BIOEKONOMI OCH HÄLSA
JORDBRUK OCH
TRÄDGÅRD II
Växtodlingsförsök med torrefierad GROT
från Sveaskog
Tora Råberg och Åsa Myrbeck
Växtodlingsförsök med torrefierad GROT
från Sveaskog
Abstract
Plant cultivation study with torrefied forest residues from
Sveaskog
Torrefied forest residues can contribute to a carbon sink in garden soils by reducing the proportion of peat in the substrate mixture sold to the customer. Since there are energy gains with shorter torrefaction, there was interest in investigating whether vegetables have different growth pattern in substrate mixtures with residues that have been torrefied for a longer or shorter time. RISE was commissioned by Sveaskog to make an experiment where cultivation in forest residues with two different degrees of torrefaction (difference in residence time) was compared with ordinary vegetable soil sold by Econova. The three growing media included in the experiment were prepared by mixing 10% by weight of GROT1, GROT2 and light peat, respectively, into Econova's vegetable soil. The model plant was Roman lettuce (Lactuca Sativa 'var. Romana') and the experiment was carried out for three months in cultivation chambers with controlled temperature (D: 20 ° C / N: 15 ° C), humidity (Rh 70%), light exposure (15 h) and soil moisture (70% WHC) during the period 14/7 - 15/9 2020. Fertilisation was added in the form of nutrient solution on four occasions. Before harvest, a taste test was performed where two test persons assessed the salad in each pot. The biomass of the salad was measured as fresh weight and dry weight after harvest. Drying was done at 105 ° C for three days. No significant differences were measured with respect to taste test, fresh weight and dry weight. The conclusion from the experiment is that no significant deterioration of the growth was measured when 10% by weight was changed from peat to torrefied forest residue. There was no significant difference between the degrees of torrefaction, which indicates that there are possible energy savings by using a shorter residence time in the pyrolysis reactor.
Key words: torrefied forest residue, carbon, peat, substrate, plant growth experiment, fresh weight, dry weight, taste, pyrolysis, water holding capacity
RISE Research Institutes of Sweden AB RISE Rapport : 2021:49
Innehåll
Abstract ... 3 Innehåll ... 4 Förord ... 5 Sammanfattning ... 6 1 Bakgrund ... 7 2 Inledning ... 7 3 Försöksupplägg ... 9 3.1 Ingående material ... 9 3.1.1 Torv ... 9 3.1.2 Torrefierad GROT... 9 3.2 Utförande ... 9 3.2.1 Försöksbeskrivning ... 10 3.2.2 Skörd och mätningar ... 12 4 Försöksresultat ... 125 Diskussion och slutsats ... 15
Förord
Sveaskog och Econova har ett samarbete kring hur restprodukter från skogsbruket kan förädlas så att de kan ge ett mervärde i blandningar av trädgårdsjord. För att skapa en långvarig kolsänka i de huvudsakligen torvbaserade trädgårdsjordarna så ville Sveaskog och Econova att RISE utförde ett växtodlingsförsök där odlingsresultatet med två olika substratblandningar av torrefierad GROT utvärderades.
Tora Råberg Åsa Myrbeck
Jordbruk & Livsmedel
RISE Research Institutes of Sweden 223 70 Lund
Jordbruk & Livsmedel
RISE Research Institutes of Sweden 756 51 Uppsala
Sammanfattning
Torrefierad GROT kan bidra till en kolsänka i trädgårdsjordar genom att andelen torv kan minskas i substratblandningen som säljs till kunden. Eftersom det finns energivinster med kortare torrefiering så fanns intresse av att undersöka om grönsaker har olika tillväxt i material som torrefierats under längre eller kortare tid. RISE fick i uppdrag av Sveaskog att göra ett försök där odling i GROT med två olika torrefieringsgrad (skillnad i uppehållstid) jämfördes med vanlig grönsaksjord som säljs av Econova. De tre odlingssubstraten som ingick i försöket iordningsställdes genom att 10 vikts-% av GROT1, GROT2 respektive ljus torv blandades in i Econovas grönsaksjord. Modellväxten var Romansallad (Lactuca Sativa’ var. Romana’) och försöket utfördes under tre månader i odlingskammare med kontrollerad temperatur (D: 20°C/ N: 15°C), luftfuktighet (Rh 70%), ljusexponering (15 h) och markfukt (70% WHC) under perioden 14/7 - 15/9 2020. Fullgödsling tillsattes i form av näringslösning vid fyra tillfällen. Innan skörd gjordes ett smaktest där två testpersoner bedömde salladen i varje kruka. Salladens biomassa mättes som färskvikt och torrvikt efter skörd. Torkning gjordes i 105°C i tre dygn. Inga signifikanta skillnader uppmättes med avseende på smaktest, färskvikt och torrvikt. Slutsatsen från försöket är att det uppmättes ingen signifikant försämring av tillväxten när 10 vikts% byttes ut från torv till GROT. Det syntes ingen signifikant skillnad mellan de olika torrefieringsgraderna, vilket indikerar att det finns möjliga energibesparingar genom att använda en kortare uppehållstid i pyrolysreaktorn.
