och metyl-hg är starkt knuten till nedbrytningen och lösligheten hos det organiska materilet. Förändringar i Ph

17 kan därför påverka lösligheten och därmed mobiliteten. Det finns dock få/inga experimentella bevis för att utlakningen av Hg har påverkats av försurande nedfall. Cesium binds hårt till lerpartiklar genom att tränga in mellan minerallager. Det binds även hårt till orgaiskt material,även om mekanisment för det ännu är okänd. Cesium-137 har lagrats upp i humusskiktet efter Tjernobyl-olyckan och bara en mindre del har vandrat ned i mineraljorden. Sannorlikt ökas lösligheten av cesium med sjunkande ph. Lösligheten i marken av de ämnen som bildar joner med syre (oxojoner), d v s de flesta anjoners löslighet stiger med ökat ph. Till denna grupp hör främst molybden, selen, arsenik och antimon. Orsaken här är att utbyteskapaciteten för anjoner, d v s mängden positivt laddade ligander eller utbytesplatser på markpartiklarna minskar med stigande ph. Lösligheten av sulfat och uran minskar också, men av andra orsaker. Lösligheten av bor minskar dock med ökat ph, Det är dock svårt att helt generalisera olika metallers löslighet om större ph-intervall inbegrips. Vissa ämnen, t ex kadmium, nickel, zirkonim, vanadin och fosfor har vid vissa tillfällen sk skålformiga löslighetskurvor. Det innebär att lösligheten först minskade för att därefter öka igen, med stigande ph. Markens utgångsegenskaper, d v s humusinnehåll och andra kolloidala egenskaper, samt typ av ph höjande/ph-sänkande ämne som tillförs kan, tillsamamns med ett ämnens specifika egenskaper vara avgörande för hur dess löslighet förändras med ph. Fosfortillgänglighet Försunringen är inget hot mot det totala förrådet av fosfor (P) i marken. Däremot påverkas tillgängligheten, d v s hur hårt bundet P är och i vilken takt det mineraliseras respektive frigörs från markens aluminium och järnföreningar. Nedbrytningen av organiskt material minskar troligen med sjunkande ph och därmed minskar även frigörelsen av P från organiskt material. Dessutom binder P (i form av H 2 PO 4 - ) via fixering och anjonbyte hårt till järn och aluminiumföreningar. Denna bindning är phberoende och ökar ju surare det blir. N-omsättningen Har inte hittat någon studie som direkt beskriver effekterna av försurnign på N- omsättningen utan alla fokuseras på effekterna av åtgärder som kalkning, askåterföring, helträdesuttag mm. De effekter som skulle kunna nämnas är följande: Deposition av försurande ämnen är kopplat till deposition av bla N. Så starkt försurade lokaler har ofta en hög deposition av N i form av NH4 eller NO3-. Är depositionen av N hög (10-25 kg N/ha år, eller mer) erhålls från de flesta marker läckage av NO3-, även om det varierar i kvantitet.

18 Dock medför, som nämnts ovan ett lägre ph att nedbrytningen minskar och därmed minskar även mineraliseringen av N i marken. Det finns dock studier några studier som visar på en ökning av nedbrytningen men sjunkande ph. Beträffande effekten av ökande försurning på kvävemineraliseringen, så finns inge entydiga resultat. Både ökad, minskad respektive oförändrad N-minerlialisering har uppmätts. Denitrifikationsprocessen, vid vilken nitrat först reduceras till lustgas och därefter m h a enzymet lustgasreduktas vidare till kvävgas, påverkas negativt av bla låga ph-värden. Orsaken är att enzymet lustgasreduktas hämmas vid låga ph värden vilket medför att lustgas bildas utan att reduceras vidare. Lustgas är en växthusgas. Effekter av försurning på skogsproduktion Det finns egentligen inga data som bevisar att skogsträdens tillväxt och vitalitet (livskraft-hälsa) har påverkats negativt av den markförsurninge som skett fram till idag. Vad som dock tydligt kan ses är att tillväxten av de svenska skogarna ökat stadigt sedan början av 1900-talet, då mätningarna började. Enligt de utredningar som gjorts är någon negativ påverkan på tillväxten och vitaliteten inte att förvänta på kort sikt, d v s inom de närmaste 10-tals åren. På lång sikt är det ingen som vet vad en fortsatt markförsurning kan komma att innebära för tillväxten och för vitaliteten. Många studier visar dock på en minskad basmättnadsgrad till följd av ett högt biomassauttag i form av stamved och GROT. Detta gäller speciellt i försurningsdrabbade områden i sydvästra Sverige vilka också har en hög deposition av kväve och därmed en hög skogtillväxt och ett högt biomassauttag. För att förutsäga framtiden behövs bra modeller som innefattar tillväxt och vitalitet utifrån ett förändrat marktillstånd och detta anses av många saknas idag. Ytterligare kunskap om vittringshastigheten och vad som reglerar den, liksom betydelsen av markens baskatjonförråd för tillväxten är således av stort behov idag.

