Life Cycle Assessment of Slurry Management Technologies Sammenfatning og konklusioner
FormålFormålet med dette projekt har været at etablere et fundament der muliggør gennemførelsen af livscyklusvurderinger (LCA) af gyllebehandlingsteknologier i Danmark. Fundamentet består af:
LCA-fundamentet kan bruges af de deltagende virksomheder til at vurdere den miljømæssige bæredygtighed af en specifik teknologi ud fra et helhedsorienteret livscyklusperspektiv. Formålet med projektet er at kunne svare på spørgsmålet: ”Hvad er de miljømæssige fordele og ulemper ved at introducere denne gyllebehandlingsteknologi?” for hver af de nye teknologier. Fra et samfundsmæssigt perspektiv kan resultaterne bidrage til en afklaring af, hvilke gyllebehandlingsteknologier (eller kombinationer af teknologier), der har det største potentiale for at reducere de inkluderede miljøeffekter. Referencesystemer og alternative teknologierI denne rapport er referencesystemerne:
En detaljeret beskrivelse af referencesystemerne findes i kapitel 3. Referencesystemerne tjener som udgangspunkt for livscyklusvurderingen af de nye gyllehåndteringsteknologier, idet de miljømæssige konsekvenser af at indføre de nye teknologier bliver sammenlignet med referencesystemerne. De nye gyllebehandlingsteknologier, der er inkluderet i denne rapport, er:
For at forstå systemerne og forudsætningerne for systemerne er det nødvendigt at læse annekserne i denne rapport. Der findes mange varierende alternative gyllebehandlingsteknologier i dag. Det har ikke været muligt at inkludere alle disse variationer inden for rammerne af projektet. For eksempel har det ikke været muligt at inkludere en analyse af de miljømæssige konsekvenser af forskellige staldsystemer eller forskellige teknologier til spredning af gylle på marken. Udeladelsen skal ikke tages som udtryk for at disse teknologier ikke er vigtige – nogle af de udeladte teknologier har sandsynligvis meget stor betydning for de samlede miljøbelastninger fra systemerne – de er blot udeladt på grund af projektets tidsmæssige og økonomiske rammer. Biogas vil blive inkluderet i et efterfølgende projekt. Basis for sammenligningen: Den funktionelle enhedDe nye gyllehåndteringsteknologier er sammenlignet med referencesystemet med udgangspunkt i ”den funktionelle enhed”, hvilket betyder, at de alle starter med den samme mængde gylle med den samme sammensætning. Dette er nødvendigt for at gøre scenarierne sammenlignelige med referencesystemet. Den funktionelle enhed er i denne rapport defineret som: ”Håndtering af 1000 kg gylle ab dyr.” Sammensætningen af referencegyllen er specificeret i tabellen nedenfor: Sammensætning af gylle fra slagtesvin og malkekvæg i referencesystemet. Per 1000 kg gylle “ab dyr”, “ab stald” og “ab lager”.
SystemgrænserI princippet bør alle miljøpåvirkninger fra alle berørte processer i hele livsforløbet medtages, når man gennemfører en livscyklusvurdering. Når man sammenligner alternative systemer, er det dog ikke nødvendigt at inkludere processer, der er identiske i de sammenlignede systemer. I denne rapport er der fokuseret på forskellene mellem systemerne, og de processer, der er identiske for referencesystemet og de undersøgte alternative teknologier, er udeladt. Fælles for alle systemerne er processerne forud for dyrenes udskillelse af gyllen, dvs. produktion af svin og kvæg, fremstilling af foder, medicin, hormoner, staldbygninger osv. Endvidere er energiforbruget i stalden de samme i de undersøgte systemer og er derfor udeladt. Desuden er emissioner af metan (CH4) fra kvæg udeladt. Emissionerne af metan er udeladt, fordi de er identiske i de inkluderede systemer, men også fordi de ikke er relevante for formålet med projektet (”Hvad er de miljømæssige fordele og ulemper ved at introducere denne teknologi for gyllebehandling?”). Udgangspunktet er den gylle, der udskilles fra dyrene i stalden. Systemet starter med andre ord, når gyllen forlader dyret og rammer gulvet i stalden. Udeladt er således emissioner af CH4 og CO2 fra dyrene. Inkluderet er til gengæld emissioner fra gyllen på og under staldgulvet og