BAGGRUNDSNOTAT: Forudsætninger for og beregning af biomassescenarier for landbruget Inge T. Kristensen og Uffe Jørgensen Institutt for Agroøkologi, Aarhus Universitet September 2012 1
Indholdsfortegnelse Forudsætninger... 3 Udviklingen i landbrugsareal, afgrødeudbytte og fodereffektivitet frem til 2020... 3 Udbytter... 5 Beregninger... 8 Bedriftstyper... 8 Områdetyper... 9 Omlægning til afgrøder med større biomasseproduktion... 10 Reduceret halmfjernelse fra arealer med lavt kulstofindhold i jorden... 11 Permanent græs på lavbundsarealer... 13 Vandløb og Veje... 13 Scenarier... 14 Raps... 15 Halm... 16 Biomasseafgrøder... 18 Efterafgrøder... 19 Veje og vandløb... 19 Husdyrgødning... 20 Scenarieresultater... 21 Effekter for fødevareproduktion... 22 Ændringer i arealanvendelsen som følge af scenarierne... 22 Referencer:... 24 Datakilder... 26 2
Introduktion Data til beregning af konsekvenserne af +10 millioner tons planens scenarier for dansk landbrugs arealanvendelse, udbytter, husdyrgødningsproduktion m.m. er indhentet fra en række databaser: Statistikbanken, DJF geodata, oplysninger fra gødningsregnskab, ansøgning om enkeltbetaling fra Fødevareministeriet; (EBS). GIS kort over veje, vandløb, by og skovområder, markblokkort, kort over forskellige lokaliteters evne til at tilbageholde kvælstof (retention), samt kort over forholdet mellem ler og kulstofindhold i jord (Dexterindeks). Disse data er samlet i en regnearksmodel og danner udgangspunktet for fremskrivning af potentiel biomasseudnyttelse i 2020 i tre scenarier. Dette sammenlignes med biomasseudnyttelsen i 2009, som er det sidste år, hvorfra vi har et fuldt opdateret datasæt. Dette notat beskriver beregningen af, hvorledes planens scenarier vil påvirke arealanvendelsen af de godt 2,7 millioner ha, der var i landbruget i 2009, og som i 2020 forventes at være reduceret til knapt 2,6 millioner ha landbrugsjord, idet der løbende overgår jord til veje, byggeri og skovrejsning (Dalgaard, 2012). Desuden beskrives, hvorledes beregningen af mængden af biomasse til rådighed for bioraffinering i 2020 er gennemført i de forskellige scenarier. Forudsætninger Udviklingen i landbrugsareal, afgrødeudbytte og fodereffektivitet frem til 2020 Som baggrund til Klimakommissionens arbejde blev udvikling i arealanvendelsen i Danmark estimeret for et Frozen Policy Scenario, uden nye politiske tiltag 2010 2050 (Figur 1). 4,5 Areal (mio. ha) 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Øvrige arealer (byer, veje, skove mv.) Areal til konventionel fødevareproduktion Areal til økologisk fødevareproduktion Areal til ny skov 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 Ledigt areal til øvrig biomasseproduktion Figur 1. Estimeret udvikling i arealanvendelsen i Danmark ved et Frozen Policy Scenario, uden nye politiske tiltag 2010 2050 (Dalgaard, 2012). 3
Udviklingen i det gennemsnitlige udbytte på landbrugsarealet er estimeret til en samlet udbyttefremgang på ca. 3,5% i perioden 2009 2020 (Tabel 1), hvis der tages højde for den øgede andel med økologisk produktion, der har et generelt lavere udbytteniveau. Det antages, at den samlede afgrødeproduktion (målt i foderenheder) og den samlede husdyrproduktion (målt i mælk og kød), og import/eksport balancer af fødevarer og foder forbliver uændret i perioden. Sammenholdt med udbyttefremgangen betyder det, at det samlede areal anvendt til økologisk og konventionel fødevareproduktion forventes at falde med ca. 8% fra 2009 2020, mens det totale landbrugsareal (inkl. det areal der bliver ledigt til øvrig biomasseproduktion) falder med ca. 5% (Tabel 2). Husdyrgødningsproduktionen forventes at falde 9% som konsekvens af effektivitetsstigningen i udnyttelsen af foder (Dalgaard, 2012). Tabel 1. Estimeret udvikling i udbytteniveau og produktion af husdyrgødning 2009 2020. 2009 Indeks 2020 Udbytte indeks (målt som FE/ha) 1 1,035 Husdyrgødnings indeks (målt som kg N) 1 0,91 Beregningerne i Tabel 2 viser, at der i fremskrivningen til Klimakommissionen årligt forventes en reduktion i det samlede landbrugsareal på ca. 12.500 ha, men at den nuværende fødevareproduktion forventes at kunne opretholdes ved en nedgang i fødevarearealet på ca. 20.400 ha årligt. Det medfører, at der årligt vil frigøres ca. 6.000 ha fra fødevareproduktion, som kan anvendes til biomasseproduktion. I 2020 vil der være frigjort et areal fra fødevareproduktion svarende til 2,5% af det samlede landbrugsareal. Tabel 2. Estimeret udvikling i arealbehov til opretholdelse af uændret fødevareproduktion og samlet jordbrugsareal 2009 2020. Angivet henholdsvis baseret på Frozen Policy Scenario fra baggrundsarbejde til Klimakommissionen (Dalgaard, 2012), dels baseret på data fra enkeltbetalingsordningen (EBS). Frozen Policy Scenario Enkeltbetalingsordning fremskrevet med indeks 2009 2020 I alt fra 2009 til 2020 Pr. år 2009 2020 EBS 2009 EBS 2020 I alt fra 2009 til 2020 Pr. år 1000 hektar Indeks 1000 hektar Areal til fødevareproduktion 2 673 2 449 224 20.4 1 0,916 2 580 2 363 216 19.7 Skovrejsning 39,6 60,5 20,9 1.9 19,1 40,0 20,9 1.9 Energi inkl. rapsolie* 1 0,949 43,5 41,3 Øvrige arealer i EBS 1 0,949 82,5 78,4 Ledigt til øvrig biomasseproduktion 65,9 65,9 6.0 0,0 63,8 63,8 5.8 I alt 2 713 2 575 138 12.5 1 0,949 2 725 2 587 138 12.6 *Se nærmere i afsnittet om rapsolie 4
