Biokull som jordforbedringsmiddel og klimatiltak Daniel P. Rasse Arne Grønlund Bioforsk, Jord og miljø Bioforsk-konferansen 2010

Hva er biokull? Biokull er forkullede rester av biomasse, f. eks. halm.

Produsert av pyrolyse (uten oksygen) Biogass 20% Biomasse Pyrolyse Bioolje 30% Biokull 50%

Kan biokull være et sentralt klimatiltak og nødvendig jordforbedringsmiddel? Til å besvare dette spørsmål må vi først se på C syklus i norsk jordbruk

Karbon-budsjett i norsk jordbruk (g C m-2 år-1) 400 Organisk materiale CO2 62 Emisjon 160 144 16 16 64 80 160 Korn Input: 32 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.

Karbon-budsjett i norsk jordbruk med biokull CO2 400 160 80 36 Syngass 44 Olje 46 Emisjon 64 Korn 160 Input: 96 SOM 80 16 Gjennomsnitt lagring: + 50 g C m-2 år-1

Emisjon (årlig g C m-2) Total C-binding 240 C negative WIN 300 t C ha-1 C storage WIN 128 100 t C ha-1 TID

Karbon-balanse i jordbruk - oppsummering: Nedmolding av planterester uten biokull: netto tap av 20-40 kg C per dekar per år (åkerdyrking) ingen substitusjonseffekt med bioenergi Direkte forbrenning av planterester: tap av 40-60 kg C per dekar per år substitusjonseffekt med bioenergi 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 biomasse Halm Skogsavfall Kg C totalt 440 500 Kg C i biokull (50 %) 220 250 Kg CO2 i biokull (*3,67) 807 917 Kg C i syngasser (20%) 88 100 Kg C i pyrolyseolje (30%) 132 150 Kg C i olje til drivstoff (15%) 66 75 Kg C i annen olje (15%) Substitusjonseffekt pyrolyseolje: Kg C (drivstoff + 50 % av annen olje) 99 113 Kg CO2 (C*3,67) 363 412 Lagringseffekt + substitusjonseffekt 1169 1329

Potensielt for biokull i Norge Opp til 9 % C fra biokull i naturlig jord – ubegrenset kapasitet Jordas lagringskapasitet Tilgjengelig biomasse 1 mill. tonn halm 0,44 mill. tonn C Effekt: >1 mill. tonn CO2 (15 % av landbrukets utslipp) Minst like store mengder fra skogsavfall

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

Egenskaper til biokull 1. Stabilitetet (C lagring) Økende temperatur Organisk struktur forhandringer med pyrolyse Økende stabilitet Downie et al, 2008

2. Stor overflate (agronomiske egenskaper) Optimum Carbon recovery (% of initial C) Surface area (m2 g-1) 110 100 90 80 70 60 50 14 12 10 8 6 4 2 CEC (mmolc kg-1) Carbon recovery Surface area 350 300 250 200 150 100 50 pH CEC pH 0 200 400 600 800 1000 Temperature (°C) Lehmann, 2007

Agronomiske egenskaper Vannlagringsevne Bedre utnyttelse av næringsstoffer? Redusert utvasking? Redusert utslipp av klimagasser? Jordstruktur? Jordtemperatur? Størst effekt i sandjord i Norge?

Uønskede effekter? Tungmetaller Organiske miljøgifter (PAH) Areosoler? 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 Bioforsk Forskningsoppgaver: 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 nitrat Sentrale samarbeidspartnere: UMB NTNU Universitetet i Zürich Universitetet i Florens