Q&A om pyrolyse og CO2-lagring med biokul

Hvad er biokul, og hvorfor bidrager det til at reducere CO2-udledning?

Biokul er de forkullede rester af planter eller andet organisk materiale. Derfor er biokul ikke et nyt materiale. Men det er blevet aktuelt som løsning på klimaudfordringen, fordi den CO2, som planterne har optaget fra luften gennem hele vækstsæsonen, bliver lagret stabilt på et 100-års sigte i biokullet. Hvis man producerer biokul i stor skala, kan det derfor bidrage til at trække CO2 ud af atmosfæren.

Denne Q&A om biokul uddyber bl.a., hvad biokul er, hvordan det produceres, hvordan det ved hjælp af pyrolyseteknologi kan bruges som virkemiddel til at reducere CO2-udledning, samt hvilke positive og negative påvirkninger der kan være ved at sprede biokul ud på landbrugsjord.

Det er muligt at klikke sig ind på de respektive spørgsmål og svar, som ikke behøver at blive læst i en bestemt rækkefølge.

Vil du se projektoverblikket for CIP Fondens projekt om biokul? Så klik her.

Thomas Harttung medejer af Aarstiderne.dk og opfinder af maskinen, der kan lave varme og strøm og samtidig forhindre CO2-udledning ved hjælp af biomasse, der bliver til det kokslignende biochar

Spørgsmål og svar om pyrolyse og biokul

Biokul og klimaudfordringen

Biokul er et restprodukt, som kommer ud af at behandle forskellige typer biomasse i et pyrolyseanlæg. Processen indebærer, at biomasse fra landbruget (for eksempel halmrester eller gylle) eller slam fra rensningsanlæg opvarmes til høje temperaturer på omtrent 500 grader, uden der er ilt til stede. Processen omdanner biomassen  til biokul, som er de forkullede bio-rester, og til energi i form af varme, grønne gasser og  evt. olie.

Biomassen indeholder planterester, der i vækstsæsonen har optaget CO2 fra atmosfæren gennem fotosyntese. Omtrent halvdelen af CO2’en fra biomassen lagres med hjælp af pyrolyse-processen stabilt i biokullet, mens den anden halvdel ender i de grønne gasser.

Hvis biomassen ikke blev omdannet til biokul, ville CO2-indholdet blive frigivet tilbage til atmosfæren, når biomassen fx nedmuldes på markerne.

Derfor kan biokul være med til at trække CO2 ud af atmosfæren, som lagres gennem hundredevis af år i kullene, også hvis de pløjes ned i markerne. Derudover kan biokul have jordforbedrende egenskaber og give marker næringsstoffer.

Biokullets egenskaber afhænger af, hvilken slags biomasse man putter ind i et pyrolyseanlæg, og hvor højt der skrues op for varmen.

Både gødningsværdien og kulstoflagringen vil afhænge af typen af biomasse-input.

Læs mere:

  • Introduction to Production and Use of Biochar 2022 (Tobias Pape Thomsen, RUC, November 2022): Link
  • Artikel i VIDENSKAB: Biokul har potentiale: "Det kan blive en grøn speeder i omstillingen af landbruget (25. januar 2021): Link
  • Landbrug & Fødevarer (2021): Video om skyclean: Link

Der er overordnet tre typer af klimaeffekter relateret til biokul:

  1. CO2-lagring i selve biokullet
  2. Undgåede emissioner
  3. Fortrængningseffekter

Hvor store klimaeffekterne er, afhænger af hvilken slags biomasse, som biokullet er lavet af, og hvad der alternativt ville være sket med biomassen.

CO2-lagring i biokul. Omkring halvdelen af biomassens CO2 indhold ender umiddelbart i biokullet, hvor det lagres stabilt over tid.

Undgåede emissioner. Når man behandler biomassen, i stedet for fx at have opbevaret den, undgår man en del emissioner, som biomassen ellers ville have udledt til atmosfæren. Forebyggelse af især metanudledninger har stor klimaeffekt.

