Gävle 28 maj 2013 Sheshti Johansson ENERGI FRÅN JORDBRUKSGRÖDOR
Innehåll Begrepp och historik, energi och jordbruk i ett globalt perspektiv Globala biobränslepotentialen (min forskning) Diskussion
Energikälla Vad som är en källa till energi beror på varifrån vi betraktar
Primärenergi Energibärare som inte fått sitt nuvarande energiinnehåll av medveten uppgradering Ex: Olja, kol, gas, biomassa, potentiell energi i vatten, solstrålar, vind, uran
Energibärare ( primärenergi) Ex: El, vätgas, etanol, diesel
Spelar det någon roll vilken primärenergi som står bakom energibäraren? Primärenergi Energibärare Olja drivmedel vete drivmedel
Fast biobränslekedjan ser kanske snarare ut så här. Olja drivmedel odlingssystem Mat (biomassa) drivmedel bil Det man också ska komma ihåg i biobränsledebatten är att man talar om att det ska ersätta olja vilket är primärenergi, med en medvetet uppgraderad vara som har liknande egenskaper som oljan, en energibärare
Biobränslen en nygammal idé? Förindustriell biobränsle-bil : Biomassan är i sin ursprungliga form (hö, havre) Modern biobränslebil: Biomassan måste uppgraderas för att kunna användas i bilen
Förindustriella samhället Det mesta drevs med bioenergi
Moderna samhället: Vi tömmer urgamla energilager Ångmaskinen: Mekaniskt arbete från värme=> Fossila bränslen blir arbetskraften Olja, kol och gas ersatte biomassan Vi berömma oss af att lefva i ångans tidehvarf, och dock är väl ångmaskinen vad verkningsgraden beträffar en af de lägst stående maskiner, som uppfunnits sedan stenyxans dagar (Gustav Timberg vid styrelsen för Maskin-och Redskapsprövningsanstalterna, år 1900)
Jevons paradox Ångmaskinen och kolförbrukning 1865: Vi måste effektivisera ångmaskinen för att reducera kolförbrukningen! William Stanley Jevons: FEL!!! Ju mer effektivt vi använder resursen, desto mer av resursen kommer vi använda
Bättre verkningsgrader eller effektivare teknik leder inte till mindre bränsleanvändning Ex: Ångmaskin => ånglok, traktorer, ångbåtar Alla teknologiska effektiviseringar har följt Jevons paradox
Biobränsleanvändningen konstant
Samtidig befolkningsökning
Gröna revolutionen Nya tekniker under 1900-talet för att öka avkastningen Konstgödsel Pesticider Konstbevattning ( i större skala) Mekanisering Storskalighet Växtförädling
Från kriget till åkern Första världskriget: Tysk kemist Fritz Haber ammonium nitrat (sprängdeg) och giftgaser (zyklon B bland annat) Efter andra världskriget: Överskott av ammonium nitrat => Konstgödsel! Giftgasteknologi =>Utveckling av pesticider Fritz Haber fick Nobelpris 1919: For the synthesis of ammonia from its elements For improving the standards of Agriculture and the well-beeing of mankind (Pollan, 2006) We are still eating the leftovers of World War II (Vandana Shiva)
Bondesamhällets försvinnande Andel sysselsatta i jordbruk och binäringar i Sverige 1850-2000 (SCB) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 1850 1900 1950 2000
PEAK OIL
Peak Oil naturligtvis inte enda problemet Det mesta som driver forskningen är oron för hur koldioxidutsläppen ska orsaka klilmatet Dock finns andra miljöproblem, vara många kan härröras till det moderna jordbruket (tex övergödning, pesticidrester i miljön, förlust av biodiversitet pga. stora monokulturer osv ) Kanske också ett resultat av att vi använder så mycket energi och kan erövra så stor teknisk effekt?
Lösning? Ersätt dagens energikonsumtion med energi från solens flöde!! En kombination av det förindustriella med det moderna? (Är det möjligt?)
World Energy Mix
Bioenergy-potential? Studies giving results of 9 000-353 000 TWh IEA says 56 000-110 000 TWh Present global energy consumption is 143 000 TWh
Kan vi överhuvudtaget förutsäga framtidens jordbruksproduktion? Eller viktigast av allt Är det ens troligt att produktionen fortsätter öka? Begränsande faktorer: Vatten Mark Konkurrens markdegradering Ekologi Energi Befolkningsökning
Min metod: Reality check! Hur mycket producerar Jordbrukssektorn idag? Kombinerade skördestatistik med kalorimetriskt värmevärde Beräknade energiinnehållet i globala jordbruksproduktionen Vad är rimliga förväntningar och hur påverkar det livsmedelsförsörjningen?
