sou · GVB336 · 2008-01-01 00:00:00 — Jämfört med dagens största biogasanläggningar blir rötrest- produktionen i en utbyggd Norrköpingsanläggning cirka 20 till 30 gånger större och transportavståndet 3 till 6 gånger längre. En bedömning är därför att samproduktion av etanol och biogas fram- för allt passar i mindre anläggningar eller i större anläggningar där enbart delströmmar utnyttjas. Ett annat alternativ är effektivare teknik för hantering och transport av rötrest, t.ex. via pumpning i rörledningar eller separering av rötresten i en fast och en flytande del. Ett annat alternativ vid begränsad avsättning av drank som foder är att torka och pelletera denna och utnyttja den för värme- produktion. Jämfört med nettoutbytet av drivmedel vid sampro- duktion av etanol och biogas blir nettoutbytet av drivmedel och värme högre när dranken utnyttjas som bränsle. Däremot blir nettoutbytet av drivmedel per hektar lägre. Glycerol från RME produktion går också att samröta i vissa mängder som ger ett högre nettoutbyte. Vid produktion av etanol från lignocellulosa (t.ex. energiskog i olika former) kan biprodukten lignin utnyttjas för produktion av pellets eller el och värme. Om t.ex. etanol samproduceras med el och värme kan det totala nettoenergiutbytet per hektar i stort sett fördubblas jämfört med när enbart drivmedel produceras. sjunker utbytet av drivmedel per hektar vid samproduktion. Jäm- fört med värme- eller kraftvärmeproduktion blir det totala Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk energiutbytet vid samproduktion med etanol lägre (Figur 3.6). Vid förgasning av lignocellulosa till olika drivmedel kan också samproduktion med el och värme ske. På samma sätt som för etanol ökar normalt totalverkningsgraden medan utbytet av drivmedel minskar något. Figur 3.6 Utbyte av etanol, fjärrvärme och el (MWh brutto per hektar och år) från ett hektar i södra slättbygder när olika omvandlingssystem utnyttjas De drivmedelskombinat som har högst totalverkningsgrad, kring , genererar ofta en stor andel värme vilket förutsätter ett stort värmeunderlag för att få avsättning för denna värme. Efter- som en storskalig produktionsanläggning för biodrivmedel, t.ex. ett förgasnings- eller etanolkombinat, förväntas producera drivmedel, el och värme jämnt över året krävs stora fjärrvärmesystem för att få avsättning av värmen även . En grov upp- skattning är att den totala värmeproduktionen i ett fjärrvärme- system bör vara minst dubbelt så stor som värmeproduktionen i ett drivmedelskombinat för att denna överskottsvärme ska fungera som baslast året om i fjärrvärmesystemet. Stora drivmedels- kombinat kan därför kräva fjärrvärmesystem som är i storleks- ordningen fjärrvärmeleverans eller mer, vilket ungefär motsvarar de tio största fjärrvärmenäten i . Dessa stora fjärrvärmesystem återfinns i största tätorter där en Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk lokalisering av ett storskaligt drivmedelskombinat kanske kan vara problematiskt. En annan möjlighet är att integrera med skogsindustrier, t.ex. massabruk och större sågverk, men detta har inte undersökts närmare i denna studie utan behöver analyseras vidare. Ett alternativ är att minska värmeöverskottet och öka driv- medels- och/eller elproduktionen i ett energikombinat. minskar då totalverkningsgraden något och kan bli kring , ibland lägre. I dessa fall krävs mindre fjärrvärmesystem som för vissa kombinat endast behöver vara i storleksordningen fjärrvärmeleverans , vilket motsvarar cirka 50 fjärr- värmenät i . Detta innebär att möjligheterna att samlokalisera drivmedels- och kraftvärmeproduktion bör öka väsentligt. Pelletskombinat under utveckling visar att samproduktion av pellets, el och värme kan ske med en mycket hög totalverknings- grad som värmeöverskottet hålls lågt. En anledning till detta är att ångan som genereras för torkning utnyttjas på ett så effektivt sätt som möjligt genom optimerad elproduktion och efter torkning