Klimagasser ved produksjon og bruk av mineralgjødsel - forenlig med optimal matproduksjon?

Klimagasser ved produksjon og bruk av mineralgjødsel - forenlig med optimal matproduksjon? Ja, det er det eneste og beste valget vi har! Yara Norge v/ Bjørn Tor Svoldal

De globale utfordringene i landbruket Befolkningsveksten 80-85 millioner fler pr. år Trenger mer matproduksjon Resursene er begrenset Større landbruksproduksjon Lokalt og globalt Klimaendringer Vannmangel Begrensa areal tilgjengelig Vi trenger et effektivt, kompetansebasert landbrukssystem Mer intensiv produksjon Bedre styring med vann og næringsforsyningen Date: 2009-06-16 - Page: 3

Befolkningsveksten kan ikke endres på kort sikt. (Aldersfordelingen på verdens befolkning, 2005) I 2005, 38% av verdens befolkning var under 20 år Date: 2009-06-16 - Page: 5

Global utfordring: Åkerarealreservene er begrenset (i milliarder ha) Areal (Mrd. ha) Totalt landareal 14 12 10 8 6 4 Stipulert økning i landarealer til produksjon av landbruksprodukter 2030 (120 Mil. ha) Arealer i produksjon av landbruksprodukter potensielt aktuelt land, men i dag dekket av skog, våtmark, og bosetting marginelt passende landområder, men ved visse restriksjoner Arealer som ikke er tilpasset landbruksproduksjon 2 0 De 120 mil. ha av tilgjengelig landarealer er forventet fra Brasil og Syd-Sahara, Africa. Kilde: FAO (2003): World Agriculture: towards 2015/2030 Date: 2009-06-16 - Page: 10

Flere mennesker mindre åkerjord Åkerjord (i ha pr. person) 0,3 0,28 0,26 0,24 0,22 Verdens befolkning (i Mrd) 8,5 8 7,5 7 6,5 6 0,2 1998 2030 5,5 Vi må produsere mere mat pr arealenhet Date: 2009-06-16 - Page: 11

Klimagasstap GLOBAL = 49 bn t CO2eq (Landbruket bidrar med 26%) EU-27 = 5 bn t CO2eq (Landbruket bidrar med 9%) Energi, Avfall, Industri, etc. (74%) Produksjon av mineralgjødsel N (0.8%)* N2O fra mineralgjødsel-n bruk (1.3%)* N2O fra organisk N-gjødsel kilder (3.8%) Andre landbruksabaserte klimagasstap, hovedsaklig CH4 (8.4%) 90% 1.1%* 1.1%* 3,2% 4.6% Areal bruksendring (12%) Basert på IPCC (2007), Bellarby et al. (2008), *EFMA kalkulering Basert på UNFCCC (2008), * EFMA calculation Bidraget fra arealbruksendring er stort, men ikke I Europa Mindre intensiv landbruksproduksjon I Europa mer avskoging mer klimagassutslipp Date: 2009-06-16 - Page: 13

Intensivering av landbruksarealene: Eksempel fra Afrika. Tradisjonell praksis: 2 millioner ton kakaobønner blir produsert på 5 millioner ha jordbruksarealer Date: 2009-06-16 - Page: 14

Moderne landbruk med lokal BAT i agronomi Kan produsere 2 millioner tonn kakaobønner på 1 milioner ha landbruksareal Landområder tilgjengelig for Biodiversitet og CO2-binding Date: 2009-06-16 - Page: 15