emissionerne fra alle de følgende processer; opbevaring af gyllen i stalden, pumpning, udendørs lagring, transport og når gyllen spredes på marken. Endvidere er den mineralske gødning(N, P og K gødning), som gyllen fortrænger pga. indholdet af næringsstoffer inkluderet. Inkluderet er også inkorporeringen af kulstof i jorden. I princippet er afgrøderne ikke inkluderet i systemet. Det har dog været nødvendigt at inkludere mindre mængder ”øget udbytte”, da nogle af gyllehåndteringsteknologierne medfører et øget høstudbytte. Dette er uddybet i rapporten. Endvidere er der for hvert af referencesystemerne for slagtesvin og malkekvæg defineret en typisk afgrøderotation, da emissionerne fra marken afhænger af afgrøden. Energiforbrug til gyllehåndteringsteknologierne er inkluderede, for eksempel energi til pumpning og omrøring af gyllen samt til transport. Energiforbrug i stalden er ikke inkluderet, men det ekstra energiforbrug til teknologierne er inkluderet, f.eks. energiforbrug til forsuringsanlægget samt til fremstilling af svovlsyren i forsuringsscenariet. I nogle livscyklusvurderinger inkluderes biogent kuldioxid (CO2) ikke, da det betragtes som ”neutralt” (afgrøder optager CO2 når de vokser, og hvis afgrøden bliver brændt, ender CO2 tilbage i atmosfæren). I denne livscyklusvurdering er biogent CO2 inkluderet. For det første bidrager et biogent CO2-molekyle præcist lige så meget til global opvarmning som et fossilt CO2-molekyle. For det andet er det meget vigtigt for resultaterne af denne livscyklusvurdering at identificere, hvor stor en andel af det kulstof, der tildeles til jorden, som indbygges i jorden og hvilken andel, der emitteres som CO2. Fordi emissionerne af biogent CO2 er forskellige for de forskellige teknologier, er det vigtigt at inkludere den biogene CO2 og den globale opvarmning som følge af det. På denne måde inkluderes forskellen mellem det biogene CO2 og den mængde kulstof, der indbygges i jorden i sammenligningen mellem referencesystemet og scenarierne for de nye gyllehåndteringsteknologier. Det bør understreges, at livscyklusmetoden er en simplificeret model af miljøpåvirkningerne. Mange af processerne i gyllehåndtering er komplekse og afhænger af mange variable. Dette gælder specielt processerne på marken. Som den simple model, livscyklusvurderinger er, er det ikke muligt at håndtere dynamisk modellering. I LCA omsættes de dynamiske data til et sæt af diskrete parametre og værdier, som udvælges omhyggeligt således, at de på bedst mulig måde repræsenterer situationen. Dette er gjort i kapitel 3. De diskrete værdier kan ændres i følsomhedsanalyser, men ikke ”dynamisk”. Tidsmæssig, geografisk og teknologisk dækningFor referencesystemet har det været hensigten at opstille et ”typisk dansk scenarie”, baseret på gennemsnitlig teknologi. Scenariet skal repræsentere ”tilstanden i 2008”. For de nye alternative teknologier er det hensigten at anvende BAT (Best available technology), da disse teknologier repræsenterer fremtidig teknologi. Da denne rapport dækker gyllehåndtering under danske forhold (staldsystemer, lagerfaciliteter, jordtyper, gyllespredningsteknologier og elektricitetsproduktion) er det ikke muligt at overføre resultaterne direkte til andre europæiske lande uden justering. Miljøpåvirkninger og ressourcerDe kategorier af miljøpåvirkninger og ressourcer, der er udvalgt i denne rapport, er primært baseret på den danske UMIP-metode, kombineret med den europæiske LCA-metode ”Impact 2002+”:
ReferencesystemetBeskrivelse af referencesystemetReferencesystemet i denne rapport repræsenterer ikke et gennemsnit af gyllehåndteringen i Danmark, men skal i højere grad være repræsentativt for “typiske” systemer i Danmark. Der er derfor forsøgt at identificere de metoder, der er mest udbredte og anvendt i dag. Referencesystemet dækker ikke alle situationer og muligheder. Der er to referencesystemer: Et for gylle fra slagtesvin og et for gylle fra malkekvæg. De væsentligste antagelser og forudsætninger er beskrevet i det følgende:
