Bioenergi kan gi klimagevinst raskt

Vi mangler god nok kunnskap om klimagasseffekten av økt hogst til bioenergiformål. Det er langt enklere å beregne effekten av hogstavfall til energiformål. Dette gir raskt en positiv og betydelig effekt, skriver Per Kristian Rørstad i denne kronikken.

Hogstavfall blir CO2 uansett

Etter hogst ligger det igjen betydelige mengder biomasse i form av greiner, bar, topper, stubber, røtter og stammedeler som ikke egner seg til (vanlige) industrielle formål. Normalt tas om lag 50 prosent av biomassen ut ved en hogst.

Den døde biomassen som ligger igjen i skogen blir utsatt for de naturlige prosessene og brytes ned over tid. Karbonet som var fanget av trærne, vil igjen havne i atmosfæren – hovedsakelig som CO2. Hvor rakst nedbrytningen går, avhenger bla. av mikroklima og egenskapene til biomassen (Næsset, 1999).

Det å brenne en del av biomassen som ligger igjen i skogen etter hogst, betyr at vi flytter utslippene fra biomassen i tid. Vi slipper ut alt i dag i stedet for å fordele det over lang tid. Dersom vi utnytter energien i hogstavfallet, vil vi kunne redusere bruken av fossile energikilder og dermed unngå utslipp av fossilt karbon. Energiutnyttelse av hogstavfall fører derfor til redusert utslipp av klimagasser – i det lange løp.

Først negativt så positivt

Bruk av hogstavfall til energiformål sammenlignet med å la hogstavfallet ligge igjen i skogen, vil normalt føre til en netto økning i utslippene det første året. Det er fordi forbrenning av biomasse fører til et høyere utslipp per kWh enn de relevante fossile alternativene, og det unngåtte utslippet fra naturlig nedbrytning er langt lavere.

Dersom vi lar hogstavfallet ligge i skogen vil det akkumulerte utslippet øke over tid. På ett eller annet tidspunkt vil det akkumulerte naturlige utslippet bli større enn nettoutslippet i det året uttaket og forbrenningen av hogstavfallet skjer. Etter det tidspunktet gir bioenergialternativet en positiv akkumulert effekt – dvs. redusert akkumulert utslipp.

Hvor lang tid det tar før vi får en positiv akkumulert effekt er i noen sammenhenger viktig. Dersom vi er i nærheten av terskelverdier for mengden klimagasser i atmosfæren, vil det være viktig å ikke øke utslippene på kort sikt. Imidlertid, karbonet i hogstavfallet vil uansett havne i atmosfæren.

Det å la være å utnytte hogstavfallet er dermed bare en måte å kjøpe oss tid på. Norge har forpliktet seg til å redusere sine utslipp. Dersom vi tenker oss at skog blir fullt integrert i klimagassregnskapet, kan det å la være å utnytte hogstavfallet bidra til å oppfylle våre forpliktelser for en viss periode. Igjen er dette bare en måte å kjøpe seg tid på. Poenget med å vurdere tidsperspektivet er med andre ord å se hvor mye tid vi kan kjøpe oss – eller taper.

Hvor fort brytes hogstavfallet ned?

Hvor raskt den positive akkumulerte effekten kommer, avhenger av hvor raskt hogstavfallet brytes ned. Tidlig på 90-tallet ble det gjennomført en litteraturstudie om nedbrytning av bla. hogstavfall (se Lunnan et al., 1991:91). Utgangspunktet var å finne tiden det tok før 90 prosent av ulike deler av hogstavfallet var brutt ned. For strø (bar) ble det funnet et intervall på 8 – 15 år, for ved (greiner, stubber og så videre.) 75 – 150 år og for røtter 10 – 15 år. Til sammenligning ser det ut til at Holtsmark har brukt 80 – 90 år i sine beregninger (Holtsmark, 2010a:figur 4).