Klimagassutslipp I Norge (2005) Totalt = 53.8 Mil t CO2- ekvivalenter (jordbruket bidrar med 9%) Energi, Avfall, Industri, etc. (88%, 47.16 Mill tonn) Produksjon av mineralgjødsel (N) (4.3%, 2.26 Mio t CO2ekv*) N2O fra mineralgjødsel N-forbruk (1.2%, 0.64) N2O fra organisk N-kilde (1.7%, 0.92) N2O fra avrenning/fordampning (0.8%, 0.42) Andre landbruks drivhusgasser, hovedsaklig CH4 (4.4%, 2.36) Basert på UNFCCC (2008) Arealbruk og endring I drifta I skogen: - 34.47 Mio t CO2ekv. For å bedre Norges totale klimagassbudsjett kan det se lovende ut å øke karbonbindinga i skogsmark, og stående tømmervolum. Intensivering i skogkulturtiltak, gjødsling sammen med mer bruk av trelast til erstatning for stål og betong bør stimuleres. 1.96 Mio t CO2eq from nitric acid production Forbruk i Norge: 100.000 ton N; 0,29 mil tonn CO2 ekv. I produksjonen Date: 2009-06-16 - Page: 16

Høy intensitet i planteproduksjonen- Problem eller løsning?

Avlingsrespons ved ulike N-gjødslingsnivåer i langvarige fastliggende forsøk i høsthvete kornavling (t/ha) 10 8 6 4 2 0 100% intensitet 50% intensitet Økonomisk opt. N-nivå 0% intensitet 0 50 100 150 200 250 300 Fastliggende langvarige forsøk: Rothamsted, UK N-gjødslingsnivå (kg N/ha) Date: 2009-06-16 - Page: 25

100% intensity 0% intensity Date: 2009-06-16 - Page: 26

Karbon fotavtrykket ved hveteproduksjon øker med økende N-gjødslingsnivå Global oppvarming: kg CO2 eq. / ha 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 uten N 50% av optimum økonomisk optimum Date: 2009-06-16 - Page: 27

For å oppnå samme avling, krever redusert intensitet større landarealer som øker klimagasstapene. Global oppvarming: kg CO2 eq. / ha 12000 10000 8000 CO 2 tap p.g.a. tilleggsarealer som tas i bruk for å erstatte avlingstap 6000 4000 2000 0 uten N 50% av optimum Økonomisk optimum Date: 2009-06-16 - Page: 28

Miljømessige problemer som nitratavrenning starter først ved N-mengder over økonomisk optimum. Yield (t/ha) Soil nitrate at harvest (kg N/ha) 10 9 8 7 6 5 4 Økonomisk optimumsavling 0 50 100 150 200 250 300 350 N rate (kg N/ha) Nitratverdier i jorda ved høsting (Risiko for avrenning) Optimal N- gjødsling 100 80 60 40 20 0 Date: 2009-06-16 - Page: 30

Innovasjon for å øke landbrukets produktivitet? Avling Innovasjon f.eks. Bedre plantemateriale f.eks. Nye gjødslingskonsepter Kunnskapsformidling Økning I gjødseltildeling Date: 2009-06-16 - Page: 32

Forsøk for å analysere næringsopptaket i løpet av vekstperioden (Eksempel høsthvete) N1 N4 N2 N3 N0 Date: 2009-06-16 - Page: 34

N-opptak (kg/ha) N% N-opptak av høsthvete fra vekststart og utover til blomstring (Eksempel 2008) 220 200 180 160 140 120 100 9 8 7 6 5 4 N- opptak 80 60 40 3 2 20 0 20 25 29 31 33 35 37 49 59 65 1 0 vekststadium 22.2. 13.3. 2.4. 22.4. 12.5. 1.6. 21.6. Dato Date: 2009-06-16 - Page: 35

Næringsstoff opptak i høsthvete gjennom den mest intensive vekstperioden (2008) kg/ha Næringsstoffer Beg. stråstrekning Skyting total Opptak kg pr. dag N 86 167 81 4,5 kg P 11 25 14 0,8 kg K 86 201 115 6,4 kg Næringsstoffopptak mellom 18. April og 6. Mai (18 dager) Date: 2009-06-16 - Page: 36

Intensiteten i næringsforsyningen, og tildeling av enkeltnæringsstoffer til vekstene er av større viktighet (Eksempel fosfor) Fosfor i jordløsning Fossfor som ikke er i jordløsning Intensitet = mengde pr dag Kapasitet = Total P i jord Date: 2009-06-16 - Page: 37

