Kandidatuppsats Miljövetarprogrammet 180 hp Miljövetenskap MV109B 15 hp
Vårterminen 2016
Handledare: Ebba Malmqvist och Joseph Strahl
Har svenskt biokol ett hål att fylla?
En jämförande diskussion om biokol och biodrivmedel
Does Swedish biochar have a hole
to fill?
A comparative discussion on biochar and biofuel
Andreas Johansson
Sammandrag
Med målet att undersöka huruvida Sveriges planer för biodrivmedeltillverkning är tillräckligt väl underbyggd har denna uppsats fokuserat på att undersöka vad biokol är, hur det
produceras och vilka egenskaper det besitter. Biokol och biodrivmedel har därefter jämförts och analyserats ur hållbara dimensioner, så som ekologiska, sociala och ekonomiska, med tillägget att fungera som bistånd.
Trots goda karaktärsdrag hos biodrivmedel och en hög självförsörjningsgrad i Sverige så pekar resultaten av denna uppsats mot att Sverige snarast bör tillsätta en offentlig utredning med fokus på biokol och att denna utredning undersöker om produktion kan ske i samverkan med biodrivmedel.
Biokol har visat sig inneha en oerhörd potential som jordförbättrare och avfallshanterare, vilket gynnar biståndsidén. Det är dessutom synnerligen potent som en motkraft mot global uppvärmning till följd av ökande atmosfäriskt koldioxid och dess tillverkning bidrar dessutom med goda egenskaper vad gäller energieffektivitet och synergisamverkan med aktörer som kräver uppvärmning.
Nyckelord: Biodrivmedel, Biokol, Bistånd, Jordförbättring, Kolsänka, Pyrolys.
Abstract
With the aim to investigate whether Swedens plans for biofuel production is sufficiently substantiated, this paper has focused on researching what biochar is, how it is produced and what characteristics it possesses. Biochar and biofuel has then been compared and analysed from sustainable dimensions, such as ecological, social and economic, with the addition of the potential as aid.
Despite the beneficial traits of biofuel, and a high level of self-sufficiency in Sweden, the results of this article points towards the recommendation that Sweden as soon as possible appoints an official investigation focusing on biochar, and that this investigation also
concentrates on researching whether biochar can be produced in conjunction with biofuels. Biochar has proven to possess enormous potential as soil improvement and waste
disposer, which benefits the idea of it working as foreign aid. It is also particularly potent as a counter to the rising levels of atmospheric carbon dioxide with it’s consequence of global warming. Its production contributes to great opportunities concerning energy efficiency and synergistic interaction with actors who requires a lot of heating.
Förord
Jag vill rikta ett särskilt tack till mina tålmodiga, anpassningsbara och uppmuntrande handledare, Ebba Malmqvist och Joe Strahl. Det kan heller inte låta sig göras att Karin Westerberg inte får ett tack, då hon spridit en sådan positiv energi och varit ett outtömligt förråd av idéer och hopp under kandidatuppsatsens framväxande.
Dessutom vill jag rikta den största uppskattning och kärlek mot alla de kursare som tagit av sin egen tid för att hjälpa, kommentera och sprida ett gott humör genom denna process. Utan er skulle jag inte skriva dessa förord nu, i tid till inlämning.
Jag vill även passa på att skicka ett tack till Mattias Gustafsson på EcoTopic.se för hjälp och hänvisande till ovärderligt material.
Andreas Johansson 2016-05-30
Lista över förkortningar och begrepp ... 5
Inledning ... 9
Syfte ... 12
Metod ... 12
Bakgrund ... 14
Två slags kol i jorden ... 16
Generellt om biokol ... 16
Pyrolys ... 18
Hållbart biokol ... 19
Konkurrerande funktioner inom miljön ... 22
Biokolets styrkor och möjligheter. ... 24
Vilka svagheter och hot kan kopplas till biokol? ... 29
Ekonomiska förutsättningar ... 30
Biodrivmedel ... 33
Biodrivmedels styrkor och möjligheter. ... 34
Vilka svagheter och hot kan kopplas till biodrivmedel? ... 35
Analys ... 37 SWOT-analys ... 38 Diskussion ... 39 Slutsats ... 43 Referenser ... 45 Bildkällor ... 48
5 Lista över förkortningar och begrepp
För att underlätta för läsaren listas här några förkortningar och begrepp som kan vara både återkommande och av vikt att känna till.
C – Kol
CO2 - Koldioxid
CO2e – Koldioxidekvivalent
EBC – the Europoean Biochar Certificate IBI – International Biochar Initiative
GtC – Gigaton kol. Ett gigaton kol är en miljard ton kol. Används för att beskriva utsläpp på ett globalt plan.
LCA – Livscykelanalys
MJ – Megajoule. Den internationella standardenheten (SI-enheten) för att mäta energi är 1 joule. En (1) joule är det samma som en (1) wattsekund (Energimyndigheten, 2009.) En kilowattimme motsvarar ca 3,6 MJ. Mega står för en miljon.
PPM – Miljontedel
M3SK – Skogskubikmeter. En skogskubikmeter är hela stamvolymen Måttet används för att beskriva volymen av stående skog te.x. i skogsbruksplaner (Skogsstyrelsen, u.å.).
M3FUB – Fastkubikmeter under bark. Kubikmeter i fast mått under bark är vedvolymen under
bark och med toppen borträknad. Det är ett vanligt mått vid försäljning av virke eller avverkning (Skogsstyrelsen, u.å.).
VHG – Växthusgas(er)
Adsorption.
Adsorption är den process i vilken gas- eller vätskefasmolekyler koncentreras och fastnar på en yta. Detta skiljer sig därmed från absorption där molekyler istället fångas upp och
införlivas av en gas eller vätska.
Adsorption orsakas av London-dispersionskrafter (Chemvironcarbon, 2016), vilka verkar på liknande sätt som gravitationskraften mellan planeter. London-dispersionskrafter har en extremt kort räckvidd och är därför mycket känsliga för avståndet mellan ytan och
adsorberande molekyl.
6 Vidare så är kraften additiv, dvs. adsorptionskraften är summan av alla interaktioner mellan alla atomerna. Den korta räckvidden och den additiva förmågan gör att aktivt kol (och biokol är som förklaras nedan en variant av aktivt kol) besitter den starkaste fysiska
adsorptionskraften av alla kända material (ibid).
Aktivt kol.
Aktivt kol är en form av grafit men utmärker sig genom att ha en slumpmässig struktur som är mycket porös, med porstorlekar som varierar mellan sprickor till håligheter av molekylär storlek. Denna struktur ger aktivt kol dess stora yta vilken i sin tur möjliggör adsorption av en mängd olika ämnen (Chemvironcarbon, 2016). Aktivt kol kan ha en yta större än 1000 m2 per gram vilket gör det till det ämne med störst adsorptionskraft av alla ämnen vi känner till idag. Tre gram aktivt kol kan ha en yta lika stor som en fotbollsplan.
Aktivt kol kan tillverkas utifrån en rad olika ämnen med högt kolinnehåll, såsom stenkol, trä och kokosnötskal. Råmaterialet har en mycket stor inverkan på egenskaperna hos det aktiva kolet (ibid).
Nuvarande sales engineer på Chemvironcarbon (Mattias Modén, personlig
kommunikation, 4 april 2016) förklarar att biokol är en form av aktivt kol. Detta förklarar varför biokol, som är en form av aktivt kol, besitter en sådan oerhörd förmåga att binda molekyler till sig.
Biokol.
Biokol Sverige, en branschförening som bildades våren 2014 för att utgöra ett informations- och kommunikationsforum om biokol, har översatt den definition som används av European
Biochar Certificate, och denna ligger till grund för definitionen av biokol här. ”Biokol
definieras som en kolliknande substans producerad från hållbart erhållen biomassa under kontrollerade förhållanden och som ämnas användas i syften så att det inte återgår till koldioxid på kort sikt.” (Biokol Sveriges översättning, European Biochar Certificate) För att ytterligare specificera begreppet ”biokol” använder jag mig av Bates (2010). Biokol utgörs i denna text av pyrolyserat organiskt material med ändamålet att förbättra jord i odling, och/eller för att hjälpa naturen att återhämta sig från degradering.
Biomassa.
7 Humus.
Havs- och vattenmyndigheten (2014) definierar humus följande:
”Organiskt material som inte har brutits ner fullständigt. Humus är mörkfärgade organiska substanser i jorden och i torv. Humusämnen bildas i marken när döda växter och djur bryts ner. Under denna nedbrytningsprocess frigörs näringsämnen som varit bundna i det organiska materialet. Näringsämnena återcirkuleras i ekosystemet i växttillgänglig form.”
Kolbalans.
Förflyttandet mellan kol i marken och i atmosfären styrs av kolcykeln (Wright & Boorse, 2011, ss. 67-68). Förenklat så drar växter genom sin fotosyntes ut koldioxid ur atmosfären och använder detta till att både växa sig större och producera syre. Kolet som växterna byggs upp av sprids i näringskedjorna när växterna äts upp. När de som sedan ätit växterna dör så har de andats ut ungefär hälften av det kol de fått i sig, och ca hälften återgår till jorden genom olika nedbrytningsprocesser. Havet spelar även det en stor roll och det både avger och absorberar stora mängder koldioxid. Men den enskilt största källan till koldioxidutsläpp härstammar från användning av fossila bränslen (Wright & Boorse, 2011, ss. 67-68).
