Svend Christensen, Svend G. Sommer, Henrik Wenzel og Anya B. Vinstrup Erfaringer med Vandmiljøplan III herunder en vurdering af miljøteknologier Svend Christensen, Svend G. Sommer, Henrik Wenzel og Anya B. Vinstrup Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Disposition VMP I-III Den globale udfordring Kædebetragtninger Livscyklus analyse S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

VMP I: 1987-1998 Målet med planen var, at reducere den samlede kvælstoftilførsel til vandmiljøet med 50 % og fosfortilførslen med 80 %. Reduktionsmålet for markbidraget var 100.000 tons N pr år, mens den øvrige reduktion skulle komme fra stop for direkte udledninger. Resultat 1998: Mål for landbruget blev ikke nået S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

VMP II: 1998-2003 Reduktionsmålet for landbruget på 49% blev opretholdt. Usikkerhed omkring ”baseline” i VMP I Resultat 2003: Den samlede effekt af vandmiljøplanerne viser en reduktion i kvælstofudvaskningen fra landbruget på ca. 48 %. S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

VMP III: 2005-2015 (evaluering 2008 og 2011) Landbrugets overskud af fosfor skal halveres – reduktion på ca. 25% frem til 2009 og yderligere 25% frem til 2015 Udledningen af fosfor skal reduceres – der etableres 50.000 ha randzoner langs vandløb og søer Udvaskningen af kvælstof fra landbruget skal reduceres – med minimum 13% frem til 2015 Sårbar natur beskyttes – stop for udvidelse af husdyrbrug indenfor 180.000 ha nye beskyttelseszoner Vandmiljøplan III forskningsprogram – 155 mio. kr. Styrkelse af økologien – 200 mio. kr. Gyllehandlingsplan – skærpede afstandskrav Forsøgsprojekter – med balancemodeller S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

