Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II Matavfall og husdyrgjødsel

Transkript

1 Forfatter(e): Rapportnr.: Hanne Møller, Silje Arnøy, Ingunn Saur Modahl, John Morken, Tormod Briseid, Ole Jørgen Hanssen og Ivar Sørby. OR ISBN: ISBN: Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II

2

3 Rapportnr.: OR ISBN nr.: Rapporttype: ISBN nr.: Oppdragsrapport ISSN nr.: Rapporttittel: Miljønytte og verdikjedeøkonomi for biogassproduksjon Forfattere: Hanne Møller, Silje Arnøy, Ingunn Saur Modahl, John Morken, Tormod Briseid, Ole Jørgen Hanssen og Ivar Sørby Prosjektnummer: 1471 Prosjekttittel: Videreføring biogassmodell Oppdragsgivere: Fylkesmannens landbruksavdeling i Østfold Oppdragsgivers referanse: Torbjørn Kristiansen Emneord: Tilgjengelighet: Antall sider inkl. bilag: LCA Økonomi Biogass Avfall Gjødsel Åpen 81 Godkjent: Dato: Prosjektleder (Sign) Forskningsleder (Sign) Østfoldforskning

4

5 Innholdsfortegnelse Sammendrag Innledning Hensikten med prosjektet Prosjektgjennomføring Miljømodell Life Cycle Assessment (LCA) Funksjonell enhet Systemgrenser Unngåtte belastninger (Avoided burdens) Oppbygging av miljømodellen Substrater og egenskaper Matavfall fra husholdninger Husdyrgjødsel Gjødsel fra storfe Gjødsel fra gris Substitusjonseffekter/sambehandling Referansesystem beskrivelse og parameterverdier Referansesystem for matavfall Referansesystem for storfegjødsel Referansesystem for gjødsel fra gris Beskrivelse av hver livsløpsfase og parameterverdier for scenarioene for biogass 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) Resultater for matavfall Klimapåvirkning Forsuring Resultater for storfegjødsel Klimapåvirkning Forsuring Resultater for grisegjødsel Klimapåvirkning Forsuring Kvalitativ analyse av fosfor Effekt av tiltak Østfoldforskning

6 11 Økonomimodell Bakgrunn og forutsetninger Metodikk for datainnsamling av økonomiske nøkkeltall De ulike elementene i verdikjedemodellen for økonomi Gården Transport og håndtering i forbindelse med lossing/lasting Forbehandlingsanlegget Biogassanlegget Oppsummering og konklusjon Diskusjon og konklusjon Referanser Vedlegg 1 Kildehenvisninger for klimagassberegninger Vedlegg 2 Beregning av lystgass fra lagring Vedlegg 3 Beregning av lystgass fra spredning Vedlegg 4 Beregning av metanutslipp fra lagring Vedlegg 5 Beregning av metanutslipp fra spredning Vedlegg 6 Beregning av metan- og lystgassutslipp fra biogassreaktor Vedlegg 7 Beregning av ammoniakkutslipp Vedlegg 8 Beregning av utslipp fra matavfall Vedlegg 9 Kompostering av avvannet fraksjon Vedlegg 10 LCA-metodikk Østfoldforskning 2

7 Sammendrag Prosjektets hovedmål har vært å videreutvikle en miljømodell og en økonomimodell for hele verdikjeden for produksjon av biogass og behandling av biorest. Resultatene skal bidra til bedre beslutningsgrunnlag ved planlegging av nye biogassanlegg i Norge. I fase I av prosjektet er det utviklet både en miljømodell og en økonomimodell for biogassproduksjon som omfatter hele verdikjeden og begge modellene er videreutviklet i dette prosjektet (fase II). Miljømodellen beregner både utslipp og gevinster (i form av reduserte utslipp) ved biogassproduksjon som alternativ til konvensjonell behandling av avfall og gjødsel. Utslipp kan være fra bl.a. transport, lagring, spredning og oppgradering, og gevinster fra at produsert biogass erstatter produksjon av andre energibærere og at biorest erstatter mineralgjødsel eller jordforbedringsmiddel (torv). Økonomimodellen kan benyttes som beslutningsstøtte for bøndene, investorer i biogassanlegg og myndigheter. Både miljø og økonomimodellen omfatter tre substrater med ulike egenskaper og basisverdier: Matavfall Storfegjødsel Grisegjødsel Miljømodellen: For hvert substrat er det laget scenario med forskjellige alternativer for hvilken energibærer som biogassen erstatter og hvordan bioresten brukes. Scenarioene sammenlignes med en referanse som er mest mulig tilnærmet dagens løsning, hvor matavfall forbrennes og husdyrgjødsel spres direkte på jordene som gjødsel. Analysene av biogassproduksjon gir følgende hovedkonklusjoner i et verdikjedeperspektiv: Klimagassutslipp For matavfall gir alle scenario klimareduksjon i forhold til referansen. For gjødsel gir alle scenario klimareduksjon i forhold til referansen unntatt scenarioene med avvanning. Biogassproduksjon med oppgradering til drivstoffkvalitet og bruk av flytende biorest (scenario D) er den beste klimamessige løsningen for både matavfall og gjødsel. Forsuring: For matavfall vil biogassproduksjon ikke gi redusert forsuring i forhold til referansen. For gjødsel vil noen scenarioer gi redusert forsuring i forhold til referansen, men ikke alle. Den beste klimamessige løsningen (scenario D) vil gi redusert forsuringspotensial for gjødsel og forsuringsutslipp på samme nivå som referansen for matavfall. Fosfor: Biogassproduksjon av husdyrgjødsel med tilbakeføring av biorest til gårdene som substratet stammer fra vil ikke føre til høyere utslipp av fosfor. En omfordeling av biorest til arealer med gjødslingsbehov (gårder uten husdyrgjødsel), vil på sikt gi lavere utslipp av fosfor. I miljømodellen er det forutsatt at det brukes tett lagertank ved lagring av biorest og standard teknologi ved spredning av biorest. Østfoldforskning 1

8 Det er gjort beregninger av effekten av å bruke tett tank til lagring av biorest, noe som vil redusere utslippet av metan til null. Hvis det ikke brukes tett tank vil klimagassutslippene for hele verdikjeden øke med 10 % for grisegjødsel, 38% for storfegjødsel og 59% for matavfall. Ved spredning av biorest med standard teknologi vil det bli utslipp av lystgass. For storfegjødsel er det beregnet at det kan oppnås en reduksjon på 10% for hele verdikjeden ved å innføre Best Available Technology (BAT) ved gjødsling med biorest. Dette er kun analysert for storfegjødsel, da det ikke er tilgjengelige data for grisegjødsel og matavfall. Oppsummering av tiltak: Resultatene viser at tett tank for lagring av biorest reduserer klimagassutslippene betydelig. Det er mulig å redusere utslipp ytterligere ved å bruke BAT spredeteknologi ved spredning av biorest. Begge tiltak vil til sammen gi en nesten fordoblet klimagevinst i forhold til referansen Modellen er delvis basert på litteraturdata og delvis på anslag. Modellarbeidet har vist hvor det er behov for forbedrede data, for å redusere usikkerheten i konklusjonene. Økonomimodellen: Analysene viser et negativt økonomisk resultat for verdikjeden for biogass samlet sett med de forutsetninger og det datagrunnlag som er lagt til grunn. Datagrunnlaget i verdikjedemodellen for økonomi er basert på et gjennomsnitt av beregnede investerings- og driftskostnader for norske biogassanlegg som det er søkt støtte til fra Enova, kombinert med litteraturdata og innhentede data fra landbrukssektoren og transport. Resultatene må derfor ses på som gjennomsnittsdata, og der det kan være rom for betydelige endringer ut fra mer spesifikke utbyggingsplaner. Det er også viktig å se de økonomiske analysene i sammenheng med at myndighetene vil fremme nye virkemidler for å styrke biogass-satsingen i Norge. Et tiltak som vil kunne bidra til å gjøre biogass-satsing i landbruket lønnsomt, er å øke tilskuddet over landbruksavtalen for lagring/spredning av gjødsel og biorest. Videre arbeid: For å sikre at modellene opprettholder og forbedrer nytteverdien er det viktig at de både anvendes, videreutvikles og at det skjer en jevnlig/årlig oppdatering av datagrunnlaget som inngår. Dette er spesielt viktig fordi den norske biogass-sektoren er relativt ny, og det er derfor naturlig å forvente en sterk utvikling på området fremover. En slik utvikling vil kunne gi tilgang til verdifulle nye data for hvordan biogassanlegg i praksis fungerer under ulike betingelser, noe som vil være viktig for å oppdatere modellene. Modellene kan anvendes både ved utbygging av biogassanlegg for å sikre optimale løsninger og av myndighetene som grunnlag for vurdering av nye virkemidler for biogassutbygging. Østfoldforskning 2

9 1 Innledning 1.1 Hensikten med prosjektet Prosjektets hovedmål har vært å videreutvikle en klimamodell og en økonomimodell for hele verdikjeden fra innsamling av matavfall og husdyrgjødsel til biogassproduksjon og behandling av biorest. Resultatene skal bidra til bedre beslutningsgrunnlag ved planlegging av nye biogassanlegg i Norge. 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). Dette er benyttet i en casestudie for Østfold, hvor ulike scenarioer er analysert. Casestudien foreligger som en egen rapport. 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 Re Bioconsult. Dette prosjektet bygger på en modell som er utviklet i fase I av prosjektet (Lyng et al., 2011). Hovedmålsetningen med denne videreføringen er å utvide modellen til å omfatte flere miljøparametre enn klima. Det er gjort beregninger for forsuring og i tillegg er det gjennomført en omfattende kvalitetssikring av utslipp av klimagasser. I tilsagnsbrevet fra SLF er det forutsatt at hovedfokus skal være rettet mot fosforproblematikken. Under arbeidet med dette har det vist seg å være vanskelig å finne gode tallverdier for utslipp av fosfor, så dette er gjennomført ut fra en kvalitativ vurdering.

10 2 Miljømodell Miljømodellen er bygd opp som en nettomodell som beregner utslipp 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 miljørelaterte utslipp. Miljømodellen er bygget opp i analyseverktøyet SimaPro, som er et dataprogram for livsløpsanalyser (PRé 2011). 2.1 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. LCAmetodikken beskrives mer i detalj i Vedlegg 14. For biogassproduksjon innebærer dette at en ser på miljøpåvirkningene fra avfallet eller husdyrgjødselen 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 For å ha et sammenligningsgrunnlag, blir miljøpåvirkningene for de ulike scenarioene sammenlignet med beregnete utslipp for et referansescenario der husdyrgjødsel benyttes som gjødsel uten biogassproduksjon først og der matavfall sendes til energiutnyttelse eller kompostering. Disse scenarioene beskrives i kapittel 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 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. Østfoldforskning 4

11 Systemgrense Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II Analysene kan defineres som Gate to cradle -analyser der miljøpåvirkninger 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. Utslipp ved produksjon av fôr og husdyr er ikke inkludert fordi analysen fokuserer på håndteringen av husdyrgjødsel fra landbruket og avfall fra husholdningene (se figur 2.1). 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 fôrregimers påvirkning på substrategenskapene. Matproduksjon/husdyrdrift Avfall/gjødsel oppstår Erstattet: Produksjon og bruk av tilsvarende produkt Bearbeiding Bruk Figur 2.1 Systemgrensene i modellen Unngåtte belastninger (Avoided burdens) Ved beregning av miljøpåvirkning ved biogassproduksjon er det ønskelig å synliggjøre nytten av at biogassproduksjon benytter avfall som en ressurs. I modellen inkluderes derfor gevinsten ved at biogass og biorest erstatter et annet produkt. Biogass benyttes til elektrisitet, varme eller drivstoff og erstatter en energibærer, og bioresten brukes som gjødsel eller jordforbedringsmiddel og erstatter mineralgjødsel eller torv. Hvis 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. Hvis bioresten avvannes, blir tørrfraksjonen kompostert og erstatter torv (jordforbedringsmiddel). Da blir karbonmengden i tørrfraksjonen brukt som basis for hvor mye CO 2 utslipp man unngår. Vannfasen kan enten slippes ut via renseanlegg eller brukes som gjødsel. Bruk av vannfasen som gjødselvann er modellert og inkludert i modellen i fase II av prosjektet. Østfoldforskning 5

12 2.2 Oppbygging av miljømodellen Miljømodellen følger hvert matavfall, storfegjødsel og grisegjødsel gjennom hele verdikjeden. Livsløpet til biogassproduksjon er oppdelt i ti livsløpsfaser. I hver livsløpsfase er det definert et sett med parametere som kan endres for analyser av spesifikke anlegg eller regioner. 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. Østfoldforskning 6

13 Referansesystem Scenario A-F Gjødsel Matavfall Gjødsel Matavfall 1. Lagring 1. Lagring 2. Transport til forbrenningsanlegg 2. Transport til anlegg 3. Forbehandling 4. Biogassproduksjon Biogass Biorest 6. Avvanning og videre behnandling 7. Transport til lagring og lagring 5. Oppgradering 9. Erstattes fjernvarme- miks 8. Transport til brukssted og bruk/gjødsling 10. Erstatter kunstgjødsel 8. Transport til brukssted og bruk/gjødsling 10. Erstattes biorest Erstatter torv Erstatter kunstgjødsel 9. Erstattes biogass diesel eller naturgass olje, elektrisitet, fjernvarmemiks Figur 2.2 Flytskjema for modell Østfoldforskning 7

14 3 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 storfeog 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 gjødselen, gi variasjoner. Dersom gjødselen 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. Det er lagt inn en faktor for å justere for dette (70 % ) Avløpsslam fra kommunale renseanlegg er ikke inkludert som substrat i modellen, 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 som er brukt i denne modellen. 3.1 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 kategorier. 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. Behandlingskravet til kategori II-avfall dersom det skal nyttes i matproduksjon er varmebehandling på 133 grader i 20 minutter ved 3 bars trykk. Maksimal partikkellengde er 5 mm, og deretter aerob eller anaerob behandling. Det settes mindre krav til kategori III-avfall. Her er kravet temperatur på 70 grader i 1 time, og det aksepteres en partikkellengde på 50 mm. Østfoldforskning 8

15 Det er i modellen fokusert på matavfall fra husholdninger, men i prinsippet kan modellen også beregne klimanytte for biogassproduksjon av matavfall fra restaurant og storkjøkken ved å variere parameterverdiene i modellen. Disse substratene har relativt like egenskaper som matavfall fra husholdninger, men kan være bedre kildesortert. De kan også inneholde mer fett og derfor ha høyere biogasspotensial. Kildesortert matavfall fra husholdninger kan ha varierende sammensetning og dermed kan substrategenskaper som TS-innhold og teoretisk biogasspotensiale variere. Matavfallet inneholder som regel en viss andel fremmedlegemer (feilsortert plastemballasje, glass- og metallemballasje), og husholdningsavfall krever derfor forbehandling før det kan benyttes til utråtning. Forbehandlingen foregår ved at massen tilsettes vann, og materialer som skal fjernes separeres fra det organiske materialet. Dette kan foregå på samme sted som biogassproduksjonen eller ved et eget forbehandlingsanlegg. Parametre og forutsetninger for forbehandling er beskrevet i kapittel 5.3 Mengde tørrstoff (TS) i kildesortert matavfall etter fjerning av rejekt kan variere. Norgaard et al. (2004) målte tørrstoffinnholdet i kildesortert matavfall (etter fjerning av fremmedstoff) fra 5 norske behandlingsanlegg (HRA, IR, IRS, RKR og Søir). Snittverdien var her 37% og med et standardavvik på ±3%. Ulf Nordberg (2006) oppgir verdier på 30% og 25% TS for henholdsvis kildesortert matavfall og matavfall fra storhusholdninger i Sverige. Berglund og Börjesson (2003) opererer med 30% TS i organiskt hushållsavfall. Christensen et al. (2003) opererer med et tørrstoffinnhold på 22 32% (etter fjerning av rejekt), og at tørrstoffet i biomassefraksjonen gjennomgående er høyere etter forbehandling ved bruk av skrueseparator enn ved bruk av rullesikt. Det er som basis i modellen anslått at kildesortert matavfall har TS på 33%. Modellen åpner for å simulere substratets kvaliteter ved å variere parameterverdier knyttet til dette. I en dansk undersøkelse fra 2003 ble metanpotensialet i kildesortert matavfall (biomassefraksjonen i organisk dagrenovasjon ) målt til 465 Nm 3 metan per tonn VS (Christensen et al., 2003). Forsøket ble gjennomført over 50 døgn under optimale laboratoriebetingelser. Den svenske substrathåndboken (Carlsson og Uldal, 2009) oppgir 461 Nm 3 metan per tonn VS basert på 7 forskjellige referanser. Med en oppgitt metankonsentrasjon på 63 % tilsvarer dette 732 Nm 3 biogass per tonn VS. Videre er VS oppgitt til 85% av TS, noe som gir 620 Nm 3 biogass per tonn TS eller 204 Nm 3 biogass per tonn våtvekt. I Mikrobiologisk handbok för biogasanläggningar (Schnürer, A. og Jarvis, Å., 2009) opererer de med med et spenn på Nm 3 metan per tonn VS, noe som viser at det kan være relativt store variasjoner. Vi velger her 600 Nm 3 biogass per tonn TS. Østfoldforskning 9