Koldioxidekvivalent (CO2e).
Termen koldioxidekvivalent (CO2e) används för att få en klarare översikt över olika
växthusgasers potential. Koldioxid (CO2), metan (CH4), dikväveoxid (N2O) och florerade
gaser görs jämförbara på detta vis (Naturvårdsverket, 2016a).
De olika gaserna, undantaget koldioxid, ges en Global Warming Potential (GWP) som representerar växthusgasers förmåga att bidra till den globala uppvärmningen. GWP för metan uppskattas t.ex. till 25 och för dikväveoxid till 298. Ett ton metan motsvarar därmed utsläppen av 25 ton koldioxidekvivalenter.
Kol har en molekylär vikt av 12. Koldioxid däremot räknas till 44 genom att kol = 12, sitter ihop med två syreatomer som vardera väger 16. Detta används då en
koldioxidekvivalent ska översättas till kol eller tvärtom. En CO2 beräknas som 3,67 gånger
8 Kolsänka.
Allt som håller kol borta ur atmosfären kallas kolsänkor. Levande organismer, havens förmåga att lagra koldioxid, döda växter som inte ruttnar och biokol som grävs ned är exempel på detta.
Pyrolys.
Då organiskt material upphettas under begränsat tillgång till syre uppstår den process som kallas pyrolys (Gustafsson, 2013, s. 14).
Bild 1. Pyrolysprocessen illustrerad. (International Biochar Initiative, 2016a)
Träkol.
Förstadiet till biokol kan betecknas träkol, och det kan få andra användningsområden än att bli just biokol, t.ex. kan man göra bränsle och filter av det, eller använda till målning och konst.
Utility.
Nyttan av ett användningsområde. Här främst sett till den stora samhällsnyttan ur ett hållbart, ekologiskt och mänskligt perspektiv.
/ Förbränningsprodukter / Förbränningsgaser / Pyrolysgas
9 Inledning
Vandana Shiva, mottagare av Right Livelihood Award 1993, skriver i förordet till boken The
Biochar Solution (Bates, 2010, s. xiii), efter författarens översättning:
Att konstruera jordmånar betyder att bygga den väv av jord i vilken mat kan odlas i all dess diversitet och komplexitet. Vi behöver bygga levande jordar då de är själva källan till livet. Vi behöver bygga levande jordar eftersom de förser oss med olika och multipla ekologiska tjänster, inkluderande skydd av rent vatten och bevarande av den hydrologiska cykeln. Vi behöver bygga levande jordmån eftersom de är grunden för vår matsäkerhet. Och vi behöver bygga levande jordar eftersom de förser oss med resiliens mot klimatförändringar.
Detta korta uttalande beskriver flera av de problem vilka uppstår då jorden försämras. Ett ytterligare led i degradering av matjordens långa kedja är att när matjorden tappar dess förmåga att binda näring och vatten så startar ökenfierings-processer (Wright & Boorse, 2011), vilka gör att området övergår till att anta mer ökenliknande former. Termen står inte direkt för att öknen förflyttar sig över gränser och tar upp nya områden utan betyder i sig en permanent reduktion av produktiviteten i torra, semitorra, och säsongsbundet torra områden. Effekten av detta är oerhört allvarlig då den, i princip, är permanent (Wright & Boorse, 2011). Kampen mot torrområden är en del av FN:s nya milleniemål ”By 2030, combat
desertification, restore degraded land and soil, including land affected by desertification, drought and floods, and strive to achieve a land degradation-neutral world” (FN, 2015).
Torrområden och dess ekosystem täcker 41 % av jordens landyta och enligt FN lider 10 – 20 % av dessa av ett tillstånd där marken försämras. Dessa landytor upptar ca 6 miljarder hektar och är hem för ca två miljarder människor. En stor del av dessa tillhör de fattigaste i världen och detta är en orsak till att FN satt upp det nya milleniemålet.
I efterdyningarna av COP 21, när världens länder samlades kring målet att försöka förhindra en global uppvärmning på mer än en och en halv grad kan vi konstatera att
koldioxidhalten i atmosfären nu i februari, 2016, uppnått 404 ppm (CO2Earth, 2016). En stor del av de klimatförändringar vi nu ser grundar sig i att enorma mängder markbunden kol hamnat i atmosfären. Här stannar den i många decennier och det betyder att även om vi just nu, idag, skulle upphöra med alla utsläpp av koldioxid så kommer klimatförändringarna ändå att fortsätta och förstärkas, bara på grund av de mängder som finns lagrat i atmosfären
(Bäckstrand, Olsson & Tengström, 2010, s. 22). Wright och Boorse (2011, s. 466) visar på ett förenklat sätt de uppskattningar som gjorts av t.ex. IPCC att gasen stannar kvar i ca 120 år.
10 Då Bates (2010, s. 78) skrev sin bok redogjorde han för hur mycket kol som fanns i
atmosfären. År 2010 såg koncentrationerna ut såhär; 800 gigaton kol, 3000 gigaton koldioxid och 3300 gigaton koldioxidekvivalenter.
Varje år tillförs antropogena utsläpp motsvarande ca 8 GtC, 30 GtCO2, eller 33 GtCO2e. Atmosfärens komponenter mäts i delar per miljon av volym (ppmv). Människans tillförsel på 8 GtC motsvarar en årlig ökning av ca 4 ppmv CO2 men den verkliga ökningen av andelen
CO2 i atmosfären är lägre, ungefär hälften så mycket, då haven fungerar som en gigantisk
receptor av kol. Havens förmåga att fungera som en kolsänka försämras dock desto mer vattnet värms upp och med mer koldioxid i vattnet, desto varmare blir det. Risken finns även att haven värms upp tillräckligt mycket så att de till slut helt förlorar sin absorberande
förmåga och istället börjar avge koldioxid och metan (Bates, 2010, s. 78).
Av denna anledning kan det tyckas otillräckligt med de diskussioner som präglar
eventuella lösningar på klimathotet och hur utsläppen ska minskas. Väldigt sällan talas det om att faktiskt reducera mängden koldioxid i atmosfären och arbeta för att de över 400 ppm CO2
(ESRL, 2016) ska sjunka, snabbare än via naturliga processer.
I takt med att den globala medeltemperaturen stiger så tinar till exempel torvmarker upp, vilket är fallet i västra Sibirien där världens största torvområde finns. Det är till ytan lika stort som Tyskland och Frankrike tillsammans och har nu, för första gången på ca 11000 år, börjat tina upp och med det har även stora mängder metangas börjat avges och släppts loss i
atmosfären. Torvmarker globalt, beräknas innehålla 550 miljarder ton kol (Bates, 2010, s. 64). En risk med torvmarker som värms upp och torkar ut är att ifall en brand uppstår så blir branden svårkontrollerad och nästan omöjlig att stoppa, tills det att den brunnit ut av sig själv. Allvaret i detta illustreras då ungefär 2,57 GtC, ca en tredjedel, av hela världens fossila utsläpp av koldioxidekvivalenter (CO2e) beräknas ha släppts ut år 1997 när bränder härjade
både torvområden och skogar i Indonesien. Då Bates skrev sin bok 2010 brann dessa eldar ännu och fortsatte att sprida sig till nya områden. Sannolikt är att de kommer brinna ända tills de helt får slut på brännbar gas omkring 2040 (Bates, 2010, s. 64).
De enorma mängder kol som finns bundet i torvmarker vittnar om en kraftfull förmåga att binda kol i en eller annan form. Trots detta och trots risken för bränder att starta och bli
okontrollerade eldinfernon fortsätter människan att dränera dessa områden, som utgör ca 60 % av hela jordens våtmarker. I syfte att tillskansa oss bränsle för elektricitet och uppvärmning av hem så använder vi en metod som släpper ut mer växthusgaser per enhet värme än vad kol och naturgas gör (Bates, 2010, s. 64).
11 I likhet med Indonesiens skogsbränder som härjat ända sedan 1997 så har forskare
upptäckt att stora variationer i skogstäcket, historiskt sett, hänger ihop med stora variationer i andelen koldioxid och metangas i atmosfären.
Samtidigt börjar en diskurs om biokol att sprida sig. Det anses inte bara ha en god, och väldokumenterad, jordförbättrande förmåga utan anses även vara en potent kolsänka. Röster höjs att dess koldioxidabsorberande förmåga är så pass kraftfull att vi måste använda biokol för att hejda den globala uppvärmning vi nu kan se (Hammond, Shackley, Sohi och
Brownsort, 2011, s. 2646) och det finns till och med de som menar att vi måste använda biokol ansvarsfullt då det är så effektivt att vi kan komma att kyla ned planeten för mycket, om vi använder det på ett lika ansvarslöst sätt som vi använt fossila bränslen.
