Nordvestjysk Folkecenter for Vedvarende Energi Kammersgaardsvej 16, DK-7760 Hurup Thy Tlf.: +45 97956600, fax.: +45 97956565 Homepage: www.folkecenter.dk/plant-oil Email : planteolie@folkecenter.dk NOTAT: RAPSOLIE TIL TRANSPORT 2: LANDBRUG OG ENERGI MARKEDET FOR RAPSOLIE TIL ENERGIFORMÅL Jacob Bugge, 9/11 2000 SAMMENFATNING: Ud fra en overordnet betragtning om bæredygtighed ville det være naturligt, at landbruget bidrog med en betydelig del del af landets energiforsyning og som erhverv havde en positiv energibalance. Idag har landbruget faktisk et bruttoenergiforbrug, som er mere end dobbelt så stort som den eksisterende energiproduktion fra landbrugets biomasse. Der er væsentlig forskel på de forskellige energiformers nytteværdi og udnyttelsesgrad. I denne sammenhæng udgør motorbrændstoffer en særlig klasse. En storstilet udnyttelse af el og brint til disse formål ligger således endnu et stykke ude i fremtiden. Det i notatet definerede substitutionsprincip kan bruges til at optimere anvendelse af de enkelte vedvarende energikilder, så de hver for sig yder det mest værdifulde bidrag, og så de tilsammen dækker hele spektret af energianvendelser. Den koldpressede rapsolie udgør det energi- og miljømæssigt bedste alternativ til fossil diesel med en stærkt positiv energi- og CO 2 -balance. Anvendelse af rapsolie til transport kan substituere landbrugets eget brændstofforbrug og er et oplagt emne for afgiftslettelser. Ved konventionel dyrkning af vinterraps vil landbrugets samlede brændstofforbrug kunne dækkes på godt 10% af landbrugsarealet med samtidig dækning af 20% af landbrugets proteinfoderforbrug og dækning af 81% af landbrugets samlede bruttoenergiforbrug. En udnyttelse af det absolutte arealpotentiale på 20% af landbrugsarealet svarer til en produktion på ca. 180% af landbrugets brændstofforbrug, 35% af proteinfoderforbruget og 145% af bruttoenergiforbruget. Enhver forøgelse af rapsolieproduktionen, såvel non-food som spiseolie, såvel konventionel som økologisk, vil bidrage til potentialet for rapsolie til energiformål, herunder specielt som motorbrændstof i forbindelse med afgiftslettelser. 1
INDHOLD: Sammenfatning 1 1 Landbrug og energi 2 1.1. Energiformer og nytteværdi 2 1.2. Flydende biobrændstoffer 3 1.3. Potentialet for rapsdyrkning 4 1.4. Substitutionsprincippet 6 2 Markedet for rapsolie til energiformål 7 3 Referencer og nøgletal 8 1. LANDBRUG OG ENERGI: Det aktive driftareal i landbruget dækker knap 2/3 af Danmarks samlede landareal; i 1998 var det 62% med 2,672 millioner ha ud af 4,308 millioner ha [1]. Samtidig udgør landbruget og skovbruget de eneste produktionserhverv, som bygger direkte på solenergi. Dette sker ved produktion af forskellige former for biomasse, som kan anvendes til fødevarer, direkte og indirekte i form af foder, samt til energi. Ud fra en overordnet betragtning om bæredygtighed vil det derfor være naturligt, at landbruget bidrager med en betydelig del del af landets energiforsyning. Omvendt forekommer det naturstridigt, dersom landbruget, og i særlig grad det økologiske landbrug, kun kan drives med et resulterende forbrug af fossil energi, altså med en negativ energibalance. Imidlertid er dette netop tilfældet nu. Som forholdene er idag, har landbruget faktisk et bruttoenergiforbrug, som er mere end dobbelt så stort som den eksisterende energiproduktion fra landbrugets biomasse. Således er bruttoenergiforbruget på selve landbrugsbedrifterne, altså eksklusiv energiforbrug til kunstgødning og planteværn for 1998, opgjort til 33,413 PJ, hvilket er 12,5 GJ/ha [1]. Alene energiforbruget til kvælstofgødning udgjorde i 1998 mindst 10 PJ [1], [4]; dette svarer til en forøgelse af landbrugets bruttoenergi på 30%. Den modsvarende faktiske energiproduktion fra biomasse udgjorde 6,0 GJ/ha, ialt 16,029 PJ; heraf var 13,359 PJ fra halm og 2,670 PJ fra biogas [2]. 