Effekter af bioforgasning på kvælstofudnyttelse og udvaskning

Transkript

1 Effekter af bioforgasning på kvælstofudnyttelse og udvaskning Institut for Agroøkologi NATUR OG MILJØ 2015, KOLDING 20. MAJ 2015

2 Oversigt Bioforgasning og N udvaskning intro Eksisterende modelværktøjer Udvaskning målt i forsøg Ny model Beregninger med ny model Anvendelse af energiafgrøde i biogasanlæg Afgasning og gødningsvirkning Beregningsmodel udnyttelsesprocent efter afgasning 2

3 Bioforgasning ændrer gødningen: Mindre organisk N, mere ammonium Mindre omsætteligt kulstof > CH4 + CO2 Højere ph, mindre tørstof Ammoniak tab Denitrifikation (N2 and N2O) Organisk N Mineralisering/ Immobilisering Ammonium (NH4) Nitrat (NO3) Udvaskning 3

4 Faktorer med effekt på N udvaskning og N udnyttelse fra tilført organisk gødning Ændret tilførsel af total N (bestemt af udnyttelseskrav) Forholdet mellem mineralsk N og organisk N og mineraliseringsforløb af det organiske N På lang sigt større udvaskning fra organisk bundet N Ammoniak fordampning og andre lufttab (her antages uændret tab til atmosfære) 4

5 Total N tilførsel efter bioforgasning er ofte uændret Eksempel på beregning af udnyttelseskrav Gødningstype TS andel Kg N/kg TS N andel Udnyttelseskrav % Gylle (50% N kvæg+ 50% N svin) 0,75 0,074 0,89 72,5 Affald 0,25 0,028 0,11 40 Vægtet ,9 Der sker kun ændringer i total N tilførsel når der afgasses affald, der ellers ville blive afbrændt eller deponeret (husholdningsaffald, slam mm), eller ved anvendelse af energiafgrøder. 5

6 Modellerne N-LES3, N-LES4 og Farm-N beregner størst udvaskning fra mineralsk N: MEN FORSØG VISER NOGET ANDET! Beregner større udvaskning fra tilført uorganisk N end fra organisk N. Derfor beregnes også større udvaskning efter bioforgasning. HVORFOR?: Disse modeller er kalibreret på et bredt datasæt, og direkte sammenligninger af tilført mineralsk N og organisk N udgør kun en meget lille del af datagrundlaget. Kort tidshorisont. MIN KONKLUSION: Nuværende modelopsætning ikke velegnet til at beregne effekter af bioforgasning på udvaskning Lysimeterforsøg 6

7 FARM-N model beregner større udvaskning ved bioforgasning: FORKERT! Betydning af C/N-forholdet i afgasset svinegylle for udvaskningen i to jordtyper (JB3 vandet og JB6) ved hhv. tørt og vådt klima. Beregnet ved konstant tilførsel af total N i FARM-N model (AU notat, 2012). 7

8 Udvaskning fra organisk N vs mineralsk N Lysimeter forsøg (Askov), gns, 4 års gentagen tilførsel (Fra Thomsen et al., 1993) 8

9 Udvaskning fra organisk N vs mineralsk N Sugeceller i mark med majs (Jyndevad og Foulum) (Kristensen, pers. Meddelelse 2014) 9

10 Ét forsøg med målt udvaskning fra afgasset gødning Relation mellem N udvaskning og tilført total N målt i lysimeterforsøg med vårbyg i 1. år efter tilførsel af 100 kg uorganisk N/ha med både handelsgødning og husdyrgødning, JB4 (data fra Sørensen & Birkmose, 2002). Udvaskningsfaktor for organisk N var her 18-25% i første år. 10

11 Konklusion: Det kan antages at udvaskningen er ens for uorganisk og organisk N i 1. år efter tilførsel Dette anvendes i de følgende modelberegninger N-LES modeller regner anderledes! 11

12 Ny model anvendt til beregning af N udvaskning ved bioforgasning Faktorer med effekt på N udvaskning i model Ændrede N input efter bioforgasning Andelen af ammonium N i forskellige typer gødning før og efter bioforgasning Samme udvaskningsfaktor for organisk N og mineralsk N i tilførselsår (1.år) Tidsforløb for mineralisering af organisk N og udvaskningsfaktor for mineraliseret N Grundlag for beregning Afhænger af udnyttelseskrav. Tilførsel af ny biomasse. Fastlagt på basis af målinger i litteratur og skøn N-LES4 model, marginaludvaskning for mineralsk N, separat beregning for sand- og lerjord Mineraliseringsmodel for org. N i gødning. FASSET model beregninger af udvaskningsfaktor for mineraliseret N (2 x marginaludvaskning i tilførselsår) 12

