Modeller for beregning av klimanytte- og verdikjedeøkonomi for biogassproduksjon Matavfall og husdyrgjødsel

Transkript

1 Forfattere: Rapportnr.: Kari-Anne Lyng, Ingunn Saur Modahl, John Morken, Tormod Briseid, Bjørn Ivar Vold, Ole Jørgen Hanssen og Ivar Sørby. OR ISBN: ISBN: Modeller for beregning av klimanytte- og verdikjedeøkonomi for biogassproduksjon

2

3 Rapportnr.: OR ISBN nr.: Rapporttype: ISBN nr.: Oppdragsrapport ISSN nr.: Rapporttittel: Modeller for beregning av klimanytte og verdikjedeøkonomi for biogassproduksjon Forfattere: Kari-Anne Lyng, Ingunn Saur Modahl, John Morken, Tormod Briseid, Bjørn Ivar Vold, Ole Jørgen Hanssen og Ivar Sørby. Prosjektnummer: 1410 Prosjekttittel: Modeller for beregning av klimanytte og verdikjedeøkonomi for biogass fra gjødsel og avfall Oppdragsgivere: Fylkesmannens landbruksavdeling i Østfold Oppdragsgivers referanse: Tyra Risnes Emneord: Tilgjengelighet: Antall sider inkl. bilag: LCA Økonomi Biogass Avfall Åpen Godkjent: Dato: xx.xx.xxxx Prosjektleder Ole Jørgen Hanssen Forskningsleder Andreas Brekke Østfoldforskning

4

5 Innholdsfortegnelse Sammendrag Innledning Hensikten med prosjektet Prosjektgjennomføring Ulike anvendelser av modellene Økonomimodell Økonomiske evalueringsmetoder Oppbygging av modellen Innhenting av kontantstrøm og datagrunnlag: Ingeniørmetoden Videre arbeid Modell for klimanytte Life Cycle Assessment (LCA) Funksjonell enhet Systemgrenser Unngåtte belastninger (Avoided burdens) Oppbygging av klimaregnskapsmodellen Substrater og egenskaper Matavfall og slakteriavfall Matavfall fra husholdninger Slakteriavfall Husdyrgjødsel Gjødsel fra storfe Gjødsel fra svin Substitusjonseffekter/sambehandling Nullscenario beskrivelse og parameterverdier Nullscenario for matavfall Nullscenario for storfegjødsel Nullscenario for gjødsel fra svin Beskrivelse av hver livsløpsfase og parameterverdier for biogassscenarioene Lagring av fersk gjødsel Transport til behandling Forbehandling (kun for matavfall) Biogassproduksjon Oppgradering Avvanning (inkludert videre behandling) Transport til lagring og lagring av flytende biorest Transport til brukssted og bruk (inkludert spredning og utslipp i vekstsesong) Erstattet (biogass) Erstattet (biorest) Generelle resultater fra modellen per tonn TS substrat Matavfall Storfegjødsel Østfoldforskning

6 8.3 Gjødsel fra svin Sensitivitetsberegning lystgassutslipp fra lager og fra kompostering og nitrogenrensing ved avvanning GIS-analyser av tilgjengelige mengder avfall og spredningsareal i Vestfold? Beliggenhet på tilgjengelig teoretisk energimengde for matavfall og gjødsel i Vestfold Beliggenhet på tilgjengelig spredeareal i Vestfold Tilgjengelig energimengde for gjødsel innenfor ulike kjørelengder Tilgjengelig spredeareale innenfor ulike kjørelengder Tilgjengelig energimengde gjødsel og spredeareal innenfor ulike kjørelengder Resultater Case Biogassanlegg Vestfold Analyserte scenarier for Vestfold Tilpasning av parameterverdier Resultater Sensitivitetsanalyser for lystgassutslipp for analyserte scenarier for Vestfold Resultater Biogassanlegg Østfold Analyserte scenarier Resultater Konklusjoner fra studien Hovedkonklusjoner Videre forskningsbehov avdekket fra studien Datagrunnlag Videreutvikling av modellen Referanser Vedlegg 1 Kildehenvisninger for klimagassberegninger Vedlegg 2 Beregning av lystgass fra lagring av storfegjødsel Vedlegg 3 Beregning av lystgass fra lagring av grisegjødsel Vedlegg 4 Beregning av lystgass fra spredning av storfegjødsel Vedlegg 5 Beregning av lystgass fra spredning av grisegjødsel Vedlegg 6 Beregning av metanutslipp fra lagring av storfegjødsel Vedlegg 7 Beregning av metanutslipp fra lagring av grisegjødsel Vedlegg 8 Beregning av metanutslipp fra spredning av storfegjødsel Vedlegg 9 Beregning av metanutslipp fra spredning av grisegjødsel Vedlegg 10 Beregning av lystgassutslipp fra biogassreaktor storfegjødsel Vedlegg 11 Beregning av lystgassutslipp fra biogassreaktor grisegjødsel Vedlegg 12 Beregning av ammoniakkutslipp fra storfegjødsel Vedlegg 13 Beregning av ammoniakkutslipp fra grisegjødsel Vedlegg 14 LCA-metodikk Østfoldforskning 2