Biokol framställs genom att förbränna biomassa i en syrefattig miljö, och i Sverige har vi gott om biomassa från olika källor. Allt från skog av olika slag och ursprung till privata och offentliga odlingar samt trä från restprodukter eller från återvinning innehåller cellulosa och skulle fungera att omvandla till biokol.
Det är här som biokol blir intressant. Förutom att plantera träd och växter, vilka binder koldioxid genom fotosyntes så binder humuslagret i marken kol på ett fenomenalt vis (Forsberg, 2012). Humus har länge ansetts vara i stort sett omöjlig att skapa, det enda vi ansetts kunna göra är att bevara befintlig humus och då den är skör och påverkas lätt av utsläpp och ingrepp så är detta ett svårt företagande.
Denna uppfattning hoppas jag kan komma att ändras. I den östra delen av Amazonas avrinningsområde upptäcktes ett stort område med människoskapad humus. Denna jordmån kallas terra preta och åsikterna om områdets storlek går, minst sagt, isär. Mellan 6000 till 400,000 kvadratkilometer är vad det talas om (Bates, 2010).
Denna jord skapades (Bates. 2010) av en urinvånarkultur som sannolikt försvann på 1500-talet. De har använt en metod där de blandat gödsel, mänsklig avföring och förkolnat
organiskt material och resultatet är ett väldigt näringsrikt lager humus som intressant nog verkar ha växt av sig självt, efter att det nått en viss tjocklek.
Den enkla teknik som användes då kan fortfarande användas, även om vi nu har möjlighet att bygga stora och avancerade system för framställning av biokol. Den framställs genom pyrolys, förbränning i syrefattig miljö, och slutprodukten är rent kol (Forsberg, 2012). Vanligt träkol är en form av biokol.
12 Om Sverige genom sin framställning av biokol kan bidra med att bekämpa
koncentrationen av koldioxid i atmosfären och samtidigt förbättra jordkvalitén i områden som lider av erosion och utarmad matjord så bör detta tas seriöst och undersökas på nationell nivå. Kanske är det värdefullare att använda våra resurser till att konstruera välmående
jordmåner än att förse en andel av våra fordon med skogsbaserat drivmedel?
Syfte
Denna uppsats har som mål att undersöka och diskutera om Sveriges planer för tillverkning av biodrivmedel från skogliga resurser skulle uppnå större nytta om den lades om till
framställning av biokol. De skogliga resurser som är i fokus är den årliga återväxten i Sverige, och som rapporten ”Dagens och framtidens hållbara biodrivmedel” grundar sig på.
Det huvudsakliga målet är att utreda vilken användning av svenskproducerat biokol som har störst nytta, ”utility”. Den eventuella nyttan ska bedömas utefter tre konkurrerande funktioner inom miljön, som alla är begränsade av Jordens globala bärkraft.
Det är inte denna uppsats mål att fullt redogöra för alla ekonomiska aspekter för biokol, men en så viktig del kan inte helt utelämnas och därför presenteras några av de fynd som i dagsläget gjorts på området.
Då en kandidatuppsats har vissa ramar vad gäller volym och tidsåtgång har fokus här legat på att ta fram och presentera vad som i dagsläget är känt om biokol. För vidare läsning om biodrivmedel hänvisas till ”Dagens och framtidens hållbara biodrivmedel”, en
underlagsrapport till statens offentliga utredning om ”FossilFri Fordonstrafik”,
Eventuella fynd av intresse är menade att fungera som kompletterande underlag för diskussioner kring användning av svensk biomassa i förädlingssyfte, där valet står mellan biodrivmedel och biokol.
Metod
Som grund till diskussion och som bakgrundsinformation har relevant litteratur, rapporter samt vetenskapliga artiklar vilka genomgått peer-review-processen använts. Dessa artiklar har funnits genom sökningar i Malmö Högskolas databas ”Summon”. Sökord som använts är ”biokol”, ”biochar”, ”pyrolys”, ”pyrolysis”. Av de träffar dessa sökord genererat har jag sållat ut dem som riktat in sig torr, landbaserad biomassa. Referenslistor i de använda artiklarna har
13 även bidragit till en snöbollseffekt då de i sin tur lett mig vidare till trovärdiga källor och därtill har jag fått goda råd av handledare.
När jag inte lyckats få tag i förstahandskällan har jag använt mig av materialet från t.ex. en reviewartikel, eller refererat genom den författare jag haft tillgång till.
Under litteraturläsningens gång tycktes vissa karaktäristiska drag hos biokol och
biodrivmedel återkomma. Dessa passade in i Catton och Dunlaps modell över Jordens globala ekologiska bärkraft och de olika faktorer som påverkar denna. Detta har jag valt att presentera med hjälp av en SWOT-analys. SWOT står för engelskans Strengths, Weaknesses,
Opportunities och Threats. Ammenberg (2012, s. 235) förklarar det som en vanlig metod för
att identifiera styrkor, svagheter, hot och möjligheter, såväl internt som externt kopplade till fenomenet som undersöks. Denna SWOT-analys följer i avsnittet för analys.
De egenskaper som kategoriserats under Styrkor och Svagheter finns det god
dokumentation och underlag till. Det är resultaten av studier, rapporter och erfarenheter. Exempel på dessa är pyrolysgasens fördelar (Gustafsson, 2013), god tillgång till råvara (Börjesson, Lundgren & Ahlgren, 2013) och tekniska krav. Det innefattar även t.ex. biokols förmåga att agera som jordförbättrare, trots dess krav på en precis tillverkning (Roberts et al, 2009), men det förutsätts i denna uppsats att dessa krav uppfylls.
Under Möjligheter och Hot kategoriserades faktorer som det finns goda indikationer för kan komma att bli verklighet. T.ex. kan nämnas det stora antal jobb som en nationell
produktion av biodrivmedel kan bidra med (Börjesson et al., 2013), och dess exportpotential. Som Hot kan nämnas situationer för biokol som hindrar dess tillverkning på grund av att Sverige låst in sig i ett begränsat system (Berkhout, 2002) för att framställa biodrivmedel av skogliga resurser, eller att politiska beslut fattas under förhastade former och att detta kan motverka uppstarten av en produktion av det ena eller det andra. Möjligheter och Hot är dock mer av en visionär natur och ett försök av denna uppsats författare att ta vara på SWOT-analysens resonerande del.
En del av källmaterialet kommer från annat ursprung än vetenskapliga artiklar, t.ex. har böcker och en del biokolintresserade organisationers hemsidor legat till grund för
inhämtningen av information. Det är naturligtvis något som ska tas i beaktande då de inte kan anses lika tillförlitliga som en artikel vilken genomgått den sedvanliga vetenskapliga
processen. Det kan förekomma viss partiskhet och syftesdriven redovisning av information i de källorna, vilket förvisso kan vara fallet med vetenskapliga artiklar också, men risken kanske får anses vara högre i fallet med dokument hämtade utifrån den vedertagna
14 vetenskapliga processen. Dock är biokol i dagsläget ett relativt nytt fenomen, och det finns därför luckor i vetenskaplig framtagen fakta. De källor som använts har, av denna uppsats författare, bedömts vara tillförlitliga och att informationen som hämtats därifrån är trovärdig. I uppstarten av detta projekt var ambitionen att hitta ett existerande och väl dokumenterat område ur vilket biomassa tags, t.ex. genom avverkning eller parkskötsel. Tanken var att undersöka ett geografiskt begränsat område och dess kapacitet att producera hållbar biomassa för framställning av biokol, och sedan räkna på de siffror som tas fram och diskutera kring möjliga områden för dess användning. Detta visade sig dock vara en svårare uppgift än befarat. Av de aktörer som kontaktats har flertalet varit i en process där ansvarig ej funnits tillgänglig och det saknas ännu visst material jag hoppats kunna hitta.
Eftersom inga siffror har kunnat hämtas från ett aktivt och geografiskt riktigt område så kommer siffror och diskussioner baseras på Sveriges planer för att i framtiden producera biodrivmedel.
Bakgrund
Bates (2010) ger oss en kort summering av hur koldioxid och metan har fluktuerat i
atmosfären och hur dessa förändringar påverkat vår planet. Utsläpp av dessa gaser kan uppstå utan att vi bygger fabriker eller transporterar oss med hjälp av fossila bränslen. Naturen kan i sig orsaka läckor av det ena eller det andra slaget men mänsklig påverkan är fortfarande av avgörande betydelse.
Bates (2010, s. 65) beskriver hur William Ruddiman undersöker iskärnor som borrats upp ur marken, och i dessa funnit luftbubblor som både kan undersökas innehållsmässigt samt dateras. Han gör då upptäckten att den lilla istiden, mellan ca år 1500 och 1750, utgjordes av en period då det i atmosfären fanns relativt lite av både koldioxid och metan. Samtidigt som denna minskning av koldioxid och metan började uppstå i atmosfären och att det med detta även följde en sänkning av medeltemperaturen så pågick erövringen av Sydamerika. Enorma städer och befolkade områden tömdes på människor, och bosättningar jämnades med marken eller lämnades att förfalla. Skogarna tilläts växa igen och de stora ytor som nu täcktes över av skoglig vegetation drog så mycket koldioxid ur atmosfären att de blev en bidragande orsak till att Jorden kyldes ned under en period. Undersökningarna av iskärnorna visade att den
nivåminskning av koldioxid som skedde i atmosfären när städerna försvann och gav plats åt skogen, motsvarade den nivåhöjning som uppstod då regnskog och vegetation åter röjdes undan (Bates, 2010, s. 65).