1
Bakgrund
RISE (Research Institutes of Sweden) fick i uppdrag av Sveaskog AB att designa två försök med torrefierad GROT med syfte att utvärdera produktens marknadspotential. Torrefiering är en termisk och syrefri process där det material som skall behandlas hettas upp till en temperatur av 240–340°C vid en uppehållstid på mellan 0 och 60 minuter (Olofsson & Sjöström, 2012).
I den här rapporten presenteras resultat från ett odlingsförsök med sallat som modellväxt, där lämpligheten av inblandning av två varianter av torrefierad GROT i konventionellt odlingssubstrat testades. Parallellt utfördes även ett försök där nedbrytningen av det kolrika materialet med inblandning av samma torrefierad GROT som ovan, respektive biokol i odlingsjord, jämfördes. Dessa två försök utfördes av Tora Råberg och Åsa Myrbeck på RISE, Jordbruk och Livsmedel. Resultatet presenteras i RISE rapporten 2021:48 (ISBN: 978-91-89385-38-2). En separat del av uppdraget bestod i en teknoekonomiskanalys och utfördes av Jeanette Petersson vid RISE, Hållbar energiomvandling och där resultaten presenteras i en internrapport.
2
Inledning
Kolsänkor är ett högprioriterat utvecklingsområde inom såväl EU som Sverige i syfte att uppnå klimatmål att minska koldioxidutsläpp. Sverige har som mål att vara ett klimatneutralt samhälle senast 2045, för att därefter uppnå s.k. negativa utsläpp (Regeringskansliet, 2017). För att kunna nå detta mål önskar Sveaskog undersöka, utveckla och implementera olika åtgärder som ger upphov till en kolsänka.
Econova är Nordens ledande företag inom jord- och trädgårdsprodukter (www.econova.se). Torv är i dagsläget den viktigaste råvaran och den största delen i Econovas jordblandningar. Att minska torvbrytning och byta ut material mot restströmmar av GROT är en metod som är intressant att studera i syfte att minska CO2 utsläpp och öka kolinlagring. GROT; grenar och toppar, är ett så kallat tredje sortiment efter timmer och massaved. Enkelt uttryckt är GROT de avverkningsrester som lämnas på hygget om du bara tar ut stamveden (Skogsstyrelsen, 2020). Intresset för metoder för kolinlagring växer inom såväl industrisektorn som i samhälle. Det finns en stor betalningsvilja hos konsumenter för att köpa biokol att blanda ner i grönsaksjord med avsikt att öka den privata kolinlagringen. Biokol är en förkolnad biomassa som inte reagerar kemiskt med sin omgivning. Frågan är om det är nödvändigt att använda sig av biokoltillsatser eller om det den mindre energikrävande processen torrefiering fungerar lika bra för att minska mängden torv i trädgårdssubstrat.Ett tidigare växtodlingsförsök med torrefierad GROT har utförts med gurka som modellväxt (Fridman, 2019). I försöket användes koncentrationen 50% eller 100% torrefierad GROT, samt gödslat/ogödslat och tre olika torrefieringsgrader (uppehållstid i reaktorn). Vissa av plantorna dog på grund av uttorkning, vilket gjorde det svårt att dra slutsatser av försöket, förutom att vattenhållande förmågan var låg i det grova torrefierade materialet. I vetenskapligt publicerade jordinkubationsstudier är inblandningen med biokol mellan 1,5%-5% (Carter et al, 2013; Artiola et al, 2012, Namgay et al 2010). Det gör att vi väljer att använda oss av 10% i växtodlingsförsöket, som framför allt syftar till att analysera
skillnader i tillväxt vid inblandning av två olika typer av torrefierad GROT och odling i det oblandade trädgårdssubstratet.