7 Sammendrag Målsetning med prosjektet Hovedmålet i prosjektet har vært å utvikle en klimamodell og en økonomimodell for hele verdikjeden fra innsamling og biogassproduksjon til behandling av biorest, som skal kunne bidra til økt produksjon av biogass i Norge ved en effektiv og klimariktig utnyttelse av gjødsel og avfall. I modellene er det definert en rekke parameterverdier for hvert av de ulike substratene og for hver livsløpsfase i verdikjeden. Ved å endre parameterverdier muliggjør modellene analyser i ulike regioner, med fleksible løsninger for lokale ulikheter. Dette kan være alternativer for lokalisering av anlegg i forhold til transportbehov, størrelse på anleggene i forhold til virkningsgrad og substratmengde, utnyttelse av biogass og biorest og hva slags type energi som kan erstattes av biogass (eks. drivstoff til kjøretøy, varme, elektrisitet) og biorest (gjødsel og jordforbedringsprodukt). Denne rapporten presenterer de definerte parameterne i modellen, de basisverdier som er lagt inn i tabellen, resultater for basisverder, samt resultater fra testing av modellen for biogassproduksjon i Vestfold og Østfold. Resultater Analysene som er utført viser at modellene egner seg til å kartlegge hvor i verdikjeden de største klimapåvirkningene oppstår, hvor de største kostnadene påløper, hva som bidra til reduksjon i klimagasser og inntekter, og hvor det kan være mest effektivt å sette inn tiltak eller å motivere til teknologiutvikling. Analyser av biogassproduksjon fra husdyrgjødsel og matavfall gir følgende robuste hovedkonklusjoner når en ser på biogassproduksjon i et klimagassperspektiv: Biogass er et godt tiltak for behandling av matavfall og gjødsel i et klimaperspektiv. Av de analyserte scenariene viser resultatene at biogass som oppgraderes til drivstoffkvalitet og erstatter diesel gir størst klimanytte. Det er gunstig å blande substrater. Det største bidraget av klimagasser er lystgass. Lystgass emitterer fra flere prosesser, og det er disse utslippene som er beheftet med mest usikkerhet. Resultatene fra studien er i samsvar med tidligere analyser gjennomført av Østfoldforskning. Videre arbeid Prosjektet har klarlagt flere kunnskapshull og mangel på data og informasjon der det er behov for ny forskning for å gjøre modellene mer robuste og med mindre usikkerhet. Det er også ønskelig med forskning knyttet til utvikling av ny teknologi for å redusere utslipp av klimagasser fra biogass-systemet, til utvikling av virkemiddelregimet rundt biogass Prosjektet har avklart at det er et mangelfullt datagrunnlag knyttet til hva som skjer under laging/utnyttelse/avvanning av gjødsel, organiske avfallsprodukter og biogass under norske forhold i med Østfoldforskning 1