16 Tabell 3.1 Parameterverdier for substrategenskaper for matavfall fra husholdninger Parameternavn Verdi Beskrivelse M_substrat_TS 0,33 TS-innhold matavfall husholdninger. Basisverdi: 0,33 M_Nm3_per_tonn_TS 600 [Nm3/tonn TS] Biogasspotensialet (63% metan) per tonn TS matavfall. Kilde: Vurdering av verdi basert på ulike kilder av Tormod Briseid. Basisverdi: 600 Nm3/tonn TS M_metaninnh_biogass 0,63 Andel metan i produsert biogass i anlegget fra matavfall. Kilde: Vurdering av verdi basert på ulike kilder av Tormod Briseid. Basisverdi: 0,63 M_substrat_mengde_C 400 [kg C/tonn TS matavfall] Karboninnhold per tonn TS substrat fra matavfall. Kilde: Eklind et al., Basisverdi: 400. M_substrat_mengde_N 23 [kg N/tonn TS matavfall] Nitrogeninnhold per tonn TS substrat fra matavfall. Kilde: Eklind et al., Basisverdi: 23 Innholdet i sikterest fra forbehandling antas å være restavfall, og behandling og erstatning inkluderes. Inkludering av behandling av sikterest er viktig for å synliggjøre hvor viktig renheten og kvaliteten på substratet har for det totale resultatet. Dersom det viser seg at innhold i sikterest og mengde sikterest har stor betydning for resultatene, har modellen et forbedringspotensial ved at innholdet i sikteresten bør kunne defineres bedre. Modellen tar høyde for at sikterest fører til mindre substrat inn i anlegget og at det ikke produseres like mye biogass som hvis det var 0 sikterest. Næringssalter i kildesortert matavfall Eklind et al. (1997) har gjort en kjemisk karakterisering av kildesortert matavfall. Verdiene er satt opp i tabellen nedenfor. Tabell 3.2 Konsentrasjonen av makronæringsstoffer og karbon i kildesortert organisk husholdningsavfall (g per kg TS), samt C/N og % TS (Eklind et al., 1997). Nærings-stoff Mean Median Min Max Variasjonskoeffisient Nitrogen (N) 21,8 19,8 19,8 23,6 5 Fosfor (P) 3,8 3,0 3,0 6,2 20 Kalium (K) 8,0 8,0 7,4 8,7 4 Kalsium (Ca) 24,8 24,8 20,0 29,7 10 Magnesium (Mg) 2,2 2,2 1,9 2,7 8 Svovel (S) 2,2 2,2 2,1 2,7 5 Karbon (C) C/N 16,9 16,9 16,1 18,6 3 % TS 34,2 33, Østfoldforskning 10

17 Dette innebærer et N-innhold som kan avrundes til 2,2 % av TS, et P-innhold på 0,38 % og et K- innhold på 0,8 %. Christensen et al. (2003) opererer med verdier angitt som % av TS som varierer mellom 0,9 og 1,0 for K, 0,3 og 0,5 for P og 2,3 og 2,5 for N. På grunnlag av disse data kan vi anslå et N-innhold på 2,3% N, 0,4% P og 0,9% K. Dette tilsvarer et N-innhold på 23 kg per tonn TS og et P-innhold på 4 kg per tonn TS i kildesortert matavfall som vi velger her. Karboninnholdet settes til 400 kg per tonn TS (40 % av TS). 3.2 Husdyrgjødsel Gjødsel egner seg godt som basis-substrat fordi det har allsidig sammensetning og gir dermed utråtningsprosessen stabilitet. Dette er nærmere beskrevet under kapittel 3.3 om substitusjonseffekter og sambehandling av substrater. Man skal være oppmerksom på at en del husdyrgjødsel kan inneholde noe høye konsentrasjoner av tungmetallene sink og kopper, noe som skyldes at disse mikronæringsstoffene inngår i fôret 1. Siden disse tungmetallene anrikes på tørrstoffbasis når deler av tørrstoffet tas ut som biogass, kan innholdet av tungmetaller bli høyere enn kvalitetskravene i gjødselvareforskriften når husdyrgjødsel utgjør en stor andel av substratet inn i anlegget (dette er ikke noe problem når husdyrgjødsel utgjør en liten andel av substratet inn i anlegget). Biorest som gjødsel må følge kvalitetskravene i gjødselvareforskriften i motsetning til direkte bruk av husdyrgjødsel på eget bruk. Man skal også være oppmerksom på at når husdyrgjødsel skal benyttes på annet enn eget eller leiet areal må man tilfredsstille kvalitetskravene i del II i Gjødselvareforskriften. Her inngår blant annet også krav til hygienisering: Produkter og bruken av dem inkludert sannsynlig misbruk skal ikke medføre fare for overføring av sykdomssmitte til mennesker, dyr og planter og det stilles definerte krav med hensyn til salmonellabakterier, parasittegg og termotolerante koliforme bakterier (TKB). Dette er krav som vil gjelde alle større biogassanlegg som benytter husdyrgjødsel Gjødsel fra storfe Storfegjødsel inneholder anaerobe mikroorganismer som kommer fra fordøyelsen i dyra. Den har derfor med seg en startbagasje, og prosessen kommer fort i gang. Siden det har foregått en anaerob nedbrytning i dyrevomma, er mye av energipotensialet tatt ut av gjødselen. Gassutbyttet vil derfor være en god del lavere for storfegjødsel enn det vil være for grisegjødsel. På den andre siden vil de andre substrater nyte godt av tilføringen av mikroorganismer. Storfegjødsel har også god bufferkapasitet, slik at den vil virke som en stabilisator ved sambehandling. Biogassproduksjon foregår innen et ph-område fra 6,5 8,5, og matavfall og slakteavfall kan ha svært lave ph-verdier. Da vil gjødselens bufferevne være viktig. Dersom ph-verdien blir for lav, vil mikroorganismene slutte å produsere gass. Nedenfor vises de parametere for storfegjødsel som substrat som inngår i modellen. 1 Personlig informasjon fra Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk. Østfoldforskning 11

18 Tabell 3.3 Parameterverdier for substrategenskaper for storfegjødsel Parameternavn Verdi Beskrivelse Sf_substrat_TS 0,08 Sf_Nm3_per_tonn_TS 260 Sf_metaninnh_biogass 0,65 Sf_substrat_mengde_C 400 Sf_substrat_mengde_N 48 TS-innhold i storfegjødsel som substrat. Referase: Daugstad, Basisverdi: 0,08. [Nm3/tonn TS] Biogasspotensialet (65% metan) per tonn TS storfegjødsel. Kilde: Vurderinger foretatt av Tormod Briseid, Bioforsk ved vurdering av ulike kilder. Basisverdi: 260 Nm3/tonnS. Andel metan i produsert biogass i anlegget fra storfegjødsel. Referanse: Carlsson og Uldal. Basisverdi: 0,65 [kg C/tonn TS gjødsel] Mengde C-innhold av TS i storfegjødsel. Basisverdi: 400 kg [kg N/tonn TS gjødsel] Menge N-innhold i Storfegjødsel. Referanse: Daugstad, Basisverdi: 48 kg. Den svenske substrathåndboken (Carlsson og Uldal, 2009) oppgir 213 Nm 3 metan per tonn VS basert på 6 forskjellige referanser. Med en oppgitt metankonsentrasjon på 65 % tilsvarer dette 328 Nm 3 biogass per tonn VS. Videre er VS oppgitt til 80% av TS, noe som gir 262 Nm 3 biogass per tonn TS eller 23 Nm 3 biogass per tonn våtvekt (9% TS). NB! I praktisk drift antas biogassutbyttet (65% metan) å være om lag 230 Nm 3 biogass per tonn TS (Linné, M. et al., 2008). Vi velger her et potensiale på 260 Nm 3 biogass per tonn TS. Et metaninnhold på 65% er trolig noe høyt, erfaringstall tyder på at andelen er noe lavere (ned mot 60%). Tørrstoffinnholdet i bløtgjødsel fra storfe er på 8% (Daugstad, 2011). Nitrogeninnholdet for bløtgjødsel fra storfe er på 48 kg total N per tonn tørrstoff, fordelt på 28 kg uorganisk og 20 kg organisk N. Fosfor innholdet for bløtgjødsel fra storfe er på 8 kg total P per tonn tørrstoff (Daugstad, 2011) Gjødsel fra gris Gris er enmagede dyr, og det foregår lite anaerob omsetning i fordøyelsen. Det er derfor større biogasspotensiale fra grisegjødsel enn det er fra storfegjødsel. Grisegjødsel har også god bufferevne. I likhet med storfegjødsel vil innholdet av hydrogensulfid være høyt. Dersom konsentrasjonen av ammonium blir for høy i biogassreaktoren, vil dette hemme biogassproduksjonen. Grisegjødsel har høyere nitrogenkonsentrasjoner enn det storfegjødsel har, og ammoniuminhibitering kan være en begrensning ved bruk av grisegjødsel. Grisegjødsel bunnfeller raskt etter omrøring og det er derfor nødvendig med konstant omrøring i motsetning til storfegjødsel som holder seg homogen i lengre tid. Diesel og elektrisitetsforbruk er for grisegjødsel derfor avhengig av spredekapasitet. Østfoldforskning 12

19 Tabell 3.4 Parameterverdier for substrategenskaper for gjødsel fra gris Parameternavn Verdi Beskrivelse Sv_substrat_TS 0,08 Sv_Nm3_per_tonn_TS 330 Sv_metaninnh_biogass 0,65 Sv_substrat_mengde_C 400 Sv_substrat_mengde_N 75 TS-innhold i grisegjødsel som substrat. Referanse: Daugstad, Basisverdi: 8% [Nm3/tonn TS] Biogasspotensialet (65% metan) per tonn TS griseegjødsel. Kilde: Carlsson og Uldal, 2009 Basisverdi: 330 Nm3/tonn TS Andel metan i produsert biogass i anlegget fra grisegjødsel. Referanse: Calsson og Uldal, Basisverdi: 0,65 [kg C/tonn TS gjødsel] Mengde C-innhold av TS i grisegjødsel. Basisverdi: 400 kg [kg N/tonn TS gjødsel] Menge N-innhold i grisegjødsel. Referanse: Daugstad, Basisverdi: 75 kg. Den svenske substrathåndboken (Carlsson og Uldal, 2009) oppgir 268 Nm 3 metan per tonn VS basert på 6 forskjellige referanser. Med en oppgitt metankonsentrasjon på 65 % tilsvarer dette 412 Nm 3 biogass per tonn VS. Videre er VS oppgitt til 80% av TS, noe som gir 330 Nm 3 biogass per tonn TS (som velges her) eller 26 Nm 3 biogass per tonn våtvekt (8% TS). NB! I praktisk drift antas biogassutbytte (65% metan) å være om lag 310 Nm 3 biogass per tonn TS (Linné, M. et al., 2008). Tørrstoffinnholdet i bløtgjødsel fra gris er på 8% (Daugstad, 2011). Nitrogeninnholdet for bløtgjødsel fra gris er på 75 kg total N per tonn tørrstoff, fordelt på 53 kg uorganisk og 22 kg organisk N. Fosfor innholdet for bløtgjødsel fra gris er på 18 kg total P per tonn tørrstoff (Daugstad, 2011). 3.3 Substitusjonseffekter/sambehandling Ved blanding av ulike substrater kan en påvirke egenskapene til substratet og få en mer optimal næringssammensetning. I følge Schnürer og Jarvis (2009) får man vanligvis et bedre resultat, en mer stabil og robust biogassprosess og et høyere gassutbytte ved sambehandling. Eksempelvis vil biogassutbyttet kunne bli større dersom husdyrgjødsel utråtnes sammen med matavfall eller gras. Bløtgjødsel fra storfe kan virke stabiliserende på prosesser som har blitt ustabile, muligens på grunn av tilførselen av nye mikroorganismer. Gjødsel fra gris innholder mer protein, noe som kan gi noe høye ammoniakk-konsentrasjoner dersom det ikke sambehandles med mer karbonrikt materiale (Schnürer og Jarvis, 2009). I modellen er det lagt inn mulighet for å simulere effekten av sambehandling ved å variere parameterverdien nedenfor. Verdiene vil imidlertid være svært avhengig av behovet for sambehandling. Ved blanding av substrater med et svært lavt (potet) og et høyt nitrogeninnhold (betblast, som er bladene til sukkerroe, altså den delen av planta som vokser over bakken, men selve roen vokser i jorda) kan man eksempelvis oppnå økninger i biogassutbytte på 60% (Schnürer og Jarvis, 2009). En blanding av presset matavfall med avløpsslam ga en sambehandlingsgevinst på 5% (Linné,M, et al., 2008). I modellen er det lagt inn mulighet for å simulere effekten av samråtning ved å variere parameterverdien nedenfor. Østfoldforskning 13

20 Tabell 3.5 Paramenterverdi for samråtning av ulike substrater Parameternavn Verdi Beskrivelse Biogassalegg_samratning 1 Andel økt gevinst for biogassutbytte som følge av samråtning. Oppgi verdi over 1 for å simulere økt utbytte. Som basis antas ingen gevinst ved samråtning. Basisverdi: 1 Østfoldforskning 14

21 4 Referansesystem beskrivelse og parameterverdier 4.1 Referansesystem for matavfall Referansesystem for matavfall er dagens håndtering av matavfall eller eventuelt sannsynlig håndtering av matavfall dersom det ikke ble sendt til biogassproduksjon. I mange tilfeller vil alternativet være å ikke kildesortere matavfallet, og at det sendes til energiutnyttelse sammen med restavfallet. Det andre alternativet er kompostering, eller at en andel sendes til kompostering og en til energiutnyttelse. For ytterligere beskrivelse av disse scenariene og for parameterverdier, se Raadal et al., 2009 kapittel 10. Nedenfor vises livsløpet til matavfall til energiutnyttelse. Brennverdi (MJ/kg) Varmeproduksjon 100% * 85% * 75% El-produksjon 0% * 35% * 100% 0% Erstatter elproduksjon 0% Erstatter varmeproduksjon (olje) 100% Erstatter varmeproduksjon (fv-miks) 0% Erstatter elproduksjon 0% Erstatter varmeproduksjon (olje) 100% Erstatter varmeproduksjon (fv-miks) Avfall 0% Brennverdi (MJ/kg) Varme og/eller elproduksjon. Levert mengde: 64% 0% 0% Erstatter elproduksjon Erstatter varmeprodukssjon (olje) 100% Erstatter varmeproduksjon (fv-miks) Figur 4.1 Flytskjema for referansesystem for matavfall Resultatene fra nevnte studie er oppgitt per kg våtorganisk avfall, men er konvertert til utslipp per tonn TS, basert på en forutsetning om 33 % tørrstoffinnhold. 4.2 Referansesystem for storfegjødsel Dagens løsning for storfegjødsel er at den brukes direkte som gjødsel, og ikke sendes til biogassproduksjon. Dette innebærer at gjødselen først lagres på gården og deretter spres på jordet og erstatter mineralgjødsel. Videre antas det at gjødselen erstatter mineralgjødsel på basis av nitrogeninnhold. Disse tre livsløpsfasene for nullscenariet er lagring, spredning og erstatning av mineralgjødsel som vist i figuren under, og tilsvarer livsløpsfase 1, 8 og 10 som beskrevet i kapittel5. Utslippstall for metan, lystgass og ammoniakk er hentet fra Hoem (2008). Østfoldforskning 15