19 Från GROT till aska -vad händer vid värmeverket?

20 Bakgrund Den totala energianvändningen ökar stadigt och i dag förbrukas det årligen drygt 600 TWh totalt i Sverige, för både produktion av värme och el. Biobränslen i form av olika träbränslen samt returlutar inom massaindustrin ökar också, och i dag svarar de för ca 13 %, d v s 79 TWh av totala energiproduktionen. Detta är ungefär lika mycket energi som årligen produceras via vattenkraft. Som jämförelse kan nämnas att kärnkraften i dag står för 34 % av energitillförseln och användningen av olja för ca 31 %. Om användningen av fossila bränslen skall minska, samtidigt som kärnkraften på sikt skall avvecklas måste användningen av biobränsle öka kraftigt på sikt. Vid all förbränning bildas det aska. Den aska som uppstår vid förbränning av skogsbränsle, d v s GROT, samt skogsindustrins avfall och biprodukter, innehåller huvudsakligen de baskatjoner och mikronäringsämnen som initialt fanns i träden. Detta ligger till grund för rekommendationen att skogsbränsleaska bör återföras till skogsmarken som kompensation för den bortförsel av näring som uttaget medför. Uppskattningsvis tas GROT ut från ha årligen i Sverige. Detta motsvarar en produktion på mellan och ton aska per år beroende på vattenhalt och andel oförbränt material. Behovet av aska i kompensationssyfte är dock större, vilket gör att sammansättningen av andra biobränsleaskor också utvärderats. Totalt visar grova skattningar att ca ton askor från förbränning av olika trädbränslen skulle kunna vara aktuella för spridning. Värme- och kraftvärmeverk har en central roll inom såväl efterfrågan och därmed användningen av skogsbränslen, som inom produktionen av en spridningsbar aska. Syftet med detta kompendium är att ge en inblick i hur ett värmeverk fungerar genom att beskriva kedjan från avlastningen av GROT, till uttransporten av aska för t ex härdning. De olika stegen i kedjan beskrivs i generella drag, med viss utgångspunkt av hanteringen vid Borås Energi. Vissa problem och möjligheter för verken, vilka kan vara av betydelse för bränsleleverantörer och för produktion av en spridningsbar askprodukt, diskuteras också. Avlastning, lagring och torkning av GROT Värmeverken har vanligen avtal med att antal leverantörer av GROT. För att det skall vara lönsamt sker inköpen och transporterna av GROT inom en radie av max 8-10 mil från värmeverket. GROT består oftast av bark, grenar, kvistar och barr av gran och tall. Transporterna av buntad, huggen, krossad eller flisad GROT sker med container på lastbil. Det finns flera olika varianter på hur GROT kan hanteras då det når ett värmeverk. Här följer en beskrivning av hur hanteringen kan gå till. Vid ankomst av GROTen till värmeverket vägs lasten in och varje leverans provtas med avseende på vattenhalt, d v s man bestämmer torrsubstanshalten (TS). För att undvika eventuella konflikter med leverantören utförs detta av en oberoende part,

21 Virkesmätningsföreningen (VMF). Om det är överskott av bränsle vid leveranstillfället, tippas bränslet på en plan för att tillfälligt mellanlagras. Annars tippas det i en mottagningsficka (Fig 1), där större stycken sållas bort i ett skivsåll. Därifrån skruvas bränslet vidare till en kross, förbi en magnetavskiljare och vidare till ett större bränslelager under tak. Lagret kan t ex vara dimensionerat för att täcka bränsleförbrukningen under en helg, eftersom det inte sker några leveranser av GROT till värmeverket då. Vid vissa anläggningar torkas materialet innan det eldas upp. Detta är vanligare under den fuktigare perioden av året, från september till mars. Bränslet transporteras då via en skruv vidare till en tork där det torkas från ca 50 % fukthalt ned till % fukthalt.

22 Det finns olika typer av torkar för biobränsle. Här beskrivs principen för en fluidiserande ångtork, vilken används av Borås Energi för torkning av GROT. Torken består av ett cylindriskt tryckkärl med en värmeväxlare i mitten. Inne i tryckkärlet finns 16 celler, till vilka man matar in bränslet. Under tryckkärlet sitter en stor fläkt som cirkulerar ånga genom värmeväxlaren samtidigt som ånga tillförs värmeväxlaren för uppvärmning. Under torkningsprocessen upphettas bränslet till ca 175 C. Med hjälp av den ånga som tillförs, samt den ångbildningsvärme som bildas då vattnet i bränslet kondenserar, rör sig bränslet runt i de 16 cellerna och torkas på så sätt jämt. Överskottet av ånga tas ut på toppen av cylindern. Denna ånga innehåller en del brännbara gaser från organiska föreningar som avgått från bränslet under upphettningen. Dessa gaser förbränns för energiutvinning. Vattenångan kondenseras och vattnet renas innan det släpps ut till det kommunala avloppsnätet. När bränslet torkats ned till ca % fukthalt lämnar det torken och matas vidare till pannan för förbränning (Fig. 1). Figur 1. GROT lastas av i mottagningsfickan, för att därefter krossas och via magnetavskiljaren föras vidare till lagret. Under den fuktigare perioden av året torkas GROT innan det förbränns i pannan. Bottenaskan förs ut från botten av pannan medan flygaskan avskiljs vid rökgasreningen (Johnsson, Borås Energi 2004). 22

