Biobränslena har begränsningar

I mitt inlägg nyligen om elbilar skrev jag att "det är uppenbart att biobränsledrivna bilar inte kan stå för någon större trafik, då den årliga produktionen av biomassa helt enkelt inte räcker till". En kommentator reagerade på detta och påpekade att produktionen av biomassa på jorden (enligt beräkningar av exempelvis Ralph Sims) är cirka 4500 EJ (exajoule) per år, vilket är nästan tio gånger mänsklighetens totala globala energikonsumtion (490 EJ år 2006). Det låter betryggande för ett framtida biobränsledrivet samhälle, men jag tänkte nu syna det hela i sömmarna. För det är mängden användbar biomassa och hur mycket nettoenergi man får ur den som är intressant.

De scenarier som skulle kunna ge stora mängder biobränslen är sådana som optimistiskt (eller naivistiskt) målas upp t.ex. i rapporten "Global Potential of Sustainable Biomass for Energy" som publicerades 2009 av Svetlana Ladanai och Johan Vinterbäck vid Institutionen för energi och teknik vid SLU. Där påpekas att endast 0,19% av världens totala landarea eller 0,5-1,7% av jordbruksmarken används för energigrödor. Det kan tyckas att det borde finnas stor potential för att öka detta. Men var ska all denna extra produktion komma ifrån? På sidan 19 i rapporten tar man fasta på det mest optimistiska scenariot från artikeln "Exploration of the ranges of the global potential of biomass for energy" av M. Hoogwijk m.fl. Artikeln ifråga kommer fram till att den globala potentialen för energi från biomassa om 50 år rör sig i det oerhört breda området 33-1135 EJ/år. Men SLU-rapporten tar alltså fasta på den högsta siffran, även om den troligaste siffran ligger betydligt lägre. Det finns nämligen en mängd brasklappar. Min översättning från artikelns sammanfattning:

Avgörande faktorer som avgör tillgängligheten av biomassa för energi är: (1) Den framtida efterfrågan på mat, som bestäms av befolkningstillväxten och den framtida dieten; (2) Typen av matproduktionssystem som kan införas globalt över de kommande 50 åren; (3) Produktiviteten för skog och energigrödor; (4) Den (ökande) användningen av biomaterial; (5) Tillgången till skadad mark; (6) Konkurrerande landanvändningar, t.ex. användning av överskott av jordbruksmark för återbeskogning.

Det är därför inte "givet" att biomassa för energi kan bli tillgänglig i en stor skala.

De där brasklapparna kan var och en för sig stoppa hela massproduktionen av bioenergi. Den framtida efterfrågan på mat lär exempelvis knappast bli mindre när världens befolkning fortfarande växer. Vad vi ser vad gäller dieten är också t.ex. att de flesta av världens invånare gärna vill äta mer kött, vilket de också gör så fort de får råd. Den globala efterfrågan på jordbruksmark lär alltså knappast minska, utan snarare öka.

Monique Hoogwijk finns också med i rapporten från en workshop från 2008 från IEA Bioenergy med titeln "The Availability of Biomass Resources for Energy". Där talar hon om förutsättningarna för de mest optimistiska siffrorna.

By contrast, in the most optimistic scenario for bioenergy, where population growth is low, diet becomes less meat-intensive, agricultural intensity increases significantly with a 100% increase in production per hectare) and there is less competition for resources, then bioenergy could increase very significantly, providing over 1000 EJ/year.

Tror verkligen någon att detta kommer att inträffa?

Dessutom tar hon upp den ojämna globala fördelningen.

There will be regional interdependence, because Europe will never meet its own demands and there will be a surplus in some regions such as Canada, Africa, and the former USSR. Therefore trade in biomass commodities will be required to sustain such an expansion.

Överskott på biomassa i Afrika? Det tror jag på när jag ser det. Redan idag tillhör den helt övervägande delen av Afrikas länder kategorin LIFDC (Low-Income Food-Deficit Countries). De kan ju börja med att föda sin egen befolkning innan de börjar exportera biobränslen.

Trots alla frågetecken kommer man fram till följande.

It was concluded that aiming to increase the contribution from biomass from the current level of 35 EJ/year to 200 EJ/year in 2050 would be a realistic but still challenging goal
(IEA Bioenergy, 2007).

Jag ställer mig högst tveksam till att det är ett realistiskt mål att omkring 40% av världens nuvarande energiförbrukning skulle kunna komma från biobränslen. Beräkningarna av biobränslenas bidrag till energiförsörjningen ignorerar nämligen den energisubvention från diesel som gör biobränsleproduktionen i stor skala möjlig. Biobränslena är nämligen utspridda över stora ytor. Det går åt mycket bränsle för traktorer, skördetröskor, skogsmaskiner och alla transporter. Biomassan ska odlas, skördas och fraktas till processanläggningen för att framställa flytande bränsle (eller gas). Därifrån ska bränslet distrubueras ut. Inte nog med det - restprodukter i form av aska och dylikt från processanläggningen måste fraktas tillbaka till odlingsmarken eller hyggena för att inte suga ut näringen ur marken. Det är nettoenergin som gäller, inte bruttoenergin. Här är vi tillbaks till EROEI (Energy Returned on Energy Invested). Förutom fossilenergin ska vi inte heller glömma den ändliga konstgödselns bidrag till biobränsleproduktionen.