1.1. ENERGIFORMER OG NYTTEVÆRDI: Der er væsentlig forskel på de forskellige energiformers nytteværdi og udnyttelsesgrad. En optimal bæredygtig energianvendelse på basis af vedvarende energi kræver derfor udnyttelse af de enkelte vedvarende energikilders muligheder således, at de hver for sig yder det mest værdifulde bidrag, og så de tilsammen dækker hele spektret af energianvendelser. Den simpleste og mindst værdifulde energiudnyttelse er varmeproduktion. El er en mere alsidig og hermed mere værdifuld energiform, som er højeffektiv til stationære formål. Kraftvarme giver hermed en bedre ressourceudnyttelse end varmeproduktion alene. 2
I denne sammenhæng udgør motorbrændstoffer en særlig klasse, fordi de faktisk ikke kan erstattes af andre drivmidler til mobile anvendelser. En storstilet udnyttelse af el og brint til disse formål ligger således endnu et stykke ude i fremtiden. De faste biobrændsler, herunder halm, kan umiddelbart anvendes til varmeproduktion i fyringsanlæg. Med mere avancerede anlæg kan de udnyttes til kraftvarme; anlægsprisen er dog stadig en begrænsende faktor. De faste biobrændsler dækker således naturligt varme- og til en vis grad kraftvarmeproduktion. Med dagens teknologi kan biogas umiddelbart bruges i både fyringsanlæg og kraftvarmeanlæg. Desuden kan den anvendes til mobile formål, men kræver hertil ændringer i motorkonstruktion, ligesom brændstofbeholderen fylder forholdsvis meget. Biogas er derfor umiddelbart bedst egnet til kraftvarmeproduktion. Flydende biobrændstoffer som rapsolie, biodiesel og ethanol er de mest alsidige, fordi de nemt kan anvendes til varmeproduktion, til kraftvarme og til mobile anvendelser. Landbrugets negative energibalance gælder i særlig grad motorbrændstoffer, idet forbruget ikke modsvares af nogen nævneværdig produktion. Dieselforbruget til landbrugsmaskineri udgjorde 283 millioner liter i 1998 [1]. Det svarer til et gennemsnit på ca. 105 liter diesel/ha, som må formodes at gælde for både konventionelt og økologisk jordbrug. Med et bruttoenergiindhold på 39,5 MJ/l [3] udgør dieselforbruget 11,179 PT, altså godt 33% af landbrugets bruttoenergiforbrug. Som led i en optimal bæredygtig energianvendelse er der således al mulig grund til at gøre produktion af motorbrændstoffer på basis af biomasse til et særligt indsatsområde. 1.2. FLYDENDE BIOBRÆNDSTOFFER: Koldpresset rapsolie kan bruges som erstatning for fossilt diesel efter en mindre modifikation af motoren. Olien er hverken brandfarlig, sundhedsskadelig eller forurenende. Presningen foregår på et billigt anlæg med lavt energiforbrug [3], og hele fremstillingen kan foregå på den enkelte gård, så foderkagerne kan anvendes på stedet eller sælges lokalt. Biodiesel kan umiddelbart bruges som erstatning for fossilt diesel. Imidlertid er biodiesel i sig selv sundhedsskadelig, forurenende og brandfarlig. Presningen og den efterfølgende esterificering udgør en industriproces med højt energiforbrug, som kræver et dyrt, centralt produktionsanlæg [3], [4]. Den koldpressede rapsolie udgør således det energi- og miljømæssigt bedste alternativ til fossil diesel. Energi- og CO 2 -balancen for rapsafgrøden er også stærkt positiv, [5]. Ethanol kan ikke erstatte benzin, men indgå som additiv. Benzinen er fortsat sundheds- og miljøfarlig samt yderst brandfarlig. Ethanolens værdi kan især ligge på miljøområdet som erstatning af MTBE, men anvendelsen kan blive væsentligt 3
