Danish Research Centre for Organic Farming. Application. for research funding under the research programme: Research in Organic Food and Farming

Transkript

1 Final version before 30 November 2006 Ministeriet for Fødevarer, Landbrug og Fiskeri Direktoratet for FødevareErhverv Danish Research Centre for Organic Farming Application for research funding under the research programme: Research in Organic Food and Farming International Research Co-operation and Organic Integrity (DARCOF III ) Funded by the Ministry of Food, Agriculture and Fisheries under the Finance and Appropriation Act, Sections Project title and acronym (acronym max. 10 letters): Biomass and bioenergy production in organic agriculture consequences for soil fertility, environment, spread of animal parasites and socio-economy. Acronym: BioConcens 2. Project manager Head of research program, professor Erik Steen Jensen Program for Biomass and Bioenergy Biosystems Department BIO-301, Risø National Laboratory Phone: Fax: Please submit 2 hard copies and 1 electronic version to: Danish Research Centre for Organic Farming Tel Research Centre Foulum Fax P.O. Box 50 E mail: foejo@agrsci.dk DK-8830 Tjele Web site:

2 3. The project is within the following research project theme: The project covers the complete content of the research project theme Bioenergy as a complement to food production. In addition to the call content the project includes production of liquid fuel (bioethanol) and includes the design and development of new and innovative strip intercrop systems for biomass in organic agriculture. 4. Participating institute(s): Risø National Laboratory (RISØ) Phone: Fax: risoe@risoe.dk National Environmental Research Institute (NERI) Phone: Fax: dmu@dmu.dk Danish Institute of Agricultural Sciences (DIAS) DK-8830 Tjele Phone: Fax: agrsci@agrsci.dk Royal Veterinary and Agricultural University (KVL) Bulowsvej Frederiksberg C Phone: Fax: kvl@kvl.dk Danish Technical University (DTU) Anker Engelundsvej Kgs. Lyngby Phone: Fax: dtu@adm.dtu.dk 5. Contact persons: Risø: Head of research program, professor Erik Steen Jensen Biomass and Bioenergy, Department of Biosystems Build. BIO-301 Phone: Fax: erik.s.jensen@risoe.dk NERI: Project senior scientist Anders Johansen Department of Environmental Chemistry and Microbiology 2

3 3 Frederiksborgvej 399, 4000 Roskilde Phone: Fax: DIAS: Head of research Unit Tommy Dalgaard, Department of Agroecology DK-8830 Tjele tel./fax /1765, KVL: Associate professor Allan Roepstorff The Danish Centre for Experimental Parasitology, Dept. Veterinary Pathobiology Department of Veterinary Pathobiology, Dyrlægevej 100, DK-1870 Frederiksberg C, Phone , Fax , DTU: Associate professor Jens Ejbye Smith Enviroment & Resources, The Technical University of Denmark (DTU), Bygningstorvet, building 115, DK-2800 Kongens Lyngby, Phone: , Fax: , 6. Project staff : RISØ: Senior scientist Anne Belinda Thomsen Biosystems Department tel./fax /4122; anne.belinda.thomsen@risoe.dk Post.doc Mette Hedegaard Thomsen Biosystems Department tel./fax /4122; mette.hedegaard.thomsen@risoe.dk Scientist Henrik Hauggaard-Nielsen Biosystems Department tel./fax /4260; henrik.hauggaard-neilsen@risoe.dk Technician Ingelis Larsen Biosystems Department tel./fax /4122; ingelis.larsen@risoe.dk Senior scientist Lars Henrik Nielsen

4 Systems Analysis Department tel./fax /5199; Senior scientist Klaus Skytte Systems analysis Department tel./fax /5199; Senior scientist Per Ambus Biosystems Department tel./fax /4160; Technician Anja Nielsen Biosystems Department tel./fax /4160; DIAS Head of Research Unit Tommy Dalgaard Department of Agroecology DK-8830 Tjele tel./fax /1765, Scientist Henrik B. Møller Department of Agricultural Engineering Box 536 DK-8700 Horsens Tel./fax: /3100, Senior scientist Uffe Jørgensen Department of Agroecology DK-8830 Tjele tel./fax /1765, Professor Jørgen E. Olsesen Department of Agroecology DK-8830 Tjele tel./fax /1765, NERI Project senior scientist Anders Johansen (see above) KVL: Associate professor: Allan Roepstorff (see above) DTU Associate professor Jens Ejbye Smith (see above) 7. Project duration: 4 years From: 1. Jan To: 31 Dec

5 8. Main objective(s): The main objectives of the interdisciplinary BioConcens project are: 5 To determine the potential of local co-production of bioethanol, biogas and protein feed from grass-clover, grass, winter rye, maize, animal manure and recirculated by-products of the organic agro/foodindustry in laboratory and upscaled studies and design a medium-scale plant for the production of bioenergy from organic farms. To design a strip intercropping system for biomass (bioenergy) production and to measure its productivity and interactions between plant components and determine effects on soil fertility. To determine the potential effects of recirculated residues from bioenergy production in strip intercrop systems on plant growth, soil quality parameters, emissions of nitrate and green-house gasses and of anaerobic gasification on the survival of animal parasites and weed seeds. Develop scenarios and make socio-economic analyses for bioenergy production in organic agriculture. The effects of using grass-clover for bioenergy is modelled and emissions of nitrate and green-house gasses are simulated.

