Markforsøg med bioenergi

Markforsøg

Nye forsøg med biomasse til bioraffinaderier ved Agroøkologi

Potentiale og muligheder for øget dansk biomasseproduktion

Tidligere analyser har indikeret tekniske muligheder for en betydelig øget biomasseleverance fra dansk jordbrug. Fødevareministeriet (2008) angiver således et potentiale i landbruget på 121 PJ i forhold til det daværende forbrug af landbrugsbiomasse til energi på 27 PJ. Hvis biomasse fra skov, hegn og haver medregnes fandt Jørgensen et al. (2008) et potentiale på 153 PJ i forhold til det daværende forbrug på 52 PJ. I disse analyser er antaget dagens bedste praksis, men der er ikke indregnet muligheder for øget udbytte i fremtiden.

Analyserne antager omlægning af 15 % af kornarealet til energiafgrøder og dermed en nedgang i den samlede fødevareproduktion. I Dalgaard et al. (2011) indregnes frem mod 2050 en stigende produktivitet i både fødevareafgrøder og energiafgrøder, hvorved der beregnes en potentiel biomasseleverance fra landbruget på mellem 110 og 182 PJ (afhængigt af udbyttestigningens størrelse) samtidig med en fastholdelse af den nuværende fødevareproduktion. I workshoparbejdet under BioRenew Europe blev der skitseret en strategi for leverance af 10 mio. tons biomasse (ca. 150 PJ) fra landbruget ved en differentieret strategi på robuste og miljøfølsomme arealer og fokus på øget produktivitet.

Disse tidligere analyser indikerer samstemmende et betydeligt potentiale for at anvende mere biomasse til energi. Der er dog behov for mere detaljerede analyser af, hvorledes det tekniske potentiale rent praktisk kan udnyttes, og af sammenhæng mellem biomassepris og tilgængelige mængder (Evald, 2011). Biomassens kvalitet til bioraffinering og mulighederne for at forbedre den skal undersøges, såvel som muligheder og barrierer i høst, håndtering og lagring, som bliver en meget vigtig omkostningsfaktor i en bioraffineringskæde. Endelig er biomasseudnyttelsens effekter på miljøet en væsentlig parameter for, i hvor stort omfang biomassen kan udnyttes bæredygtigt, og for hvilke typer biomasse det vil være mest forsvarligt at udnytte. Flere miljøforhold kan forbedres ved øget biomasseproduktion, fx kan der opnås reduceret nitratudvaskning og et mindre pesticidforbrug (Fødevareministeriet, 2008). Til gengæld skal der udvises stor omhu i udnyttelsen for at undgå negative effekter på jordens kulstofindhold med deraf følgende forringet jordkvalitet og lav nettodrivhusgasfortrængning ved biomasseudnyttelsen.

Konkrete udfordringer og muligheder

  • Opretholdelse af kulstofbalancen

Fjernelse af halm, husdyrgødning og efterafgrøder til energiudnyttelse vil reducere jordens kulstofindhold sammenlignet med nedmuldning i jorden (Fødevareministeriet, 2008), og betydningen heraf bør indregnes i nettodrivhusgaseffekten af udnyttelsen. På vestdanske sandjorder med meget græs i sædskiftet og mange husdyr vil det næppe være et problem for jordens kvalitet i lang fremtid. Men på østdanske lerjorder med mindre græs og husdyr er kulstofindholdet allerede flere steder kritisk lavt med begyndende strukturproblemer (Schjønning et al., 2009). Dyrkning af flerårige energiafgrøder, reduceret jordbearbejdning, efterafgrøder og biocharudspredning er tiltag, der kan øge jordens kulstofpulje, og det er vigtigt at få bedre viden om de kvantitative og økonomiske aspekter heraf.

  • Recirkulering af næringsstoffer

Biologisk raffinering giver grundlæggende forbedrede muligheder for at recirkulere næringsstoffer til jordbruget frem for afbrændingsteknologier, hvor nogle næringsstoffer omsættes til gasform, mens andre gøres mindre tilgængelige. Recirkuleringen har dels en betydning for nettodrivhusgasbalancen, da der spares fremstilling af nye gødningsstoffer (det koster godt en liter olie at fremstille et kilo gødningskvælstof). Dels er det vigtigt for bevarelsen af endelige ressourcer, specielt fosfor.

  • Øget produktion

De nuværende sorter af kornafgrøder er alle udvalgt efter maksimalt kerneudbytte og mindst mulig produktion af halm og strå. Der er derfor muligheder for at øge halmudbyttet ved ændret sortsvalg, uden at det behøver at reducere kerneudbyttet (Jørgensen et al., 2007; Larsen et al., 2010). Ved de metoder der i dag anvendes til kornhøst og halmbjærgning efterlades en del af den producerede halm på marken. Specielt de små dele som avner og blade bjærges ikke.

Generelt udnytter kornafgrøder ikke hele vækstsæsonen, da perioden medio juli til ultimo september benyttes til kornmodning, pløjning og såning. Afgrøder med udetermineret vækst, som kan udnytte hele vækstsæsonen (fx græsafgrøder, pil og poppel), har derfor et større udbyttepotentiale.

