Pyrolyse bør kobles med biogass

Seniorkonsulent CHRISTIAN EGE og landbruksrådgiver Niklas Jørgensen, Rådet for Grøn Omstilling. 

En eldgammel teknologi, som i flere tusen år har vært brukt av den opprinnelige befolkningen i Sør-Amerika til jordforbedring, er på vei tilbake. Disse folkene blandet trekull, også kalt biokull, inn i jorden fordi det bandt både vann og næringsstoffer. Pyrolyse, som brukes til produksjon av biokull, ser igjen ut til å kunne brukes i vid utstrekning – nå som klimavirkemiddel. Pyrolyse er forgassing ved høy temperatur. På samme måte som i biogassanlegg skjer det uten oksygen, men temperaturen i biogassanlegg er langt lavere. Ved pyrolyse dannes biokull, som kan nedmoldes i matjord, tjene til jordforbedring og samtidig fungere som karbonlager.

Det snakkes om at pyrolyse, hvis alt går godt, kan bidra med flere millioner tonns CO2-reduksjon per år. Dermed kan det bli et av de viktige virkemidlene i tilknytning til landbruk og klima.

Det er hindringer på veien som må løses. I startet av 2021 fikk Skive kommune i det nordlige Jylland avslag på å spre biokull fra deres nye pyrolyseanlegg på jorden. Det skyldtes for høyt innhold av tjærestoffer, da man hadde valgt en uhensiktsmessig metode. Men dette kan løses, både i Skive og andre steder, ved å bruke en pyrolysemetode hvor tjærestoffene i gassen ikke avsettes på biokullene.

Det er helt avgjørende at pyrolyse gjøres på den rette måten, så det gagner klima- og vannmiljø og ikke skader biodiversiteten. Det kan gjøres ved å kombinere biogass- og pyrolyseanlegg, som har hver sine styrker. Derfor bør restproduktene sendes først gjennom biogassanlegg og siden til pyrolyse.

Godt samspill

Vi er nødt til å begynne og tenke helhetlig. Vi har på den ene siden biogassteknologien, som er god til å sikre effektiv utnyttelse av næringsstoffer i våre restprodukter, og til å lage biogass som kan lagres og brukes der vind og sol ikke strekker til. På den andre siden har vi pyrolyse, som er riktig god til karbonlagring, men ikke så god til å sikre utnyttelse av næringsstoffer og dermed sirkulær økonomi.

Pyrolyseanlegg ”fôres” med noen av de samme organiske materialene som biogassanlegg, og derfor vil de to teknologiene spille godt sammen. Både i pyrolyse- og biogassanlegg brukes særlig restprodukter fra landbruket, som husdyrgjødsel, halm og andre planterester. Dessuten organisk avfall fra husholdninger og næringsliv. Og det skal nettopp være utelukkende restprodukter – det skal ikke brukes areal kun på å dyrke såkalte energiplanter til å putte direkte i biogass- eller pyrolyseanlegg.

Organiske restprodukter tjener flere formål. De inneholder også næringsstoffer som nitrogen og fosfor, som plantene trenger for å vokse. Biogassanleggene kan produsere fornybar energi og samtidig faktisk forbedre innholdet av næringsstoffer sammenlignet med hvis man kun spredde restproduktene på åkrene i ”rå” form. Nitrogen omdannes nemlig i et biogassanlegg til en lettløselig form, som er direkte tilgjengelig for plantene. Det betyr at nitrogen blir brukt direkte i plantenes vekstsesong, så det kan erstatte kunstgjødsel. Samtidig blir det ikke liggende i jorden til om høsten, hvor det ville bli vasket ut til skade for vannmiljøet.

Den fornybare energien kommer i form av biogass (metan). Men ikke alle delene av de organiske restproduktene omdannes til biogass. De gjenværende planterestene, kalt avgasset biomasse, tilføres åkrene hvor de er med til å oppbygge humus, som sikrer jordens kvalitet og langsiktige fruktbarhet. Motsatt gjelder hvis man eksempelvis brenner halm i kraftvarmeverk eller halmfyr. Her etterlates kun aske, og hvis denne spres på åkeren gagner det ikke jordens langsiktige fruktbarhet.

Svakheten ved biogassanlegg er at den avgassede biomassen stadig inneholder en stor del lettomsettlig karbon, som etter nedmolding i jorden vil fordampe som CO2, fremfor å inngå i oppbygging av humus.

Forsker på kobling av pyrolyse og biogassproduksjon

Lavere kvalitet av gass fra pyrolyse

Ser vi på pyrolyse til sammenligning, så har den produserte gassen en lavere kvalitet. Der biogass inneholder cirka to tredjedeler metan – og resten CO2 – så inneholder pyrolysegass kun cirka en tredjedel metan, mens resten særlig består av karbonmonoksid og CO2. Pyrolysegassen har derfor en lavere brenselverdi enn biogassen. Biogass sendes i dag gjennom såkalt oppgradering, hvor CO2 skilles fra metanen. I dag sendes CO2en ut i atmosfæren.

Men man har utviklet en prosess som kan omdanne CO2 til metan, så man får fullt utbytte i form av fornybar energi. Det dannes en del varme i denne prosessen. Men hvis det skjer på steder hvor varmen kan utnyttes til fjernvarme unngår man energisløsing.