22 Utslipp under lagring Utslipp fra transport og spredning Utslipp fra gjødsel Gjødsel fra storfe 1 tonn TS Figur 4.2 Lagring Flytskjema for referansesystem for gjødsel fra storfe Energibruk omrøring Transport fra lager til jorde Spredning Drivstofforbruk traktor Erstatter kunstgjødsel Utslipp under lagring av fersk storfegjødsel beskrives nedenfor. Tabell 4.1 Parameterverdier for referansesystem: lagring av fersk gjødsel på gården Parameternavn Verdi Beskrivelse Sf_lagring_nullsc_CH4 10,2 Sf_lagring_nullsc_CO2 0 Sf_lagring_nullsc_N2O 0,123 Sf_lagring_nullsc_NH3 1,37 [kg metan/tonn TS fersk gjødsel] Utslipp av metan fra lagring av 1 tonn fersk gjødsel på lager hos bonden før den skal brukes direkte (ikke sendes til biogassanlegg). Kilde: SSB. Basisverdi: 10,2. [kg CO2/tonn TS fersk gjødsel] Utslipp av CO2 fra lagring av 1 tonn fersk gjødsel på lager hos bonden før den skal brukes direkte (ikke sendes til biogassanlegg). Trolig litt over 0 siden noe emittert metan blir oksidert til CO2 og vann, men dette anses som neglisjerbart. [kg N2O/tonn TS fersk gjødsel] Utslipp av lystgass fra lagring av 1 tonn fersk gjødsel på lager hos bonden før den skal brukes direkte (ikke sendes til biogassanlegg). Kilde: SSB. Basisverdi: 0,123 (Endret i forhold til fase I pga. teknisk feil) [kg NH3/tonn TS fersk gjødsel] Utslipp av ammoniakk fra lagring av 1 tonn fersk gjødsel på lager hos bonden før den skal brukes direkte (ikke sendes til biogassanlegg). Kilde: SSB. Basisverdi: 1,37 Fersk gjødsel blir etter lagring spredd. I forbindelse med spredningen kan det være behov for å homogenisere gjødselen (omrøring). Videre må gjødselen pumpes og spres. Modellen åpner for muligheter for å simulere ulike spredemetoder. Det tas også hensyn til at spredning medfører utslipp til luft i form av lystgass og ammoniakk. Østfoldforskning 16

23 Tabell 4.2 Parameterverdier for referansesystem: spredning av storfegjødsel Parameternavn Verdi Beskrivelse Spredn_sf_nullsc_diesel_omroering 0,05 Parameter for dieselbruk knyttet til omrøring i bioresten på lager før den spres. Kan settes lik 0 hvis det er elektrisitet som benyttes. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Forutsetter dieselforbruk 15 liter/time og 2-3 timer per lagertank. Basisverdi: 0,045 liter/m3. Spredn_sf_nullsc_el_omroering 0 [kwh/m3 gjødsel] Elforbruk knyttet til omrøring i fersk gjødsel på lager før den spres. Kan settes lik 0 hvis det er diesel som benyttes. Basisverdi = 0 (antar bruk av traktordreven pumpe). Spredn_sf_nullsc_diesel_pumpe 0,1 [liter diesel/m3 fersk gjødsel] Dieselbruk i traktor knyttet til pumping av fersk gjødsel fra lager til tankvogn eller slepeslange ved spredning. Kan settes til 0 dersom det er elektrisitet som benyttes. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Pumping av gjødsel til slepeslange, stor traktordreven pumpe: 0,25 liter/m3. Pumping av gjødsel til tankvogn, traktordreven pumpe: 0,1 liter/m3. Basisverdi: 0,1 liter/m3. Spredn_sf_nullsc_el_pumpe 0 [kwh/m3 fersk] Elforbruk knyttet til pumping av fersk gjødsel fra lager til tankvogn eller slepeslange ved spredning. Kan settes til 0 dersom det er diesel som benyttes. Basisverdi = 0 (antar bruk av traktordreven propellomrører). Spredn_sf_nullsc_diesel 0,28 [liter diesel/m3fersk storfegjødsel] Dieselforbruk i traktor ved spredning av fersk gjødsel som ikke har gått til biogassanlegg. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Slepeslange med slangebom: 0,05 l/m3. Tankvogn > 15m3: 0,28 l/m3. Tankvogn > 15 m3 6,6m nedfeller: 0,37 l/m3. Tankvogn: 12m3: 0,25 l/m3. Basisverdi: 0,28 liter/m3. Sf_nullsc_spredn_CH4 0 [kg CH4/tonn TS inn i anlegget] Utslipp av metan ved spredning av fersk husdyrgjødsel. Kilde: Amon, Basisverdi: 0 Sf_nullsc_spredn_N2O 0,55 [kg/tonn TS spredd gjødsel] Utslipp av lystgass til luft ved spredning og etter spredning av gjødsel. Referanse: Flytskjema for hvert scenario, lysark 2. Per tonn TS spredd gjødsel (siden dette er referansesystem er dette lik per tonn TS oppstått gjødsel) Kilde: SSB. Basisverdi 0,547. (Endret i forhold til fase I pga. teknisk feil) Sf_nullsc_spredn_NH3 5,39 [kg/tonn TS spredd gjødsel] Utslipp av NH3 til luft ved spredning av gjødsel. Referanse: SSB. Per tonn TS spredd gjødsel (siden dette er referansesystem er dette lik per tonn TS oppstått gjødsel) Referanse: SSB. Basisverdi: 5,39 Det forutsettes at storfegjødsel erstatter mineralgjødsel basert på nitrogeninnhold og andel utnyttbar nitrogen. Dette medfører sparte utslipp tilsvarende utslipp fra produksjon og spredning av Østfoldforskning 17

24 mineralgjødsel for den mengden som erstattes. Modellen tar hensyn til at en andel av det karbonet som er i gjødselen vil lagres i jorden. Utslippstall for ammoniakk er gjennomsnitt hentet fra SSB utslippsregnskap, og er beregnet ut fra når på året gjødselen spres, til hvilke vekster, og dersom den blir brukt til korn hvor lang tid det tar fra spredning til nedmoldning. Opptak og utnyttelse av fosfor I prinsippet vil all fosfor i husdyrgjødsel være tilgjengelig for opptak i planter. Dette krever en helt tilpasset gjødsling. Jordsmonnet har en stor og varierende evne til å binde fosfor og gjøre det utilgengelig for opptak og for avrenning. Vi velger derfor å si at bare 80% kan tas opp av plantene. Av de resterende 20% vil mesteparten bindes i jorda og anslagsvis vil bare 10% av denne differansen, totalt 2% som valgt verdi lekke ut i vann. Disse tallene vil variere mye med type jordsmonn, vegetasjon, nedbør og helningsvinkel. Ved stor nedbør vil større mengder frigjøres ved erosjon. Opptak og utnyttelse av nitrogen Opptak og utnyttelse av uorganisk nitrogen vil være avhengig av om gjødselen spres ved overflatespredning og om forholdene for tap av mineralsk nitrogen etter spredning er gunstige eller ugunstige, dvs. temperatur, nedbør, sol og vind. Andelen uorganisk nitrogen som da utnyttes vil kunne variere fra bare 16% opp til 50%. Dersom man sprer med nedmolding vil utnyttelsen variere fra 54% til 90%. I tillegg vil organisk N bidra med en utnyttelsesgrad på helt ned fra 6% (spredning om sommeren med sen omsetning) til 30% (spredning om våren med rask omsetning). Et visst tillegg vil komme neste års avling til gode. Faktorene er de samme for både bløtgjødsel fra storfe og fra gris. Sannsynligvis kan det samme tallmaterialet også benyttes for våt biorest. Alle disse tallene er hentet fra Bioforsk sitt TEMA februar 2011: Miljøriktig bruk av husdyrgjødsel (Skøien, S., Øgaard, A. F. og Nesheim, L., 2011). Siden disse tallene varierer svært mye velger vi en utnyttelse på 50 % av total N for enkelhets skyld. 2 Ved Best Available Technology kan denne faktoren økes til 70 % for bløtgjødsel fra storfe og 80% for bløtgjødsel fra gris, som har en høyere andel ammonium-n. Tabell 4.3 Parameterverdier for referansesystem: erstatning av mineralgjødsel Parameternavn Verdi Beskrivelse Sf_nullsc_utnyttb_and_N 0,6 Andel N som er utnyttbar for plantene. Kilde: personlig meddelelse fra Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk Basisverdi 0,6 Sf_Biorest_lagringsstabil_C 0,2 Andel C som lagres i jorden av karboninnholdet i substratet. Estimert av Tormod Briseid. Basisverdi: 0,2 4.3 Referansesystem for gjødsel fra gris Dagens løsning for gjødsel fra gris er at den brukes direkte som gjødsel og ikke sendes til biogassproduksjon. Dette innebærer at gjødselen først lagres på gården og deretter spres på jordet og erstatter mineralgjødsel. Videre antas det at gjødselen erstatter mineralgjødsel på basis av nitrogeninnhold. Utslippstall for metan, lystgass og ammoniakk er hentet fra Hoem (2008). Disse tre 2 Samtale med Anne Falk Øgaard, 26. august Østfoldforskning 18

25 livsløpsfasene for nullscenariet er lagring, spredning og erstatning av mineralgjødsel som vist i figuren under, og tilsvarer livsløpsfase 1, 8 og 10 som beskrevet i kapittel 5. Utslipp under lagring Utslipp fra transport og spredning Utslipp fra gjødsel Gjødsel fra svin 1 tonn TS Figur 4.3 Lagring Flytskjema for referansesystem for gjødsel fra gris Energibruk omrøring Transport fra lager til jorde Spredning Drivstofforbruk traktor Erstatter kunstgjødsel Utslipp under lagring av fersk gjødsel fra gris omfatter utslipp av klimagasser til luft. Det forutsettes at lagertanken er tett, og at det derfor ikke er utslipp til vann fra lageret. De inkluderte parameterne for lagring beskrives nedenfor. Tabell 4.4 Parameterverdier for referansesystem: lagring av fersk gjødsel på gården Parameternavn Verdi Beskrivelse Sv_lagring_nullsc_CH4 4,83 Sv_lagring_nullsc_CO2 0 Sv_lagring_nullsc_N2O 0,08 Sv_lagring_nullsc_NH3 5,51 [kg/tonn TS fersk gjødsel fra gris] Utslipp av metan fra lagring av 1 tonn grisegjødsel på lager hos bonden som skal brukes direkte som gjødsel og ikke sendes til biogassanlegg. Kilde: SSB/ egne anslag John Morken. Basisverdi: 4,83 [kg/tonn TS fersk gjødsel] Utslipp av CO2 fra lagring av 1 tonn fersk gjødsel på lager hos bonden før den skal brukes direkte (ikke sendes til biogassanlegg). Trolig litt over 0 siden noe emittert metan blir oksidert til CO2 og vann, men dette anses som neglisjerbart. [kg/tonn TS fersk gjødsel fra gris] Utslipp av lystgass fra lagring av 1 tonn grisegjødsel på lager hos bonden som skal brukes direkte som gjødsel og ikke sendes til biogassanlegg. Kilde: SSB. Basisverdi: 0,0789 [kg/tonn TS fersk gjødsel fra gris] Utslipp av ammoniakk fra lagring av 1 tonn grisegjødsel på lager hos bonden som skal brukes direkte som gjødsel og ikke sendes til biogassanlegg. Kilde: SSB. Basisverdi: 5,51 Gris gir høyere ammoniakkutslipp er kg TS sammenlignet med storfegjødsel tap. En annen forskjell er at andelen organisk bundet nitrogen er lavere, slik at mineraliseringen vil utgjøre en lavere andel tilført nitrogen. Fersk gjødsel blir etter lagring spredd. I forbindelse med spredningen kan det være behov for å homogensere gjødselen (omrøring). Videre må gjødselen pumpes og spres. Modellen åpner for muligheter for å simulere ulike spredemetoder. Det tas også hensyn til at spredning medfører utslipp til luft i form av lystgass og ammoniakk. Østfoldforskning 19

26 Tabell 4.5 Parameterverdier for referansesystem: spredning av gjødsel fra gris Parameternavn Verdi Beskrivelse Spredn_sv_nullsc_diesel_omroering 0,32 Spredn_sv_nullsc_el_omroering 0 Spredn_sv_nullsc_diesel_pumpe 0,1 Spredn_sv_nullsc_el_pumpe 0 Spredn_sv_nullsc_diesel 0,28 Sv_nullsc_spredn_CH4 0 Sv_nullsc_spredn_N2O 0,39 Sv_nullsc_spredn_NH3 7,84 Parameter for dieselbruk knyttet til omrøring i fersk gjødsel på lager før den spres. Kan settes lik 0 hvis det er elektrisitet som benyttes. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Forutsetter dieselforbruk 15 liter/time og 1 time til oppstart, deretter til kjøring er ferdig (10, 17 eller 21 timer gir 0,15, 0,26 eller 0,32 liter diesel/m3) Basisverdi: 0,32 liter/m3. [kwh/m3 gjødsel] Elforbruk knyttet til omrøring i fersk gjødsel på lager før den spres. Kan settes lik 0 hvis det er diesel som benyttes. Basisverdi = 0 (antar bruk av traktordreven pumpe). [liter diesel/m3 fersk gjødsel] Dieselbruk i traktor knyttet til pumping av fersk gjødsel fra lager til tankvogn eller slepeslange ved spredning. Kan settes til 0 dersom det er elektrisitet som benyttes. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Pumping av gjødsel til slepeslange, stor traktordreven pumpe: 0,25 liter/m3. Pumping av gjødsel til tankvogn, traktordreven pumpe: 0,1 liter/m3. Basisverdi: 0,1 liter/m3. [kwh/m3 fersk] Elforbruk knyttet til pumping av fersk gjødsel fra lager til tankvogn eller slepeslange ved spredning. Kan settes til 0 dersom det er diesel som benyttes. Basisverdi = 0 (antar bruk av traktordreven propellomrører). [liter diesel/m3 fersk gjødsel fra gris] Dieselforbruk i traktor ved spredning av fersk gjødsel som ikke har gått til biogassanlegg. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Slepeslange med slangebom: 0,05 l/m3. Tankvogn > 15m3: 0,28 l/m3. Tankvogn > 15 m3 6,6m nedfeller: 0,37 l/m3. Tankvogn: 12m3: 0,25 l/m3. Basisverdi: 0,28 liter/m3. [kg CH4/tonn TS fersk gjødsel fra gris] Utslipp av metan ved spredning av fersk husdyrgjødsel. Kilde: SSB. Basisverdi: 0 kg. [kg/tonn TS fersk gjødsel fra gris] Utslipp av lystgass til luft ved spredning av fersk gjødsel. Referanse: SSB. Per tonn TS spredd gjødsel (siden dette er referansesystem er dette lik per tonn TS oppstått gjødsel) Basisverdi: 0,385 kg [kg/tonn TS fersk gjødsel fra gris] Utslipp av lystgass til luft ved spredning av fersk gjødsel. Referanse: SSB. Per tonn TS spredd gjødsel (siden dette er referansesystem er dette lik per tonn TS oppstått gjødsel) Basisverdi: 7,84 kg Det forutsettes at gjødsel fra gris erstatter mineralgjødsel basert på nitrogeninnhold og andel utnyttbar nitrogen. Dette medfører sparte utslipp tilsvarende utslipp fra produksjon og spredning av Østfoldforskning 20