Fortrængningseffekter. Når man laver biokul, bliver der også produceret energi i form af overskudsvarme fra opvarmningen samt pyrolysegas og –olier. Gassen kan fx bruges til opvarmning, mens olierne kan videreforarbejdes til grønne brændstoffer. Hvis den grønne energi erstatter fossilt baseret energi, er der en fortrængningseffekt klimamæssigt som følge af biokulproduktionen.

Læs mere:

  • "Kortlægning af biomasser til biokul og CO2-potentialer" (NIRAS 2023) Link
  • "Styrket grundlag for vurdering af klimaeffekter ved pyrolyse af tre forskellige typer af biomasse til biokul" (Tobias Pape Thomsen et. al. 2023) Link
  • Aarhus Universitet (2022): Knowledge synthesis on biochar in Danish agriculture (DCA report no. 208): Link

Biokul holder meget langvarigt og stabil på kulstoffet, fordi dets form ikke så let kan nedbrydes af bakterier. Biomasserne, som bruges til biokul, ville ellers i deres rå form blive nedbrudt i løbet af nogle år og dermed frigive CO2e.

Forskere er på tværs af studier og forsøg blevet enige om, at omkring 80 pct. af kulstofindholdet stadig findes i biokullet efter 100 år.

Og efter 1.000 år er der stadig omkring 75 pct. af kulstofindholdet. En sådan stabilitet eller permanens svarer til, når der lagres CO2e i undergrunden, hvor den mineraliseres. Så biokul lagrer en meget stor del af CO2e indholdet meget permanent.

Læs mere:

  • Joint Assessment of Researchers, Biochar Summit 2023 Helsingborg, June 2023, Link
  • Scmidt et al (2022): Permanence of soil applied biochar, the Biochar Journal, December 2022, Link

Når man graver fossilt kul op, er det typisk med henblik på at brænde det som en kilde til energi. Når kul forbrændes, frigives store mængder af CO2e til atmosfæren. Denne udledning er en af de primære årsager til klimaforandringerne og den globale opvarmning.

Biokul er derimod baseret på biogene kilder (typisk planter) og er et middel til både at producere energi og lagre CO2e. Når biokul fx spredes ud på jorden, kan det hjælpe med at binde CO2e i jorden, mens jordkvaliteten forbedres. Og når energien fra processen med at fremstille biokul bruges, er det med til at fortrænge fossile brændstoffer. Der er derfor en fundamental forskel på at grave biokul ned og grave fossilt kul op.

Selv om nogle andre lande fortsat måtte udlede drivhusgasser, fordi de brænder brunkul af, er det ikke et argument for selv at sidde på hænderne.

Danmark har forpligtet sig til at reducere sine CO2e udledninger som en del af internationale klimaaftaler såvel som af hensyn til egne, nationale mål. Og her skal findes effektive måder at gøre det på for alle sektorer.

Ved at demonstrere effektive og bæredygtige metoder til CO2e lagring og -reduktion kan Danmark ikke bare reducere egne udledninger, men også inspirere andre lande til at følge efter.

I dag bruger vi CO2 til industriprocesser, opvarmning, byggeri og transport. Vi får hovedparten fra fossil baseret olie og gas. I et klimaneutralt samfund skal de fossile kulstofkilder erstattes af biogene kulstofkilder, fx  halm, træ, afgrøder og bioaffald.

Endnu er teknologien til CO2-neutrale industriprocesser, energiforsyning og transport ikke fuldt udviklet. Men i takt med teknologiudviklingen vil behovet for biogent CO2 vokse. Fx er det en vigtig ingrediens i mange Power-to-X produkter, hvor brint og CO2 kan bruges til at lave grønne brændsler.

Lagring af biogent CO2 i biokul stjæler ikke biogent CO2 fra produktionsprocesser. For at nå klimamålene skal vi både fortrænge anvendelsen af fossilt kulstof, og vi skal trække CO2 ud af atmosfæren.

Når man laver biokul, ender omkring halvdelen af kulstoffet fra biomasserne i selve kullet, som lagres, mens den anden halvdel ender i de energiprodukter, der også følger af processen. Den del kan indfanges og bruges til at fortrænge fossilt baseret CO2.

