Biodrivmedel eller mat, eller både och? Miljöchefsmötet 19 mars 2010, Stockholm Pål Börjesson Miljö- och energisystem Lunds Tekniska Högskola
Bioenergianvändning i Sverige 1970-2006 Bioenergy use 1970-2005 Drivmedelsdirektiv! 140 120 CO2-skatt Elcertifikat +4 TWh/år? TWh 100 80 Oljekriser +2 TWh/år Y +3 TWh/år Biodrivmedel Bostäder 60 El i fjärrvärme 40 Fjärrvärme 20 Ind för elprod Ind minus lutar 0 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Lutar (Ref: SVEBIO, 2008)
De-coupling - BNP & Växthusgaser +75% +45% -10% (Ref: SVEBIO, 2008)
Användning av biodrivmedel i Sverige 2008 % av total användning av drivm edel 3 2 1 0 Totalt 5% (gäller vägtransporter) Import Inhemsk Etanol Biodiesel Biogas
Hållbarhetskriterier 1) Area- och energieffektivitet 2) Klimatnytta 3) Övergödning och vattenförorening 4) Biologisk mångfald & vattenresurser 5) Åker- och skogsmarksproduktivitet 6) Kostnadseffektivitet 7) Sociala aspekter (u-länder) 8) Rättvisa och ekonomisk utveckling (u-länder) 9) Etc..
Energi- & area-effektivitet - Biodrivmedel Drivmedel Biprod.-process Biprod.-odling Energiinsats-odling Energiinsats-process 250 200 Biprodukter "avgör" effektiviteten 150 100 50 0 S.betor-biogas Salix-biometan Majs-biogas S.betor-etanol Salix-DME/metanol Vall-biogas Salix-FT-diesel Vete-biogas Salix-etanol Vete-etanol Raps-RME GJ per hektar och år -50-100
Körsträcka per hektar åkermark och år 5000 4000 3000 Befintliga- Sverige Befintliga- Import ( 3 bilar) Nya- Sverige 2000 ( 1 bil) 1000 0 RME-raps-s.Sverige Etanol-vete-s.Sverige Etanol-majs-USA Etanol-s.rör-Brasilien Biogas-s.betor-s.Sverige Etanol-Salix-s.Sverige Metanol/DME-Salix-s.Sverige Mil per hektar & år
400 300 200 100 0-100 -200-300 Klimatnytta biodrivmedel* *(Öppen åkermark som referens, svenska förhållanden) Metanol-Salix Etanol-vete (biobr.) Etanol-vete-gräsmark Bensin Etanol-vete (kol) Metanol-kol Etanol-vete-torvmark Biogas-gödsel Relativa utsläpp av växthusgaser
Bra eller dåliga biodrivmedel ur växthusgassynpunkt kritiska faktorer Biodrivmedelsanläggningar ska använda biobränslen och inte fossila bränslen Odling av ettåriga grödor bör undvikas på kolrika marker (t ex torvmarker där gräs odlas permanent) Biprodukter ska utnyttjas effektivt för att optimera deras klimatnytta Lustgasemissioner ska minimeras genom effektiva gödslingsstrategier och mineralgödselkväve ska tillverkas i anläggningar med lustgasrening
Restprodukter för biogasproduktion i Sverige 8 TWh biogas per år 6 4 2 0 Gödsel Industri Matavfall Avloppsslam Skörderester Totalt (Källa: SOU 2007:36; Linné m fl, 2008)
Övergödning - biodrivmedel 500 Ogödslad vallträda referens g PO4-ekv. / GJ biodrivmedel 400 300 200 100 Indirekt miljövinst av biprodukter 0 Vallbiogas Salixmetanol S.betorbiogas Majsbiogas Veteetanol Raps-RME (Ref. Börjesson & Tufvesson, 2009)
Resurseffektiv inhemsk biodrivmedelsproduktion 20 RME-raps Biogas-restprodukter Etanol-vete Drivmedel-energiskog mm TWh per år 15 10 5 Jämförelse med dagens drivmedelsanvändning (Biprodukter som foder - ersätter importerat sojaprotein) 20 % 10 % 0 100 (3,5 %) 240 (8,5 %) 240 (8,5 %) 500 (18 %) 1000 hektare jordbruksmark (% av totala)
