Bibliografiska uppgifter för Gödsling kan ge en positiv klimatbalans Författare Utgivningsår Erlingson M. 2008 Tidskrift/serie Nr/avsnitt Utgivare Redaktör Huvudspråk Målgrupp Nummer (ISBN, ISSN) Växtpressen 1 Yara AB Hyltén-Cavallius I. Svenska Rådgivare, praktiker ISSN 0346-4989 Denna skrift (rapport, artikel, examensarbete etc.) är hämtad från VäxtEko, http://www.vaxteko.nu, databasen som samlar fulltexter om ekologisk odling, växtskydd och växtnäring. Utgivaren har upphovsrätten till verket och svarar för innehållet. Gödsling kan ge en positiv klimatbalans Användning av kvävegödsel ger 7 gånger mer energi än vad som förbrukas. Med effektiv gödselproduktion utrustad med ny reningsteknik, är ekonomiskt optimal gödsling klimatmässigt på nivå med ogödslat. Men om vi utnyttjar en del av den producerade biomassan till bioenergi, till att ersätta fossila bränslen, så får vi en positiv klimatbalans. Energi till mat, foder och bränsle Fotosyntesen är motorn för hela vår natur. Energin i solens ljusstrålar fångas upp av växternas blad och vid tillgång till koldioxid och vatten skapas tillväxt. Det är detta all växtodling bygger på. Förenklat kan man säga att syftet med växtodling är att skörda energi. Energi som vi kan använda till mat åt oss människor, som foder till våra husdjur eller för att producera bioenergi. Utöver koldioxid, vatten och ljus måste växterna ha tillgång till mineraler eller växtnäringsämnen för att kunna växa. Kväve, fosfor, kalium, kalcium, svavel och magnesium är de som går åt i störst mängd, men även en rad mikronäringsämnen är nödvändiga. Växtnäringsämnena frigörs vid nedbrytning av växtrester eller vid mineralisering från markpartiklarna. Kväve kan även tillföras med hjälp av bakterier som binder luftens kväve. I ett naturligt ekosystem cirkulerar växtnäringsämnena och vi för inte bort någon skörd. Men när vi bedriver lantbruk och tar bort skörden, för vi också bort växtnäringsämnen. Denna förlust av växtnäringsämnen måste vi ersätta, annars utarmar vi marken. Vi återför växtrester och vi återför organiska gödselmedel (stallgödsel), men detta räcker inte för att hålla en hög skördenivå. Vi har då möjligheten att komplettera systemet med växtnäring i form av mineralgödsel. Energibalanser Växtodling går ut på att producera energi och skörden kan istället för att mätas i kg mätas i energienheter, GJ (giga joule). I ett kvävegödslingsförsök i höstvete var kärnskörden 4,8 ton/ha i det ogödslade försöksledet och 8,5 ton vid optimal kvävegödsling, se figur 1. Energiskörden var 72 GJ i ogödslat och 127 GJ i det gödslade ledet, en merskörd på 56 GJ för kvävegödslingen. Men hur mycket energi har vi förbrukat? Om vi ser alla insatser i höstveteodlingen ur ett livscykelperspektiv, innebär detta att vi tar med alla insatser i fält (jordbearbetning, sådd, gödsling, sprutning, skörd), de insatser som krävs för tillverkning av 6 | © Yara Figur 1. Energitillförsel och energiproduktion med och utan kvävegödsel. Sju gånger mer energi produceras än som tillförs. GJ/ha 140 120 100 56 80 Ökning av energiskörden pga N-gödsling 60 40 72 Energiskörd utan N-gödsling 20 0 -20 -7,5 -8,0 Vete 8,5 t/ha Energitillförsel: Fältaktiviteter på gården Produktion och transport av N-gödsel i produktionen av ammoniak med naturgas och luftens kväve som råvaror. Yara har många av sina fabriker i Västeuropa och dessa har varit exponerade för höga energipriser under många år. Detta har resulterat i att Yara idag har fabriker som är mycket energieffektiva jämfört med de flesta konkurrerande producenterna. Övriga västeuropeiska fabriker konsumerar i