Pyrolysegass har som sagt lavere brenselsverdi, men man vil arbeide med helt andre anvendelsesområder, for eksempel å viderebearbeide gassen til flytende drivstoff. Fordelen ved pyrolyseprosessen er at det karbonholdige restproduktet, biokull, ikke brytes ned eller omdannes på flere hundre år. På den måten kan det bli en metode til å trekke CO2 ut av atmosfæren og ”gjemme” den i jorden.

Men biokull har lavere gjødselverdi enn den avgassede biomassen fra biogassanlegg. Det gjelder særlig nitrogen. Langt det meste nitrogen som finnes i restproduktene som brukes frigis til atmosfæren, fordi pyrolyse skjer ved langt høyere temperatur enn biogassprosessen. Dette tapet skader ikke, da det danner fritt nitrogen som i forveien utgjør 80 prosent av atmosfæren. Men det betyr at bonden fortsetter å bruke kunstgjødsel, selv om han/hun blandet biokull i jorden.

Skal forske på biokull fra biogassprosesser

Fosfor

Hva næringsstoffet fosfor angår er det mer komplisert. På lang sikt er fosfor i biokull tilgjengelig for plantene. Med foreløpige forsøk tyder på at biokull det første året frigjør så lite fosfor at bonden vil velge å spre samme mengde fosfor-kunstgjødsel som hittil, selv om det blandes inn biokull.

Hvorfor er det et problem? Det er fordi vi har bruk for å innrette en sirkulær økonomi hvor vi gjenbruker næringsstoffer fremfor som hittil å kun importere nye i form av kunstgjødsel. Fosfor er en begrenset ressurs, som utvinnes i gruver. Det finnes fosfor til mange år ennå, men det får enorme konsekvenser for jordens landbruksproduksjon hvis vi kun nærmer oss knapphet på fosfor.

Dessuten er de største mineralske forekomstene av fosfor forurenset med tungmetallet kadmium.

Nitrogen er til forskjell fra fosfor ikke en begrenset ressurs. Men å gjøre nitrogen om til kunstgjødsel krever svært store mengder energi og gjøres i dag særlig ved hjelp av naturgass. Russlands krig mot Ukraina har forverret problemene. Samtidig lider naturen under at vi – blant annet i Danmark – overforbruker nitrogen, hvorpå det skjer utvasking til vannmiljøet, og dannes svært klimaskadelig lystgass. Vi skal utnytte nitrogen så effektivt som mulig, for eksempel som beskrevet ved å sende organiske restprodukter gjennom biogassanlegg, så nitrogenet siden blir fullt ut tilgjengelig for plantene.

Vi kan forene biogass- og pyrolyseteknologienes egenskaper ved å sette dem etter hverandre – så og si seriekoblet, hvor restproduktene først sendes gjennom biogass- og siden pyrolyseanlegg. Først dannes biogass til nettet samt avgasset biomasse. Denne bør separeres til en vannholdig fraksjon og en mer tørr fiberfraksjon.

Dermed deler næringsstoffene seg, så langt det meste nitrogenet og cirka halvparten av fosforen kommer i den tynne fraksjonen. Denne spres på åkrene og er godt egnet til at plantene kan utnytte næringsstoffene.

Fiberfraksjonen, den tørre delen av biomassen, kan siden sendes til pyrolyse. Dermed dannes biokull, som er effektivt til å lagre karbon. Men da biokull har et relativt høyt innhold av fosfor skal det spres tynt ut, så vi ikke overgjødsler med fosfor. Vi skal unngå ytterligere opphoping av fosforlagre i jorden.

Vil forske på bruk av biokull i biogassproduksjon

Må ta hensyn til helheten

Endelig skal vi sikre oss at biokull ikke avgir farlige stoffer til jorden og dermed truer jordens mikroliv. Dette er undersøkt av en rekke forskere, både i Danmark og andre land. De danske forskerne har hittil ikke sett tegn på at nedmolding av biokull vesentlig forringer mikrolivet i jorden. Det forutsetter at man bruker den rette teknologien, der tjærestoffer i røykgassen ikke kommer i kontakt med biokullene. Det var det man kom til å forbryte seg mot i Skive. Noen utenlandske forskere har likevel mer generelle betenkeligheter ved biokullenes betydning for mikrolivet i jorden. Det er et problem vi fortsatt er nødt til å holde nøye øye med.

Men dessverre er det ikke helhetstenkning som preger bildet i dag. Noen arbeider kun med pyrolyse som middel til karbonlagring, mens andre arbeider med metoder til å sikre effektiv utnyttelse av næringsstoffer. De som fokuserer på karbonlagring foreslår for eksempel at man gjør pyrolyse direkte på halm. Men vi får bruk for halmen i biogassanleggene, som siden kan levere avgasset biomasse til pyrolyse.

Vi må sikre at landbruket ivaretar alle de nevnte hensynene. Men kan vi forlange det av privat næringsliv, vil noen spørre. Ja, dansk landbruk nyter godt av EUs store landbruksstøtte. Derfor har vi som samfunn krav på at det blir tatt hensyn til helheten ved organiseringen av landbruket. Vi skal kun støtte teknologier som på én gang reduserer utslipp, lagrer karbon i jorden og gjenoppretter god kvalitet i vannmiljøet. Så viderefører vi Amazonas-indianernes tusenårige tradisjon, men i en moderne utgave som bidrar til å løse nåtidens store klima- og miljøutfordringer.

Tidligere publisert i Klimamonitor.dk, gjengitt med forfatternes tillatelse.