Biokul laves typisk af restbiomasser, som ellers ikke ville blive indsamlet, så ved at lave biokul, øges potentialet for brug af biogent CO2 i praksis.

Læs mere:

  • Det Nationale Bioøkonomipanels anbefalinger (2022): Bioressourcer til grøn omstilling: Link

En ny analyse fra NIRAS viser, at der med udgangspunkt i fem kendte biomasser (halmrester, digestat, spildevandsslam, dybstrøelse og haveaffald) i dag er nok biomasse til at nå en varig, årlig CO2e lagring på 2 mio. ton, hvis alle resterne fra de fem kilder anvendes til det, og der tages udgangspunkt i danske klimaeffekter for biokul. Det er den politiske målsætning fra Landbrugsaftalen i 2021 for klimareduktioner i landbruget med pyrolyse og brug af biokul i 2030.

Der findes også andre relevante biomasser til at lave biokul af, fx græsrester, mask fra bryggerier, reststrå fra efterafgrøder, madspild og rester fra havet (fx tang og invasive arter).

Over tid vil sammensætningen af biomasser ændre sig, ligesom de enkelte biomassers formål kan skifte. Lige nu bruges eksempelvis en del halm til direkte afbrænding for at producere varme, mens mulighederne for opvarmning via grøn strøm fra sol og vind forbedres over tid.

Tilgængeligheden af biomasseressourcer varierer fra sted til sted og afhænger af lokale faktorer som landbrugspraksis, skovforvaltning og affaldshåndteringssystemer.

I takt med en eventuel reduktion i husdyrproduktionen må det forventes, at landbrugsarealerne finder anden anvendelse, fx til afgrøder til plantebaseret kost, som også vil medføre rester, der kan bruges til produktion af biokul og CO2e lagring.

Bioøkonomisk Panel har lavet forskellige scenarier for biomassernes mulige udvikling over tid , fx i lyset af ændret husdyrhold og ændret arealanvendelse til mere urørt natur, og peger herunder også på mulighederne for at øge produktionen af biomasser.

 

Læs mere:

  • Kortlægning af biomasser til biokul og CO2-potentialer, NIRAs 2023, Link
  • Det Nationale Bioøkonomipanel, Aarhus Universitet, DCA – Nationalt Center for Fødevarer og Jordbrug 2022, Link

Sideeffekter ved biokul

Internationale studier viser i gennemsnit signifikant positiv effekt af biokul på jordens dyrkningsegenskaber. Der kan være forskellige former for positive effekter, eksempelvis:

  • Forbedret vandholdende evne – især relevant for sandede jorde
  • Bedre aggregatstabilitet (stabiliserer jordstruktur, muliggør bevægelse af gasser, vand og næringsstoffer)
  • Indhold af plantetilgængeligt fosfor (P) og kvælstof (N) (størstedelen tilgængeligt på længere sigt)
  • Kan øge kvælstofindholdet i jorden ved at mindske nitratudvaskningen.
  • Nogle tungmetaller og andre problematiske stoffer fra f.eks. slam kan fjernes ifm. pyrolysen (medicin, pesticider og mikroplast)

Effekterne afhænger af den biomasse, der ligger til grund for biokullet, den valgte pyrolyseproces og af jordbundsforholdene i øvrigt.

Der er ikke påvist signifikante udbyttestigninger efter tilførsel af biokul på danske markforhold.  Der er samtidig begrænset viden om effekten af biokul på jordens mikroorganismer over tid, eksempelvis regnorme.

Læs mere:

  • Aarhus Universitet (2022): Knowledge synthesis on biochar in Danish agriculture (DCA report no. 208): Link

Anvendelsen af biomasse vil ikke være bæredygtig, hvis man brænder biomassen hurtigere af, end ny biomasse kan nå at vokse frem og optage tilsvarende mængder af CO2e. Og hvis man eksempelvis fælder gammel, etableret skov med høj biodiversitet, vil det tage årtier eller århundrede at opbygge tilsvarende biodiversitet igen andre steder.