VMP III forskningsprojekter Bedre biologiske luftfiltre til staldene, Aarhus Universitet Mindre fosfor i husdyrgødning, Aarhus Universitet Sammenhængen mellem miljøets tilstand i danske fjorde og tilførslen af kvælstof og fosfor, Aarhus Universitet Best management af vandløb og nærliggende områder, Aarhus Universitet Mindre fosfor-udskillelse fra kvæg, Aarhus Universitet Bedre kvælstofudnyttelse i kvægbruget, Aarhus Universitet Optimeret nedbrydning af fytat som erstatning for foderfosfat, Aarhus Universitet Dyrkningspraksis og mobilitet af fosfor i jord, Aarhus Universitet Strategier til reduktion af lugtgener fra svinebesætninger og gylleudbringning, Aarhus Universitet Omkostninger og gevinster ved reduktioner af næringsstoffer til danske, vandområder, Aarhus Universitet Geologisk variation og transportprocesser i forbindelse med risikokortlægning af fosfortab, Aarhus Universitet Mindre lugt fra svinestalde, Aarhus Universitet Bedre kompost fra gylle, Københavns Universitet Separation af husdyrgødning, Aarhus Universitet S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Udredningsrapport for teknologier med særligt henblik på miljøeffektive teknologier til husdyrproduktionen Søren A. Mikkelsen (formand) og Svend Christensen (Danmarks JordbrugsForskning), Peter H. Schaarup (Skov- og Naturstyrelsen), Lene Vejbæk (Direktoratet for FødevareErhverv), Ivar Ravn og Niels Lundgaard (Landscentret), Ole Aaes (Dansk Kvæg, Landscentret), Merete Lyngbye (Landsudvalget for Svin, Danske Slagterier), Rene Damkjer (Agro Business Park), Brian Jacobsen (Fødevareøkonomisk Institut), Morten Qwist og Ellis Sommer (Plantedirektoratet) og Finn Larsen (Amtsrådsforeningen). Udredningsgruppen har endvidere modtaget bidrag fra Preben Bach Holm, Svend Morsing, Peter Kai, Sven G. Sommer, Henrik B. Møller, Claus G. Sørensen, Martin N. Hansen, Søren O. Pedersen og Hanne Damgaard Poulsen (Danmarks JordbrugsForskning), Per Tybirk og Niels Morten Sloth (Landscentret, Landsudvalget for Svin). Anya Bjørn Vinstrup (Danmarks JordbrugsForskning) har været faglig sekretær for udredningsgruppen. S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Uddrag fra sammendrag Der er et stort antal teknologier til rådighed i de enkelte led i kæden planter til foder – fodring –stalde – lagre – behandling – udbringning. Disse teknologier har en varierende grad af modenhed mht. anvendelse i praksis. Viden om den miljømæssige effekt, produktions- og miljøøkonomien er i mange tilfælde usikker eller manglende. Ideelt set er der behov for at anlægge kædebetragtninger eller systemanalyser for at kunne optimere den samlede teknologikæde i produktionssystemet. S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Principskitse for systemanalyse vedr Principskitse for systemanalyse vedr. omsætningskæden for husdyrgødning ved anvendelse af forskellige teknologier. S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Kædebetragtninger Eksempel på en samlet vurdering af miljøeffekten af flere teknologier til en slagtesvinebesætning på 500 DE Stald 2.955 6.542 Lager 1.618 Mark 1.970 7.265 12.790 1.875 3.650 Redu. råprotein -1.235 Redu. spalteareal -3.075 Nedfældning -1.060 I eksemplerne er der opnået en samlet reduktion i NH3-N tab på 49% og 46% for henholdsvis en svine- og en kvægbesætning på 500 DE. Effekten på lugt- og drivhusgasemission er ikke beregnet, da der p.t. ikke findes robuste kvantitative metoder. Undersøgelser af reduceret spalteareal, skraber og dræn samt nedfældning af gylle er alle teknologier, der reducerer lugtdannelse og –emission. Andre teknologier som f.eks. forsuring af gylle har ingen lugtreducerende effekt. I praksis varierer effekten af miljøteknologierne, og de påvirkes af andre faktorer. Med henblik på at understøtte en ensartet sagsbehandling og miljørådgivning er der behov for et værktøj, der skaber overblik over miljøeffekter af forskellige teknologier samt en standardiseret beregning af omkostninger. Værktøjet kunne være en udbygning af modellerne beskrevet i Skov ogNaturstyrelsens rapport ’Status for værktøjer til vurdering af ammoniak fra landbrugsbedrifter’ (http://www2.dmu.dk/1_viden/2_Publikationer/3_fagrapporter/rapporter/568.pdf) kombineret med data om indholdsstoffer i foder, ammoniakmålinger i afgangsluften fra stalde og under lagring og udbringning. Øverst: Kg NH3-N tab fra henholdsvis stald, lager og mark med de miljøteknologier, der var i anvendelse i 2004. Midten: Effekten af miljøteknologier Nederst: Kg NH3-N tab fra henholdsvis stald, lager og mark efter anvendelsen af miljøteknologier. S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Kædebetragtninger Eksempel på en samlet vurdering af miljøeffekten af flere teknologier til en stald med 500 DE køer Stald 3.355 7.125 Lager 1.195 Mark 2.595 1.616 4.391 1.040 1.735 Tilpas. AAT og PBV -500 Skaber og dræn -1.219 Nedfældning -934 Øverst: Kg NH3-N tab fra henholdsvis stald, lager og mark med de miljøteknologier, der var i anvendelse i 2004. Midten: Effekten af miljøteknologier Nederst: Kg NH3-N tab fra henholdsvis stald, lager og mark efter anvendelsen af miljøteknologier. S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Landbrugets udfordringer Biomasseproduktion Foder og Fødevarer Bioenergi El Varme Transport Andre produkter Plastik Basis kemikalier Øvrige bioprodukter Klimaændringer (drivhusgasemission) Næringsstofhusholdning Vandhusholdning Arealanvendelse og Biodiversitet Fra 1970 til 1999 forøgedes fødevarerforbruget per person globalt set, fra et gennemsnit på 2100 til 2700 kalorier dagligt i ulandene og fra ca. 3000 til 3400 kalorier dagligt i i-landene. Det gennemsnitlige fødevare forbrug i ulande forudses at ville blive forøget til over 3000 kalorier i 2030. Dette vil ske gennem forøget fødevarer produktion og import Den forsatte udvidelse af landbrugsarealet udgør den største trussel imod skove, vådområder, bjerge og biodiversiteten. Den forsatte udvidelse af landbrugsarealet er en følge af den øgede efterspørgsel af fødevarer, og tabet af dyrknings jord på grund af intensiv dyrkning. På længere sigt kan presset for udvidelse af landbrugsarealet reduceres gennem forøgede udbytter, mindsket befolknings pres og gennem brug af bæredygtige landbrugspraksis, der reducerer den nuværende forringelse af dyrkningsgrundlaget. Ændrede forbrugsvaner, så som skift fra oksekød til fjerkræ, kan også hjælpe med til at reducere presset for forvandling af skov og vådområder til dyrknings- eller græsningsjord. Kilde: http://www.bu.dk/pages/89.asp S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Næringsstoffernes kredsløb i husdyrproduktionen Planternes optagelse Afgrøder Udsivning: Nitrat og fosfor Fodring Handels- gødning Staldanlæg Marken Gødning Ammoniak- og drivhusgasser Opbevaring og teknik Udbringning S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Scenarios of human environmental impact EI P E T = x 100 % 200 % now in 50 years Beskriver den totale menneskeskabte miljømæssige virkning som et produkt af tre faktorer; populationsfaktor, økonomisk faktor og en teknologifaktor Antagelser Verdens forbrug stiger en faktor 5 over de næste 50 år Samtidigt med at olie og naturgas ”forsvinder” Fra en økonomi baseret på petrokemi til en bio-økonomi ∑EI Total environmental impact of human origin P Population E  Economy per person (e.g. Gross Domestic Product/person) T An indicator for eco-efficiency of technology, i.e. environmental impact per unit of economy (e.g. impact/GDP unit) Dash line Best estimates of future development in P and E Full line Scenario of unchanged Eco-efficiency of technology Dot line Scenario of Eco-efficiency increase by a factor of 10 over 50 years S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Miljøeffektivitet ∑EI Total environmental impact of human origin Beskriver den totale menneskeskabte miljømæssige virkning som et produkt af tre faktorer; populationsfaktor, økonomisk faktor og en teknologifaktor Status år 2000 Landbrugsproduktion tørstof ≈ 100 EJ/år Fossile brændsler ≈ 400-500 EJ/år Perspektiv år 2050 Biomasse ≈ 10-20 % af det fremskrevne behov hos kunderne ∑EI Total environmental impact of human origin P Population E  Economy per person (e.g. Gross Domestic Product/person) T An indicator for eco-efficiency of technology, i.e. environmental impact per unit S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Miljøeffektive teknologier Miljøhensyn Ressource hensyn Global opvarmning Bioenergi Driftsplanlægning Skruepresse Afgrøde- og sortsvalg Biogasanlæg Ammoniak stripper Luftrenser Næringsstof- og vandhus- holdning Kilde separation Foder og føde- varer Forsuring af gylle Maskinteknik Kemisk fældning Termisk forgasning Dyrkningsteknik Ionbytning Forbrænding Kompostering Høst og lagringsteknik Arealanvendelse og biodiversitet Andre produkter S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