Yara gir råd til gårdbrukere for å finne optimalt gjødslingsnivå og konsept. Gjødselplanleggingsverktøy, Yara N-Tester og Yara N-Sensor hjelper gårdbrukerne å gjødsle effektivt Date: 2009-06-16 - Page: 40

Behovstilpassa dyrking med Yara N-sensor gir: Jevnere og større avling (3-6%) Redusert gjødling (13%) Jevnere modning Økt treskekapasitet Jevnere kvalitet Mer miljøoptimalt også klimaoptimalt med Yaragjødsel Date: 2009-06-16 - Page: 42

Dess mer gjødselnitrogen som blir tatt opp i avlingen, dess mindre blir det igjen i jorden som kan tapes som lystgass (N 2 O) Dinitrogenoksyd (N 2 O) Nitrogen fra urea/ammonium & husdyrgjødsel Nitrogen fra nitrater Biomasse Dinitrogenoksyd (N 2 O) Urea/Ammonium Jordorganismer Jordorganismer Nitrat Jord Date: 2009-06-16 - Page: 43

Nitrogeneffektiviteten i Europa øker NUE in % (moving average 3 years) 70 60 50 40 30 20 N use efficiency (NUE in %) = (N removal/n application) x 100 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 Kilde: Egne kalkulasjoner basert på FAO og Efma data Date: 2009-06-16 - Page: 44

Det er fremdeles mulig å øke nitrogeneffektiviteten i europeisk landbruk Gjennomsnitt EU27 2006/07 Gjennomsnitt av 139 feltforsøk** Kornavling tonn/haa 4.9 9.3 N-innhold i korn, tørrstoff (%) 2.00 2.09 N fjerning med kornavling (kg N/ha) 82 167 N gjødsling (kg N/ha) N avsetning (kg N/ha) 111 20 181 20 N effektivitet (N fjerning/ N input) * 100 62 % 83 % Kilder: * FAO, ** Yara felt forsøk Date: 2009-06-16 - Page: 45

N-effektivitet i N-prognosefelt (168 gjødslingsfelt i vårkorn 1991-2008) N-gjødslingsnivå 9-10 kg 10,5-11,5 kg 12-13 kg Kornavlingsnivå 350-450 kg korn 450-550 kg korn 550-650 kg korn Gjennomsnittlig kornavling 410 kg 509 kg 594 kg Proteininnhold 11,0 % 11,8 % 12,1 % N-opptak i korn 9,5 kg 11,0 kg 12,5 kg N-effektivitet (N-opptak i korn/n-gjødsling) *100 % 66 % 76 % 81 % Kilde: Bioforsk Øst, Apelsvoll, Bernt Hoel 2009. Date: 2009-06-16 - Page: 46

To naturlige jordprosesser gir tap av N 2 O Nitrifikasjon N 2 O Urea/Ammonium Nitrat Jordorganismene bruker ammonium (NH 4 ) som energikilde Denitrifikasjon N 2 O N 2 O fra begge prosesser 1% av N tilført (IPCC, 2006) Nitrat N 2 gas Jordfysiske forhold: Som oksygen (O 2 ) mangler (vassjukt), bruker mikroorganismene oksygen fra nitraten (NO 3 ) til åndingen Date: 2009-06-16 - Page: 47

N 2 O tap fra jordsmonnet reduseres N 2 O-tap fra landbruksjord er registrert i Europa (mio t CO 2 eq) 320 300 280 260 240 220 200 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 År Kilde: United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC, 2008) Date: 2009-06-16 - Page: 48

Vekstene krever næring for å vokse Avlingen opptar mineraler og vann fra jorda Byggestener for gode, robuste avlinger med god kvalitet Date: 2009-06-16 - Page: 49