Som en del i RISE hållbarhetsarbetet utfördes en förenklad hållbarhetsdeklaration i samband med planeringen av försöket där 6 globala hållbarhetsmål anses berörda och ha en positiv påverkan, tabell 1. Bedömningen gjordes av RISE projektledare Tora Råberg och baseras på en subjektiv uppskattning.
Tabell 1. De globala hållbarhetsmål som anses beröras utav försöket.
Globalt mål Bedömd påverkan och motivering
Mål 8 – Anständiga arbetsvillkor och ekonomisk tillväxt
Positiv påverkan. Om våra försök kommer fram till att produkten funkar bra för att ersätta torv så kommer det vara utvecklande för företagets ekonomi och kan skapa ökade arbetstillfällen.
Mål 9 – Hållbar industriinnovationer och infrastruktur
Positiv påverkan. Trävaruindustrin vill att deras produkter ska användas på ett hållbart sätt som kräver lägsta möjliga energiåtgång och att kolet bevaras så länge som möjligt. Därför görs försök med olika innovativa lösningar för att se vilket område som har potential att utvecklas vidare.
Mål 11 – Hållbara städer och samhällen
Positiv påverkan. Om allmänhetkan lagrar mer kol i sina trädgårdar där de odlar mer egen mat så är det positivt.
Mål 12 – Hållbar konsumtion och produktion
Positiv påverkan. Torrefiering kräver lägre temperatur än pyrolys så om den här produkten kan användas på ett sätt som är likvärdigt med biokol kan en energivinst uppnås.
Mål 13 – Bekämpaklimatförändringarna
Positiv påverkan. Torrefierad GROT innebär en kolsänka, om än inte lika långsiktig som biokol. Hur stor skillnad kommer vi att se under projektet.
Mål 17 – Genomförande och partnerskap
Positiv påverkan. Samarbete mellan småföretagare, stort skogsbolag och vårt statliga forskningsinstitut
Samarbetsparterna i projektet var:
Sveaskog Förvaltnings AB – Ann-Britt Edfast, ann-britt.edfast@sveaskog.se
RISE (Research Institutes of Sweden) – Tora Råberg (tora.raberg@ri.se) & Åsa Myrbeck (asa.myrbeck@ri.se)
Econova – Anders Bergquist (anders.bergquist@econova.se) & Mattias Persson (mattias.persson@econova.se)
3
Försöksupplägg
3.1
Ingående material
3.1.1
Torv
Tre typer av torv levererades till RISE från Econova. En torv var uppgödslad enligt Econovas standard för trädgårdsblandningar (marknadsförd som grönsaksjord). Två fraktioner var ogödslade, men varierade i humifieringsgrad (grad av nedbrytning).
3.1.2
Torrefierad GROT
Econova tillhandahöll två varianter av torrefierad GROT från samma råvara; GROT 1 med länge uppehållstid i reaktorn (60% massutbyte) och GROT 2 med kortare uppehållstid (65 % massutbyte).
3.2
Utförande
Projektgruppen enades om ett försöksupplägg under våren 2020. Det diskuterades via distansmöte med Sveaskogsförvaltning AB, RISE och Econova. Försöket utfördes av Åsa Myrbeck i Ultuna, Uppsala och projektledare var Tora Råberg, Lund.
I försöket utvärderades odlingsförutsättningarna i grönsaksjord med inblandning av 10 vikts-% av substraten GROT1 respektive GROT2 i samma grönsaksjord. Försöket genomfördes i odlingskammare med kontrollerad temperatur, luftfuktighet, ljusexponering och markfukt under perioden 14/7 - 15/9 2020. Som testgröda användes sallad av sorten Roman (Lactuca Sativa var. Romana).