Arealerne i 2009 i enkeltbetalingsordningen svarer ikke helt til arealopgørelser, der er anvendt i rapporten til Klimakommissionen. I Tabel 2 er arealer til energiproduktion og øvrige arealer i EBS skilt ud. Øvrige arealer er f.eks. juletræer, planteskoleplanter, udyrket mark og naturarealer. Arealet til fødevareproduktion i 2009 er derfor som udgangspunkt ca. 93.000 ha mindre i scenarierne. Nedgangen i behovet for areal til fødevareproduktion bliver tilsvarende mindre 19.700 ha. Det samme gælder for størrelsen af det frigjorte areal i 2020. Ved den direkte fremskrivning er energiarealer og øvrige arealer, der ikke er fødevarearealer, reduceret med indekset for udvikling i landbrugsareal. I 2009 udgjorde udyrket mark (brak) 35.600 ha af disse. De udyrkede marker er en potentiel ressource, der kan inddrages til fødevare eller energiproduktion. Det er dog i scenarierne valgt blot at fremskrive arealet af disse. Forud for beregningerne af scenarierne i 2020 er alle afgrødearealer reduceret med faktoren for udviklingen i landbrugsarealet. Udbytter I beregningerne er som udgangspunkt anvendt gennemsnitsudbytter for almindelige landbrugsafgrøder for perioden 2007 2011 udtrukket fra Danmarks Statistik (DST HST77). I Tabel 4 er vist gennemsnitsudbyttet for de afgrøder, der indgår i beregningerne i udgangsåret, samt det udbytte, der er anvendt i beregningerne for scenarierne i 2020. Halmudbyttet er i Tabel 3 beregnet for de enkelte kornarter med de faktorer, som Danmarks Statistik anvender: For beregning af den mængde halm som bjærges, anvendes en faktor for hver enkelt afgrøde ud fra kerneudbyttet. For vinterhvede, vinterbyg, vårbyg og majs til modenhed regnes fra 2003 med 55 kg halm pr. 100 kg kerne. For rug og triticale regnes med 80 kg, for havre med 60 kg, for vårhvede og markært med 50 kg, mens der for raps regnes med 90 kg pr. 100 kg kerne. Faktorerne forventes at give en retvisende beregning i år som er vejrmæssigt normale. I andre år kan der være betydelige udsving i forhold til de nævnte faktorer. (Statistikbanken) 5
Tabel 3. Halmudbytte gennemsnit 2007 2011 Afgrøde Faktor halmudbytte DST Kerne gennemsnitsudbytte 2007 2011 hkg pr hektar Tørstof procent Halm ton tørstof pr. hektar Havre og blandsæd 0,6 45,3 0,85 2,3 Rug 0,8 50,4 0,85 3,4 Triticale 0,8 50,3 0,85 3,4 Vinterbyg 0,55 56,6 0,85 2,6 Vinterhvede 0,55 71,4 0,85 3,3 Vårbyg 0,55 50,2 0,85 2,3 Vårhvede 0,5 44,4 0,85 1,9 Korn arealvægtet gennemsnit 60,6 0,85 2,91 Vinterraps 0,9 35,5 0,91 2,9 Vårraps 0,9 25,2 0,91 2,1 Raps arealvægtet gennemsnit 35,4 0,91 2,90 Udbyttet af efterafgrøder høstes ikke i dag, og udbyttet er også ofte lavt og formentlig ikke rentabelt at høste. Udbytterne kan være meget variable afhængigt af såtid for efterafgrøden, høsttid af hovedafgrøden, nedbør efter høst og tilbageværende kvælstof i jorden. Almindeligt rajgræs udlagt som efterafgrøde om foråret i vårsæd har i efteråret givet udbytter på mellem 0,3 og 2,5 tons tørstof/ha (Hansen et al., 2000). Hvis der tilføres gødning til efterafgrøder (det er ikke tilladt i lovpligtige efterafgrøder i dag) vil det oftest øge udbyttet af efterafgrøden (Hansen et al., 2000). Der findes dog kun få undersøgelser af, hvad gødskning vil betyde for nitratudvaskning, og af, hvad høst og fjernelse af biomassen betyder i den sammenhæng. Ved tidlig høst af hovedafgrøden, som grønsæd eller helsæd, kan efterafgrøden sikres en længere vækstsæson, og der er registreret udbytter på 4 6 tons tørstof/ha i italiensk rajgræs (Hansen et al., 2007). På baggrund heraf har vi antaget følgende efterafgrødeudbytter i scenarierne: I BAU scenariet forventes lave udbytter af efterafgrøder, som ikke høstes. I biomassescenariet forventes efterafgrødeudbytterne øget ved at fremskynde høsttidspunktet i nogle af kornafgrøderne (høst af helsæd eller tidlig høst af kerner og lagring i gastætte siloer). Desuden antages efterafgrøderne i nogle tilfælde (på bedrifter med begrænset N overskud) at blive gødet, eller der anlægges N fikserende efterafgrøder. Herved antages opnået gennemsnitlige udbytter på 2,5 tons tørstof/ha. I miljøscenariet forventes efterafgrødeudbytterne øget ved at fremskynde høsttidspunktet i nogle af hovedafgrøderne. Men der antages ikke tilladelse til gødskning af efterafgrøderne, da det endnu er usikkert, hvad det vil betyde for miljøet. Herved antages opnået gennemsnitlige udbytter på 1,5 tons tørstof/ha. 6