Konklusjon: Intensiv planteproduksjon med optimale avlinger pr. arealenhet er viktig for å dekke verdens matvareforsyning, matvaretrygghet kan samtidig bidra til å redusere klimagasstap fra arealbruksendringer skal gjøres uten å øke andre miljøpåvirkninger Løsningen er å øke produktiviteten I landbruket Date: 2009-06-16 - Page: 52

Yara sin FoU-strategi for å møte framtidens utfordringer. Framtidens næringsforsynings styring inkluderer: Mindre vannforbruk Mer effektivt næringsstoffopptak Mindre avhengig av jordkvalitet Minimal miljømessig skadevirkning som krever større grad av innovasjon og kunnskapsformidling: Innovative gjødslingskonsepter og tildelingsstrategier for ytterligere optimering hos avanserte produsenter Kunnskaps- og teknologi formidling til innovative og smarte gårdbrukere Date: 2009-06-16 - Page: 53

Muligheter til å forbedre karbon fotavtrykket av gjødselen nyttet i planteproduksjon

kg CO 2 -ekvivalenter / ha Bidrag av de enkelte klimagasstap av total karbonfotavtrykk pr. ha Basert på fastliggende feltforsøk i høsthvete (UK), N-gjødseltype = Ammoniumnitrate 3000 Hot-spots 2500 2000 1500 1000 500 N2O N2O N2O_field CO2_field CO2_trans N2O_prod CO2_prod 0 Økonomisk optimum Date: 2009-06-16 - Page: 55

Forbedringer i salpetersyreproduksjonen Salpetersyre fabrikken 70-90 % reduksjon av Dinitrogenoksyd (Lystgass) (N 2 O) Katalysator Date: 2009-06-16 - Page: 56

Karbonfotavtrykket (kg CO 2-eq. / ha) Påvirkningen av de-n2o katalysatoren på karbon fotavtrykket i planteproduksjonen Basert på fastliggende feltforsøk i høsthvete (UK), N-gjødseltype = Ammoniumnitrate 3000 2500 uten de-n2o katalysator med de-n2o katalysator 2000 1500 1000 N2O_field CO2_field CO2_trans N2O_prod CO2_prod 500 0 Hvete produsert ved økonomisk optimalt N-nivå Date: 2009-06-16 - Page: 57

kg CO 2 -equivalents / ha Påvirkningen av jord og klima på karbonfotavtrykket i planteproduksjonen 6000 4.67% av total-n-input som N2O_felt * 5000 4000 3000 2000 0.84% 1.28% 2.05% N2O_felt CO2_felt CO2_trans N2O_prod CO2_prod 1000 0 Drainage: Texture: Climate: good loam temp poor loam temp poor clay temp poor clay trop Andre viktige faktorer: - Organisk materiale - Jordens ph - Gjødseltype Date: 2009-06-16 - Page: 58 * Kalkulert etter Bouwman sin modell (Bouwman et al., 2002), usikkerhetsnivå 40% til +70%

Forskjellige gjødseltyper har forskjellige klimaeffekter Gjødselproduksjon Effekt I jorda Livssyklusperspektiv: Produksjon og etter gjødsling kg CO2eq/kg N 12 10 8 6 4 2 0 Urea CAN * 12 10 8 6 4 2 0 Urea CAN * 12 10 8 6 4 2 0 Urea CAN * * CAN produksjon inkludert N2O-katalysatoren LCA ; Livssyklus perspektiv over gjødselproduksjon i tillegg til bruken er viktig, da det ellers kan bli tatt feil beslutninger i politiske reguleringer eller tiltak. Date: 2009-06-16 - Page: 59

N2O-N tap (% av tilført N) Gjennomsnittlig N 2 O tap er mindre ved bruk av nitrater enn ved bruk av Urea og ammoniumgjødsel Analyse av omlag 900 feltmålinger fra 139 forsøk viser forskjellig N 2 O tap ved bruk av forskjellige N-gjødseltyper. 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Urea UAN AS AN CAN Kilde: Bouwman et al. (2002) Date: 2009-06-16 - Page: 60