23 Förbränning av GROT I pannanläggningen omvandlas den kemiska energin som är bunden i t ex GROT till värmeenergi, vilken i sin tur kan omvandlas till elektrisk energi eller fjärrvärme. Det finns olika typer av pannor. De vanligaste typerna av pannor för förbränning av oförädlade biobränslen, som GROT, är rosterpannor och CFB-pannor (pannor med Cirkulerande Fluidiserande Bädd). Rosterpannan, vilken till tekniken liknar en vanlig villapanna, kännetecknas av att den har en förbränningsanordning (roster = galler där bränslet förbränns) på vilken bränslet i tur och ordning torkar, antänds och slutförbränns. Den enklaste rostern är plan och förekommer främst på mindre panncentraler. En sned roster eller trapproster, är ett lutande galler där bränslet förbränns medan det glider nedför rostern. En annan variant, Wanderrostern, består av en matta av länkar som för in bränslet i ena änden av pannan och för ut askan från den andra änden. För att få en god förbränning och låga utsläpp av kolmonoxid och andra kolväten är det viktigt att bränslet håller jämn kvalitet. Dessutom måste rätt mängd luft tillsättas för att inte få för höga halter av kväveoxider. Rosterpannor kräver således noggrann övervakning. CFB-pannor, d v s pannor med en cirkulerande fluidiserande bädd, är mer flexibla beträffande bränslets kvalitet. Principen för dessa är att bränslet tillsammans med ett inert (stabilt, ovillig att reagera med omgivande material) material som sand fluidiseras med hjälp av förbränningsluft som blåses genom bränslet underifrån. Förbränningen av bränslet sker när det virvlar omkring med det inerta bäddmaterialet inuti pannan. Beroende på att det heta cirkulerande bäddmaterialet stabiliserar förbränningen och temperaturen inne i pannan har dessa pannor en stor flexibilitet beträffande bränslets kvalitet. Spread stoker är ytterligare en variant på panna och som bl a används av Borås Energi. Denna består av en plan Wanderrost i botten (se ovan), som matar ut askan. Bränslet matas dock inte in via rostern utan blåses in från sidan ovanifrån och brinner därefter då det flyger genom pannan. Denna teknik ger en högre effekt jämfört med en rosterpanna. Rökgasrening Vid förbränning bildas det rökgaser. Dessa innehåller försurande ämnen som saltsyra (HCl), vätefluorid (HF), kväve- och svaveloxider, partiklar (aska), tjära, lättflyktiga metaller som kvicksilver, mm. Därför måste rökgaserna renas. Vanligen leds rökgaserna först genom en cyklon (partiklar avlägsnas från rökgaserna genom centrifugalkraften) för att fånga de större partiklarna. Därefter fångas vanligen finare partiklar med elfilter (elektriskt laddade partiklar fångas upp av ytor med motsatt laddning) eller textila spärrfilter (textilduk). Rökgasernas temperatur sjunker när de passerar alla dessa filter. Eftersom kondensationen av lättflyktiga metaller på askpartiklarna ökar med sjunkande temperatur, är tungmetallinnehållet högre i askan vid det textila spärrfiltret, än i den vid 23