I praksis er det mest interessant å utnytte greiner, topper og andre stammedeler. Det er også vanlig å lagre og tørke hogstavfallet før bruk, noe som fører til at mesteparten av nålene faller av. I det videre vil vi derfor bare se på nedbrytning av ved. Vi vil også anta at nedbrytningen bare produserer CO2 og at nedbrytningen (utslippet) er en fast prosentsats av gjenværende biomasse.

Antar vi at det tar 150 år å bryte ned 90 prosent av veden, blir den årlige nedbrytningen om lag 1,5 prosent av gjenstående biomasse. Antar vi at det tar 75 år, er nedbrytningsraten omtrent 3,0 prosent, og dersom det tar 100 år, er raten omtrent 2,25 prosent per år. Til sammenligning fant Næsset (1999) en gjennomsnittlig nedbrytningsrate på 3,4 prosent p.a., men med en betydelig variasjon: fra 1,65 til 4,88 prosent. Resultatene antyder at nedbrytningsraten for hogstavfall kan ligger rundt 4 prosent.

Figuren nedenfor (de tre krummede kurvene) viser det akkumulerte utslippet for et uttak av hogstavfall tilsvarende ett tonn CO2. I lys av funnene til Næsset (1999), må nedbrytingsratene sies å være ”konservative”. Vi vil komme senere tilbake til de horisontale linjene i figuren.

Figur 1. Akkumulert utslipp fra naturlig nedbrytning og substitusjonseffekten av å bruke hogstavfall i stedet for fossil energi for noen ulike alternativer. (Grafikk: Per Kristian Rørstad)
Figur 1. Akkumulert utslipp fra naturlig nedbrytning og substitusjonseffekten av å bruke hogstavfall i stedet for fossil energi for noen ulike alternativer. (Grafikk: Per Kristian Rørstad)

Hva biomassen brukes til er sentralt

For å finne hvor lenge den negative utslippeffekten varer, må vi sammenligne det akkumulerte utslippet ved naturlig nedbrytning med substitusjonseffekten. Denne effekten er lik differansen mellom (det direkte) utslippet fra forbrenning eller annen utnyttelse av hogstavfallet pluss utslipp som følge av transport og foredling av hogstavfallet minus utslippet fra fossil energi, gitt at mengden energi levert sluttbruker er den samme.

Sagt på en annen måte: Totalt utslipp pr energienhet (feks kWh) fra bioenergialternativet minus totalt uslipp pr energienhet fra det fossile alternativet (omregnet tilbake til mengden CO2 i hogstavfallet).

De horisontale linjene i figur 1 viser substitusjonseffekten for en del ulike måter å utnytte hogstavfallet på. Bortsett fra alternativet som viser effekten av en overgang fra bruk av olje til bruk av rå flis i fjernvarmanlegg, er tallene hentet fra Holtsmark (2010a). Det er åpenbart at ikke alle alternativene er like relevante med dagens teknologi, feks biodiesel. Alle er imidlertid tatt med for å vise variasjonsbredden for substitusjonseffekten.

Substitusjonseffekten avhenger av brennverdien til hogstavfallet, virkningsgraden i prosessene (foredling og forbrenning) og utslipp som følge av foredling og transport. Hovedgrunnen til at biodiesel kommer dårlig ut, er det relativt lave energiutbytte i prosessen. Dersom det er mulig å utnytte spillvarmen fra prosessen, vil linja flyttes nedover.

Brennverdien i trevirket er avhengig av fuktighetsinnholdet – jo mer vann trevirket inneholder jo mer energi går med til å fordampe dette vannet. I tillegg vil virkningsgraden ved forbrenning påvirke utslippet pr kWh ved forbrenning av trevirke. En moderne vedovn eller forbrenning av biomasse i en moderne sentralfyr, vil gi mer positiv substitusjonseffekt enn ”Oljefyr -> umoderne vedovn” i figuren ovenfor.

Som det fremgår av figuren ovenfor, er måten vi bruker hogstavfallet på avgjørende for tiden det tar før vi får en positiv klimagasseffekt og hvor stor denne er over tid. Vi må gjøre kloke valg. Stikkordet er virkningsgrad i hele systemet.

