Klimatnyttan av att använda bioenergi
- hur ska vi se på källor och sänkor?
Anders Lindroth
Institutionen för geo- och ekosystemvetenskaper
Lunds universitet
[email protected]
www.lucci.lu.se
Fråga: vilken effekt har skogsbiobränslen
på klimatsystemet?
Vi använder allt mera avverkningsrester,
GROT, för att ersätta fossila bränslen.
Vad betyder det för klimatsystemet?
Virkesförrådet i Sverige ökar. Vad
händer om vi ökar avverkningarna
för att ersätta ännu mera fossila
bränslen?
Biobränslen är bra för Sverige!
Biobränslen är bra för Sverige!
Men:
• Förnyelsebart ≡ Klimatnytta
• Tidsaspekten av utsläppsbesparingen
måste beaktas (om vi ska vara ärliga
gentemot klimatsystemet)
• Olika biobränslen har olika nettoeffekt
på klimatsystemet
Varför det är så bra med biobränslen (ur klimatsynpunkt):
”Biobränslen, som t.ex. biogas, ved, pellets och flis kommer direkt från
träd och växter som när de växer tar upp koldioxid ur luften. När man
sedan förbränner dem avges inte mer koldioxid än vad växterna tog upp
under sin livstid. Så länge nya växter växer upp istället för dem som förbrännts
är kretsloppet i balans.” (Kommunal klimatskola)
”Biobränslen från skogen kan ersätta fossila bränslen och träprodukter kan
ersätta energiintensiva material som såsom cement, stål och plast. Dessa
användningar leder till en direkt minskning av utsläppen av växthusgaser
och är på lång sikt att föredra framför lagring av kol. Hög skogsproduktion
och substitution är bäst för klimatet.” (MISTRA-rapport)
Varför det är så bra med biobränslen (ur klimatsynpunkt):
”Biobränslen, som t.ex. biogas, ved, pellets och flis kommer direkt från
träd och växter som när de växer tar upp koldioxid ur luften. När man
sedan förbränner dem avges inte mer koldioxid än vad växterna tog upp
under sin livstid. Så länge nya växter växer upp istället för dem som förbrännts
är kretsloppet i balans.” (Kommunal klimatskola)
”Biobränslen från skogen kan ersätta fossila bränslen och träprodukter kan
ersätta energiintensiva material som såsom cement, stål och plast. Dessa
användningar leder till en direkt minskning av utsläppen av växthusgaser
och är på lång sikt att föredra framför lagring av kol. Hög skogsproduktion
och substitution är bäst för klimatet.” (MISTRA-rapport)
Biobränslen bidrar inte till ökad
koldioxidhalt i atmosfären
Rätt men ändå fel!
Varför?
Disposition
1. Den globala kolbalansen som ett typfall
för hur systemet med källor/sänkor
fungerar
2. Några begrepp och definitioner
3. Effekten på klimatsystemet av biobränsle
från avverkningsrester (GROT)
4. Effekten på klimatsystemet av biobränsle
från avverkning av växande träd (gallring)
5. Slutsatser och rekommendationer
Atmosfären
1. Den globala kolbalansen – ett slutet system
Jordytan
Koncentrationen av växthusgaser påverkar klimatet
Atmosfären
1. Den globala kolbalansen – ett slutet system
Jordytan
Koncentrationen av växthusgaser påverkar klimatet
Flödet av växthusgaser
in/ut från atmosfären
orsakar förändringen
av koncentrationen.
Inflödet är idag större
än utflödet ⇒ CO2halten ökar.