genomsnitt ca 8 % mer energi än Yara. Ryska fabriker gör av med 22 % mer. Kinas koleldade gödselfabriker konsumerar över 70 % mer energi och släpper ut mer än 2,5 gånger så mycket som europeiska fabriker. Klimateffekter Klimateffekter från användning av kvävegödsel kommer från de olika stegen i gödselns livscykel. Vi kan dela upp den i produktion av gödsel, transport och användning. Den klimatgas det pratas mest om är koldioxid (CO2). I kvävegödselns livscykel är denna i huvudsak kopplad till gödselproduktionen, främst den energiintensiva produktionen av ammoniak. I nästa produktionssteg, förädlingen av ammoniak till salpetersyra, bildas det små mängder lustgas (N2O) som läcker ur produktionen. Men lustgas är en mycket kraftig klimatgas; 1 kg lustgas har samma klimateffekt som 310 kg koldioxid. För att enkelt kunna räkna på olika gasers effekter på klimatet omvandlar man mängden lustgas till koldioxidekvivalenter. 1 kg lustgas är alltså lika med 310 kg koldioxidekvivalenter. Vid produktion av 1 ton kväve (ammoniumnitrat) år 2003, släppte den genomsnittliga europeiska gödselfabriken ut 6,8 gödsel, växtskyddsmedel, maskiner och utsäde samt transporter och produktion av råvaror (fosforgruvor, järnmalm, m m). Om vi tar med allt detta förbrukar vi i det ogödslade ledet 7,5 GJ och i det kvävegödslade ledet ytterligare 8 GJ. Av den totala energiförbrukningen står alltså gödslingen för drygt 50 %. Men de 8 GJ vi använder till gödslingen ger en merskörd på 55 GJ. Alltså, en insats på 1 GJ ger 7 GJ. Detta gäller om vi enbart räknar på kärnskörd. Om vi dessutom tar hänsyn till halmskörd ökar utbytet till mer än 10 GJ för en insats på 1 GJ. Med hjälp av kvävegödseln kan vi utnyttja mer av solenergin per hektar. Kväve fungerar som en katalysator för fotosyntesen (se figur2). Av de 8 GJ som förFigur 2. Växtnäring är en katalysator för solenergi. Optimal gödsling ger brukas för att kvädels mer biomassa, dels ett bättre utnyttjande av tillgänglig areal. vegödsla ett hektar höstvete förbrukas 91 % i produktionen, 10-15 Mat och foder Solenergi gånger mer 2 % vid transporten energi i och 7 % vid spridbiomassan Bioenergi ningen. Produktion tack vare 1 enhet energi användning för produktion av kvävegödsel är av Skörderester/ och användning/ alltså energikrävanmineralgödsel jordförbättring mineralgödsel de. Den stora energiförbrukningen ligger ton CO2-ekvivalenter per ton N N/ha är ekonomiskt optimal giva. I figur 5 kan vi se att utsläppen av växthusgaser (kg koldioxidekvivalenter per ton kärna) är på ungefär samma nivå vid ekonomiskt optimal giva som vid ogödslat! Vid kvävegivan 96 kg/ha är utsläppen något lägre per ton kärna och vid en överoptimal gödsling, blir naturligtvis utsläppen större per ton kärna. Figur 5. Beräkning av utsläpp av växthusgaser vid användning av den bästa tillgängliga produktionstekniken 2007 (BAT2007) vid olika kvävegödslingsnivåer och användning av ammoniumnitrat som gödselmedel. Vid ekonomiskt optimum (192 kg N/ha) är utsläppen ungefär lika stora som ogödslat led. Utsläppskällor: kg CO2-ekvivalenter per ton kärna NPK. I ett ammoniumnitratbaserat gödselmedel består kvävet av cirka 50 % ammonium (NH4+) 6,8 8 Lustgas, N2O och 50 % nitrat 7 Koldioxid, CO2 (NO3-). I marken nitrifieras ammo6 4,1 nium till nitrat. 5 Detta innebär att 4,6 4 bakterier ombil2,5 dar ammonium3 1,3 jonerna till ni0,9 2 3,4 tratjoner. Under 2,2 1 1,7 denna process 1,6 bildas även små 0 AN AN AN AN mängder lustgas (N2O). 