Före start av försöken genomförde RISE karakterisering vad gäller torrsubstanshalt (ts) och vattenhållande förmåga (WHC) dels av de olika ursprungsmaterialen som användes i försöket (levererade i säckar från Econova) (tabell 2), dels för de färdigmixade odlingssubstraten som skulle användas i odlingsförsöket (tabell 3).
Tabell 2. Torrsubstanshalt (%) samt vattenhållande förmåga (WHC, %) för de olika ursprungsmaterialen (levererade i säck) innan blandning inför försöksstart
Substrat Ts-halt, % WHC, % av torr vikt Stdv WHC, % av mättad vikt Stdv GROT 1 77 151 24,4 60,1 4,4 GROT 2 71 193 6,30 65,8 0,7 Ljus torv 62 717 25,2 87,8 0,4 Econova grönsaksjord 40 - - - -
Tabell 3. Vattenhållande förmåga (%) för de mixade odlingssubstraten (GROT 1mix, GROT 2mix
och Kontroll) i försöket. Odlingssubstraten bestod av Econovas grönsaksjord med 10 vikts-% (ts-basis) inblandning av GROT 1, GROT 2 respektive ljus torv (Kontroll)
Odlingssubstrat i
behandlingarna WHC (%) av torr vikt Stdv WHC (%) av mättad vikt Stdv GROT 1mix 266 10,1 72,7 8
GROT 2mix 256 4,4 71,9 3
Kontroll 300 1,8 75,0 0,1
Figur 1. Bestämning av vattenhållande förmåga i de mixade odlingssubstraten. Substraten mättades under två dygn och dränerades sedan genom glasfiberull tills droppet genom hål som borrades i botten på hinkarna efter att proven mättats upphört. (Bilderna är från en testomgång. Mätningarna utfördes sedan med samma typ av krukor som användes i försöken).
Tabell 1. Uppmätt volymvikt för respektive ursprungsmaterial i säck vid leverans Substrat Volymvikt (g/l) GROT 1 315 GROT 2 345 Ljus torv 150 Econova grönsaksjord 510
3.2.1
Försöksbeskrivning
De tre odlingssubstraten som ingick i försöket iordningsställdes genom att 10 vikts-% av GROT1, GROT2 respektive ljus torv blandades in i Econovas grönsaksjord. Mängden av de olika ursprungsmaterialen som blandades in baserades på uppmätta ts-halter för respektive material (tabell 2). För att få jämförbar näringsstatus i de olika odlingssubstraten byttes även 10 vikts-% av den uppgödslade grönsaksjorden ut i
kontrollen. Den ersattes av ogödslad torv (ljus torv). Från vardera av de tre blandning iordningsställdes 4 krukor (totalt 12 krukor) som packades lätt till ungefär samma skrymdensitet.
Försöksleden var:
1) Grot 1mix – Econova grönsaksjordjord (90%) + torrefierad GROT från längre
pyrolys (60% massutbyte) (10%)
2) Grot 2 mix – Econova grönsaksjord (90%) + torrefierad GROT från kortare
pyrolys (65 % massutbyte) (10%)
3) Kontroll - Econova grönsaksjord (90%) + ljus torv (ogödslad) (10%).
Varje kruka såddes (6/7) med 5 frön. Jordytan täcks med vermikulit för att minska avdunstning, figur 2. Efter uppkomst gallrades till 2 plantor per kruka. En vecka efter uppkomst, när plantorna tagit sig ordentligt, gallrades ytterligare till 1 planta per kruka. Krukorna vattnades ca var tredje dag till en enhetlig och definierad vattenhalt av 70 % av odlingssubstratets vattenhållande förmåga (WHC). Ljuset uppgick till 15 h dag (fullt dagsljus) och 9 h natt (mörkt). Temperaturen ställdes in på 20 °C på dagen och 15 °C natt. Luftfuktigheten hölls på 70% Rh. Fullgödsling tillsattes i form av näringslösning vid fyra tillfällen.
Figur 2. Salladsplantor efter uppkomst (övre raden) samt den 6/8, tre v. efter sådd och 26/8, sex veckor efter sådd (undre raden).