13 Bedste estimat for udvaskning af tilført uorganisk N: NLES4 model Mark Afgrøde N-norm kg N/ha Marginal udvaskningsfaktor kg N/kg N Planteavl/svin JB3 vandet 1 Vinterraps 175 0,25 2 Vinterhvede 147 0,23 3 Vinterhvede m efterafg 156 0,20 4 Vårbyg 129 0,21 Gns 152 0,22 Planteavl/svin JB6 1 Vinterraps 181 0,13 2 Vinterhvede 147 0,13 3 Vinterhvede m efterafg 156 0,11 4 Vårbyg 116 0,11 Gns 150 0,12 Marginaludvaskning: Andel udvasket ved tilførsel af 1 kg N ekstra. (beregnet ved tilførsel på 10 kg N/ha over norm)) 13

14 Udvaskning af uorganisk N beregnet med NLES4 på kvægsædskifte (brugt til kvæggylle) Mark Afgrøde N-norm kg N/ha Marginal udvaskningsfaktor kg N/kg N Kvægbrug JB3 vandet 1 Byghelsæd m udlæg 193 0,24 2 Kløvergræs 230 0,21 3 Kløvergræs 230 0,21 4 Byghelsæd m udlæg 121 0,24 5 Majs 157 0,31 Gns 186 0,24 Kvægbrug JB6 1 Byghelsæd m udlæg 175 0,13 2 Kløvergræs 233 0,11 3 Kløvergræs 233 0,11 4 Byghelsæd m udlæg 91 0,13 5 Majs 135 0,15 Gns 173 0,13 Næsten samme gns. Marginaludvaskning som på planteavlsbrug 14

15 Langsigtet udvaskning fra mineraliseret organisk N: Dobbelt så høj som fra uorganisk N i gødning Procentdel af ekstra opbygget N i jordpuljen der går til merudvaskning ved variabel anvendelse af efterafgrøder beregnet med FASSET modellen i typisk sædskifte på svine- og planteavlsbedrifter (fra Petersen et al., 2006 og Vinther et al., 2013). Jordtype Andel af efterafgrøde % N udvaskning år Fra organisk N % Sand JB Marginal N udvaskning Uorganisk N med N- LES4 % Ler JB

16 Organisk N i gødning før og efter afgasning Gødningstype Organisk N/total N (%) Ubehandlet Afgasset Svinegylle Kvæggylle Kvægdybstrøelse Majsensilage Mave-tarm indhold Fiskeensilage/fiskeaffald Baseret på egne målinger og skøn. Anvendt i modelberegninger. 16

17 Mineraliseringsforløb for organisk N i gødning. Tidshorisont har betydning. Beregnet med husdyrgødningsmodel ModelNeftervirkning. 22 % mineraliseret 1. år (rød kurve-del). Samme funktion brugt for alle typer gødning! 17

18 Eksempel på beregnet udvaskning (1 DE/ha i org. gødning). Nuværende udnyttelseskrav N udvaskning (kg N/ha) Gødning Udnyttelseskrav % kg total N/ha JB6 Lerjord (JB6), lav nedbør kg total N/ha Sandjord (JB3), høj nedbør JB3 Uden afgasning Med afgasning Uden afgasning Med afgasning 1 år 10 år 50 år 1 år 10 år 50 år 1 år 10 år 50 år 1 år 10 år 50 år 100% svinegylle % kvæggylle

19 Effekt af bioafgasning i forskellige scenarier (nuværende udnyttelseskrav) Sand JB3 Biomasse forhold på tørstof basis Fiskeaffald udnyt. krav: 40% (det antages at fiskeaffald også kommer ubehandlet på jord) 1. år: 0 effekt 100% Svinegylle Udnyt. 75% 100% Kvæggylle Udnyt. 70% 25% dybstrøelse 75% kvæggylle Udnyt. 67% 25% fiskeaffald 75% kvæggylle Udnyt. 57% 25% fiskeaffald 75% svinegylle Udnyt. 65% 25% fiskeaffald 75% svinegylle Udnyt. 72% Udnyt. = udnyttelseskrav 19

20 Ændret N-udvaskning som følge af bioforgasning beregnet efter 1, 10 og 50 år for sand- og lerjord og angivet som kg N/DE Med nuværende udnyttelseskrav Gødning Udnyttelseskrav % Lerjord JB6 Sandjord JB3 1 år 10 år 50 år 1 år 10 år 50 år 100% svinegylle % kvæggylle % dybstrøelse 75% kvæggylle % fiskeaffald 75% kvæggylle % fiskeaffald 75% svinegylle % slagteriaffald 75% svinegylle Forhold baseret på tørstof Det antages at affald også udbringes uden afgasning Effekt er proportional med antal dyreenheder (DE)/ha 20