8 hensyn til utslipp av metan, lystgass og ammoniakk, samt nitrogenutslipp til vann, karbonomsetning i jord osv. I analysene er det benyttet best tilgjengelig data fra litteraturen, som til dels er gamle og ikke nødvendigvis er helt relevante for norske forhold. Det bør derfor legges opp til et forsøksprogram med utslippsmålinger med anerkjente metoder, og der det blir kontrollert for ytre forhold (lokale meteorologiske forhold, jordsmonn, type substrat osv). Det er ønskelig både å få frem datagrunnlag som både viser gjennomsnitt og variasjon for de ulike typene utslipp gjennom året. Modellene som er utviklet gjennom dette prosjektet har et potensial for å kunne utnyttes på ulike trinn i en beslutningsprosess knyttet til utvikling, bygging og drift av et biogassanlegg. Det er interessant å teste ut modellene som grunnlag for vurdering av effektivitet i virkemidler knyttet til utvikling av biogassproduksjon og anvendelse i Norge. Kombinasjonen av modeller for investerings- og driftsøkonomi og klimanytte for hele biogassens verdikjede gjør det mulig å gjøre simuleringer av effekter av for eksempel investeringsstøtte, ulike former for tilskudd, avgifter etc. for å vurdere om virkemidlene er tilstrekkelige for å sikre lønnsomhet i alle ledd i verdikjeden. Det er også aktuelt å utvide modellene til å inkludere andre typer substrat, som bla. slam fra renseanlegg (kommunale og industrielle, og både for vannrensing og avløpsrensing). Det er også ønskelig å utvide modellene til å omfatte flere miljøparametre, der spesielt overgjødslingseffekter som kan ha betydning i vurdering av alternativer med avvanning av biorest og effekter knyttet til spredning av biorest og gjødsel. Mer grunnleggende forskning knyttet til nitrogen- og karbonkretsløpet og hvordan disse kan kobles sammen med livsløpsmodellene for biogass og biosubstrat er også noe som bør vurderes i forhold til fremtidige forskningsbehov. Prosjektet har synliggjort behov for bedre tekniske løsninger knyttet til håndtering, lagring og spredning av fersk gjødsel og biorest, for å redusere utslipp av lystgass og ammoniakk. Det er imidlertid stor usikkerhet knyttet til valg av løsning, og hvor effektive ulike løsninger vil være i forhold til klima- og miljønytte og økonomi. Østfoldforskning 2

9 1 Innledning 1.1 Hensikten med prosjektet Prosjektets hovedmål har vært å utvikle en klimamodell og en økonomimodell for hele verdikjeden fra innsamling og biogassproduksjon til behandling av biorest, som skal kunne bidra til økt produksjon av biogass i Norge ved en effektiv og klimariktig utnyttelse av gjødsel og avfall. Modellene er bygget opp med en rekke parameterverdier for hvert av de ulike substratene og for hver livsløpsfase i verdikjeden. Ved å endre parameterverdier muliggjør modellene analyser i ulike regioner, med fleksible løsninger for lokale ulikheter. Dette kan være alternativer for lokalisering av anlegg i forhold til transportbehov, størrelse på anleggene i forhold til virkningsgrad og substratmengde, utnyttelse av biogass og biorest og hva slags type energi som kan erstattes av biogass (eks. drivstoff til kjøretøy, varme, elektrisitet) og biorest (gjødsel og jordforbedringsprodukt). I tillegg til å vise generelle resultater per tonn TS for hver substrattype for de basisverdier som er foreslått, er klimamodellen også brukt til å beregne årlige utslipp for fem ulike scenarier for et planlagt biogassanlegg i Vestfold. Modellen er også testet for ulike fremtidsscenarier for Østfold. 1.2 Prosjektgjennomføring Prosjektet er finansiert av SLF og samarbeidende partnere, og styringsgruppen har hatt følgende deltakere: - Fylkesmannens landbruksavdeling i Østfold - Fylkesmannens landbruksavdeling i Vestfold - Østfold bondelag - Vestfold bondelag - Avfall Norge - Bioforsk - UMB - Østfoldforskning Arbeidet har vært gjennomført i en prosjektgruppe med representanter fra Østfoldforskning, UMB, Bioforsk og Vestfold-prosjektet (Vestfold Bondelag). 1.3 Ulike anvendelser av modellene Modellene muliggjør å gjennomføre ulike beregninger av klimagasspåvirkning og økonomi ved hjelp av variering av parameterverdier. Eksempler på dette er beskrevet nedenfor. - Type og mengde gjødsel og avfall i anlegg (gjødsel fra ulike typer dyr, blandingsforhold med våtorganisk avfall, osv) Østfoldforskning 3