24 cyklonen. Det är även ganska vanligt att värmeverk använder insprutning av ammoniak eller urea i rökgaserna för att reducera utsläppen av kväveoxider. Kväveoxiderna reagerar med ammoniaken och omvandlas till ofarligt kvävgas och vatten. Även modifiering av lufttillförseln i pannan kan påverka utsläpp av kväveoxider. Släckt kalk Ca(OH) 2 (kalciumhydroxid) kan användas för att binda sura komponenter i rökgaserna och aktivt kol för att fånga upp miljögifter som t ex dioxiner. Den aska som tas ut från rökgasreningen benämns flygaska, medan den aska som tas ut från pannan kallas bottenaska. Fördelningen mellan botten- och flygaska varierar kraftigt mellan olika anläggningar och mellan panntyper (Tabell 1). Enligt en tumregel blir det % bottenaska och % flygaska i CFB-pannorna, medan det omvända gäller för rosterpannorna. Denna tumregel kullkastas dock av en inventering av askmängder och deras innehåll som presenterades av Statens Energimyndighet (STEM) under Denna visar snarare att förhållandet är för biobränsleaskor från båda typerna av pannor. Beträffande den panna av Spread stoker -typ som används av Borås Energi, erhålls ca 30 % bottenaska och 70 % flygaska. Tabell 1. Fördelning mellan flyg- och bottenaska i olika typer av pannor. Avvikelser från angivna värden förekommer dock. Panntyp Andel bottenaska (%) Andel flygaska (%) Roster Spread stoker CFB-panna Kvaliteten på flyg- respektive bottenaska varierar mellan olika pannor. Bottenaskan från CFB-pannor sprids inte på skogsmark eftersom den till största del består av bäddmaterial (oftast sand), medan flygaskan har bra egenskaper eftersom den ofta är välförbränd och enhetlig. Det samma gäller för Spread stoker - anläggningar. Hos rosterpannor däremot, är det bottenaskan som lämpar sig bäst för spridning eftersom den är bättre förbränd och har ett lägre innehåll av tungmetaller än flygaskan. I mindre anläggningar blandas dock ofta flyg- och bottenaska och blandningen används för askåterföring. Hantering av askan Askan från en panna kan antingen våt- eller torrutmatas. Torrutmatad aska är relativt lätt att förädla vidare, men är svårhanterlig så till vida att den dammar och riskerar att fatta eld. Våtutmatad aska är lättare att hantera. Svårigheter kan dock uppstå om den härdar snabbt. Det kan även vara svårt att få en noggrann vatteninblandning vid utmatningen, med följden att askan inte härdar jämt. Beroende på vilket material som eldats, t ex avfall, torv, skogsbränsle samt vilken askfraktion (flyg- eller bottenaska) som avses, hanteras de utmatade askorna på olika sätt. Bottenaskor kan t ex användas som täckmaterial till tippar, eller som fyllnadsmassor vid vägbyggnationer. Flygaskor från förbränning av avfall har höga halter av giftiga tungmetaller, klassas som miljöfarligt avfall och deponeras därför. Den aska som bildas vid förbränning av skogsbränsle, som t ex GROT, innehåller basiska ämnen, samt de 24

25 flesta näringsämnen som ursprungligen fanns i GROTen. Det gör den möjlig att återföra som kompensation för de näringsförluster som uttaget av GROT innebär. För att en aska skall vara aktuell att sprida måste den härdas, samt innehålla rekommenderade halter av näringsämnen och underskrida gränsvärden för tungmetaller. Den utmatade askan analyseras därför minst två gånger per år på sitt innehåll av näring och tungmetaller. Detta sker ofta före och efter härdningen. Eldas flera olika bränslen i samma panna krävs noggrannare kontroll av askan. Likaså om det visat sig att t ex flisen har mycket skiftande ursprung (biprodukter från sågverk, flisat rivningsvirke etc.). Härdningen av den fuktade askan kan antingen ske inne på värmeverkets område eller på en närgränsande yta. Det är viktigt att underlaget är stabilt (t ex en asfaltplatta) och att lakvattnet från plattan kan kontrolleras. Det är även bra om det finns tillgång till tak eller andra möjligheter att täcka den behandlade askan eftersom den i många fall är känslig för återbefuktning. Många värmeverk har avtal med entreprenörer som både sköter frakten av askan från värmeverket till härdningsanläggningen, själva behandlingen/härdningen av askan, samt uttransporten av askan till spridaren i fält. En mer utförlig beskrivning av de metoder som finns för härdning av aska ges i ett separat kompendium. Kontroll Länsstyrelsen ger tillstånd till anläggningar med en effekt över 10 MW. Har de en effekt över 200 MW ges tillståndet av miljödomstolen. Anläggningar med en effekt mellan 0.5 och 10 MW är anmälningspliktiga hos kommunens miljönämnd och de har även tillsynen över dessa mindre anläggningar. I tillståndet finns möjlighet att reglera hur avfallet från verksamheten skall omhändertas. I många fall har vaga villkor för hur askan skall omhändertas formulerats, som t ex att frågan om askåterföring skall utredas. Med hänvisning till miljöbalkens regler om att sträva efter kretslopp och hushållning med resurser finns det dock möjligheter för myndigheterna att föreskriva den metod som bäst kan tänkas uppfylla miljöbalkens syfte. Detta kan avspeglas i tillstånd med mer precisa formuleringar som att askan skall i möjligaste mån spridas på skogsmark. Vidare ställer tillståndet krav på vilket bränsle som får eldas, samt under vilka betingelser. Möjligheten att använda askan ställer krav på att den är så väl utbränd som möjligt, d v s innehåller så lite oförbränt kol som möjligt. För att lyckas med det bör man bl a ha syreöverskott och lagom uppehållstid för bränslet i ugnen. Detta kan också regleras i tillståndet genom krav på mätningar av syre, kolmonoxid och temperatur i rökgaserna. Nyare tillstånd ställer även krav på högsta halt kolmonoxid (CO) i rökgaserna. Länsstyrelsen är även tillstånds- och tillsynsmyndighet för deponier, där aska deponeras. Det kan dels röra sig om stora deponier med en blandning av avfall eller mindre industrideponier. Den aska som deponeras, är förutom deponiavgiften som varierar kraftigt mellan deponier, belagd med en deponiskatt på ca 370 kr/ton (gäller från 1 jan. 25