27 mineralgjødsel for den mengden som erstattes. Modellen tar hensyn til at en andel av det karbonet som er i gjødselen vil lagres i jorden. Tabell 4.6 Parameterverdier for referansesystem: erstatning av mineralgjødsel Parameternavn Verdi Beskrivelse Sv_nullsc_utnyttb_and_N 0,6 Andel N som er utnyttbar for plantene. Kilde: personlig meddelelse fra Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk Basisverdi 0,6 Sv_Biorest_lagringsstabil_C 0,2 Andel C som lagres i jorden av karboninnholdet i substratet. Estimert av Tormod Briseid. Basisverdi: 0,2 Østfoldforskning 21

28 5 Beskrivelse av hver livsløpsfase og parameterverdier for scenarioene for biogass 5.1 Lagring av fersk gjødsel Denne livsløpsfasen inneholder utslipp fra lagring av fersk gjødsel på gården før det transporteres til biogassanlegget. Lagringen medfører utslipp til luft i form av metan, lystgass og ammoniakk. Denne livsløpsfasen er ikke aktuell for matavfall, men er inkludert for gjødsel fra storfe og fra gris. Bygging av nytt lager og nedskriving over tid ikke inkludert, men bør inkluderes i en videreføring av prosjektet. Det forutsettes at lageret er tett i bunnen og på sidene og at det dermed ikke er utslipp til jord eller vann. Nedenfor vises parameterbeskrivelse og verdier for utslipp til luft ved lagring av 1 tonn TS storfegjødsel. Forutsetning for beregningene er at gjødsel lagres en måned før den transporters til biogassanlegg. Tabell 5.1 Parametre for lagring av substrat fra storfegjødsel på gården. Parameternavn Verdi Beskrivelse Sf_lagring_substrat_CH4 0 [kg metan/tonn TS substrat] Utslipp av metan fra lagring av 1 tonn storfegjødsel på lager hos bonden. Kilde: SSB/egne anslag John Morken. Basisverdi: 8,63 * Sf_lagring_substrat_CO2 0 [kg CO 2 /tonn TS substrat] Utslipp av CO 2 fra lagring av 1 tonn grisegjødsel på lager hos bonden. Kilde: John Morken, flytskjema for hvert scenario lysark 4. Basisverdi: 0. Trolig litt over 0 siden noe emittert metan blir oksidert til CO 2 og vann. Sf_lagring_substrat_N2O 0 [kg N2O/tonn TS substrat] Utslipp av lystgass fra lagring av 1 tonn storfegjødsel på lager hos bonden. Kilde: SSB/egne anslag John Morken. Basisverdi: 1,18E Sf_lagring_substrat_NH3 0,11 [kg NH3/tonn TS substrat] Utslipp av NH3 fra lagring av 1 tonn storfegjødsel på lager hos bonden. Kilde: SSB/egne anslag av John Morken. Basisverdi: 0,114 Beregningene av utslipp fra forlagring er gjort ved at man antar at utslipp av metan og lystgass er proporsjonal med mengden gjødsel. Man antar videre at lagringingen er uendret i forhold til om man ikke sender gjødsel til biogassanlegg. Når gjødselen lagres over tid akkumuleres mengden, og dermed også utslippene. Komplett beregningsmetode er gitt i vedlegg. Ammoniakkutslipp er avhengig av overflate og ikke volum. Det totale utslippet er avhengig av om det blir samlet opp gjødsel i perioden eller ikke. Dette er vanskelig å beregne, og en anslår at utslippet er for 12 måneder. Forlagringen settes derfor til 1/12 av utslippet ved referansesystemet, siden forlagringsperioden velges til en måned. Nedenfor vises parameterbeskrivelse og verdier for utslipp til luft ved lagring av 1 tonn TS gjødsel fra gris. Østfoldforskning 22

29 Tabell 5.2 Parametre for lagring av substrat fra gjødsel fra gris på gården. Parameternavn Verdi Beskrivelse Sv_lagring_substrat_CH4 0 Sv_lagring_substrat_CO2 0 Sv_lagring_substrat_N20 0 Sv_lagring_substrat_NH3 0,46 [kg metan/tonn TS substrat] Utslipp av metan fra lagring av 1 tonn grisegjødsel på lager hos bonden. Kilde: SSB/ egne anslag John Morken. Basisverdi: 1,57 * [kg CO2/tonn TS substrat] Utslipp av CO2 fra lagring av 1 tonn grisegjødsel på lager hos bonden. Kilde: John Morken, flytskjema for hvert scenario lysark 4. Basisverdi: 0. Trolig litt over 0 siden noe emittert metan blir oksidert til CO 2 og vann. [kg N2O/tonn TS substrat] Utslipp av lystgass fra lagring av 1 tonn grisegjødsel på lager hos bonden. Kilde: SSB/egne anslag John Morken. Basisverdi: 2,56E [kg NH3/tonn TS substrat] Utslipp av NH3 fra lagring av 1 tonn grisegjødsel på lager hos bonden. Kilde: SSB/egne anslag John Morken. Basisverdi: 0, Transport til behandling Transport til behandling omfatter alle klimagassutslipp knyttet til transport av substrat til biogassanlegget. For gjødsel medfører dette transport fra gård til biogassanlegg, inkludert pumping og tømming. Det er innhentet spesifikke data for dieselforbruk fra biogassanlegg i Danmark, men da disse dataene medførte lavere utslipp enn utslipp fra gjennomsnittlig trailertransport per tonnkilometer, ble det valgt å bruke databasedata for 32 tonns trailer, utslippsklasse EURO5 Swiss Centre for Life Cycle Inventories (2011). Dette er for å ha en konservativ tilnærming til utslipp fra transport, og for å ta høyde for at kjøring i Norge kan gi høyere utslipp som følge av økt drivstofforbruk på grunn av topografien. Det er ikke innhentet spesifikke data for fylling og tømming, og det forutsettes at utslipp knyttet til dette er relativt lave i forhold til kjøring av strekningen. Dataene for transport inkluderer også miljøpåvirkninger fra infrastruktur, det vil si nedskriving av bygging og vedlikehold av vei og kjøretøy. Utslippsdataene som er brukt er beregnet på bakgrunn av en gjennomsnittlig fyllingsgrad på bilen (det vil si at det også er tatt høyde for at returtransporten er tom). En mulig videreutvikling av modellen kan være å inkludere parametre der en kan oppgi spesifikk fyllingsgrad. Tabell 5.3 Parameterverdier for transport til behandling for storfegjødsel som biogassubstrat Parameternavn Verdi Beskrivelse Sf_trp_behandling 50 Sv_trp_behandling 50 [km] Transport av storfegjødsel fra lager på gård til biogassanlegg. Basisverdi: 50 km, må evalueres i hvert analysetilfelle. Trailertype: større enn 32 tonn. [km] Transport av grisegjødsel fra lager på gård til biogassanlegg. Basisverdi: 50 km, må evalueres i hvert analysetilfelle. Trailertype: større enn 32 tonn. Østfoldforskning 23

30 For matavfall inkluderer transport til behandling både innsamling av kildesortert matavfall hos husholdningene, transport til et eventuelt omlastingssted og transport frem til forbehandling. Tabell 5.4 Parameterverdier for transport til behandling for matavfall som biogassubstrat Parameternavn Verdi Beskrivelse M_T1 19 M_T2 28 [km] Husholdning til mottaksstasjon (innsamling) Basisverdi: 19 Kilde: Raadal et al., 2009 (Avfall Norge-modell). Antas renovasjonsbil 21 tonn. [km] Mottaksstasjon til sentralsortering. Basisverdi: 28 Kilde: Raadal et al., 2009 (Avfall Norge-modell). Trailertype: 7,5-16 tonn. Under transport tas det høyde for at det per tonn TS av hvert substrat transporteres også en mengde vann. Denne mengden beregnes fra parameterverdiene som er lagt inn for hvert substrat. Det er antatt at egenvekten til substratet er 1 tonn/m3 for alle substrattypene. 5.3 Forbehandling (kun for matavfall) Matavfall må forbehandles for å oppnå en homogen masse og at utråtningsprosessen skal fungere optimalt og for å fjerne fremmedlegemer. Denne livsløpsfasen omfatter energibruk knyttet til forbehandling, behandling av eventuell sikterest og transportbelastninger fra forbehandling til biogassanlegg dersom forbehandlingsanlegget er lokalisert et annet sted enn biogassproduksjonen. Tabell 5.5 Parameterverdier for forbehandling av matavfall Parameternavn Verdi Beskrivelse M_forbeh_el 48 M_forbeh_and_egenprod_el 0 M_forbeh_sikterest 0,07 Trp_forbeh_beh 102 [kwh/tonn TS matavfall] Forbruk av el under forbehandling av matavfall. Data fra HRA-anlegget. Årlig forbruk av el er og årlig mengde inn er tonn matavfall inn med antatt TS-innhold på 33% ( kwh/(9400tonn x 33%)=48 kwh/tonn TS). Basisverdi: 48 kwh/tonn TS Andel av el brukt i forbehandling som er egenprodusert. Verdien settes lik 1 hvis all el som benyttes er egenprodusert el. Basisverdi: 0 Tonn TS sikterest per TS tonn inn i forbehandlingsanlegget. Som en basis antas 7% som representerer ny teknologi. Dersom anlegget ikke er nytt, bør sikterestprosenten økes. (Beregnet sikterest fra to eksisterende anlegg 15% - 16% sikterest. Basisverdi: 0,07 [km] Transportavstand fra forbehandling til behandlingssted. Settes lik 0 dersom forbehandlingssted er lokalisert på samme sted som biogassanlegget. Det kan være aktuelt å legge inn båttransport.[km] Basisverdi: 102. Kilde: Raadal et al., 2009 (Avfall Norge-modell) Sentralsortering til sluttbehandling. Trailertype: 7,5-16 tonn. Mengden sikterest i forbehandlingen avhenger av kvaliteten på det kildesorterte matavfallet (mengde fremmedlegemer) og teknologien på forbehandlingen. For sikterest forutsettes det i modellen at avfallet sendes til forbrenning og at sikteresten har samme egenskaper som gjennomsnittlig restavfall. Innholdet i sikteresten har stor betydning for belastning fra Østfoldforskning 24

31 forbrenning av sikterest. Det er i resten av verdikjeden tatt hensyn til at sikteresten ikke følger med inn i biogassproduksjonen. 5.4 Biogassproduksjon Livsløpsfasen biogassproduksjon omfatter utråtning av substrat til biogass. Dette innebærer miljøpåvirkning fra energibruk knyttet til prosessen. Tabell 5.6 Parameterverdier for biogassproduksjonen Parameternavn Verdi Beskrivelse Biogassanlegg_elforbruk 75 Biogassanlegg_varmeforbruk 250 Biogassanlegg_reelt_utbytte 0,7 Biogassanlegg_and_egenprod_el 0 Biogassanlegg_and_egenprod_varme 0 Biogassanlegg_and_fjernvarme 0 Biogassanlegg_and_flis 1 Biogassanlegg_and_olje 0 Biogassanlegg_e_virkngrad 0,35 Biogassanlegg_v_virkngrad 0,75 Biogassanlegg_e_leveringsgrad 1 [kwh/tonn TS] Elektrisitetsforbruk i biogassanlegget per tonn TS inn i anlegget. Valgt verdi ut ifra vurdering av tall som er oppgitt i litteratur. Basert på Bernstad et. al., Basisverdi: 75 kwh/tonn TS [kwh/tonn TS] Varmeforbruk i biogassanlegget per tonn TS inn i anlegget. Valgt verdi ut ifra vurdering av tall som er oppgitt i litteratur. Basert på Bernstad et. al., Basisverdi: 250 kwh/tonn TS Andel av den teoretiske energimengden som anlegget klarer å utnytte. Avhenger av faktorer som forbehandling og oppholdstid i anlegget. Varierer vanligvis mellom 0,6 og 0,8. Basisverdi: 0,7 Andel elektrisitet konsumert i råtneprosess som er produsert av egenprodusert biogass. Verdien settes lik 1 hvis all el som benyttes er egenprodusert el. Basisverdi: 0 Andel varme konsumert i råtneprosess som kommer fra egenprodusert biogass. Verdien settes lik 1 hvis all varme som benyttes er egenprodusert varme. Basisverdi: 0 Andel varme konsumert til råtneprosess som kommer fra fjernvarme. Basisverdi: 0 Andel varme konsumert til råtneprosess som kommer fra flisfyring. Basisverdi: 1 Andel varme konsumert til råtneprosess som kommer fra oljefyring. Basisverdi: 0 Virkningsgrad elektrisitetsgenerering. Fra Avfall-Norgeprosjektet: Biologisk behandling (biogassanlegg): Energiutnyttingsandel ved bruk av biogass til elektrisitetsproduksjon. Etter at alle tap er inkludert i forbrennings- og elproduksjonsprosessen. Antatt verknadsgrad for elektrisitetsproduksjon på 35%, reknet av brennverdien i brenslet (referanse: Østfoldforskning). Basisverdi=0,35. Virkningsgrad for varmeproduksjon (standard virkningsgrad for varmeproduksjon fra Avfall Norge-prosjektet) Raadal et al., Basisverdi: 0,75 Mengde solgt energi dividert på mengde produsert energi. For elektrisitet antas det at 100% av generert el leveres. Basisverdi: 1 Østfoldforskning 25

32 Biogasanlegg_v_leveringsgrad 0,72 Sf_nedbrytn_biogassanl 0,4 Sv_nedbrytn_biogassanl 0,55 M_nedbrytn_biogassanl 0,7 Mengde solgt energi dividert på mengde produsert energi. Data er hentet fra EcoPro, datainnsamlingsskjema 2010 ifbm MNA-prosjekt. Basisverdi: 0,72 Andel nedbrytning av storfegjødsel i biogassanlegget. Anslått av John Morken Basisverdi: 0,4. Andel nedbrytning av gjødsel fra gris i biogassanlegget. Anslått av John Morken. Basisverdi: 0,55 Andel nedbrytning av matavfall i biogassanlegget. Anslått av John Morken. Basisverdi: 0,7. Mengde biogass produsert i anlegget beregnes på grunnlag av biogasspotensialet til substratene og virkningsgraden til anlegget. For samråtningseffekt mellom flere substrater, se kapittel 3.3. I modellen er det antatt ingen utslipp fra selve utråtningstanken. Dette er en forenkling, siden det kan oppstå diffuse utslipp fra rør og koblinger. Michel et al. (2010) viser til Ecoinvent som kalkulerer med et metanutslipp på 1,8 % av gassproduksjonen. I andre publikasjoner (referert til i Bernstad et al.(2011), varier utslippet fra 0,5 til 8 %, 1 % er trolig mest relevant i forhold til framtidig teknologi. I samme publikasjon er det gitt et forholdstall mellom metan og lystgassutslipp, mens det brukes 0- utslipp av ammoniakk. Lystgassutslipp konkluderes av Bernstad et al. (2011) at man ikke har nok kunnskaper til å sette noe tall. 5.5 Oppgradering Denne fasen omfatter klimagassutslipp fra oppgraderingsprosessen, både energibruk og utslipp i form av metantap. Mengden biogass produsert fra 1 tonn TS avhenger av substrattype. Tabell 5.7 Parameterverdier for oppgradering av biogass til drivstoffkvalitet Parameternavn Verdi Beskrivelse Oppgradering_elforbruk 0,25 Oppgradering_metantap 0,015 [kwh/nm3] Kilde: PSA-teknologi fra IEA-tabell i notat om oppgradering fra TelTek. BasisverdI: 0,25 kwh/nm3 inn til oppgradering. Andel metan tapt underveis i oppgraderingsprosessen. Metantap er avhengig av oppgraderingsteknologi og ligger som regel mellom 1 og 2%. Basisverdi: 0,015 (1,5% - PSA-teknologi) Enkelte oppgraderingsteknologier kan ha påvirkning på andre miljøindikatorer som toksisitet på grunn av utslipp av aminer. Dette vil ikke gi utslag på klimaregnskap og er derfor ikke inkludert her, men må inkluderes ved bruk av analysene som beslutningsunderlag når det er aktuelt. For elforbruk under oppgradering forutsettes det nordisk produksjonsmiks (Østfoldforskning, 2011). Østfoldforskning 26

