Emergy Scandinavia 2019: Assessing both Nature and Society

Ekoteknik och hållbart byggande 2019-12-12

Emergy Scandinavia 2019

– Assessing both Nature and Society Proceedings from the 1st

Scandinavian Emergy Symposium, 28 March, 2019,

Mid Sweden University, Östersund, Sweden

Erik Grönlund (red./ed.)

Emergy Scandinavia 2019

– Assessing both Nature and Society Proceedings from the 1st

Scandinavian Emergy Symposium, 28 March, 2019,

Mid Sweden University, Östersund, Sweden

Erik Grönlund (redaktör/editor)

Faculty ofScience, Technology and Media

Table of contents

Förord ... v

Preface ... vii

Program ... ix

Deltagare / Participants ... xi

Welcome to Emergy Scandinavia 2019... xiii

Emergiterminologi på svenska. Torbjörn Rydberg ... 1

Emergipublikationer med anknytning till Skandinavien 1994-2018 Erik Grönlund ... 5

Är biobränslen ett hållbart alternativ? – Metodvalets konsekvenser. Sheshti Johansson och Torbjörn Rydberg ... 15

Why is emergy so difficult to explain to my environmental science friends? Erik Grönlund ... 27

Emergi som kompletterande indikator till CLD-modellering av miljömålen i fjällandskapet. Erik Grönlund and Paul van den Brink ... 39

Emergi och miljömål. Erik Grönlund ... 41

Data problems in assessing country emergy flows – the examples of Cyprus and Sweden. Elena Paschali ... 49

Handelsutbyte – emergi inkluderar ekosystemtjänsterna? Erik Grönlund ... 51

Norrland vs. Mälardalen – vafan får vi för pengarna? Erik Grönlund ... 55

Förord

Varför behövs ett symposium om emergi i Skandinavien? Ett svar är naturligtvis rent kunskapsorienterat. Emergi är ett av de nya begrepp som lyckas inkludera kvalitativa aspekter hos system som saknas i tidigare tillgängliga kvantitativa beskrivningarna av verkligheten. Emergi beskriver verkligheten på ett nytt sätt som verkar ligga närmare det många av oss upplever. Ett annat svar är att ett symposium katalyserar projekt kring ämnet. Det här symposiet blev startpunkten till en större ansökan som så småningom riktades till VINNOVA¹, där syftet angavs vara: ”…att accelerera regioners klimatstrategiska arbete genom ett effektivare beslutsstöd baserat på emergianalyser.

Kvantitativa systemanalyser för större skalnivåer – städer, regioner, länder – är idag en bristvara för beslutsfattare. Emergianalyser kan bidra till att fylla denna lucka, och är nu redo att ta steget från ett vetenskapligt analysverktyg inom universitetsvärlden till att bli ett beslutsstöd för att uppnå mål i regioners klimatstrategier.”

Sverige, med AnnMari och Bengt-Owe Jansson i spetsen, var tidigt med i utvecklingen av emergi-begreppet under 1970- och 1980-talet. Under milleniets första decennium var SLU Ultuna ett nav för emergiforskning i Skandinavien. I Danmark har emergiforskning bedrivits vid Danmarks Tekniske Universitet, Institut for Kemiteknik. Idag har aktivitetsnivån kring emergi tyvärr gått ned i Skandinavien, medan den ökat i framförallt Italien, Brasilien och Kina. Ett syfte med en serie symposium kring emergi är att sammanfatta och utvärdera vad som gjorts hittills, och vilken relevans det kan ha för kommande forskning och användning i samhället i Skandinavien. Mycket av det som har publicerats finns bara tillgängligt på engelska i den (ofta alltför) komprimerade kommunikationsform som används i internationella vetenskapliga tidsskifter.

Eftersom detta är det första symposiet i en planerad årlig serie fanns några praktiska val att göra som kan passa att ta upp i ett förord:

- Vad skulle mötet kallas? ”Konferens” är det vanligaste ordet som brukar användas, men brukar samla större skaror än detta möte gjorde. Vi är relativt få som idag är aktiva inom emergifältet. Jag uppskattar att runt 75% av oss som är eller har varit ledande inom området i Skandinavien deltog i mötet. Så ”konferens” kunde vara relevant ur den aspekten. Efter en del letande dök det kanske lite gammelklingande ordet ”Symposium” upp, och visade sig betyda just

”liten konferens”, så det fick det bli!

1 Ansökan till VINNOVA (Verket för innovationssystem) gjordes i samarbete mellan Mittuniversitetet, SLU Ultuna, samt Regionerna i Jämtland-Härjedalen och Uppsala. Även Västmanland var intresserade, men hann inte komma med innan deadline. Om symposiet inte ledde till något annat, så togs viktiga kontakter mellan samhället och universiten i frågan.

- Vad skulle dokumentationen från symposiet kallas? ”Proceedings” är det engelska ordet som brukar användas. Det verkar inte finnas något riktigt modernt etablerat svenskt ord. Proceedings översätts med ”förfaranden” eller ”protokoll” eller möjligen ”förhandlingar”enligt Google translate. ”Notater” kunde vara en annan möjlighet, eller helt enkelt ”Dokumentation”. Ingen av dessa översättningar klingar särskilt uppdaterat. Proceedings är det ord som används i vetenskapliga kretsar, så det fick bli namnet även på detta.

- Vilket språk? Å ena sidan var ett av syftena med symposiet att göra

tillgängligt innehåll om emergi på svenska, danska och norska. Å andra sidan är universitet idag oftast internationella miljöer. Det är nästan alltid någon besökande gästforskare eller internationella studenter som en inte vill stänga ute. Och så var fallet även här. Eftersom några av symposie-deltagarna inte pratade svenska blev det naturligt att språket blev engelska. I denna Proceedings är dock de flesta bidrag på svenska. Nu blev det ”bara” svenska och engelska. Vi hoppas på danska och eventuellt norska bidrag till nästa år. Ingen från närområdet, Finland och de baltiska staterna denna gång, men kanske på kommande symposier?

Till sist ett tack till Institutionen för Ekoteknik och hållbart byggande vid Mittuniversitet, som stått för omkostnader och varit värd för symposiet.

Östersund, 10 december 2019,

Erik Grönlund, koordinator för symposiet.

Preface

Why is there a need for a symposium on emergy in Scandinavia? One possible answer is, of course, purely knowledge-oriented. Emergy is one of the new concepts that manages to include qualitative aspects of systems that was lacking in previously available quantitative descriptions of reality. Emergy describes reality in a new way that seems to be closer to what many of us experience. Another answer is that a symposium catalyzes projects around the subject. Actually, this symposium became the starting point for a larger application that was eventually addressed to one of the larger governmental funding agencies, VINNOVA.

Sweden, with AnnMari and Bengt-Owe Jansson at the forefront, was participating early in the development of the emergy concept in the 1970s and 1980s. During the first decade of the millennium, SLU Ultuna was a hub for emergy research in Scandinavia. In Denmark, emergy research has been conducted at the Technical University of Denmark, Department of Chemical Engineering. Today, the level of activity around emergy has unfortunately declined in Scandinavia, while it has increased mainly in Italy, Brazil and China. One purpose of a series of symposium on emergy is to summarize and evaluate what has been done so far, and what relevance it may have for future research and use in society in Scandinavia. Much of what has been published is available only in English and the (often too) compacted form of communication used in international scientific journals.

Finally, I want to thank the Department of Ecotechnology and Sustainable Building Engineering at Mid Sweden University, who took care of the costs and hosted the symposium.

Östersund, December 10, 2019,

Erik Grönlund, coordinator for the symposium.

Program

09:30 Welcome to Emergy Scandinavia 2019. Erik Grönlund 09:40 Short presentation round of participants.

10:00 Emergy terminology in English and Swedish. Torbjörn Rydberg

10:10 Emergy…is a new language needed? From a mechanistic and analytical view of the world to a view of self-organizing systems. Torbjörn Rydberg

10:50 Paus.