26 2003). Förutom deponi, finns det i dag flera alternativa sätt att omhänderta aska, varav spridning av aska på skogsmark är ett. Anläggningar som återvinner eller bearbetar mer än ton avfall per år fodrar tillstånd enligt miljöbalken. Detta gäller även upplag/behandlingsplatser för aska som skall spridas, eftersom aska än så länge klassas som avfall. För flertalet av dessa anläggningar är Länsstyrelsen också tillståndsmyndighet. För anläggningar som behandlar mindre än ton avfall skall verksamheten anmälas till kommunen. Vid tillståndsgivningen behandlas hur anläggningen kommer att påverka den närmaste omgivningen i form av läckage till vattendrag. Även buller, dammspridning och transporter till och från platsen tas i beaktning. Värmeverket måste årligen redovisa verksamheten genom en årlig miljörapport till den myndighet som har tillsynen, d v s vanligen Länsstyrelsen eller kommunens miljönämnd. I rapporten finns uppgifter om avfall, vilket för ett värmeverk mest består av aska och utsläpp av rökgaser. Formerna för rapporteringen skiljer sig mycket. Problem Tillgång på bränsle Det finns vissa problem med att elda GROT/skogsbränslen jämfört med andra bränslen som t ex sorterat hushållsavfall. Värmeverken är beroende av en jämn tillgång på bränsle. Tillgången på GROT varierar dock eftersom leverantörerna kan ha svårighet med att få fram bränsle av bra kvalitet i tid. En orsak till detta är de låga priserna på GROT vilket inte motiverar markägarna att sälja GROT. Många leverantörer förlorar även på att köra ut och leverera GROT till värmeverken. Den ojämna tillgången på GROT har därför inneburit att flera värmeverk, för att ha en garanterad tillgång på bränsle, måste importera dyrare flis från Baltikum. Detta medför och har medfört att värmeverken går över till förbränning av billigare och mer lättåtkomliga bränslen, som t ex sorterat hushållsavfall. Den jämna tillgången på hushållsavfall bidrar även till att det inte kräver samma lagringsutrymme som skogsflis behöver. Kvaliteten på bränslet Barr och annat grönt material som löv/barr kan vara ett problem. Dels har vissa torkar svårt att hantera dessa mycket små fraktioner, dels är bränslevärdet av det mycket lågt eftersom det inte innehåller en lika stor brännbar fraktion som övriga delar av GROT. Andelen stamved kan också ha betydelse. Stamved ger relativt stora volymer bränsle, men av låg vikt. En mix av avbarrad GROT, med ca 40 % inslag av stamved från lövträd anses av Borås Energi vara det optimala bränslet för dem. Vid inköp av krossat eller flisat material kan det vara svårt att ha kontroll på materialets ursprung. Borås Energi har gått över till att bara köpa in hugget material och frångått krossat material. Orsaken är att krossat material ibland kan innehålla spillvirke och rivningsvirke, vilket ger en aska som inte är lämplig för spridning. Aska från förbränning av rivningsvirke innehåller ofta alltför höga halter av tungmetaller och andra miljögifter. 26

27 Övriga problem Produktion av aska som är lämplig för spridning ställer generellt höga krav på övervakningen av bränslets kvalitet, samt hela flödet genom förbränningsanläggningen till utmatningen och härdningen av askan. Uppstår problem av något slag längs denna kedja, som medför att pannan riskerar att tappa effekt, finns även risk för att en sämre aska produceras. Nedanstående är ett exempel på denna typ av problem. Vid Borås Energi klarar man av att elda enbart GROT förutsatt att torkanläggningen fungerar. Om man får problem med torken måste den fuktiga GROTen sameldas med t ex torv eller olja, för att inte tappa effekt. Detta ställer krav på kontroll av askan så att man inte riskerar att sprida en olämplig aska. Ren torvaska har generellt ett lägre näringsinnehåll och ett något högre tungmetallinnehåll än ren GROT-aska. Askhalten i olja är mellan 0.01 och 0.1%, vilket gör att dess bidrag till den totala mängden producerad aska vid en kortvarig sameldning med GROT, blir mycket liten. Sameldning med små kvantiteter av torv eller olja ger därför vanligen inte någon effekt på kvaliteten hos askan. 27

28 28 GROT-uttag och Askåterföring -tillvägagångssätt, rekommendationer, effekter

