Teknologier til et klimaneutralt landbrug

Landbrug På linje med andre erhverv er det strengt nødvendigt, at landbruget bliver klimaneutralt. På et symposium med titlen 'Zero Emission Agriculture', som i juni 2021 blev arrangeret af iClimate ved Aarhus Universitetet, præsenterede forskere og virksomheder både nye og allerede kendte teknologier til reduktion af drivhusgasser.

Sommernov1

Behandling af gylle i et biogasanlæg kan kombineres med hyppig og effektiv udslusning. Derved reduceres metanudledningen med 57-74 pct.

© AU Foto
Fagligt synspunkt

Selvom det kan lykkes at reducere udledninger af drivhusgasser fra en enkelt kilde i kæden fra fodring af husdyr til udbringning af gødning i marken, så er der en risiko for, at effekten ophæves helt eller delvist af udledninger senere i kæden.

Her præsenteres kort nogle af de nye teknologier og produktionssystemer. Uddybende information kan findes på hjemmesiden ’International conference on Zero Greenhouse Gas Emission in High Productive Agriculture’.

For at opnå klimaneutralitet er det vigtigt at se på hele produktionssystemet. Det kræver et eksempel: Det er muligt at fodre sin besætning, så udledningen af metan fra dyrenes fordøjelse reduceres. Men nogle foderstrategier kan på samme tid øge potentialet for drivhusgasudledninger ved den efterfølgende håndtering af gødningen eller pga. dyrkning af andre afgrøder med højere klimaaftryk.

Ved udvikling af nye fodersystemer er det nødvendigt, at dette knyttes sammen med en udvikling af systemer til gødningshåndtering for at opnå den fulde effekt. Det kunne fx være biogasbehandling eller biokulproduktion.

Mindre udledning af drivhusgasser fra køer

Kvæg udleder meget metan som følge af en unik mikrobiel omsætning af planter i vommen. En reduktion er mulig ved at finde de køer, som mest effektivt omsætter planterne til mælk og kød og derfor udleder mindre metan.

Denne strategi har et stort potentiale, fordi variationen imellem køer er stor. Der forskes i sporing af de mest effektive køer ved brug af DNA som markør for dyr med et lavt potentiale for udledning af metan til brug for fremavl af ’lavemissions køer’.

Sommernov2

En robot renser spalterne for rester af gylle, og det er godt for både klima og klovsundhed.

© AU Foto

Rationens sammensætning påvirker også metanudledningen. Øget indhold af kraftfoder i rationen reducerer produktionen af metan markant, og køer fodret med kløvergræs ensilage udleder mere metan end køer fodret med majs. Selv om majs og byg i foderet giver mindre metan end andre fodermidler, så udledes mere lattergas under dyrkning af majs og byg. På trods heraf er der en samlet reduktion af drivhusgasudledningen ved brug af majsensilage og byg i foderrationen sammenlignet med græsensilage og roepiller.

Forskellige tangarter som foderadditiv har i laboratorieforsøg vist sig at have en markant reducerende effekt på produktionen af metan i vommen.

Reduktion af metan via køling og hyppig udslusning af gylle

Mikroorganismer producerer metan i iltfrie miljøer med et højt indhold af let fordøjeligt organisk stof. Metanproduktion i gylle er ekstremt temperaturafhængig og ca. fire gange højere ved 20o C end ved 10o C. Derfor kan metanproduktionen reduceres ved køling, fx hvis gyllen kan pumpes fra en varm stald ud i en koldere gyllebeholder. Effekten er væsentlig, fordi gyllebeholderen tømmes om foråret og derfor kun indeholder en mindre mængde gylle om sommeren, hvor den udendørs temperatur er højest.

Tilpassede mikroorganismer er en forudsætning for stor metanproduktion fra den friske gylle i stalden, og de kan skylles ud, hvis gyllekummerne tømmes helt for ’gammelt gylle’. Eksisterende staldsystemer kan ikke tømme kummerne helt, men det kan gyllekummer udviklet i et igangværende projekt. De gør det muligt at tømme gyllen ud af stalden hyppigt og fuldstændigt, hvilket reducerer metanudledningen fra stalden med 90 pct. Når den mikrobielle omsætning af organisk stof til metan i stalden forhindres, bliver der jo mere til rådighed for metanproduktion i gyllebeholderen, men samlet er reduktionen 20-40 pct. for hele systemet – stald og lager.