30 år Genomsnitt BAT 2007 BAT 2003 gammal Europa 2003 Innan nitratjoteknik nerna tas upp av växten, finns det risk att de denitrifieras. Detta inträffar ton koldioxidekvivalenter, se figur 3. Men framförallt när marken är vattenmättad med bästa tillgängliga teknik (BAT) gick och det blir syrebrist. Vid syrebrist användet redan år 2003 att komma ned till 3,0 der bakterier nitratjonerna som nödproton koldioxidekvivalenter per ton kväve viant. Även vid denitrifiering bildas lustgenom låg energiförbrukning i ammoniakgas figur 4. produktionen samt katalytisk rening av Vid användning av ammoniumnitratbalustgasutsläppen från salpetersyraprodukserade gödselmedel, kan man förvänta tionen. Sedan dess har tekniken utvecklats att cirka 0,8 % av tillfört kväve avgår som ytterligare och bästa tillgängliga teknik år lustgas. 2007 tar oss ned till cirka 2,5 koldioxidVi har mycket kvar att lära kring markens ekvivalenter per ton kväve. En minskning kemiska processer och det finns säkert en med 2/3 jämfört med grundläget 2003. ganska stor variation i förlusterna melYara påbörjade 2006 ett investeringsprolan olika fält, jordarter och väderförhålgram för att minska lustgasemissionerna landen. Men vi kan konstatera att alla åtfrån sina fabriker. Just nu är vi ungefär gärder som förbättrar kväveeffektiviteten halvvägs och vi förväntar att vara klara i minskar utsläppen av klimatgaser. Delade början av 2009. Då kommer Yara att ha givor, anpassning efter årsmån, radmyllnått ned till cirka 2,5 ton koldioxidekvivaning och användning av Yara N-Sensor är lenter per ton kväve. några exempel på åtgärder som kan förbättra kväveffektiviteten. Vad händer i fält I de vanligaste svenska gödselmedlen Hur ser totalkalkylen ut? finns kvävet huvudsakligen i form av Hittills har vi bara visat var det bildas växtammoniumnitrat. Detta gäller bland husgaser, hur mycket och att vi kan minska annat för Axan, N34, N27, NK, NP och mängden. Men hur Figur Emmission av lustgas och (N kvävgas (N2) från marken Figur 4. 4. Emmission av lustgas (N2O)(N och2O) kvävgas ) från marken (kvävgas har ingen 2 ser den totala od(kvävgas har ingen klimatpåverkande effekt). klimatpåverkande effekt) lingskalkylen ut? Vi tar utgångspunkt i världens mest välkända långliggande växtnäringsförsök, försöket i Rothamsted, England som anlades redan 1856. Denitrifikation I detta försök räknar vi på 4 olika kvävenivåer: 0, 96, 192 och 288 kg N/ha, där 192 kg Figur 3. Koldioxidbalansen vid produktion av ammoniumnitrat (AN). Om den bästa produktionstekniken används kan utsläppen av växthusgaser minskas avsevärt. BAT = Best Available Technology, dvs bästa tillgängliga teknik. (Källa stapel 1-3: Jensen & Kongshaug, 2003. Stapel 4: Yara) 300 CO2 vid transport N2O på fältet CO2 på fältet N2O vid produktion 200 CO2 vid produktion 100 0 0 96 192 288 kg N/ha Bioenergi Om vi använder en del av den skördade energin i ovanstående försök som bioenergi, istället för att förbruka fossil energi, förbättrar vi kalkylen. Ett ton spannmål innehåller ungefär lika mycket energi som 400 liter olja. Om vi bränner ett ton spannmål, frigör vi den koldioxid som växten tidigare bundet med hjälp av fotosyntesen. Vi får alltså inget nettotillskott till atmosfären utöver det som åtgått för att producera 1 ton vete, cirka 150 kg koldioxidekvivalenter. När vi bränner 400 liter olja, frigör vi cirka 1070 kg koldioxid. Vi får en nettoeffekt på 920 kg koldioxidekvivalenter per ton kärna (1070 minus 150). Istället för att använda kärnan kanske vi kan utnyttja halmen? Om vi kan ersätta fossil energi med bioenergi, minskar vi utsläppen av klimatgaser, men detta är naturligtvis under förutsättning att användningen av bioenergin är effektiv. Mogens Erlingson [email protected] © Yara | 7