15 Av detta kan vi dra en slutsats, och det är att vi människor kan påverka atmosfären och hur dess bestånd av koldioxid ser ut. Vi behöver dessutom inte rikta enorma resurser på att utveckla speglar i rymden som ska reflektera solljus eller laborera med alger i haven som ska suga upp koldioxid och sedan falla till botten och dö. Vi kan plantera stora mängder skog istället. Skog som binder jord, minskar erosion, blir en naturlig hemvist för djur och skyddar oss från regn och blåst.
Då biokol upptar CO2 ur atmosfären och binder den till sig (Meyer, Glaser & Quicker,
2011, s. 9478), kan vi minska andelen av denna växthusgas i atmosfären. Genom att införliva detta kol i våra jordar så tillför vi kol och höjer halten av denna viktiga beståndsdel, vilket ger störst resultat i degraderade och näringsfattiga jordar. Rätt använt, med rätt biokol för rätt jordtyp, bidrar detta till att öka den biologiska aktiviteten, binder näringsämnen vilket skapar en livskraftigare jord som i sin tur ger högre avkastning av ännu mer näringsrika grödor. Behovet för konstgödsel och skadedjursbekämpning minskar och vatten både renas och stannar kvar i jorden längre, vilket både gynnar och sker på grund av större biologisk mångfald (Bates, 2010, s. 75).
En uppskattning på den mängd CO2 som kan avlägsnas ur atmosfären och återföras till
jorden genom bättre markhantering, gjordes av Rattan Lal vid Ohio State University. Han använde USA som grund för sina uträkningar och menar att kolinnehållet i USA:s matjordar och jordbruksmarker kan ökas med ca 330 miljoner ton kol, per år, genom att koldioxid i atmosfären binds av jorden, och den summan motsvarar de utsläpp alla bilar i USA står för. Det skulle samtidigt innebära en ökad livsmedelsproduktion på tolv procent, då högre kolinnehåll i jorden ger bördigare marker (Bates, 2010, s. 76).
Potentialen för biokol som en motvikt till de globala temperaturförändringar forskarna är överens om sker nu, delvis på grund av antropogena utsläpp av koldioxid i atmosfären, är stor enligt Lehmann (refererat genom Bates, 2010).Lehman menar att om vi kan få till ett skifte av lantbruket i de delar av världen där ”slash-and-burn” används och istället övergå till ”slash-and-char”, där den glödande biomassan som brunnit grävs ned på samma plats igen, samtidigt som vi genom ett upprättande av ett system för omhändertagande för
biokoltillverkning av rester från skogsbruk, kvarnar, lantbruk och stadsodlingar, så kan vi bara där annullera 12 % av de totala utsläppen från fossila bränslen. Därtill förbättrar vi
16 Två slags kol i jorden
Kol finns i jorden i två olika former (Bates, 2010, s. 79). De två formerna är organiskt kol, samt oorganiskt kol. Organiskt kol i åkermark är ett mått på dess mullhalt, och det i sig anger graden av levande organismer, växtrester och humusämnen. Ifall mängden organiskt kol i åkermark är låg så medför detta sämre odlingsmöjligheter och en mer svårarbetad mark (Naturvårdsverket, 2016b).
Jordens upptagningsförmåga av kol startar med fotosyntesen, där växter införlivar CO2 i
sig själva för att växa. Då skapas biomassa. Delar av den biomassan ökar lagret av organiskt kol i jorden genom att det processas av rötter och mikroorganismer som sedan dör och blir till rester i jordlagret. Mer organiskt kol i jorden innebär stabilare jordar med bättre
upptagningsförmåga av vatten och näring samt en rikare fauna av arter, vilket i sin tur ökar återvinningen av näring. Alla dessa fysiska, kemiska och biologiska aktiviteter gör att organiskt kol omsätts relativt snabbt och en stor del återgår till atmosfären som en del av kolcykeln (Wright & Boorse, 2011, s. 68).
Oorganiskt kol uppstår då koldioxid försuras och övergår till kolsyra, vilket orsakar fällningar av kalcium och magnesium. Dessa förs iväg med vattnet och kan då inte längre upptas av rötter eller organismer i jorden och det leder till slut till underskott och brist på dessa ämnen. Hastigheten av denna urlakning och hur långt bort ämnen transporteras iväg hänger på jordens sammansättning, lerhalt, djup och andra faktorer (Bates, 2010, s. 79). Det resulterar emellertid i att jordens produktivitet och välmående försämras.
Generellt om biokol
Biokol stimulerar den generella hälsan i jorden. En av dess egenskaper är att likt en reservoar förbättra fuktigheten i jorden, genom att suga åt sig fukt från områden vilka dränkts av för mycket vatten och fördela detta till torrare delar, i behov av fukt. Biokol besitter liknande egenskaper som träkol. En liten bit träkol, motsvarande storleken av ett radergummi på en penna med en vikt av ett gram, har en aktiv yta motsvarande ett hus, mellan 1000 och 2500 kvadratmeter (Bates, 2010, s. 5).
Att producera biokol kräver inte högteknologiska och dyra maskiner eller avancerad infrastruktur. En simpel teknik vilken användes in på 1900-talet är kolmilan. Ved täcktes över med jord, sand och annat för att sedan få glöda med mycket låg och kontrollerad syretillförsel. Det träkol som blev resultatet användes i första hand som bränsle, men även som huskurer för både människor och djur mot sjukdomar och magbesvär.
17 Nedan visas några exempel på framställningsmetoder.
Direkt efter framställning är biokol som ett blankt papper, om än fullt av håligheter och mikroporer. Kolet får strukturen av en tvättsvamp och är mycket svårnedbrytbart i naturen. Det är en idealisk plats för mikrobiella hyresgäster att flytta in, bosätta sig, och ladda biokolet med näringsämnen och förutsättningar för att underlätta biologisk produktivitet på den plats där det ska grävas ned. Då färskt biokol inte i sig innehåller dessa mikroorganismer så kan det ta uppemot ett år innan någon effekt kan märkas, ifall det grävs ned på en gång. En effektiv metod för att påskynda processen är att låta biokolet ligga i kompost innan det skeppas iväg mot sin slutliga destination. På detta sätt laddas biokolet med kompostens näring och
mikrobiella liv, vilket gör att det är redo att skapa sitt eget uppbyggande rev, eller nät, på den plats där det införlivas i jord (Bates. 2010, s. 106). Biokol attraherar positivt laddade partiklar så som kalcium, nitrater, fosfor och silikater vilka ingår i byggstenarna för biologiskt liv (Bates, 2010, s. 115).
Bates (2010, s. 105) ger ett exempel på ett biokol framtaget av ett företag i Tennesse, kallat CharBiological. Det är ett biokol innehållande nio arter av endotrofa mykorrhiza-svampar vilka fysiskt tränger in i rotsystem (bio-organics, 2015), 11 arter av ektotrofa mykorrhiza-svampar som lägger sig som en hinna kring rötter (bio-organics, 2015), 15 olika bakterier, två slags trichoderma, humussyra, kelp och vitaminer. Tillsammans fungerar dessa som en fulladdad dos hjälpmedel för att underlätta rotbildning hos växter och öka deras förmåga att livnära sig, vilket i sig underlättar livet för mikroorganismer som i sin tur vidare förbättrar förutsättningarna för växtlighet och grödor.
I en livscykelanalys (LCA) av Roberts et al. (2009) kvantifierades den påverkan som tillverkningen och användningen av ett ton torr biomassa åstadkom inom ett biokol-pyrolys
Bild 3. Biokolsproducerande tegelstensugn i Gambia (IBI, 2016b).
Bild 2. Simpel biokolstunna (Washedashore.com, 2009).
Bild 4. Modern biokolanläggning (CarbonZero, u.åa)
18 system. De råmaterial som låg till grund för LCA:n var rester (stjälkar, blad) från majsodling, trädgårdsrester och switchgrass, vilket är en art av energigräs. Biokolet framställdes genom långsam pyrolys. Energi, växthusgaser (VHG) och ekonomiska aspekter undersöktes och beräknades för att skapa en bild av biokolets påverkan på klimatet, energiflödet och ekonomiska förutsättningar. Alla deras beräkningar gjordes med USA som utgångspunkt. Avgörande faktorer i LCA:n är således mängden kol i råmaterial och energin som förknippas med biokolproduktion.