Data for referencesystemetData for referencesystemet er i høj grad baseret på to hovedreferencer: Det danske Normsystem for kvælstof, fosfor og kalium i husdyrgødning (Poulsen et al. (2001), DJF (2008a) and DJF (2008b)) samt IPCC (2006). Disse data bør betragtes som temmelig ”statiske og brede estimater”. Disse referencer er valgt både fordi anvendelsen af dem er vidt udbredt (Normsystemet danner blandt andet grundlag for Plantedirektoratets årlige vejledning om gødsknings og harmoniregler (Plantedirektoratet, 2008b) samt anvendes til årlige opgørelser af nationale statistikker for drivhusgasemissioner, se Nielsen et al., 2008a og Nielsen et al., 2008b). Endvidere har det ikke har været muligt at inkludere anvendelsen af avanceret modellering af emissionerne inden for projektets rammer. Det har imidlertid ikke været uproblematisk at bruge data fra det danske Normsystem sammen med data fra IPCC (2006), først og fremmest fordi de to referencer ikke er afstemt med hinanden med hensyn til massebalancer og emissioner. Endvidere er opholdstid i stald og lager ikke defineret, og emissioner fra fortanken fremgår ikke specifikt. ResultaterDet skal understreges, at væsentlige forudsætninger og data i denne rapport er udvalgt til at repræsentere danske forhold. Resultaterne kan ikke umiddelbart overføres til andre lande på grund af forskelle i staldsystemer, opholdstid i stald og lager, udbringningsmetoder af gyllen, forskelle mht. temperatur og klima, jordtyper samt mange andre faktorer. Konklusionerne i denne rapport gælder kun under de forudsætninger, der er beskrevet i rapporten. For eksempel vil andre udbringningsmetoder, utildækket lagring af gyllen i lagertanken og forskelle i gyllens sammensætning ændre resultaterne betydeligt. Tilsyneladende har hidtidig dansk forskning på gylle-området i høj grad fokuseret på NH3-emissioner, mens der mangler forskning inden for drivhusgas-emissioner. På trods af usikkerhederne kan det konkluderes, at de væsentligste bidrag til den globale opvarmning fra gylle kommer fra emissioner af metan (CH4) fra stald og lager samt fra lattergasemissioner (N2O) samt CO2 fra marken. Bestræbelser på at reducere disse er derfor vigtige. Bidrag til miljøeffekten ”forsuring” er domineret af NH3-emissioner fra stald og fra lager samt fra mark efter udbringning. Næringssaltbelastning med nitrogen (N) er domineret at udvaskning af N fra mark. Endvidere bidrager NH3-emissionerne fra stald, lager og mark i nogen grad. Resultaterne for næringssaltsbelastning af fosfor (P) er præget af mangel på data af tilstrækkelig kvalitet, og resultaterne bør derfor tolkes med forsigtighed. Det er uden for rammerne af nærværende projekt at foretage en sammenligning af hvorvidt udvaskningen af fosfor er højest fra gylle eller fra mineralsk fosforgødning. Det kan således ikke konkluderes at der er en ”netto reduktion” af fosforudvaskning fra systemet selv om den mineralske fosforgødning trækkes fra. De største bidrag til miljøeffekten “Fotokemisk Ozondannelse” kommer fra CH4 emissioner fra stald og lager. Bidragene til miljøeffekten ”Uorganiske partiklers indvirkning på menneskers åndedræt” (”Respiratory inorganics”) domineres i referencesystemet fuldstændigt af NH3-emissioner. El-forbruget til pumper og omrøring af gyllen er væsentligt for forbruget af ikke-fornyelige energiressourcer. Til gengæld er elforbruget er temmelig ubetydeligt for alle de øvrige miljøeffekter og kategorier. Transport bidrager også til forbruget af ikke-fornyelige energiressourcer. Endvidere bidrager transport en lille andel til miljøeffekterne ”Fotokemisk ozondannelse” samt ”Uorganiske partiklers indvirkning på menneskers åndedræt” (forårsaget af små partikler, der udledes under kørslen). Transport er helt ubetydelig for resten af effektkategorierne. Forskellen mellem jordtype JB3 (sandholdig jord) og JB6 (lerholdig jord) er kun værd at bemærke for akvatisk eutrofiering (N) (nitratudvaskning), hvor udvaskningen er ca. 15-20% lavere for lerholdig jord i forhold til sandholdig jord. Scenarie for forsuring af gylle i et Infarm NH4+ forsuringsanlægFormålEn sammenlignende livscyklusvurdering er gennemført for at besvare spørgsmålet: ”Hvad er de miljømæssige fordele og ulemper ved forsuring af gylle i et Infarm NH4+ anlæg i forhold til referencesystemet?”