Med det varmere klima bliver det aktuelt at udnytte afgrøder med C4-fotosyntese, der under varme forhold omsætter indstrålingen ca. 30% mere effektivt end afgrøder med C3-fotosyntese. Majs giver allerede ca. 30% større udbytte end de øvrige kornafgrøder. Elefantgræs er dog mere kuldetolerant end majs og har i en amerikansk undersøgelse vist ca. 60% større udbytte over en vækstsæson end majs (Dohlemann & Long, 2009). En anden mulighed er at dyrke majs med C4-fotosyntese om sommeren og en kuldetolerant C3-afgrøde (fx vinterrug) over vinteren (Lærke et al., 2008). Med disse muligheder er der potentiale for, at totaludbyttet af biomasse kan fordobles fra dagens gennemsnitlige udbytte af vinterhvede (kerne + halm) på 9 ton tørstof/ha.

 

En anden mulighed for at forbedre udnyttelsen af indstrålingen er tidlig høst af korn, crimpning og lagring i gastætte siloer. Det giver mulighed for at høste et større og muligvis lettere omsætteligt halmudbytte og at så efterafgrøder eller nye hovedafgrøder fra starten af juli.

  • Øget kvalitet

Høst af halm, hvor blade medtages, forventes at give en bedre omsættelighed til bioraffinering, da foderværdien har vist sig at øges (Refstrup, 1997). Elefantgræs har hidtil været tænkt dyrket til høst af tørre strå i foråret, hvor der opnås en god kvalitet til direkte afbrænding, således som det sker på ca. 15.000 ha i England. Ved at høste afgrøden grøn i efterår/tidlig vinter kan dog opnås et mindst 50 % større udbytte og omsætteligheden i en bioraffineringsproces må forventes at være betydeligt bedre end ved forårshøst, hvor ligninindholdet er højere (Jørgensen, 2011). Høst af grønne afgrøder med 40-70 % vandindhold vil kræve lagring ved ensilering, og samspillet mellem ensilering og bioraffinering skal undersøges nærmere.

  • Lokalisering af produktionen

Dansk landbrug er presset af øgede miljøkrav fra fx Vandrammedirektivet og EU's klimapolitik. Derfor skal gennemføres tiltag, der reducerer tabet af næringsstoffer og fremmer lagring af kulstof i jorden. Dyrkning af flerårige energiafgrøder vil reducere nitratudvaskningen med ca. 70 % i forhold til traditionelle landbrugssædskifter og vil opbygge kulstof i jorden (Fødevareministeriet, 2008). En strategi for omlægning af korndyrkning på miljøfølsomme arealer til højtydende energiafgrøder vil samtidigt kunne bidrage signifikant til at løse landbrugets miljøudfordringer. Til gengæld kan forventes bedre muligheder for at optimere gødskning m.m. af konventionelle landbrugsafgrøder på de mere robuste arealer.

  • Implementering af nye metoder i landbruget

Det er en omfattende proces at indføre nye dyrknings- og høstmetoder samt nye afgrøder i landbruget. Og det er en udvikling der ikke kommer af sig selv, hvis der ikke er åbenlyse profitmuligheder for landmændene ved ændringerne. Det vil derfor være væsentligt at vurdere, hvilke drivere der kan sikre en omlægning til øget biomasseproduktion og hvilke barrierer, der kan give alvorlige problemer med målopfyldelsen.

Nye forsøg med dyrkningssystemer til maksimering af biomasseudbytte af god kvalitet til bioraffinering og med lav miljøpåvirkning etableres ved Foulum og Jyndevad foråret 2012

Crop rotation

  1. Triticale early harvest (10-15 July) + winter rye (possibly two cuts (autum+spring))
  2. Maize (Anjou) + winter rye sown early November, direct sowing
  3. Fodder beet (Enemax)
  4. Hemp (Felina) (harvest app. 10/9 - Triticale sowing no later than 1/10)

Permanent crops

  1. Tall fescue X perennial ryegrass (Festulolium, HYKOR)
  2. Miscanthus x giganteus
  3. 3.       Miscanthus sinensis
  4. Continuous winter wheat with straw removal (reference)
  5. Reed canary grass    (Phalaris arundinacea             BAMSE)
  6. Tall fescue                     (Festuca arundinacea              KORA)
  7. Cocksfoot grass          (Dactylis glomerata                  DONATA)
  8. Grass Mixture1 (BAMSE + HYKOR + DONATA + Lucerne (Alfalfa) Medicago sativa, CRENO + Alsike clover, Trifolium hybridum, FRIDA + White clover, Trifolium repens, HEBE + Eastern galega Galega orientalis GALE. Low N-fertilisation.
  9. Grass Mixture2 (Blanding 36 fra DLF-TRIFOLIUM (10 % hvidkløver+10 % rajsvingel+40 % strandsvingel+15 % alm. Rajgræs+10 % timoté+10 % engssvingel+5 % rødsvingel). No or low N-fertilisation

Measurements

  • Remote sensing for GLAI development (15-20 times annually)
  • Biomass Yield (% DM, N (P & K?))
  • Quality for biorefinery (PhD utilizing NIR/FTIR + high throughput wet chemistry). Pressing of green crops and analysis of composition, proteins etc.
  • Soil carbon development: soil samples in each plot in 0-20, 20-50 and 50-100 cm for archive. Measured again with 3-4 years interval (always same time of year)
  • Nitrate leaching - depending on available resources