Brugen af biomasse til biokul er cirkulær, da den udnytter rester og sidestrømme fra landbruget og andre industrier, som ikke har anden anvendelse. Det kan være alt lige fra halmrester, græs og restfibre fra biogasanlæg til husdyrgødning, haveaffald, og spildevandsslam, som man ellers ikke ville have brugt.

Ved at bruge rester vil produktion af biokul derfor ikke optage arealer, der ellers havde haft andre formål, eller kræve dyrkning af biomasse med det specifikke formål at lave biokul og lagre CO2e. Det kommer som en sidegevinst af andre processer.

Produktion af energi og biokul ses også nederst i Bioøkonomisk Panels fremstilling af, hvad biomassen bør benyttes til (kaskadeanvendelse), dvs. som sidste led i en cirkulær proces.

Læs mere:

  • Det Nationale Bioøkonomipanel, Aarhus Universitet, DCA – Nationalt Center for Fødevarer og Jordbrug 2022: Link

Der er generelt mangel på viden om de langsigtede konsekvenser af brugen af biokul på landbrugsjorde, når den baseres på nutidens biomasser og teknologi.

De mulige sideeffekter afhænger i høj grad af biomassens indhold, pyrolyseprocessen og jordbundsforhold.

Biokul kan i nogle tilfælde indeholde problematiske stoffer, f.eks.

  • Tjærestoffer (PAH’er) (hvis biokul produceres under suboptimale pyrolyseforhold)
  • Tungmetaller (især i spildevandsslam som biomasse)
  • PFAS’er (især i spildevandsslam som biomasse, hvor pyrolysens effekt kan være usikker).

Der er tendens til, at de potentielle negative effekter biokul er forbundet med spildevandsslam som input-biomasse.

Slam spredes allerede i relativ stor stil på landbrugsjord (50 % af slam fra rensningsanlæg). Pyrolyse af slam kan bidrage til at neutralisere indholdet, når det spredes ud som biokul. Nogle tungmetaller og organiske stoffer fra fx slam (medicin, pesticider og mikro-plast) kan således fjernes ifm. pyrolysen. Arla Foods og andre fødevareproducenter aftager ikke afgrøder fra landbrugsjorder, hvor der er udspredt slam. Økologiske landbrug må heller ikke anvende slam på markerne, men de må godt bruge biokul baseret på plantebaserede biomasser, også selv om de er konventionelt dyrkede, så længe de fremgår af Økologiforordningens positivliste og ikke overskrider grænseværdierne for fx tjærestoffer.

Der er forskningsmæssigt stadig store usikkerheder i evidensen for brug af biokul baseret på nutidens biomasser og teknologi, og sideeffekterne ved udbringning af biokul på landbrugsjord har behov for at blive grundigere belyst. Se bl.a. vidensyntesen om biokul fra Aarhus Universitet (2022).

Læs mere:

  • Aarhus Universitet (2022): Knowledge synthesis on biochar in Danish agriculture (DCA report no. 208): Link
  • "Kortlægning af biomasser til biokul og CO2-potentialer" (NIRAS 2023) Link
  • Miljøministeriet (2023): Analyse af fremtidig slamhåndtering - til gavn for miljø og klima: Link

Klimacertifikater for CO2 lagring

Et klimacertifikat er et løfte om eller bevis på en reduktion af udledning af klimagasser eller langtidslagring af kulstof et konkret sted i verden. Et klimacertifikat omfatter  typisk 1 ton CO2e.  Sælges klimacertifikatet videre til andre, der på den måde kan kompensere og nedbring deres egne udledninger, kaldes det ofte en klimakredit.

Salg af klimakreditter kan kun ske for nye og additionelle tiltag og klimareduktioner, der ligger ud over den nuværende praksis og lovgivning.

Man kan derfor ikke opnå klimacertifikater for et tiltag, som alligevel ville være gennemført.

Klimacertifikater kendes fx fra genrejsning af skove.

I Danmark er der er eksempler på, at CO2-indholdet i biokul kan sælges som klimakreditter. Ved produktion af biokul kan en del af pyrolyseprocessen og den efterfølgende CO2 lagring finansieres fra salg af klimakreditter. Rentabiliteten afhænger af, at der sker en form for betaling for den CO2, der lagres.