29 Bakgrund Försurande luftföroreningar, vilka främst härrör från förbränning av fossila bränslen har stora effekter på mark och vatten. När marken försuras sjunker dess ph värde. Försurning innebär också att mängden baskatjoner minskar på grund av en ökad utlakning av dessa. Vid låga ph-värden ökar dessutom rörligheten av många metaller i marken däribland aluminium (Al 3+ ), vilken bl a är toxiskt för växters rötter. Försurningen medför även att läckaget av surt och aluminiumhaltigt vatten till sjöar och vattendrag ökar, vilket kraftigt påverkar den biologiska mångfalden där. Som exempel kan nämnas att mört och öring inte kan föröka sig i surt och aluminiumhaltigt vatten. Även grundvattnet påverkas på sikt av försurningen, vilket ger en direkt effekt på oss människor. Skogsbruket har också stor inverkan på markens näringsbalans och ph. Näringsupptaget hos träden leder till att man får en ansamling av näring och basiska ämnen i trädet. På motsvarande sätt bortförs näring och ansamlas sura vätejoner i marken. Trädens näringsupptag är således i sig försurande. Om trädbiomassan får ligga kvar och förmultna på lokalen, vilket t ex sker i en naturskog så kompenseras marken för de näringsförluster som skett under trädtillväxten. Om biomassa däremot förs ut från lokalen, vilket sker vid t ex stamvedsuttag förs emellertid denna näring permanent bort från skogsmarken. På starkt försurade marker, samt på bördiga marker där biomassaskörden blir stor är det idag osäkert om vittringen kan kompensera för dessa näringsförluster. Jämfört med biobränslen medför användningen av fossila bränslen en nettoproduktion av växthusgasen koldioxid (CO 2 ). Detta motiverar en ökad användning av mer miljövänliga inhemska biobränslen, som t ex avverkningsrester i form av grenar och toppar (GROT). Under 90-talet har uttaget av GROT ökat i Sverige. Det ökade biomassauttaget, i form av GROT, leder dock till ett ökat näringsuttag från beståndet utöver det näringsuttag som enbart stamvedsuttaget medför. Detta ökar risken ytterligare för att skogsbruket skall bidra till att en näringsobalans i marken uppstår. För att undvika detta och samtidigt kunna bibehålla eller öka GROT-uttaget bör näringskompensation ske. Kompensationen av näringsuttaget bör i förta hand ske genom tillförsel av den vedaska som bildas vid förbränning av GROT. Genom att återföra askan återförs den näring och basverkan som ursprungligen fanns i GROTen till marken. Syftet är främst att minimera skogsbrukets effekt på näringsbalansen i marken och därmed på omgivande vattenekosystem. I områden som under lång tid utsatts för sura luftföroreningar är spridning av aska också ett bra sätt att förbättra markens framtida motståndskraft mot försurning. Genom askspridningen återförs den näring som förlorats från den försurade marken via läckage. Askåterföring bidrar även till att ett kretslopp av näring mellan skog och samhälle skapas. Detta kan bl a leda till minskade deponikostnader för samhället. Som framgår ovan så finns det många fördelar med en ökad användning av GROT och spridning av aska. Men som vid alla tillfällen då man utnyttjar naturresurser så finns det också risker. I detta häfte kommer vi att gå igenom hur GROT-utag och askåterföring går till, samt hur dessa åtgärder kan påverka miljön. Vi kommer även med utgångspunkt från Skogsstyrelsens rekommendationer kring åtgärderna diskutera hur dessa bör bedrivas för att undvika eventuella negativa effekter på miljön. 29

30 Uttag av GROT Är GROT ett biobränsle? Enligt Svensk standard definieras biobränsle som ett bränsle där biomassa är utgångsmaterialet. Bränslet kan ha genomgått en kemisk eller biologisk process eller omvandling och ha passerat annan användning. Till biobränslen räknas bl a : Trädbränslen har trä eller trädelar som inte utsatts för kemisk omvandling, som utgångsmaterial, t ex skogsbränsle, rivningsvirke eller embalage. Skogsbränsle är trä eller trädelar som tidigare inte nyttjats för något annat ändamål, t ex stamved, GROT, samt biprodukter från träbearbetande industri som bark, spån och kaprester. Energigrödor som salix och rörflen Returbränslen som omvandlats kemiskt eller biologiskt som t ex rivningsvirke, tallbecksolja mm Bränslet delas ofta även in efter den fraktion som eldas i pannan. För träbränsle sker indelningen ofta i pellets, briketter, sågspån, kutterspån, torrspån, cellulosaflis, bark, GROT, skogsflis, helved och tallbecksolja. Man delar dessutom även in bränslet i oförädlade och förädlade bränslen. Till de oförädlade bränslena räknas bl a GROT, skogsflis och biprodukter från såg- och trävaruindustrin som sågspån och bark. Hur mycket trädbränsle och GROT används i Sverige? Användningen av skogsbränsle har ökat kraftigt i Sverige de sista 20 åren. Det är dock svårt att skaffa sig en bild över det verkliga GROT-uttaget och hur mycket energi som utvinns från GROT skördad i Sverige. Orsakerna är flera. Antingen slås GROT i statistika sammanställningar ofta ihop med andra bränsleslag som spån, bark och förädlade träbränsle som pellets och briketter, eller så ingår det som en del av fraktionen skogsflis, där även flisat timmer ingår. Att utgå från avverkningsanmälningar där man även anmält GROT-uttag, kan också vara problematiskt. I vissa fall anmäler man GROTuttag, utan att GROT tas ut och vice versa. Dessutom är det svårt att skatta hur stor andel av GROT som finns tillgänglig på hygget som verkligen tas ut, alternativt lämnas kvar. Med utgångspunkt från denna problematisering gör vi följande försök att visa belysa hur stor del av energianvändningen som skogen bidrar till, dels hur stort GROT-uttaget är och dels hur det variera över landet. Den totala årliga energikonsumtionen i Sverige 2001 låg på ca 616 TWh, av vilket biobränslen och torv m.m. stod för 16 %, d v s över 95 TWh (Statistiska Centralbyrån 2003). Av detta användes 57 % inom industrin, 34 % inom fjärrvärmesektorn och 10 % för uppvärmning av småhus. Enligt samma källa var träbränsleanvändningen i fjärrvärmeverk motsvarande 18,6 TWh under 2001, medan produktion av trädbränslen för försäljning var under 2001: 30

