Afgrøder til bioenergi: Produktion og miljøeffekter

Transkript

1 21/11/ Afgrøder til bioenergi: Produktion og miljøeffekter Karsten Raulund-Rasmussen, Petros Georgiadis, Anders Taeroe, Uffe Jørgensen Thomas Nord-Larsen, Inge Stupak.

2 21/11/ Udfordringen Vi skal bruge biomasse til energi Vi skal bruge meget Vi skal helst have det nu Men også gerne en langsigtet forsyning Det skal kunne anvendes fleksibelt Det må ikke have negative miljøeffekter Det må gerne have andre positive miljø-services Det produktionssystem, som vi måtte opbygge, skal være fleksibelt og reversibelt

3 21/11/ Formål Vi vil sammenligne produktion og udvalgte miljøeffekter for en række afgrøder Sukkerroer Græs Elefantgræs (Miscanthus) Pil Poppel Kæmpe ædelgran (Abies grandis)

4 21/11/ Hvordan Resultater fra vores feltforsøg Villerup Trolleholm Survey Foulum Modeller Ekspertviden/litteratur Vi vil normalisere lokaliteten Lerblandet sand (JB4) 700 mm nedbør om året

5 21/11/ Ydelser (services) Produktion Tørstof ha -1 år -1 Timing, produktionen varierer Miljøeffekter Kulstof/ klima Substitutionspotentialet Bindingspotentialet Vand Fordampning Overskud Nitratudvaskning Biodiversitet

6 21/11/ Indsats Gødskning Vanding Pesticider Herbicider Insekticider Fungicider Maskin- og energiforbrug

7 21/11/ Sukkerroer i omdrift (1 år) 21 tons tørstof ha -1 år -1 (top og rod tilsammen) Roer skal dyrkes i sædskifte med mindst 3-4 års interval Bioethanol Biogas Gødskning, 180 kg N Pesticider, 5 behandlinger Maskinintensiv

8 22/11/ Græs i 5 (op til 8)-årig omdrift 18 tons ha -1 år -1 Produktionen er størst i 2. og 3. år 3 årlige slet Kan integreres med proteinproduktion Gødskning, 500 kg N Pesticider, beskeden Vanding, efter hvert slet Maskinintensiv Biogas/bioethanol

9 21/11/ Miscanthus (elefantgræs), 20-årig rotation 13 tons tørstof ha -1 år -1 i gns over 20 år 8.5 tons tørstof ha -1 år -1 ved forårshøst 1 årligt slet (grønt om efteråret, eller tørt om foråret) Tørt til kraftvarme eller grønt til bioethanol/ biogas Vanding kan øge udbyttet

10 22/11/ Pil, 2/20-årig rotation 11.5 tons ha -1 år -1 Gødskning 60 kg N Pesticider beskeden Begrænset lager stabilitet Kraftvarme

11 22/11/ Poppel i 25-årig SRF omdrift 12.5 tons ha -1 år -1 Ca. 50 tons C i gennemsnitligt lager Gødskes sædvanligvis ikke, beskeden effekt i forsøg Ingen pesticider Meget ekstensiv produktion, 1 tynding

12 22/11/ Grandis, 60 (80) årig omdrift Kæmpe ædelgran (Abies grandis), Nordvestamerika Vækst (50 år) Løvenholm i gns t ha -1 år -1 Formentlig stadig stigende Løbende tilvækst optil 24 t ha -1 år -1 Gennemsnit lager 80 t C ha -1 Langsom starter Ingen gødskning, ingen pesticider Få tyndinger

13 21/11/ Effekt af gødskning i pil over 3 rotationer, Villerup Danmark. Georgiadis et al., 2016

14 21/11/ Årlig N-udvaskning fra pil i gødskningsforsøg Georgiadis et al., 2016

15 21/11/ Konklusion fra vækst og gødskning i pil Kun 60 kg N i årlig tilførsel gav en signifikant merproduktion Den beskedne effekt skyldes formentlig, at jorden var i god gødskningstilstand N udvaskningen beskeden i kontrol og ved lille N tilførsel Ved store tilførsler var produktionen lavere end ved 60 kg og udvaskningen var meget stor Udvaskningen over de 3 rotationer var stigende, især ved stor N tilførsel Budgettet (tilførsel bortførsel) viste en nettobortførsel på ca. 50 kg N ha -1 år -1 i kontrollen. Hvad vil der ske på længere sigt? Større effekt af gødskning Udvaskning af overskuddet af N ved overgødskning