11:10 Emergy and urban studies – how to treat indirect renewability? Examples from case studies in sustainable urban development in Uppsala. Daniel Bergquist, SLU

11:35 An Emergy PhD project proposal. Daniela Garcia Caro, SLU 12-13 Lunch.

13:00 Emergy publications in a Scandinavian context. Erik Grönlund

13:15 Emergy Footprint to improve understanding of Emergy. Hanne Østergård, Danmarks Tekniske Universitet

13:30 Emergy, biofuels, and sustainability. Sheshti Johansson

13:45. Emergy analysis/-synthesis – part of the environmental sustainability toolbox. Erik Grönlund

14:00. Paus

14:10 Emergy and Sustainability. Erik Grönlund 14:30 Paus

15:00 International Society for the Advancement of Emergy Research (ISAER). Torbjörn Rydberg

15:20 Towards a new future study of Sweden: 2050. Hördur Haraldsson, Naturvårdsverket 15:40 Discussion: National emergy analysis’: requirements and consequences of old and new ways to calculate. Torbjörn Rydberg, Daniel Bergquist

16:00 Discussion: strategies for future emergy research: student thesis’, postgraduates, post-docs, funding (universities and external). Torbjörn Rydberg, Daniel Bergquist 16:30 Final remarks.

16:45 End

Posters från symposiet / Posters from the symposium:

• Emergi som kompletterande indikator till CLD-modellering av miljömålen i fjällandskapet. Erik Grönlund and Paul van den Brink

• Emergi och miljömål. Erik Grönlund

• Handelsutbyte – emergi inkluderar ekosystemtjänsterna? Erik Grönlund

• Norrland vs. Mälardalen – vafan får vi för pengarna? Erik Grönlund

• Data problems in assessing country emergy flows – the examples of Cyprus and Sweden. Elena Paschali

• Why is emergy so difficult to explain to my environmental science friendes? Erik Grönlund

Deltagare / Participants

Daniel Bergquist, SLU

Chris Celis, Mid Sweden University Daniela Garcia Caro, SLU

Erik Grönlund, Mid Sweden University Sheshti Johansson

Andreas Kamp, Technical University of Denmark Åsa Lind Chong, Mid Sweden University

Erik Noaksson, Region Jämtland/Härjedalen

Karolina Nätterlund, Designcentrum, Region Jämtland/Härjedalen Elena Paschali, Mid Sweden University

Sofie Jonsson, Mid Sweden University Torbjörn Rydberg

Paul van den Brink, Mid Sweden University Torbjörn Skytt, Mid Sweden University Andreas Willfors, Novia FoU, Vasa, Finland Jenny Zimmerman, Mid Sweden University

Hanne Østergård, Technical University of Denmark Nina Österlöf

Welcome to Emergy Scandinavia 2019

Emergy and emergy analysis/synthesis is a concept and method with high potential as a system analytical tool as useful as LCA, energy systems analysis, exergy analysis, ecological footprints, and similar methods.

Still, emergy has not yet become a widespread method in Sweden. With the purpose to see if emergy can find more applications and increased use in Sweden and Scandinavia, a yearly symposium is launched with focus on use of the emergy concept and method.

Regarding Sweden, there are a lot of investigations and data that is interesting to reconsider, for example:

- The Gotland study

- Several thesis’ from 1999 up to now.

- Some Master thesis’ material.

- Florida proceedings material from 2001 up to now.

- The new NEAD database (emergy-nead.com)

Below are two diagrams (Grönlund, 2017) were we can see the number of emergy papers published each year in scientific journals from 1995-2014. From approximately five per year during the 1990s it has increased to approximately 80-90 during the 2010s. We can also see that Sweden is number 6 and Denmark number 9 regarding number of published papers per country.

Erik Grönlund, coordinator of the Symposium

Emergiterminologi på svenska. Torbjörn Rydberg

Torbjörn Rydberg Lindsund 2 Oknö,

64593 Strängnäs

Figur 1. Systemdiagram som visar de flöden som används i resultatindikatorerna i Tabell 2.

Tabell 2. Svensk terminologi för emergianalys.

Uttryck Definition Förkortning Enhet

Extensiva egenskaper

Emergi Mängden tillgänglig

energi (exergi) av ett slag, vanligen solenergi som direkt och indirekt förbrukats för att generera en vara eller tjänst

E^m sej

(solekvivalenta joule)

Emergiflöde Varje flöde av emergi som är associerad med ett flöde av energi eller material till ett system eller process

R=

förnybara flöden;

N= icke- förnybara flöden;

F=

importerade flöden;

S= direkt indirekt nödvändigt arbete

sej*tid^-1

Bruttoemergiprodukt Total årlig emergi för en nationell eller regional ekonomi

GEP sej*år^-1

Produktrelaterade intensiva egenskaper, enheter for emergivärden (UEV) Transformitet Emergi för att generera

ett flöde eller lager av tillgänglig energi av något

T^r sej*J^-1

Specifik emergi Emergi för att generera ett flöde eller lager av massan av något

S^pE^m sej*g^-1

Emergiintensiteten för en valuta

Emergi för

genererandet av BNP i en nation, region eller process

EIC sej*valuta^-1

Rumsrelaterade intensiva egenskaper

Emergidensitet Emergi för en E^mD sej*volym^-3

Tidsrelaterade intensiva egenskaper

Emergikraft Emergi per tidsenhet E^mP sej*tid^-1

Emergikraftintensitet Emergi per tidsenhet

och ytenhet E^mPI sej*tid^-1*area^-1 Emergikraftdensitet Emergi per tidsenhet

och volymsenhet

EmPd sej*tid^-

1*volym*^-1

Utvalda resultatindikatorer

Totala emergimängden Totala mängden emergi som understödjer och investerats i en process

U= N+R+F+S (Se Figur 1) sej

Emergiskördekvot Totala mängden emergi per enhet investerad emergi

EYR=

U/(F+S) (Se Figur 1)

–

Emergimiljöbelastningskvot Totala mängden icke- förnybar och

importerad emergi per enhet lokal förnybar emergi

ELR=

(N+F+S)/R (Se Figur 1)

–

Emergihållbarhetsindex Skördekvot per enhet miljöbelastningskvot

ESI=

EYR/ELR (Se Figur 1)

–

Procent förnybar emergi Procent av totala mängden emergi som är förnybar

%REN= R/U (Se Figur 1) –

Emergi-investeringskvot Investerad mängd emergi som behövs för att exploatera en enhet av en lokal resurs (förnybar och icke- förnybar)

EIR=

(F+S)/(R+N) (Se Figur 1)

–

Emergipublikationer med anknytning till Skandinavien 1994-2018 Erik Grönlund

Erik Grönlund Inst. f. Ekoteknik och hållbart byggande,

Mittuniversitetet, Östersund

1. Emergipublikationer med anknytning till Danmark

(kronologisk ordning)

S. Ulgiati, C. Cialani. 2005. Environmental and thermodynamic indicators in support of fair and sustainable policy making. Investigating equitable trade among Latvia, Denmark and Italy. Pages 101–124 in W. Leal Filhos, A. Ubelis (Eds.), Baltic Sea Region Sharing Knowledge Internally, Across Europe and Worldwide. Series on Environmental Education, Communication and Sustainability, vol. 23, Peter Lang Publisher, Frankfurt am Main, Germany

Rydberg T, Haden AC. 2006. Emergy evaluations of Denmark and Danish agriculture:

Assessing the influence of changing resource availability on the organization of agriculture and society. Agriculture, Ecosystems & Environment 117(2–3):145-158 Coppola F, Bastianoni S, Østergård H. 2009. Sustainability of bioethanol production from

wheat with recycled residues as evaluated by Emergy assessment. Biomass and Bioenergy 33(11):1626-1642

Ulgiati S, Ascione M, Zucaro A, Campanella L. 2011. Emergy-based complexity measures in natural and social systems. Ecological Indicators 11:1185-1190

Østergård H, Markussen MV. 2011. Energy Self-sufficiency from an Emergy Perspective Exemplified by a Model System of a Danish Farm Cooperative, in Emergy Synthesis 6, Theory and Application of the Emergy Methodology, eds M. T. Brown and S. Sweeney

(Gainesville, FL: The Center for Environmental Policy, Department of Environmental Engineering Sciences, University of Florida), 311–322.