DenHuman
globala
kolbalansens
utveckling
tiden
Perturbation
of the Global
Carbonöver
Budget
2000-2007
Source
deforestation
tropics
extra-tropics
1.5
Sink
CO2 flux (Pg C y-1)
PgC
Time (y)
Global Carbon Project (2008)
17%
Human Perturbation of the Global Carbon Budget
2000-2007
Source
PgC
7.5
83%
1.5
17%
deforestation
Sink
CO2 flux (Pg C y-1)
fossil fuel emissions
Time (y)
Global Carbon Project (2008)
Human Perturbation of the Global Carbon Budget
2000-2007
Source
PgC
7.5
83%
1.5
17%
deforestation
Sink
CO2 flux (Pg C y-1)
fossil fuel emissions
Time (y)
Global Carbon Project (2008)
Human Perturbation of the Global Carbon Budget
2000-2007
Source
PgC
7.5
83%
1.5
17%
4.2
45%
deforestation
atmospheric CO2
Sink
CO2 flux (Pg C y-1)
fossil fuel emissions
Time (y)
Global Carbon Project (2008)
Human Perturbation of the Global Carbon Budget
2000-2007
Source
PgC
7.5
83%
1.5
17%
4.2
45%
2.3
26%
deforestation
atmospheric CO2
Sink
CO2 flux (Pg C y-1)
fossil fuel emissions
ocean
Time (y)
Global Carbon Project (2008)
Human Perturbation of the Global Carbon Budget
2000-2007
PgC
Source
7.5
83%
1.5
17%
4.2
45%
2.6
29%
2.3
26%
deforestation
atmospheric CO2
Sink
CO2 flux (Pg C y-1)
fossil fuel emissions
land
ocean
Time (y)
Global Carbon Project (2008)
’Sänkor ger oss
’rabatt’ på utsläppen
2. Skogens kolbalans - processer, principer & begrepp
Fotosyntes
(-)
(+)
NEE
(+)
Autotrof
respiration
Förnafall
Rotförna
Heterotrof
respiration
Markkol
DOC
= partikelflöde
= gasflöde
NEE = Nettoutbyte av CO2= Fotosyntes + Respiration
Begrepp & definitioner
NEE = Nettoutbyte av CO2= Fotosyntes + Respiration
(flödesbaserat begrepp)
= ∆Cträd + ∆Cmarkveg+ ∆Cmarkkol+ ∆Cdöd ved+ ∆C..
(kolförrådsbaserat begrepp)
NEE > 0 betyder att atmosfärens CO2-halt ökar
NEE < 0 betyder att atmosfärens CO2-halt minskar
3. Effekten av biobränsle från avverkningsrester (GROT)
(eller stubbar)
Vi får dubbla emissioner till atmosfären om vi använder fossila bränslen
och låter avverkningsresterna ligga kvar i skogen
Effekten av biobränsle från avverkningsrester (GROT)
Vi får endast en emission till atmosfären om vi i stället för de fossila bränslet
bränner avverkningsresterna
Växthusgasbalans - GROT till bioenergi
Ingen GROTanvändning
14
12
GROT-användning
Bio
6
4
Bruttoutsläpp
8
Fossilt
2
0
-2
-4
-6
-8
Nettoupptag
i skog
Utsläpps/upptagsenheter
10
Ökat upptag
-10
-12
1
2
= netto som blir kvar i atmosfären
Växthusgasbalans - GROT till bioenergi
Ingen GROTanvändning
14
12
GROT-användning
Bio
6
4
Bruttoutsläpp
8
Fossilt
2
0
-2
-4
-6
-8
Nettoupptag
i skog
Utsläpps/upptagsenheter
10
Ökat upptag
-10
-12
1
2
= netto som blir kvar i atmosfären
2. Skogens kolbalans - processer, principer & begrepp
Fotosyntes
(-)
(+)
NEE
(+)
Förlusterna minskar
vid GROT-användn
(NEE blir mer
negativ = större upptag)
Autotrof
respiration
Förnafall
Rotförna
= partikelflöde
= gasflöde
Heterotrof
respiration
Markkol
DOC
Men:
Nedbrytningshastighet GROT
50% ≈ 10 -15 år
95% ≈ x år
(Hyvönen et al., 2000 Forest Ecology and Management 126:97-112)
Nedbrytningshastighet stubbar
50% ≅ 20 år
95%
(Melin et al., 2009 Forest Ecology and Management 247:1445-1451)
Relativ emissionsbesparing vid GROT och
stubbanvändning
1.0
Relativ emissionsbesparing
0.8
GROT
Stubbar
0.6
50%
95%
0.4
0.2
0.0
10 yrs
20 yrs
0
20
40
60
Tid efter avverkning (år)
80
100
Hur stor är den verkliga emissionsminskningen?
