Hållbarhet för vall som biogasgröda klimat, markanvändning och ekonomi Syfte Syftet med detta projekt är att demonstrera konsekvenserna av om alla grödor från åkermark skulle omfattas av samma regelverk inom EUs förnybarhetsdirektiv, oavsett miljökonsekvenser eller effekter på odlingssystemen. Vi vill peka på att detta i vissa fall kan ge en effekt som är tvärt emot de hållbarhetsaspekter man eftersträvar. Som verktyg tar vi fram fakta kring vall som biogasgröda. Projektet omfattar olika aspekter av hållbarhet som klimatpåverkan, markanvändning samt ekonomiska aspekter både ur odlarperspektiv och ur biogasproducentens perspektiv. Vi fokuserar på spannmålsorienterade växtföljder där kombinationen vallproduktion, biogasproduktion och rötreståterföring till åkermark är en kedja som kan ge stora positiva effekter. Bakgrund Den dominerande biogasråvaran för den svenska biogasproduktionen är olika typer av avfall och restprodukter från hushåll, lantbruk och industri. Mindre än 10 procent av den svenska biogasproduktionen är idag baserad på grödor. Energigrödor för biogasproduktion är dock betydligt vanligare i andra länder i EU, i Tyskland användes t ex 2013 över en miljon hektar åkermark för odling av biogasgrödor 1. EUs förnybarhetsdirektiv (renewable energy directive, RED) har utformats med mål om minskade växthusgasemissioner, säkrad energitillgång och regional utveckling 2. Idag har dock diskussionen i ökande utsträckning kommit att även inkludera valen mellan energi- och klimatmål och konsekvenser vad gäller aspekter som t ex social hållbarhet, markanvändning, matpriser och biodiversitet 3. Ansträngningar för att minska markanvändningskonflikter mellan livsmedel, foder och energiråvara har lett till debatten om iluc (indirect land use change) eller indirekt förändrad markanvändning. Teorin bakom iluc är att en ökad produktion av biodrivmedel baserat på grödor från åkermark leder till undanträngning av en annan gröda som i sin tur odlas på tidigare obrukad mark 5. Diskussionen om iluc 1 Bioenergy in Germany: Facts and figures. 2014. Fachagentur nachwachsende rohstoffe, Federal ministry of food, agriculture and consumer protection, Germany. 2 Directive 2009/28/EC of the European parliament and of the council on the promotion of the use of energy from renewable sources. 3 Pål Börjesson, Joakim Lundgren, Serina Ahlgren & Ingrid Nyström. 2013. Dagens och framtidens hållbara biodrivmedel. Underlagsrapport från f3 till utredningen om fossilfri fordonstrafik. Rapport f3 2013:13., f3-the Swedish Knowledge Centre for Renewable Transportation Fuels, Sweden. 1
ledde år 2012 till ett förslag från EU-kommissionen, varav delar antogs i september 2013 men ännu inte har tillämpats. Med hänvisning till negativ påverkan på livsmedelsförsörjning och markanvändning beskrivs där att maximalt 6 % av den nationella biodrivmedelsförsörjningen får vara baserad på livsmedelsgrödor 4. EUs riktlinjer för miljö- och energistöd kommer att förändras, och när grödor används som biogasråvara, och biogasen dessutom som i Sverige används som drivmedel, kommer förutsättningarna att påverkas. Produktion av biogas som drivmedel är samtidigt mycket intressant ur klimatperspektiv, och är ett område där Sverige har ett försprång inom EU. Det är i detta läge viktigt att tydligt peka ut både för- och nackdelar som dessa system har vad gäller miljö och klimateffekter. Problemet Det är problematiskt om alla grödor från åkermark skulle dras över samma kam inom RED. Miljökonsekvenser och effekter av en gröda som vall på åkermark är fundamentalt skilda från effekterna av t ex utökad spannmåls- eller rapsodling för bioenergiändamål i odlingssystemet 5,6,7. En annan del av problemet är att den förenklade beräkningsmetod som specificeras i RED inte idag omfattar direkta markanvändningsförändringar (direct land use change, dluc) på åkermark, vilket innebär att den markkolsuppbyggnad som blir en effekt av att introducera just vall i växtföljden exkluderas. Likaså exkluderas den miljö- och klimatnytta som rötreståterföring ger vilket gör att biogasproduktion missgynnas i relation till bioetanol- eller biodieselproduktion. Hypotes Vår hypotes är att introduktion av vallgrödor för biogasproduktion i vissa typer av odlingsområden ger positiv klimat- och miljönytta och positiv effekt på långsiktig bördighet. Kan detta demonstreras inom projektet skulle det ge underlag för att introduktion av vall som energigröda på åkermark inte ska bedömas som konkurrent till livsmedelsgrödor på samma sätt som andra grödor. Avgränsning Inom både