. Dette gøres ved at sammenligne miljøpåvirkningerne fra et ”Infarm NH4+ forsurings-scenarie” med miljøpåvirkningerne fra referencesystemet. De miljømæssige konsekvenser og konklusioner i dette kapitel bygger i vid udstrækning på data og oplysninger, der er leveret af Infarm, samt på data lavet for Infarm i andre sammenhænge. Konklusionerne er baseret på disse oplysninger, og forfatterne har ikke haft mulighed for at eftervise data. Beskrivelse af systemetI Infarm NH4+ forsuringsanlægget forsures gylle fra svin eller kvæg ved tilsætning af svovlsyre (H2SO4). Svovlsyren reducerer pH og den kemiske balance mellem ammonium (NH4+) og ammoniak (NH3) ændres, hvilket betyder, at det primært forefindes i form af ammonium (NH4+). Da det kun er ammoniak (NH3) der fordamper, er pH-værdien af gyllen en afgørende faktor for, hvor meget NH3 der fordamper i stald, lager og på marken. Forsuring af gyllen har desuden betydning for andre faktorer. For eksempel kan brugen af svovlsyre være en fordel, da det tilføjer svovl til marken (hvilket kan have en gødningsvirkning). ResultaterResultaterne af den sammenlignende livscyklusvurdering viser at:
Scenarie for Samson Bimatech EnergianlægFormålEn sammenlignende livscyklusvurdering er gennemført for at besvare spørgsmålet: ”Hvad er de miljømæssige fordele og ulemper ved at bruge svinegylle til fremstilling og afbrænding af fiberpiller i et Samson Bimatech Energianlæg (med produktion af varme) i forhold til referencesystemet?”. De miljømæssige konsekvenser og konklusioner i dette kapitel bygger i vid udstrækning på data og oplysninger, der er leveret af Samson Bimatech, samt på data lavet for Samson Bimatech i andre sammenhænge. Konklusionerne er baseret på disse oplysninger, og forfatterne har ikke haft mulighed for at eftervise data. Beskrivelse af systemetFiberpillerne fremstilles i en række trin, der omfatter separering af gylle, tørring af fiberfraktionen og fremstilling af fiberpiller. Fiberpillerne kan bruges til varmeproduktion på bedriften i et Samson Bimatech Energianlæg. Tørringen af våde fibre kræver varme og dette forbruger ca. 40% af den energi, der produceres ved forbrænding af fiberpillerne. Overskudsvarmen fra Energianlægget (i.e. ca. 60% af den producerede varme) erstatter den varmeproduktion, der ellers skulle have været anvendt til opvarmning af stuehuset på bedriften. Det er antaget, at stuehuset ville have været opvarmet med let fyringsolie (og i følsomhedsanalyserne halm eller træpiller). Den ”erstattede varme” trækkes fra systemet. Vurderingen omfatter kun svinegylle, da målinger for kvæggylle ikke var til rådighed da data blev indsamlet. Data for kvæggylle blev indsamlet lige før afslutning af projektet (maj 2009). Det var imidlertid ikke muligt at indarbejde data for kvæggylle inden for tidsrammerne af projektet. ResultaterResultaterne af livscyklusvurderingen viser at: Det samlede bidrag til den globale opvarmning for scenariet for Samson Bimatechs energianlæg er på samme niveau som bidraget fra referencesystemet (når man tager usikkerheden på data med i betragtning). Forbrænding af fiberpiller fra energianlægget giver CO2-emissioner, med det bliver delvist opvejet af at der er mindre emissioner af CO2 fra marken fra den tynde fraktion (fra separationen (i forhold til at anvende ubehandlet gylle på marken) samt på grund af fradraget fra den ”erstattede varme” som nævnt ovenfor. NH3-emissionerne er reduceret for ”Samson Bimatech energianlægs-scenariet” i forhold til referencesystemet som følge af reducerede NH3-emissioner fra anvendelsen af den tynde fraktion til mark sammenlignet med den ubehandlede gylle i referencesystemet. De reducerede NH3 emissioner fører til en lille reduktion af de samlede bidrag til miljøeffekten ”forsuring”. Bidraget til akvatisk eutrofiering med N (næringssaltsbelastning – ”nitratudvaskning”) er en smule mindre for ”Samson Bimatech energianlægs-scenariet”, da der ender en mindre del N på marken, fordi en del af gyllens