Gylle med et højt indhold af organisk stof er godt for biogasproduktionen. I biogasreaktoren medfører produktionen af biogas (metan og kuldioxid) en stor reduktion i gyllens indhold af organisk stof, og biogasgylle udleder derfor markant mindre metan ved efterfølgende lagring. Kombineres hyppig og effektiv tømning af stalde med biogasproduktion, kan metanudledningen reduceres med 57-74 pct.

Biokul kan reducere drivhusgasser

Fremstilling af biokul fra forskellige typer organisk materiale kan bidrage til reduktion af udledning af drivhusgasser, kulstoflagring i jorden og jordforbedring. Biokul kan produceres ved pyrolyse med opvarmning til over 400-400oC under iltfrie forhold. Derved bindes ca. halvdelen af det kulstof, der er i afgrøderester og organiske gødningsfraktioner, i en fast biokulfraktion. Samtidig dannes gas og olie, som kan bruges til opvarmning eller andre energikrævende processer. Så processen kan siges at være energineutral.

Opbygning af kulstof i jorden bidrager i høj grad til at gøre produktion af biokul til en effektiv teknologi til reduktion af drivhusgasser fra landbruget.

Når våde materialer som gylles skal pyrolyseres, separeres gylle for at trække organisk materiale ud i en såkaldt fiberfraktion. Metanudledning fra gyllen under lagring mindskes, fordi indholdet af organisk materiale er reduceret. Der udledes ikke metan og lattergas fra biokul, og der anvendes ikke fossil energi i processen. Derfor vil teknologien reducere den samlede udledning af drivhusgasser.

En enklere teknologi til produktion af biokul er en hydrotermisk teknologi, hvor gylle iblandet lidt ilt ledes ind i et lukket rør og varmes op til lidt over 200oC, hvorved trykket stiger. Organisk stof i den iltede gylle oxideres og omdannes til biokul. Processen udvikler varme, som via varmevekslere sikrer en høj temperatur med begrænset forbrug af fossil energi. Biokullet er vandskyende (hydrofobt), så vandet løber naturligt fra, og tørstofindholdet bliver uden mekanisk separation over 60 pct.

Det producerede biokul anvendes som jordforbedringsmiddel og fosforgødning, hvor hydrotermisk biokul forventes at have bedst gødningsvirkning, fordi det produceres ved lavere temperaturer. Der er gennemført systemanalyser for klimaeffekten ved hydrotermisk biokulproduktion ved brug af slam, og her blev drivhusgasudledningen reduceret fra 364 til 12 kg CO2e pr. ton slam. I beregningerne indgår, at der ikke er lattergasudledning fra anvendelse af biokul i marken.

Biokul udbragt på marken nedbrydes meget langsomt og bidrager til kulstoflagring og jordforbedring. Biokul kan sikre bedre iltindhold, bedre vandledningsevne og samtidig holde vandet tilgængeligt for plantevækst. Denne opbygning af kulstof i jorden bidrager i høj grad til at gøre produktion af biokul til en effektiv teknologi til reduktion af drivhusgasser fra landbruget.

Tilsætning af nitrifikationshæmmere til gødningen

Husdyrgødning og handelsgødning udbragt i marken medfører øget udledning af lattergas. Tilsætning af nitrifikationshæmmere til gødningen kan i mange tilfælde reducere denne udledning.

Den vigtigste mekanisme er, at hæmningen af nitratdannelse begrænser mikrobiel denitrifikation, som er den vigtigste kilde til lattergas i dyrkningsjorden. Denitrifikation kræver også fravær af ilt, og derfor er risikoen for lattergasemission fra handelsgødning – såvel som effekten af nitrifikationshæmmere – lav i tør eller veldrænet jord.

Sommernov3

I markforsøg på Foulumgård Forsøgsstation måles udledningen af drivhusgasser.

© AU Foto

For husdyrgødning, især gylle, er situationen en anden. Gyllens indhold af organisk stof forbruger ilt i jorden, og det kan skabe et lokalt miljø, hvor lattergas dannes selv i tør jord. Her kan effekten af nitrifikationshæmmere være betydelig, fordi den lokale produktion af nitrat fra ammoniak i gyllen bliver den begrænsende faktor. Studier viser, at nitrifikationshæmmere kan reducere lattergasudledningen fra udbragt gylle med 32-36 pct., men ikke har en effekt med handelsgødning.  