återvinns för värmeproduktion. Detta koncept är lämpligt i områden med stor tillgång på bioråvara (t.ex. vedråvara) och som har ett begränsat värmeunderlag. Dessa kombinat kräver fjärr- värmesystem som har en fjärrvärmeleverans kring endast cirka 80 GWh , vilket motsvarar knappt 100 fjärrvärmenät . En annan möjlighet är att utnyttja befintliga kraftvärmeverk och integrera dessa med t.ex. produktion av drivmedel, pellets m.m. utnyttjas inte dessa kraftvärmeverk fullt ut för elproduktion efter- som det finns en begränsad avsättning av värme under sommar- halvåret. Detta potentiella värmeöverskott skulle t.ex. kunna utnyttjas för torkning av vedråvara eller stråbränslen som sedan pelleteras. En teoretisk beräkning visar att med dagens potentiella värmeöverskott i befintliga kraftvärmeverk skulle ett flertal tiotals TWh pellets kunna produceras. En mer realistisk och praktisk uppskattning kanske är mellan 5 till pellets när endast en mindre andel av det potentiella värmeöverskottet utnyttjas. Samti- digt ökar då också elproduktionen. Eventuellt skulle också värme- överskottet kunna utnyttjas för t.ex. produktion av etanol från spannmål. Om t.ex. av det potentiella värme- överskottet utnyttjas för värmeproduktion skulle dagens kraft- värmeverk teoretiskt kunna producera etanol och ytterligare knappt el. Som jämförelse produceras cirka Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk el i dagens kraftvärmeverk och en utbyggd etanolanläggning i kommer att producera etanol. 3.3.2Regionala skillnader i förutsättningarna att öka avsättningen av biobränslen. Det finns stora regionala skillnader i förutsättningarna för att öka avsättningen av biobränslen från både jord- och skogsbruket för fjärrvärme- och kraftvärmeproduktion. En grov uppskattning är att de tekniska förutsättningarna för att öka användningen av bio- bränslen för fjärrvärme- respektive elproduktion via kraftvärme uppgår till vardera fram . Av denna tekniska avsättningspotential om återfinns knappt hälften i , cirka en fjärdedel i län samt en stor andel i och övriga delar av . Med undantag för sammanfaller dessa regionala förut- sättningar för biobränsleavsättning relativt väl med de regionala produktionsförutsättningarna för jordbruksbaserade biobränslen. Tätbefolkade områden med stora fjärrvärmesystem sammanfaller således ofta med utpräglade jordbruksbygder. Förutom att öka användningen av jordbruksbaserade biobränslen för fjärrvärme- och kraftvärmeproduktion kan också användningen av skogsbränslen öka. De regionala förutsättningarna för ett ökat skogsbränsleuttag skiljer också relativt mycket mellan olika län. I utpräglade jordbrukslän är de tekniska/fysiska förutsättningarna för ett ökat skogsbränsleuttag relativt små. I utpräglade skogslän dominerar dock skogsbränslepotentialen stort även när en stor andel av länets utnyttjas för energiproduktion. Ett alternativ till inhemsk produktion av biobränslen är import. Eftersom import av biobränslen till allra största delen sker, och förväntas ske, via båttransport är en förutsättning att det finns tillgång på hamnar och att dessa är lämpliga för hantering av biobränslen. En bedömning är att dagens förutsättningar för att importera fasta biobränslen med båt är bäst i och , följt av , dvs. i de tre län som de tek- niskt/fysiska förutsättningarna för att öka biobränsleanvändningen för fjärrvärme- och kraftvärmeproduktion bedöms vara som störst. Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk Genom att förädla biobränslen till pellets öppnar sig en stor marknad inom småskalig uppvärmning av småhus, flerbostadshus och lokaler. De tekniska förutsättningarna för att öka användning av pellets för småskalig värmeproduktion bedöms vara stora, kanske mellan 5 till beroende på hur stor andel som kommer att utgöras av andra uppvärmningssystem som t.ex. värmepumpar. Den potentiella avsättningen av pellets är som störst i , följt av och län. Pellets skiljer sig från flis och oförädlade stråbränslen på så sätt att pellets är mindre kostnadskänsligt för ökade transportavstånd. Därför är kopplingen mellan regional produktion och regional avsättning betydligt svagare för pellets. Pellets kan också vara aktuellt för export, speciellt om transport kan ske med båt. De regionala förutsättningarna för att producera drivmedel från jordbruksgrödor med dagens produktionssystem beror framför allt på två faktorer, dels tillgång på råvara, dels möjligheter att få avsättning för biprodukter. utnyttjas biprodukter från RME- och etanolproduktion, dvs. rapskaka (små anläggningar som ut- nyttjar pressning) och rapsmjöl (större anläggningar som utnyttjar extraktion) respektive drank, som proteinfoder vid djurpro- duktion. Rapsmjöl klassas som ett högkvalitativt proteinfoder medan kvaliteten på drank från etanolproduktion behöver för- bättras för att fungera som en fullgod ersättare till dagens protein- foder. leder ojämna temperaturer vid torkning av dranken till att foderkvaliteten varierar. En uppskattning är att dessa foderprodukter kan utgöra upp till av totala foder- konsumtionen vilket motsvarar en teoretisk maximal avsättnings- potential om ts. kommer produktionen av drank och rapsmjöl (inklusive en mindre del raps- kaka) att uppgå till ts i (cirka 1/3 raps- produkter och 2/3 drank). Rapsodlingsarealen beräknas kunna öka från dagens till maximalt utifrån de växtföljds- restriktioner som är aktuella . Om ytterligare rapsodling utnyttjas för RME-produktion fås Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk drivmedel respektive ts proteinråvara. Som jämförelse uppgår dagens införsel av rapsfoderprodukter från till ts. En ökad RME-produktion skulle således generera rapsmjöl som till största delen skulle kunna ersätta denna införsel. När det gäller RME-produktion är inhemsk produktion av rapsfrö således mer begränsande än avsättning av rapsmjöl inom inhemsk djurproduktion, utifrån dagens tekniska/biologiska förutsättningar. När det gäller spannmålsbaserad etanol respektive drank är situa- tionen den omvända . Här är avsättningen av drank mer begränsande än odlingen av spannmål utifrån dagens tekniska/bio- logiska förutsättningar (Figur 3.7). En bedömning är att den praktiska avsättningspotentialen för drank som foder blir uppfylld när etanolanläggningen i är utbyggd. Denna praktiska potential motsvarar ungefär en tredjedel av den teoretiska. Vid en ytterligare ökad etanolproduktion från spannmål bedöms därför dranken framför allt utnyttjas för andra ändamål, t.ex. biogasproduktion eller förbränning. Figur 3.7 Andelen drank från den utbyggda etanolanläggningen i Norr- jämfört med det totala behovet av foder i mjölkproduk- tion () inom olika regioner Maximal andel drank i foder Gns, Ss & Gsk Beroende av beräkningsmetodik kan olika resultat fås vad gäller energieffektivitet och energiutbyte från olika biobränslesystem. Den beräkningsmetodik som används i denna studie baseras på energianalys enligt energy input – energy output-metoden som Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk utvecklades i början av 1970-talet.TPF10FPT En sammanställning av svenska och internationella energianalyser av t.ex. bioetanol visar att energi- balansen (drivmedelsutbyte / total energiinsats exkl. energi i insatt spannmål) kan variera relativt mycket men oftast ligga inom intervallet 1,2 till 2. De två faktorer som påverkar resultaten mest är systemgränsdragning samt allokeringsmetod. Beroende på hur energiinsatsen fördelas mellan drivmedel och biprodukter fås olika resultat. Om systemgränserna utvidgas så att i detta fall bipro- dukten drank antas ersätta importerat sojaproteinfoder ökar energibalansen väsentligt, eftersom energiinsatsen för att producera och transportera sojaprotein är betydligt större än att producera inhemsk drank. Slutsatsen från detta är att rättvisande jämförelser endast kan göras när de bakomliggande metodantaganden är lika. 3.3.3Illustration av