Slam karbonbalanse og klimagasser Fagtreff NORVARs slamgruppe 19. April 27 Arne Grønlund Bioforsk Jord og miljø
Noen betraktninger om slam sett i forhold til karbonbalanse og klimagassproblematikken
Slam = biomasse og = bioenergi Biomasse: Trevirke og avfall Halm Andre vekster Matavfall Slam 1 X forbruk av fossil energi Naturlig nedbryting Forråtning Forbrenning Energi Restprodukter CO 2 Humus Aske Vil bli frigjort uavhengig om vi utnytter bioenergien eller ikke
Den globale karbonbalansen (milliarder tonn C) Atmosfæren Fossilt brensel og produksjon av sement ~6 yr -1 Biomasse Hav Jord Jordkvalitet Regulator for atmosfæren
Hovedkilder til CO 2 -tap 1 % 8 % 67 % Bygge opp C- lager 6 % Redusere utslipp 4 % 2 % % 33 % Redusere tap Forbrenning av fossilt materiale og produksjon av sement Tap fra jord og vegetasjon Hvordan kan vi begrense CO 2 -økningen i atmosfæren?
Hvordan kan slam bidra til karbonlagring og reduserte klimagassutslipp? Bioenergi erstatte fossilt Redusere utslipp 1 % 8 % 6 % 4 % 67 % Bygge opp C- lager 33 % Jordforbedring N-gjødsel redusert CO 2 - utslipp ved produksjon av kunstgjødsel 2 % % Forbrenning av fossilt materiale og produksjon av sement Tap fra jord og vegetasjon Redusere tap
Eksempler på alternative behandlingsmetoder for slam 1.Ubehandlet slam som gjødsel/jordforbedringsmiddel 2.Produksjon av biogass, biorest som gjødsel 3.Brenning med energigjenvinning Felles forutsetninger: 1 tonn slamtørrstoff 7 % organisk stoff 28 % (28) kg C 2,5 % (25 kg) total N,3 % (3 kg) mineralsk N
1. Ubehandlet slam som gjødsel/jordforbedringsmiddel Effekter: Kabonlagringi jord Redusert CO 2 -utslipp ved produksjon av N-gjødsel
Karbonlagring i jord Restmengde C 3 2 1 Nedbrytning av karbon i 1 tonn slam Antall år 1 % av opprinnelig mengde Avhengig av: Jordtype Klima Driftssystem Jordarbeiding 28 kg C ~ 1 kg CO 2
Redusert CO 2 -utslipp ved produksjon av N-gjødsel Formel: 1. år: Mineral N (3 kg) *,8 + Organisk N (22 kg)*,1 Senere år: Rest organisk N *,1 Frigjort fra 1 tonn slam etter 4 år: 1 kg N Energiforbruk ved gjødselproduksjon: 45 MJ/kg N ~ 1 kg olje ~,8 kg C ~ 3 kg CO 2 1 kg N ~ 1 kg olje ~ 3 kg CO 2
Oppsummering: Ubehandlet slam som gjødsel/jordforbedringsmiddel kg CO 2 Kabonlagring i jord 1 Redusert CO 2 -utslipp ved produksjon av N-gjødsel 3 Sum 13
2. Produksjon av biogass, biorest som gjødsel Forutsetning: 25-3 m 3 gass per tonn slam TS Biogass: 6 % CH 4 og 4 % CO 2 Tetthet CH 4 :,67 kg/m 3 Energiinnhold CH 4 : 5 MJ/kg Energiinnhold olje: 43 MJ/kg
1 tonn slam TS 28 kg C Biogass: 11 kg CH 4 ~83 kg C 2 kg CO 2 ~55 kg C Sum 138 kg C <=> 13 kg olje 375 kg CO 2 25 kg N Biorest: 142 kg C 25 kg N
Karbonlagring av biorest i jord Restmengde C 3 25 2 15 1 5 Vanlig slam Biorest Nedbrytning av karbon i 1 tonn slam TS Tilnærmet lik mengde Antall år 25 kg C ~ 9 kg CO 2