Der er dog et stort behov for yderligere forskning og udvikling af optimerede dyrkningssystemer med efterafgrøder for at opnå maksimalt udbytte, minimal nitratudvaskning og acceptable høstomkostninger. Udbyttet af frøgræs er baseret på Gislum & Boelt (2012), udbyttet af roer på Kristensen & Jørgensen (2012) og udbytterne på permanent græs på lavbundsarealer er baseret på Nielsen (2012). Udbytter på lavbund er dog særdeles variable, og det vil være vigtigt at forstå denne variation bedre og optimere og validere udbytteniveauet før en større satsning på udnyttelse iværksættes. I forsøg med rajsvingel er målt udbytter på ca. 15 tons tørstof/ha ved to slæt og ca. 17 tons/ha ved tre slæt (Larsen et al., 2010). Rajsvingel og andre græsser, som nemt kan sås vil forholdsvis enkelt kunne implementeres til produktion af biomasse til bioraffinering over en kort tidshorisont frem mod 2020. Vi har således antaget, at der kan opnås udbytter på i gennemsnit 15 tons tørstof/ha fra flerårige biomasseafgrøder i 2020. Elefantgræs er tidligere undersøgt med henblik på høst tør i foråret, hvor bladene er faldet af. Ved høst om efteråret af grøn biomasse er i forsøg høstet op til 20 tons tørstof/ha i elefantgræs (Jørgensen, 1997). Etablering af store arealer med elefantgræs er dog næppe realistisk inden 2020. Udbyttet i energiskov er estimeret på baggrund af undersøgelser af erhvervs PhD Lisbeth Sevel, der har fundet et gennemsnitligt udbytte i danske pilemarker på 6,5 tons tørstof/ha årligt i første rotation og 8.2 tons/ha i 2. rotation (Sevel, 2012). 26% af prøvefelterne viste et udbytte over 10 tons tørstof/ha med 25 tons tørstof/ha som den højeste måling (Lisbeth Sevel, 2011). Der er således et betydeligt potentiale for at øge udbyttet i praksis ved forbedret etablering, valg af dyrkningsareal og management af afgrøden (Sevel 2012). Udbyttet af græs og urter fra vejrabatter er estimeret på baggrund af oplysninger fra Vordingborg Kommune, der kører projektet rabatpillen (www.rabatpillen.dk). Forsøgshøst har givet udbytter på 2,5 3,5 tons tørstof/ha, men på længere sigt antages udbyttet at reduceres til ca. 2 tons/ha, idet næringsstofpuljen vil reduceres ved fjernelsen af biomasse (Kurt Schierup, personlig meddelelse). Udbyttet af vandløbsgrøde er estimeret på basis af oplysninger fra Viborg Kommune om typiske værdier for grødeskæring fra større vandløb. 7
Tabel 4. Anvendte udbytter i år 2009 og 2020 (tons tørstof/ha). Type Oliefrø Halm Afgrøde Gennemsnit 2007 2011 2020 Raps 3,2 3,3 Raps 2,9 3.0 Sorter med mere halm 3,5 Do med øget halmopsamling 4.0 Korn 2,9 3.0 Sorter med mere halm 3,5 Do med øget halmopsamling 4.0 Frøgræs 7,3 7,3 Efterafgrøder Uden gødskning 1,5 1 Biomasseafgrøder Med gødskning 2,5 2 Roer til biomasse 19,0 2 Flerårige biomasseafgrøder 15,0 1 Permanent græs på lavbundsarealer Energiskov Ej landbrug 1 Miljøscenario 2 Biomassescenario Med gødningsbegrænsning i dag 2,5 3,0 1 Uden gødningsbegrænsning i dag 4,5 3,0 1 Med ekstra gødskning i 2020 8,0 2 Energiskov m.v. 8,0 12,0 Vejrabatter 2,0 Grøde pr km vandløb 1,2 Beregninger Bedriftstyper En del af tiltagene er begrænset til bestemte bedriftstyper. Det gælder f.eks. raps på planteavlsbedrifter og halm på fuldtidskvægbedrifter. Arealet tilhørende de enkelte bedriftstyper er beregnet på baggrund af data fra enkeltbetalingsordningen i 2009. Opdelingen af bedrifter på typer er foretaget på baggrund af en kombination af oplysninger fra gødningsregnskaber og ansøgninger om enkeltbetaling. Metoden er nærmere beskrevet i Kristensen og Kristensen (2004). 8
Områdetyper I scenarierne er visse tiltag begrænset til bestemte områdetyper. I miljøscenariet koncentreres omlægningen af korn til vedvarende biomasseafgrøder i nitratfølsomme områder (retention under 35%). Samtidig friholdes områder med kritisk lavt kulstofindhold i jorden for halmfjernelse (ved Dexterindeks over 10). Oplysning om marker, bedrifter og afgrøder fra ansøgning om enkeltbetalingsstøtte (EBS) danner baggrund for opgørelsen af arealet med udvalgte afgrødetyper og bedriftstyper i disse områdetyper. Beregningen af, hvor stor en del af arealet med hver afgrøde, der ligger i disse områder er foretaget i GIS på baggrund af markblokkort og kort over områdetyperne. (Figur 2) Figur 2. Mark, markblok og lavbundsområde. Oplysning om bedriftstype er overført til marken. Arealet med hver bedriftstype i området er dernæst beregnet på tilsvarende vis. Processen er illustreret i Figur 3. Figur 3. Metode anvendt ved arealopgørelser i GIS. 9
For hvert område er arealet således opgjort for en kombination af afgrødetype, bedriftstype og områdetype. Resultatet er vist i Tabel 5. Tabel 5. Kornareal opdelt på områdetype og bedriftstype (EBS 2009). I alt Retention under 35% Dexter over 10 1000 ha Begge Kun Dexter over 10 Korn i alt 1 482 176 98 34 77 Heraf fuldtids kvægbedrifter 157 12 3 1 9 Heraf øvrige bedrifter 1 324 163 96 33 68 Omlægning til afgrøder med større biomasseproduktion I scenarierne erstattes dele af dagens korn og rapsproduktion til afgrøder med en større produktivitet, således at den totale biomasseproduktion i jordbruget kan øges. Korn og rapsdyrkning er desuden ganske inputkrævende og giver betydelige emissioner af bl.a. nitrat til miljøet (Jørgensen, 2012). Omlægningen kan derfor bidrage til at opnå miljøgevinster, og i miljøscenariet antages al kornproduktion (eksklusiv korn på fuldtids kvægbedrifter, hvor der er behov for halm til foder og strøelse) omlagt til flerårige biomasseafgrøder i nitratfølsomme områder (retention under 35%). Et tilsvarende kornareal omlægges til roer i biomassescenariet, hvor omlægningen ikke målrettes nitratfølsomme områder. Beregningen af kornarealet i områder med lav nitratretention er foretaget på baggrund af retentionskort (Fig. 4) fra Aarhus Universitet, Institut for Bioscience (Blicher Mathiesen & Windolf, 2012), markblokkort og afgrødedata m.v. fra ansøgning om enkeltbetalingsstøtte. I beregningerne for Bornholm er kun taget hensyn til områder med lav retention, hvor også Dexterindekset er over 10, da størstedelen af øen ellers vil blive omfattet af markante omlægninger. 10
