Livscyklusvurdering af økologiske og konventionelle planteavlssædskifter

Transkript

1 Livscyklusvurdering af økologiske og konventionelle planteavlssædskifter - fokus på drivhusgasemissioner Af Marie Trydeman Knudsen, Jørgen E. Olesen, John E. Hermansen (Institut for Agroøkologi, Århus Universitet) & Andreas Meyer-Aurich (Leibniz-Institute for Agricultural Engineering, Tyskland) Faglige følgegruppemøder med FVM, Århus sept. 2011

2 Økologisk planteproduktion Lille miljøbelastning Højt udbytte Udfordring: Udfasning af konventionel gylle! En del af CROPSYS-projektet

3 Emissioner til luften (N 2 O, NH 3, CO 2 etc.) Dogmesædskifte O2 Vårbyg Kløvergræs Kartofler Vinterhvede Efterafgrøde ØKOLOGISK Biogassædskifte O2+ O4 O-inputsædskifte BIOGAS Vårbyg Kløvergræs Kartofler Vinterhvede Vårbyg Efterafgrøde Hestebønne Efterafgrøde Kartofler Vinterhvede Efterafgrøde Efterafgrøde Gyllesædskifte O4+ Vårbyg Hestebønne Efterafgrøde Efterafgrøde Kartofler Vinterhvede Efterafgrøde KONVENTIONEL Referencesædskifte C4+ Vårbyg Efterafgrødafgrøde Hestebønne Efter- Kartofler Vinterhvede Emissioner til jord og vand (NO - 3 etc.) Efterafgrøde

4 Miljøpåvirkningskategorier Global opvarming Eutrofiering Pesticidforurening Biodiversitet Arealforbrug Jordens frugtbarhed

5 OPGØRELSE Emissioner til luften (CO 2, N 2 O, CH 4, NH 3 ) INPUT Materialer Handelsgødning Husdyrgødning etc. Energi Diesel Electricitet etc. Kemikalier Pesticider etc. Andet Arealforbrug etc. LANDBRUGS- PRODUKTION Emissioner til jord og vand (NO 3-, PO 4 3- ) OUTPUT Afgrødeudbytte Biprodukter etc. transport transport transport transport Produktion af inputs Landbrugsproduktion Forarbejdning Pakning og distribution Forbruger

6 KONVENTIONELT INPUT Materialer Handelsgødning Husdyrgødning etc. Energi Diesel Electricitet etc. Kemikalier Pesticider etc. Andet Arealforbrug etc. Emissioner til luften (CO 2, N 2 O, CH 4, NH 3 ) AFGRØDE f.eks. kartofler Emissioner til jord og vand (NO 3-, PO 4 3- ) OUTPUT Afgrødeudbytte Biprodukter etc. transport transport transport transport Produktion af inputs Landbrugsproduktion Forarbejdning Pakning og distribution Forbruger

7 ØKOLOGISK Husdyrbrug Gødning SÆDSKIFTE Emissioner til luften (CO 2, N 2 O, CH 4, NH 3 ) INPUT OUTPUT Kløvergræs Kartofler Vinterhvede Efterafgrøde Vårbyg Emissioner til jord og vand (NO 3-, PO 4 3- ) transport transport transport transport Produktion af inputs Landbrugsproduktion Forarbejdning Pakning og distribution Forbruger

8 Resultater på sædskifteniveau

9 Resultater på sædskifteniveau: PER HEKTAR Drivhusgasemissioner per ha (g CO2 -ækv. per ha) Jyndevad Foulum Flakkebjerg -300 Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel -800

10 Resultater på sædskifteniveau: PER HEKTAR Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel Foulum Produktion af gødning N2O, hovedafgrøde N2O, kløvergræs N2O, efterafgrøde Diesel og maskiner, hovedafgrøde Diesel og maskiner, kløvergræs Undgået CO2, biogas Jordpuljeændringer Drivhusgasemissioner per ha (CO 2 -ækv. per ha)

11 Resultater på sædskifteniveau: PER KG 800 Drivhusgasemissioner per kg afgrøde (g CO2 -ækv. per kg tørstof) Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel Jyndevad Foulum Flakkebjerg -200

12 Resultater på sædskifteniveau: PER KG Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel Foulum Produktion af gødning N2O, hovedafgrøde N2O, kløvergræs N2O, efterafgrøde Diesel og maskiner, hovedafgrøde Diesel og maskiner, kløvergræs Undgået CO2, biogas Jordpuljeændringer Drivhusgasemissioner per kg afgrøde (CO 2 -ækv. per kg tørstof)