33 5.6 Avvanning (inkludert videre behandling) Denne livsløpsfasen er kun relevant hvis bioresten avvannes. Videre behandling av den avvannede bioresten kan være kompostering for bruk av bioresten som jordforbedringsmiddel. Tabell 5.8 Parameterverdier for avvanning av biorest og bruk av våtfase Parameternavn Verdi Beskrivelse Avvanning_elbruk_per_tonn_subs 6,03 Avvanning_and_egenprod_el 0 Avvanning_toerr_biorest_per_tonnTS 0,16 Avvanning_kompostering 1 Avvaning_vatfase_Nandel 0,75 Avvanning_vannrensing_N2O 0,01 Avvanning_kompostering_ CH4 2,4 Avvanning_kompostering_sf_N2O 0,07 Avvanning_kompostering_sv_N2O 0,2 Avvanning_kompostering_m_N2O 0,2 Avvanning_kompostering_sf_NH3 2,6 Avvanning_kompostering_sv_NH3 7,1 Avvanning_kompostering_m_NH3 6,1 Avvanning_kompostering_NMVOC 1 Utslipp CH4 0 Avvanning_vatfase_som_gjodsel_Sf_N2O 0,25 Avvanning_vatfase_som_gjodsel_Sv_N2O 0,25 Avvanning_vatfase_som_gjodsel_M_N2O 2,9*10-5 Avvanning_vatfase_som_gjodsel_Sf_NH3 5,55 [kwh per tonn TS substrat inn i biogassanlegget] Elforbruk for avvanningsprosess. Hentet fra et norsk biogassanlegg. Basisverdi: kwh (9400 tonn *0,3 TS%) = 6,03 kwh Andel el konsumert i avvanningsprosess som kommer fra egenprodusert biogass. Basisverdi: 0 [tonn] biorest/tonn substrat-ts inn i biogassanlegget (obs! ikke per våt biorest UT av anlegget). Data fra et norsk biogassanlegg. Anslått 500 tonn tørr biorest årlig, 9400 tonn matavfall inn med 33% TS. Basisverdi: 500/(9400*0,33)=0,16 1=ja, 0=nei. Ved avvanning etter kompostering settes denne verdien lik 1. Dersom bioresten ikke komposteres eller behandles på annen måte, settes verdien lik 0. Andel N i bioresten som følger den våte fasen. Kilde: Jørgensen (2008). Basiscerdi: 0,75 Lystgassutslipp fra rensing av våt fase: utslipp av lystgass-n per kg N renset. Aasestad (2007) SSB: 2% av nitrogenet som fjernes i renseanlegg blir til lystgass. Antar at 50% N blir renset, 1% av N blir til lystgass. Basisverdi: 0,01 Beregninger er foretatt ut fra utslippsmodellen som brukes i Jansen la Cour et al. (2007), samt justert i hht Andersen (2010). Vedlegg 9. Endret til spesifikke verdier for hvert substrat 75 % av spredning av uavvannet biorest. Egne anslag ut fra andel N som føler våt fase 75 % av spredning av uavvannet biorest. Egne anslag ut fra andel N som føler våt fase 75 % av spredning av uavvannet biorest. Egne anslag ut fra andel N som føler våt fase. Basisverdi 2,89* % av spredning av uavvannet biorest. Egne anslag ut fra innhold av ammoniakk Østfoldforskning 27

34 Avvanning_vatfase_som_gjodsel_Sv_ NH3 8,08 Avvanning_vatfase_som_gjodsel_M_ NH3 2,66 90 % av spredning av uavvannet biorest. Egne anslag ut fra innhold av ammoniakk 90 % av spredning av uavvannet biorest. Egne anslag ut fra innhold av ammoniakk Det er som basis lagt inn at vannfasen sendes til renseanlegg og at rensingen medfører lystgassutslipp. Enkelte steder er det ikke krav til rensing, noe som kan føre til at vannet gir nitrogenutslipp til vann. Dette vil ikke påvirke miljøindikatoren global oppvarming, men vil gi bidrag til miljøindikatorer som eutrofiering.. Det antas som basis at den avvannede bioresten komposteres, noe som medfører lystgass og metanutslipp fra komposten, i tillegg til energibruk i forbindelse med komposteringen. Vannfasen går til kommunalt renseanlegg, der det er lagt inn utslipp av KOF, P og N, i tillegg til N 2 O fra renseanlegget. Alternativ brukes vannfasen som gjødselvann til spredning på jordbruksarealer og erstatter bruk av mineralgjødsel. Dette er en metode som kan benyttes for å fjerne fosfor, som vil følge den tørre fasen. Nitrogen følger vannfasen og denne vil derfor være egnet som gjødselprodukt. Dette scenario er lagt inn i modellen i fase II. 5.7 Transport til lagring og lagring av flytende biorest Denne fasen inkluderer klimagassutslipp fra transport av flytende biorest fra behandlingssted til lagring på gård og utslipp knyttet til lagring. Det kan være både klimagassutslipp og ammoniakkutslipp fra lagertanker. Utslippene er avhengig av mange faktorer som temperatur, dekke, flytedekke av organisk materiale osv. Da dette prosjektet beskriver fremtidige anlegg er det valgt å bruke data knyttet til beste tilgjengelige teknologi. Det forutsettes da en tett lagertank for flytende biorest og da vil utslippene være null. Hvis det ses på en lagertank uten dekke vil utslipp være som vist i tabell 6.9. Disse tallene er Basert på Amon et al. (2006) og Hartmann (2006) som operer med forholdstall til lagring av ubehandlet gjødsel. Under transport tas det høyde for at per tonn TS av biorest transporteres det også en mengde vann. Denne mengden beregnes fra parameterverdiene som er lagt inn for bioresten. Det er antatt at egenvekten til substratet er 1 kg/m3 for alle substrattypene. Østfoldforskning 28

35 Tabell 5.9 Parameterverdier for transport til lagring og lagring av flytende biorest uten dekke Parameternavn Verdi Beskrivelse Trp_biogassanl_lager 50 Sf_lagring_biorest_CH4 6,83 Sf_lagring_biorest_N2O 0 Sf_lagring_biorest_NH3 1,92 Sv_lagring_biorest_CH4 3,23 Sv_lagring_biorest_N2O 0 Sv_lagring_biorest_NH3 7,71 M_lagring_biorest_CH4 17,64 M_lagring_biorest_N2O 0 M_lagring_biorest_NH3 0,159 [km] Avstand fra biogassanlegg til lager på gård. Trailertype: større enn 32 tonn. [kg/tonn TS storfegjødsel som substrat inn i anlegget] Utslipp av metan fra lagring av 1 tonn substrat på lager hos bonden før spredning. Kilde: Amon, Basisverdi: 6,83 IPCC Settes til 0 som i klimakur. (Intet flytedekke for dannelse av lystgass) (Endret i forhold til fase I pga. endret referansegrunnlag) [kg/tonn TS storfegjødsel som substrat inn i anlegget] Utslipp av ammoniakk fra lagring av 1 tonn substrat på lager hos bonden før spredning. Kilde: Amon, Basisverdi: 1,92. (Endret i forhold til fase I pga. endret referansegrunnlag) [kg/tonn TS substrat fra gjødsel fra gris inn anlegget] Utslipp av metan fra lagring av 1 tonn biorest fra gjødsel fra gris på lager hos bonden før spredning. Kilde: Amon, 2006 Basisverdi: 3,23 [kg/tonn TS substrat fra gjødsel fra gris inn anlegget] Settes til 0 som i klimakur. (Intet flytedekke for dannelse av lystgass) (Endret i forhold til fase I pga. endret referansegrunnlag) [kg/tonn TS substrat fra gjødsel fra gris inn anlegget] Utslipp av ammoniakk fra lagring av 1 tonn biorest fra gjødsel fra gris på lager hos bonden før spredning. Kilde: Amon, 2006 Basisverdi: 7,71. (Endret i forhold til fase I pga. endret referansegrunnlag) [kg CH4/tonn TS substrat av matavfall inn i anlegget]. Utslipp av metan fra biorest av matavfall på lager hos bonden før det skal spres. Estimerte utslipp av John Morken: 24,6 Nm3/tonn til kg. Tetthet metan 0,717 kg/nm3. 24,6 Nm3/tonn x 0,717 kg/nm3 = 17,638 kg/tonn. [kg N2O/tonn TS substrat av matavfall inn i anlegget]. Settes til 0 som i klimakur. (Intet flytedekke for dannelse av lystgass). (Endret i forhold til fase I pga. endret referansegrunnlag) [kg NH3/tonn TS substrat av matavfall inn i anlegget]. Utslipp av ammoniakk fra biorest av matavfall på lager hos bonden før det skal spres. Estimert av John Morken. Basisverdi: 0, Transport til brukssted og bruk (inkludert spredning og utslipp i vekstsesong) Transport til brukssted og bruk omfatter klimagassutslipp knyttet omrøring/homogenisering av gjødsel, frakt til jordet, til spredning av flytende biorest på jordet, og utslipp fra bioresten i vekstsesongen. Dette innebærer omrøring, pumping og spredning, i tillegg til utslipp til luft fra bioresten ved spredning og i vekstsesongen. For avvannet biorest omfatter livsløpsfasen transport til brukssted og eventuelle utslipp knyttet til bruk av komposten. I likhet med spredning av ubehandlet gjødsel vil ikke spredning av flytende biorest medføre utslipp av metan (Amon et al., 2006). For vannfasen er det utslipp knyttet til spredning av dette som gjødselvann. Østfoldforskning 29

36 Utslipp av lystgass og ammoniakk avhenger av spredeteknologi, nedfellingen (dybde), tid fra spredning til nedmolding,og om jorda er vannmettet under eller etter nedfellingen. Det er gjort en antagelse om at spredning av biorest ikke vil medføre endring av spredepraksis, spredeteknologi eller tidspunkt for spredning. Dermed kan det brukes forholdstall for utslipp i forhold til ubehandlet gjødsel. Dette finnes i Amon et al. (2006). Det er videre antatt at dette forholdstallet er likt både for storfe- og grisegjødsel. Tabell 5.10 Parameterverdier for bruk av flytende biorest (under og etter spredning) Parameternavn Verdi Beskrivelse Spredn_biorest_diesel_omroering 0,32 Parameter for dieselbruk knyttet til omrøring i fersk gjødsel på lager før den spres. Kan settes lik 0 hvis det er elektrisitet som benyttes. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Forutsetter dieselforbruk 15 liter/time og 1 time til oppstart, deretter til kjøring er ferdig (10, 17 eller 21 timer gir 0,15, 0,26 eller 0,32 liter diesel/m3] Basisverdi: 0,32 liter/m3. Spredn_biorest_el_omroering 0 [kwh/m3 gjødsel] Elforbruk knyttet til omrøring i fersk gjødsel på lager før den spres. Kan settes lik 0 hvis det er diesel som benyttes. Basisverdi = 0 (antar bruk av traktordreven pumpe). Spredn_biorest_diesel_pumpe 0,1 [liter diesel/m3 fersk gjødsel] Dieselbruk i traktor knyttet til pumping avfersk gjødsel fra lager til tankvogn eller slepeslange ved spredning. Kan settes til 0 dersom det er elektrisitet som benyttes. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Punmping av gjødsel til slepeslange, stor traktordreven pumpe: 0,25 liter/m3. Pumping av gjødsel til tankvogn, traktordreven pumpe: 0,1 liter/m3. Basisverdi: 0,1 liter/m3. Spredn_biorest_el_pumpe 0 [kwh/m3 fersk] Elforbruk knyttet til pumping av fersk gjødsel fra lager til tankvogn eller slepeslange ved spredning. Kan settes til 0 dersom det er diesel som benyttes. Basisverdi = 0 (antar bruk av traktordreven propellomrører). Spredn_biorest_diesel 0,28 [liter diesel/m3 fersk gjødsel fra gris] Dieselforbruk i traktor ved spredning av fersk gjødsel som ikke har gått til biogassanlegg. Referanse: Notat fra Ivar Sørby: Drivstofforbruk ved håndtering av flytende husdyrgjødsel. Slepeslange med slangebom: 0,05 l/m3. Tankvogn > 15m3: 0,28 l/m3. Tankvogn > 15 m3 6,6m nedfeller: 0,37 l/m3. Tankvogn: 12m3: 0,25 l/m3. Basisverdi: 0,28 liter/m3. Standard teknologi (verdier for BAT -best available teknologi i parentes bak) Spredn_sf_Biorest_CH 4 0 [kg/tonn TS substrat fra storfegjødsel inn i anlegget] Utslipp fra metan i forbindelse med spredning og etter spredning. Kilde: Amon, Basisverdi: 0. Spredn_sf_Biorest_N 2 O 0,468 (0,331) [kg N2O/tonn TS substrat fra storfegjødsel inn i anlegget] Utslipp fra lystgass i forbindelse med spredning og etter spredning. Kilde: Amon, Basisverdi: 0,468. Spredn_sf_Biorest_NH 3 6,17 (3,70) [kg NH3/tonn TS substrat fra storfegjødsel inn i anlegget] Kilde: Amon, Basisverdi: 6,17. Spredn_sv_Biorest_CH 4 0 [kg CH4/tonn TS substrat fra gjødsel fra gris inn i anlegget] Utslipp Østfoldforskning 30

37 Spredn_sv_Biorest_N 2 O 0,329 Spredn_sv_Biorest_NH 3 8,98 (5,39) Spredn_m_Biorest_CH 4 0 Spredn_m_Biorest_N 2 O 0,159 Spredn_m_Biorest_NH 3 2,96 (1,78) av metan ved spredning av biorest fra husdyrgjødsel. Kilde:Amon, Basisverdi: 0 kg. [kg N2O/tonn TS substrat fra gjødsel fra gris inn i anlegget] Utslipp av lystgass ved spredning av biorest fra husdyrgjødsel. Kilde:Amon, 2006 Basisverdi: 0,329. [kg NH3/tonn TS substrat fra gjødsel fra gris inn i anlegget] Utslipp av ammoniakk ved spredning av biorest fra husdyrgjødsel. Kilde: Amon, Basisverdi: 8,98 kg. Basisverdiene for diesel og elektrisitetsbruk ved spredning av biorest er her satt lik som for fersk gjødsel per m 3 masse. I realiteten kan energibruk knyttet til spredning av biorest være noe lavere (for storfegjødsel omtrent energiforbruket ca 85 % av energiforbruket for fersk gjødsel og for grisegjødsel 40 % av forbruket på fersk grisegjødsel). Spredeteknikk bør vurderes i hvert tilfelle ved bruk av modellen. Analyser fortatt i prosjektet viser at lystgass- og metanutslipp under og etter spredning kan ha stor betydning for klimapåvirkning. Energibruk ved spredning har mindre betydning. Avvannet biorest Kompostert biorest kan brukes som jordforbedringsmiddel i hager og parker. Bruken av dette vil medføre en transportetappe fra biogassanlegget til brukssted. Tabell 5.11 Parameterverdier for bruk av avvannet biorest Parameternavn Verdi Beskrivelse Sf_trp_avvannet_biorest 50 [km] Avstand fra biogassanlegg til brukssted (hvor det benyttes som jordforbedringsmiddel). Basisverdi 50 km 5.9 Erstattet (biogass) Livsløpsfasen erstattet energibærer (biogass) omfatter gevinsten ved at biogassen som produseres benyttes til varme, elektrisitet eller drivstoff og erstatter dermed en annen energibærer. Hvor mye som erstattes av annen energibærer avhenger av mengde produsert biogass per tonn TS inn i anlegget og av hvordan biogassen blir brukt. Eventuell egenprodusert elektrisitet eller varme som brukes inn i egen produksjon (forbehandling, biogassreaktor, avvanning) reduserer belastningen for energibruk i produksjonsprosessen samtidig som det vil føre til en lavere gevinst for erstattet energibærere, siden en mindre mengde energi leveres ut av anlegget. Østfoldforskning 31