Figur 4. Kort over N reduktion for oplande i Danmark (fra Blicher Mathiesen & Windolf, 2012). Reduceret halmfjernelse fra arealer med lavt kulstofindhold i jorden Opretholdelse af jordens kulstofindhold er vigtigt ikke blot i relation til fjernelse af CO 2 fra atmosfæren, men også fordi organisk kulstof i jord er det der udgør mulden i jorden og giver gode dyrkningsegenskaber (Schjønning et al., 2009). Der findes ikke nogen eksakt skala for betydningen af kulstof for jordens dyrkningskvalitet, da det også afhænger af en række andre faktorer i samspil med kulstofindholdet. Det såkaldte Dexter indeks, som er forholdet mellem jordens indhold af ler og kulstof, opfattes som et af de bedste simple udtryk for kulstofs betydning for jordens dyrkningskvalitet. Der findes således god korrelation mellem Dexter indekset og lerdispersivitet (Schjønning et al., 2012), der har betydning for jordens struktur og risikoen for tilslemnning og køreskader. Opgørelserne er foretaget på baggrund af kort over Dexter indeks fra Aarhus Universitet, Institut for Agroøkologi (Schjønning et al., 2009), markblokkort, data fra enkeltbetalingsordningen samt en klassificering af bedrifter på type (se ovenfor). I scenarierne er områder med et Dexterindeks på over 10 friholdt for halmfjernelse bortset fra halm til foder og strøelse. Da halmanvendelsen på enkeltmarker ikke kendes ses i stedet bort fra kornarealer på fuldtidskvægbedrifter. 11
Figur 5. Dexter indekset er beregnet som forholdet mellem topjordens (0 20cm) indhold af ler og organisk kulstof. Ud arbejdet på baggrund af Den Danske Jorddatabase af Mogens H. Greve Aarhus Universitet, se også Schjønning et al. (2009). Figur 6. Områder med Dexterindeks over 10 og/eller N reduktion under 35%. 12
Permanent græs på lavbundsarealer Opgørelserne er foretaget på baggrund af kort over lavbundsområder, markblokkort samt oplysninger fra enkeltbetalingsordningen. I 2009 var der i alt 217.613 hektar med permanent græs, heraf var 100.123 hektar svarende til 46% procent på lavbundsjord. Af disse havde 38.016 hektar (38%) begrænsning på gødningstildelingen. I Tabel 6 er vist arealet af de afgrøder, som er medtaget i opgørelsen af permanent græs på lavbundsarealer. Tabel 6. Ekstensivt græs opdelt på områdetype og afgrødetype 2009 Anvendelse kode Afgrøde I alt Lavbund Hektar Foderareal 250 Perm. græs med meget lavt udbytte 19 758 8 469 251 Perm. græs med lavt udbytte 27 136 12 553 252 Perm. græs med normalt udbytte 79 327 31 494 Lavbund med gødningsbegrænsning 253 Miljøgræs MVJ ordning 1 (80 N) 274 117 117 254 Miljøgræs MVJ ordning 2 (0 N) 57 822 35 715 35 715 255 256 257 Perm. græs under 50% kløver omlagt mindst hvert 5. år 4 308 925 Perm. græs over 50% kløver omlagt mindst hvert 5. år 389 61 Perm. græs uden kløver omlagt mindst hvert 5. år 3 150 972 258 Perm. græs, ø støtte 13 6 276 Perm. græs og kløvergræs uden kvote 16 777 7 410 315 Miljøgræs brugt som udtagning 451 219 Foderareal i alt 209 404 97 939 35 832 271 Vildtagre 2 703 604 604 Øvrige arealer (ikke 312 20 årig udtagning 4 875 1 363 1 363 indregnet i fødevareareal) 317 Vådområder brugt som udtagning 146 106 106 320 Braklagte randzoner 485 112 112 Øvrige arealer i alt 8 209 2 184 2 184 Permanent græs i alt 217 613 100 123 38 016 Vandløb og Veje I vandplanerne er vandløbene klassificeret efter størrelse. Længden af de større vandløb er beregnet i GIS på baggrund af specialkort fra KMS. I beregningen af arealet af vejrabatter er anvendt vejtemaet fra Kort10 (KMS). Da rabatter i byområder, sommerhusområder og skove har meget lidt eller ingen vegetation, er disse ikke medregnet. Veje indenfor skov og byområder i navnetemaet fra kort 10 og broer over åbent vand fx Storebælt indgår således ikke i beregningen. 13
Figur 7. Veje uden for by og skovområder (Kort 10, KMS). Den gennemsnitlige rabatbredde er skønnet til 1,5 meter for motorveje og motortrafikveje og 1 meter for øvrige veje. For motorvejene indeholder vejtemaet en linje for hvert spor, samt fra og tilkørselsramper. Længden i temaet er derfor mere end det dobbelte af længden af motorvej som sådan (Figur 7). Scenarier Til sammenligningen med referencen, biomasseanvendelsen i 2009, er opsat tre scenarier for, hvorledes biomasseproduktionen og udnyttelsen kan ændres frem til 2020. I Business As Usual scenariet antages de eksisterende biomasseressourcer udnyttet i et øget omfang, men der antages ikke at ske nogen ændringer i afgrødesammensætning eller teknologiske ændringer i halmopsamling o.l. I det biomasseoptimerede scenario gennemføres en række ændringer af afgrødemæssig og teknisk karakter og yderligere biomasseressourcer, end de der i dag er afprøvet, inddrages. Endelig er der i det miljøoptimerede scenario indlagt en række restriktioner på typen af biomasseproduktion, og på hvilke arealer produktionen kan foregå på, for at undgå øget miljøpåvirkning fra landbruget eller for nogle miljøparametres vedkommende for at opnå en reduceret miljøpåvirkning. Herunder er angivet elementerne i de enkelte scenarier på landbrugsarealet. Business As Usual (BAU) Ingen ændringer i arts og sortsvalg eller høstteknologi, men restbiomasse (halm, gylle og enggræs) udnyttes. Det antages, at den eksisterende produktion af rapsolie udnyttes 100% til biodieselproduktion for at opfylde iblandingskravet for biobrændstof. Historisk stigning i udbytte, fodereffektivitet, arealudtag og økologisk jordbrug indregnes (svarende til Klimakommissionens forudsætninger). Fremtidig ændring i EUs landbrugspolitik indregnes ikke. Eksport og import af korn, soja o.a. indregnes ikke i biomassegrundlaget. 14