21 Forskellige regler omkring tilsætning af biomasse til husdyrgødning ved bioforgasning Følgende står i slambekendtgørelsen: Kapitel 4 Opbevaring og anvendelse af affald, der tilføres husdyrgødningsbaserede biogas- eller forarbejdningsanlæg 10. Hvis det afgassede affald indeholder mere end 75 % husdyrgødning regnet på tørstofbasis før afgasning, finder reglerne om opbevaring og anvendelse af forarbejdet husdyrgødning i bekendtgørelse om erhvervsmæssigt dyrehold, husdyrgødning, ensilage mv. anvendelse. Bruges typisk ved tilførsel af affald til biogasanlæg Bekendtgørelse om tilskud til biogasanlæg m.v: Det er en betingelse for tilsagn om tilskud, at husdyrgødning udgør mindst 75 pct. i gennemsnit pr. år af den biomasse målt i tons, der anvendes til produktionen af biogas Bruges f.eks. ved anvendelse af energiafgrøde Fra 2018: max 12% tilsætning af energiafgrøde! 21

22 Hvis 25% vådvægt tilføres med majsensilage kg TS/ton Tørstof andel kg N/ton N andel Svinegylle 75% Majsensilage 25% Total Ekstra N med ensilage (kg N/kg gylle N) 0.33 Kvæggylle 75% Majsensilage 25% Total Ekstra N med ensilage (kg N/kg gylle N)

23 Afgasning sammen med energiafgrøder (majsensilage) Sand JB3 Udnyt. krav majs: 40% Reference: ubehandlet gylle Forhold på vådvægt basis Majs N med i dyreenhed 100% Svinegylle Udnyt. 75% 100% Kvæggylle Udnyt. 70% 25% majs 75% kvæggylle Udnyt. 62% 12% majs 88% kvæggylle Udnyt. 66% 25% majs 75% svinegylle Udnyt. 66% 12% majs 88% svinegylle Udnyt. 71% 23

24 Biogasanlæg kan medføre flytning af N fra ét opland til et andet Øget tilførsel af organisk gødning medfører øget N udvaskning. Reduceret tilførsel medfører tilsvarende reduceret N udvaskning. Anvendelse af affald/biomasse, der ikke tidligere har været tilført jord, kan medføre øget N udvaskning (f.eks. Husholdningsaffald). 24

25 Effekt af afgasning på N gødningsvirkning Gødning Øget gødningsvirk ning (1. år) Reduceret langsigtet N eftervirkning I alt langsigtet effekt kg N/DE kg N/DE kg N/DE 100% svinegylle 11-5,5 5,5 100% kvæggylle % dybstrøelse 75% kvæggylle 25% fiskeaffald 75% svinegylle 25% slagteriaffald 75% svinegylle 13-6,5 6,5 13-6,5 6,5 15-7,5 7,5 Øget langsigtet N virkning: 5-7 kg N/DE - Mere N fjernes med afgrøder > mindre udvaskes 25

26 Udvikling af beregningsmodel til bestemmelse af udnyttelsesprocent på biomasser til biogasanlæg Separat projekt. Rapport under udarbejdelse (prof. Lars Stoumann Jensen, KU). Potentiel gødningvirkning af afgasset gødning Grundlag for beregning 1. årsvirkning (værdital) = ammonium andel i afgasset gødning + eftervirkning (10 år) Modelberegnet eftervirkning af organisk N i afgasset gødning = samlet virkning 26

27 Ændret ammonium- andel efter bioforgasning - mineralisering af organisk N under afgasning modelberegnes Mineraliseret organisk N som funktion af VS nedbrydning i en forsøgsbiogasreaktor fødet med enten med 100% kvæggylle, eller en 70%:30% (vådvægt) blanding af kvæggylle med procesaffald fra en fødevarevirksomhed (FPW: valle, blod, fritureolie, kartoffelrester) (Yamashiro et al., 2013). N mineralisering under afgasning yderst varierende: 10-70% af organisk N. I kvæggylle 20-30% mineralisering af organisk N 27

28 Implement model N balance model baseret på standardtal. N bortførsel med afgrøde er i model pt. ikke påvirket af større N optag efter bioforgasning. Ikke-udnyttet N i gødning antages udvasket (på lang sigt). Kan bruges til at beregne ændret N tilførsel til et opland. 28

29 Sammendrag og konklusioner Effekter af bioafgasning på N udvaskning er beregnet med ny model i kommende rapport fra AU Med de nuværende bestemmelser giver bioforgasning af organisk gødning både reduceret udvaskning på længere sigt, samt mulighed for mere tilgængeligt N til landmand. Ved anvendelse af majsensilage som energiafgrøde i biogasanlæg (12% vådvægt) forventes øget udvaskning i de første år og ca 0 effekt af afgasning på længere sigt. Tilførsel af biomasse N, der normalt ikke tilføres landbrugsjord, til biogasanlæg kan medføre øget N udvaskning. 29

30 Tak for opmærksomheden