Klimakreditter sælges på et frivilligt marked, hvilket vil sige, at markedet ikke reguleres af nogen myndighed, og at der ikke føres tilsyn. Alt efter hvilken platform klimakreditten sælges fra, kan der være forskellige opgørelsesmetoder og standarder..

Det frivillige marked for klimakreditter er i en markant udvikling, der drives af en stadigt stigende efterspørgsel efter produkter og services med reduceret klimaaftryk fra forbrugernes side og fra politiske krav. Stadig flere brancher og virksomheder har tilkendegivet ambitioner om klimaneutralitet inden for en overskuelig fremtid.

Men det kan være vanskeligt at vurdere hvilken type klimakredit, man som virksomhed skal købe for at kompensere for sine udledninger og hvilken handelsplatform, man skal benytte til certificering af sine klimatiltag og eventuelt salg af den dertilhørende klimakredit.

EU Kommissionen har i november 2022 fremlagt forslag til en fælles certificeringsramme for kulstoffjernelse bl.a. ved lagring af kulstof i jord eller skove. En fælles certificeringsramme vil kunne øge troværdigheden for kulstoffjernelsesaktiviteter og også øge tilliden til klimakreditten. Med større troværdighed bliver klimakreditten mere attraktiv for købere. Det forventes, at der går flere år, før en fælles EU certificeringsramme vil være på plads.

Læs mere:

  • European Commision (2022): Proposal for a Regulation on an EU certification for carbon removals: Link

Klimakreditter kan indgå i klimaregnskaber på virksomhedsniveau. Endnu er det frivilligt for virksomheder at lave klimaregnskaber. Men mange virksomheder udarbejder allerede klimaregnskaber af hensyn til ESG og i forventning om, at det under alle omstændigheder vil blive et lovfæstet krav for børsnoterede selskaber og selskaber med over 250 ansatte,når EU’s bæredygtighedsdirektiv træder i kraft i 2024.

Det kan være attraktivt for virksomheder, der gerne vil være klimaneutrale, eller har såkaldte hard-to-abate udledninger, at købe klimakreditter til modregning af egne udledninger, hvis det er billigere, eller hvis det endnu ikke er teknisk muligt at iværksætte tiltag, der nedbringer virksomhedens egen udledning.

Det kan også være attraktivt for virksomheder at aftage klimakreditter, hvis de gerne vil gøre noget ekstra ud over egne tiltag for CO2-reduktion inden for deres værdikæde.

Klimacertifikater bliver udstedt i henhold til en certificeringsstandard. Certificeringsstandarden skal skabe den nødvendige dokumentation, som gør, at klimakreditten er attraktiv for en køber og dermed kan sælges. Det er vigtigt, at dokumentationen er både troværdig, grundig og har et højt fagligt niveau. Standarderne udvikles af private virksomheder eller NGO’er.

Dokumentation, certifikater, verificering og offentlige registre over køb af klimakreditter er forudsætningen for et troværdigt klimakreditmarked, herunder at undgå, at den samme CO2-reduktion sælges flere gange.

Lagring af CO2 i biokul kan bidrage til nå landbrugssektorens reduktionsmål.

Foretager den enkelte landmand et klimatiltag og får det dokumenteret, kan han eller hun vælge at beholde klimakreditten selv, hvorefter det kan tælle med i landmandens eget klimaregnskab.

Hvis landmanden i stedet for ønsker at sælge den lagrede CO2 som klimakreditter, kan det blive en indtægtsmulighed (og dermed en mulighed for at investere i andre metoder til grøn omstilling).

Hvis der  er klimavenlige, teknologiske alternativer at tage i anvendelse, kan en klimaafgift virke som en motivation til at omlægge til en mere bæredygtig landbrugsproduktion. Landbrugets processer og klimaudledninger er imidlertid ikke alle lige lette at omlægge, ligesom det vil tage tid. Det er derfor relevant at gøre det muligt at modregne CO2 lagring i en kommende afgift, så den enkelte belønnes for sin klimaindsats.

Læs mere:

  • Klimarådet (2023): Landbrugets omstilling ved en drivhusgas: Link