Eksisterende tilplantning med flerårige energiafgrøder fremskrives. 1.900 ha årlig skovrejsning. Biomasseoptimeret Omlægning til kornsorter med 15% mere halm (Kristensen og Jørgensen, 2012). Øget halmopsamling (15%) ved ændret høstteknologi (Kristensen, 2012). Raps på planteavlsbedrifter (ca. 74.000 ha) lægges om til roer. Lavbundsarealer uden gødningsaftaler gødskes til maksimering af græsudbytte. Kornareal på ca. 149.000 ha (svarende til arealet omlagt i Miljøscenariet) omlægges til roer. Vejrabatter og grødeskæring fra vandløb udnyttes Efterafgrøder gødskes og såtid fremrykkes for at sikre et høstbart udbytte. Efterafgrødeareal fremskrevet som følge af Grøn Vækst og krav i forbindelse med husdyrgodkendelser. 1.900 ha årlig skovrejsning. Miljøoptimeret Som biomasseoptimeret, men: Ingen halmfjernelse i områder med kritisk lavt kulstofindhold i jorden. 10% af den udnyttede husdyrgødning udnyttes med konventionel biogasteknologi, således at der returneres en tungtomsættelig kulstofmængde til jorden. Efterafgrødearealet øges yderligere med 81.000 ha. Såtid fremrykkes, men der tillades ikke gødskning. Flerårige biomasseafgrøder i stedet for roer på ca. 74.000 ha tidligere rapsareal Ingen korn i områder med nitratretention under 35% i stedet flerårige biomasseafgrøder (ca. 149.000 ha). Lavbundsarealer gødskes ikke (dog evt. med K). 4.500 ha årlig skovrejsning. Herunder gennemgås beregninger af enkeltposter i scenarierne. Raps Tørstofindholdet i raps antages at fordele sig på 40% olie og 60% rapskage (Jørgensen et al., 2008). Det vurderes, at i 2009 anvendtes 40% af olieproduktionen til fødevarer, mens 60% gik til energi (Jørgensen et al., 2008; Larsen, 2010). Andelen til rapskage og olie til fødevarer er omregnet til areal og medregnet i fødevarearealet. I Tabel 7 og Figur 8 er vist ændringer i rapsarealet i de tre scenarier, idet ca. 74.000 ha omlægges til mere højtydende biomasseafgrøder i biomasse og miljøscenarierne. I BAU og biomassescenariet 15
antages al rapsolie udnyttet til bioenergi, mens den nuværende produktion af rapsolie til fødevarer antages bibeholdt i miljøscenariet. Tabel 7. Areal med raps 2009. Anvendelse i 2009 og scenarier 2020. 2009 Scenarie 2020 BAU Biomasse Miljø Hektar Olie til fødevarer * 26 064 25 761 Rapskager * 97 739 92 852 48 303 48 303 Olie til energi * 39 096 61 901 32 202 6 440 Erstattet med roer til biomasse 74 249 Erstattet med flerårige afgrøder til biomasse 74 249 Total 162 899 154 754 154 754 154 754 Rapsareal i alt 162 899 154 754 80 505 80 505 * Omregnet til areal i forhold til olieandelen og rapskageandelen af tørstofindholdet Figur 8. Anvendelse af rapsarealet I 2009 og i scenarierne. Halm I 2009 blev halmen bjerget fra 64% af korn og rapsarealerne. Halmen fra 29% af arealerne blev anvendt til energi og halmen fra 36% af arealerne blev anvendt til foder og strøelse (DST HALM1; Tabel 8). I scenarierne er det antaget, at 87% af halmen bjerges i 2020. Mængden til foder og strøelse er fastholdt og resten anvendt til bioraffinering. I de scenarier, hvor korn og rapsarealet reduceres, er det således udelukkende arealet til biomasseproduktion, der påvirkes. Tilsvarende gælder, hvor halmopsamlingen reduceres af hensyn til kulstofpuljen. 16
Tabel 8. Halmudnyttelse i år 2009. Procent af arealet 2009 procent af arealet Afgrøde Foder og strøelse Energi Ikke bjerget Havre og blandsæd 20,3 11,8 67,7 Rug 29,3 35,7 35,0 Triticale 32,8 34,6 32,6 Vinterbyg 56,1 24,0 20,0 Vinterhvede 25,5 39,7 34,8 Vårbyg 59,7 18,0 22,2 Vårhvede 37,4 16,2 47,5 Korn i alt 39,0 30,0 31,1 Vinterraps 5,7 20,0 74,4 Vårraps 0,0 12,5 75,0 Raps i alt 5,6 19,9 74,4 I alt 35,5 28,9 35,6 I biomasse og miljøscenariet antages ændret sortsvalg i korn og raps, således at halmudbyttet kan øges uden at reducere kerneudbyttet (Kristensen & Jørgensen, 2012). Der er antaget en stigning på 15% i halmudbyttet herved. Ved at ændre udformningen af mejetærskerne eller ved anvendelse af totalhøst eller ribbehøst af korn forventes høsten af halm at kunne øges pga. et mindre spild på marken (Kristensen, 2012). Det antages, at halmopsamlingen kan øges med 15%. I Tabel 9 er vist, hvordan halmberegningen er gennemført stepvist for at beregne resultater for de forskellige scenarier. 17