begrænset af andre miljøkrav, fordi ethanol øger benzinens fordampning. Ligesom for biodiesel er der tale om en industriel produktionsproces med højt energiforbrug [4]. Som det fremgår, er den koldpressede rapsolie i særklasse som motorbrændstof. Den bedste energimæssige anvendelse af rapsolie er derfor mobile formål. Ud over anvendelsen af rapsolie som motorbrændstof ligger der et stort potentiale i de øvrige dele af afgrøden, nemlig rapskagerne og rapshalmen. 1.3. POTENTIALET FOR RAPSDYRKNING: Der ligger et stort uudnyttet potentiale for rapsdyrkning i det danske landbrug som helhed. Under de gunstige afregningsforhold frem til 1991 voksede produktionsarealet til 280.000 ha, hvilket er 10,5% af det samlede landbrugsareal på 2.672.000 ha [1]. Ved konventionel dyrkning svarer dette til en produktion på 840.000 tons rapsfrø. Ved koldpresning udvindes 1/3 olie, dvs. 280.000 ton og 2/3 foderkage, dvs. 560.000 ton; hertil kommer en halmproduktion på omkring 1,1 million ton [3]. En olieproduktion på 280.000 ton svarer til 304 millioner liter rapsolie, som modsvarer 289 millioner diesel, altså mere end landbrugets samlede brændstofforbrug. Som nævnt ovenfor modsvarer dette 11,2 TJ eller godt 33% af landbrugets bruttoenergiforbrug. En foderkageproduktion på 560.000 tons svarer til 623 millioner foderenheder (FE), 20% af landbrugets samlede forbrug af proteinfodermidler på 3131 millioner FE og mere end 1½ gange så meget som den samlede indenlandske produktion på 398 millioner FE [1], [6]. Det samlede energiindhold er på 10,8 TJ. En halmproduktion på ca. 1,1 million ton svarer til et bruttoenergiindhold på 15,9 TJ, hvilket svarer til hele den eksisterende energiproduktion fra biomasse, 48% af landbrugets samlede bruttoenergiforbrug på 33,4 TJ og mere end 6 gange så meget som landbrugsbedrifternes egetforbrug af halm til energiformål på 158.000 ton [1]. Sammen med rapsolien modsvarer det 81% af landbrugets bruttoenergiforbrug. Det faktiske bruttoenergiforbrug til rapsdyrkning inklusiv kunstgødning og planteværn svarer til gennemsnittet for landbrugsdrift som helhed eksklusiv kunstgødning og planteværn [5]. En forøgelse af rapsarealet forøger således ikke landbrugets samlede bruttoenergiforbrug. Ved konventionel dyrkning af vinterraps ville landbrugets samlede brændstofforbrug altså kunne dækkes på godt 10% af landbrugsarealet med samtidig dækning af 20% af landbrugets proteinfoderforbrug og dækning af ialt 81% af landbrugets samlede bruttoenergiforbrug. Sammen med den eksisterende biomasseproduktion ville det faktisk også gøre landbrugets energibalance positiv. 4
Til sammenligning kan det nævnes, at fortidens brændstof i landbruget, havren, i 1938 lagde beslag på 380.955 ha, knap 12% af det daværende landbrugsareal på 3.268.000 ha og knap 28% af korn- og bælgsædarealet på 1.377.000 ha [7]. Langt størstedelen af dette areal, antagelig ca. 355.000 ha, blev brugt til foder; havrearealet i 1990-1992 var således kun på 26.000 ha [1]. Det bemærkes, at både kerne og halm blev brugt til foder. Hertil kommer, at fodringen af heste tillige lagde beslag på ca. 460.000 ha med roer samt græs og hø [7], [8]; se tillige nøgletallene for hestefoder i dette notat. Alt ialt har fodringen af landbrugets arbejdsheste lagt beslag på ca. 815.000 ha, 25% af det samlede landbrugsareal. Det vil sige, at landbrugets nuværende brændstofbehov kan dækkes med rapsolie på 40% af det areal, som blev anvendt samme formål i 1930erne. Det er værd at bemærke, at dette gælder samtidig med, at mekaniseringen har erstattet størstedelen af den manuelle arbejdskraft, og at der er en betydelig sideløbende produktion af rapskager og rapshalm. Med et samlet sædskifteareal på ca. 2.500.000 ha er det maksimale arealpotentiale for rapsdyrkning på ca. 500.000 ha [3]. Det er stadig kun 80% af det areal, som fodringen af arbejdsheste lagde fuldt beslag på i 1930erne. Den tilsvarende rapsproduktion kunne levere ca. 180% af landbrugets brændstofforbrug, 35% af proteinfoderforbruget og 145% af bruttoenergiforbruget. 5