10 - Teknologi for produksjon av biogass og behandling av biorest (energibruk og utslipp ved forbehandling og utråtning) - Lokalisering og dimensjonering av anlegg effekter knyttet til logistikk og produksjonsvolum (substratmengder og typer og transportavstander) - Hvordan og hvor effektivt energien fra biogassen utnyttes, som erstatning for ulike energiressurser - Hvordan bioresten fra anlegg benyttes som gjødsel/jordforbedringsmiddel og hva den erstatter av konvensjonell gjødsel og jordforbedringsprodukter Ved å variere ulike parameterverdier kan modellene indikere hvilke løsninger som er best i et klimagassperspektiv og hvilke løsninger som er mest bærekraftige økonomisk. I tillegg til at regioner og anleggsutbyggere kan bruke modellen er den også nyttig for FoU ved at den kartlegger hva som er viktig (i tallmaterialet) og dermed hvor det bør gjøres politiske vedtak, eventuelt hvor det bør gjøres ytterligere forskning. Østfoldforskning 4

11 2 Økonomimodell Prosjektet har utviklet en økonomisk simuleringsmodell som simulerer bærekraftig økonomi for hvert ledd samt hele verdikjeden. Modellen kan dermed benyttes som beslutningsstøtte for bøndene, investorer i biogassanlegg og myndigheter. Kompleksiteten i analysen øker etter hvert som man beveger seg nedover i arkene i Excel-modellen. Virkningen av endringer i allokering av og størrelse på inntekter og kostnader kan dermed simuleres på ulike nivå. Mål: Utvikle en modell som ser på økonomisk bærekraft for hvert ledd samt hele verdikjeden for biogass fra gjødsel og avfall. Det skal tilstrebes at resultatene kan knyttes direkte mot klimamodellen. Dette gjør at man kan få en ny beslutningsparameter, økoeffektivitet. 2.1 Økonomiske evalueringsmetoder To evalueringsmetoder er benyttet i simuleringsmodellen, Netto nåverdimetoden (NNV) og levetidskostnadsmetoden (Life-Cycle-Cost (LCC) ). Nåverdimetoden er ansett som den beste, og er også den mest brukte, metoden for lønnsomhetsberegninger av investeringer, siden nåverdien er et absolutt mål på lønnsomhet, målt i NOK (Hoff 2005a). Med netto nåverdimetoden (NNV) (benyttet i biogass økonomimodellen), sammenligner vi nåverdien av investeringens fremtidige kontantstrømmer og investeringen (CAPEX). Mens fremtidige kontantstrømmer bestemmes av en diskonteringsrente og driftsresultat per år, er CAPEX kjøp av eiendom, anlegg og utstyr. Driftsresultatet er i denne studien den samme som resultat før renter og skatt. Forskjellen mellom nåverdien av fremtidige kontantstrømmer og CAPEX, kalles netto nåverdi. Evalueringsregelen sier at dersom NNV er over null, er investeringen lønnsom. Når du velger mellom ulike investeringsobjekter, bør velge objektet med høyest NNV. Restverdien er satt til null, noe som betyr at investeringen har ingen verdi ved slutten av avskrivningsperioden. Levetidskostnadskonseptet (LCC) kan brukes på flere nivåer, i ulike faser og med forskjellige formål. Hensikten vil blant annet være å finne alle kostnadene for et analyseobjekt gjennom utbygging og drift, finne kostnadene som kan relateres til et bestemt system gjennom livsløpet eller å se på forskjellen mellom ulike løsningsalternativer. Levetidskostnadskonseptet er et verktøy som kan hjelpe oss å finne alle kostnader forbundet med å eie og drive et system. Generelt kan man si at konseptet har følgende bruksområder (Strand 1994): Å finne og påvirke de delene av den tekniske løsningen og de operasjonelle aspekter som gir det største bidraget til levetidskostnaden. Dette betyr at man ønsker å identifisere kostnadsdriverne, Østfoldforskning 5