Tabel 9. Beregning af halmressource til bioraffinering. Areal 1000 ha. Produktion 1000 hkg Afgrøde Korn Raps I alt Halm i alt 2009 1.481,5 162,9 1.644 Ikke bjerget 2009 458,7 121,2 585 Energi 2009 444,7 32,5 477 Foder og strøelse 2009 578,1 9,2 587 Hkg tørstof pr hektar gennemsnit* 29,0 29,00 Energi 2009 12.885 941 14.674 Foder og strøelse 2009 16.750 267 16.194 Halm i alt 2009 42.926 4.724 48.117 Max bjerget, procent 87,0 87,0 Max bjerget udgangspunkt 37.346 4.110 41.862 Max bjerget reduceret dyrkningsareal 35.794 3.878 39.769 Generel udbyttestigning, procent 3,5 3,5 Max bjerget generel ved udbyttestigning 37.047 4.014 41.161 Rest til biomasse scenarie BAU 20.297 3.747 24.967 Øget halmopsamling på hver mark, procent 15 15 Ekstra ved øget halmopsamling 5.557 602 6.174 Kornsorter med mere halm, procent 15 15 Ekstra ved kornsorter med mere halm 5.557 602 6.174 Ekstra ved begge 11.948 1.294 13.274 Total max 32.245 5.042 38.241 Fradrag for biomasseafgrøder på korn og rapsarealer I alt med fradrag for biomasseafgrøder på korn og rapsarealer = Biomasse scenarie Ingen halmfjernelse fra korn til bioraffinering i områder med Dexterindeks over 10 yderligere. I alt med yderligere fradrag for reduceret halmopsamling i områder med Dexter over 10 = Miljø scenarie 5.147 2.563 7.710 30.531 2.071 2.071 28.460 * Ved afgrødesammensætning, som gennemsnit for 2007 2011. Der er således ikke taget hensyn til evt. højere eller lavere udbytte i områder med lav retention eller Dexterindeks på over 10. Biomasseafgrøder Arealet med træagtige energiafgrøder (primært pil og poppel) er fremskrevet med den tilvækst i arealet på gennemsnitligt 665 ha årligt, der har været fra 2007 2011 (Tabel 10). Det er muligt at denne tilplantningstakt vil øges, hvis noget af træflis og træpilleanvendelsen i større kraftværker skal dækkes af nationalt produceret træ. Omvendt forventes træ ikke at være optimal råvare til bioraffinering, og vi har derfor antaget, at biomasseproduktionen på de omlagte korn og rapsarealer i biomasse og miljøscenarier primært sker i form af roer og græsagtige afgrøder, som forventes at være letomsættelige ved bioraffinering. Den præcise sammensætning af biomasseafgrøder vil i sidste ende afhænge af mange tekniske, økonomiske og miljømæssige forhold. 18
Tabel 10. Biomasseafgrøder, areal i de forskellige scenarier. Areal i hektar 2009 BAU Biomasse Miljø Hektar Særlige kulturer til energi 83 137 137 137 Energiskov (pil + poppel) 4 320 11 661 11 661 11 661 Høst af permanent græs på lavbundsarealer 70 117 70 117 70 117 Nye biomasseafgrøder på rapsarealer 74 249 74 249 Nye biomasseafgrøder på kornarealer 149 176 149 176 Biomasseafgrøder i alt 4 403 81 915 305 341 305 341 Efterafgrøder Arealet med efterafgrøder antages i 2020 at udgøre 262.000 ha som følge af tiltag i Grøn Vækst og krav ved husdyrgodkendelser (Andersen et al., 2011). I Miljøscenariet er dette øget med 81.000 ha potentielt efterafgrødeareal placeret nedstrøms på arealer med reduktionsbehov (Andersen et al., 2011) til i alt 343.000 ha. I 2009 udgjorde efterafgrødearealet (inkl. efterafgrøder som følge af den daværende frivillige 1 årige randzoneordning) ca. 190.000 ha (den frivillige ordning gav mulighed for at øge kvælstofkvoten med 2 10% samtidig med at der blev stillet krav om ekstra efterafgrøder på 4 20%.). Kravet til pligtige efterafgrøder var på 175.000 ha efter fratrækning af reduktion på grund af grønne marker (Gødningsregnskab 2009). Det antages i biomasse og miljøscenarierne, at efterafgrøderne fra 75% af arealet udnyttes til biomasseproduktion i 2020 (Tabel 11). Tabel 11. Areal med efterafgrøder i 2009 og i scenarier. Afgrødetype Udgangspunkt 2009 Scenarie 2020 Andel af areal, der udnyttes til biomasse i 2020, procent Scenarie 2020 udnyttet Efterafgrøder biomassescenarie 190 000 262 000 75 196 500 Efterafgrøder miljøscenarie 190 000 343 000 75 257 250 Veje og vandløb Det er skønnet at 70 90% af vejrabatterne til veje over 3 meter udenfor byer og skove består af græs og urter, der kan udnyttes til bioraffinering. For de øvrige veje er antaget, at kun 5% af rabatterne kan udnyttes, da der ofte vil være tale om for smalle eller svært slåbare rabatter (Tabel 12). 19
Tabel 12. Beregning af tørstof fra vejrabatter. Vejrabatter Rabat bredde i meter Andel med slået græs til asfalt, procent Motorveje enkelt spor 1,5 90 2 352 635 Km Ha Hkg tørstof pr ha. 1000 ton tørstof i alt Motortrafik enkelt spor 1,5 90 519 140 Veje over 6 meter 1 80 9 347 1 496 Veje 3 6 meter 1 70 29 926 4 190 Andre veje 1 5 64 030 640 Vejrabatter i alt 7 101 20 14.2 På baggrund af informationer fra Viborg Kommune (Morten Fischer Jørgensen, personlig meddelelse) er det skønnet, at der i gennemsnit kan indsamles 50 60 hkg pr. km vandløb med et tørstofindhold på 15% (Tabel 13). Tabel 13. Beregning af tørstof fra vandløb. Vandløb grøde Km Hkg pr km Hkg i alt Meget store vandløb 946 60 56 761 Tørstof procent 1000 ton tørstof i alt Mellemstore vandløb 8 322 50 416 091 Større vandløb i alt 9 268 472 853 15 7.1 Husdyrgødning I 2009 udgjorde husdyrgødningsproduktionen 217.000 ton N ( baseret på gødningsregnskab). Heraf blev knap 7% udnyttet til energi (Tafdrup, 2010). Produktionen af husdyrgødning antages, som tidligere beskrevet, i 2020 at udgøre 91% af produktionen i 2009. I scenarieberegningerne er antaget en fordeling på gødningstyper, svarende til fordelingen i 2009. Det antages i scenarierne, at 90% af gyllen og 50% af den øvrige gødning udnyttes til energi eller anden bioraffinering. I modsætning til i dag antages en total udnyttelse af det organiske stof i gyllen. I Tabel 14 er vist produktionen af N opdelt på gødningstyper og en omregning til tørstofindhold baseret på normtal for husdyrgødning (Poulsen et al., 2001). I miljøscenariet fastholdes dagens biogasteknologi for 10% af den udnyttede husdyrgødning, således at kun halvdelen af gødningens tørstofindhold omsættes til biogas, mens resten returneres til jorden. Dette antages målrettet egne af landet med kritisk lavt kulstofindhold i jorden. 20
