Daniel P. RasseArne Grønlund

Bioforsk, Jord og miljøBioforsk-konferansen 2010

Biokull som jordforbedringsmiddel og

klimatiltak

Hva er biokull?

Biokull er forkullede rester av biomasse, f. eks. halm.

Produsert av pyrolyse (uten oksygen)

Biogass20%

Bioolje30%

Biokull50%

Biomasse Pyrolyse

Kan biokull være et sentralt klimatiltak og nødvendig jordforbedringsmiddel?• Til å besvare dette spørsmål må vi først se på

C syklus i norsk jordbruk

160

144

16

400

Organiskmateriale

CO2

160Korn

16

64

80

Karbon-budsjett i norsk jordbruk (g C m-2 år-1)

Input: 32

62 Emisjon

Antatt tap ved nedmolding av halm: 30 g C m-2 år-1

Karbon-budsjett i norsk jordbruk (g C m-2 år-1)

Største tap av CO2: nedbrytning av planterester

CO2-tapet er så stort at direkte forbrenning har vært foreslått. Direkte forbrenning til energiformål er 7 ganger mer effektivt som klimatiltak enn nedmolding i jord (Powlson et al. 2008). Men: Bidrar til nedgang i SOM og jordkvalitet.

400

SOM

CO2

16

64160

80

Korn

Karbon-budsjett i norsk jordbruk med biokull

Input: 96

46 Emisjon

Gjennomsnitt lagring: + 50 g C m-2 år-1

16080

36 Syngass

44 Olje

240

128

Emisjon (årlig g C m-2)

Total C-binding

100 t C ha-1

300 t C ha-1

TID

C negativeWIN

C storage WIN

Karbon-balanse i jordbruk - oppsummering:

1. Nedmolding av planterester uten biokull: • netto tap av 20-40 kg C per dekar per år

(åkerdyrking)• ingen substitusjonseffekt med bioenergi

2. Direkte forbrenning av planterester:• tap av 40-60 kg C per dekar per år• substitusjonseffekt med bioenergi

3. Biokull (forkullede planterester):• lagring av 50 kg C per dekar per år• substitusjonseffekt med bioenergi (88 kg C

per dekar per år bio-olje)

Innhold per tonn biomasseHalm Skogsavf

allKg C totalt 440 500Kg C i biokull (50 %) 220 250Kg CO2 i biokull (*3,67) 807 917Kg C i syngasser (20%) 88 100Kg C i pyrolyseolje (30%) 132 150

Kg C i olje til drivstoff (15%) 66 75Kg C i annen olje (15%) 66 75

Substitusjonseffekt pyrolyseolje:Kg C (drivstoff + 50 % av annen olje)

99 113

Kg CO2 (C*3,67) 363 412Lagringseffekt + substitusjonseffekt 1169 1329

Potensielt for biokull i NorgeJordas lagringskapasitet

Tilgjengelig biomasse

Minst like store mengder fra skogsavfall

1 mill. tonn halm0,44 mill. tonn CEffekt: >1 mill. tonn CO2(15 % av landbrukets utslipp)

Opp til 9 % C fra biokull i naturlig jord – ubegrenset kapasitet

Potensialet for biokull i EU landbruk

EU 25 kornproduksjon: ~ 250 106 t korn år-1

Karbon-innhold i planterester: 110 106 tonn C år-1.(avlingsindeks 0,5 og 44% C)

Forkulling av 50% av halmproduksjon med 50% utbytte av biokull> 25 106 tonnn C år-1> 90 Megatonn CO2 år-1 = total lagringskapasitet

Organisk struktur forhandringer med pyrolyse

Downie et al, 2008

Økende temperatur

Økende stabilitet

1. Stabilitetet (C lagring)

Egenskaper til biokull

Lehmann, 2007

0 200 400 600 800 1000

110

100

90

80

70

60

50

14

12

10

8

6

4

2

Surface area

pH

Carbon recovery

CECOp

timu

m

Carb

on re

cove

ry (%

of i

nitia

l C)

Temperature (°C)

pH

350

300

250

200

150

100

50

0

CEC

(mm

olc k

g-1)

Surfa

ce a

rea

(m2

g-1)

2. Stor overflate (agronomiske egenskaper)

Agronomiske egenskaper• Vannlagringsevne• Bedre utnyttelse av

næringsstoffer?• Redusert utvasking?• Redusert utslipp av

klimagasser?• Jordstruktur?• Jordtemperatur?

Størst effekt i sandjord i Norge?

Uønskede effekter?• Tungmetaller

– Plantedel – Halm– Treslag

• Organiske miljøgifter (PAH)– Opptak i planter?– Skader på biologisk aktivitet i jord?

• Areosoler?• Immobilisering av næringsstoffer i biomassen• Økt biologisk aktivitet – raskere nedbryting av organisk

C?

Forskning ved BioforskForskningsoppgaver:• Gjennomsnittlig oppholdstid for biokull i jord• Effekt på næringstilstand i jord, vanninnhold og

avlinger • Effekt på jordlevende organismer • Effekt på klimagassutslipp fra jord, først og fremst

N2O, men også CO2 og CH4 fra nedbryting av organisk materiale

• Effekt på utvasking av fosfor og nitratSentrale samarbeidspartnere:• UMB• NTNU• Universitetet i Zürich• Universitetet i Florens