12 som er kostnadselementer som forårsaker en stor del av levetidskostnaden. Disse bør identifiseres og skiftes ut eller modifiseres. Å sammenligne ulike konsepter på bakgrunn av levetidskostnad. Å være grunnlag for vurderinger og valg. Å være en støtte ved budsjettering og planlegging, samt være med på å formidle prioriteringer. Å dokumentere løsninger som undersøkes og vise bakgrunnen for de veivalgene som blir gjort. Utviklingen av et system skjer over lengre tid, og gjennomgår forskjellige faser i livssyklusen. Store deler av kostnadene blir fastlåst tidlig i prosjekteringsfasen, ofte lenge før utstyret blir kjøpt inn. Dette betyr at levetidskostnadene i stor grad blir bestemt før detaljkonstruksjonen starter. Ut fra dette kan vi trekke konklusjonen om at det største besparingspotensialet ligger i de tidlige fasene. Derfor er det viktig at levetidskostnader, driftssikkerhet, pålitelighet, logistiske forhold og annet styres og påvirkes helt fra prosjektstart (Strand 1994). Et overordnet mål med LCC er å få til økonomisk optimalisering og å maksimere selskapets resultat. 2.2 Oppbygging av modellen Figur 1 viser en systemillustrasjon av verdikjedeøkonomimodellen. Modellen er bygd opp mest mulig likt klimamodellen for å sikre mulighet for sammenligning på tvers. Det er viktig å merke seg at inputen til biogassanlegget er tonn substrat, mens den i klimamodellen er tonn TS. Modellen er bygd opp slik at man ser LCC og lønnsomheten ved hjelp av NNV til alle ledds økonomi, dvs. både for bonden, biogassanlegget og for verdikjeden som en helhet. Ved oppbygning har det vært fokusert på å lage en enkel og fleksibel modell for ulike brukernivå. Figur 1 Systemillustrasjon verdikjedeøkonomi Under forklares fanene som brukeren kan definerer for sine analyser. Merk at resultatene i kroner vist under i form av kroner er illustrative og er ikke tatt fra reelle case. Gården Figur 2 og 3 viser hvilke parametere en bruker med lite kjennskap til biogass må definere. Utifra disse opplysningene genereres økonomien for gårdsanlegget eller gårdsanleggene. Østfoldforskning 6

13 Figur 2 "Gården" Figur 3 "Gården" Vitkige nøkkelord for denne fanen er knytet tankløsninger, biorest og gjødselmengder. Ferskgjødsel mengdene kan oppgis på to forksjellige måter. Enten ved å definere en total gjødselmengde og dets tørrstoffprosent (versjon 1) eller ved å angi dyrsammensetning og derav blir total gjødselmengde og tørrstoffprosent (versjon 2). På bakgrunn av inngangsverdiene i figur 2 og 3 får man frem investeringskostnadene og resultatene i henholdsvis figur 4 og 5. Østfoldforskning 7

14 Figur 4 "Gården" investeringskostnader Figur 5 "Gården" resultat Dersom man har behov for å spesifisere underlagsdata eller sjekke forutsetningene beveger man seg lenger ned i arket og finner disse her. Et eksempel er beregningene for erstattet mineralgjødsel ved bruk av biorest, figur 6. Østfoldforskning 8

15 Figur 6 "Gården" biorest kontra mineralgjødsel Biogassanlegget Figur 7 og 8 viser hvilke paramtere brukeren må svare på for å få frem sine resultat. Figur 7 "Biogassanlegget" Østfoldforskning 9

16 Figur 8 "Biogassanlegget" Viktige nøkkelord for beregningene i denne fanen er mengde substrat,tørrstoffinnhold, biogasspotensiale, metaninnhold, virkningsgrader, transport, salg og biorest. På bakgrunn av parameterene over kalkuleres investeringskotnadene og resultatene vist i henholdsvis figur 9 og 10. Figur 9 "Biogassanlegget" investeringskostnader Østfoldforskning 10

17 Figur 10 "Biogassanlegget" resultat Det er lagt opp til, slik figur 10 viser, at investeringskostnadene kan regnes ut på to forskjellige måter. Kalkyle 1 baserer seg på parameterene oppgitt i figur 7 og 8, mens kalkyle 2 vil basere seg på at man selv anslår en totalkostnad for biogassanlegget, se Excelmodell. På samme måte som for fanen Gården har man mulighet til å spesifisere i mer signinfikant detalj ved å bevege seg lenger ned i regnearket. Verdikjeden I denne fanen vises lønnsomheten ved hjelp av NNV fgor hvert ledd samt verdikjeden, figur 11. Figur 11 "Verdikjeden" NNV og resultat Østfoldforskning 11