3.2.2
Skörd och mätningar
Den 15/9 skördades salladen med kniv precis ovanför jordytan (figur 3). Salladens biomassa vid skörd mättes som färskvikt och torrvikt. Inför torkning delades salladshuvudena i fyra delar för jämnare torkning. Torkning gjordes i 105 °C i tre dygn. Innan skörd gjordes ett smaktest där två testpersoner bedömde salladen i varje kruka utefter en skala från 1 (mindre god) till 5 (mycket god). Vikten sallad som åtgick till smaktestet dokumenterades och korrigerades för i den vidare resultathanteringen. Antalet bruna/vissna blad per planta räknades.
4
Försöksresultat
Salladen var frodig och fin i alla behandlingarna (figur 3). Rotsystemen var väl utvecklade utan någon synbar skillnad mellan behandlingarna (figur 4). Generellt fanns ett eller ett par bruna blad i underkant av varje planta (tabell 4).
Salladsskörden (den ovanjordiska biomassan) visas som färskvikt och som vikt torrsubstans i figur 5. De plantor som odlats i grönsaksjord blandad med 10 % ren torv hade lite högre medelvikt än de där grönsaksjorden blandats med 10% GROT 1 eller 2, men skillnaden var inte signifikant i den statistiska analysen. Däremot syntes en viss skillnad mellan plantor som stått på den övre och den undre hyllan i odlingsskåpet. Plantorna på den övre hyllan torkade ut något snabbare än de på den undre hyllan och de blev något lägre och mer kompakta. Eftersom behandlingarna fördelats jämnt mellan hyllplanen med två krukor på varje hylla var förutsättningarna fördelade jämnt över försöksleden.
Smaktesten visade inte någon tydlig skillnad mellan odlingssubstraten. Smakpoängen från 1–5 varierade såväl mellan krukorna inom samma behandling som mellan testpersonerna (figur 6). I medeltal fick GROT 1 3,25 poäng, GROT 2 2,75 poäng och kontrollen 3,25 poäng. Torrsubstanshalt och vatteninnehåll visas i tabell 2.
Figur 3. Skörd av sallad 15/9 2020.
Figur 4. Rotutvecklingen i försöket var god. Här rotutveckling i odlingssubstrat med 10 vikts-% inblandning av GROT 1, (tv) och ljus torv (th).
Figur 4. Skördevikt för sallad (ovanjordisk biomassa) som torrsubstansvikt (g) och färskvikt (g) för de tre mixade odlingssubstraten GROT 1mix, GROT 2 mix och Kontroll.
Smakpoäng (1–5 poäng) för salladen vid skörd, upprepning 1–4 för vardera av de tre mixade odlingssubstraten. Medeltal GROT 1mix: 3,25 GROT 2 mix: 2,75 och Kontroll 3, 25.
Tabell 2 Antal vissna blad per planta vid skörd
Behandling Upprepning Medeltal
1 2 3 4 GROT 1mix 3 2 2 2 2.25 GROT 2mix 1 4 5 2 3 Kontroll 5 3 2 2 3 0 5 10 15 20 25 30
GROT 1mix GROT 2mix Kontroll
Sk ör d, ts (g ) 0 50 100 150 200 250 300
GROT 1mix GROT 2mix Kontroll
Sk ör d, fä rs kv ik t (g )
5
Diskussion och slutsats
Alla substrat gav friska och frodiga plantor. Behandlingsmedelvärdena var lite högre för traditionell jord utan inblandning av GROT, men skillnaden var inte stor nog att ge signifikant utslag. Vi tror att en större avdunstning från substraten med inblandning av GROT eventuellt kan ha påverkat resultatet negativt. Detta var en teori som även diskuterades i tidigare försök med odling av gurka i jord med inblandning av GROT (Eva Fridman, Sveaskog. Opublicerad). En större sönderdelning av GROT-substratet skulle förmodligen vara positivt ur detta hänseende och också möjliggöra inblandning av en större andel material.