Muligheter for å redusere tap av N 2 O i felt Alle tiltak som forbedrer nitrogengjødslingseffektiviteten, spesielt Justering av N-tildelingen til vedkommende avlings N-behov ( jord og planteanalyser) Synkronisering av N-gjødslingen med nitrogen opptaket i plantene ( delt gjødsling, just-in-time gjødslingskonsept.) Tilføre nitrat-baserte gjødseltyper på godt drenerte og ikke vassjuk jord Opprettholde en god jordstruktur (unngå pakkeskader, god drenering) Yara R&D har utviklet verktøy for gårdbrukere til støtte for en god gjødslingspraksis og en forbedring av N-effektiviteten Date: 2009-06-16 - Page: 61

Gjødsel: En katalysator for å fange solenergi Solenergi 1 mengde energi for produksjon og bruk av mineralgjødsel 10-15 ganger mer energi i biomassen pga. bruk av gjødsel Mat og dyrefor Bioenergi Planteavfall/ jordforbedring Date: 2009-06-16 - Page: 62

Den positive energibalansen i de ulike vekstene blir ytterligere forsterket ved bruk av gjødsel. GJ/ha 240 210 180 150 120 90 60 30 0-30 Hvete Raps Sukkerbeter Energi i biomassen som kom som tillegg ved N- gjødsling Energi i biomassen produsert uten N- gjødsel Energiforbruk pga: Aktivitet på jordet. N-gjødselproduksjon, transport & spredning 8.2 t/ha 5.4 t/ha 57.0 t/ha avling (ferskmasse) Kilde: Kalkuleringer fra feltforsøkdata, eksempler Date: 2009-06-16 - Page: 63

Skogsgjødsling Karbon og energibalanse Skogsgödsling Sverige Kol Energi Tillväxtökning, 1 gödsling (bindning) 15 m3sk/ha 10 500 kg CO2/ha 102 500 MJ (energi i virke) Produktion av Skog-CAN 0,55 ton/ha 495 kg CO2/ha 6 000 MJ (emission) (150 kg N/ha) (ekvivalenter) Transport av Skog-CAN (emission) 3 liter diesel/ha 8 kg CO2/ha 130 MJ Spridning av Skog-CAN (emission) 5 liter diesel/ha 13 kg CO2/ha 220 MJ NETTO KOLBINDNING ENERGI BALANS 10 000 kg CO2/ha 15:1 Sources: Frank Brentrup, Yara Research Centre Hanninghof Eriksson, E et al: Integrated carbon analysis of forest management practices and wood sustitution. Can.J.For.Res.37 (2007) Mats Olsson, SLU, pers.comm. Loviken, G; Föryngring och gödsling av skogsmark ur ett livscykelanalytiskt perspektiv. SLU, Umeå 1994 Dan Malm 090506 Date: 2009-06-16 - Page: 68

Oppsummering Intensiv planteproduksjon med optimal avling pr. arealenhet er viktig for å nå de globale mål for matvaresikkerhet og kan bidra til å redusere GHG tap som resultat av arealendring mot mer landbruksjord. Også intensivering av biomasseproduksjon I skogen, ved skogkulturtitak og gjødsling gir positiv GHG-effekt, CO2 binding + bruk av trevirke til erstatning for stål og betong. Yara sitt FoU fokus og kunnskapsformidling og inovasjonsprosjekter til støtte for en intensivering av planteproduksjonen i et bærekraftig perspektiv. Næringsforsyning i intensive planteproduksjonssystemer skal fokusere på daglige vekstrater. Intensiteten i næringsforsyningen til vekstene vil få mer oppmerksomhet i utformingen av gjødslingskonsepter. Kunnskaper om næringsforsyningen I planteproduksjonen, sortimentsutvikling, gjødslingskonsepter med plassering, bladgjødsling, teknologi m.m. og prinsippene om bærekraftig landbruk er hovedmålene for Yara R&D. Date: 2009-06-16 - Page: 75