EU:s klimat- och energipaket har lagt fast att EU:s medlemsstater till år 2020 ska ha minskat växthusgasutsläppen med 20 procent och ökat biodrivmedelsanvändningen till 10 procent. För detta krävs nya satsningar också hos länder som Sverige, som har en relativt hög, men inte tillräcklig, förnyelsebar energiförsörjning. På kort och medellång sikt finns en stor del av ökningspotentialen inom jord- och skogsbruk. Denna ska dock vara förenlig med de nationella miljömålen om endast naturlig försurning, ett rikt växt- och djurliv, levande skogar och ett rikt jordbrukslandskap. Utöver direkta omställningar av energisystemen finns relativt stora möjligheter till energieffektiviseringar inom olika samhällssektorer, däribland jord- och skogsbruk.
SLU:s forskningsprogram inom energioch klimatområdet täcker olika aspekter av dessa frågeställningar. Utgångspunkten vid all bioenergianvändning är att nyttjandet ska vara klimatneutralt. Det betyder att när ny gröda odlas för att ersätta den som använts för energiändamål binds lika mycket kol som det man förbrukat. Självfallet blir insatsenergin en kostnad. Det är också självfallet så att tiden för att återställa kolförrådet varierar beroende på vilken gröda det rör sig om; ettåriga jordbruksgrödor – kort tid, 1 år, energiskog – lite längre tid 4–6 år, skog – lång tid 50–100 år.
SLU:s forskning om energiskog, salix, har flera decennier bakom sig. Under den tiden har avkastningen av salix ökat med mer än 50 procent. I ett stort tematiskt projekt som spänner över molekylärbiologi, eko-fysiologi och fältexperiment arbetar forskarna med att ytterligare öka och säkra produktionen. Foto: Pär Aronsson
Viktiga egenskaper som man vill få fram hos salix är resistens mot rostsvampar respektive bladbaggar eftersom angrepp av dessa sätter ned produktionen. Man vill också hitta salix-sorter som är toleranta mot frost och torka. Efterfrågan på salix kommer sannolikt att öka när Europa ska möta de klimatpolitiska kraven.
Systemstudier
För att optimera energiutnyttjandet krävs kunskaper på systemnivå. Idealt bör sådana studier väga in såväl ekonomiska mål som miljömål och sociala aspekter av val och produktion av energiråvara. Vid SLU-institutionen Energi- och teknik arbetar Per-Anders Hansson och hans forskargrupp med systemstudier av jordbrukets energianvändning. Det tillämpade målet är att hitta möjliga energibesparingar i alla steg av bearbetning och odling av åkermark liksom i transportkedjor och efterbehandling av grödan.
Doktoranderna Serina Ahlgren och Marie Kimming arbetar just nu (maj 2009) med ett regeringsuppdrag att beräkna utsläppen av växthusgaser från odling av grödor för produktion av biodrivmedel. Beräkningarna görs enligt EU:S RES- (Renewable Energy Sources) direktiv. Detta sätter upp gränsvärden för växthusgasemissionerna, som inte får överskridas för olika grödor om skörden ska få användas för att producera fordonsbränslen. SLU:s preliminära beräkningar visar att den kritiska faktorn är hur mycket lustgas som odlingen ger upphov till. Lustgasproduktionen från mark under olika förhållanden är svår att bestämma i fältmätningar och modeller.
Energimyndigheten har gett Åsa Kasimir-Klemedtsson, Göteborgs universitet, ett särskilt uppdrag att sammanställa kunskapsläget inom detta område. Beräkningarna från SLU visar, liksom studier från andra håll, att biogas är ett klimatmässigt mycket fördelaktigt alternativ. Biogasproduktion från gödsel ger dubbla vinster. Den ersätter fossila bränslen och de rester som blir från biogasförbränningen är mindre potenta växthusgaser än den metan som annars skulle ha frigjorts från gödseln.
MicroDrive – produktion av etanol och biogas i ett kretsloppssystem.
Mikrobiologi
Inom projektet MicroDrivE (Microbially Derived Energy) arbetar Johan Schnürer på Mikrobiologiska institutionen, SLU, tillsammans med sina medarbetare med ett kretsloppssystem för produktion av etanol och biogas. Etanolen framställs här ur växtcellulosa. Resterna från etanolframställningen, dranken, rötas till biogas. Rötresterna från biogasframställningen i sin tur används som gödning till grödan, som ska gå till etanoljäsning. Ett fokus i projektet ligger på att få fram mikroorganismer och enzymsystem, som effektivt bryter ner cellulosan under bildande av alkohol. Förutom mikrobiologer medverkar molekylärbiologerna Mats Sandgren och Jerry Ståhlberg med studier om enzymers kapacitet och effektivitet. MicroDrivE -projektet på SLU driver en ”exjobb-skola” efter förebild av de forskarskolor, som finns för doktorander.