Når går vi i pluss?

Substitusjonseffekten sammen med nedbrytningsraten avgjør hvor lang tid det tar før bioenergialternativet gir redusert akkumulert utslipp. Dersom vi definerer substitusjonseffekten som forholdet mellom klimagassutslippet ved det fossile alternativet og klimagassutslippet ved bioenergialternativet, målt i prosent, har vi et enkelt mål for denne effekten.

Dersom den er 100 prosent betyr det at utslippene for begge alternativene er like store, og er den feks. 50 prosent betyr det at utslippet i bioenergialternativet er dobbelt så stort som i alternativet basert på fossil energi (gitt samme mengde nyttbar energi).

Med de antakelsene som er gjort ovenfor, er det relativt enkelt å beregne hvor lenge vi må vente før klimagassregnskapet går i pluss – dvs før vi får en reduksjon i totale utslipp. Dette er vist i figuren nedenfor.

Figur 2. Antall år til vi får en akkumulert positiv klimagasseffekt for tre ulike nedbrytningsrater for hogstavfall som funksjon av substitusjonseffekten (se teksten for nærmere forklaring). (Grafikk: Per Kristian Rørstad)
Figur 2. Antall år til vi får en akkumulert positiv klimagasseffekt for tre ulike nedbrytningsrater for hogstavfall som funksjon av substitusjonseffekten (se teksten for nærmere forklaring). (Grafikk: Per Kristian Rørstad)

Bruker vi hogstavfall i kullkraftverk – noe som nok ikke er realistisk i dag – vil vi få en positiv effekt allerede etter et par år. Substitusjonseffekten er her over 95 prosent, jfr Holtsmark (2010). Et mer relevant eksempel er å bruke rå flis i fjernvarmeanlegg til erstatning for olje (enten direkte eller indirekte ved at fjernvarme erstatter oljekjeler i villaer). Her er substitusjonseffekten nesten 80 prosent.Dette alternativet går i pluss etter fem til sju år med de nedbrytningsratene som er brukt.

Bruker vi en høyere nedbrytningsrate – som Næsset (1999) antyder, vil vi gå i pluss enda tidligere. En tilsvarende effekt får vi ved å bruke tørket i stedet for rå flis. Substitusjonseffekten er høyere fordi brennverdien er høyere, og vil få en kortere periode før vi går i pluss.

Tiden det tar å tilbakebetale karbongjelda – de økte utslippet det første året – kan med andre ord være svært kort.

Miljøeffekter

Uttak av hogstavfall vil nødvendigvis føre til at vi tar ut mer av næringsstoffene fra skogen. Dette kan få negative følger for næringsbalansen, og kan ha en negativ effekt på langsiktig produksjonsevne. I tillegg er død ved tilholdssted for en rekke arter. Uttak av hogstavfall kan derfor ha negative konsekvenser for artsmangfoldet generelt. Det kan tenkes å ha direkte effekt på truede arter eller føre til at andre arter blir truede. Hvor store slike effekter er, vet vi foreløpig for lite om.

Det er imidlertid viktig å huske at det ikke er snakk om å ”støvsuge” skogen for biomasse. Uttak av stubber og røtter er lite aktuelt. Det er gjort forsøk med dette i Sverige og Finland, og delvis i Norge, men dette blir dyr bioenergi. Av økonomiske og tekniske grunner, er det heller ikke aktuelt å ta alle greiner, topper og stammerester. Undersøkelser i Finland viser at det er vanlig å ta ut 60 - 80 prosent av hogstavfallet. Uttaket kan likevel ha negative konsekvenser.

De negative effektene vil nok også variere med skogtype. For næringsstoffbalansen vil den negative effekten være minst for rike skogtyper med god jord. Et moderat uttak på de beste arealene vil antakeligvis ha små negative effekter.