Vi kunde inte se någon negativ effekt av de olika inblandningarna på smak eller mängd vissna blad vilket är positivt. Eftersom det inte kunde uppmätas några signifikanta skillnader i planttillväxt mellan substratblandningarna med de olika torrefieringsgraderna eller utan torrefierad GROT dras slutsatsen att det finns en möjlighet att minska energiåtgång och använda lågtorrefierat material som ersättning av 10% torv i grönsaksjordarna från Econova.
6
Referenser
Artiola, J. F., Rasmussen, C., & Freitas, R. (2012). Effects of a biochar-amended alkaline soil on the growth of romaine lettuce and bermudagrass. Soil Science, 177(9), 561–570.
Carter, S., Shackley, S., Sohi, S., Suy, T.B. and Haefele, S. (2013). The impact of biochar application on soil properties and plant growth of pot grown lettuce (Lactuca sativa) and cabbage (Brassica chinensis). Agronomy, 3(2), pp.404–418.
Chatterjee, R., Sajjadi, B., Chen, W. Y., Mattern, D. L., Hammer, N., Raman, V., & Dorris, A. (2020). Effect of Pyrolysis Temperature on PhysicoChemical Properties and Acoustic-Based Amination of Biochar for Efficient CO2 Adsorption. Frontiers in Energy Research, 8, 85.
Delin, S., Nyberg, A.& Sarajodin, J. (2014). Fosforgödslingseffekt av olika restprodukter. Institutionen för mark och miljö, Rapport 13. SLU.
EBC (2012) 'European Biochar Certificate - Guidelines for a Sustainable Production of Biochar.' European Biochar Foundation (EBC), Arbaz, Switzerland. (http:European-biochar.org). Version 9.2E of 2nd December 2020 Econova. https://econova.se/ [2021-04-14]
Fridman, E. (2019) Torrefierad GROT som ersättningsmaterial för torv vid tillverkning av jord samt som laddat biokol. Slutrapport av FoU-rådsprojekt.
2019-08-14 Slutrapport för ”Torrefierad GROT som ersättningsmaterial för torv vid tillverkning av jord samt som laddat biokol. Slutrapportering av FoU-rådsprojekt. Namgay, T., Singh, B., & Singh, B. P. (2010). Influence of biochar application to soil on
the availability of As, Cd, Cu, Pb, and Zn to maize (Zea mays L.). Soil Research, 48(7), 638–647.
Olofsson, I., & Sjöström, M. (2012) Förädling av skogsrester genom torrefiering och
efterbehandling. Slutrapport på uppdrag
av efokus. https://www.processum.se/images/dokument/Presentationer/ finfraktiontorrefieringsrapport%20.pdf
Regeringskansliet (2017) Regeringskansliet (2017) Det klimatpolitiska ramverket. https://www.regeringen.se/artiklar/2017/06/det-klimatpolitiska-ramverket/
[2021-04-14]
Råberg, T. & Myrbeck, Å. (2021). Nedbrytningsförsök av torrefierad GROT och biokol. RISE, Jordbruk och Livsmedel, RISE rapport 2021:48, ISBN: 978-91-89385-38-2.
Skogsstyrelsen (2020) Hemsida besökt
Through our international collaboration programmes with academia, industry, and the public sector, we ensure the competitiveness of the Swedish business community on an international level and contribute to a sustainable society. Our 2,800 employees support and promote all manner of innovative processes, and our roughly 100 testbeds and demonstration facilities are instrumental in developing the future-proofing of products, technologies, and services. RISE Research Institutes of Sweden is fully owned by the Swedish state.
I internationell samverkan med akademi, näringsliv och offentlig sektor bidrar vi till ett
konkurrenskraftigt näringsliv och ett hållbart samhälle. RISE 2 800 medarbetare driver och stöder alla typer av innovationsprocesser. Vi erbjuder ett 100-tal test- och demonstrationsmiljöer för framtidssäkra produkter, tekniker och tjänster. RISE Research Institutes of Sweden ägs av svenska staten.
RISE Research Institutes of Sweden AB Box 857, 501 15 BORÅS
Telefon: 010-516 50 00
E-post: info@ri.se, Internet: www.ri.se
Jordbruk och trädgård II RISE Rapport : 2021:49 ISBN: 978-91-89385-39-9