Bioenergi bidrar med ungefär 25% av den energi som årligen används i Sverige. Vattenkraften och kärnkraften ger vardera ungefär hälften så mycket om man inte räknar med värmeförlusterna från kärnkraftverken. (Efter Energiläget 2008).
Energiskog
SLU:s forskning om energiskog, salix, har flera decennier bakom sig. Under den tiden har avkastningen av salix ökat med mer än 50 procent. I ett stort tematiskt projekt som spänner över molekylärbiologi, eko-fysiologi och fältexperiment arbetar forskarna med att ytterligare öka och säkra produktionen. Molekylärgenetikerna arbetar med att hitta genetiska markörer för viktiga egenskaper som förädlas fram genom traditionell växtförädling. Viktiga egenskaper som man vill få fram hos salix är resistens mot rostsvampar respektive bladbaggar eftersom angrepp av dessa sätter ned produktionen. Man vill också hitta salix-sorter som är toleranta mot frost och torka. Efterfrågan på salix kommer sannolikt att öka när Europa ska möta de klimatpolitiska kraven. Tema-projektet om salix koordineras av Sara von Arnold, Institutionen för Växtbiologi och skogsgenetik.
Stubbar, grenar och toppar
Den absoluta merparten av den bioenergi, som idag utnyttjas, kommer från konventionellt skogsbruk. Det är grenar och toppar, så kallad ”grot”, från avverkningar som utnyttjas, men också energiinnehållet i svartlutsresterna från massaindustrin. De allra senaste åren har också stubbrytning blivit en realitet för att öka tillgången på bioenergiråvara.
Vid Institutionen för ekologi arbetar flera forskargrupper med miljökonsekvenser av skogsbränsleuttag. Riitta Hyvönen och Göran Ågren har i modellberäkningar visat att de förluster av markbundet kol, som kan bli följden av skogsbränsleuttag, är tämligen marginella. När man räknar bort det fossila bränsle, som skogsbränslet ersätter, så ger biobränslet från skogen en klar minskning av växthusgasutsläppen. All växande gröda försurar marken medan nedbrytning av döda växtdelar, tillsammans med vittring av mineraler, återför neutraliserande ämnen till marken. Vid uttag av ”grot” ökar alltså risken för markförsurning, vilket bland andra Bengt Olsson har visat i sina studier. Markförsurning och uttag av vissa växtnäringsämnen kan kompenseras genom att träaskan från värmeverk, som eldas med skogsbränsle, återförs till skogen. Askan förbehandlas, härdas och krossas, så att den inte löses upp alltför snabbt i marken utan ger en utsträckt effekt. Även askans egenskaper och effekter på mark och växtlighet studeras av forskargrupper på SLU. Forskning om förädling av trädbränslen, genom produktion av pellets för direkt förbränning eller för förgasning till biodrivmedel pågår vid Enheten för biomassateknologi och kemi vid SLU i Umeå.
Stubbrytning
Ungefär 20 procent av barrträdens biomassa finns i stubben. Denna resurs har fram till nu varit närmast outnyttjad i bioenergisammanhang. Med ökande efterfrågan på råvara så har dock stubbrytning nu blivit aktuell. Tillsammans med Energimyndigheten och skogsindustrin finansierar nu SLU ett tematiskt projekt om stubbskördens positiva och negativa miljökonsekvenser. Syftet är att det nästa år ska finnas ett vetenskapligt underlag för en utvidgad miljöanalys, som i sin tur ska kunna ge rekommendationer om var stubbar kan brytas respektive vilka miljöer som ska spara från stubbskörd för att åstadkomma minsta möjliga miljöpåverkan. Inte minst är frågor om biologisk mångfald viktiga när det rör stubbar och förrådet av åldrande död ved i skogen.
Energimyndigheten har samlat det mesta av sin FoU kring biobränsle i ett sammanhållet program ”Uthållig tillförsel och förädling av biobränsle”. Detta program finansierar en mycket stor del av den svenska forskningen på området, bland annat delar av den på SLU. Verksamheten bedrivs dels som enskilda projekt, men också i form av större program som medfinansieras av industrin.
Författare
:
Helene Lundqvist
är professor i markekologi och arbetar med samordning av energi- och klimatforskning på SLU