Kamp A, Østergård H. 2013. How to manage co-product inputs in emergy accounting exemplified by willow production for bioenergy. Ecological Modelling 253:70-78 Markussen MV, Kulak M, Smith LG, Nemecek T, Østergård H. 2014. Evaluating the

Sustainability of a Small-Scale Low-Input Organic Vegetable Supply System in the United Kingdom. Sustainability 6(4), 1913-1945

Seghetta M, Østergård H, Bastianoni S. 2014. Energy analysis of using macroalgae from eutrophic waters as a bioethanol feedstock. Ecological Modelling 288:25-37

Wright C, Østergård H. 2015. Scales of renewability exemplified by a case study of three Danish pig production systems. Ecological Modelling 315:28-36

Kamp A, Morandi F, Østergård H. 2016. Development of concepts for human labour accounting in Emergy Assessment and other Environmental Sustainability Assessment methods. Ecological Indicators 60: 884-892

Kamp A, Østergård H. 2016. A Systematic Approach to Explorative Scenario Analysis in Emergy Assessment with Emphasis on Resilience. Biophysical Economics and Resource Quality 1(1):1-11

Kamp A, Østergård H. 2016. Environmental sustainability assessment of fruit cultivation and processing using fruit and cocoa residues for bioenergy and compost. Case study from Ghana. Journal of Cleaner Production 129, 329-340

Kamp A, Østergård H, Bolwig S. 2016. Environmental assessment of integrated food and cooking fuel production for a Village in Ghana. Sustainability 8(5): 404

Morandi F, Perrin A, Østergård H. 2016. Miscanthus as energy crop: Environmental assessment of a miscanthus biomass production case study in France. Journal of Cleaner Production 137:313-321

Wright C, Østergård H. 2016. Renewability and emergy footprint at different spatial scales for innovative food systems in Europe. Ecological Indicators 62:220-227

Nimmanterdwong P, Chalermsinsuwan B, Østergård H, Piumsomboon P. 2017.

Environmental performance assessment of Napier grass for bioenergy production.

Journal of Cleaner Production 165:645-655

Perrin A, Wohlfahrt J, Morandi F, Østergård H, Gabrielle B. 2017. Integrated design and sustainable assessment of innovative biomass supply chains: A case-study on miscanthus in France. Applied Energy 204:66-77

Ghaley BB, Kehli M, Mentler A. 2018. Emergy synthesis of conventional fodder maize (Zea mays L.) production in Denmark. Ecological Indicators 87:144-151

2. Doktorsavhandlingar Sverige

(där hela eller delar av avhandlingen bygger på emergi-metodik.)

Lagerberg C. 1999. Emergy analysis of the resource use in greenhouse crop production and of the resource basis of the Swedish economy. Doctoral thesis, Acta Universitatis agriculturae Sueciae, Agraria 191, Department of Horticulture, Swedish University of Agricultural Sciences, Alnarp, Sweden.

Björklund J. 2000. Emergy analysis to assess ecological sustainability. Strengths and weaknesses.

Doctoral thesis, Acta Universitatis agriculturae Sueciae, Agraria 242, Department of Ecology and Crop Production Science, Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala, Sweden.

Andresen N. 2000. The Foraging Pig Reource utilisation, interaction performance and behaviour of pigs in cropping systems. Acta Universitatis Agriculturae Suecia, Agraria 227, Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala.

Geber U. 2000. Integration of wastewater treatment in agro-ecosystems. Doctoral thesis, Acta Universitatis agriculturae Sueciae, Agraria 217, Department of Ecology and Crop Production Science, Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala, Sweden.

Grönlund E. 2004. Microalgae at wastewater pond treatment in cold climate - an ecological engineering approach. Doctoral thesis 2004:61, Dept. of Environmental Engineering, Luleå University of Technology, Luleå, Sweden.

Cuadra M. 2005. Assessment of the natural resource base of Nicaragua and case studies of its use in agricultural production and export. Doctoral thesis, Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae 2005:25, Uppsala, Sweden.

Johansson S. 2005. The Swedish foodprint. Doctoral thesis, Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae 2005:56 Uppsala, Sweden.

Hagström P. 2006. Biomass potential for heat, electricity and vehicle fuel in Sweden. Doctoral thesis, Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae 2006:11, Uppsala, Sweden.

Brolin J. 2007. The Bias of the World: Theories of Unequal Exchange in History. Doctoral Thesis, Human Ecology Division, Lund University, Lund, Sweden.

Bergquist DA. 2008. Colonised Coasts. Aquaculture and emergy flows in the world system: Cases from Sri Lanka and the Philippines. PhD thesis, Geografiska Regionstudier 77, Dept.

of Social and Economic Geography, Uppsala University Uppsala, Sweden.

Eksvärd K. 2009. Exploring new ways. Doctoral thesis, Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae 2009:44 Uppsala, Sweden.

3. Licentiatavhandlingar Sverige

(där hela eller delar av avhandlingen bygger på emergi-metodik.)

Levin A. 2011. Att mäta och kommunicera hållbart. En analys av ett svenskt lantbruk.

Licentiatavhandling vid Kulturgeografiska institutionen, Forskarskolan i Geografi, Uppsala Universitet, Uppsala.

4. Emergipublikationer med data från Sverige

i. Vetenskapliga artiklar och rapporter (kronologisk ordning)

Sundberg U, Lindegren J, Odum HT, Doherty SJ. 1994. Forest emergy basis for Swedish power in the 17th century. Scandinavian journal of forest research Supplement no1.

Nilsson D. 1997. Energy, exergy and emergy analysis of using straw as fuel in district heating plants. Biomass and Bioenergy 13(1-2): 63-73.

Lagerberg C, Brown MT. 1999. Improving agricultural sustainability: the case of Swedish greenhouse tomatoes. Journal of Cleaner Production 7(6): 421-434.

Lagerberg, C. Doherty, S. & Nilsson, P. O. 1999. Evaluation of the resource efficiency and sustainability of the Swedish economy using emergy based indices. In: Lagerberg, C. 1999. Emergy analysis of the resource use in greenhouse crop production and of the resource basis of the Swedish economy. Acta Universitatis Agriculturae Sueciae.

Agraria no 191. Swedish University of Agricultural Sciences, Alnarp.

Lagerberg, C, Gertsson, U. Larsen, R. & Gäredal, L. 1999. Emergy evaluation of five greenhouse tomato production systems. In: Lagerberg, C. 1999. Emergy analysis of the resource use in greenhouse crop production and of the resource basis of the Swedish economy. Acta Universitatis Agriculturae Sueciae. Agraria no 191. Swedish University of Agricultural Sciences, Alnarp.

Andrésen N, Björklund J, Rydberg T. 2000. Ecological and conventional pig production - an analysis of resource flows and environmental dependency on farm scale level.

Paper I. In Andresen N: The Foraging Pig Reource utilisation, interaction performance and behaviour of pigs in cropping systems, p. 22. Acta Universitatis Agriculturae Suecia, Agraria 227, Swedish University of Agricultural Sciences, Uppsala.

Björklund J, Geber U, Rydberg T. 2001. Emergy analysis of municipal wastewater treatment and generation of electricity by digestion of sewage sludge. Resources, Conservation and Recycling 31(4): 293-316.

Doherty SJ, Nilsson PO, Odum HT. 2002. Emergy evaluation of forest production and industries in Sweden. Rapport 15, Inst. f. bioenergi, SLU, Uppsala, Sweden.

Geber U, Björklund J. 2002. The relationship between ecosystem services and purchased input in Swedish wastewater treatment systems -- a case study. Ecological Engineering 19(1): 97-117.

Rydberg T, Jansén J. 2002. Comparison of horse and tractor traction using emergy analysis.

Ecological Engineering 19(1): 13-28.