Tabel 14. Husdyrgødning i 2009 og 2020. Produceret og udnyttet til biogas eller bioraffinering. Gødningstype 2009 Scenarier 91% af produktionen i 2009 Produceret Produceret Udnyttet Produceret Udnyttet Andel udnyttet i Ton N Ton N 1000 ton tørstof scenarier Svinegylle 57 325 52 165 46 949 645 580 Kvæggylle 46 243 42 081 37 873 741 667 Blandet gylle 36 800 33 488 30 140 501 451 Mink og fjerkrægylle 3 893 3 543 3 189 43 38 Dybstrøelse 27 494 25 020 12 510 956 478 Fast gødning 2 100 1 911 956 62 31 Anden husdyrgødning 41 988 38 209 19 105 632 316 Forarbejdet husdyrgødning eksklusiv afgasset biomasse 791 720 360 9 4 I alt i scenarier 216 635 197 138 151 080 3 588 2 566 72% Udnyttelse i 2009 14.731 6.8% 90% 50% Scenarieresultater De samlede scenarieberegninger viser, at der i BAU scenariet vil kunne leveres 4,2 mio. tons tørstof yderligere biomasse til bioraffinering fra dansk landbrug i forhold til leverancen på 2,0 mio. tons tørstof i dag til bioenergi (Tabel 15). Ved en række yderligere optimeringerne og ændret afgrødevalg kan der leveres yderligere 5,3 mio. tons tørstof til bioraffinering, i alt 11,5 mio. tons tørstof fra landbruget. I miljøscenariet gennemføres tiltag, som markant reducerer nitratudvaskningen (Jørgensen, 2012), øger jordens kulstofindhold (reduceret halmfjernelse, flere efterafgrøder og flerårige biomasseafgrøder) og bidrager til øget biodiversitet (ingen kvælstofgødskning på vedvarende græsarealer på lavbund og øget skovrejsning). I miljøscenariet kan derfor kun leveres yderligere 7,9 mio. tons tørstof fra landbruget til bioraffinering i forhold til leverancen i 2009. 21
Tabel 15. Tørstof til bioraffinering fra landbruget. Biomassekilde Halm fra korn og raps Frøgræshalm Energiskov (pil og poppel) Rapsolie til energi eller materialer Raps erstattet med biomasseafgrøder Korn erstattet med biomasseafgrøde Høst af permanent græs på lavbundsarealer Efterafgrøderr Husdyrgødning Millioner tons tørstof i alt Forøgelse i forhold til 2009 Forøgelse i forhold til BAU Total til bioraffinering millioner tons tørstof 2009 BAU 1,47 2,50 0,15 0,47 0,04 0,14 Biomasse Miljø 3,05 0,47 0,14 0,13 0,21 0,11 0,00 0,00 1,41 0,00 0,00 2,83 0,00 0,28 0,39 0,00 0,00 0,49 0,18 2,57 2,57 1,97 6,15 4,19 11,461 9,49 5,30 2,85 0,47 0,14 0,02 1,11 2,24 0,21 0,39 2,44 9,86 7,89 3,71 Figur 9. Tørstof til bioraffinering fra landbruget Effekter for fødevareproduktion Ændringerr i arealanvendelsen som følge aff scenarierne I BAU antages en øget udnyttelse aff rapsolie til energi, og i biomasse ogg miljøscenarierne omlægges area i ler, der i dag primært producerer foder, til biomasseproduktion. Sammen med de forventede ændringer totalt landbrugsareal og produktivitet i planteavl og husdyrbrug medfører det ændringer i den samlede foder og fødevareproduktion. 222
Vi har beregnet konsekvenserne i form af ændring i nødvendigt areal til at producere samme mængde foder og fødevarer som i 2009 (Tabel 16), idet også ændringerne i anvendelse af rapsolie til fødevarer er indregnet relativt i forhold til den samtidige produktion af rapskage til foder (se Tabel 7). I BAU scenariet beregnes en marginal reduktion i fødevarearealet, men i biomasse og miljøscenarierne udgør reduktionen i det nødvendige areal for at opretholde foder og fødevareproduktionen fra 2009 ca. 9% af det samlede landbrugsareal i 2020. At der på trods af en opretholdt produktion af rapsolie til fødevarer i miljøscenariet alligevel sker den største reduktion i fødevarearealet her skyldes, at der antages en øget skovrejsning på i alt ca. 29.000 ha mere end i BAU og biomassescenarierne. Et af de forventede produkter fra bioraffinering er foder. Ved bioraffinering af halm med den proces, som benyttes på Inbicons pilotanlæg, produceres ethanol, lignin og C5 melasse. Sidstnævnte kan enten anvendes til biogasproduktion eller foder, men der mangler endnu grundige undersøgelser af potentialet for foderanvendelse. Ved anvendelse af grøn biomasse til bioraffinering forventes et af produkterne at blive et proteinfoder, da fx græs er langt mere proteinholdigt end halm. De arealer med korn, raps og vedvarende græs på lavbund, som er udtaget af foderproduktionen i biomasse og miljøscenarierne har produceret mellem 4 og 5 tons tørstof/ha, og i alt kan forventes en nedgang i foderproduktionen på knap 1 mio. ton tørstof i de to scenarier. Hvis 10 15% af den mængde halm og grøn biomasse, der er beregnet i scenarierne, omsættes til foder, vil der blive produceret en fodermængde svarende til nedgangen i foderproduktion ved ændret anvendelse af korn, raps og vedvarende græsarealer. Tabel 16. Areal anvendt til fødevarer, biomasseproduktion og øvrige landbrugsarealer i 2009 og scenarier for 2020. 2009 BAU Biomasse Miljø 1000 hektar Biomasse fra landbrug 43,5 143,6 337,4 311,7 Ny skovrejsning på landbrugsjord 20,9 20,9 49,5 Øvrige landbrugsarealer 82,5 78,4 78,4 78,4 I alt ikke fødevarer 126,0 242,9 436,7 439,7 Landbrugsareal fremskrevet med indeks 2 712,7 2 577,1 2 577,1 2 577,1 Tilbage til fødevareproduktion 2 586,7 2 334,2 2 140,4 2 137,4 Arealbehov til oprettelse af fødevareproduktion på 2009 niveau 2 579,8 2 372,9 2 372,9 2 372,9 Påvirkning af fødevareareal 38,8 232,5 235,5 23