effekter på mängden producerad bioenergi på nationell nivå för några biobränslesystem presenterades ett antal räkneexempel över hur mycket bioenergi svenskt jordbruk kan producera beroende på vilka energigrödor som odlas, hur odlingarna fördelas över landet, vilken typ av som utnyttjas samt vilket tidsperspektiv som avses. I detta avsnitt görs också ett antal räkneexempel men här ligger fokus på förutsättningarna för förädling och avsättning av biobränslen. Utredningen har valt att i ett antal räkneexempel illustrera vilka effekter några jordbruksbaserade biobränslesystem har på mängden bioenergi som kan produceras inom svenskt jordbruk. Orsaken till att mängden biobränslen som kan produ- ceras skiljer sig mellan olika biobränslesystem är att respektive biobränslesystem har olika effektivitet i fråga om energiskörd per hektar och omvandlingsförluster vid förädling till färdig energi- bärare. 10TP PT Två alternativa metoder är exergi- respektive emergianalys. I exergianalys beräknas inte bara energiförlusterna genom produktionssystemet utan också förluster av energikvalitet. Vid jämförelser av olika bioenergisystems energieffektivitet tillför exergianalys relativt be- gränsad merinformation jämfört med energianalysmetoden. Anledningen är att energi- kvalitetsförlusterna är liknande för biobränsleproduktionssystem eftersom sammansätt- ningen av den hjälpenergi i form av fossila bränslen, el mm som används är snarlika. Emergianalys är en betydligt mer omfattande och tidskrävande analys än exergianalys. Emergi definieras som den ackumulerade mängd resurser som krävts för att producera en vara, tjänst eller ett bränsle. Den ackumulerade mängden resurser uttrycks vanligen som solekvivalenter, eller solemergijoule (sej). Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk För att möta ett potentiellt ökat behov av biobränslen om cirka i utbyggda fjärrvärme- och kraftvärmesystem krävs, som framgår av figur 3.8 energiskogs- odling (av dagens åkermarksareal) bestående av en mix av Salix, , hybridasp och gran. Om stråbränslen som rörflen, helsäd och hampa odlas i stället krävs mer åker- mark. Om tillgången på halm för energiändamål utnyttjas fullt minskar behovet av energiskogsodling till motsvarande av totala åkermarksarealen. Om dessutom nedlagd jordbruksmark utnyttjas för odling av snabbväxande lövträd och gran kan behovet av energiskogsodling minska ytterligare, till motsvarande av åkermarken. Genom växtförädling och förbättrade odlingsmetoder bedöms produktiviteten i energi- odlingar kunna öka med vilket innebär att åkermarksbehovet minskar i ungefär samma utsträckning. Figur 3.8 Behov av för odling av energiskog (maximalt halva arealen salix och resterande del , hybridasp och gran) med dagens produktionsförutsättningar för att tillgodose ett upp- skattat biobränslebehov för utbyggd fjärrvärme- och kraftvärme- produktion kring 2020. Som jämförelse anges hur mycket stråbränslen (hälften rörflen och resterande del helsäd och hampa) som kan produceras på motsvarande areal, samt till- gången på halm för energiändamål baserat på dagens spann- måls- och oljeväxtodling. Dessutom anges ett exempel på hur mycket biobränslen som kan produceras nedlagd jordbruksmark med medelbonitet när , hybridasp och gran odlas Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk Om i stället används för drivmedelsproduktion kan (brutto) etanol från spannmål alternativt energiskog fås eller drygt (brutto) biogas från vall och majs. Bruttoproduktionen av metanol/DME från förgasning av energi- skog eller stråbränslen uppskattas kunna bli 11,5 respektive (brutto). Som jämförelse motsvarar ungefär av dagens drivmedelsförbrukning i (Figur 3.9). För att pro- ducera dessa biodrivmedel krävs diesel som motsvarar 4 till 8 pro- cent av biodrivmedlens energiinnehåll. Dessutom krävs energi- insatser i form av el och värme i olika grad. Baserat på uppskattade produktionsförutsättningar kring beräknas