Markbehov för biodrivmedel Cirka 1% av världens åkermark behövs för att producera 1% av världens totala mängd drivmedel baserat på dagens system (stor variation i olika regioner, t ex större markbehov i Västeuropa) Hållbara drivmedel från dagens grödor kan därför endast ersätta en begränsad del av dagens fossila Kompletterande strategier är a) ökad användning av restprodukter och b) effektivare markanvändning
4000 3000 2000 1000 0 Global markanvändning idag Begränsat utnyttjade av åkeroch betesmark (av totala) ( 2%) Åkermark - totalt Åkermark - biodrivmedel Betesmark - totalt Skogsmark - totalt "Marginalmark" - låg uppskattning "Marginalmark" - hög uppskattning "Extensiv" jordbruksmark - södra Afrika Miljoner hektar
Marginalmark för energiproduktion Marginalmark = Mark med begränsad konkurrensförmåga - ekonomiskt och/eller biofysiskt under dagens förutsättningar Lämplig mark för biobränsleproduktion idag (och vid behov matproduktion i framtiden): - litet kol-lager - låg biodiversitet - ofta försämrad (t ex näringsbrist) men kapabel till högre skördar - inga vattenkonflikter Ett par uppskattningar: Ungefär 400-500 Mha jordbruksmark med liten konkurrens tillgänglig för t ex biobränsleproduktion idag (med begränsad risk för undanträngning av matproduktion) Refs. Bustamante et al, (2008); Field et al, (2008); Rockström et al, (2009)
Indirekt undanträngning av matproduktion GO! A. Ökad produktivitet NO GO! C. Expansion av odlingsmark Mark med stor konkurrens och stort kollager Höga skördar, intensivt utnytj. Global åkermark 1500 miljoner ha Låga skördar, extensivt utnytj. GO! B. Ökad användning av avfall & restprodukter GO! C. Expansion av odlingsmark Mark med liten konkurrens och litet kollager
Restprodukter inom jordbruket globalt Global oil Billion ton biomass per year 10 Other (food industry residues, food waste, etc.) Manure Available 1 miljard ton biomassa 50% omv.effektivitet 300 miljoner bilar (15000 km/år 6 liter/100 km) 2004 600 miljoner bilar Available Available 2050 4 miljarder bilar (9,2 miljarder x 0,4 bilar/cap) Available 5 Crop residues Available Available Available Marginalmark lämplig för bioenergiproduktion =400 miljoner hektar Available Available Available Available x 5 ton biomassa/ha Available 92/94 Reference IP RS VE - FAO 2030 = 2 miljarder ton biomassa! (Ref. Göran Berndes, Chalmers)
Skörd (Kg / ha) 4000 3000 2000 1000 0 Global utveckling av spannmålsskörd Ref. Hazel & Wood (2008) 1960 1975 1990 2005 År Världen Södra Asien Förlust av näringsämnen! (nu kring 1,6% / år) Sub Sahara Afrika
Prisutvecklingen inom jordbruket USD per ton (fasta priser, 1990) Index, 1990=100 Palmolja ($/ton) Sojabönor ($/ton) Majs ($/ton) Ris ($/ton) Vete ($/ton) Jordbruk (index) Mat (index) (Ref. FAO 2005)
Hot eller möjlighet för u-länder? - Både och, men där vi måste utveckla möjligheterna och begränsa hoten! Stora möjligheter för fattiga jordbrukare på landsbygden, nettoexporterande länder samt på lång sikt när moderniseringen av jordbruket hunnit ske Hot mot fattiga i städer, nettoimporterande länder och på kort sikt, d v s högre matpriser har fördelningseffekter som är problematiska men som är ett generellt problem! En positiv utveckling ställer således höga krav på en politik som leder oss i rätt riktning, både i västvärlden och i u- länderna. - Svält beror inte på brist på mat utan på fattigdom!