38 Tabell 5.12 Parameterverdier for biogass som erstatter andre energibærere Parameternavn Verdi Beskrivelse Andel_e_erst_elektrisitet 1 Andel av generert elektrisitet som erstatter innkjøpt elektrisitet. Basisverdi: 1 Andel_e_erst_fjernvarmemiks 0 Andel av generert elektrisitet som erstatter fjernvarmemiks. Basisverdi: 0 Andel_e_erst_kull 0 Andel av generert elektrisitet som erstatter kullfyring. (Sannsynligvis ikke så relevant.) Basisverdi: 0 Andel_e_erst_olje 0 Andel av generert elektrisitet som erstatter oljefyring. Basisverdi: 0 Andel_erst_diesel 1 Andel av oppgradert biogass som erstatter diesel i kjøretøy. Basisverdi: 1 Andel_erst_naturgass 0 Andel av oppgradert biogass som erstatter naturgass. Basisverdi: 0 Andel_v_erst_elektrisitet 0 Andel av produsert varme eller elektrisitet som erstatter elektrisitet (nordisk produksjonsmiks for elektrisitet). Basisverdi: 0 Andel_v_erst_fjernvarmemiks 1 Andel av produsert varme som erstatter fjernvarmemiks. Basisverdi: 1 Andel_v_erst_kull 0 Andel av produsert varme som erstatter kullfyring. (Sannsynligvis ikke så relevant.) Basisverdi: 0 Andel_v_erst_olje 0 Andel av produsert varme som erstatter oljefyring. Basisverdi: 0 Ved oppgradering erstatter biogassen automatisk diesel. Mengde diesel erstattet er et resultat av teoretisk potensiale i substratet, virkningsgrad i biogassreaktor, metantap under oppgradering og differanse i virkningsgrad for gass- og dieselmotor Erstattet (biorest) Ved utnyttelse av flytende biorest som gjødsel antas det at bioresten erstatter mineralgjødsel. I tillegg er det en andel av karbonet i bioresten som lagres i jorda. Det antas at det er det lett nedbrytbare karbonet som omdannes til metan i biogassanlegget og at mengden karbon som lagres i jorda dermed blir relativt lik som for nullscenarioet der gjødselen spres direkte på jordet. Også ved avvenning av bioresten kan vannfasen brukes som gjødselprodukt og erstatte mineralgjødsel. Tabell 5.13 Parameterverdier for utnyttelse av flytende biorest Parameternavn Verdi Beskrivelse Sf_substrat_utnyttb_and_N 0,6 Andel N som er utnyttbar for plantene. Kilde: Personlig meddelelse fra Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk Basisverdi: 0,6. Sf_Biorest_lagringsstabil_C 0,2 Estimert av Tormod Briseid. Basisverdi: 0,2 Sv_substrat_utnyttb_and_N 0,6 Andel N som er utnyttbar for plantene. Kilde: Personlig meddelelse fra Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk Basisverdi: 0,6. Sv_substrat_lagringsstabil_C 0,2 Lagringsstabil mengde C til jord for flytende biorest fra grisegjødsel. Basisverdi: 0,2. M_substrat_utnyttb_and_N 0,6 Andel N som er utnyttbar for plantene. Referanse: Trond Knapp Haraldsen, Bioforsk Basisverdi: 0,6. M_substrat_lagringsstabil_C 0,2 Lagringsstabil mengde C til jord for flytende biorest fra matavfall. Anslått av Tormod Briseid. Basisverdi: 0,2 Mengden erstattet mineralgjødsel beregnes ut ifra mengde nitrogen i bioresten og hvor stor andel av dette planten kan utnytte. Det antas at andel av mineralsk nitrogen øker ved biogassbehandling, og at Østfoldforskning 32

39 biorest da vil kunne gi en større erstatningsverdi av mineralgjødsel enn ubehandlet gjødsel. Da denne forutsetningen ikke er entydig velges det likevel å anta at gjødselverdien er den samme for både ubehandlet og behandlet mengde gjødsel pr TS gjødsel. Data for sparte utslipp fra produksjon og bruk av mineralgjødsel er hentet fra LCA-analyser av produksjon (Yara HESQ/ TK Jenssen, 2010) og spredning av mineralgjødsel (N, K, P-gjødsel) (Yara, 2011). Utslipp fra produksjon av mineralgjødsel er noe endret i forhold til rapporten fra fase I. Nå brukes det data basert på norsk produksjon(3,1 kg CO 2 ekv./tonn N), mens det tidigere ble brukt europeisk Best Available Technology (3,6 kg CO 2 ekv./tonn N) Østfoldforskning 33

40 6 Resultater for matavfall I dette kapittelet vises generelle resultater per tonn TS for matavfall, der basisverdier er brukt. De generelle resultatene viser hvilke livsløpsfaser som gir størst bidrag til miljøpåvirkning, og hvilket scenario er mest gunstig ut fra en miljømessig betraktning. Tabellen nedenfor viser de ulike generelle scenarioene som er analysert for matavfall. Tabell 6.1 Generelle scenarioer analysert for matavfall Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Forbrenning sammen med restavfall (erstatter fjernvarmemiks) Biogassproduksjon av matavfall: varmeproduksjon erstatter fjernvarmemiks og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av matavfall: varmeproduksjon erstatter olje/el og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av matavfall: el-produksjon erstatter el og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av matavfall: drivstoffproduksjon og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av matavfall: drivstoffproduksjon og avvanning av biorest, hvor avvannet biorest komposteres og vannfasen går til renseanlegg for nitrogenrensing Biogassproduksjon av matavfall: drivstoffproduksjon og avvanning av biorest, hvor avvannet biorest komposteres og vannfasen brukes som gjødsel Flere steder i Norge har ikke krav til nitrogenrensning (scenario E) og nitrogenet kan dermed slippes direkte ut til vann. Dette vil ikke påvirke et klimaregnskap, men påvirker andre miljøindikatorer (forsuring, overgjødsling). Et annet scenario er at avvanning brukes som metode for å fjerne fosfor (som vil følge den tørre fasen). Den våte fasen er rik på nitrogen og kan dermed benyttes som gjødselsprodukt. 6.1 Klimapåvirkning Figuren nedenfor viser resultater fra de generelle analysene for matavfall per tonn TS, fordelt på hver livsløpsfase. Østfoldforskning 34

41 kg CO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II 600 Klimapåvirkning for 1 tonn TS matavfall Lagring av substrat 400 Transport til anlegg 200 (Forbehandling) Figur 6.1 Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Biogass-produksjon (forbrenning/kompostering) Oppgradering Avvanning (inkl. komposterinng og N-rensing) Transport til lagring og lagring av biorest Transport til spredning og spredning/bruk Biogass erstatter drivstoff eller energibærer Biorest erstatter kunstgjødsel eller jordforbedrings-middel Generelle resultater for klimapåvirkning fra håndtering av 1 tonn TS matavfall fordelt på livsløpsfasene Resultatene for 1 tonn tørrstoff matavfall (figur 6.1) viser at for referansescenario er det forbrenning av matavfall og transport til forbrenningsanlegg som gir det største utslipp og erstatning av energibærer som er den største gevinst. For scenario A-F er det de største utslipp knyttet til forbehandling og transport til anlegg. De største gevinstene er at biorest erstatter mineralgjødsel (i form av flytende biorest, A-D) eller torv (i form av avvannet biorest, E og F), hvor vannfasen erstatter mineralgjødsel, F). Som for referansescenario er det også en stor gevinst knyttet til erstatning av energibærer. Denne gevinsten er størst hvor biogassen oppgraderes til drivstoff. Figur 6.2 viser alle livsløpsfasene summert til netto klimagassutslipp per tonn TS. Resultatene viser at scenario D, hvor biogass oppgraderes til drivstoffkvalitet og erstatter diesel gir størst gevinst. Klimabelastningen knyttet til oppgradering er mindre enn gevinsten ved å erstatte diesel fremfor energibærere som elektrisitet (nordisk elektrisitetsmiks) eller fjernvarmemiks. Dette kan dog avhenge av metantapet til den aktuelle oppgraderingsteknologien. Bruk av biogassen og hvilke energibærere som erstattes har stor innvirkning på resultatene. Østfoldforskning 35

42 kg CO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II 600 Netto klimapåvirkning for 1 tonn TS matavfall Varmeproduksjon Elproduk. Drivstoffproduksjon Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Figur 6.2 Generelle resultater for netto klimapåvirkning fra håndtering av 1 tonn TS matavfall I fase I av prosjektet ble det forutsatt at det er utslipp av metan og lystgass fra lagring av biorest. I denne fasen av prosjektet er det forutsatt at det er tette tanker og at disse utslippene reduseres til null. Utslippene ved spredning av biorest er noe høyere enn tidligere antatt (fase I). Differensen mellom scenarioene er større enn i fase I, dvs det forbedrede datagrunnlaget gir en større klimagevinst ved produksjon av biogass. 6.2 Forsuring Østfoldforskning 36

43 kg SO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II Forsuring for 1 tonn TS matavfall Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Lagring av substrat Transport til anlegg (Forbehandling) Biogass-produksjon (forbrenning/kompostering) Oppgradering Avvanning (inkl. komposterinng og N-rensing) Transport til lagring og lagring av biorest Transport til spredning og spredning/bruk Biogass erstatter drivstoff eller energibærer Biorest erstatter kunstgjødsel eller jordforbedrings-middel Figur 6.3 Generelle resultater for forsuring fra håndtering av 1 tonn TS matavfall fordelt på livsløpsfasene Figur 6.3 viser forsuring for scenarioene for matavfall. Det er utslipp av ammoniakk fra spredning av biorest som gir de største bidragene i alle scenario unntatt scenario E, hvor bioresten komposteres og vannfasen renses i renseanlegg. For scenario E og F er det også ammoniakkutslipp fra kompostering av avvannet biorest. Transport utgjør en liten andel i alle scenarioene. Figur 6.4 viser netto bidrag til forsuring. Det ses at referansescenario og scenario D gir lavest bidrag til forsuring. Østfoldforskning 37

44 kg SO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II 14 Netto forsuring for 1 tonn TS matavfall Drivstoffproduksjon 8 6 Varmeproduksjon Elproduksjon Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Figur 6.4 Generelle resultater for netto forsuring fra håndtering av 1 tonn TS matavfall Østfoldforskning 38

45 7 Resultater for storfegjødsel I dette kapittelet vises generelle resultater per tonn TS for storfegjødsel, der basisverdier er brukt. De generelle resultatene viser hvilke livsløpsfaser som gir størst bidrag til miljøpåvirkning, og hvilket scenario som er mest gunstig ut fra en miljømessig betraktning. Tabellen nedenfor viser de ulike generelle scenarioene som er analysert for storfegjødsel. Tabell 7.1 Generelle scenarier analysert for storfegjødsel Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Bruk av gjødsel direkte og erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av storfegjødsel: varmeproduksjon erstatter fjernvarmemiks og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av storfegjødsel: varmeproduksjon erstatter olje/el og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av storfegjødsel: el-produksjon erstatter el og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av storfegjødsel: drivstoffproduksjon og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av storfegjødsel: drivstoffproduksjon og avvanning av biorest, hvor avvannet biorest komposteres og vannfasen går til renseanlegg for nitrogenrensing Biogassproduksjon av storfegjødsel: drivstoffproduksjon og avvanning av biorest, hvor avvannet biorest komposteres og vannfasen brukes som gjødsel 7.1 Klimapåvirkning Figuren nedenfor viser resultater fra de generelle analysene for gjødsel fra storfe per tonn TS, fordelt på hver livsløpsfase. Østfoldforskning 39

46 kg CO2-ekvivalenter/ tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II 600 Klimapåvirkning for 1 tonn TS storfegjødsel Lagring av substrat 400 Transport til anlegg (Forbehandling) Biogass-produksjon (forbrenning/kompostering) Oppgradering Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Avvanning (inkl. komposterinng og N- rensing) Transport til lagring og lagring av biorest Transport til spredning og spredning/bruk Biogass erstatter drivstoff eller energibærer Biorest erstatter kunstgjødsel eller jordforbedrings-middel Figur 7.1 Generelle resultater for klimapåvirkning fra håndtering av 1 tonn TS storfegjødsel fordelt på livsløpsfasene Sammenlignet med matavfall som substrat har storfegjødsel lavere biogassutbytte og høyere nitrogeninnhold. Dette medfører at gevinsten ved at bioresten kan erstatte mineralgjødsel er relativt større enn at biogass kan erstatte andre energibærere. For referansescenario er en stor del av utslippene knyttet til utslipp av lystgass fra lagring av gjødsel. For alle scenarioene (untatt E) gir transport til spredning og spredning av biorest et relativt stort bidrag til klimagassutslipp. Av disse utslippene skyldes 85 % lystgassutslipp og resterende utslipp fra energibruk ved tømming og traktorkjøring ved spredning. Det er knyttet en del usikkerhet til disse utslippene. I forbindelse med kvalitetssikring av data er det gjort noen endringer i tallgrunnlaget i forhold til fase I i prosjektet. For referansescenario er lystgassutslipp fra lagring redusert, men er økt for spredning. For biogasscenarioene er utslipp fra lagring av biorest redusert til null, fordi det antas at det benyttes tett tank. Utslippene ved spredning av biorest er noe høyere enn tidligere antatt. Differensen mellom scenarioene er større enn i fase I, dvs det forbedrede datagrunnlaget gir en større klimagevinst ved produksjon av biogass. For scenarioet med avvanning av biorest er det antatt at den tørre fraksjonen komposteres, mens den våte fasen sendes til et renseanlegg (E) eller brukes som gjødselprodukt på jordet (F). Utslippsdata Østfoldforskning 40

47 kg CO2-ekvivalenter/ tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II for kompostering av biorest er basert på kompostering av våtorganisk avfall fordi prosjektet ikke har hatt tilgang til data for kompostering av biorest. Det er derfor knyttet usikkerhet til klimabelastningen fra kompostering av bioresten. For klimabelastninger fra avvanning (inkl kompostering og N-rensing) for storfegjødsel er 60% knyttet til lystgassutslipp fra nitrogenrensing av den våte fasen, mens 39 % er utslipp fra komposteringen. De øvrige utslippene er knyttet til energibruk i forbindelse med kompostering og rensing. Klimabelastningene i avvanningsfasen er høyere per tonn TS storfegjødsel enn per tonn TS matavfall. Dette kommer av at lystgassutslippene fra nitrogenrensing er knyttet til nitrogeninnholdet i substratet og fordi utslipp fra komposteringen er knyttet til den totale vekten til komposten, som er avhengig av nedbrytningsgrad. Storfegjødsel har høyere nitrogeninnhold per tonn TS og en lavere andel av massen blir brutt ned i biogassreaktoren enn matavfall. Figuren nedenfor viser alle livsløpsfasene summert til netto klimagassutslipp per tonn TS. 600 Netto klimapåvirkning for 1 tonn storfegjødsel Varmeproduksjon Elproduksjon Drivstoffproduksjon Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Figur 7.2 Generelle resultater for netto klimapåvirkning fra håndtering av 1 tonn TS gjødsel fra storfe Østfoldforskning 41

48 kg SO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II For storfegjødsel gir biogassproduksjon der biogassen oppgraderes til drivstoffkvalitet og erstatter diesel og der flytende biorest erstatter mineralgjødsel (D) det beste resultatet når alle livsløpsfaser summeres opp. Bruk av biogassen og hvilke energibærere som erstattes har stor innvirkning på resultatene. De estimerte utslippene av lystgass fra nitrogenrensing og kompostering medfører at det analyserte alternativet der bioresten avvannes (E, F) kommer dårligst ut av de analyserte scenarioene per tonn TS storfegjødsel behandlet. 7.2 Forsuring Forsuring for 1 tonn storfegjødsel Lagring av substrat Transport til anlegg (Forbehandling) 10 8 Biogass-produksjon (forbrenning/komposteri ng) Oppgradering Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Avvanning (inkl. komposterinng og N- rensing) Transport til lagring og lagring av biorest Transport til spredning og spredning/bruk Biogass erstatter drivstoff eller energibærer Biorest erstatter kunstgjødsel eller jordforbedrings-middel Figur 7.3 Generelle resultater for forsuring fra håndtering av 1 tonn TS storfegjødsel fordelt på livsløpsfasene Figur 7.3 viser forsuring for scenarioene for storfegjødsel. Det er utslipp av ammoniakk fra spredning av gjødsel eller biorest som gir de største bidragene i alle scenarioer unntatt scenario E, hvor bioresten komposteres og vannfasen renses i renseanlegg. For scenario E og F er det også ammoniakkutslipp fra kompostering av avvannet biorest. Transport utgjør en liten andel i alle scenarioene. Østfoldforskning 42