Eksvärd K, Rydberg T. 2010. Integrating Participatory Learning and Action Research and Systems Ecology: A Potential for Sustainable Agriculture Transitions. Systemic Practice and Action Research 23(6): 467-486.

Björklund J, Johansson B. 2012. Assessing multifunctionality in relation to resource use: a holistic approach to measure efficiency, developed by participatory research.

Pages 161-173 in Marta-Costa, A. A. & Soares da Silva (eds.): Methods and procedures for building sustainable farming systems. E. L. D. G,: Springer, Dordrecht, Netherlands.

Rydberg T. 2012. Land is a prerequisite for food production. Pages 16-18 in Christine Jakobsson (ed): Ecosystem health and sustainable agriculture 1, Baltic University Press, Uppsala.

Russo, T., Buonocore, E., & Franzese, P. P. (2014). The Urban Metabolism of the City of Uppsala (Sweden). Journal of Environmental Accounting and Management, 2(1), 1-12.

ii. Konferenspublikationer (kronologisk ordning)

In Brown, M.T. 2001 (ed). Emergy Synthesis 1: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 1st Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville. 319 pages.

• Johansson S, Doherty S, Rydberg T. 2001. Sweden Food System Analysis.

• Lagerberg C. 2001. Emergy Analysis of Tomato Production Systems.

In Brown, M.T.E. Bardi, D.E. Campbell, V. Comar, S. Huang, T. Rydberg, D. Tilley and S.

Ulgiati (eds). 2005. Emergy Synthesis 3: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 3rd Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville. 652 pages.

• Brandt-Williams SL, Lagerberg Fogelberg C. Nested Comparative Emergy Assessments Using Milk Production as a Case Study

• Grönlund E, Klang A, Vikman P-Å. Emergy and Socio-Ecological Principles in Sustainability Assessment: Methodological Considerations from a Wastewater Treatment Case Study

• Hagström P, Nilsson PO. Emergy Evaluation of the Swedish Economy Since the 1950's

In Brown, M.T.E. Bardi, D.E. Campbell, V. Comar, S. Huang, T. Rydberg, D. Tilley and S.

Ulgiati (eds). 2007. Emergy Synthesis 4: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 4th Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville. 483 pages.

• Rydberg T, Gustafson G, Boonstra W. Farming in a Prosperous Way Down - A Systems Ecology Approach

BIWAES 2010. Can we break the addiction to fossil fuel energy? Proceedings of the 7th Biennial International Workshop Advances in Energy Studies (BIWAES), Barcelona, Spain 19- 21 October 2010

• Levin A. Communicating emergy analysis as footprint and emergy profile

In Brown, M.T., S. Sweeney, D.E. Campbell, S. Huang, E. Ortega, T. Rydberg, D. Tilley and S. Ulgiati (eds). 2011. Emergy Synthesis 6: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 6th Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville. 610 pages.

• Cavalett O, Rydberg T. Critical Analysis of the Swedish Biofuel Policy using Emergy Synthesis

• Buonocore E, Franzese PP, Rydberg T, Ulgiati S. Emergy Evaluation of an

Integrated Bioenergy Production System - The Case Study of Enköping (Sweden)

• Rydberg T, Cavalett O, Friman E, Gallardo G. Energy Systems Diagramming and Discourse Analysis - the Case of Large-Scale Biofuel Production

iii. Master- och kandidatuppsatser (kronologisk ordning)

Kindberg, Anna. 2007. Emergy evaluation of a Swedish nuclear power plant. Uppsala : Uppsala University.

Carstensen, Anna-Maria. 2009. A method for energy analysis using electricity as basis of evaluation: applied to a Swedish nuclear power plant. UPTEC ES 09022, Självständigt arbete på avancerad nivå (yrkesexamen), 20 poäng / 30 hp, Institutionen för fysik och astronomi, Uppsala University, Uppsala.

Jarméus, Christoffer. 2013. Emergy analysis of biodiesel and biogas production from Baltic Sea macro algae. Självständigt arbete på avancerad nivå (masterexamen), 20 poäng / 30 hp. Industrial Ecology, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm.

Kilander, Sara. 2017. Emergianalys av ett Gotländskt jordbruk: En fallstudie av ekobonden Gunnar Bolins produktioner av betor och spannmål. TRITA IM-KAND 2017:36, Självständigt arbete på grundnivå (kandidatexamen), 15 hp, Inst. f. Hållbar utveckling, miljövetenskap och teknik, Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad (ABE), KTH, Stockholm.

iv. Populärvetenskapliga publikationer (kronologisk ordning)

Lagerberg Fogelberg, C. Björklund, J. & Helander, C.-A. 2004. Att mäta naturens tjänster.

Fakta Jordbruk. SLU. Nr 8.

Lagerberg Fogelberg, C. 2003. Bränsletyp avgör tomatodlingens hållbarhet. Fakta Trädgård.

SLU. Nr 5.

Lagerberg, C. 2001. Metoder att mäta uthållighet – som man ropar får man svar. Kungl.

Skogs- och lantbruksakademiens tidskrift 140(12), 55-59.

5. Emergipublikationer av svenska forskare utan data från Sverige

i. Vetenskapliga artiklar och rapporter (kronologisk ordning)

Lefroy E, Rydberg T. 2003. Emergy evaluation of three cropping systems in southwestern Australia. Ecological Modelling 161(3): 195-211.

Cuadra M, Rydberg T. 2006. Emergy evaluation on the production, processing and export of coffee in Nicaragua. Ecological Modelling 196(3-4): 421-433.

Rydberg T, Haden AC. 2006. Emergy evaluations of Denmark and Danish agriculture:

Assessing the influence of changing resource availability on the organization of agriculture and society. Agriculture, Ecosystems & Environment 117(2–3): 145-158.

Bergquist DA. 2007. Sustainability and Local People’s Participation in Coastal Aquaculture:

Regional Differences and Historical Experiences in Sri Lanka and the Philippines.

Environmental Management 40(5):787-802.

Cuadra M, Björklund J. 2007. Assessment of economic and ecological carrying capacity of agricultural crops in Nicaragua. Ecological Indicators 7(1): 133-149.

Rótolo GC, Rydberg T, Lieblein G, Francis C. 2007. Emergy evaluation of grazing cattle in Argentina's Pampas. Agriculture, Ecosystems & Environment 119(3–4): 383-395.

Franzese PP, Rydberg T, Russo GF, Ulgiati S. 2009. Sustainable biomass production: A comparison between Gross Energy Requirement and Emergy Synthesis methods.

Ecological Indicators 9(5): 959-970.

Johansson S, Rydberg T. 2017. Is an increased use of biofuels the road to sustainability? The European Physical Journal Plus 132(2): 66.

Bergquist DA, Cavalett O, Rydberg T. 2012. Participatory emergy synthesis of integrated food and biofuel production: a case study from Brazil. Environment, Development and Sustainability 14(2): 167-182.

Grönlund E, Fröling M, Skytt T. 2016. Energy, emergy, and the city. Ecotechnology working paper 2016-1c, Mid Sweden University, Östersund, Sweden.

Chen Y, Feng L, Wang J, Höök, M. 2017. Emergy-based energy return on investment method for evaluating energy exploitation. Energy 128:540-549

Grönlund E, Billgren C, Tonderski KS, Raburu PO. 2017. Emergy Assessment of a Wastewater Treatment Pond System in the Lake Victoria Basin. Journal of Environmental Accounting and Management 5(1): 11-26.

ii. Konferenspublikationer (kronologisk ordning)

In Brown, M.T. 2001 (ed). Emergy Synthesis 1: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 1st Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville. 319 pages.

• Björklund J. 2001. Transformity and Potential Effect of Feedback in Human Dominated Systems - Using Wastewater as an Example.

• Cuadra M, Rydberg T. 2001. Emergy Evaluation of the Environment and Economy of Nicaragua.

BIWAES 2001. Advances in Energy Studies, Exploring Supplies, Constraints, and Strategies.

Proceedings of the 2nd Biennial International Workshop Advances in Energy Studies (BIWAES), Porto Venere, Italy may 23-27, 2000. SGE Editoriali, Padova.