1.4. SUBSTITUTIONSPRINCIPPET: Det ville selvfølgelig være mest nærliggende at dække landbrugets eget energiforbrug direkte ved hjælp af biomasse. Som led heri kunne landbrugsmaskineriet drives på rapsolie. Det ville også give umiddelbare miljømæssige forbedringer i landbruget. Blandt andet ville nedsivning af brændstof ved spild og lækager blive ufarlig. I Tyskland er der traktorer, som kører på rapsolie, først og fremmest på grund af miljøhensynet. Imidlertid vil det overordnet set have samme virkning, hvis rapsolien bruges til vejtransport, hvor det samlede brændstofforbrug på 4.411 millioner liter er 15 gange så stort [9]. Det svarer til, at halmen anvendes centralt istedet for at blive brugt på den enkelte gård. Dette kan ske med uændret nytteværdi af halmen, hvis et centralt kraftvarmeværk træder istedet for et decentralt kraftvarmeværk på gården, eller hvis halmen anvendes i et fjernvarmeværk i stedet for i et halmfyr. Hvis et centralt kraftvarmeværk træder istedet for et halmfyr på gården, er der tale om en forbedring af nytteværdien. Substitutionsprincippet defineres således: En produktion eller anvendelse af et produkt udgør en substitution for en given vedvarende energiform, hvis produktionen/anvendelsen enten medfører en forøgelse af den pågældende vedvarende energiproduktion eller erstatter denne med en vedvarende energiproduktion, som mindst har den samme nytteværdi. Dette substitutionsprincip åbner mulighed for den bedst mulige udnyttelse af de vedvarende energiressourcer, heriblandt rapsolie til transport som substitution for dækning af landbrugets eget brændstofforbrug. En storstilet anvendelse af rapsolie som motorbrændstof kan igangsættes hurtigt og forholdsvis billigt inden for transportsektoren med dennes mere standardiserede motorteknologi, medens landbrugets meget forskelligartede maskineri kræver en længere omstillingsperiode. Denne kan naturligt følges med en mere langsigtet introduktion af el og brint til vejtransport. Med en dansk produktion af rapsolie til transportformål vil landbruget således kunne bidrage til at gøre transportsektoren mere miljøvenlig. Netop denne sektor har i mange år været præget af manglende positive resultater på miljøområdet og stigende bidrag til energiforbrug og drivhuseffekt. Et gennembrud for rapsolie kan sætte nyt skub i udviklingen. En anden og meget væsentlig effekt af substitutionsprincippet er, at enhver forøgelse af rapsolieproduktionen, herunder også som spiseolie, vil forøge potentialet for rapsolie og andre planteolier som motorbrændstof. Dette skyldes, at markedet for spiseolie er mættet, så en ny produktion, for eksempel af økologisk rapsolie, vil fortrænge en tilsvarende mængde spiseolie, som herved bliver til rådighed for energiformål. Effekten forstærkes af nedennævnte ringe prisforskel på non-food rapsolie og rapsolie til spisebrug. 6
2. MARKEDET FOR RAPSOLIE TIL ENERGIFORMÅL: I Tyskland, hvor teknologien til modifikation af dieselmotorer er udviklet, er rapsolie fritaget for dieselafgift. Der er derfor et stadigt voksende marked for konvertering af biler. I en periode uden kompensation til landbruget for dieselafgifter har der også været tilløb til et egentligt marked for konvertering af traktorer, men udviklingen er sat i stå igen. I Danmark er rapsolie til transport belagt med samme afgifter som diesel. Det er derfor først med de stigende oliepriser, at der for alvor er kommet interesse for at køre på rapsolie. En eventuel afgiftslettelse kan for alvor sætte gang i udviklingen. I og med, at landbruget kun betaler halv CO 2 -afgift, og derfor ikke kan høste fordel af en afgiftslettelse, må det påregnes, at udviklingen ihvertfald i første omgang vil foregå inden for transportsektoren, hvor det som nævnt ovenfor også er hurtigere og billigere at introducere rapsolien. Indtil videre er det danske forbrug af planteolie til transport stort set blevet dækket ved indførsel af non-food rapsolie fra Tyskland, men på det seneste er der kommet danske leverandører