13 Resultater på sædskifteniveau Drivhusgasemissioner per ha Drivhusgasemissioner per kg Drivhusgasemissioner per ha (g CO2 -ækv. per ha) Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel -800

14 Resultater på afgrødeniveau

15 Resultater på afgrødeniveau Drivhusgasemissioner per kg vårbyg (g CO2 -ækv. per kg vårbyg) VÅRBYG Jyndevad Foulum Flakkebjerg Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel Drivhusgasemissioner per kg hestebønne (g CO2 -ækv. per kg hestebønne) HESTEBØNNER Jyndevad Foulum Flakkebjerg Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel Drivhusgasemissioner per kg vinterhvede (g CO2 -ækv. per kg vinterhvede) VINTERHVEDE Jyndevad Foulum Flakkebjerg Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel Drivhusgasemissioner per kg kartofler (g CO2 -ækv. per kg kartofler) KARTOFLER Jyndevad Foulum Flakkebjerg Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel

16 Resultater på afgrødeniveau: VÅRBYG Drivhusgasemissioner per kg vårbyg (g CO2 -ækv. per kg vårbyg) VÅRBYG Jyndevad Foulum Flakkebjerg Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel -450

17 Resultater på afgrødeniveau: VÅRBYG Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel Vårbyg Foulum Produktion af gødning N2O, hovedafgrøde N2O, kløvergræs N2O, efterafgrøde Diesel og maskiner, hovedafgrøde Diesel og maskiner, kløvergræs Undgået CO2, biogas Jordpuljeændringer Drivhusgasemissioner per kg vårbyg (CO 2 -ækv. per kg vårbyg)

18 Resultater på afgrødeniveau: KARTOFLER Drivhusgasemissioner per kg kartofler (g CO2 -ækv. per kg kartofler) KARTOFLER Jyndevad Foulum Flakkebjerg Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel -450

19 Resultater på afgrødeniveau: KARTOFLER Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel KARTOFLER Foulum Produktion af gødning N2O, hovedafgrøde N2O, kløvergræs N2O, efterafgrøde Diesel og maskiner, hovedafgrøde Diesel og maskiner, kløvergræs Undgået CO2, biogas Jordpuljeændringer Drivhusgasemissioner per kg kartofler (CO 2 -ækv. per kg kartofler

20 Resultater på afgrødeniveau Drivhusgasemissioner per kg afgrøde (g CO2 -ækv. per kg tørstof) Vårbyg Kartofler Hestebønner Alle tre lokaliteter Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel -300

21 Konklusion Afgrøder fra sædskiftet med kløvergræs hvert 4. år til biogas havde den laveste klimabelastning Afgrøder fra O-input-sædskiftet og gylle-sædskiftet samt det konventionelle sædskifte havde sammenlignelig klimabelastning Jordpuljeændringer har stor reducerende effekt på klimabelastning fra afgrøder på dogme -sædskiftet med kløvergræs Vinterhvede fra Jyndevad havde en meget høj klimabelastning

22 TAK for opmærksomheden!

23 Afgrænsning Spring barley Green manure/ Faba bean Cash crop yield Input production Potatoes Winter wheat Soil C change Biogas production Avoided natural gas production Figure 1. Illustration of the involved processes and systems boundaries in the present study of crop rotations. The carbon footprints are calculated both based on the full crop rotation and separately on the specific crops.

24 Figure 1. Illustration of the involved processes and resources for the modelling of the biogas production and the related avoided production of natural gas. Biogas modellering Emissions to air CH 4 loss: 7.8 g CH 4 /kg DM grass (from Sommer et al., 2004: kg CO2 eq/kg VS) Emissions to air SO 2 loss: 19.2 g SO 2 /GJ x GJ/m 3 biogas (Nielsen, 2002) NO x loss: 540 g NO x /GJ x GJ/m 3 biogas (Nielsen, 2002) NMVOC loss: 14 g NMVOC/GJ x GJ/m 3 biogas (Nielsen, 2002) CH 4 loss: 323 g CH 4 /GJ x GJ/m 3 biogas (Nielsen, 2002) CO loss: 273 g CO/GJ x GJ/m 3 biogas (Nielsen, 2002) N 2 O loss: 0.5 g N 2 O /GJ x GJ/m 3 biogas (Nielsen, 2002) PM2.5 loss: g PM2.5/GJ x GJ/m 3 biogas (Nielsen, 2002) PM10 loss: g PM10/GJ x GJ/m 3 biogas (Nielsen, 2002) INPUT OUTPUT Materials 1 kg DM grass-clover 0.25 m 3 CH 4 /kg DM grass-clover (Lehtomäki, 2006) Energy 0.09 kwh electricity (gas)/m 3 biogas 0.6 kwh heat (gas)/m 3 biogas (Nielsen, 2002) + TRANSPORT (farm to biogas plant) 10 km in t lorry (as suggested by Ecoinvent, 2008) BIOGAS PLANT INPUT 0.25 m 3 CH 4 /kg DM grass-clover (Lehtomäki, 2006) / 0.65 m 3 CH 4 / m 3 biogas (Nielsen, 2002) = m 3 biogas/kg DM grass POWER PLANT OUTPUT 2.4 kwh electricity (gas)/m 3 biogas (avoided production and emissions from Ecoinvent) 3.1 kwh heat (gas)/m 3 biogas (avoided production and emissions from Ecoinvent) (Nielsen, 2002)