Som tidigare nämnts är biokol en produkt av det råmaterial det tillverkats av, och det påverkas i hög grad av tillverkningsprocessen gällande gradantal och tid. Därför framkommer också olika resultat inom olika intervaller. Vikten av att tillverka biokol med väl uttänkta processer vad gäller val av metod och råmaterial belyses här då fallet med switchgrass kunde innebära ökade nettoutsläpp av CO2e. Trots att det rör sig om lägre siffror, +36 kg CO2e per
ton torr biomassa så är detta en viktig aspekt att ha i åtanke då högre utsläpp är högst oönskat och i rak kontrast till själva grundtanken med biokol. Liknande resultat nås även av Meyer, Glaser & Quicker (2011) som beräknade att användningen av switchgrass kan ge variationer i CO2e utsläpp mellan -442 kg och +32 kg.
Biokol uppvisar också potential att kunna minska läckaget av växthusgaser (Lai et al, 2013).
Hur lång tid biokol fungerar som kolsänka beror på en mängd faktorer. T.ex. hur det är tillverkat och från vad. Omgivningens temperatur, fukthalt och mängden mikroorganismer spelar också in. Det uppskattas hur som helst vara stabilt i hundratals år, och med rätt förutsättningar även tusentals år (Bates, 2010).
Pyrolys
Då organiskt material upphettas under begränsat tillgång till syre uppstår den process som kallas pyrolys (Gustafsson, 2013, s. 14).
Det finns många olika sätt att åstadkomma pyrolys. Alltifrån kolmilor eller en plåtburk perforerad med hål till stora och avancerade maskiner kan användas. Denna enkelhet är en av dess fördelar då områden med god tillgång till vegetation men dåliga matjordar har möjlighet att själva framställa biokol i syfte att förbättra markens biologiska liv och
19 Det är en termokemisk process i vilken lignin och cellulosa bryts ned och omvandlas från långa kolkedjor till kortare kolkedjor där de antar formen av aromatiska föreningar, fenoler, metan och koldioxid (Bates, 2010, s. 114).
Bild 1. Pyrolysprocessen illustrerad. (International Biochar Initiative, 2016a)
Pyrolysen resulterar i fyra samprodukter: långsiktig förvaring av kol i jorden, förnyelsebar energiproduktion, hantering av restprodukter från biomassa och biokol som jordförbättrande insats (Roberts, Gloy, Joseph, Scott & Lehmann, 2009, s. 827).
Med moderna former av pyrolys kan upp till 65 % av kolet i biomassan koncentreras och stabiliseras till formen av biokol. Då det finns uppskattningar att terra preta-jorden i
Sydamerika producerade upp till fyra gånger så mycket jämfört med dagens moderna jordbruk så är det ytterligare incitament till framtida, storskaliga, undersökningar.
Hållbart biokol
Framställningen av biokol är lika viktig som dess användning och för att säkerställa en hållbar produktion så kommer denna uppsats att förorda, och utgå från, användningen av det
europeiska biokolcertifierings-systemet EBC (the European Biochar Certificate). Det är en certifiering som tagits fram (European Biochar, 2013) som en vidareutveckling av the
International Biochar Iniative (IBI).
Riktlinjerna för IBI utvecklades år 2009 (European Biochar, 2013) och för EBC året efter, 2010. Tanken bakom IBI är att med hjälp av standardiserad produktdefinition och riktlinjer för produkttestning erbjuda en allmänt vedertagen definition av vad biokol, med avsikt att användas i jordförbättrande syfte, är för något.
Båda certifieringarna bygger på frivillighet och såväl små producenter (under 20 ton) som stora producenter kan anmäla sig och bli certifierade. Certifieringarna har tagits fram i syfte att bli industriell standard inom Europa och i arbetet för att utveckla systemen har
biokolsforskare i samarbete med både akademiska- och industriella experter deltagit, i en / Förbränningsprodukter
/ Förbränningsgaser / Pyrolysgas
20 process öppen för allmänheten. Förhoppningen med arbetssättet och användandet av
certifieringen är att en allmän standard ska garantera högre kvalitet av slutprodukten samt uppmuntra en fortsatt utveckling av biokolproduktion (European Biochar, 2013). Ytterligare ett syfte med en gemensam begreppsapparat är att underlätta för biokolsproducenter att ge sina kunder trovärdig och uppdaterad information kring biokols kvalitativa och fysiokemiska egenskaper.
IBI:s certifieringsprogram är också designade för att olika regionala och nationella intressen ska kunna anpassa dem efter lokala förutsättningar, samt för att vid behov kunna användas som referenspunkt i reglerande syfte (ibid).
Biokol kan framställas från ett flertal källor, genom olika produktionsprocesser, och kan inneha många olika attribut. I förlängningen är förhoppningen att spridningen och
användandet av IBI:s riktlinjer ska bygga ett konsumentförtroende. Genom regelbundna uppdaterande rapporter om biokolets egenskaper ska aktuell och relevant information garanteras och kommuniceras till alla intressenter, vilket i sin tur ska säkerställa en stabil grund för en internationell marknad. Med avsikt att underbygga trovärdigheten för IBI har utvecklingensprocessen inkluderat ämnesexperter vilka varit delaktiga i utarbetandet och utvärderandet av innehållet samt verkat som guider genom hela arbetet. Allt detta för att effektivisera arbetet och tillgodose så många behov som möjligt för en bred användarbas av kommersiellt framställt biokol. Under dokumentens framskridande söktes kontinuerligt deltagande från den allmänna biokolgemenskapen för att ge ett vidare perspektiv på användning och funktionalitet av detta verktyg (ibid).
Arbetet med framtagningen av riktlinjer för såväl definition och produktutveckling bygger på principen om bästa nuvarande teknik och senaste vetenskap inom området. Riktlinjerna är avsedda att uppdateras i takt med att vetenskapen kring biokol gör framsteg och det hela är ett pågående arbete för att hela tiden vara relevant. Av denna anledning kommer periodvisa granskningar utföras för att tillsammans med det internationella biokolgemenskapen diskuteras och förbättras (ibid).
Den europeiska biokolcertifieringen utvecklades parallellt med IBI, fast med starten ett år senare. Det bygger även det på biokolforskares insatser. Syftet är att vara en frivillig
certifiering med målet att garantera en hållbar produktion av biokol med låg risk för användning inom lantbrukssystem. Det är byggt på vetenskapliga data, det är ekonomiskt livskraftigt och nära förknippat med tekniska och lantbrukliga användningsförfaranden.
21 Biokol som producerats i enlighet med EBC:s standarder uppfyller alla krav på en hållbar produktion och ett positivt ekologiskt fotavtryck. Dessa standarder garanterar ekologiskt hållbar anskaffning och produktion av råmaterial till framställning av biokol samt att regler för utsläpp efterlevs och en miljömässigt säker förvaring används. En EBC-certifiering innebär även att alla gränsvärden för förordningen om bevarandet av matjord uppfylls. Allt biokol framtaget genom EBC:s riktlinjer ska dessutom dokumenteras och övervakas utförligt för att garantera hög kvalitet och att standarderna fullföljs (ibid).
EBC:s bärande pelare består av sex st, lika viktiga delar. Oberoende kontroller på plats
En unison analysmetod
En årlig utvärdering av certifieringens standarder utförd av EBC:s vetenskapliga råd Fullt stöd i lagen
Ekonomiskt gångbart
Nära till allmän praktik med tydliga riktlinjer och gränsvärden.
EBC certifierar följande;
Ett hållbart tillhandahållande och produktion av råmaterial till biokol En energieffektiv pyrolysteknik med låga utsläpp
Högkvalitativt biokol med låga nivåer av kontaminering Ett säkert användande och tillämpande av biokol.
Organisationen bakom EBC samarbetar i en öppen dialog med IBI för att tillsammans strömlinjeforma de bägge systemen och i samförstånd finna, och forska fram, en ständigt utvecklande bästa teknik och metod för användning av biokol. Den huvudsakliga skillnaden mellan EBC och IBI ligger i att den förstnämnde integrerar kontroller på plats medan IBI baseras på frivilliga tester av producerad biokol.
22 Konkurrerande funktioner inom miljön
Hannigan beskriver teorin ”miljöns tre konkurrerande faktorer”, som utarbetats av Catton och Dunlap (”tre konkurrerande funktioner inom miljön”). Det är en modell som grundar sig på att miljön utgörs av tre generella funktioner som mänskligheten drar nytta av; resursförråd, levnadsutrymme och avfallshantering.
Figurerna är från Hannigan (2006) vänstra = ca 1900. Högra = nuvarande situation. ”Konkurrerande funktioner inom miljön” kallas de, enligt Dunlap (1993)
Ur resurssynpunkt tillhandahåller planeten alla de resurser vi som människor behöver och miljön är en källa för både förnybara och icke-förnybara naturresurser, så som vatten, luft, skogar, fossila bränslen, mineraler. Överanvändande av dessa resurser leder så småningom till brist på resursen i fråga.
Faktorn vilken benämns som levnadsutrymme byggs upp dels av faktiskt yta för hus och plats att verkligen leva på, men även t.ex. transportsystem och andra essentiella funktioner för det vardagliga livet. Konsekvenserna av att överanvända denna del resulterar i trångboddhet, trängsel och i förstörelsen av levnadsutrymme för andra arter.