• Lagerberg C. 2001. Using the Best of the Best – Some Thoughts on the Integration of Environmental Assessment Tools

BIWAES 2003. Advances in Energy Studies, Reconsidering the Importance of Energy. Proceedings of the 3rd Biennial International Workshop Advances in Energy Studies (BIWAES), Porto Venere, Italy September 24-28, 2002. SGE Editoriali, Padova.

• Doherty S, Rydberg T, Björklund J. Comparison of environmental assessment tools using a living systems framework

In Brown, M.T.E. Bardi, D.E. Campbell, V. Comar, S. Huang, T. Rydberg, D. Tilley and S.

Ulgiati (eds). 2005. Emergy Synthesis 3: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 3rd Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville. 652 pages.

• Grönlund E. Why Is Emergy So Difficult to Explain to My Environmental Science Friends?

• Grönlund E, Hedin D, Eriksson P-O. Is Emergy Best Suited for Ecological Economics, Environmental Economics, or with an Economic Context of Its Own?

• Grönlund E, Salomonsson M. Ecosystem Services in Relation to the Local

Renewable Emergy Sources - Experiences from a Case Study in Northern Sweden

• Mangoyana RB, Grönlund E. Sustainable Growth: Dominating Debate and an Emergy View

• Rydberg T, Cuadra M. It's About Getting Value for Your Money - But How Fair Are the Resource Flows?

Garde S, Hullin CM, Chen R, Schuler T. 2007. Towards Sustainability of Health Information Systems: How Can We Define, Measure and Achieve it? Pages 1179-1183 in Kuhn, KA; Warren, JR; Leong, TY (eds.): MEDINFO 2007: Proceedings of the 12th World Congress on Health (Medical) Informatics, Brisbane, Australia, Aug. 20-24, 2007.

IOS Press.

Alarcón, C. Bergquist, D. Bjureby, E. Friman, E. Gallardo, G. Hajdu, F. Jacobson, K.

Johansson, S., Lagerberg Fogelberg, C. & Rydberg, T. 2008. Understanding global patterns of production and consumption: prospects of an interdisciplinary approach. Frostell, B. Danielsson, Å. Hagberg, L. Linnér, B.-O. & Lisberg Jensen, E.

(reds.). Science for Sustainable Development - The Social Challenge with emphasis on conditions for change. Proceedings of the 2nd VHU Conference, Linköping 6-7 sept 2007, 15-21.

In Brown, M.T., S. Sweeney, D.E. Campbell, S. Huang, E. Ortega, T. Rydberg, D. Tilley and S. Ulgiati (eds). 2009. Emergy Synthesis 5: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 5th Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville. 612 pages.

• Bergquist D, Rydberg T. Towards a Transdisciplinary Understanding of Emergy Accumulation

Bergquist DA. 2009. Sustainable Urban Life Beyond Peak Oil. In: Key elements for a sustainable world: energy, water and climate change. 2^nd international workshop, Advances in cleaner production, May 20^th-22^nd, 2009, Sao Paulo, Brazil.

Hellstrand S, Skånberg K, Drake R. 2009. The Relevance of Ecological and Economic Policies for Sustainable Development. Environment, Development and Sustainability 11 (4):853-870.

In Brown, M.T., S. Sweeney, D.E. Campbell, S. Huang, E. Ortega, T. Rydberg, D. Tilley and S. Ulgiati (eds). 2011. Emergy Synthesis 6: Theory and Applications of the Emergy Methodology. Proceedings of the 6th Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville. 610 pages.

• Bergquist DA. Emergy Synthesis of Urban Agriculture in Rio de Janeiro, Brazil

• Lagerberg Fogelberg C, Bergquist DA. Small-Scale Community Based Management of Marine Resources vs. Large-Scale Industrial Aquaculture in Chile

• Bergquist DA, Ingwersen W, King Liebenow D. Emergy in Labor - Approaches for Evaluating Knowledge

BIWAES 2015. Energy and Urban Systems, Proceedings of the 9th Biennial International Workshop Advances in Energy Studies (BIWAES), Stockholm 4-7 May 2015, (ed. O Kordas, S Ulgiati). Verlag der Technischen Universität Graz, Graz.

• Grönlund E, Fröling M, Skytt T. Energy, emergy and the city.

In Brown, M.T., S. Sweeney, D.E. Campbell, S. Huang, T. Rydberg, and S. Ulgiati (eds).

2017. Emergy Synthesis 9: Theory and Applications of the Emergy Methodology.

Proceedings of the 9th Biennial Emergy Conference. Center for Environmental Policy, University of Florida, Gainesville.

• Rydberg T, Bergquist D, Berg PG, Hedfors, P. Emergy Applications in Urban Planning and Regenerative Systems Landscape Design.

iii. Master- och kandidatuppsatser (kronologisk ordning)

Maassen, Jacinda. 2017. Emergy of an Urban Food Production System: a Case Study of Urban Agriculture in Detroit, Michigan. Självständigt arbete på avancerad nivå (masterexamen), 30 hp. Dept. Of Earth Sciences, 2017/35, Uppsala University

Är biobränslen ett hållbart alternativ?

– Metodvalets konsekvenser

Sheshti Johansson & Torbjörn Rydberg, 2019

Sammanfattning

Biobränslen presenteras som en viktig del av transportsektorns lösning på klimatproblematiken, ett substitut för fossila bränslen. Att försöka byta från fossila bränslen till ”grön teknologi” som är beroende av en mycket utspädd form av primärenergi som i sin tur måste processas, ofta i flera steg, för att passa vår infrastruktur är dock som att försöka tvinga en varg att äta gräs. Att byta energibas för det högteknologiska samhälle vi känner idag är ingen enkel omställning. Vår teknologi är utvecklad tillsammans med den klassiska termodynamiken.

Effektivitet av resursanvändandet har utvecklats och utvärderats på system frånskilda sin omgivning. Den klassiska termodynamiken har sin giltighet för mekaniska system, nära jämvikt, där processen alltid vill gå mot total entropi. Men alla levande system befinner sig långt ifrån termodynamisk jämvikt, eftersom öppenhet och ständigt utbyte med omgivningen är en förutsättning för liv. Därför menar vi att effektivitet måste utvecklas och värderas i ett öppet och mer omfattande systemperspektiv. Annars kommer vi döda det som lever om vi försöker uppnå effektivitet enligt vad som gäller för en maskin. Emergikonceptet ger oss begrepp för de levande systemens dynamik. Jämför man det levande och öppna systemperspektivet med det klassiska mekanistiska systemperspektivet blir det tydligt att två helt olika bilder växer fram, med helt olika slutsatser om hur systemens effektivitet och deras samspel med omgivningen ser ut.

Effektivitet i den mekanistiska världsbilden definieras genom att komma så nära som möjligt ett slutet system utan ”läckage” till omgivningen. I det levande systemperspektivet definieras effektivitet av hur väl en process interagerar med sin omgivning och förstärker dess kapacitet.

Monokultur och economy-of-scale blir svaren i den mekanistiska världsbilden, mångfunktionalitet och rätt inpassning till rätt tids-och rumsskala blir svaret i den levande världsbilden. Teknologi frigör oss från alla tids- och rumsbegränsningar enligt den mekanistiska systemsynen, symbios och samverkan med omgivningen enligt den levande systemsynen.

Biobränslen och högteknologi i den mekanistiska världsbilden, dragdjur och planering för stor

omställning och skala ner energianvändningen i det levande systemperspektivet.

Introduktion

Biobränslen presenteras som en viktig del av transportsektorns lösning på klimatproblematiken, ett substitut för fossila bränslen. Arealen för energigrödor ökar ständigt, men det verkar dock som att denna expansion medför andra problem eftersom det kräver en intensiv och storskalig markanvändning (Calvalett & Rydberg, 2011; WWF, 2008, Fargione m.fl, 2008, FAO, 2009).