6 9. Project summary in Danish: Produktion af bioenergi baseret på lokale biologiske ressourcer og vedligeholdelse af jordens frugtbarhed synes at have været modstridende målsætninger i økologisk jordbrug (ØJ). Det er imidlertid vigtigt at reducere ØJs afhængighed af fossile brændstoffer og emissionen af drivhusgasser, ud fra et ønske om større integritet. Biogas, bioethanol, planteolier, vindenergi og biomasse til forbrænding kan produceres i ØJ og bidrage med vedvarende energi. Planteolier (biodiesel), biogas og bioethanol kan anvendes som brændstof i dieselmotorer og kan produceres på bedriften. Olieplanter som f.eks. raps er vanskelige at dyrke med succes i økologisk jordbrug og et stort areal er påkrævet for at erstatte anvendelsen af fossil diesel i ØJ. Biogas kan både produceres på bedriften, men også i gårdfællesanlæg ud fra husdyrgødning og energirigt organisk affald. Kløvergræs dyrkes i stort omfang i ØJ og er en vigtig potentiel ressource for produktion af biogas. Der er flere barrierer for anvendelse af biogas som drivmiddel til jordbrugets maskinpark, bl.a. påkrævede lagerfaciliteter og komprimering, men biogas kan anvendes til at producere elektricitet og varme. Bioethanol produceret ud fra stivelse kan erstatte fossil diesel. Formålet med dette tværfaglige projekt er at udvikle nye metoder og processer til samproduktion af bioethanol, biogas og dyrefoder baseret på organiske råvarer fra ØJ. Vi vil udfra resultaterne skitsere et økologisk gårdfællesanlæg til samproduktion baseret på ca ha økologisk jordbrug. Vi vil samtidigt designe og teste et nyt dyrkningskoncept (stribe-samdyrkning baseret på planlagt afgrødediversitet) til produktion af biomasse, som kan anvendes til produktion af biogas og bioethanol, og hvor det i udformningen af systemet prioriteres at vedligeholde jordens frugtbarhed/kvalitet. I projektet er det desuden et højt prioriterede mål at bestemme effekterne af at producere bioenergi i ØJ på jordens frugtbarhed/ kvalitet, emission af drivhusgasser og nitrat og på bedrifts- og samfundsøkonomien. Projektet er organiseret i 6 delprojekter med stor indbyrdes interaktion. Delprojekt 6 omhandler projektets koordination. Formålet med delprojekt 1 er at konvertere kløvergræs, husdyrgødning, energiafgrøder (majs og vinterrug) samt valle fra ØJ til biogas, bioethanol og proteinrigt dyrefoder. Der vil blive udviklet en easy to handle metode til at omdanne disse afgrøder til bioethanol med fokus på fermentering med bagergær og produktion af enzymer ved spiring af korn. Der udvikles en optimeret biogasproces hvor restprodukter fra bioethanolproduktionen anvendes sammen med husdyrgødning og valle. Biogas optimeringen vil blive udført i laboratorieskala, pilot skala samt på et full scale anlæg. Desuden udvikles en biogasproces hvor vallepermeat og kløvergræs omdannes til energi og foder. Der vil blive foretaget en evaluering af økonomi og energibalancer for denne samproduktion af biogas, bioethanol og proteinrigt dyrefoder i et økologisk gårdfællesanlæg. I delprojekt 2 designes et stribedyrkningssystem, som består af en flerårig artsrig frugtbarheds-stribe og en enårig bioenergi-stribe som er enten samdyrket vinterrug+vintervikke eller majs. Interaktioner mellem systemets stribe, som kan føre til en potentiel bedre udnyttelse af vækstressourcer afdækkes og stribedyrkning sammenlignes med dyrkning af de sammen afgrøder i renbestand. Funktionen af den flerårige frugtbarhedsstribe i henhold til jordens frugtbarhed, N 2 -fiksering, udnyttelse af vand og næringsstoffer vil ligeledes blive bestemt. Herunder værdien som grøngødskning for bioenergi-striben og som slet for konvertering til bioenergi. Effekten af næringsstoffer og procesrester recirkuleret fra bioforgasning (delprojekt 1) på plantevækst og udbytte i stribedyrkningssystemet belyses ligeledes. I delprojekt 3 undersøges hvilke effekter affaldsmateriale fra bioenergiproduktion har på jordkvaliteten i sammenligning med tilbageførsel af ubehandlet og komposteret udgangsmateriale (fortrinsvis husdyrgødning) til jorden. Fokus er rettet mod mikroorganismernes genetiske og funktionelle diversitet samt deres rolle i omsætningen af plantenæringsstoffer i landbrugsjord. Inaktivering af parasitter (Ascaris suum som indikatororganisme) og ukrudtsfrø i husdyrgødning og energiafgrøder ved behandling i biogasreaktor undersøges også. Lattergas (N 2 O) er en kraftig drivhusgas, som udledes ved afgrødedyrkning. I delprojekt 4 måles størrelsen af udledningen af lattergas i et sædskifte etableret i stribesystem med optimeret ressource udnyttelse. Lattergas og metan (biogas; CH 4 ) kan også udledes ved lagring og genanvendelse af produkter fra bioethanol og biogas fremstillingen. Som lattergas er metan også en uønsket drivhusgas, og de mulige tab i forbindelse med bioethanol og biogasfremstillingen undersøges. Endelig vil der gennemføres analyser af restprodukternes stabilitet i jorden med henblik på vurdering af jordforbedringsevnen. Hovedformålet i delporjekt 5 er at vurdere eksternaliteter, samt at gennemføre udvidede samfundsøkonomiske analyser med inddragelse af eksternaliteter i kombination med de respektive selskabsøkonomiske analyser, af udnyttelsen af biogasanlæg og anlæg for produktion af bioethanol integreret i økologisk landbrug I Danmark. Det er yderligere målet, at analysere energimæssige, miljømæssige og økonomiske konsekvenser af resultater opnået i arbejdspakkerne delprojekt 1-4, samt af resultater opnået i projektet DARCOF CROPSYS vedrørende afgrøde-rotation med basis i dyrkning af kløvergræs. Målet er, at identificere og kvantificere de potentielle synergistiske fordele som disse alternativer kunne indebære, hvad angår udbyttet, recirkulering af næringsstoffer, spredning af parasitter, reduceret emission af drivhusgasser samt energibalancen i dansk økologisk landbrug. Desuden modelleres effekterne af bioenergi-produktion fra kløvergræs-baserede sædskifter. Produktion og udledning af kvælstof og drivhusgasser simuleres for de relevante produktionssystemer på forskellige jordtyper, som baggrund for konsekvensanalyser på gård- og oplandsniveau. 6