1.0
n
BCO 2 = ∑ E (t )((1 − exp(−a ⋅ t )) )
0.6
50%
95%
0.4
t =o
0.2
0.0
10 yrs
20 yrs
0
20
40
60
80
100
Tid efter avverkning (år)
30
Omedelbart
tillgodoräknande
20
37%
emission från
biobränsle, CO2 (M ton)
7
40
Emissionsbesparing 1990-2005
(M ton CO2)
Relativ emissionsbesparing
0.8
6
5
4
3
2
1
0
10
10 år halveringstid
21%
20 års halveringstid
0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
Den ur klimatets synpunkt verkliga besparingen är
20-35% av den ’politiska!
Emissionsbesparing 1990-2005
(M ton CO2)
40
30
Omedelbart
tillgodoräknande
20
37%
10
10 år halveringstid
21%
20 års halveringstid
0
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
A. Lindroth ’Skogens roll i klimatsystmet’
Förändring av kvävemineralisering vid GROT-användning
Och:
Minskad N-tillfösel – vad betyder
det för nettosänkan?
Anm.: Inklusive kvävedeposition
(Akselsson et al 2007, For Ecol & Manag 238:167-174)
3. Effekten av biobränsle från växande
skog (gallringsträd)
Växthusgasbalans - gallringsträd till bioenergi
Ej växande träd
till biobränsle
14
12
Växande träd
till biobränsle
6
4
Bio
Bruttoutsläpp
8
Fossilt
2
0
-2
-4
-6
-8
Nettoupptag
i skog
Utsläpps/upptagsenheter
10
-10
1
2
= netto som blir kvar i atmosfären
Växthusgasbalans - gallringsträd till bioenergi
Ej växande träd
till biobränsle
14
12
Växande träd
till biobränsle
6
4
Bio
Bruttoutsläpp
8
Fossilt
2
0
-2
-4
-6
-8
Nettoupptag
i skog
Utsläpps/upptagsenheter
10
-10
1
2
= netto som blir kvar i atmosfären
2. Skogens kolbalans - processer, principer & begrepp
Fotosyntes
(-)
(+)
NEE
(+)
’Gallring’ leder till kortvarigt minskad fotosyntes (NEE blir
mindre negativ –
upptaget minskar)
Autotrof
respiration
Förnafall
Rotförna
= partikelflöde
= gasflöde
Heterotrof
respiration
Markkol
DOC
5. Slutsatser
• Det enda sättet som biobränsleanvändning kan
åstadkomma en positiv effekt på klimatsystemet är om
åtgärden leder till ett ökat nettoupptag från atmosfären
• GROT-användning är positiv men besparingseffekten
är utsträckt över förhållandevis lång tid
• Oklart vilken effekt den minskad N-tillförsel vid GROTanvändning har på nettoupptaget (negativ inverkan)
• Avverkning av växande träd för bioenergiändamål har
ingen eller till och med en svagt negativ effekt på
klimatsystemet (beror sannolikt på vilket fossilt bränsle
man jämför med). Kan ej rekommenderas ur klimatsynpunkt.
5. …och rekommendationer
• Plantera snabbväxande skog (energiskog) som har ett
stort nettoupptag jämfört med det som växte där innan
etableringen. Det ökade upptaget (jämfört med tidigare, ej
jämfört med 0-upptag) kan användas för ett ersätta fossilt
och ger då motsvarande positiva effekt på klimatsystemet.
Denna åtgärd kan ge effekt förhållandevis snabbt.
• Kvävegödsla särskilt utvalda områden i redan etablerad
skog. Kvävegödsling har mycket positiv effekt på nettoupptaget. Det ökade upptaget kan användas för att ersätta
fossilt och ger då motsvarande positiva effekt på klimatsystemet. Denna åtgärd kan ge effekt mycket snabbt.
Jag - klimatsystemets
försvarsadvokat!
Ni = Juryn!