Den tredje faktorn, avfallshanteringen, består i naturmiljöns förmåga att ta hand om avfall och utsläpp av olika slag. Allt från sopor till avlopp och fabriksutsläpp till andra biprodukter faller inom ramen för detta och ett övertrasserande av ekosystemens
omhändertagningsförmåga leder till att ekosystemen riskerar att kollapsa samt till hälsoproblem för människor till följd av de farliga avfallen.
Det som Hannigan (2006) pekar på är att dessa tre funktioner konkurrerar med varandra om utrymme. Ökad plats för t.ex. avfallshantering i form av soptippar eller sorteringsstationer tar plats från t.ex. möjlig utbyggnad av staden och kan samtidigt förstöra närområdets
möjligheter att fungera som habitat för djur och växter. En utbyggnad av boyta för människor undanröjer möjligheterna för avfallshantering och förläggs ibland på odlingsbar mark och
Global ekologisk bärkraft
Levnad s utrymm Levnads utrymme Resurs- förråd Avfalls- hantering Levnads utrymme Resurs- förråd Avfalls- hantering
23 ökad avverkning av skog kan t.ex. inkräkta på både djur och växters levnadsplatser, men även på ursprungsbefolkningars hemvister.
De senaste decennierna har alla dessa tre behov blivit så stora att de nu överlappar varandra och hamnat i konflikt, både sinsemellan och inom våra planetära gränser. De nya problem vi står inför med global uppvärmning först och främst, anses härstamma ur konkurrensen som uppstått mellan dessa faktorer då de vuxit sig gigantiska.
En av de största fördelarna med denna modell, enligt Hannigan (2006), är att den
expanderar mänsklig ekologi till att inte bara innefatta levnadsyta, den tar även in funktioner som är högst relevanta för miljön; resurser och avfallshantering. Utöver detta tillförs en tidsdimension då de tre grundläggande faktorerna påvisas ha ökat från att ha hållit sig inom planetens gränser i början på 1900-talet till att runt 1990 ha passerat och överstigit vad planetens hållbara möjligheter kan hantera.
En kritisk röst som bör lyftas i sammanhanget är att Catton och Dunlaps modell inte innefattar mänskligt agerande eller effekter av värderingar och maktförhållanden. Detta är en brist i denna förklaringsteori då de är starka psykologiska påverkansfaktorer (Brock & Green, 2005) som bör tas med i en modell över hur mänskligt agerande tvingar planetens ekosystem att leva under ett tryck vilket inte är hållbart i längden. Risken med att utelämna mänskliga faktorer är att naturen då kommer betraktas som helt friställd från människan och att frågor om sociala och kulturella värden helt utelämnas.
Hannigan (2006) lyfter upp ett synsätt vilket tillskrivs Schnaibergs bok från 1980. Han kallar det the treadmill of production, vilket kan översättas till ”produktionens ekorrhjul”. Det går i korta drag ut på att vårt ekonomiska system är uppbyggt kring ett behov att oavbrutet skapa inkomster genom att skapa konsumentbehov för nya produkter, även då detta för med sig att vi anstränger ekosystemens fysiska kapacitet, deras bärkraft. Kärnan i ekorrhjulets system underbyggs av en komplex och självförstärkande mekanism där politiker hanterar miljömässiga konsekvenser, vilka orsakats av en kapitalintensiv tillväxt, med att ytterligare finna nya områden för exploatering istället för att fokusera på att minska vår konsumtion eller anta en mer måttlig livsstil.
Enligt Hannigan (2006, s. 16) så pågår nu ett betydande skifte mot att finna den mest effektiva mekanismen för att genomföra en miljömässig reform och förbättring i syfte att bana väg för en miljömässigt och socialt säkrare framtid.
24 Biokolets styrkor och möjligheter.
En uppdelad sammanställning av biokolets potential följer här.
Binder koldioxid.
I LCA:n utförd av Robert et al (2009) går det att utläsa en övervägande positiv effekt i nettoutsläppen av VHG. Det ton torr biomassa som användes som funktionell enhet
resulterade i ett negativt flöde av -864 och -885 kg CO2. Det innebär att tillsvarande mängd
koldioxid dels tagits ut ur atmosfären samt förhindrats från att nå dit. Av dessa hundratals kilon står biokolets förmåga att lagra kol jorden för 62-66 %. Majoriteten av det kol som finns i biokol är väldigt stabilt och behåller sin stabila form under väldigt lång tid, vilket innebär att den mängd kol som grävs ned i marken inte kommer avsöndras och återgå till atmosfären inom överskådlig framtid. Roberts et al (2009) uppger att de räknat något återhållsamt och anger att ca 80 % av kolet kommer förbli stabilt medan 20 % återgår till atmosfären efter de första åren i jorden. Under förhållanden där den årliga medeltemperaturen är runt 10 grader så beräknas biokol bevara sin stabila form i genomsnitt 1000 år (Roberts et al, 2009, s. 829).
Effektivt bistånd.
De jordförbättrande egenskaper som biokol besitter kan utgöra en god hjälp för de många jordbrukande kvinnor som bor i länder vilka vi sänder bistånd till. Internationella banker gav krediter till jordbruksområden i u-länder för uppemot sex miljarder dollar år 1990, men bara ca 5 % av dessa nådde jordbrukande kvinnor. Med riktade bistånd kan fler kvinnor förbättra sina inkomster, sin mattrygghet och hälsa samt i förlängningen även sina framtida utsikter då de med bättre inkomster kan få ta del av kreditprogram och banklån vilket kan vara en språngbräda mot att skaffa en högre utbildning (Vilby, 2007, ss. 221-222). Biokol som bistånd blir än mer effektivt när även effekten av minskade lungsjukdomar orsakade av matlagning tas i åtanke.
Energieffektivt.
I undersökningen av Roberts et al (2009, s. 829) gjordes experiment på fyra olika råmaterial. Ett ton torr bas av rester från majs, skördat tidigt och sent, energigräset switchgrass, samt trädgårdsavfall. Alla dessa fyra genererade ett positivt flöde av energi efter omvandling till biokol, mellan 3044 Mega joule (MJ) och 4899 MJ. De räknade även ut att värmen som
25 kunde utvinnas ur syntesgasen genererade ett överskott i spannet mellan +3507 MJ och +5787 MJ per ton råmaterial. Genomsnittet av dessa två siffor ger 4647 MJ, motsvarande 1290 kWh, vilket kan ställas i förhållande till att en villa i Sverige i genomsnitt drar ca 5000 kWh per år (Vindkraftnorr, 2014). Dessa siffror skulle kunna ökas ytterligare om energiåtgången för att torka, skörda och odla grödorna som använts skulle minska.
Av dessa energivinster står tillvaratagandet av pyrolysgasen som värmekälla för en mycket stor andel. Ca 90 – 94 % av den totala energin som alstras kommer härifrån. Minskad användning av fossila bränslen står för 4 – 6 % medan om vi ser till faktorer som kräver energi så är transport av biomassan och byggandet av en tillverkningsstation relativt små, 2-3 % respektive 2-4 %.
En undersökning av Harsono et al (2013, s. 108) visade på att nettoavkastningen på energin i den biokol de producerade översteg den energi som krävdes för att tillverka den. De använde sig av resterna från fruktklasar vid ett palmoljeplantage och det visade sig att de fick ut mer än dubbelt så mycket energi av att tillverka biokol ur denna källa än vad som gick åt i framställningen. Det var med andra ord en god positiv energibalans.
Enkel teknik.
Biokolets chans till spridning och möjligheter att nå de som behöver den mest är inte beroende av globala och avancerade stödstrukturer (Forsberg, 2012). De globala nätverk av aktörer och biståndssystem som finns ska inte glömmas bort eller förringas, men att inte vara beroende av ett unisont godkännande av många inblandade länder kan vara en styrka.
Förbättrar jordkvaliteten.
I detta avseende har biokol stora möjligheter att göra nytta. Det har en unik förmåga att förbättra jordkvaliteten då biokolet fungerar lite som ett korallrev i jorden (Bates, 2010). Om det först får vändas i en näringsrik blandning, t.ex. en kompost, och sedan planteras i jorden så blir den nya blandningen omedelbart koloniserad av jordmikrober, ungefär på samma vis som ett korallrev blir hem åt alla möjliga sorters marint liv. Dessa mikrober drar åt sig
svampsporer som i sin tur ansluter sig till plantors rötter och blir då en mycket effektiv bärare av näring genom hela revet.
Utöver att fungera som ett sammanbindande rev av näring åt växter och dess rötter så binder biokol stora mängder vatten. Det tillhandahåller en reservoar och kulvert för fukt i jorden genom att suga upp vatten från mättade områden och fördelar det till torrare delar. Ett
26 gram biokol, i storlek med det lilla suddgummit på en blyertspenna, har ett ytområde på mellan 1000 till 2500 kvadratmeter (uppskattningsvis storleken på ett hus), tack vare alla dess mikroporer (Bates, 2010).
Förstärker effekten av gödning.