Referencer: Andersen HE, Grant R, Blicher Mathiesen G, Jensen PN, Vinther FP, Sørensen P, Hansen EM, Thomsen IK, Jørgensen U & Jacobsen B, 2011. Virkemidler til N reduktion potentialer og effekter. Notat fra Nationalt Center for Miljø og Energi, Aarhus Universitet. Blicher Mathiesen G & Windolf J, 2012. Sårbarhed for N udledning til vandmiljøet Notat til Videncenter for Landbrug: Notat fra DCE Nationalt Center for Miljø og Energi. Dalgaard, T. 2012. Notat vedr. udviklingen i udbytter, fodereffektivitet, gødningsforbrug, og arealudtag ved fremskrivning af dansk landbrug til 2020. Baggrundsnotat for +10 mio. tons planen, Institut for Agroøkologi, AU. Gislum R & Boelt B, 2012. Notat om mængden og anvendelsen af frøgræshalm. Baggrundsnotat for +10 mio. tons planen, Institut for Agroøkologi, AU. Hansen EM, Eriksen J & Vinther FP, 2007. Catch crop strategy and nitrate leaching following grazed grassclover. Soil Use and Management 23, 348 358. Hansen EM, Kyllingsbæk A, Thomsen IK, Djurhuus J, Thorup Kristensen K & Jørgensen V, 2000. Efterafgrøder dyrkning, kvælstofoptagelse, kvælstofudvaskning og eftervirkning. DJF Rapport 37 Markbrug, 50 pp. Jørgensen U, 1997. Genotypic variation in dry matter accumulation and content of N, K and Cl in Miscanthus in Denmark. Biomass and Bioenergy 12, 155 169. Jørgensen, U, 2012. Beregning af effekter på nitratudvasking. Baggrundsnotat for +10 mio. tons planen, Institut for Agroøkologi, AU. Jørgensen U, Sørensen P, Adamsen AP, Kristensen IT. 2008. Energi fra biomasse ressourcer og teknologier vurderet i et regionalt perspektiv. DJF Rapport markbrug nr. 134. Kristensen EF, 2012. Tekniske muligheder for at bjerge en større del af den producerede halmmængde. Baggrundsnotat for +10 mio. tons planen, Institut for Ingeniørvidenskab, AU. Kristensen IS & Jørgensen JR, 2012. Udbytter af korn, halm og roer samt efterladte planterester efter korn i dansk landbrug. Baggrundsnotat for +10 mio. tons planen, Institut for Agroøkologi, AU. 24
Kristensen IS, Kristensen IT, Halberg N, Kristensen T, 2003. Estimering af N balancer og tab fra landbrugsbedrifter i et sammenhængende område ved anvendelse af registerdata og typebedrifter : Illustration af metoden anvendt i Mariager Fjord opland. Vandmiljøplan III, Rapport fra teknisk undergruppe, 33 s. Kristensen, IT & Kristensen, IS, 2004.Farm types as an alternative to detailed models in evaluation of agricultural practise in a certain area. I: Management Information Systems 2004: Incorporating GIS and Remote Sensing, WIT Press, 241 250. Larsen SU, 2010. Arealer med energiafgrøder i Danmark. Artikel nr. 243, Landbrugsinfo 13/7 2010. Larsen SU, Stefanek K & Møller HB, 2010. Udbytter, gaspotentialer og omkostninger ved dyrkning af forskellige afgrøder til biogas. Plantekongres 2010 Sammendrag af indlæg, 236 238. Nielsen L, 2012. Udbytteniveauer ved forskellig drift af lavbundsjord. Baggrundsnotat for +10 mio. tons planen, Institut for Agroøkologi, AU. Poulsen HD, Børsting CF, Rom HB & Sommer SG, 2001. Kvælstof, fosfor og kalium i husdyrgødning normtal 2000. DJF rapport 36, Husdyrbrug. Schjønning P, Heckrath G, Christensen BT, 2009. Threats to soil quality in Denmark: A review of existing knowledge in the context of the EU soil thematic strategy. DJF report Plant Science 143, Aarhus Universitet, 121 s. Schjønning P, de Jonge LW, Munkholm LJ, Moldrup P, Christensen BT & Olesen JE, 2012. Clay Dispersibility and Soil Friability Testing the Soil Clay to Carbon Saturation Concept. Vadose Zone Journal, doi:10.2136/vzj2011.0067. Sevel, L, 2011. Biomasseproduktion i danske pilemarker. Præsentatation ved Plantekongres 2011. Sevel L, 2012. Short rotation coppice willow. Biomass production and environmental impact. PhD thesis Faculty of Sciences, University of Copenhagen and HedeDanmark. Statistikbanken. Høsten af korn m.v. Varedeklaration 24. april 2012. Tafdrup S, 2010. Gyllebaseret biogasproduktion i Danmark. Personlig kommunikation. 25
Datakilder Danmarks Statistik: HST77: Høstresultat efter område, afgrøde og enhed (2006 2011) HALM1: Halmudbytte og halmanvendelse efter område, afgrøde, enhed og anvendelse (2006 2011) Kort og Matrikelstyrelsen: Vandløbstema med vandløbsklassifikation fra vandplan 2011 Kort 10. o o o Vejtema (Motorvej, Motortrafikvej, Vej over 6 meter, vej 3 til 6 meter samt anden vej) Navnetema. (Skov, by og sommerhusområder). Kommunegrænser Ministeriet for Fødevarer, landbrug og Fiskeri: Data fra ansøgning omstøtte i henhold til enkeltbetalingsordningen (EBS) Data fra indberetning af gødningsregnskab (GR) Markblokkort 2009 Aarhus Universitet, Institut for Agroecology Kort over lavbundsområder Kort over Dexterindeks Aarhus Universitet, Institut for Bioscience Kort over N reduktion på oplande 26