25 MANURE Emissions to air (NH 3, N 2 O, CO 2 etc.) INPUTS Livestock systems OUTPUTS Milk Meat Manure Stable ARABLE CROPS Storage LIVESTOCK Green manure crop Potatoes Wheat Transport Application in the field Emissioner fra importeret gødning

26 MANURE Emissions to air (NH 3, N 2 O, CO 2 etc.) INPUTS Livestock systems OUTPUTS Milk Meat Manure Stable Mineral fertilizer factory Application in the field AVOIDED Production and application of mineral fertilizer Storage Green manure crop Potatoes Wheat Transport Application in the field LIVESTOCK Emissioner fra importeret gødning

27 Resultater på sædskifteniveau Drivhusgasemissioner per ha Drivhusgasemissioner per kg Drivhusgasemissioner per ha (g CO2 -ækv. per ha) Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel -800

28 Resultater på afgrødeniveau Drivhusgasemissioner per kg afgrøde (g CO2 -ækv. per kg tørstof) Vårbyg Kartofler Hestebønner Alle tre lokaliteter Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel -300

29 Resultater på afgrødeniveau: VÅRBYG Dogme Biogas O-input Gylle Konventionel VÅRBYG Flakkebjerg Produktion af gødning N2O, hovedafgrøde N2O, kløvergræs N2O, efterafgrøde Diesel og maskiner, hovedafgrøde Diesel og maskiner, kløvergræs Undgået CO2, biogas Jordpuljeændringer Drivhusgasemissioner per kg vårbyg (CO 2 -ækv. per kg vårbyg

30 Resultater på afgrødeniveau: HESTEBØNNER

31 Resultater på afgrødeniveau: VINTERHVEDE

32 3.1 How allocate environmental impacts from imported manure? Options and our recommendation Regard manure as waste from livestock system Plant production will pay for environmental emissions related to transport and application in the field Regard manure as a valuable source of N, that otherwise needs to be produced (what is the consequence of using it?) => thus find shadow price of alternative source As mineral fertilizer => environmental costs of production and use of mineral fertilizer = shadow price As green manure => environmental costs of production of green manure = shadow price Other? (recycled waste)

33 3.1 How to allocate and account for manure? GWP of organic wheat as dependent on how the importeret ressource manure has been accounted for, g CO2e/kg g CO2e/kg wheat Fert.-N subs. ratio 0.75 Fert.-N subs. ratio 0.6 Fert. N subs. ratio 0.5 Fert.-N subs. ratio 0.4 Fert.-N subs. Ratio 0

34 How to analyse these rotations? System delimitation at: Crop level (kg CO 2 eq per t potato, wheat etc.): Allocate environmental impacts (or benefits) from green manure, crop residues etc.) according to Area (equally on the crops) N residual/utilization effects of following crops Crop rotation level: Allocate environmental impacts according to Land management function, per ha (kg CO 2 eq per ha) Productive function I, per kg DM (kg CO 2 eq per kg DM) Productive function II, per kg protein (kg CO 2 eq per kg protein) Financial function, per economic unit (kg CO 2 eq per DKK)

35 Emissioner til luften (N 2 O, NH 3, CO 2 etc.) Dogmesædskifte O2 Vårbyg Kløvergræs Kartofler Vinterhvede Efterafgrøde ØKOLOGISK Biogassædskifte O2+ O4 O-inputsædskifte BIOGAS Vårbyg Kløvergræs Kartofler Vinterhvede Vårbyg Efterafgrøde Faba bean Efterafgrøde Kartofler Vinterhvede Efterafgrøde Efterafgrøde Gyllesædskifte O4+ Vårbyg Faba bean Efterafgrøde Efterafgrøde Kartofler Vinterhvede Efterafgrøde KONVENTIONEL Referencesædskifte C4+ Vårbyg Efterafgrødafgrøde Faba bean Efter- Kartofler Vinterhvede Emissioner til jord og vand (NO - 3 etc.) Efterafgrøde