biodrivmedels- produktionen kunna öka med . Om dessutom förbättrade produktionsförutsättningar för foder- och livsmedels- grödor medför att ytterligare frigörs för energiproduk- tion (förutsatt att behovet av foder- och livsmedelsgrödor är ) kan produktion av biodrivmedel öka . System baserade på biogas från vall och majs respektive metanol/DME från stråbränslen genererar i detta fall drivmedel som motsvarar av dagens drivmedelsförbrukning. Metanol/DME från energiskog skulle kunna utgöra en ännu större andel, . Figur 3.9 Bruttoproduktion av biodrivmedel (dvs. av dagens åkermarksareal) utifrån dagens produk- tionsförutsättningar samt produktion av biprodukter och totala energiinsatser för respektive produktionssystem Biogas - vall & Metanol/DME - Metanol/DME - Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk Produktionen av etanol spannmål genererar motsvarande knappt drank, varav bedöms kunna användas som foder i dagens djur- produktion. Resterande del kan användas för energiändamål. Behovet av energi för att driva detta produktsystem är i samma storleksordning som drankens energiinnehåll. Vid produktion av drygt biogas vall och majs krävs energi. Motsvarande behov vid framställning av drygt metanol/DME från energiskog är . När energiskog utnyttjas för produktion av etanol fås ungefär lika mycket lignin som biprodukt, , och energiinsatsen för detta produktsystem uppskattas till knappt (dvs. mot- svarande ungefär 25 av biproduktens energiinnehåll). När energiskog (en mix av Salix, , hybridasp och gran) utnyttjas som råvara i potentiella etanolkombinat kan teoretiskt etanol, el och värme pro- duceras i cirka 13 stycken anläggningar (baserat på en genom- snittlig föreslagen typanläggning). Som jämförelse uppskattas det finnas 11 stycken tillräckligt stora fjärrvärmesystem som kan ta emot detta värmeöverskott och som levererar cirka 3 gånger mer värme totalt sett. Om energiskogsråvaran i stället utnyttjas i potentiella metanol/DME-kombinat kan teoretiskt ungefär drivmedel, el och värme produceras i cirka 7 stycken anläggningar (baserat på en genomsnittlig föreslagen anläggning). Trots att dessa metanol/DME-kombinat antas vara dubbelt så stora som etanolkombinat bör den lägre produktionen av överskotts- värme leda till något större förutsättningar för integration med t.ex. fjärrvärmesystem. Genom en fortsatt utbyggnad av fjärrvärme- och kraftvärmeproduktion bedöms det potentiella värmeunderlaget för drivmedelskombinat kunna öka med till 2020. Till detta kommer potentiella värmeunderlag inom skogsindustrin. Ett annat alternativ är att utnyttja energiskog för pellets- och elproduktion i befintliga kraftvärmeverk. Genom att utnyttja av dagens teoretiskt maximala potential av överskottsvärme i befintliga kraftvärmeverk kan energiskogsflis förädlas till pellets och el. Om i stället stråbränslen odlas bedöms produktionen av pellets och el bli lägre. Med de produktionsförutsättningar som antas gälla kring 2020 kan produktionen av pellets och el öka med när samma odlingsareal utnyttjas. Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk den uppskattade maximala potentialen av överskottsvärme ut- nyttjas beroende på den potentiella utbyggnad av kraftvärmepro- duktion som antas kunna ske till 2020. Om dagens sockerbetsareal om utnyttjas för etanolproduktion kan teoretiskt (brutto) etanol pro- duceras vilket är ungefär dubbelt så mycket som den potentiella RME-produktionen från dagens oljeväxtodling. När hälften av den fysiska/tekniska biogaspotentialen från gödsel och betblast utnyttjas kan knappt (brutto) drivmedel produ- ceras. Produktionen av metanol/DME från överskottshalm upp- skattas till (brutto) drivmedel och om energiskog nedlagd jordbruksmark utnyttjas kan (brutto) metanol/DME produceras. 