31 8,4 TWh bränsleflis och kross 9 TWh spån och bark 5,1 TWh förädlat bränsle. Dessutom används årligen drygt 7 milj. m³ t ved för uppvärmning av småhus. Totalt innebär detta att användningen av trädbränslen motsvarar ca 50 TWh. Till detta kan läggas användningen av returlutar från massaindustrin, 34 TWh, vilket inte klassas som trädbränsle, men är en produkt från skogen och ingår som en del av biobränslena. Totalt beräknades GROT-uttaget ske från ca ha i hela Sverige 1999 vilket motsvarade 16 % av avverkad areal (D1-polytax, Skogsvårdsstyrelsen). Uttaget av GROT ökar ju längre söder ut man kommer i landet, från 800 ha i norra Norrland, 2500 ha i södra Norrland, 6700 ha i Svealand till ha i Götaland. Detta uttag beräknas motsvara 1.3 miljoner ton ts vilket i sin tur motsvarar ca 8.6 TWh. Energiinnehållet varierar dock med bränslets fukthalt och vanligen räknar man med ett energivärde på mellan 0.6 och 0.9 MWh/m 3 s (stjälpt mått). Från 1999 och framåt har det totala GROTuttaget i Sverige pendlat kring 15 % av avverkade ytor (D1-polytax). GROT-uttaget varierar inte bara över landet utan även inom regionerna. I Västra Götaland är t ex GROT-uttag vanligt förekommande i Svenljunga- och Skaraborgsområdet och mindre vanligt kring Uddevalla och norr över. Enligt en intervjuundersökning av Schelin (2003), kunde GROT-uttaget i Västra Götaland 2003 skattas till ca m 3 s, vilket motsvara ca 0.65 TWh. Enligt avverkningsanmälningarna för 2003 anmäldes GROT-uttag för 1989 objekt motsvarande 5832 ha (jmf 3509 ha år 2000). Hur stor areal av detta som verkligen skördats på GROT är dock inte känt. D1-polytax tyder dock på en ökning av GROT-uttaget i Västra Götaland de sista åren, från 46 % av total avverkad areal 2000, 50 % 2001 till 59 % år Enligt Schelins enkät tas huvudelen, mellan 75 och 95 % av GROT ut i samband med slutavverkning och mellan 5 och 15 % i samband med röjning/gallring. Mycket tyder således på att GROT-uttaget ökar inom vissa regioner. Enligt enkäten av Schelin är dock framtidstron mycket skiftande beroende på vem av aktörerna inom GROT-uttag som man frågar. Flertalet tror sig dock komma att öka eller har ökat sitt uttag. De motiverar det bl a med att prisbilden blivit bättre vilket gör att entreprenörerna vågar investera i ny utrusning, samt att man tror att taket för det optimala uttaget ännu inte är nått. Några anser att dagens verksamhet i samband med slutavverkningar är på en bra nivå, men att uttaget i samband med röjning kan öka. Slutligen anser en grupp att uttaget kommer att minska eftersom det är dålig lönsamhet i branschen samt att markskadorna som uppstår i samband med uttag kommer att medföra ett minskat intresse från markägarens synpunkt för GROT-uttag. GROT-uttag skall anmälas GROT-uttag skall enligt 14 skogsvårdslagen (SVL) anmälas till Skogsvårdsstyrelsen senast 6 veckor innan beräknat uttag vid slutavverkning. Detta gäller för ytor som är minst 0.5 ha. Ett vanligt sätt att anmäla GROT-uttag är därför att anmäla det i samband 31