18 Slik modellen er bygd opp er det mulig å se lønnsomheten til de ulike substratene, figur 12 og hvilket bruk av biogassen som er mest lønnsom., figur 13 Figur 12 "Verdikjeden" lønnsomhet oppdelt for applikasjon og substrat Figur 13 "Verdikjeden" lønnsomhet for biogassanlegget oppdelt på substrat inn Med modellen kan brukeren, f.eks, myndighetene, simulere hvilke tilskudd som må til for å gjøre biogassproduksjon økonomisk lønnsom, både for de ulike substrat og total sett. Av de viktigste funksjonene til modellen er dens mulighet til å identifisere de største bidragene til kontantstrømmen slik Østfoldforskning 12

19 figur 14 viser for utgiftene foredelt på totale utgifter. Figur 14 Mulige figurer fra modellen. 2.3 Innhenting av kontantstrøm og datagrunnlag: Ingeniørmetoden For å innhente nødvendige parametere og data til modellen har ingeniørmetoden blitt benyttet. Denne metoden innebærer at teknisk kyndige og fagfolk, gjerne direkte knyttet til produksjon, bruker sin erfaring i å estimere kostnad og inntektssammenhenger. Ingeniørmetoden vil ofte innebefatte både kvantitative og kvalitative metoder, deriblant tidsstudier, statistiske metoder, informasjon fra leverandører og andre, beregninger basert på erfaring, samt generell kunnskap og skjønn. Det er med andre ord mer en tilnærming til å lage en beregning enn en metode. I forbindelse med nyinvesteringer og innovasjoner brukes denne metoden i stor grad for å etablere verdikjeders kontantstrøm for utbetalingene (installeringskostnader, i gangkjøring, driftskostnader), men også for å evaluere bærekraft. I dette studiet har modeller utviklet av Ivar Sørby og Nils Eldrup, samt Ole Jørgen Hanssen, vært grunnlaget for simuleringsmodellens parametere. 2.4 Videre arbeid - Etablere en kostnadslærekurve som er aktuell ved storskalaproduksjon - Inkludere avvanning. - Kunne hente inn gjødselmengde fra gårdsfane gitt versjon 1. Per nå er det kun mulig for versjon 2. - Transportfrekvens for gjødsel, avfall og biorest - Inkludere samråtningseffekt. - Testing på case. Østfoldforskning 13

20 3 Modell for klimanytte Modellen er bygd opp som en nettomodell som beregner reduserte klimagassutslipp ved biogassproduksjon som alternativ til konvensjonell behandling av avfall og gjødsel. Modellen kan brukes som innspill til beslutninger om hvilke type behandlinger av avfallet som er mest hensiktsmessig for reduksjon av klimagassutslipp. Klimagassmodellen er bygget opp i analyseverktøyet SimaPro, som er et dataprogram for livsløpsanalyser (PRé 2011). 3.1 Life Cycle Assessment (LCA) Livsløpsanalyse er et metodisk verktøy der en ser på miljø- og ressurspåvirkninger gjennom hele livsløpet av et produkt, fra uttak av råvarer til transport, produksjon, bruk og avfallshåndtering. LCA-metodikken beskrives mer i deltalj i Vedlegg 14. For biogassproduksjon innebærer dette at en ser på miljøpåvirkningene fra avfallet eller husdyrgjødsla oppstår, ved lagring, transport, forbehandling og utråtning til transport og videre bruk av biogass og biorest. Gevinsten ved at de genererte produktene erstatter et annet produkt er også inkludert. Dette er beskrevet mer i detalj i kapittel 3.3. For at en skal ha verdier å vurdere resultatene opp mot, blir klimagassutslippene for de ulike scenariene sammenlignet med beregnete utslipp for et nullscenario der husdyrgjødsel benyttes som gjødsel uten å sendes til biogassproduksjon først og der matavfall sendes til energiutnyttelse eller kompostering. Disse scenariene beskrives i kapittel 6. I LCA tar en normalt for seg mer enn en miljøindikator, men i dette prosjektet ser en bare på klimagassutslipp. Dette er fordi modellen er omfattende og inneholder store datamengder, og det er derfor behov for å gjøre en forenkling innenfor eksisterende økonomisk ramme. Det kan være aktuelt å inkludere flere miljøindikatorer på et senere tidspunkt. Det er viktig å være oppmerksom på at andre miljøindikatorer (som forsuring, overgjødsling, avfallsmengder) kan gi andre resultater. 3.2 Funksjonell enhet I livsløpsanalyser oppgis resultatene i forhold til en funksjonell enhet som er en definert kvantifiserbar størrelse som beskriver funksjonen til produktet eller tjenesten som analyseres. Den funksjonelle enheten i modellen er definert som håndtering av 1 tonn TS for det respektive substratet. Resultatene for denne funksjonelle enheten kan enkelt skaleres opp til årlig mengde for en region eller et anlegg. Østfoldforskning 14