16 Timing

17 Skal vi lagre eller substituere hvis vi vil have den optimale kulstof/klimaeffekt? Spørgsmålet er relevant når forskellige afgrøder og dyrkningssystemer skal sammenlignes Forudsætter en præcis beskrivelse af scenarier Herunder at biomasse substituerer fossile brændsler At scenarierne producerer den samme energimængde og type Relevante scenarier kunne være Fortsat dyrkning af bøgeskov med henblik på tømmer og bioenergi, eller 1) udlæg af urørt skov eller 2) konvertering til poppel Konvertering af omdriftsmark til en- eller flerårige energiafgrøder eller til skovrejsning.

18 Lager- og emissionseffekt af 1. fortsat bøgeskov (BAU) 2. udlæg af urørt bøgeskov (STORE) 3. Poppel (ENERGY) Taeroe et al., 2016

19 22/11/ Konklusion af kulstof/klimastudiet Kulstofeffekten størst af poppel når der substitueres kul Ved substitution af naturgas er der en kortvarig positiv effekt af urørt skov ( lagereffekten overstiger substitutionseffekten ) Den samlede kulstofeffekt er følsom overfor Væksthastigheden Hvor meget vi substituerer (inkluderes træprodukter) Hvor effektivt vi udnytter bioenergien (ud med brændeovnen, ind med røggaskondensering) Mindre følsom overfor C lageret i biomasse, jordbunden og dødt ved Andre effekter, f.eks. jordbundens frugtbarhed og biodiversitet

20 Jordbundens C lager, effekt af tilplantning med pil/poppel på agerjord Georgiadis et al., 2016

21 Dyrkningssystemer Roer Græs Miscanthus Pil Poppel Grandis System omdrift 3 slet år -1 1 slet år -1 SRC SRF Skovomdrift Rotation 1 år 5 år 10 år 2 år/20 år 25 år/50 år 80 år Gødskning 180 kg N 500 kg N 100 kg N 60 kg N 0/50 kg N 0 Vanding Pesticid behandlings hyppighed Vanding efter slet Giver øget tilvækst 5 <0.5 <0.5 <0.5 < Primær anvendelse bioethanol Biogas biogas Flis til kraftvarme Flis til kraftvarme Flis til kraftvarme Sekundær anvendelse Biogas Kraftvarme

22 Produktion og dens timing Roer Græs Miscanthus Pil Poppel Grandis Produktion t TS ha -1 år -1 Timing Konstant fra år 1 Efter 1 år, kulminerer efter 3 år Stigende de første 4 år, derefter konstant? Første hugst efter 10 år, hovedhugst efter 25 år Kommer sent (30-60 år)

23 Miljøeffekter C lager overjordisk biomasse Roer Græs Miscanthus Pil Poppel Grandis Δ C i jorden, Grøn: 0.07 tons ha -1 år -1 Gul: 0.53 (+) (+) + Fordampning Vandoverskud Nitratudvaskning Noget mere hvis toppen ikke høstes < 5 kg N < 5 kg N < 2 kg N Biodiversitet begrænset begrænset begrænset begrænset begrænset begrænset Biodiversitet i relation til pesticider

24 22/11/ Nogle konklusioner Stor indsats stor produktion (roer og græs) Skovtræer (poppel og grandis) leverer relativt meget men sent Pil og miscanthus leverer hurtigt, relativt meget og med en god miljøprofil. Der er ikke en entydig vinder Samlet klimaeffekt skal beregnes og indsatsen skal kvantificeres Udvaskningen af N fra energiafgrøder er beskeden hvis gødskningen styres stramt Vandoverskud er mindst i skov (poppel og grandis) Biodiversitetsindsatsen bør ikke kombineres med energiafgrøder