til. Fremover må der forventes et stigende marked for rapsolie til energiformål, også på grund af kraftigt stigende efterspørgsel på rapsolie til fyring som erstatning for almindelig fyringsolie. Ved denne konkurrerende anvendelse er rapsolien fritaget for olieafgift. Hermed støttes faktisk den ringeste brug af rapsolien, medens anvendelse til kraftvarme og i endnu højere grad til transport fortsat bremses af afgifter. En afgiftslettelse for rapsolie til transport vil forstærke markedet og samtidig bringe udviklingen i overensstemmelse med ovennævnte princip om, at en optimal bæredygtig energianvendelse forudsætter bedst mulig udnyttelse af de enkelte energiformers nytteværdi med motorbrændstof i særklasse. Med en stigende efterspørgsel på rapsolie til energi og en begrænset prisforskel (ca. 20 øre/l i september 2000) er der i realiteten tale om et åbent marked, som omfatter både non-food raps og raps som reformafgrøde (afgrøde med EU-støtte). Sidstnævnte indgår allerede i produktionen af rapsolie til energiformål. Det vil sige, at al rapsdyrkning i Danmark, både som reformafgrøde og non-food, indgår i markedsgrundlaget for rapsolie til energiformål. Med en fortsættelse af den nuværende udvikling må det forventes, at en voksende del af den rapsolie, som er baseret på reformafgrøder, i fremtiden vil blive anvendt til energi. Ligeledes må det forventes, at der vil være afsætning for en stigende økologisk produktion af rapsolie, særligt hvis prisen for foderkager kan sikre den økologiske olies konkurrencedygtighed. Ifølge det ovenfor beskrevne substitutionsprincip vil en sådan stigning i produktionen af økologisk rapsolie forøge det samlede potentiale for forsyningen af rapsolie til transport og andre energiformål, også hvis den økologiske rapsolie udelukkende anvendes som spiseolie. 7
3. REFERENCER OG NØGLETAL: REFERENCER: [1] Landøkonomisk Oversigt 1999, Udgivet af De Danske Landboforeninger. Kan findes på www.ddl.dk. [2] Energistyrelsens statistik, www.ens.dk/statistik/98/ [3] Jacob Bugge: Anvendelighed af rapporten EMBIO som grundlag for vurdering af biodiesel og koldpresset rapsolie, Nordvestjysk Folkecenter for Vedvarende Energi 2000. Kan findes på www.folkecenter.dk. [4] EMBIO - Energistyrelsens Model til økonmomisk og miljømæssig vurdering af BIObrændstoffer, Januar 1997, Udarbejdet af COWI. [5] Notat: Rapsolie til transport: Energi- og CO 2 -balance, Nordvestjysk Folkecenter for Vedvarende Energi 2000. Kan findes på www.folkecenter.dk. [6] Fodermiddeltabel, Sammensætning og foderværdi af fodermidler til kvæg, Rapport nr. 91. Landsudvalget for Kvæg, Oktober 2000. [7] Landbrugsstatistik 1900-1965, Bind I, Statsitiske Undersøgelser Nr. 22, Danmarks Statistik 1968. [8] Oplysninger om arbejdshestes foderforbrug fra Landbrugets Rådgivningscenter ved Erik Clausen. [9] Nøgletal for transport 1999, Danmarks Statistik. Kan findes på www.dst.dk. 8
NØGLETAL: Foderværdi og energiindhold i rapskager fra koldpresning af rapsolie [6]: Foderværdi i foderenheder (FE) af rapskager fra koldpresning af rapsolie FE/kg tørstof % tørstof FE/kg rapskage 1,25 89 1,1125 Energiindhold i rapskager fra koldpresning af rapsolie Art % af tørstof Energi, MJ/kg Energi MJ/kg rapskage Protein 33,7 23,9 8,05 Fedt 14,6 39,8 5,81 Kulhydrat 44,6 17,6 7,85 Ialt i tørstof 92,9 21,71 Ialt ved 89% tørstof 19,32 Sammensætning af hestefoder og relativt arealforbrug hertil i 1938 [7], [8]: Sammensætning af dagligt foder i % af samlet foderforbrug (10% = 1 FE) Art Havre med halm Rodfrugter Græs/hø Sommer 20 0 80 (græs) Vinter 65 20 15 (hø) Årsgennemsnit 42,5 10 47,5 Forbrug, udbytte/ha samt arealforbrug til foder målt i % i forhold til tal for havre Forbrug i % Udbytte/ha og i % Arealforbrug i % Havre med halm 100 3445/100 100 Rodfrugter 23,5 6265/182 13 Græs og hø 111,8 3300/96 116 I alt 235,3-229 9