Global warming potential of willow biochar as a carbon sink in Finland
Forsström, Elias (2019)
Diplomityö
Forsström, Elias
2019
School of Energy Systems, Ympäristötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019110436567
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019110436567
Tiivistelmä
The purpose of this Master’s thesis was to assess the feasibility of using biochar made from willow as a carbon sink in Finland, by calculating its global warming potential. This was done with a cradle-to-grave life cycle assessment, using the GaBi Professional software. The result was -1,1 kg CO2eq/kg dry biochar, showing that willow biochar is clearly carbon negative, and is therefore a potential carbon sink in Finland. Most of this carbon sequestration was the result of adding biochar to soil as a soil improvement material. Biochar production can also reduce emissions indirectly. For example, the pyrolysis co-products, syngas and bio-oil, can be used to replace fossil fuels. In this work, the excess energy they provided was used to produce electricity, and to replace grid electricity with it. Many indirect benefits are also possible when biochar is added to soil, but the research behind these is not conclusive, so their role was examined only with a sensitivity analysis. It was found that these indirect soil effects have the potential to significantly improve the climate benefits of biochar, for example by increased soil organic carbon. On the other hand, the emission sources from willow biochar production were also identified, and the most important ones were the drying of willow chips and fertilizer production and use. One way to improve the production system is to use the energy from the pyrolysis co-products to dry the willow chips. It is also important to pay attention to emissions from land use change when cultivating energy crops. In the case of willow, they can be reduced by cultivating it in marginal lands, such as former peat production sites. Tämän diplomityön tarkoitus oli arvioida pajusta tehdyn biohiilen käyttöä hiilinieluna Suomessa, laskemalla sen ilmastoa lämmittävä vaikutus eli global warming potential (GWP). Tämä tehtiin ”kehdosta hautaan”-tyyppisen elinkaariarvioinnin avulla, käyttäen GaBi Professional-ohjelmaa. Tulokseksi saatiin -1,1 kg CO2-ekv/kg kuivaa biohiiltä, mikä osoittaa että pajubiohiili on selvästi hiilinegatiivinen ja siksi mahdollista käyttää hiilinieluna Suomessa. Tämä hiilen sitominen johtuu enimmäkseen biohiilen laittamisesta maaperään maanparannusaineeksi. Biohiilen tuotanto voi myös vähentää päästöjä epäsuorasti. Esimerkiksi pyrolyysin sivutuotteet, synteesikaasu ja bioöljy, voidaan käyttää fossiilisten polttoaineiden korvaamiseen. Tässä työssä niistä saatu ylimääräinen energia käytettiin sähkön tuotantoon ja korvaamaan verkkosähköä. Monia epäsuoria hyötyjä on mahdollista saada myös kun biohiiltä laitetaan maaperään, mutta niihin liittyvää tutkimusta ei ole vielä saatu loppuun, joten niitä tarkasteltiin ainoastaan herkkyystarkastelulla. Sen perusteella nämä epäsuorat maaperävaikutukset voivat lisätä biohiilen ilmastohyötyjä huomattavastikin, esimerkiksi lisääntyneen maaperän orgaanisen hiilen muodossa. Toisaalta myös biohiilen tuotannon päästölähteet tunnistettiin, ja kaikkein tärkeimmiksi havaittiin pajuhakkeen kuivaus sekä lannoitteiden tuotanto ja käyttö. Yksi tapa kehittää tuotantosysteemiä olisikin käyttää pyrolyysin sivutuotteiden energiaa pajuhakkeen kuivaukseen. On myöskin tärkeää huomioida maankäytön muutoksesta tulevat päästöt, kun viljellään energiakasveja. Pajun tapauksessa niitä voidaan vähentää kasvattamalla sitä vähätuottoisilla maa-alueilla, kuten entisillä turvesoilla.