Skåne och Västra Götaland finns odlingsområden som karaktäriseras av spannmålsproduktion och låg djurtäthet. Detta innebär att ensidiga växtföljder är vanligt förekommande, tillgången till biogödsel i form av stallgödsel är låg och vallodling (för foderändamål) är ovanligt. Detta innebär också att problem med markpackning och låga markkolshalter kan förekomma. Det är specifikt till den typen av områden vi vill avgränsa analysen och där visa på en nisch där vallproduktion har potential att ge flera positiva miljöeffekter, positiva effekter på bördighet och dessutom bidra med en biogasråvara. I den fallstudie på gårdsnivå som tidigare genomförts 8 innefattades även en systemanalys av en specifik biogasanläggning och resultaten kopplades till samrötning i just denna anläggning. Så blir dock inte 4 2012/0288(COD) 11/09/2013. Text adopted by Parliament 5 Björnsson, L. 2013. Energigrödor för biogasproduktion Del 3, energi- och växthusgaseffektivitet. Rapport nr 82, Miljö- och energisystem, Institutionen för teknik och samhälle, Lund University 6 Börjesson, P., Tufvesson, L., Lantz, M. 2010. Livscykelanalys av svenska biodrivmedel. Rapport nr 70. Miljö- och Energisystem, Lunds Tekniska Högskola, Lunds Universitet. 7 Tilman et al. 2006. Carbon-negative biofuels from low-input high-diversity grassland biomass. Science 314: 1598-1600 8 Björnsson, L., Prade, T., Lantz, M., Börjesson, P., Svensson, S.-E., Eriksson, H. 2013. Impact of biogas crop production on greenhouse gas emissions, soil organic matter and food crop production A case study on farm level. Report No 2013:27, f3-the Swedish Knowledge Centre for Renewable Transportation Fuels, Sweden. 2
upplägget i föreliggande studie, utan generella fakta från tidigare genomförda systemanalyser samt generella biogasprocessdata kommer att användas. Genomförande Forskarna bakom denna ansökan har under 2012-2013 genomfört ett projekt med finansiering av f3 (Swedish Knowledge Centre for Renewable Transportation Fuels) 9. Vi har där tittat på vad som händer ur gårdsperspektiv om man lägger in vall i en spannmålsbaserad växtföljd och tar denna vall till biogasproduktion i en samrötningsanläggning, samt sedan återför rötresten till åkermark. Vi har utvärderat förändringar som undanträngd livsmedelproduktion, markkolsuppbyggnad samt växthusgasemission per hektar åkermark, samt även emissioner per energienhet biogas som drivmedel. Med bas i detta tidigare projekt utvidgar vi nuvarande projekt till att omfatta både geografiskt och ämnesmässigt större områden. Projektet innehåller följande delar; 1. Potentialutvärdering En inledande analys av områden där introduktion av vall på åkermark potentiellt ger stor positiv effekt på miljö och markkolsuppbygnad. Urvalet kommer här att avgränsas till odlingsområde Götalands södra slättbygder (Gss) och Götalands norra slättbygder (Gns), dvs delar av Skåne, Halland och Skaraborg, med intensiv spannmålsproduktion (spannmålsodling upptog på 53-56 % av åkerarealen i Gns och Gss under 2012 10 ) och låg djurtäthet. Arealer och potentiell vallproduktion kommer här att kvantifieras. Dessutom definieras ett referensområde med hög djurtäthet, redan idag mycket vall i växtföljden samt god tillgång på biogödsel, eventuellt inom område Götalands skogsbygder, som analyseras på samma sätt. 2. Markkolsanalys Markkolshalter i utvärderade områden idag inventeras, och framtida markkolshalter modelleras. Dels med nuvarande växtföljder och odlingssätt, dels med olika framtidsscenarier med introduktion av vall i växtföljden och utökad biogödsling. Bortfall av livsmedelsgrödor vid införsel av vall i spannmålsbaserade växtföljder kvantifieras och effekten på långsiktiga skördenivåer av livsmedelgrödor diskuteras. Dvs hållbarheten ur markanvändningsperspektiv utvärderas. 3. Växthusgasemissioner Växthusgasemissioner ur odlingsperspektiv beräknas för scenarier baserade på nuvarande växtföljd i respektive region samt för scenarier där vall integreras i växtföljden och används för biogasproduktion. Klimat- och markkolsnyttan av att i odlingen biogödsla med rötrest från vallbaserad biogasproduktion blir här en viktig del. Hållbarheten ur klimatperspektiv utvärderas här. Analysen ur växthusgasperspektiv genomförs även ur drivmedelsperspektiv, och då både med livscykelanalys enligt ISO-standard och enligt den metod som specificeras i RED. De skillnader som då framkommer ska tydligt gås igenom. Forskarna 9 Björnsson, L., Prade, T., Lantz, M., Börjesson, P., Svensson, S.-E., Eriksson, H. 2013. Impact of biogas crop production on greenhouse gas emissions, soil organic matter and food crop production A case study on farm level. Report No 2013:27, f3-the Swedish Knowledge Centre for Renewable Transportation Fuels, Sweden. 10 Jordbruks statistisk årsbok, 2012 3