49 kg SO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II Figur 7.4 viser netto bidrag til forsuring. Det ses at scenario E gir lavest bidrag til forsuring, fordi nitrogeninnholdet fjernes i renseanlegg. 18 Netto forsuring for 1 tonn TS storfegjødsel Varmeproduksjon Elproduksjon Drivstoffproduksjon Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Figur 7.4 Generelle resultater for netto forsuring fra håndtering av 1 tonn TS storfegjødsel Østfoldforskning 43

50 8 Resultater for grisegjødsel I dette kapittelet vises generelle resultater per tonn TS for grisegjødsel, der basisverdier er brukt. De generelle resultatene viser hvilke livsløpsfaser som gir størst bidrag til miljøpåvirkning, og hvilket scenario som er mest gunstig ut fra en miljømessig betraktning. Tabellen nedenfor viser de ulike generelle scenariene som er analysert for grisegjødsel. Tabell 8.1 Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Generelle scenarier analysert for grisegjødsel Bruk av gjødsel direkte og erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av grisegjødsel: varmeproduksjon erstatter fjernvarmemiks og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av grisegjødsel: varmeproduksjon erstatter olje/el og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av grisegjødsel: el-produksjon erstatter el og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av grisegjødsel: drivstoffproduksjon og flytende biorest erstatter mineralgjødsel Biogassproduksjon av grisegjødsel: drivstoffproduksjon og avvanning av biorest, hvor avvannet biorest komposteres og vannfasen går til renseanlegg for nitrogenrensing Biogassproduksjon av grisegjødsel: drivstoffproduksjon og avvanning av biorest, hvor avvannet biorest komposteres og vannfasen brukes som gjødsel 8.1 Klimapåvirkning Figuren nedenfor viser resultater fra de generelle analysene for gjødsel fra gris per tonn TS, fordelt på hver livsløpsfase. Østfoldforskning 44

51 kg CO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II Klimapåvirkning for 1 tonn TS grisegjødsel Lagring av substrat Transport til anlegg 200 (Forbehandling) Biogass-produksjon (forbrenning/kompostering) Oppgradering Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Avvanning (inkl. komposterinng og N-rensing) Transport til lagring og lagring av biorest Transport til spredning og spredning/bruk Biogass erstatter drivstoff eller energibærer Biorest erstatter kunstgjødsel eller jordforbedrings-middel Figur 8.1 Generelle resultater for klimapåvirkning fra håndtering av 1 tonn TS gjødsel fra gris fordelt på livsløpsfasene I likhet med storfegjødsel viser resultatene for grisegjødsel at det er en stor gevinst i at flytende biorest kan erstatte mineralgjødsel. For referansescenario er en stor del av utslippene knyttet til utslipp av lystgass fra lagring og spredning av gjødsel. Utslipp av lystgass fra lagring og spredning er lavere for grisegjødsel enn for storfegjødsel. For alle scenarioene (untatt E) gir transport til spredning og spredning av biorest et stort bidrag til klimagassutslipp. Av disse utslippene skyldes 88 % lystgassutslipp og resterende utslipp er fra energibruk ved tømming og traktorkjøring ved spredning. Det er knyttet en del usikkerhet til disse utslippene. I forbindelse med kvalitetssikring av data er det gjort noen endringer i tallgrunnlaget i forhold til fase I i prosjektet. For biogasscenarioene er utslipp fra lagring av biorest redusert til null, fordi det antas at det benyttes tett tank. Utslippene ved spredning av biorest er noe høyere enn tidligere antatt. Differensen mellom scenarioene er større enn i fase I, dvs det forbedrede datagrunnlaget gir en større klimagevinst ved produksjon av biogass. Østfoldforskning 45

52 kg CO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II For scenarioet med avvanning av biorest er det antatt at den tørre fraksjonen komposteres, mens den våte fasen sendes til et renseanlegg (E) eller brukes som gjødselprodukt på jordet (F). Utslippsdata for kompostering av biorest er basert på kompostering av våtorganisk avfall fordi prosjektet ikke har hatt tilgang til data for kompostering av biorest. Det er derfor knyttet usikkerhet til klimabelastningen fra kompostering av bioresten. For klimabelastninger fra avvanning (inkl kompostering og N-rensing) for grisegjødsel er 67% knyttet til lystgassutslipp fra nitrogenrensing av den våte fasen, mens 32 % er utslipp fra komposteringen. De øvrige utslippene er knyttet til energibruk i forbindelse med kompostering og rensing. Klimabelastningene i avvanningsfasen er høyere per tonn TS grisegjødsel enn per tonn TS matavfall. Dette kommer av lystgassutslippene fra nitrogenrensing er knyttet til nitrogeninnholdet i substratet og fordi utslipp fra komposteringen er knyttet til den totale vekten til komposten, som er avhengig av nedbrytningsgrad. Grisegjødsel har høyere nitrogeninnhold per tonn TS og en lavere andel av massen blir brutt ned i biogassreaktoren enn matavfall. Figuren nedenfor viser alle livsløpsfasene summert til netto klimagassutslipp per tonn TS. 600 Netto klimapåvirkning for 1 tonn grisegjødsel Varmeproduksjon Elproduksjon Drivstoffproduksjon Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Figur 8.2 Generelle resultater for netto klimapåvirkning fra håndtering av 1 tonn TS gjødsel fra gris Østfoldforskning 46

53 kg CO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II For grisegjødsel gir biogassproduksjon der biogassen oppgraderes til drivstoffkvalitet og erstatter diesel og der flytende biorest erstatter mineralgjødsel (D) det beste resultatet når alle livsløpsfaser summeres opp. I likhet med de andre analyserte substratene har bruk av biogassen og hvilke energibærere som erstattes stor innvirkning på resultatene for biogassproduksjon fra gjødsel fra gris. Det analyserte alternativet der bioresten avvannes og den tørre fraksjonen komposteres mens den våte fraksjonen blir sendt til renseanlegg (E) er det minst gunstigste av de analyserte scenarioene. Figur 8.3 viser klimagassutslipp for scenario D, hvor utslippe er fordelt på CO 2, metan og lystgass. 200 CO2 Metan Lystgass Figur 8.3 Klimagassutslipp for scenario D for grisegjødsel, med belastninger fordelt på CO 2, metan og lystgass. Det ses av figuren at de største utslippene er CO2-utslipp fra transport til anlegg, metan fra oppgradering og lystgass fra spredning og bruk. De største gevinstene er sparte CO2-utslipp fra erstattet diesel og erstattet mineralgjødsel. Østfoldforskning 47

54 kg SO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II 8.2 Forsuring 30 Forsuring for 1 tonn grisegjødsel Lagring av substrat 25 Transport til anlegg (Forbehandling) Biogass-produksjon (forbrenning/kompostering) Oppgradering Avvanning (inkl. komposterinng og N-rensing) Transport til lagring og lagring av biorest Transport til spredning og spredning/bruk Biogass erstatter drivstoff eller energibærer Biorest erstatter kunstgjødsel eller jordforbedrings-middel -5 Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Figur 8.4 Generelle resultater for forsuring fra håndtering av 1 tonn TS grisegjødsel fordelt på livsløpsfasene Figur 8.4 viser forsuring for scenarioene for grisegjødsel. Det er utslipp av ammoniakk fra spredning av gjødsel eller biorest som gir de største bidragene i alle scenarioer unntatt scenario E, hvor bioresten komposteres og vannfasen renses i renseanlegg. For scenario E og F er det også ammoniakkutslipp fra kompostering av avvannet biorest. Transport utgjør en liten andel i alle scenarioene. Figur 8.5 viser netto bidrag til forsuring. Det ses at scenario E gir lavest bidrag til forsuring, fordi nitrogeninnhold i vannfasen fjernes i renseanlegg. Østfoldforskning 48

55 kg SO2-ekvivalenter/tonn TS Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II 30 Netto forsuring for 1 tonn TS grisegjødsel Drivstoffproduksjon Varmeproduksjon Elproduksjon Referanse Scenario A Scenario B Scenario C Scenario D Scenario E Scenario F Figur 8.5 Generelle resultater for netto forsuring fra håndtering av 1 tonn TS grisegjødsel Østfoldforskning 49

56 9 Kvalitativ analyse av fosfor Fosfor er en begrenset ressurs, men som ved utslipp til miljøet kan forurense vassdrag og gi algevekst og overgjødsling. Ulike fosforforbindelser inngår sammen med nitrogenforbindelser og kjemisk oksygenforbruk i miljøpåvirkningskategorien overgjødsling. Fosfor er også en egen kategori som en begrenset ressurs. Det har ikke i dette prosjektet vært mulig å finne datamateriale for fosfor, så derfor gjøres det en kvalitativ analyse av miljøpåvirkningskategoriene overgjødsling og fosfor som begrenset ressurs. Forskrift for dyrehold angir krav til spredeareal for husdyrgjødsel som gir maks 3,5 kg P/dekar. Dette er ikke relatert til fosforinnholdet i jorden men er en generell regel ved beregning av spredningsareal for husdyrgjødsel. Norsk jordsmonn er vanligvis godt oppgjødslet med hensyn til fosfor. Dette gjelder spesielt i husdyrområdene. Ut fra en generell betraktning vil gårdsbruk med husdyrgjødsel ikke ha behov for ekstra tilførsel av fosfor, mens gårdsbruk som kun har kornproduksjon ofte vil ha behov for tilførsel av fosfor. Biogassproduksjon påvirker sannsynligvis ikke plantetilgjengeligheten av fosfor i husdyrgjødsel i vesentlig grad. Ved tilbakeføring av biorest fra husdyrgjødsel til gårdene som husdyrgjødsla stammer fra vil det derfor ikke bli noe høyere utslipp av fosfor i forhold til referansescenario. Hvis biogassproduksjonen muliggjør omfordeling av husdyrgjødsel fra arealer uten gjødslingsbehov for fosfor til arealer med gjødslingsbehov, vil en på sikt få mindre utslipp av fosfor. Tabell 9.1 viser innhold av fosfor og nitrogen i de forskjellige substratene. Det ses at innhold av fosfor i matavfall er noe lavere enn i husdyrgjødsel. En studie av biogass fra matavfall (Øgard et al., 2011) viser at forholdet mellom nitrogen og fosfor er høyere i biorest fra matavfall enn i husdyrgjødsel og dermed i bedre samsvar med plantenes behov enn det er for husdyrgjødsel. Tallene i tabell 9.1 er basert på gjennomsnittstall. Det kan være varierende sammensetning av kildesortert matavfall fra husholdninger og dermed kan det også være store variasjoner i fosforinnholdet. På grunn av at nitrogen/fosfor-forholdet i matavfall er i bedre samsvar med plantenes behov, vil spredning av biorest fra matavfall ikke gi høyere utslipp enn i referansescenario med spredning av husdyrgjødsel. Tabell 9.1 Innhold av fosfor i substrater (Eklind et al., 1997). Innhold av fosfor i substrat [kg/tonn TS] Matavfall 4 Storfegjødsel 8 Grisegjødsel 18 Fosfor er lett tilgjengelig i bioresten. For å få en best mulig ressursutnyttelse av fosfor i bioresten (flytende biorest eller vannfase av avvannet biorest), bør den i hovedsak brukes til åker med ensidig planteproduksjon og behov for fosfortilførsel. Bioresten vil da kunne erstatte fosforholdig mineralgjødsel og gi en bedre totalutnyttelse av fosfor forutsatt at det gjødsles etter plantenes behov. Om bioresten i praksis vil bli brukt av kornbønder, vil både være et økonomisk og et praktisk spørsmål. Østfoldforskning 50

57 For å kunne gi en kvantitativ analyse av fosfor, må dette analyseres for et konkret geografisk område, hvor det finnes opplysninger om spesifikt innhold av fosfor i jordsmonnet. Dette var mulig ikke innenfor rammen av prosjektet, og resultatene ville heller ikke være gyldige generelt. Østfoldforskning 51

58 kg CO2 eks/tonn Miljønytte og verdikjedeøkonomi ved biogassproduksjon, fase II 10 Effekt av tiltak I hovedanalysene er det gjort følgende antakelser, som er basert på det mest sannsynlige scenario: Standard teknologi med spredning av biorest, fordi det er eksisterende utstyr som vil bli brukt til spredning av ubehandlet gjødsel. Tett lagertank ved lagring av biorest, fordi dette er en ny investering og man vil da mest sannsynlig velge nyeste teknologi. Ved spredning av biorest med standard teknologi vil det bli utslipp av lystgass. Beregninger fra modellen viser at det kan oppnås 10 % reduksjon det ved å innføre en Best Available Technology (BAT) ved gjødsling med biorest. Figur 10.1 viser denne gevinsten som øker fra -391 til -432 kg CO2- ekv./tonn TS. Dette er kun analysert for storfegjødsel, da det ikke er tilgjengelige data for grisegjødsel og matavfall. 600 Klimagassutslipp ved drivstoffproduksjon og flytende biorest for storfegjødsel Tett tank (scenario D) BAT spredning biorest + tett tank Uten tiltak Figur 10.1 Netto klimagassutslipp med og uten tiltak i forhold til scenario D for storfegjødsel I analysen av substratene er det antatt tett lagertank ved lagring av biorest, som ovenfor beskrevet. Dette er for å unngå utslipp av metan fra bioresten. Det antas at utslipp av lystgass er null uavhengig av dekke på lagertank, fordi det ikke dannes flytedekke på bioresten. Tabell 10.1 viser at bruk av lagertank uten dekke ved lagring av biorest vil gi en total økning i klimagassutslipp for hele verdikjeden på 38 % for storfe, 10 % for gris og for matavfall 59%. Dette er også vist i Figur 10.1 for storfegjødsel, som viser en økning fra -391 til -241 kg CO2-ekv./tonn TS. Østfoldforskning 52

59 Tabell 10.1 Endring i klimagassutslipp ved lagring av biorest i tank uten dekke (%) Økning totalt alle faser Storfe scenario D 38 % Gris scenario D 10 % Matavfall Scenario D 59 % Det ses også av figur 10.1 at bruk av både tett tank for biorest og BAT spredeteknologi vil gi en nesten fordoblet klimagevinst i forhold et system uten tiltak (fra -241 til -432 kg CO2-ekv./tonn TS). Østfoldforskning 53

60 11 Økonomimodell 11.1 Bakgrunn og forutsetninger Verdikjedemodellen for økonomi for biogass er tidligere beskrevet i forrige rapport fra prosjektet (Lyng et al. 2011), og bygger på den samme struktur og i hovedsak de samme forutsetninger som modellene for klima- og miljøanalyser. I denne fasen av prosjektet er modellen videreutviklet og det er innhentet betydelig bedre datagrunnlag for de ulike elementene i verdikjeden for biogass. Dette har skjedd parallelt med at modellen er testet ut på de tre hovedscenarioene som har lagt til grunn for analysen av biogassproduksjon i Østfold (Arnøy et al. 2013). Modellen beregner både totale levetidskostnader for verdikjeden for biogass og årlige driftskostnader, der investeringskostnadene er brutt ned på et gjennomsnittsår ut fra forventet levetid på investeringene. Alle ledd i verdikjeden fra gården til oppgraderingsanlegg for biogass til drivstoff inngår i modellen. Inntekter til verdikjeden er også med i analysene for å kunne beregne netto lønnsomhet både for verdikjeden totalt sett og for de enkelte ledd i verdikjeden. Totale inntekter inkluderer salg av energi som drivstoff eller til produksjon av elektrisitet eller varme, inntekter fra behandling av matavfall, overføringer for lagring av biorest/gjødsel for biogassproduksjon i landbruket og verdien av erstattet mineralgjødsel i landbruket. I tillegg er det lagt inn forventet investeringsstøtte fra Enova og Innovasjon Norge til henholdsvis investeringer i biogassanlegg og til anlegg for lagring av gjødsel/biorest og spredning av biorest i landbruket. Resultatene fra modellen presenteres på to måter: Totale levetidskostnader (LCC) for hele biogasskjeden over en forventet levetid på investeringen, og som årskostnader og -inntekter forbundet med investering og drift av hele verdikjeden til biogassproduksjon for et normalår. LCC omfatter alle kostnader forbundet med investering og drift av verdikjeden til biogassproduksjon: Investeringskostnad og driftskostnader i investeringsåret, i tillegg til rentejusterte driftskostnader for hvert år under hele levetiden til anleggene. Levetiden er satt til 25 år for anleggene, men det er lagt til grunn kun 15 års avskrivningsperiode for investeringer på gårdene. Årlige kostnader er satt sammen av kapitalkostnader (investeringskostnad fordelt på levetid), årlige driftskostnader og årlige transportkostnader for et gjennomsnittsår i levetiden til verdikjeden til biogass. Årlige kostnader inkluderer avskrivningskostnader for investeringskostnadene i tillegg til rentekostnader. Andre generelle forutsetninger som gjelder for analysen er kalkulasjonsrente på 5 %, årlig inflasjon på 2 %, at det ikke skjer fakling av gass og at ønsket tørrstoffinnhold i råtnetanken ligger på 10 % Metodikk for datainnsamling av økonomiske nøkkeltall Økonomimodellen slik det ble presentert i forrige rapport fra prosjektet inneholdt allerede en god del data for de ulike leddene i verdikjeden for biogass, i hovedsak hentet fra litteratur og tidligere modeller som var utviklet på området (Lyng et al. 2011). Det var imidlertid en erkjennelse at datagrunnlaget var for lite og for usikkert til å kunne trekke klare konklusjoner fra modellen og analyser. Østfoldforskning 54