Potensialet i Norge

Vi har gjort en del beregninger for å finne ut hvilket energipotensial som ligger i hogstavfall i Norge. Total ligger potensialet i intervallet 2,7 – 4,5 TWh/år, avhengig av forutsetning om utnyttelsesgrad (uttak av 60 eller 70 prosent av greiner, topper og andre stammerester) og hvilke typer arealer vi ”høster” (alt eller bonitet bedre 8).

Med dagens pris på bioenergi ligger det økonomiske potensialet i intervallet 1,5 – 2,0 TWh/år. Det er med andre ord et betydelig (økonomisk) potensial for å utnytte hogstavfall. Se Rørstad et al. (2010) for detaljer om metodegrunnlaget for disse beregningene.

Ovenfor har vi sett på klimagasseffekten av å utnytte hogstavfallet etter en hogst. Siden det årlig hogges nye areal, blir det årlig tilgjengelig nytt hogstavfall. Figuren nedenfor viser årlig nettoendring i utslipp av klimagasser som følger av et årlig uttak tilsvarende 1,5 TWh.

Figur 3. Netto årlig utslippsendring (1000 tonn CO2) over tid som følge av energiutnyttelse av hogstavfall tilsvarende 1,5 TWh/år og under ulke forutsetninger om substitusjonseffekten. Det er forutsatt en nedbrytningsrate på 3% p.a. (Grafikk: Per Kristian Rørstad)
Figur 3. Netto årlig utslippsendring (1000 tonn CO2) over tid som følge av energiutnyttelse av hogstavfall tilsvarende 1,5 TWh/år og under ulke forutsetninger om substitusjonseffekten. Det er forutsatt en nedbrytningsrate på 3% p.a. (Grafikk: Per Kristian Rørstad)

Det tar lengre tid før energiutnyttelse av hogstavfall gir et positivt klimabidrag når vi ser på årlige uttak sammenlignet med å se på bare ett enkelt uttak. I det løpende klimagassregnskapet (årlige utslipp) tar det 7 – 12 år (avhengig av substitusjonseffekten) før energiutnyttelse av hogstavfall gir et positivt bidrag.

Ser vi på det akkumulerte utslippet, gir energiutnyttelse av hogstavfall et positivt bidrag etter 15 - 25 år. Som figuren ovenfor antyder, kan de langsiktige effektene være betydelige. Det må også nevnes at uttaket av hogstavfall som ligger bak beregningene i figurene er om lag 25 prosent av totalt beregnet mengde hogstavfall.

Holtsmark (2010b) gir inntrykk av at utnyttelse av hogstavfall (GROT) til energiformål er et dårlig klimatiltak. Imidlertid, han ser på økt hogst med og uten uttak av hogstavfall. Det er å blande kortene. Vi trenger ikke øke hogsten for å utnytte hogstavfallet. Klimagasseffekten av bruk av hogstavfall kan dessuten studeres på en langt enklere og mer gjennomsiktig måte – som vist ovenfor.

Gjør vi tingene på den riktige måten – dvs velger de beste bioenergialternativene – er karbongjelden tilbakebetalt i løpet av et par tiår. I år 2145 – som er Holtsmark svar på hvor lang tid det tar – er det kortsiktige karbonlånet vi tar i dag blitt til ett stort karboninnskudd.

Kilder:

Holtsmark, B. (2010a). Om tømmerhogst og klimanøytralitet. Økonomiske analyser 3/2010.

Holtsmark, B. (2010b). Om hogst og avfall i en skog som legger på seg. Innlegg på forskning.no.

Lunnan, A., S. Navrud, P.K. Rørstad, K. Simensen og B. Solberg (1991). Skog og skogproduksjon i Norge som virkemiddel mot CO2-opphopning i atmosfæren. Aktuelt fra Skogforsk, nr. 6 – 1991.

Næsset, E. (1999). Decomposition rate constants of Picea abies logs in southeastern Norway. Canadian Journal of Forest Research 29:372-381.

Rørstad, P.K., Trømborg, E., Bergseng, E. & Solberg, B. 2010. Combining GIS and forest modelling in estimating regional supply of harvest residues in Norway. Silva Fennica 44(3): 435–451.

Powered by Labrador CMS