21 Systemgrense Modeller for beregning av klimanytte- og verdikjedeøkonomi for biogassproduksjon 3.3 Systemgrenser Analysene starter idet avfallet eller gjødselen oppstår og inkluderer alle livsløpsfaser i verdikjeden til substratet blir til produktene biorest og biogass, inkludert effekten av at disse produktene erstatter alternative produkter. Analysene kan defineres som Gate to cradle -analyser der miljøeffekter kartlegges fra og med husdyrgjødsel og matavfall oppstår (uten at produksjonen av gjødsel og matavfall er inkludert) og frem til matavfallet og husdyrgjødselen blir til nye produkter som erstatter andre produkter. Eventuelle utslipp ved produksjon av gjødsel, det vil si utslipp fra husdyrfor og husdyr er ikke inkludert fordi analysen fokuserer på håndteringen av gjødsel fra landbruket og avfall fra husholdningene. Det er også grunn til å tro at belastningen fra produksjon av gjødsel ikke vil være påvirket av bruken av gjødsel i biogassproduksjon og at differansen mellom belastning fra produksjon av gjødsel for sammenlignede systemer sannsynligvis blir 0. Ekskludering av dette medfører at modellen ikke kan ta hensyn til ulike forregimers påvirkning på substrategenskapene. Matproduksjon/husdyrdrift Avfall/gjødsel oppstår Erstattet: Produksjon og bruk av tilsvarende produkt Bearbeiding Bruk Figur 15 Systemgrensene i modellen For basisverdiene som er brukt er de geografiske grensene Østfold og Vestfold, og det er brukt gjennomsnittsdata for 2007 som basis for nullscenariet som alternative løsninger blir sammenliknet opp mot. 3.4 Unngåtte belastninger (Avoided burdens) Ved beregning av klimapåvirkning ved biogassproduksjon er det ønskelig å synliggjøre nytten av at biogassproduksjon benytter avfall som en ressurs. I modellen inkluderes det derfor en gevinst ved at produktet som er produsert (biogass og biorest) av en avfallsressurs (avfall eller gjødsel) erstatter et Østfoldforskning 15

22 annet produkt. Biogass benyttes til elektrisitet, varme eller drivstoff og erstatter en annen energibærer, og bioresten brukes som gjødsel eller jordforbedringsmiddel og erstatter mineralgjødsel eller torv. Dersom bioresten blir brukt i jordbruket, erstatter den kunstgjødsel (da brukes mengde N som basis for hvor mye kunstgjødsel som skal bli erstatta, i tillegg til at noe (20%) av karbonet blir lagret permanent i jordsmonnet. Dersom bioresten går til privat konsum, erstatter den vanligvis torv (jordforbedringsmiddel), og da blir karbonmengden i bioresten brukt som basis for hvor mye fossil CO 2 man unngår. Østfoldforskning 16