bakom ansökan har redan tidigare tittat på denna frågeställning, men då gällande vall på marginalmarker 11. 4. Ekonomi Kostnaden för vallproduktion ur ett gårdsperspektiv beräknas. Betalningsförmågan för vall ur biogasanläggningsperspektiv i stor (samrötning) och liten (stor gårdsanläggning) skala beräknas. Vad är förutsättningarna för att vall skulle kunna vara en lönsam biogasgröda? Hur påverkar vallstödet? Dvs hållbarhet ur ekonomiskt perspektiv för odlaren och biogasanläggningen utvärderas. 5. Övriga miljöeffekter och samhällsekonomisk nytta Om tillgängliga fakta tillåter kommer även miljöeffekter utöver växthusgasemissioner i de studerade systemen att analyseras och kvantifieras. Detta innefattar effekter på försurning, övergödning och partikelemissioner, miljöpåverkanskategorier där vallproduktion, biogasproduktion och rötreståterföring har stora effekter. Här finns dock en större osäkerhet i vilka data som finns från odlingsförsök och tidigare miljöanalyser, och håller inte befintliga fakta för fullständig analys kommer dessa aspekter istället kvalitativt att beskrivas. Det är dock mycket intressant om den sammantagna miljöpåverkan kan kvantifieras och översättas till samhällsekonomiskt värde eftersom en jämförelse då kan göras mot de ekonomiska bedömningar som genomförs inom projektet. Att beräkna samhällsekonomiska kostnader för olika miljöpåverkanskategorier ingår inte i projektet, utan här används litteraturdata. Baserat på den miljöanalys som görs i projektet kan sedan det samhällsekonomiska värdet beräknas för olika scenarier i olika regioner. Tillvägagångssättet har använts av forskarna bakom ansökan tidigare, då med fokus på biogasproduktion från gödsel 12. 6. Vetenskaplig publikation Tid avsätts specifikt till att bearbeta de framtagna resultaten till vetenskaplig internationell publikation. Kostnad för publikation med open access inkluderas också. 7. Populärvetenskaplig publikation Tid och kostnader för att ta fram en projektsammanfattning på svenska inkluderas som en separat post. Materialet skulle utformas i linje med vad som tidigare tagits fram inom LTH och SLUs tvärvetenskapliga samarbetsprojekt om biogas och energigrödor 13,14,15 11 Prade T., Svensson S.-E., Mattsson J. E., Carlsson G., Björnsson L., Börjesson P. and Lantz M. (2013) EU sustainability criteria for biofuels potentially restrict ley crop production on marginal land for use as biogas substrate. Grassland Science in Europe, 18:528-530. 12 Tufvesson, L., Lantz, M., Björnsson, L. (2013) Miljönytta och samhällsekonomiskt värde vid produktion av biogas från gödsel. Rapport 86, Miljö- och Energisystem, LTH, Lunds Universitet 13 Björnsson, L. (2012) Energigrödor för biogasproduktion Del 1, odlings och arealeffektivitet. Rapport nr 80, Miljö- och energisystem, Institutionen för teknik och samhälle, Lund University. 14 Björnsson, L. and Lantz, M. (2013) Energigrödor för biogasproduktion Del 2, kostnadseffektivitet och styrmedel. Rapport nr 81, Miljö- och energisystem, Institutionen för teknik och samhälle, Lund University. 15 Björnsson, L. (2013) ) Energigrödor för biogasproduktion Del 3, energi- och växthusgaseffektivitet. Rapport nr 82, Miljö- och energisystem, Institutionen för teknik och samhälle, Lund University. 4
Deltagande forskare och ansvarsområden Thomas Prade. Post doc Miljö- och Energisystem, LTH Inom projektet har Thomas huvudansvar för den odlingsrelaterade delen. Detta innefattar att definiera förändringar i resursanvändning då vall introduceras i befintliga områden samt teknoekonomiska beräkningar för biomasaproduktionsdelen. Thomas ansvarar även för markkolsmodelleringarna. Mikael Lantz. Biträdande universitetslektor Miljö- och Energisystem, LTH Mikael kommer att ha huvudansvar för de projektdelar som berör teknoekonomiska och miljömässiga utvärderingar kopplat till biogasprocessen. Lovisa Björnsson. Professor Miljö- och Energisystem, LTH Lovisa är projektledare. Hon kommer att ansvara för processmodellering över biogasprocessen samt ha ett övergripande ansvar för livscykelanalysen. Hon kommer också att ansvara för miljöanalysen avseende övriga miljöpåverkanskategorier än klimat. Finansiering Projektet samfinansieras av Göteborg Energi, Energimyndigheten genom program energigasteknik, Lunds Tekniska högskola och Sveriges Lantbruksuniversitet och löper. 5