Calculation of net energy in 2010 years Crop production [TWh] 25000 20000 15000 10000 5000 21400 High case: Surplus of 2800 TWh (10100 TWh) Low case: Deficit of 120 TWh (7080 TWh) 7300 9500 0-5000 -10000 Using edible food for biofuel affects food security
Denna produktion finns tack vare oljan! Obs! Resultaten jag gav er är baserade på dagens produktionsnivåer, det mesta av det tack vare höga insatser av fossil energi. Vi kan försörja dagens och framtidens befolkning om vi lyckas hålla samma skördenivåer även i framtiden. Kan vi det med minskade fossila resurser?
Biobränslen från primära grödor 30000 25000 25000 20000 15000 10000 5000 0 Fuel for transport (2006) 276 Biofuel for transport (2006) 1600 Ethanol fromethanol from corn sugarcane 620 400 250 Biodiesel from soyabeans Biodiesel from oil palm fruit Källa: Johansson et al (2010). Data reference year 2006
Resultat biobränslen från skörderester m.m. 30000 25000 26240 20000 [TWh] 15000 10000 8087 5000 4370 685 2257 2270 1460 0 Global transport fuel 2010 (IEA) production of biofuel 2010 (BP) Biogas from (annual) residues Biogas from waste Ethanol from (annual) residues Ethanol woody biomass Max theoretical biofuel production
Innehåller inga energikvoter Diskussion kring resultaten Råmaterialet finns i stort sett tack vare jordbrukets höga avkastning med hjälp av fossil energi En del av råmaterialet (skörderesterna) konkurrerar med andra användningsområden En del av råmaterialet uppkommer inte i ett resurssnålare jordbrukssystem
Bränslen baserade på restprodukter? Biobränslen baserade på restprodukter är resultatet av dåligt optimerade system
Energi i uppgraderingssteget Olika studier visar olika resultat Literaturstudie ger att det beräknade taket reduceras till knappt 6000 TWh i optimistiska fallet Med data från andra studier tar det mer energi än det ger, dvs. ingen potential
Optimistic biorefinery Scenario NEB= OOOOOO eeeeee IIIII eeeeee = 1.51 IIIII eeeeee OOOOOO eeeeee = 0,66 34% of energy in product is useful for society 3 liters of fuel must be produced in order to supply 1 liter to society The potential must be reduced by 2/3 (in the the optimistic case, in the pessimistic case there is no potential at all because the process requires more energy than it gives) Note! The biorefinery energy use in this calculation excludes all energy use before the biomass arrives at the biorefinery plant
Termodynamikens lagar Termodynamikens första huvudsats: Energi kan varken skapas eller förstöras Vi kan inte producera primärenergi, endast energibärare Termodynamikens andra huvudsats: Alla riktiga processer är irreversibla Alla energiomvandlingar är förknippade med förluster
Hur kan man få ett netto om man inte kan skapa energi? Man adderar äpplen och päron: energibärare+primärenergi = äpple/päronkompott Man kan räkna t.ex insatt fossilenergi, eller insatt hjälpenergi i vissa metoder (dvs. några förluster utesluts) Man räknar solenergi som gratis (och annat ) Fotosyntesen har en verkningsgrad på va 3-5 % för jordbruksgrödor Solens utspriddhet och låga verkningsgrad innebär att väldigt mycket mark behövs för att ersätta en mycket liten del av bränslebehovet
Ersätta fossila bränslen?. De har haft näst intill oändligt lång tid att skapas och ackumulera går det att ersätta det i realtid?
Biobränslen kan inte konkurrera med fossila bränslen
Det verkliga problemet? Efter Mario Giampietro, Barcelona 2012
Less bad is not good enough (S.Ulgiati) Green is not enough
Societal Metabolism Likna samhället vid en levande organism Tror ni att Zlatan spelar lika bra fotboll om vi ber honom äta ¼ av det han äter nu?
Tack för uppmärksamheten! Sheshti.johansson@slu.se
Slutsats VI MÅSTE ODLA DET JORDEN KAN GE
Diskussion Integrerad djur och växtproduktion mer hållbart. Helvegetariskt är en lösning så länge vi vill behålla det övriga med dagens produktionssystem.