23 4 Oppbygging av klimaregnskapsmodellen Klimaregnskapsmodellen tar for seg ulike substrater og følger hvert substrat gjennom hele verdikjeden. Livsløpet til biogassproduksjon er oppdelt i ti livsløpsfaser. I hver livsløpsfase er det definert et sett med parametre som kan endres for analyser av spesifikke anlegg eller regioner. De substratene som er inkludert er: matavfall, grisegjødsel og storfegjødsel beskrevet i kapittel 5. I tillegg er det gjort en omfattende datainnsamling på slakteriavfall, som senere skal inkluderes i modellen. De relevante parameterverdiene for hvert substrat er beskrevet under kapittelet om hver og en livsløpsfase. Ikke alle livsløpsfasene er relevant for alle substrater eller for alle scenarier. Figuren under viser et flytskjema for livsløpsfasene til de inkluderte substrattypene. Røde bokser signaliserer livsløpsfasene som medfører klimabelastning, mens de grønne boksene viser livsløpsfasene som gir sparte klimagassutslipp. Storfegjødsel Grisegjødsel Matavfall Slakteriavfall 1. Lagring 2. Transport til anlegg 3. Forbehandling 4. Biogassproduksjon Biogass Biorest 6. Avvanning og videre behandling 7. Transport til lagring og lagring 5. Oppgradering 8. Transport til brukssted og bruk (inkl spredning og vekstsesong) 10. Erstattes biorest (Jordforbedring sprodukt, torv) (Mineralgjødsel) 9. Erstattes biogass (diesel eller naturgass) (annen energibærer: olje, elektrisitet, fjernvarmemiks) Figur 16 Flytskjema for modell Østfoldforskning 17

24 5 Substrater og egenskaper I biogassproduksjon benyttes ulike substrater som råvarer. Substratene har ulike egenskaper som har betydning for selve råtneprosessen og hvor mye biogass som blir produsert per mengde substrat, som TS-innhold og teoretisk energipotensiale. Alle substratene er biologiske ressurser som i stor grad varierer i egenskaper og sammensetning. Biogassproduksjonen vil i tillegg være avhengig av prosessvalg, for eksempel forbehandling, oppholdstid i reaktoren, temperatur og innblanding av andre substrater. Fastsetting av absolutte riktige verdier er derfor ikke mulig. Data for kjemiske egenskaper på storfe- og grisegjødsel er basert på data fra UMB og Bioforsk og er valgte normtall. Det vil være en variasjon med hensyn på innhold av flere grunner. For husdyrgjødsel avhenger substratets egenskaper først og fremst av innholdet av fôringen av dyra, og fôringen varierer med melkeytelsen slik at fôringen vil variere både gjennom året, og individuelt mellom dyr avhengig av totalytelsen. I tillegg vil mengden strø som brukes, samt hvor mye vaskevann som blandes inn i gjødsla, gi variasjoner. Dersom gjødsla er lagret i kummer uten dekke, vil også regnvann og fordamping kunne gi variasjoner. Normtallene er basert på uttak av gjødselprøver som er blitt analysert. Siden gjødsel må homogeniseres før utkjøring, har det vist seg at det er store variasjoner i ett lager fra starten av tømmingen til slutten. Parametrene for biogasspotensialer er eksperimentelle verdier. De er framkommet gjennom laboratorieforsøk under optimale forhold. I fullskala-anlegg vil disse verdiene kunne være en del lavere enn de eksperimentelle verdiene. Parametrene i modellen bør tilpasses hver enkelt analyse slik at resultatene blir mest mulig realistiske. Avløpsslam fra kommunale rensanlegg er ikke inkludert som substrat i modellen i denne omgang, da det i dette prosjektet har vært fokus på biogass i landbrukssektoren. Biorest fra biogassproduksjon hvor slam er involvert er heftet med en rekke bruksbegrensninger i henhold til gjødselvareforskriften, og kan derfor ikke nødvendigvis brukes på samme måte som biorest fra de andre substratene. Dette vil føre til at det kan være andre produkter som erstattes av biorest fra slam enn det den eksisterende modellen har modellert. 5.1 Matavfall og slakteriavfall Matavfall fra husholdninger Krav til hygienisering er fastlagt i Animalsk biproduktforordning, implementert i Norge i Forskrift om animalske biprodukter som ikke er beregnet på konsum. I denne deles animalsk avfall inn i tre katogorier. Svært forenklet kan man si at kategori I er avfall som er påvist eller er mistenkt å inneholde overførbare spongiforme encefalopatier (TSE), og derfor krever nedgraving eller forbrenning. Kategori II er avfall som ikke er tenkt brukt som matvarer, slik som slakteavfall og husdyrgjødsel. Kategori III er avfall som var ment som mat, men som av en eller annen grunn har havnet i avfallet. Matavfall hører inn under denne kategorien. Østfoldforskning 18