Nitrifikationshæmmere, som er på markedet i Danmark, har meget forskellig kemisk sammensætning, men kan indeholde stoffer i kategori med visse svampemidler. Før udbredt anvendelse af nitrifikationshæmmere i dansk landbrug undersøges, om nitrifikationshæmmere udvaskes fra jorden eller har negative effekter på jordbundens dyr, svampe og bakterier. Foreløbige resultater tyder på minimal effekt på jordbundens mikroorganismer sammenlignet med effekter af gødning og almindelig dyrkningspraksis, mens der er set effekter på mikroleddyr. Om de effekter har negativ betydning for jordkvaliteten, er ukendt.

Kulstoflagring og udtagning af lavbundsjorde

Kulstoflagring i jorden kan opnås ved at udtage marker i omdrift (korn, roer, majs etc.) på lavbundsjord og omlægge dem til vådområder. Drænede og dyrkede lavbundsjorde er en kilde til drivhusgasser, og udtagning og reetablering af vådområder vil således både bidrage til en reduceret drivhusgasudledning og til kulstoflagring. 

Sommernov4

Reetablering af vådområder vil bidrage til en reduceret drivhusgasudledning. Forsøg i Nørreådalen ved Viborg skal vise effekten.

© AU Foto

Kulstoflagring kan øges ved dyrkning af efterafgrøder, som anvendes i dansk landbrug for at reducere udvaskningen af nitrat. En efterafgrøde kan også reducere udledningen af lattergas fra planterester om efteråret, men der kan omvendt ske en udledning af lattergas, når efterafgrøden nedmuldes om foråret.

Som nævnt ovenfor kan udbringning af biokul i marken også bidrage signifikant til kulstoflagring i op til 1.000 år.

Optimeret dræning og kørsel i marken

Risikoen for udledning af lattergas er størst, når jorden er våd og kompakt. Våde pletter ses ofte i markerne om vinteren og tidligt forår, og de udgør områder med særlig risiko for tab. Det er typisk steder, hvor jorden er pakket og/eller dårligt drænet.

Typisk er udledningen mere end dobbelt så stor i køresporene end mellem sporene. Den kan mindskes ved at undgå kørsel på våd jord, hvor risikoen for pakning er størst, og ved at anvende teknologier, som mindsker risikoen for pakning af jorden (ruteplanlægning, lavtryksdæk, dæktryksregulering, lav hjullast, træk på mange hjul). Pletdræning og ny dræning kan mindske tabet fra dårligt drænede områder.

Teknologier til måling af metan og lattergas

Hvis eller når der kommer afgifter på udledning af CO2, så bliver der brug for nøjagtige målinger og opgørelser. Teknologierne til måling af metan- og lattergasudledning findes i form af teknikker, hvor gyllen eller andre kilder dækkes af kamre, og af teknologier, som kan anvendes i praksis uden at kilden dækkes mere eller mindre til med et kammer.

En sådan teknologi er baseret på sporstof, hvor operatøren udleder en kendt luftstrøm med sporstoffet midt i kilden til drivhusgasser og måler koncentrationen af både sporstof og drivhusgassen i læsiden af kilden, så drivhusgasudledningen kan beregnes ud fra flow og koncentration af sporstoffet.

Den anden metode bygger på en meteorologisk model, hvor man ved kendskab til forskellen i koncentrationen af drivhusgasser i læ og luv af kilden med viden om vind og atmosfærisk stabilitet kan beregne emissionen.

Et alternativ til målinger er modeller, der beregner udledningen af drivhusgasserne som funktion af fodring, håndtering af gødning og dyrkningspraksis. Der er mere dynamiske værktøjer undervejs til beregning af metanudledningen. Samtidig udvikles modeller til beregning af omkostninger og eventuelt behov for kompensation ved forskellige reduktionstiltag.

Begge typer af modeller kommer i spil, når der skal udvikles politik og lovgivning på området. Derudover er det afgørende vigtigt at afklare, om teknologierne har negative sideeffekter for miljø, biodiversitet, dyrevelfærd og human sundhed.