PhD-avhandling: Reduksjon av miljøbelastninger gjennom optimalisering av biogass verdikjeder Barrierer, drivere og politikkutforming Kari-Anne Lyng, Workshop Avfallsforsk, 28.april 2018
PhD-prosjekt biogass NMBU, fakultet for miljøvitenskap og naturforvaltning (MINA) Overordnet mål: Utvikle modeller som gir bedre beslutningsunderlag ved utvikling av verdikjeder for biogassproduksjon i Norge. Ønsket å finne ut av: - Hvordan bør norske biogass verdikjeder se ut med tanke på miljøpåvirkninger (i hovedsak klimagassutslipp)? - Hvordan er de økonomiske driverne og barrierene? - Hvordan påvirker de politiske virkemidlene biogass verdikjedene? - Hvordan bør gjødselressursene utnyttes?
BioValueChain Kompetanseprosjekt EnergiX, Forskningsrådet 2013-2016 Partnere Avfall Norge, Bondelaget, Cambi, NHO mat og drikke, SLF, Fylkesmenne i Østfold og Vestfold Deltakere Østfoldforskning, Teltek, HSN, NIBIO, NMBU, Rebioconsult, Syd-Dansk Universitet, DTU
4 vitenskapelige artikler Modell for beregning av miljøpåvirkninger gjennom verdikjeden til biogass Miljø og økonomiberegninger for storskala biogassanlegg for ulike nivåer for sektorintegrering Komparativ analyse politiske virkemidler Norge Danmark (økonomiberegninger) Optimaliseringsmodell gjødselressurser (klimagassutslipp og økonomi for bonden) Hovedfokus på matavfall og gjødsel som substrat
Paper 1: LCA-metodikk The BioValueChain model: a Norwegian model for calculating environmental impacts of biogas value chains. Upgrading Substitution of diesel or natural gas Cattle manure Pig manure Organic waste Storage of substrate Transportation to plant Pretreatment Treatment (Anaerobic digestion) Biogas Digestate Substitution of other energy carriers (oil, electricity, district heating) Transport and storage of digestate Dewatering and/or composting Use (includes spreading and growing season) Substitution of mineral fertiliser Substitution of peat Manure Reference scenarios Organic waste Storage Transportation to plant Treatment (Incineration) Substitution of other energy carriers Use Substitution of mineral fertiliser
Paper 2 Relation between greenhouse gas emissions and economic profit for different configurations of biogas value chains. A case study on different levels of sector integration.
Paper 2: resultater Stor grad av sektorintegrering er ønskelig med tanke på reduksjon av klimagasser. Agricultural sector Waste sector Transport sector Agricultural sector Supply farms Biogas plant Level 1 Transport companies Digestate receiving farms Level 2 Level 3 Level 4 Reduced emissions Economic profitability
Paper 3 The implications of economic instruments on biogas value chains a case study comparison between Norway and Denmark. De politiske målsetningene er inrettet mot ulike sektorer. Økonomiske insentiver Norge: I hovedsak inputbaserte. Økt kildesortering av organisk avfall, mindre fokus på biogassutbytte og effektiv bruk av biogassen Danmark: I hovedsak output-baserte. Gir bruk av substrater med høyt utbytte og minimerer tap. DK NO DK NO DK NO 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 Utilisation of biogas 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % Upgraded, Heat and electricity Upgraded, Transport Upgraded, Other Heat and electricity Annual production, GWh Feedstocks for biogas production 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % Sewage sludge Organic waste Agriculture Industrial Other
Centralised plant Farm scale plant No biogas Paper 4 Optimising anaerobic digestion of manure resources at a regional level. Optimaliseringsmodell: Hva er den klimamessige og økonomiske optimale løsningen for gårder med storfe og gris i en region? at farm Manure resources Storage Application to soil Avoided: heat from electricity Manure resources Prestorage AD Storage Application to soil Manure resources Prestorage Storage Application to soil Transport AD Transport Upgrade Avoided: diesel
Oppsumering: miljøpåvirkninger Mengdene matavfall og gjødsel brukt til biogass- og biogjødselproduksjon bør økes. Bioresten bør benyttes som gjødsel i landbruket som erstatning for mineralgjødsel, der det er mulig. Biogass bør brukes til å erstatte fossile energibærere.
Oppsummering: økonomien til aktørene Oppgradering av biogass til drivstoffkvalitet er kun lønnsomt under noen betingelser. På et generelt nivå mangler storskala biogassanlegg insentiver til å inkludere landbruket i verdikjeden. Levering av gjødsel til sentralisert biogassanlegg er sannsynligvis den mest lønnsomme løsningen for storfe- og grisegårder. Småskala biogassanlegg kan også være lønnsome for de fleste storfeog grisegårder, og barrierene for å øke andelen gjødsel til biogassproduksjon er sannsynligvis ikke i hovedsak økonomiske.
Konklusjoner En stor grad av sektorintegrering er ønskelig med tanke på å redusere utslipp, men gir den minst lønnsomme løsningen for storskalaanlegg. Eksistensen og utformingen av norske biogass verdikjeder er i stor grad påvirket av virkemiddelapparatet. De nåværende virkemidlene insentiverer økt biogassproduksjon og til en viss grad «riktig» bruk av biogassen, men de gir ikke motivasjon for «riktig» bruk av bioresten. Gjødsel bør sendes til sentraliserte bigoassanlegg der det er mulig (gitt at: biogassen leveres til transportsektoren og bioresten returneres til landbruket). I områder der sentralisert biogassanlegg ikke er aktuelt, representerer småskala biogassanlegg en mulig løsning, men en rekke forbedringer kan gjøres: Forbedre produksjonseffektiviteten til småskalaanlegg Unngå diffuse utslipp av gass og redusere utslipp fra lagring. Finne avsetning for gassen på garden eller utvikle regional infrastruktur til å oppgradere gassen.
Anbefalinger politikkutforming Ved å beholde og styrke det eksisterende støtteordningene er det sannsynlig at biogassproduksjonen øker og medfører reduserte miljøbelastninger. Offentlig innkjøp kan i større grad brukes som en driver til å øke etterspørselen etter biogass som drivstoff og etter anaerob utråtning som behandlingsmåte. En økning i avgifter for fossile drivstoff vil sannsynligvis forbedre lønnsomheten til å oppgradere biogass. Bruk av gjødselressurser til biogassproduksjon kan økes ved å: Forbedre insentivene for: bruk av biorest i landbruket. bruk av gjødsel som substrat i sentraliserte anlegg. Minimering av økonomisk risiko for gårder som ønsker å investere i biogassproduksjon.
Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 14