Några som har gjort intressanta observationer vad gäller nettoenergin är Hillevi Helmfrid och Andrew Haden vid Centrum för uthålligt lantbruk vid SLU. De skrev våren 2006 en rapport med titeln "Efter oljetoppen - Hur bygger vi beredskap när framtidsbilderna går isär?" Bloggrannen Ylven tipsade nyligen om denna rapport. Jag läste den visserligen redan hösten 2006 när jag fick upp ögonen för detta med peak oil, men den hade fallit lite i glömska för mig, så det var bra att bli påmind.

Helmfrid och Haden går igenom förutsättningarna att utifrån Sveriges jordbruks- och skogsbruksproduktion försörja oss med bränsle. Så här säger de om transporterna från skogen.

Skogsbruket använder idag fossila drivmedel vid plantproduktion, skogsskötsel, avverkning och för transporten från skogen till massaindustrin, respektive sågverken. Transporten från skogen till industrin utgör hela 25% av det totala landbaserade transportarbetet i Sverige räknat som ton-km (Skogsstyrelsen 2004, Berg and Lindholm 2005). Idag finns ingen storskalig tillverkning av drivmedel från skogen, vilket innebär att skogssektorn är beroende av de fossila bränslena. Skogssektorn (från skog till grind) förbrukar idag 4,04 TWh diesel och 0,11 TWh bensin (Berg and Lindholm 2005).

Och vad gäller jordbrukssektorns drivmedelspotential så här.

Beräkningarna indikerar för att täcka livsmedelssystemets eget drivmedelsbehov skulle nära 40% av Sveriges åkermark (1 av 2,6 miljoner hektar) behöva upplåtas för produktion av drivmedel, mark som nu används till livsmedelsproduktion. Annorlunda uttryckt skulle vi behöva återta den ca 1,1 miljon hektar åkermark som lagts ner sedan toppåret 1927 (Sveriges Nationalatlas Jordbruket). Detta skulle dock minska arealen skog med motsvarande yta, och fortfarande bara räcka för att täcka livsmedelssystemets eget drivmedelsbehov.

För att täcka enbart jordbrukets eget behov skulle 13% av åkermarken behöva avsättas för drivmedelsproduktion, alternativt skulle 340 000 nya hektar behöva tillkomma. Vid ekologisk produktion skulle arealbehovet vara avsevärt större.

Om vi använder trädad åkermark och dessutom återtar nedlagd jordbruksmark och/eller minskar odlingen av fodergrödor (och därmed vår köttkonsumtion) skulle mark teoretiskt kunna göras tillgänglig för jordbruket att producera sitt eget drivmedel.

Men även om vi lyckades göra dessa omprioriteringar kan vi av andra skäl inte odla mer än ca 180 000 – 200 000 ha raps i Sverige. Dels begränsas rapsodlingarna klimatmässigt och jordmånsmässigt till de södra delarna av landet. Dels bör man inte odla raps oftare än vart femte till sjunde år för att förebygga växtföljdssjukdomar. Slutsatsen blir att inte ens jordbrukets eget drimedelsbehov kan täckas av RME från åkermark.

Vidare om skogen som biobränsleleverantör.

Uppskattningen visar att det skulle räcka med ca 3,7% av den svenska skogsarealen för att göra skogssektorn självförsörjande med drivmedel (från skog till grind). Här ska man dock tillägga att drivmedelsbehovet för transporten av skogsprodukterna när de lämnar sågverk och pappersbruk inte är medräknat. Denna analys är alltså inte lika komplett som den för livsmedelssystemtet, vilken sträcker sig ända fram till konsumentledet. Likaså saknas i det här fallet energiåtgången för att bygga, underhålla och driva de anläggningar som omvandlar skogsråvaran till DME respektive etanol, och energiåtgången för transport och lagring etc. före och efter konverteringen. Ska hela processen drivas med eget bränsle blir arealbehovet större.

Sammanfattningsvis kommer de fram till att en svensk fordonspark driven på inhemska biobränslen är fullständigt orealistisk.

Uppskattningen visar att 6,3 miljoner hektar skulle behövas för att framställa ersättning till dagens svenska konsumtion av diesel och bensin med drivmedel från åkern. Även om arealbehovet i absoluta tal är mindre på åkern än i skogen (15,1 miljoner hektar) så betyder 6,3 miljoner hektar nästan dubbelt så mycket åker som odlades under toppåret 1927 (3,7 miljoner hektar), vilket visar att detta alternativ står utom all realism.

Låter vi istället skogen stå för hela drivmedelsproduktionen skulle nästan 80% av de årliga avverkningarna åtgå till drivmedelsproduktion, om vi vill ersätta hela dagens svenska drivmedelskonsumtion med DME och etanol från skogen, med känd teknik. I ett sådant scenario blir det inte mycket skog kvar för att täcka vårt behov av uppvärmning, papper och byggnadsmaterial vilket 99% av skogsråvaran idag används till.

Liknande resultat som i den överslagsberäkning jag gjorde förra sommaren. Så jag fortsätter att hävda att biobränsledrivna fordon bara kan ersätta en liten andel av dagens fossildrivna fordonsflotta.

[Andra bloggar om biobränslen, energi, oljeproduktionstoppen, peak oil]