Globale ressourcer - Horsens HF og VUC

uv.vuchorsens.dk

Globale ressourcer - Horsens HF og VUC

GEO4 11

Bernd Möller

Globale ressourcer

Teknologi, Miljø og Samfund

Institut for Samfundsudvikling og Planlægning

Aalborg Universitet

Biomasse og bioenergi


”Any part of nature can become a

resource when people perceive it as

having utility or value.”

(Zimmerman, 1951)

En ressource er en godes funktion i samfundet.


Oversigt

• Bioenergi er solenergi

• Biomassens globale fordeling

• Fremtiden for bioenergi i Danmark

• Teknologier knyttet til ressourcer

• Modellering og kortlægning


Hvordan bliver biomasse en

ressource?

Kriterier

1. En ressources potentiale skal være

kendt i omfang og placering

2. En teknologi skal udvikles som gør det

muligt at udnytte ressourcen økonomisk

3. Teknologien kan fremmes ved at støtte

udvikling og ved reguleringsmæssige

indgreb.


Fotosyntese - primærproduktion

Fotosyntese

levende

biomasse

Død

biomasse

respiration

respiration

akkumulation

CO2

Organisk

jordmaterie


Netto primær produktion (NPP)

Solenergi

adsorberet: 500 J

Brutto primær prod.:16 J

Netto primær prod.: 8 J

1000 J

Reflekteret/transm.: 500 J

varmetab: 484 J

Varmetab (respiration): 8 J


Netto primær produktion

• Solarenergi i biomasse

• Fotosyntese produktion af biomasse og

kulhydrater

• Årlig global NPP = 225 Pg

• Årlig global NPP (landområder) = 132 Pg

• Årligt menneskeligt brug

7 Pg (fødevarer + træ) (3% af den årlige NPP)

Derudover tab via landdegradering og økosystem

ændringer (39% af den årlige NPP)


Biomasse eller solenergi?

• Gennemsnitlige energistrømme (DK):

– Solstråling (vandret): ~100 W/m 2

– Biomasse i alt: 0,62 W/m 2

– Kornafgrøder: 0,30 W/m 2

– El fra solceller: 14 W/m 2


Helhedssyn

• Land- og skovbruget kan ses som helhed

• Afgrøder + dyr + træproduktion

• Ernæring – energi – råstoffer

• Prioriteter (etik): madvarer først

• Energiproduktion på reststoffer, ikke

råvarer til madvareproduktion

• Akkumuleret forbrug af energi og kemi:

træ, græs, kløver, hvede, raps, kød


Systemet

Kilde: Sørensen, 2001


Biomasse globalt, indeks

• NDVI-kort findes bl.a. her: www.osdpd.noaa.gov


Global biomasseproduktion, energi

Kilde: Sørensen, 2001


Mangel på bioenergi: brænde


Biomasse i det danske

energisystem

• Brænde og træpiller: fortrænger oliefyr

• Halm, flis, træpiller: fjernvarme

• Brændbart affald: fjernvarme

• Biogas: kraftvarme

• Biodiesel og bioetanol: transport


Regeringens energistrategi, 2007

85% af DK’s bruttoenergiforbrug er stadig fossilt!

I regeringens nye energioplæg regnes der med en ca.

fordobling af bioenergien til 30% i forhold til i dag.


Fraklip fra energistrategien 2007

• Mere biogas:

– reducere forbruget af fossile brændsler

– mindre udslip af drivhusgassen metan

– løse et affaldsproblem for landbruget

• Bedre energiudnyttelse af affald:

– de stigende affaldsmængder kan anvendes på

centrale værker

• Øget fleksibilitet i brændselsvalget:

– fortsat liberalisering af de nuværende regler for

anvendelse af brændsler til el- og varme-produktion

• 2. generations biobrændstoffer til transport:

– Andelen af biobrændstof til transport forøges til 10

pct. i 2020.


[TJ]

100.000

90.000

80.000

70.000

60.000

50.000

40.000

30.000

20.000

10.000

0

Bioenergi fordelt på energivarer

Datakilde: Energistatistik 2005, Energistyrelsen

1972 1979 1984 1989 1994 1999 2004

- Affald, bionedbrydeligt - Halm - Skovflis

- Brænde - Træpiller - Træaffald

- Fiskeolie Biodiesel Biogas


[TJ]

Eksempel: Biogas - naturgas

250.000

200.000

150.000

100.000

50.000

0

Datakilde: Energistatistik 2005, Energistyrelsen

1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002

Naturgas Biogas

Biogas: 2%


Energipolitikkens smertebarn:

transportsektoren

Klimakorrigeret bruttoenergiforbrug efter anvendelser

PJ

900

600

300

0

1980 '85 '90 '95 '00 '06

Energisektoren Ikke energiformål

Transport Produktionserhverv

Handels- og serviceerhverv Husholdninger

Kilde: Energistatistik 2006, Energistyrelsen


Energiforbrug til transport fordelt på

PJ

250

200

150

100

50

0

transportform

1980 '85 '90 '95 '00 '06

Vejtransport Jernbanetransport

Søtransport, indenrigs Lufttransport, indenrigs

Lufttransport, udenrigs Forsvarets transport

Kilde: Energistatistik 2006, Energistyrelsen


Løsning: Biomasse i

transportsektoren?