Tillsatsen av biokol i jorden har goda utsikter att ge bättre avkastning. Störst positiv effekt sker emellertid i jordar vilka degraderats och försvagats. Detta är en dubbel nyttoeffekt på platser där utarmning och erosion råder eftersom större insatser av industriellt gödningsmedel ytterligare spär på detta tillstånd. Biokol minskar behovet av gödningsmedel eftersom det bland annat binder kväve i jorden och försök har visat att 7,2 % mer kväve bundits i jord där biokol använts jämfört med motsvarande kontrolljord (Roberts et al, 2009, s. 829).
Högre avkastning av odling.
Organisationen CoolPlanet genomför tester på odling med biokol och visar på en ökad skörd på uppemot 50 % och en reducerad vattenförbrukning på 30 %.
Bild 5. Effekt av biokol i salladsodling. (CoolPlanet, 2016)
CoolPlanets resultat är viktiga på fler sätt än bara den ökade skörden som kommer sig av
biokolstillsättning. Det minskade vattenbehovet är också av stor betydelse. Som redan
förklarat, och vilket de flesta idag har accepterat och är införstådda i, så går Jorden mot ett allt varmare tillstånd. Att då kunna odla mer med mindre vatten och dessutom hålla kvar vatten i jorden på det sätt som biokol visat sig kunna göra, är av kolossal betydelse.
Fler exempel finns. T.ex. från ett treårigt försök med citronträd där den odling som behandlats med biokol för dess mykorrhiza-främjande egenskaper växer märkbart bättre än kontrollgruppen, vilken inte behandlats med biokol.
27
Bild 6. Biokolbehandlade citrusträd i ett treårigt projekt. (Mycorrhizal Applications, u.å).
De föregående två är exempel på försök som gjorts med biokol, där kontrollgruppen är obehandlad och planterad i vanlig jord. Det finns även tester med växter planterade i
biokolberikad jord i jämförelse med en kontrollgrupp som fått tillskott av gödningsmedel och ett sådant följer här.
Bild 7. Odling med biokol jämfört med NPK. (CarbonZero, u.åb).
Som avslutande exempel och för att inte utelämna en viktig kombination så får ett försök från Japan illustrera hur det kan se ut när samma gröda såtts i vanlig jord, med gödning i form av kväve-fosfor-kalium (NPK) och med biokol blandat med NPK.
28
Bild 8. Försöksodling från Japan. A = vanlig jord. B = NPK. C = Biokol + NPK. (CarbonZero, u.åc).
Detta försök ger viss tyngd åt påståendet att biokol som får ligga i kompost, eller annan näringsrik blandning, kan förstärka dess gynnsamma egenskaper för odling.
Koldioxidsänka.
Gaunt och Cowie (2009, refererat från Roberts et al, 2009), räknade ut den totala minskningen av utsläpp från några olika slags biokol. De nådde fram till slutsatsen att ett ton biokol binder mellan 2.6 och 16 ton koldioxidekvivalenter. Som tidigare påpekat är det stor skillnad mellan råmaterialet som använts, tillverkningsprocess med gradantal och tid samt vilken användning grödan som utnyttjats har haft.
Även Hammond et al (2011, s. 2654), kom fram till slutsatsen att ett ton torr biomassa kunde vid framställning av biokol reducera CO2e-utsläpp med mellan 0.7-1.3 ton.
Ur ett globalt perspektiv kan detta, enligt Gurwick, Moore, Kelly & Elias (2013) betyda att vi genom användning av biokol kan annullera 12 % av de totala utsläppen av VHG.
Minska sjukdomar från inandning av sot.
Världshälsoorganisationen (WHO, 2016) uppger att ca 4.3 miljoner människor om året dör på grund av hälsovådliga effekter orsakade av röken som uppstår vid matlagning inomhus. Detta är en risk som en spis utvecklad att framställa biokol, och som kan drivas av värmen under processen kan avlägsna (Bates, 2010, ss. 125-138). Denna positiva effekt skulle bli än mer markant om noga tillverkat biokol producerades av fler länder än Sverige i detta avseende.
29 Reducerar utsläpp av N2O.
Applicering av kväve i jordar kan få bieffekter att lustgas utsöndras. På grund av biokolets förmåga att binda kväve och det efterföljande minskade behovet av kvävetillsatser i jorden så beräknas utsläppen av lustgas som orsakas av just kvävetillsatser minska med hälften (Roberts et al, 2009, s. 829).
Vilka svagheter och hot kan kopplas till biokol?
Biokol besitter stora positiva kvaliteter men utan ett väl undersökt underlag och utan en klar plan för dess bruk finns risker även inom detta lovande område.
Biokol framför allt.
Valet av råmaterial till biokolframställning är viktigt att analysera. Den ursprungliga grödans användning måste tas i beaktande för att inte riskera att slutresultatet blir ineffektiv biokol. Meyer et al (2011) fann t.ex. att ifall resterna av majsodling i nuläget används till att generera elektricitet så är detta bättre, sett ur ett VHG-perspektiv, än om resterna istället börjar
användas för biokolproduktion. De fann att denna förändring kunde skapa en utsläppsökning motsvarande 123 kg CO2e per ton majsrester.
Biståndsproblematik.
Bistånd har genom åren visat sig vara en svårare utmaning än de flesta anat. Fler än ett projekt har kommit att bli en så kallad ”vit elefant”. Det är en term som uppstått av alla de tjusiga och stora projekt som satts igång i u-länder där tanken måhända varit god men som visat sig vara illa genomtänkt. Exempel på detta är cementfabriker som byggts utan tillgång till el och vägar (Valby, 2007, s. 351). Ett hot mot biokol som systematiserat bistånd är just detta. Då det krävs rätt utformat biokol för den jord det ska användas i kan slarv och förhastad produktion leda till att även biokol slutar som en vit elefant.
Lock-in.
Berkhout (2002, s. 2) beskriver lock-in som en situation där kostnaderna, ansträngningarna och chanserna att gå ifrån ett stort och inarbetat system mot något nytt, oavsett om detta nya är bättre, kan bli för stora och kraftigt försvåra en övergång från ett regim till ett annat. Ett hot mot biokolets framtid kan skönjas i risken att vi tar ett förhastat beslut i biodrivmedlets fördel och därigenom låser in oss på en utstakad väg.
30 Ohållbar indirekt markanvändning.
Olika grödor som råvara till biokol ger upphov till olika stora förändringar av CO2e. Detta
kommer sig av indirekta förändringar i markanvändning (Roberts et al, 2009; Meyer et al, 2011). Termen ”indirekt markanvändning” innebär att om det på en yta mark odlas en ätbar gröda och denna byts ut mot en ren energigröda så betyder denna omvandling, i många fall, att det på annat håll tillreds markyta för att odla motsvarande mängd ursprunglig gröda. Idag används ca 11 % av jordens totala yta till odling (FAO, 2003) och en avgörande faktor för hur ny odlingsmark tillkommer är ifall den tillreds på bekostnad av skog i tempererade, tropiska eller boreala områden (Meyer et al, 2011, Roberts et al, 2009).
Okunskap om biokol.
Biokol talas det inte om varken i den offentliga debatten eller i media. Det är en klar svaghet då det krävs uppmärksamhet och kännedom för att överhuvudtaget komma upp på den
politiska agendan. I dagsläget är de flesta aktörer i Sverige både små och privata. I motsats till biodrivmedel har ingen statlig offentlig utredning gjorts kring biokol och det finns också endast ett tunt underlag av forskning kring olika specifika råvaror som bas till biokol-framställning. Större utredningar kring effekterna av både produktion av biokol och dess effekter behövs, ihop med riktad forskning som fokuserar på de svenska förutsättningarna och hur det biokol som kan framställas ur vår biomassa kan användas bäst.
Ekonomiska förutsättningar
Ekonomiska beräkningar och förutsättningar för biokol är i nuläget en komplicerad och svår fråga. Det finns mängder med parametrar och förutsättningar som behöver tas i åtanke och resultatet hänger i hög grad ihop med vilken effekt biokolet har för ökad avkastning i lantbruk, samt energipriser och kostnad för uppvärmning. Dessutom kan mängden CO2 som
upptas av biokolet anses vara värt motsvarande mängd utsläppsrätt vilket tillför ännu ett värde vilket varierar över tid. Meyer et al (2011) påpekar även att det blir ännu mer svårberäknat då värdet för olika faktorer kan variera från ett projekt till ett annat och gälla specifikt för en enskild region vid en given tidpunkt.
Roberts et al (2009) lyfter fram tre viktiga aspekter för att göra en ekonomisk värdering av biokol. De nämner kostnaden för produktion av råmaterialet, värdet av mängden kol som binds och kostnaden för pyrolysprocessen som de viktigaste.
31 Enligt Roberts et al (2009) ligger den största chansen för ekonomisk profit i biokol vilket framställs ur trädgårdsavfall, då detta är avfall som oftast inte används till något annat och som i och med biokol får en helt ny tjänst att fylla. Deras beräkningar ger att ett ton torr biomassa från trädgårdsavfall gör en förtjänst på 69 dollar. Detta gällde dock under förutsättningen att förhindrandet av ett ton CO2e utsläpp värderades till 80 dollar.