Det finns en mängd studier angående hur mycket fossilbränslen man skulle tjäna in (t ex Shapouri m fl, 2004; Ahlgren m fl, 2010; Fredriksson m fl, 2006; Hansson m fl, 2007; Zhu &

Zhuang 2012) eller inte tjäna in på att byta till biobränslen (ex. Pimentel & Patzek, 2005;

Ulgiati, 2001; Felix & Tilley 2009). Resultaten varierar avsevärt då de är avgränsade på olika vis och knappast är jämförbara med varandra. Trots denna vetenskapliga spretighet ifrågasätts inte alltid idén att biobränslen ska ersätta fossila bränslen. Om man skärskådar de gängse metodvalen ytterligare ser man att fundamentet för alla aktiviteter här på jorden – naturen/omgivningen/geo-biosfären, inte finns representerad. Detta kan få stora konsekvenser när biobränslesystemen ska realiseras (Johansson & Rydberg, 2017).

Den absolut vanligaste metoden att göra så kallade ”hållbarhetsanalyser” kallas Livscykelanalys (t ex Guineée, 2002). Det finns flera närbesläktade begrepp, såsom nettoenergianalys, EROI – Energy return och energy invested (t ex Hall m fl, 2008), ecological footprint (Wackernagel &

Rees, 1996 osv.), och det finns även de som experimenterat med att använda exergibegreppet för att signalera kvalitetsskillnader (t ex Wall, 1994). Till grunden för vår förståelse av system och processer finns den klassiska termodynamiken, där de två huvudsatserna beskriver väl vad som händer i de flesta mekaniska processer:

I: Energi kan varken skapas eller förbrukas, bara omvandlas i olika former

II: I varje energiomvandling sker en ökning av entropi, vilket medför att alla verkliga processer är irreversibla

En intressant iakttagelse av de vanligaste ovan nämnda analysmetoderna är att studien resulterar i en kvot över hur mycket mer energi vi får ut av processen än vad vi satt in. Detta verkar vid en första anblick gå stick i stäv med båda termodynamikens lagar. Om energi inte kan skapas, hur kan man då ha mer i slutändan?

Vi ser också att uppgraderandet av biomassa till fordonsbränsle kräver många fler

energiomvandlingar än vad som sker när man tar upp oljan ur sin geologiska formation och

endast stoppar in den i ett raffinaderi för att få ut olika fraktioner som har olika

användningsområden. Därigenom borde det även vara tydligt att termodynamikens andra

huvudsats gör biobränsleproduktionen mer ineffektiv på grund av de många

energiomvandlingarna i uppgraderingsprocessen. Så även utan att gå utanför ramarna av den

klassiska termodynamiken är det lätt att se att biobränslen är ineffektiva som substitut. Man

kan dock använda sig av argumentet att det inte spelar någon roll vad det kostar och hur

ineffektivt vi framställer bränslena eftersom vi måste byta ut de fossila bränslena, på grund av i)

dess icke-förnybara natur (det kommer ta slut om inte användningen begränsas) och ii) på

grund av dess CO

- utsläpp till atmosfären.

att användas tack vare hundratals miljoner års gratis arbete från biologiska och geologiska processer med en energienhet av biobränsle som vi själva processat till något liknande den kvalité vi får i de fossila bränslena. De fossila bränslena har haft tiden på sin sida. Jordens biologiska och geologiska processer har skapat olja, gas och kol ”i förbifarten”, tillsammans med en mängd andra processer som drivit forna tiders ekosystem och evolution. Därför kallar vi de fossila bränslena för ”primärenergi”. Ordet primärenergi används för sådana material, bärare av energi, som vi människor inte behövt uppgradera för att det ska anta sin nuvarande form.

Elektricitet är inte primärenergi eftersom vi människor byggt pannor och turbiner och generatorer för att kunna omvandla energin i kolet till elektricitet. Därför kallas elektricitet för

”energibärare”, och inte ”primärenergi”. Även biobränslen är en uppgraderad energibärare, baserad på den primärenergi som finns inbäddad i biomassa. Om vi ska byta bas för vårt samhällsystem från en primärenergikälla till en högt uppgraderad energibärare undergräver vi samtidigt förutsättningen för att just denna civilisatoriska organisation fungerar – dvs.

tillgången på koncentrerad primärenergi. Därför är frågan om huruvida fossila bränslen ska ersättas en icke-fråga. De kan helt enkelt inte ersättas. Vi har inget alternativ som liknar dem.

När vi byter energibas för samhället kommer hela samhället förändras.

”The high yields from industrial agriculture generated a very cruel illusion because the citizens, and leaders did not understand the energetics involved in the various means by which the energies entering a complex system are fed back as subsidies indirectly into all parts of the network. With conceit, the enriched people imagined that progress in agricultural yields resulted from new know-how in the use of the sun. A whole generation of citizens thought that higher efficiencies in using the energy of the sun had arrived. This was a sad hoax, for people of the developed world no longer eat potatoes made from solar energy. . . . The food reaching the humans is produced mostly by the energy subsidies in support of all the human services required. People are really eating potatoes made partly of oil.” Odum (2007, pp. 189–190)

Det är definitivt ledsamt, som Odum skriver i citatet ovan, att den teknologiska utvecklingen fått oss att tro att vi kan förändra termodynamikens grundlagar. Det är dessutom oroande att politiker, forskare och de som utvecklar ny teknik inte förstår detta fundamentala skifte i energikvalitet. Att försöka byta från fossila bränslen till ”grön teknologi” som är beroende av en mycket utspädd form av primärenergi som i sin tur processas hårt för att passa vår infrastruktur är precis som att försöka tvinga en varg att äta gräs…

Den klassiska termodynamiken har dock utvecklats för mekaniska system, nära jämvikt, där processen alltid vill gå mot total entropi. Vår teknologi är utvecklad tillsammans med den klassiska termodynamiken som lärde oss beräkna hur vi kan maximera effektivitet i en mekanisk arbetscykel. Det gäller att effektivisera alla delar av systemet så att man kommer så nära som möjligt den maximala teoretiska verkningsgraden – den ideala Carnotcykeln visar att med en given temperaturskillnad får man bäst resultat om det inte finns några värmeförluster till omgivningen. Men alla levande system befinner sig långt ifrån termodynamisk jämvikt, eftersom öppenhet och ständigt utbyte med omgivningen är en förutsättning för liv.

Termodynamik för öppna system

Långt ifrån termodynamisk jämvikt utspelar sig detta ständiga utbyte med omgivningen, en

slags metabolism för sin existens och sin funktionella roll för omgivande system. Bra mycket

egenskaper än de som återfinns i termodynamikens två huvudsatser. Systemen är öppna och interagerar med sin omgivning, de dissiperar energi enligt Prigogine (1985). De självorganiserar sig enligt Jantsch (1980), och evolutionen som sker på alla nivåer i systemet prövar ständigt fram blandningar som gör att hela systemet utvecklas och förfinas gentemot sin omgivning, de förutsättningar som ges (Odum, 1996). Alltså blir effektivitet en fråga om optimala avvägningar av alla processer som inkluderas av systemet. Olika processer länkas till varandra, vissa processer har större inverkan på systemet än andra, och vissa processer återinvesteras i systemet och driver andra förlopp. Tid och rum är tydliga parametrar för energitransformation som genererar nya kvalitéer och funktioner, eftersom småskaliga system har snabbare omsättning än storskaliga.

(Odum, 1996)

Termodynamikens lagar gäller fortfarande på det sättet att energi inte kan förbrukas, utan transformeras och alla processer är irreversibla. Men det tillkommer en kvalitativ aspekt. Man kan inte härleda helheten ur summan av systemets delar. Det som kommer fram genom energitransformationer är fundamentalt annorlunda än vad som fanns innan transformationen.

Själva samverkan ger nya egenskaper. Termodynamik för öppna system är inget som motsäger sig termodynamiken för slutna system. Termodynamik för slutna system är ett specialfall och för öppna system tillkommer de egenskaper som också kan innefatta de öppna, levande systemen som befinner sig långt från jämvikt.