• Tilgængelige teknologier

– Rå rapsolie

– Biodiesel

– Etanol

– Biogas

– Biomass to Liquid

– Kraftvarme – elbiler

– Brint - brændselsceller

Kilde: Uffe Jørgensen, DJF


Hvor langt på hektaren?

Kilde: Uffe Jørgensen, DJF


Energiudbytte pr ha

• Pileflis eller helsædsballer 150 GJ/ha

• Biogas ud fra kløvergræs 60 GJ/ha

• Ethanol + lignin fra helsæd 45 GJ/ha

• Ethanol fra hvedekerner 20 GJ/ha

• Rå rapsolie 20 GJ/ha

• Biodiesel (RME) 10 GJ/ha

OBS: Her regnes med den totale udbytte, dvs. i tilfældet pileflis

regnes med den energi i form af el og varme, et biomassekraftvarmeværk

kan levere, mens rapsolie erstatter brændstof til

biler.

Kilde: Uffe Jørgensen, DJF


Økologisk landmand

Erik Koch Andersen,

Samsø, med hans

traktor ombygget til at

køre på ren rapsolie.

Koldpresset rapsolie

Billede: Samsø Energikontor


Rapsolie til dieselmotorer

Rapsdyrkning velkendt og nem, dog inputkrævende

(gødning og pesticider)

Økologisk dyrkning mulig, men ikke så nem

Simpel teknologi til decentral produktion af olie

Ugiftigt produkt

Kvalitetsnorm vigtig

Omstilling af motorer

Foderkager som biprodukt

Evt. andre olieafgrøder – dodder (Camelina sativa)

Kilde: Uffe Jørgensen, DJF


Biodiesel (RME)

Produceres kommercielt i DK – eksporteres (2 PJ)

Kræver (næsten) ingen motorkonvertering

Mindre energiudbytte og mere giftigt end rå olie

Færre emissioner fra motor end fra alm. diesel

(dog mere NOx)

Biprodukter: rapskage og glycerin

Kilde: Uffe Jørgensen, DJF


Første og anden generation

• Under første generations bioenergi forstår man:

– Træ, halm, affald etc. til forbrænding

– Anaerob forgæring af gylle etc i biogasanlæg

– Termisk forgasning af faststof (pyrolyse)

– Fremstilling af alkohol (bioethanol)

– Fremstilling af raps-metylester (RME, biodiesel)

– Problemer: Lav udnyttelsesgrad, baseret på råvarer egnet til

menneskelig føde

• En næste generation vil omfatte:

– Bioetanol fremstillet med enzym-baseret gæring

– Biosyntese af cellulose

– Udnyttelse af reststoffer uegnet til menneskelig føde

– Metanol-fremstilling af biomasse (C) og vindenergi (H)

– Fordele: færre etiske problemer, bedre udnyttelse, integration i

energisystemet


ELSAM: Integration af biomasse i

energisystemet

Kilde: ELSAM, 2005


Alternative kulbrintekredsløb

Kilde: ELSAM, 2005


BIOMASS

Grain

MECHANICAL

TREATMENT

CHEMICAL

TREATMENT

Slurry tank

Energy supply from power plant

Jet-cooking

BIOLOGICAL

TREATMENT

Liquification

Fermentation

THERMAL

TREATMENT

Distillation

Evaporation

Drying

Kilde: ELSAM, 2005

END

PRODUCT

Ethanol

Animal feed

Bio fuel


BIOMASS

Grain

Whole crop

Straw

MECHANICAL

TREATMENT

Separation

CHEMICAL

TREATMENT

Slurry tank

Jet-cooking

Pre-treatment/hydrolysis

BIOLOGICAL

TREATMENT

Liquification

Fermentation

THERMAL

TREATMENT

Distillation

Evaporation

Drying

Kilde: ELSAM, 2005

END

PRODUCT

Ethanol

Animal feed

Bio fuel


Fuld integration

BIOMASS

Grain

Whole crop

Straw

Molasses

MECHANICAL

TREATMENT

MSW Separation

Separation

CHEMICAL

TREATMENT

Slurry

tank

Pre-treatment

Pre-treatment

Jet cooking

BIOLOGICAL

TREATMENT

Liquification

Fermentation

Fermentation

THERMAL

TREATMENT

Drying

Distillation

Evaporation

Kilde: ELSAM, 2005

END

PRODUCT

Fibres

Bio fuel

Ethanol

Animal feed

Recycling


Modellering af landbrugets

produktion af bioenergi

• Landbrugsregistrene GLR, CHR,

markbedriftsplaner

• Klassisk landbrugsøkonomisk kortlægning

• Fjernerkundelse

• Empiriske modeller og prognose

• Kortlægning af massestrømme


Kortlægning vha. landbrugsstatistik

Landbrugsstatistikken

opgøres nu også på

kvadratnettet, her

10km-nettet.