Meyer et al (2011, s. 9476) har i deras genomgång av befintlig forskning på området sammanställt resultat som andra forskare tagit fram. Flera av dessa ger positiva besked vad gäller biokols ekonomiska lönsamhet. Islam och Ani, 2000, refererat i Meyer et al (2011, s. 9476) ger energivärdet av kolet från en pyrolysprocess ett högt värde på 560 dollar per ton. De har räknat på energivärdet i kolet jämfört med energivärdet från träpellets och det bidrar ett lite högre värde. Det inkluderar heller inte själva produktionskostnaden för kolet i sig. Meyer et al (2011) redovisar även för beräkningar utförda av Bridgewater et al (2002), vilka också når fram till ett värde på 560 dollar per ton kol, sett till energi. De har utgått från produktionskostnaden för el i Storbritannien utefter en modell baserad på en snabb
pyrolysprocess och de produkter som uppstår däri. De har bland annat antagit att
pyrolysprocessen täcker sina egna värmekostnader genom att bränna delar av det kol och gaser som uppstår i tillverkningen.
En detaljerad undersökning för de ekonomiska förutsättningarna hos en pyrolysanläggning som genom en långsam tillverkningsprocess och en temperatur på 450 grader Celsius,
tillverkar biokol efter inmatning av tio ton råmaterial i timmen, gjordes år 2009 av Roberts et al (2009). Biokolet ämnades använda i jordförbättrande syfte och gasen togs om hand som värme.
Två scenarier baserade på värdet av minskade utsläpp användes som grundförutsättningar. I det lågt räknade scenariot antogs värdet av ett ton minskade CO2e-utsläpp vara 20 dollar och
i det höga scenariot antogs det ligga på 80 dollar. Dessa antaganden gjordes utifrån de rekommendationer som finns i IPCC:s fjärde syntesrapport från 2007 (IPCC, 2007).
Syntesgasen beräknades efter samma värde per MJ som naturgas (Roberts et al, 2009, s. 829). Resultaten varierade beroende på råmaterial och vilket av de två scenarier som låg till grund för uträkningen. Rester från majsodling och ett högt scenario gav att ett positivt resultat på 35 dollar per ton, vilket uppskattningsvis innebär en medelhög potential till ekonomisk gångbarhet. Energigräset, Switchgrass, uppnådde inte samma effekt och beräknades, beroende på scenario och förutsättningar, ge ett resultat i spannet mellan förlust av 30 dollar per ton till en vinst av 8 dollar per ton (Roberts et al, 2009, s. 831). Viktigt att nämna är också att det i
32 två variationer slutade med en nettoökning av CO2e-utsläpp, vilket inte kan göras ekonomiskt
försvarbart.
Roberts et al (2009) gör bedömningen att det största förhindret i jakten på ekonomisk lönsamhet utgörs av pyrolysen och insamlandet av råmaterialet. Den stora variationen i bedömningen av värdet på omhändertagen CO2e är av avgörande betydelse för möjligheterna
att göra en vinst på biokolet som undersökts. Svårigheten görs tydlig då inte kunde garanteras lönsamhet trots ett högt satt pris av 80 dollar per ton koldioxid.
Något som visade sig vara lönsamt ur både ekonomisk och VHG-minskande perspektiv, är då trädgårdsrester använts till framställningen av biokol. I Roberts et al:s (2009) undersökning gav det ett positivt resultat av 16 dollar per ton torkat råmaterial. De har då räknat in att flertalet omständigheter har uppfyllts. T.ex. beräknades biokolets värde utefter dess innehåll av kalium och fosfor, samt ökad effekt av kvävetillsatser. Alternativkostnaden för att övergå från användning av kompost baserad på trädgårdsrester, till produktion av biokol är inräknat. Följande omständigheter är uppfyllda i detta exempel;
den undvikta kostnaden för att få avfallet omhändertaget försäljningen av syntesgasen till värmenätet
undsluppna kostnader för kompostering
försäljning av VHG-certifikat á 20 dollar per ton CO2.
(Robert et al, 2009).
Dessa punkter är inte unika för just detta fall utan kan anses vara av generellt intresse i biokoltillverkning och värt att notera är att de i detta exempel räknat på ett lågt pris för utsläppsrätten. Negativa resultat nåddes dock i fallen med majsrester och energigräs, där en förlust av uppemot 30 dollar per ton noterades. Värt att beakta är dock att en stor kostnadspost i dessa fall kan utgöras av transportkostnaden från många små uppsamlingsställen av
råmaterial, till pyrolysverket. Det skulle kunna innebära en stor kostnadsfördel ifall
transporten kunde utgå ifrån en mer centraliserad plats, t.ex. en gemensam station där flera små givare kunde lämna sitt råmaterial och att det sedan transporterades därifrån till platsen för tillverkningen.
33 Biodrivmedel
Från en av underlagsrapporterna till utredningen om FossilFri Fordonstrafik hämtar jag detta citat:
” Biodrivmedel kan produceras genom ett stort antal olika produktionskedjor vars
förutsättningar påverkas av val av råvara, omvandlingsprocess, lokalisering osv. Effektivitet, miljöpåverkan och kostnader kan alltså inte bedömas utifrån vilket drivmedel som avses, t ex etanol, metanol, metan eller HVO (hydrerad vegetabilisk olja, en slags biodiesel, förf. anm.), utan måste värderas utifrån varje enskild produktionskedja och dess specifika förutsättningar. Potentialen för drivmedel via specifika produktionskedjor bestäms också av faktorer som tillgång på råvara och odlingsmark, logistik, integrering med annan industri, avsättning av extern värme och biprodukter osv. På ett mer generellt plan påverkar även befintlig
infrastruktur och fordonsteknik de praktiska förutsättningarna för implementering av olika biodrivmedel.” (Börjesson, Lundgren & Ahlgren, 2013, s. 7)
Potentialen i Sverige.
Börjesson et al (2013) skriver i sin underlagsrapport att våra svenska skogar har ett
energiinnehåll på drygt 10500 TWh och att den årliga tillväxten är ca 350 TWh. Det är delar av denna årliga tillväxt som kan betraktas vara den teoretiska potentialen för en framtida produktion av biodrivmedel från skogliga resurser. År 2011 uppskattades bruttoavverkningen till 88,8 miljoner m3sk (skogskubikmeter), vilket dock är en något osäker siffra.
Nettoavverkningen under samma år beräknas till 72,1 miljoner m3fub (kubikmeter fast under
bark) och omräknat till energienheter svarar 72,1 miljoner m3fub för 155 TWh (Börjesson et
al, 2013, s. 52). Detta motsvarar med andra ord lite mindre än hälften av den tillgängliga årliga tillväxten.
Sverige har stora skogsområden och god återväxt i dessa. Det är då inte märkligt att det förs en diskussion om att ersätta en del av de fossila bränslen som används i våra motorfordon med biodrivmedel. Utsläppen från vägtransportsektorn står för ca 30 % av Sveriges totala CO2-utsläpp (Trafikverket, 2016).
34 Biodrivmedels styrkor och möjligheter.
En uppdelad sammanställning av biodrivmedlets fördelar följer här.
Populism/enkla vägen?
Med detta avses vikten av att inte nöja sig med enbart en undersökning av biodrivmedel utan att även betrakta hur biodrivmedel står sig mot en utökad användning av elbilar och hur råvaran står sig om den används till biokol. I avseendet av en möjlighet kan det anses vara enkelt för politiker att vilja uppvisa handlingskraftighet nu när rapporten om en fossilfri fordonsflotta ligger på bordet, och inte ta tag i vidare utredningar och det arbete sådana medför.
Forskningsunderlag.
Jämfört med Sveriges förutsättningar för biokol så har mycket stora resurser lagts vid undersökningar av biodrivmedel. Svenska staten beställde en offentlig utredning kring en fossilfri fordonsflotta, baserad på en mängd underlagsrapporter (Regeringen, 2015).
Minskade utsläpp.
Uträknat enligt riktlinjerna för EU:s Renewable Energy Directive (RED) så innebär
användningen av biodrivmedel en reducering i VHG jämfört med motsvarande användning av fossila bränslen. Börjesson et al (2013, s. 13) uppger att det finns en potentiell
VHG-minskning på uppemot 80-95 % ifall biodrivmedel används istället för bensin och att bensin släpper ut i genomsnitt 84 g CO2e per MJ. Inräknat i dessa beräkningar är indirekta effekter av
både negativ och positiv karaktär, från förändrad markanvändning och hantering av restprodukter och avfall etc, samt de mer direkta till exempel utvinning, raffinering och transport. Denna positiva effekt av VHG-reducering skulle bli ännu mer uppenbar ifall råvaran för olja kommer från skiffergas eller oljesand, varpå effekten kan bli den dubbla. Därtill nämns att minskningen av VHG blir ännu större ifall biodrivmedlet framställs av råvara tagen ur energiskog istället för traditionella jordbruksgrödor (Börjesson et al, 2013, s. 14).