N er fjernet til produktion af fiberpiller og forbrændt. Bidraget til akvatisk eutrofiering (næringssaltsbelastning) med fosfor (P) er uændret. ”Samson Bimatech energianlægs-scenariet” har et højere bidrag til miljøpåvirkningen ”fotokemisk ozondannelse” på grund af emissioner af nitrogenoxider (NOX) under forbrændingen af fiberpillerne. Dette er kun delvist opvejet af en mindre reduktion af CH4-emissioner fra lagring af den tynde fraktion af den separerede gylle i forhold til lagring af referencegyllen (på grund af et lavere indhold af C i den tynde fraktion). Der er en betydelig usikkerhed på NOX-emissionerne fra energianlægget hvilket skyldes, at teknologien er en forholdsvis ny teknologi, der stadig er under udvikling, og som ikke er gennemtestet på nuværende tidspunkt. Bidraget til miljøeffekten ”Uorganiske partiklers indvirkning på menneskers åndedræt” (”Respiratory inorganics”) er på samme niveau for ”Samson Bimatech energianlægs-scenariet” som for referencesystemet (når man tager usikkerheden på data med i betragtning). NOX fra Energianlægget øger bidraget, men dette opvejes af de reducerede bidrag fra NH3 fra den tynde fraktion på marken, som beskrevet ovenfor. Samson Bimatechs Energianlæg gennemgår fortsat produktudvikling, og teknologien skal ses som værende i sin ”barndom”. På den ene side betyder det, at det har været vanskeligt at opnå høj kvalitet af data for separeringen og for emissioner fra energianlægget, hvilket har stor indflydelse på NOX-emissionerne. På den anden side betyder det sandsynligvis, at der er gode muligheder for at forbedre teknologien. NOX-emissionerne vil sandsynligvis kunne reduceres betydeligt ved at anvende NOX reducerende teknologi i Samson Bimatechs Energianlæg. Separeringen har stor indflydelse på den samlede miljøpåvirkning, da de største bidrag kommer fra den tynde fraktion af den separerede gylle (lager og mark). Den tynde fraktion har så stor betydning fordi den indeholder en relativt stor andel af det samlede N og C i systemet. Resultaterne afhænger derfor i høj grad af den andel N og C, der overføres til fiberfraktionen. For Samson Bimatechs separering overføres 29,6% af tørstof 6,8% af N til fiberfraktionen. Det betyder, at den tynde fraktion indeholder de resterende 70,4% tørstof og 93,2% N. Hvis denne andel reduceres ved produktudvikling af anlægget, vil det reducere den samlede miljøpåvirkning fra systemet. Scenarie for anvendelse af fiberpiller som gødningFormålEn sammenlignende livscyklusvurdering er gennemført for at besvare spørgsmålet: ”Hvad er de miljømæssige fordele og ulemper ved at bruge svinegylle til fremstilling af fiberpiller i et Samson Bimatech Energianlæg og at anvende fiberpillerne som gødning på marken - i forhold til referencesystemet?”. Beskrivelse af systemetScenariet i dette afsnit er meget lig det foregående scenarie for Samson Bimatechs energianlæg. I dette afsnit bliver fiberpillerne blot ikke anvendt til varmeproduktion, men i stedet spredes de på marken som gødning. Det skal understreges, at dette scenarie mest er udført som en ”test af en fremtidig mulighed”, da fiberpillerne ikke anvendes som gødning i dag. ResultaterNår man tager usikkerheden på data med i betragtning, er der ingen signifikant forskel på de samlede bidrag til global opvarmning, akvatisk eutrofiering (P) (næringssaltsbelastning), ”Uorganiske partiklers indvirkning på menneskers åndedræt” (”Respiratory inorganics”) og forbruget af fosfor som en ressource, når man sammenligner scenariet med ”Fiberpiller anvendt som gødning” med referencesystemet. ”Fiberpiller anvendt som gødning”-scenariet giver en smule mindre bidrag til miljøeffekterne ”forsuring” og akvatisk eutrofiering (N) end referencesystemet (på grund af reducerede NH3-emissioner og reduceret N udvaskning fra den tynde fraktion i forhold til ubehandlet gylle). Bidraget til ”fotokemisk ozondannelse” er lidt højere fra ”Fiberpiller anvendt som gødning”-scenariet i forhold til referencesystemet. Forbruget af ikke-vedvarende energiressourcer er betydeligt højere forårsaget af elforbruget i Samson Bimatechs energianlæg.
|