Afgrøder til bioethanol

Transkript

1 Afgrøder til bioethanol Henrik Hauggaard-Nielsen, Risø

2

3 Fremtid og marked Øget interesse for at bruge biomasse til energiformål klimaforandringer, oliepris og forsyningssikkerhed Transportsektoren er ansvarlig for 21% af EU s drivhusgasudslip fokus på flydende biobrændstoffer; bioethanol (og biodiesel) CO 2 neutral og vedvarende Mtoe EU biomass potential Træ 2.generation Afgrøder kilde:

4 Dagens program Hvordan fremstilles bioethanol; dansk scenario 1. generation; 2 generation Integration og valg af samfundet NABOSNAK OG TAVLE valg af enårige afgrøder til energiformål Konvertering og nuværende praksis Afgrøde rangering: miljø, energi, landskab PLENUM OG TAVLE kriterier og prioritering Konklusion RISØ indsatsområder

5 Teknologi og Danmark Bioethanol kan få stor betydning som alternativ til benzin i transportsektoren kan benyttes i eksisterende vognpark hurtig implementering DK er førende indenfor udvikling af bioethanol teknologier især 2 generation halm til ethanol (ex. Den teknologiske udfordringer er at åbne biomassen og gøre sukkermolekylerne tilgængelig for enzymatisk hydrolyse og mikrobiel forgæring En stor andel af afgrøders biomasse er sukkerarter/polysakkarider

6 C6-sukre amylase cellulase xylanase C5-sukre Mikroorganisme

7 1. generation: Bioethanol fra kerner 320 kg EtOH per tons kerner Amylase Gær C6 Hydrolyse Forgæring Destillation

8 2. generation: Bioethanol fra halm Lignocellulose råvarer Xylanase Mikroorganisme? C5 Forbehandling Cellulase Gær 200 kg EtOH per tons halm Hemicellulose Cellulose C6 Lignin Hydrolyse Forgæring Destillation

9 Kerne og halm til bioethanol Fødevarer Total udbytte Anden udnyttelse Kerne Halm Stivelse (C6) Lignocellulose Cellulose (C6) Hemicellulose (C5)

10 Regneeksempel med ethanol mængder Forudsætninger: Vinterrug 7.5 tons kerne og 7.5 tons halm per ha 320 kg kerne ethanol og 200 kg halm ethanol per tons biomasse Brændstofforbrug i transportsektoren 3.5 mill. tons benzin og diesel 1 kg bioethanol erstatter 0.63 kg benzin eller diesel EU forventer at 5.75% af fossil brændstofforbrug er erstattet 2010 Scenario Biomasse Kg ethanol per ha 1 kerne til ethanol 2400 EU 2010 ha % af dyrket areal halm til ethanol % kerne til ethanol % halm til ethanol kerne til fødevarer 0 50% halm til ethanol

11 Valg af afgrøde prioritering af areal Fødevarer Miljø kriterier Forøget udbytte Frigivet Brak

12 Snak med din nabo - hvad skal vi vælge (2-5 minutter) Overordnet: Prioriter en afgrøde/et dyrkningssystem relevant til bioethanol Den skal indgå i det øvrige omdriftsareal Det skal være praktisk muligt mht. maskineri og fremtidigt marked på det kortere sigt Kriterier A. udvalgt ud fra økonomiske overvejelser B. udvalgt ud fra miljømæssige overvejelser

13 Kvalitet i råvaren Råvarer Saccaroscellulose Stivelse Cellulose Hemi- Teoretisk Reference udbytte** g/100gts kg/ton TS Hvedekerne Olsen 2005 Byg kerne Olsen 2005 Rug kerne Olsen 2005 Hvedehalm Bjerre 1996 Roe Roetop Majskerne Davis 2001 Majskolbe Rivas 2004 (uden kerner) Majshalm Varga 2003 Kløvergræs Hvelplund 2003 **det er altså ikke de aktuelle niveauer! Det kræver forbedringer i eksisterende teknologier

14 Kemisk kvalitet og egnethed Et er kvalitet, andre parametre er nok så vigtige at indregne: Traditioner/kultur Eksisterende viden og erfaring Logistik Integration af afgrøder i eksisterende praksis foderbehov gødningsproduktion dyrkningsbetingelser; jordbundsforhold, sædskifter, lokale afsætningsmuligheder, særligt miljøføsomme arealer mv.