Dette giver et godt

overblik over

landbrugets

geografiske spredning

og kvadratnettet

Kilde: DJF


Kortlægning og vurdering

• Ressourcer kan beregnes geografisk distribueret

på bedrifts- eller markblokniveau:

– Total produktion af halm og energiafgrøder

– Art-specifik produktion

– Forbrug af halm til foder og strøelse

– Forbrug af halm til private halmfyr

– Forbrug af halm til fælles kraftvarmeværker

– Eksport af halm til bedrifter med underskud

– Ikke bjerget halm

Kilde: ConTerra


Teknisk fremgangsmåde

• ConTerra’s CTtools:

– Beregninger baseret på landbrugets registerdata og

BBR-data for landets ca. 50.000 bedrifter.

– Resultater kan vises på bedriftsniveau eller beregnes

på markniveau (ca. 800.000) og aggregeres på

markblok-niveau (ca. 300.000).

• Databaser som kobles i GIS-værktøjet:

– GLR (ha-støtteoplysninger)

– CHR (husdyrhold)

– BBR (ejendomsoplysninger)

Kilde: ConTerra


Halmproduktion

Produktionen er en

funktion af afgrøde,

høst, brug af

stråforkortere etc.

Normalt bruges

nøgletal og empiri til

at beregne

halmmængden.

Der er en betydelig

geografisk spredning i

halmproduktionen!


Halm som

handelsvare i

landbruget

Halm bruges i

landbruget som

strøelse og foder.

Overskuddet fra en

bedrift handles ofte

med naboerne.

På kortet ses typiske

forskelle i dyreholdet.


Halm til

energiformål

Halm som hverken

handles i landbruget

eller pløjes ned kan

bruges til energiformål.

Mængden varierer

med op til 50%.

Den geografiske

variation afspejler

regionale forskelle i

landbruget.


Overvejelser om ressourcegeografisk

modellering

• Biomasseressourcer er begrænsede, distribuerede og har

en lav rumlig tæthed

• Ressourcernes produktionsomkostninger varierer

geografisk.

• Afstanden mellem kilde og forbruger resulterer i

transportomkostninger.

• Transportomkostninger stiger med afstanden (transporttid,

afstand, takst).

• Afstande vokser med stigende efterspørgsel og

ressourcernes udtømning.

• Omkostningsintensive ressourcer med lav tæthed kræver

nøje beregninger af alle led i omkostningskæden:

produktion, konvertering, lagring, transport.

• For enhver lokalitet og for et givet forbrug kan der beregnes

en marginal omkostning for levering.


Problemstillinger

• Ressourcernes potentiale og omkostninger er ofte

ukendte i tid og rum.

• Omkostningskædernes elementer skal beregnes.

• Forbrugere og markeder er ukendte / usikre.


Processer med spatial dimension i

forsyningskæden, eksempel energitræ:

• Skovens ressourcer

– Træernes biomassetilvækst, brugbare ressourcer

– Udtyndings- og afdriftsscenarier

• Forarbejdning af træressourcer

– Fældning, skovtransport, flisning, lagring,

landevejstransport etc.

• Ressourcernes anvendelse

– Varme- eller brændselsforbrug i individuelle fyr og

fjernvarmeanlæg

– Logistik og levering baseres på forsyningskurver.


Beslutningen for spatial

modellering

• Problemstillingen har en geografisk dimension

og målestok.

• Dataindsamling og –bearbejdning fylder meget i

denne type analyser.

• Usikkerheder i datagrundlaget og metoden

favoriserer (halv-) kvantitative metoder.

• Kort kan være et bedre medie til formidling og

verifikation.


Eksempel: biomasse og kul

• Biobrændsler kan overvejende anses for at være lokale energikilder.

• Biomassetransport medfører større omkostninger pga. lav massefylde,

på trods af kortere transportafstande.

• Kul-logistik er kendetegnet af centralisering (punkt-til-punkt)

• Biomasse-logistik er overvejende decentral (flade-til-punkt, mange

punkter)

(Kilde: IEA-Bioenergy Task 30, Proceedings from workshop in DK, sept. 2001)


Biomasse til energi: Regional

tilgængelighed

• Transportomkostningerne

bestemmer biomassens

tilgængelighed regionalt.

• Transportomkostninger er bestemt

af energianlæggets placering:

– Afstande til skovene

– Skovenes drift

– Årligt brændselsforbrug

– Brændsels-diversifikation og

fleksibilitet

• Flere af disse faktorer er bestemt

af geografiske forhold.

• Transport- og

forsyningsomkostningerne kan

modelleres i et GIS

Kortudsnittet viser Måbjerg-værket

mellem Holstebro og Struer,

vejnettet og de omkringliggende

skove og deres flispotentiale.


Sammenfatning

• Bioenergi er en ret ineffektiv udnyttelse af

solenergien

• Bioenergi er uligeligt fordelt i verden

• I DK udgør biomasse en væsentlig del af

energiforsyningen

• Potentialet er usikkert

• Bioenergi kan næppe løse samfundets

transportproblem

• Biomassens tilgængelig er enten spørgsmål om

international handel eller lokal produktion

More magazines by this user
Similar magazines