En energitransformation definieras som en process som ombildar en eller flera typer av tillgänglig energi till en annan form av tillgänglig energi. Energitransformationer är kopplade i serier av transformationer där output från en är input till en annan. Typiskt sett så behandlar en transformationsprocess många energienheter av låg kvalité till färre energienheter av en högre kvalité. För varje transformation sjunker således mängden tillgänglig energi i takt med att dess kvalitet ökar. Det krävs mer energi av olika former för att skapa en process som ligger högt uppe i systemets energihierarki. Därför kan man inte bara addera två helt olika typer av energi utan att man går miste om information om de processer som var nödvändiga för att producera dem. Odum (1996) introducerade två viktiga begrepp för att fånga dessa nyckelegenskaper hos öppna systems dynamik.

1. Emergi: Den tillgängliga energin av en form som använts direkt och indirekt för att generera inputs till en energitransformering. Oftast används solenergi som den gemensamma nämnaren när processer här på jorden studeras. I termodynamiken använder man sig av begreppet exergi för att definiera den energi som är tillgänglig för arbete, dvs. en produkts energi minus processvärme. Energi i Emergikonceptet inkluderar all form av potentiell energi, till exempel vatten, luft, näringsämnen osv.

2. Transformitet: Den emergi som krävts för att skapa en produkt dividerad med den tillgängliga energin (exergin) i produkten. Detta är ett kvalitetsmått, ju högre värde desto mer emergi krävdes för att skapa produkten.

Olja har länge haft ett relativt lågt värde på transformiteten eftersom dess bildande varit

effektivt tack vare de stora tidsrymder som funnits tillgängliga, och den har dessutom varit lätt

att pumpa upp. Ju mer av oljan vi utvunnit desto svårare ur teknisk, ekonomisk och geologisk

Haden, 2005) eftersom det krävs stor yta och högteknologiska lösningar som i sig möjliggörs av resten av det fossildrivna samhället. Vi förbrukar ca 31 Miljarder fat olja om året, det tog jorden flera miljoner år att skapa den mängden olja. Nu vill vi skapa lika mycket bränsle med biomassa varje växtsäsong. Eftersom vi inte har tiden måste vi satsa in något annat, i detta fall energi, arbetskraft, teknologi, infrastruktur osv. Man får ingenting gratis.

Människans samverkan med naturen

Planetens produktionsprocesser beror på och begränsas av de enda källorna till energi som finns tillgängliga här – solenergi, gravitationskrafterna och värme från jordens inre samt radioaktivt sönderfall. Alla andra energiformer vi använder oss av i vår mänskliga civilisation bär energi från dessa källor. Har vi inte medvetet processat dem kallas de alltså primärenergi, och har vi medvetet processat dem kallas de energibärare. Figur 1 visar vårt globala system.

Dessa tre källor till energi finns längst till vänster i figuren och bildar ES – ekosystemtjänster (Ecosystem Services), SR – lokala, långsamt förnybara resurser (Slowly Renewable), samt NR – Icke förnybara resurser (Non-Renewables). En analys av något slag kan fokusera på olika delar av detta globala system, och resultaten beror på vilka frågor som ställs. Från ett traditionellt ekonomiskt perspektiv verkar hela naturens arbete gratis förutom precis de delar som direkt berör ekonomiska parametrar, som exempelvis avkastning per ha. Det blir en studie som utesluter allt annat än det som i figur 1 kallas ”Environmental-Economic Interface” och ”Main Economy and Consumers”. Om man däremot utför något form av energianalys, t ex LCA, Nettoenergianalys eller EROI fokuserar man oftast på NR och utelämnar stora delar av det socio-ekonomiska systemet (Environmental Economic interface och Main Economy and Consumers). Man utelämnar också de verkliga källorna till energi (Sol, gravitation och geotermisk energi) längst till vänster i figur 1, likaså utelämnas ES och SR. Gör man en socio- ekonomisk analys kan man ibland inkludera NR i analysen, men utelämnar oftast ES och SR.

Figur 1. Globala systemets dynamik (Johansson & Rydberg, 2017)

En del gör anspråk på att visst inkludera ES och SR genom att uppskatta dess ekonomiska

människor emellan, och dessa små papperslappar eller mineraldiskar har ingen egen potential att ge en återkopplande förstärkning till naturen. Snarare tvärtom såsom tillväxtsystemet fungerar. Ett större pengaflöde medför konsumtion av NR och degradering av miljön. Pengar betalas till arbete och indirekt till arbete som behövs för att extrahera och processa resurser av olika slag. Geo-biosfären kan inte få betalt för att koncentrera och transformera resurser till sådant som människan kan utvinna.

Figur 2 visar ett biobränslesystem och alla olika typer av resurser som krävs för att de överhuvudtaget kan bli av. Processen att transformera skördad biomassa till bränsle som är användbar i vår nuvarande transportteknologi drivs nästan enbart av icke-förnybara resurser (15, 62, 63). Naturens arbete har kommersialiserats och det pengaflöde som uppkommer i detta utbyte driver de teknologiska processerna. Och återigen, pengarna betalas endast till människor.

Oavsett om man utesluter någon eller några parametrar ur sin analys tar det inte bort det faktum att alla delarna behövs för att det överhuvudtaget ska bli något biobränsle. Hela receptet behövs.

Figur 2. Biobränslesystem (Johansson & Rydberg, 2017).

Effektivitet

och fler och fler har råd att skaffa saker. Detta är ett gammalt välkänt fenomen och brukar kallas ”Jevons paradox” efter ekonomen W. S. Jevons uttalande i kolfrågan i 1800-talets England (Jevons, 1865).

Figur 3. Historisk energianvändning.

Men vad är egentligen effektivitet?

Effektivitet i affärsvärlden brukar betyda att man arbetar effektivt utan onödig slöseri av tid eller resurser (Larsson, 2012). I dessa sammanhang mäts effektivitet till exempel i skörd i ton/ha, eller ton/timme osv. När man mäter effektivitet på detta sätt så faller sam-produkter utanför analysen, och man får svårt att hantera mångfunktionalitet. Själva evolutionen är en process som effektiviserar jordens system genom anpassning/inpassning till sin omgivning. I detta perspektiv handlar det inte om att effektivisera varje parameter för sig utan om att optimera olika processer som samverkar med varandra. I den levande världen, de öppna systemens värld, finns inget ”avfall”, ett meningslöst ord. Att vi ens klassificerar vissa resurser som avfall har att göra med dess ekonomiska värde, vilket visar hur färgat vetenskapen är av ekonomiska värden.

Alla typer av energi, material och information är del av jordens omsättning, och viktiga på sin nivå i energihierarkin.

“Levande” systemperspektivet jämfört med “mekanistiska”

systemperspektivet för biobränslesystem

Systemperspektiven med deras respektive tillhörande metoder bottnar i två olika världsbilder.

självorganiserande samt evolutionärt och processorienterat. De system som överlever är de som prövas i evolutionen. Klassisk termodynamik och klassisk mekanik utvecklades genom att studera slutna system i ideala förhållanden, men eftersom alla levande system är öppna räcker inte endast karakteristika för slutna system för att beskriva hur öppna system fungerar (Johansson & Rydberg, 2017).

Mekanistisk-reduktionistisk systemsyn:

• Baseras på studiet av slutna system och antagandet att alla system kan förstås utifrån dess separata delar

• Samhället ses som en motor där vi endast behöver byta bränsle

• Olika energislag värderas genom deras förbrännbara energiinnehåll utan att ta hänsyn över hur de har bildats

• Allt naturens arbete är gratis och tids- och rumsdimensionen är oviktig eftersom man endast mäter slutprodukter

• Energikvalitet ingår till viss del i överväganden om vilka material som ska användas

• Eftersom de understödjande processerna inte värderas eller inkluderas i analysen tycks biobränsleprodukten bli ”förnyelsebar”

• Effektivitet optimeras för en parameter, exempelvis avkastning per ha, $/h, eller slutprodukternas energimässiga förhållande J biobränsle/J fossilbränsle

• I vissa fall tas det ekonomiska värdet av biprodukter med i analysen, men eftersom tids- och rumsdimensionen utesluts dyker det inte upp något ”rimlighetsperspektiv” (sunt förnuft är förbjudet, endast siffrorna talar som ”sann vetenskap”).