15 Fordeling af afgrøder i DK (høstet areal 2005) Korn Raps Bælgplante Frø Rodfrugter Græs og grønfoder

16 Høstede arealer (2005); A tusind hektar Korn Rodfrugter Vinterraps Frø Græsoggrøntfoder Brak År kilde:

17 Høstede arealer (2005); B Rodfrugter Vinterraps tusind hektar Frø Græsoggrøntfoder Brak År kilde:

18 Udnyttelse af halm til bioethanol? mio tons Til fyring Til foder Til strøelse m.v. Ikke bjerget År kilde:

19 Forbrug af fossile brændstoffer som kriterium Diesel N i handelsgødning P,K,S i handelsgødning Herbicider Fungicider Insekticider Vækstregulatorer Vanding 1 kg handelsgødnings N 45 MJ det svarer til 0.7 m 3 naturgas eller 1 l diesel olie DK 2005 handelsgødning forbrug 206 million kg kg N ha -1 Global N produktion: 83 million tons per år

20 Eksempel på valg af afgrøde og energiforbrug Energi forbrug (MJ/ha) 20,000 15,000 10,000 5,000 Atm. N 2 -fixering N gødning Frø Herbicider P gødning Mekanisering 0 Ært Hvede kilde: Source ITCF- UNIP (1999)

21 Vækstperiode som kriterium?

22 Komplementaritet og bedre ressource udnyttelse Komplementaritet kan indbygges i dyrkningssystemet når afgrøder/sorter udnytter forskellige ressourcer Tilgængelighed (%) Tid eller rum Resource Afgrøde A Afgrøde B Afgrøde C

23 Miljø rangering af bioenergi afgrøder ( enårige ) 10. Majs 9. Kartofler 8. Sukkerroe 7. Raps 6. Hvede 5. Hamp 4. Kløver/lucerne 3. Græs i rotation 2. Andre cerealier 1. Dobbelt kulturer Erosion A A A A A/B A B C C C Jordpakning A A A/B A/B A A A C C B Næringsstof udvaskning A A B B A A B/C B B C Pesticid udvaskning A A A A A A C B B C Gårdniveau biodiversitet B B A A/B B B/C B/C B B/C B/C Afgrødediversitet A B A A B C A/B B A/B B/C A = lav risiko; B = medium risiko; C = høj risiko kilde: EEA report. No. 7/2006

24 Plenum hvordan skal vi prioritere 1. Ud fra de mange forhold som kan indregnes i valg af afgrøder skal de valgte nabo-afgrøder prioriteres 2. Har vi glemt nogen? Energi Negativt Positivt Miljø

25 Konklusion Dyrkning af biomasse til energiformål vil ændre jordbrugets eksisterende valg af afgrøder og dyrkningspraksis. Jordbruget har nu et ekstra kort at spille med: i) husdyrfoder; ii) human konsum; iii) energi Produktion af bioethanol beror på en fleksibel teknologi, med mange potentielle råvarer: Omsættelighed i relevante konverteringsproccesser i ethanol industrien er en af flere nøgleparametre reduceret energiforbrug ved processering reduceret enzym mængde

26 RISØ og indsatsområder 1. Øget brug af afgrødediversitet (sorter og/eller arter) et lavt input af indsatsfaktorer (handelsgødning og pesticider) andre økosystemydelser fx grundvandsbeskyttelse, biodiversitet 2. Konvertering og bioraffinaderier opskalering af kendt teknologi (ex. IBUS) teknologi med lavt energiforbrug integration med andre energiformer (gas og brint) og materialer 3. Tilbageførsel af restprodukter til jorden recirkulering bæredygtighed