61 11.3 De ulike elementene i verdikjedemodellen for økonomi I det følgende gjennomgås kort de ulike elementene i modellen med basis de dataene som er lagt inn i modellen Gården For å komme fram til nødvendige investeringstiltak på den enkelte gård som skal delta i en verdikjede hvor husdyrgjødsel leveres til biogassproduksjon og biorest kjøres tilbake, må det gjøres noen forutsetninger. For å komme fram til investeringsforutsetningene for gårdsdelen av verdikjeden har Ivar Sørby utarbeidet 3 typiske gårder. To som leverer gjødsel til biogassanleggene, en storfegjødselgård og svinegjødselgård, i tillegg til en mottaksgård for biorest. Det er satt som forutsetning at gårdene som leverer gjødsel til biogassanleggene tar i mot samme mengde biorest fra biogassanleggene i et en-til-en-forhold. Biorestgårdene mottar resterende mengde biorest. Gårdene oppskaleres slik at total mengde gjødsel og biorest dekkes. I forhold til forutsetningene satt av Ivar Sørby inngår da 12 storfegårder, 35 svinegårder og 23 biorestgårder. Gårdsbeskrivelsene følger under. Etter samtale med Tor Jacob Solberg, Østfold Bondelag, er det valgt en størrelse på svineproduksjonsbruket som ligger opp mot full konsesjon. For storfeproduksjon er det tenkt på et melkeproduksjonsbruk med melkekvote opp mot 300 tonn pr år. Svineproduksjonsbruket er bygget ut i 2-3 etapper og det er eksisterende kjeller i tillegg til en utvendig rund betongkum for lagring av gjødsel. For melkeproduksjonsbruket er det tenkt på et løsdriftsfjøs med skrapeareal og tverr-renne for oppsamling før pumping til utvendig rund betongkum for lagring av gjødsla. For begge gårdene er det tenkt at samlet lagerkapasitet for husdyrgjødsel rekker for 8 mnd produksjon. Etter samråd med Solberg er det valgt relativt store husdyrproduksjoner, da man antar at det er de største enhetene som vil finne det mest interessant å delta. Det forutsettes at husdyrgårdene leverer og mottar like mengder husdyrgjødsel og biorest. For at lagring av biorest skal være et godt klima- og miljøtiltak må lagrene være tette for vær og vindbelastninger (og for å unngå oksygentilgang). Det forutsettes også at biorest bare brukes i vekstsesongen. Investeringstiltakene som trengs på et gårdsbruk som skal levere husdyrgjødsel og ta i mot biorest varierer veldig fra gårdsbruk til gårdsbruk. For at selve transporten skal være mest mulig effektiv er det viktig at det blir lagt godt til rette på den enkelte gård. Dette inkluderer gode nok veger og snuplasser for store kjøretøy og rask og sikker laste-/lossekapasitet. Når husdyrprodusenter velger å bli med på en slik logistikk vil det kunne føre til at det blir satt ytterligere fokus på riktig spredeteknikk. Mange benytter entreprenør til spredning i dag og mye tyder på at denne trenden vil bli forsterket framover. Kostnadene til omrøring, spredning og bruk av biorest kan settes til opp mot kr 30,-/tonn. I tillegg vil kornprodusenter sette en verdi på risiko og eventuell økning i kjøreskader og nedkjørt avling. Dette beløpet kan være opp mot kr 20,-/tonn. Virkningsgraden for NH 4 -N i biorest kan ikke settes til 100 %. I Østfoldforskning 55

62 kalkyler bør man ikke benytte høyere virkningsgrad enn 0,7. Norsk Landbruksrådgivning/Bioforsk har utarbeidet godt kalkuleringsverktøy for dette området. Gård med svineproduksjon Gård med en årsproduksjon på 1200 tonn svinegjødsel, med lagerkapasitet for 8 mnd produksjon, lik 800 tonn. Gården har innvendig kjeller for 400 tonn og en utvendig rund betongkum som teoretisk rommer 600 tonn, men som på grunn av regnvann og at man ikke får tømt den helt ikke rommer mer enn 400 tonn svinegjødsel for lagring. Tiltak på denne gården er å montere opplastingsrør for lastekran i eksisterende kjeller og bygge/oppruste ca 100 m ny veg slik at semitrailer kan komme til ved eksisterende kjeller. Omrøring av eksisterende kjeller gjøres som i dag. Det utvendige lageret får montert et flytende tak for å hindre tap av næringsstoff. I tillegg må det bygges et nytt utvendig lager for biorest. Her velges en løsning med en ståltank med flytedekke som overdekning. Kostnadene ved å benytte eksisterende lagertank og alternativet med å bygge et helt nytt lagunelager med flytende duktak er nesten like store. Mange vil i praksis velge å bygge ett nytt lager for biorest og dermed oppnå en enklere logistikk ved bruk. Tabell 11.1 Investeringsforutsetninger for svinegården Tiltak Enhetspris Antall Sum Opplastingspunkt for fersk gjødsel, rund sum Kr Ny veg og snuplass ved lager Kr 120,-/m m 2 Kr Flytende tak til eks betongkum Ø 16 m Kr Kr Ny lagertank for biorest 500 m 3 Kr Kr Sum Kr Gård med melkeproduksjon Gård med en årsproduksjon på 1800 tonn storfegjødsel, med lagerkapasitet for 8 mnd produksjon, lik 1200 tonn. Gården har utvendig rund betongkum dyp som teoretisk rommer 800 tonn, men som på grunn av regnvann og at man ikke får tømt den helt ikke rommer mer enn 650 tonn storfegjødsel for lagring. Resten av gjødsla, ca 550 tonn, lagres i den gamle gjødselkjelleren. Gjødselmåkeanlegget på denne gården har en samlerenne i fjøset som rommer ca 100 tonn og det er fra denne renna at storfegjødsla lastes opp. Tiltak på denne gården er opprusting/nybygg av 100 m ny veg slik at semitrailer kan komme til ved opplastingspunktet i samlerenna. Det settes tett tak på den eksisterende betongkummen og det bygges en ny gjødsel lagune som rommer 1050 tonn og som har flytende duktak. Østfoldforskning 56

63 Tabell 11.2 Investeringsforutsetninger for storfegård Tiltak Enhetspris Antall Sum Investering ved opplastingspunkt, rund sum Kr Ny veg og snuplass ved lager Kr 120,-/m m 2 Kr Duktak på eksisterende lagertank Kr Kr Ny lagerlagune for biorest m 3 Kr Kr Sum Kr Korngård som skal benytte biorest På korngårder som skal legge om til å bruke biorest må det i de aller fleste tilfeller bygges nytt lager. For at kostnadene ved lagerhold ikke skal bli for store er det viktig at hvert lager dekker et større areal. For å oppnå dette vil samarbeid mellom bønder vil være viktig. For at bruke av biorest skal være et godt klima- og miljøtiltak er det viktig å benytte riktig spredeteknikk og bruke biorest til rett tid i forhold til når plantene trenger næring. Spredning bør bli en entreprenøroppgave da bra utstyr er kostbart og det krever trening i å bruke utstyret på riktig måte. Noen kornprodusenter vil se på dette som en markedsmulighet og selv bli en slik entreprenør. Tiltak som må gjennomføres på en korngård er bygging av nytt lager og istandsetting eller bygging av noe ny veg. I dette eksempelet har vi valgt at lageret dekker et areal på 700 da. Det kan brukes opp mot 3-3,5 tonn biorest per da. Lageret vil ikke bli tømt helt og det kan ofte ikke fylles 100 %. Derfor blir lageret bygget med et volum på 2500 m 3. Det er valgt å bygge en laguneløsning med tett flytende dekke. Lageret er kalkulert med bruk av gjeldende markedspriser på maskiner og utstyr og inkluderer veg/gårdsplass ved lager. Tabell 11.3 Investeringsforutsetninger for biorestgård Tiltak Enhetspris Antall Sum Oppjustering/nybygg av tilførselsveg Kr 120,-/m m 2 Kr Nytt lager, komplett Kr Sum Kr Basert på dataene som er presentert for de ulike gårdstypene foran er det gjort beregning av hvor store de årlige kostnadene til avskriving og drift av anlegg for lagring/spredning av gjødsel og biorest som vil være knyttet til et gjennomsnittlig gårdsbruk, og hvor store årlige innsparinger det vil være knyttet til erstatning av mineralgjødsel med biorest. Det er beregnet at et gjennomsnittlig svinebruk vil håndtere 1200 tonn gjødsel/biorest, et gjennomsnittlig storfebruk 1800 tonn gjødsel/biorest og en gjennomsnittlig korngård 2400 tonn biorest. Det er lagt inn en avskrivningstid på 15 år, og en forventet støtte på 30% av investeringen fra Innovasjon Norge. Resultatene for de tre gårdstypene er vist i figur 11.1, som viser at de årlige kostnadene ligger i størrelsesorden NOK per år, mens sparte kostnader er i størrelsesorden NOK per år. Det betyr at nettokostnaden for gården ligger på ca NOK per år for svine- og storfegårder, og på ca NOK per år for rene korngårder. Fordelt per tonn gjødsel og/eller biorest håndtert betyr det en årlig kostnad på ca. 35 NOK/tonn for svinegårder og korngårder, og noe over 20 NOK/tonn for storfegårder (jf figur 11.2). I regnestykket som er vist er det ikke inkludert 15 NOK/tonn gjødsel som dekkes via overføring over Østfoldforskning 57

64 Jordbruksavtalen. Med disse inkludert vil det fortsatt være behov for støtte på 5-20 NOK/tonn for de ulike gårdstypene, bare for å dekke ekstra kostnader ved å inngå i en verdikjede for biogass. Figur 11.1 Årlige kostnader knyttet til investering og drift av anlegg for lagring og spredning av gjødsel og biorest på ulike typer gårder, samt sparte kostnader knyttet til erstattet mineralgjødsel Figur 11.2 Beregnet behov for støtte til gårdsbruk for å dekke inn netto kostnader til investering og drift av anlegg for lagring/spredning av gjødsel og biorest på ulike typer gårder Østfoldforskning 58

65 Transport og håndtering i forbindelse med lossing/lasting I den økonomiske modellen er det særlig behovet for transport av gjødsel og biorest som det antas vil kunne ha betydning i den økonomiske modellen, hvis det blir aktuelt med transport over lengre avstander. Transportkostnader forbundet med innsamling av gjødsel og utkjøring av biorest er allokert til forbehandlingsanlegget. Det er laget en modell for transportkostnader basert på datagrunnlaget som ligger i KlimaKur-rapporten for biogass verdikjeder, og der det er lagt inn egne estimater for hvor mye tid som går med til lasting/lossing, vasking av bil og til selve kjøringen, basert på erfaringer fra Vestfold. Som det fremgår av figur 11.3 synker kostnadene per tonn-kilometer for transport av gjødsel og biorest raskt når avstanden øker fra 0-10 kilometer, for så å flate ut for transporter over 20 kilometer. Det betyr at det er relativt sett mye dyrere å transportere gjødsel og biorest over korte avstander, fordi laste- og lossekostnader, årlige driftskostnader på kjøretøy og vaskekostnader har stor betydning sammenliknet med selve kjøretiden og drivstoffkostnaden. Figur 11.3 Beregningsmodell for transportkostnader for gjødsel og biorest i modellen, basert på data fra Klimakur (KLIF 2010) med oppdatering fra Vestfoldprosjektet Forbehandlingsanlegget For forbehandlingsanlegget er investerings- og driftskostnader basert på hvor mye matavfall som skal behandles. Modellen regner ut en dynamisk fordelingsnøkkel for hvor mye av total investeringskostnad som kan allokeres de ulike substrattypene ved å dele tonn matavfall inkludert vann på total substratmengde inkludert vann. Ved å bruke denne fordelingsnøkkelen beregnes investering i forbehandlingsanlegg til å være 25 % av investeringskostnaden til biogassanlegget som Østfoldforskning 59

66 kan allokeres til behandling av matavfall. Transportkostnader forbundet med innsamling av matavfall allokeres forbehandlingsanlegget. Årlige variable kostnader består av 0,80 kr per tonn behandlet i tillegg til 2 % av investeringskostnaden til forbehandlingsanlegget. Det er et spørsmål om modellen i tilstrekkelig grad fanger opp forskjellen mellom å gå fra ett til to forbehandlingsanlegg ut fra dagens forutsetninger, siden forskjellen i både investerings- og driftskostnader blir relativt små. Dette bør avklares nærmere i en neste fase av prosjektet, for å sikre at modellen gir et riktig uttrykk for forskjeller i kostnader til forbehandling mellom scenarioene I og IIA med ett forbehandlingsanlegg, og scenarioene IIB og III med to forbehandlingsanlegg Biogassanlegget For biogassanlegget er investerings- og driftskostnader basert på kostnadsestimater for relevante, nye biogassanlegg fra søknader om investeringsstøtte til biogassanlegg til Enova. Gjennom kurvetilpasningsfunksjon i Excel er det beregnet funksjoner mellom forventet årlig gassproduksjon og totale investerings- og driftskostnader. Den funksjonen som gir best samsvar til datagrunnlaget for anleggene (høyest R 2 verdi) er valgt som grunnlag for å beregne en forventet kostnad for et anlegg med en gitt gassproduksjon. Disse dataene som er mottatt fra Enova 3 representerer det beste grunnlaget for økonomiske data for biogassanlegg i Norge i dag, siden det må forutsettes at hver søker har gjort en grundig vurdering av behovet for investeringer, årlige driftskostnader og inntekter. Det må likevel påpekes at både investerings- og driftskostnader per energimengde gass produsert varierer mye, og at de forventede verdiene ut fra modellene derfor har stor statistisk spredning. Analysene som er gjennomført for biogassanleggene representerer derfor et gjennomsnitt av kostnader for de anleggene det er søkt om i Norge, og der både investerings- og driftskostnader i praksis kan ligge både godt under og godt over de estimater som er vist i scenarioanalysene. Dette vises klart i figurene 11.4 og 11.5, der det er en variasjon mellom anslag på investeringskostnader med en 300% for både mindre og større anlegg, mens det er en variasjon på 300% for små og 500% for større anlegg.. 3 Data for de enkelte anlegg er mottatt med forbehold om konfidensiell behandling av datagrunnlaget, jf enkeltvedtak av OED og brev fra Enova ( ) Østfoldforskning 60

67 Figur 11.4 Variasjon i beregningsgrunnlag for investeringskostnader for biogassanlegg basert på data fra søknader til Enova Figur 11.5 Variasjon i beregningsgrunnlag for årlige driftskostnader for biogassanlegg basert på data fra søknader til Enova Østfoldforskning 61