7 7 10. Budget: Budget for the entire project broken down by calendar year: BioConcens Budget item From Ministry of Food, Agriculture and Fisheries From place of work From other sources Person months DKK Person months DKK Person months DKK 1st calendar year 2007 Salaries/academic staff Salaries/techn.-adm. staff Equipment (Suction cups) Operational expenses Others (please specify below) 34, , nd calendar year rd calendar year th calendar year 2010 Total direct costs Overhead (20 % of direct costs) Total Salaries/academic staff 58, Salaries/techn.-adm. staff Equipment (chambers) Operational expenses 15, Others (please specify below) 0 Total direct costs Overhead (20 % of direct costs) Total Salaries/academic staff 58, Salaries/techn.-adm. staff 11, Equipment Operational expenses Others (please specify below) 0 Total direct costs Overhead (20 % of direct costs) Total Salaries/academic staff Salaries/techn.-adm. staff Equipment Operational expenses 5, Others (please specify below) 0 Total direct costs Overhead (20 % of direct costs) Total Total for the 4 years

8 8 Budget for each participating institution RISØ Budget item From Ministry of Food, Agriculture and Fisheries From place of work From other sources Person months DKK Person months DKK Person months DKK 1st calendar year nd calendar year rd calendar year th calendar year 2010 Salaries/academic staff 13, Salaries/techn.-adm. staff Equipment (suction cups) Operational expenses Others (please specify below) 0 Total direct costs Overhead (20 % of direct costs) Total Salaries/academic staff Salaries/techn.-adm. staff 8, Equipment (Chambers) Operational expenses Others (please specify below) Total direct costs Overhead (20 % of direct costs) Total Salaries/academic staff Salaries/techn.-adm. staff 7, Equipment 0 Operational expenses Others (please specify below) 0 Total direct costs Overhead (20 % of direct costs) Total Salaries/academic staff 30, Salaries/techn.-adm. staff 4, Equipment 0 Operational expenses Others (please specify below) 0 Total direct costs Overhead (20 % of direct costs) Total Total for the 5 years

9

10

11

12

13

14

15

16 9 12. Description of the project: The description of the project must be given in Annex 1 and according to the guidelines described herein.