32 med anmälan för slutavverkning (vanligen ett kryss på anmälningsblanketten för slutavverkning). Enligt 12 kap 6 i miljöbalken (MB) ska skogsägaren anmäla för samråd med Skogsvårdsstyrelsen om han planerar att genomföra något som väsentligt kan komma att ändra naturmiljön. Det står dock inte preciserat i lagen vilken typ av verksamhet som avses, men GROT-uttag kan betraktas som en sådan åtgärd och bör därför anmälas för samråd enligt denna lag. Om man dock har anmält GROT-uttag enligt 14 SVL anses man även ha gjort denna samrådsanmälan enligt 12 kap 6 MB. Samråd innebär en dialog mellan skogsägaren och skogsvårdsstyrelsen, där skogsvårdsstyrelsen kan föreslå förändringar av åtgärden eller i sista hand besluta om begränsningar eller t o m förbud. GROT-uttag är dessutom speciellt så till vida att det i Skogsvårdslagen (SVL) 30 står följande: När träddelar utöver stamvirke tas ut ur skogen skall, när så erfordras, åtgärder vidtas före, i samband med eller efter uttaget så att skador inte uppkommer på skogsmarkens långsiktiga näringsbalans. (Föreskrifter till Skogsvårdslagen 30 SKSSF 1993:2) Det skulle kunna tolkas som en rekommendation till askåterföring. Vi återkommer till detta senare. Teknik vid GROT-uttag Vi slutavverkning skalar skördaren av grenarna från trädet, så att grenarna hamnar i mindre högar längs skördarens körväg. Den fortsatta hanteringen av GROT varierar mycket. Dessa mindre högar kan antingen lämnas kvar för att barra av på marken i beståndet och därefter flisas av en skotare som kör runt och flisar i beståndet, eller samlas ihop med en skotare till vältor invid en bilväg eller liknande (Fig 1). Vältorna täcks ofta med papper för att de skall hålla sig torrare under sin lagring i skogen fram till att de flisas. Flisningen sker då senare vid vältan och flisen transporteras därefter ut ur skogen. Även hel oflisad GROT kan köras till särskilda terminaler där det flisas, t ex värmeverk som sköter sin egen flisning. I dessa sammanhang förekommer ibland att GROTen buntas eller komprimeras för att öka lastkapaciteten. Det förekommer även att grön GROT direkt körs ihop i vältor vilket kan vara ett sätt att minska markens kvävebelastning. I vissa fall sker dock avbarrningen när GROTen ligger i vältorna, vilket inte är lämpligt ur näringsläckagesynpunkt. I de fall då man vill avlasta marken från kväve är det därför mer lämpligt att direkt flisa och köra ut, alternativt att direkt köra ut den hela gröna GROTen. Samma metoder som nämns ovan används även vid GROT-uttag vid gallring och röjning. Skillnaden är dock att hela träd eller träddelar flisas alternativt körs ut oflisat med specialfordon till en terminal där det sedan flisas. 32

33 Figur 1. GROT som lämnats kvar på hygget efter avverkning körs ihop till vältor. Den teknik som används vid GROT-uttag är huvudsakligen konventionell utrustning som är lite modifierad. För att transportera riset från högen där skördaren lämnat det används vanligen en skotare med ett modifierat lastutrymme och en speciell grip. För flisning används också en skotare med en speciell lastgrip och ett flisaggregat där skogsbränslet matas in, flisas och därefter blåses ut i en container. Effekter av GROT-uttag Ökat näringsuttag, försurning och tillväxtminskningar? Uttag av GROT medför att näringsuttaget från marken ökar jämfört om man endast tar ut stamved. Eftersom granen har en stor grenbiomassa jämfört med tallen, blir näringsuttaget vid GROT-uttag i granskog större än i tallskog. Näringsuttaget blir också relativt högre vid GROT-uttag i ungskog och vid röjningar jämfört med uttag vid slutavverkningar eftersom barr och grenbiomassan utgör en större andel av totala biomassan hos yngre träd än hos äldre. Jämfört med markens totala näringsförråd är det bara en bråkdel av näringen som försvinner, och på lång sikt kan marken vanligen kompensera för förlusterna genom bl a vittring av baskatjoner. På kort sikt visar dock studier att mängden utbytbara baskatjoner (näringsämnen som lätt kan bli tillgänglig för växterna) minskar vid GROT-uttag, d v s basmättnadsgraden sjunker. Orsaken är att man vid GROT-uttag för bort den näring som annars skulle frigjorts från barr och grenar om de lämnats kvar att förmultna. Dessutom lämnas de sura vätejoner som en gång frigjorts vid trädens näringsupptag kvar i marken. GROT-uttaget riskerar således även att öka försurning av marken. Således, den lägre andelen tillgängliga baskatjoner är starkt kopplad till försurning eftersom baskatjonerna ersätts av sura joner. Försurningen ökar risken för att aluminium och andra giftiga metaller blir lösliga. Höga halter av löst oorganiskt aluminium är bl a giftigt för växternas rötter. Dessutom riskeras att även att det vatten som rinner från marken ut i sjöar och vattendrag blir surt och aluminiumhaltigt, vilket kan skada fauna och flora där. 33