Biorest som gjødsel Redusert CO 2 -utslipp ved produksjon av N-gjødsel Plantetilgjengelig N 1. år: 8 % av 25 kg ~ 2 kg N 2 kg N ~ 2 kg olje ~ 6 kg CO 2
Metantap fra biogassproduksjon Årsaker: Lekkasje fra tank Metanutvikling ved etterlagring av biorest Tap ved opparbeiding til biodrivstoff (CO 2 -fjerning ved scrubbing) Konsekvenser: Tap av energi Drivhuseffekt av metan (21 ganger større enn CO 2 )
Energi i gass 4 CO2-ekvivalenter 3 2 1 5 1 15 % metantap
Drivhuseffekt av metan 4 CO2-ekvivalenter 3 2 1 5 1 15 % metantap
4 CO2-ekvivalenter 3 2 1 Energi i gass Drivhuseffekt av metan 5 1 15 % metantap
Oppsummering: Produksjon av biogass, biorest som gjødsel Metantap 1 % 2 % 5 % kg CO 2 -ekvivalenter Energi -erstatning fossil olje 373 Kabonlagring i jord 9 Redusert utslipp N-gjødsel 6 Drivhuseffekt av CH 4 -tap -23 Sum 5 37 9 6-45 475 36 9 6-115 395
3. Forbrenning med energigjenvinning Bare energi (ingen karbonlagring i jord eller N- gjødsel) Brennverdi slam: 2 MJ/kg organisk stoff 14 MJ/kg slam med 7 % organisk stoff Reduksjon for vanninnhold (oppvarming og fordampning): 2,45 MJ/kg vann
Brennverdi i et tonn slamtørrstoff 15 Brennverdi MJ 12 9 6 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 % tørrstoff
Redusert CO 2 -utslipp olje CO2 i olje med samme energiinnhold 1 8 6 4 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 % tørrstoff i slam
Oppsummering forbrenning Tørrstoff % 1 15 2 3 kg CO 2 -ekvivalenter Erstattet fossil olje -55 287 565 Kabonlagring i jord Redusert CO 2 -utslipp N-gjødsel Sum -55 287 565
Sammenligning av de tre alternativene Klimagassbalanse kg CO 2 -ekvivalenter Gjødsel/ jordforbedringsmiddel 13 Produksjon av biogass, biorest som gjødsel 1 % CH 4 -tap 5 2 % CH 4 -tap 475 Forbrenning 5 % CH 4 -tap 15 % TS 2 % TS 3 % TS 395 287 565
Betydning i forhold totalt utslipp av klimagasser i Norge Totalt utslipp: 5 mill. tonn CO 2 -ekv. Total mengde slam: 1 tonn TS Redusert klimagassutslipp ved optimal bruk av slam:,5 tonn CO 2 -ekv./tonn slam TS 5 tonn CO 2 -ekv. totalt i slam,1 % av totalt utslipp
Forhold som ikke er vurdert Biogass: Produksjonskostnader Forbrenning Kostnader til tørking/avvanning Kostnader til rensing av avgass Sparte kostnader til transport Infrastruktur for utnytting av energi Lavverdig energi sammenlignet med biogass
Nye problemer/utfordringer Anriking av tungmetaller i aske og biorest Ny gjødselvareforskrift basert på mindre mengder og høyere metallkonsentrasjoner Utvinning av fosfor fra aske
Oppsummering Beregninger av klimagassbalanse, CO 2 -ekv./tonn slam TS: Gjødsel/ jordforbedringsmiddel 13 kg Biogass, 1 % CH 4 -tap: 5 kg Forbrenning, <15 % TS: < kg Forbrenning, 3 % TS: 565 kg Reduksjon av totalutslipp av klimagasser ved optimal slambehandling:,1 %