Biodrivmedel & matpriser 900 800 700 600 Majs Vete Ris Råolja (höger axel) 160 140 120 100 (US$/ton) 500 400 300 200 100 80 60 40 20 (US$/fat) x vete juli-09 x majs juli-09 0 jan-00 jan-01 jan-02 jan-03 jan-04 jan-05 jan-06 jan-07 jan-08 (Ref. EIA 2008; FAO 2008) 0
Socio-ekonomiska aspekter - Utvecklingsländer A. Storskaliga system B. Småskaliga system Storskalig råvaruproduktion Internationella bolag äger/arrenderar mark Småskalig råvaruproduktion Enskilda bönder / kooperativ äger mark Småskalig råvaruproduktion Enskilda bönder / kooperativ äger mark Storskaliga fabriker Bolagsägda Hybrider Småskaliga fabriker Bondeägda Export potential + Globalt konkurrensmässigt - Små lokala/regionala mervärden Export potential - Mindre konkurrensmässigt + Stora lokala/regionala mervärden Lokala marknader - Hög risk + Lokala mervärden Ref. Bearbetat från Woods (2006)
Global produktion av biodrivmedel vs framtida efterfrågan IDAG: Uppskattning 2020: Brasilien: ca 130 TWh etanol USA: ca 150 TWh etanol Totalt ca 1000 TWh 1:a & 2:a gen etanol EU: ca 20 TWh (+80 TWh biodiesel) Men: Behovet är mycket stort, t ex 350 TWh inom EU till år 2020 (10 %), 700 TWh till år 2030 (20 %) SA: Efterfrågan >>> Tillgång, d v s obegränsade avsättningsmöjligheter!
Biologisk mångfald & vattenresurser 1) Effekter på biologisk mångfald (bra eller dåliga) beror på vilken mark som tas i anspråk omöjligt att generalisera! 2) Uppodling av naturmark, nedhuggning av regnskog o s v är ett generellt problem som också gäller mat-, foder- och virkesproduktion måste lösas med generella styrmedel (t ex nationell lagstiftning) och efterlevnad av dessa! 3) Ökad utvinning av icke konventionella fossiler kan få stora negativa ekologiska konsekvenser 4) Påverkan på regional vattentillgång måste beaktas vid en expansion av biodrivmedelsproduktion i känsliga områden (framför allt sockerrör om bevattning krävs), d v s rätt grödor i rätt områden
Vattenbehov för olika biodrivmedelsgrödor* Kubikmeter/GJ biodrivmedel 500 400 300 200 100 0 * Globalt genomsnitt, biprodukter ej beaktade Etanol Biodiesel Sockerbetor Sockerrör Majs Vete Sojabönor Raps (Ref. Gerben-Leenes et al, 2009)
Jordbruksmark i Brasilien idag 300 Miljoner hektar 250 200 150 100 50 0 Cirka 1 djur per hektar 80 milj hektar Cerrado varav 50 odlad (tot 200 milj ha Cerrado varav 6 milj ha är skyddad) ( 1,5%) Totalt Betesmark Åkermark Soja Sockerör Sockeröretanol Frigjord betesmark vid cirka 1,3 djur per hektar Potentiell fd betesmark (Ref. Macedo & Seabra, 2008)
Hållbar biobränsleproduktion i USA 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Dagens system Millions of tonnes Agricultural residues Energy crops Forest products Other residues Corn and other grains Total cellulosic feedstock Potential ethanol output (oil-equiv.) U.S. petroleum consumption Refs. Perlack et al (2005); Huber & Dale (2009) Scientific American
Övergripande strategi - biodrivmedel Effektivare (minskat) transportarbete Förnybara (hållbara) drivmedel Effektivare (snålare) fordon
Bio-el eller etanol är detta en relevant fråga? Transportkilometer / GJ biomassa Hybrids Fuel cells Plug-in hybrids Electric Internal combustion Ref. Åhman et al, 2009