Levande systemperspektivet

• Många energienheter av lägre kvalitet investeras i biobränsleprocessen och ger färre energienheter till en högre kvalitet i slutprodukten (bränslet).

• Eftersom transformiteten för biobränslen är hög innebär det att de har ett högt anspråk på omgivningen, samt att en stor del av detta resursanspråk är icke-förnybart.

• Människans interaktion med sin omgivning är i sig ett levande och aktivt system, och byte av energifundament kräver stora omorganisationer då vi hela tiden interagerar med och är beroende av vår omgivning

• Effektivitet definieras som processer med återkopplingsaktivitet som förstärker hela systemet (maximum em-power) dvs. hur väl anpassat/optimerat ett system/process är till sin omgivning och huruvida systemet/processen ger tillbaka en självförstärkande effekt.

Därigenom blir mångfunktionalitet mer självklart än ensidiga system som är optimerade för en parameter.

• Evolutionen har prövat ut system som är optimerade till geo-biosfären – de levande organismerna är de mest effektiva omvandlarna av biomassa

Diskussion/slutsats

När bränslet verkar obegränsat tycks det som om maskinerna arbetar mycket mer effektivt än de

processer som haft eoner på sig att utvecklas. När vi nu till exempel pratar om att sluta använda

Ekosystemen har optimerats genom årmiljoner så pass att olika arter knappt konkurrerar med varandra, utan snarare samexisterar och håller varandra med ekologiska habitat. Det levande systemperspektivet visar att det till exempel är effektivt att be andra arter om hjälp, de som kan omvandla sådant vi inte kan äta till mat, dragkraft och kläder, i utbyte mot exempelvis skydd mot rovdjur. Det kan vara en framgångsrik symbios som genererar många självförstärkande återkopplingar. Till exempel kan en levande organism transformera biomassa till kött, päls, skinn, mjölk, gödsel, härbärgera insekter och mikroorganismer, när de betar organiserar de sin närmiljö så gräs, blommor, örter och pollinatörer trivs, vilket i sin tur genererar ännu fler självförstärkande återkopplingar på många olika nivåer samtidigt. Kontrasten är stor om man studerar biomassan genom filtret för den mekanistisk-reduktionistiska världsbilden. Här mäts biomassans energiinnehåll efter att det genomgått många av människan styrda energitransformationer och man kommer fram till att förbränningsmotorn omvandlar denna energi lika effektivt som den omvandlar fossil energi till mekaniskt arbete. Biprodukter beaktas eventuellt om de har något potentiellt ekonomiskt värde. Metod och världsbild har en helt avgörande roll för vilka slutsatser man drar av sin analys. Genom att utesluta det levande systemperspektivet riskerar vi att göra mer skada än nytta i vår kamp mot klimatförändringar och globala miljöutmaningar.

Källförteckning

Ahlgren S., Baky A., Bernesson S., Nordberg Å., Norén O., Hansson P-A. (2010). Future Vehicle Fuel Supply for Swedish Agriculture. Department of Energy and Technology, Swedish University of Agricultural Sciences, Report 020, Uppsala, 2010

Brown M., Protano G., Ulgiati S. (2010). Assessing geobiosphere work of generating global reserves of coal, crude oil, and natural gas. Ecol. Mod. doi:10.1016/j.ecolmodel.2010.11.006 Börjesson P. (2008). Good or bad bioethanol from a greenhouse gas perspective – what determines this? Applied Energy 86 (2009) 589-594

Cavalett O., Rydberg T. 2011. Critical Analysis of the Swedish Biofuel Policy using Emergy Synthesis. In Brown, M.T., D. Campbell, S.L. Huang, E. Ortega, T. Rydberg, D.R. Tilley, S.

Ulgiati (eds.). Emergy Synthesis 6: Theory and Applications of the Emergy Methodology.

University of Florida Center for Environmental Policy, Gainesville. p. 175-183

FAO. (2009). How to Feed the World in 2050. Available online on:

http://www.fao.org/fileadmin/templates/wsfs/docs/expert_paper/How_to_Feed_the_World_

in_2050.pdf

Fargione F., Hill J., Tilman D., Polasky S., Hawthorne P. 2008. Land Clearing and the Biofuel Carbon Debt. Sciencexpress10.1126/science.1152747

Felix E., Tilley D.R. (2009). Integrated energy, environmental and financial analysis of ethanol

production from cellulosic switchgrass. Energy 34 (2009) 410-436

Fredriksson H., Baky A., Bernesson S., Nordberg Å., Norén O., Hansson P-A. (2006). Use of on- farm produced biofuels on organic farms – Evaluation of energy balances and environmental loads for three possible fuels. Agricultural Systems 89:184–203

Guinée J.B., Gorrée M., Heijungs R., Huppes G., Kleijn R., Koning A. de, Oers L. van., Wegener Sleeswijk A., Suh S., Udo de HAes H.A., Bruijn H. de, Duin R. van and Huijbregts M.A.J. (2002). Handbook on Life Cycle Assessment. Operational guide to the ISO standards. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2002

Hall C., Powers R., Schoenberg W. (2008). Peak Oil, EROI, Investments and the Economy in an Uncertain Future. pp. 109-132 in Biofuels, Solar and Wind as Renewable Energy Systems, Ed. D.

Pimentel. Springer Netherlands

Hansson P-A., Baky A., Ahlgren S., Bernesson S., Nordberg Å., Norén O., Petterson O. (2007).

Self-sufficiency of motor fuels on organic farms – Evaluation of systems based on fuels produced in industrial-scale plants. Agricultural Systems 94, 704–714

Jantsch, E. (1980). The Self-organizing Universe, Pergamon Press, Oxford.

Johansson S., Rydberg, T. (2017). Is an increased use of biofuels the road to sustainability? – Consequences of the methodological approach. Eur. Phys. J. Plus (2017) 132: 66

Larsson M., Bratt L., Sandahl J. (2012). Hållbar utveckling och ekonomi inom planetens gränser.

Studentlitteratur AB, Lund

Odum H.T. (2007). Environment, Power and Society for the twenty-first century – The hierarchy of energy. Columbia University Press, New York

Paulsson P. (2007). Energy analysis of ethanol production; a case study of Lantmännen Agroetanol’s production system in Norrköping. Master thesis 2007:03, department of Biometry and Engineering, Uppsala 2007

Pimentel D., Patzek T.W. (2005). Ethanol Production Using Corn, Switchgrass, and Wood;

Biodiesel Production Using Soybean and Sunflower. Natural Resources Research 14 Prigogine I. (1985). Ordning ur kaos. Människans nya dialog med naturen. Göteborg

Rydberg T. & Jansén J. 2002. Comparision of hourse and tractor traction using emergy analysis. Ecological Engineering 19, p. 13–28

Rydberg, T. & Haden, A. 2005. In Energikvalitet och nettoenergi – hur värderar vi olika former av energi. Ekologiskt lantbruk Konferens, 22-23 november 2005, Ultuna, Uppsala, Centrum för uthålligt lantbruk, 109-113.

Shapouri H., Duffield J., McAloon A, Wang M. (2004). The 2001 Net Energy Balance of Corn-

Ulgiati S. (2001). A comprehensive energy and economic assessment of biofuels: When

“Green” is not enough. Critical reviews in Plant Sciences, 20(1):71-106(2001)

Wackernagel, M. and Rees, W. 1996. Our ecological fooprint. New Society Publisher, Gabriolie Island, B.C

Wall G., Sciubba E., Naso V. (1994). Exergy use in the Italiam society. Energy 1994, 19, 1267-1274 WWF, 2003. Soy Expansion – Losing Forests to Fields. Available at:

http://assets.panda.org/downloads/wwfsoyexpansion.pdf

Zhu J.Y., Zhuang X.S. (2012). Conceptual net energy output for biofuel production from

lignocellulosic biomass through biorefining. Progress in Energy and Combustion Science 38

(2012) 583-598.