3.4Miljökonsekvenser av ökad bioenergiproduktion I detta avsnitt beskrivs miljöeffekterna för olika biobränslesystem baserat på en sammanställning av olika miljösystemanalyser. Vidare poängteras betydelsen av vilken metodik som används vid dessa analyser. Vilka miljökonsekvenser en ökad produktion av bioenergi inom jordbruket medför beror framför allt av två faktorer, dels vilka energigrödor och odlingssystem som väljs, dels vilken alternativ markanvändning dessa odlingssystem ersätter. Generellt sett inne- bär odling av fleråriga energigrödor i stället för ettåriga energi- grödor miljövinster i form av minskat näringsläckage, minskad energiinsats vid odling och därmed minskade luftemissioner, något ökad biodiversitet beroende på var i landskapet energiodlingen hamnar m.m. Om däremot energigrödor t.ex. ersätter extensiv vall eller grön träda kan den lokala miljöbelastningen öka något. Om nedlagd jordbruksmark börjar utnyttjas för energiodling kan negativa effekter fås på den biologiska mångfalden om marker med höga naturvärden, t.ex. gamla hag- och betesmarker tas i bruk, vilket i och för sig är högst osannolikt. När restprodukter som gödsel och betblast utnyttjas för energiändamål (dvs. biogaspro- duktion) kan betydande indirekta miljövinster fås i form av minskade utsläpp av växthusgasen metan vid gödsellagring. Man kan även uppnå ett minskat kväveläckage om spridning sker under gynnsamma betingelser. För att få säkrare miljökonsekvens- bedömningar av ökad bioenergiproduktion inom jordbruket krävs Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk dock betydligt mer detaljerade analyser som baseras på de aktuella lokala förutsättningarna samt bättre generell kunskap kring olika energiodlingars miljöeffekter. Tabell 3.3 Summering av tänkbara miljökonsekvenser vid ökad produktion av biobränslen* ozon*** Energiskog ersätter ettåriga grödor, Energiskog ersätter extensiv vall & bevuxen träda, skogsbygd Energiskog & energigräs ersätter extensiv vall & bevuxen träda, Energiskog & energigräs odlas på lågavkastande marker med höga ersätter extensiv vall & bevuxen Energispannmål & oljeväxter odlas på lågavkastande marker med höga *Plus (+) indikerar positiv effekt, minus () negativ effekt samt noll (0) ingen förändring. **Inkluderar både förändrad kolinbindning i mark, lustgasemissioner och minskade utsläpp av koldioxid vid ersättning av fossila bränslen ***T.ex. på grund av kolväteemission från användning av traktorer De metoder som nästan uteslutande utnyttjas vid bedömningar av bioenergisystem är energianalys och livscykelanalys. En speciell form av dessa analyser är så kallade well-to-wheel-studier som framför allt fokuserar på energieffektivitet, utsläpp av växt- husgaser samt kostnader för olika biodrivmedelskedjor. En summe- ring av dessa studiers resultat är att andra generationens drivmedel baserat på förgasning av lignocellulosa (t.ex. energiskog i olika former) normalt ger lägst nettoutsläpp av växthusgaser. Produktions- och avsättningsmöjligheter för biobränslen i svenskt jordbruk metanol eller DME från energiskog ersätter bensin kan reduk- tionen av växthusgaser uppgå till kring . Motsvarande reduktion när RME ersätter diesel är . Beroende på vilken typ av insatsenergi som används vid etanolproduktion varierar reduktionen av växthusgaser. Om t.ex. biobränsle används kan spannmålsetanol reducera utsläppen med när bensin ersätts. Agroetanol i redovisar för sin etanol- produktion en minskning . När naturgas används sjunker reduktionen till och om lignit (brunkol) används blir utsläppen t.o.m. högre än för bensin. Generellt fås större koldioxidreduktion per hektar energiodling när kol och olja för el- och värmeproduktion ersätts jämfört med när bensin och diesel som drivmedel ersätts. Anledningen till detta är huvudsakligen de omvandlingsförluster som fås när biomassa konverteras till flytande och gasformiga bränslen. Om däremot fossila drivmedel börjar produceras från kol via förgasning (med ungefär samma omvandlingsförsluter som vid förgasning av bio- massa) ger ersättning av detta drivmedel lika hög koldioxidreduk- tion som när kol för el/värmeproduktion ersätts.