Etanolkombinat - skogsråvara 100 75 50 25 0 E l+värm e E tanol+el E tanol+pellets E tanol+el (m ottryck)+pellets E tanol+el+värm e (högtrycksånga) Energieffektivitet i % (LV V ) Källa: G Zacchi (2009) Värme Pellets El Etanol
100 Andel biodrivmedel vs behov av drivmedel - Sverige 80 60 40 20 0 2009 I framtiden 1:a gen?? 2:a gen (skogsråvara) Bensin & diesel - dagens bilar Biodrivmedel Behov - hybridbilar, elbilar osv Biodrivmedel TWh per år
Ekonomisk hållbarhet Pris för brasiliansk etanol: - 70% på 25 år! (Ref: J. Goldemberg)
Räcker marken till både mat och bränsle? - JA, upp till en viss gräns (vilken är rörlig och som ligger längre fram)! Betydligt mer bioråvara kan produceras idag utan konkurrens med mark för matproduktion (restprodukter från jord- och skogsbruk, oanvänd mark o s v) Befolkningsutveckling, diet och produktivitet avgör markbehovet för mat- och foderproduktion i framtiden samtidigt som klimateffekterna ger stor osäkerhet Stor dynamisk potential inom befintlig odlingsareal genom utveckling av jordbruket i framför allt ekonomiskt svaga regioner (t ex södra Afrika och Sydamerika) som kommer att drivas av förbättrad lönsamhet
omfattningen av hållbara drivmedel kommer således framför allt att avgöras av 1) Produktionsvolym av olika biodrivmedel 2) Tillväxttakt vilket mycket sällan beaktas i dagens debatt!
Är certifiering lösningen? Bindande certifiering är ett viktigt verktyg, men har vissa praktiska problem (efterlevnadskontroll, WTO-regler) liksom vissa brister i effektivitet (hantering av indirekta effekter) Därför måste certifieringssystem kompletteras med andra verktyg som nationell lagstiftning (arbetsmiljö), sociala skyddssystem (fördelningspolitik), markplanering (undanträngningseffekter), samt bi- och multilaterala överenskommelser mellan producerande och importerande länder (rättvis handel) - Dessa är dock generella åtgärder som är lika relevanta för all vår konsumtion, d v s biodrivmedel har lyft globaliseringsfrågorna till en ny nivå som kommer att sprida sig till alla andra branscher, t ex livsmedelsbranschen!
Hållbara biodrivmedel är Biodrivmedel från vanliga grödor med värdefulla biprodukter Biodrivmedel från cellulosabaserade grödor odlade på lämplig och lågkonkurrerande mark Biodrivmedel från avfall och restprodukter Biodrivmedel producerade i kombination med andra energibärare (el, värme, pellets) i optimerade anläggningar Biodrivmedel producerade i utvecklingsländer som leder till stora lokala och regionala mervärden Biodrivmedel som används i bränslesnåla bilar, t ex elhybridbilar
Slutsatser Utnyttjandet av restprodukter från jordbruk (och skogsråvara) kommer inte i konflikt med en framtida ökad matproduktion (tvärtom, potentialen ökar) Idag finns ett fönster att odla energigrödor på outnyttjad åkermark utan att tränga undan matproduktion detta bör utnyttjas då ett flertal olika typer av positiva effekter fås! I framtiden kan energiodlingar konverteras till livsmedelsproduktion allteftersom behovet av mat ökar, samtidigt som markens bördighet ofta ökat och energisystemen utvecklats och effektiviserats! Alternativen i form av fossila bränslen är aldrig hållbara!