The Hierarchy of tools for eco-efficiency improvements Level 0. The human need/demand Level 1. The product (i.e. the product chain or supply chain of the product) Level 2. The production (i.e. the individual production facilities in the supply chain of the product) Level 3. The process (i.e. the individual process or unit operation within the production facility) Level 4. The input/output to/from the process – at the end of the chain resulting in the final draw on resources and emission of pollutants) As previously mentioned, level 0, the human need/demand, is not the target of Environmental Engineering. Environmental Engineering targets the supply side only, i.e. the solutions engineered to satisfy the human need/demand. Therefore, the targets of Environmental Engineering are the levels 1-4 of the above list. On these and only these four levels of the demand-supply chain, we can intervene and increase Eco-efficiency, and we call these levels, the levels of intervention. The impact on the environment happens at the fourth and last level of the chain. Intervention by Environmental Engineering at this level is therefore a matter of treatment measures, dealing with pollution and removing substances from emissions or converting harmful substances into less harmful ones. Intervention by Environmental Engineering at the three preceding levels product, production or process is a matter of pollution prevention, and in essence, intervention at any of these levels means reducing the demand of the activities taking place up-stream in the supply chain, as will be explained in more detail. S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Life Circle Analyses (LCA) værktøjer, der anvendes på ”Level 1-4” LCM = Life Cycle Management EMS = Environmental Management Systems BREF documents = BAT reference documents BAT = Best Available Technology LCA = Life Cycle Assessment PFD = Process Flow Diagrams SFA = Substance Flow Analysis MFA = Material Flow Analysis RA = Risk Assessment ERA = Environmental Risk Assessment QFD = Quality Function Deployment CBA = Cost/Benefit Analysis LCC = Life Cycle Costing CEA = Cost/Effectiveness Analysis LCE = Life Cycle Engineering DFE = Design for Environment EPD = Environmental Performance Declaration EPI = Environmental Performance Indicators S. Christensen, S.G. Sommer, H. Wenzel og A.B. Vinstrup, Det Tekniske Fakultet, Institut for Kemi, Bio- og Miljøteknologi

Nogle udfordringer CO2 akkumulering/nettoenergi-produktion pr. ha i forskellige produktionssystemer, afgrøder, sorter mm.. Konverteringseffektivitet fra planter til foder- og fødevarer energi andre produkter Effektiv udnyttelse af næringssalte pr. ha. Forebyggelse af drivhusgasemissioner Naturarealer

Konklusion VMP I-III målsætninger er realistiske VMP inddrager ikke afvejninger i forhold til landbrugets ”globale” udfordringer VMP er fokuseret på ”level 3-4” i LCA hierarkiet Kædebetragtninger er ”level 2-3” i LCA hierarkiet Hvordan samles resultater fra VMP III forskningsprojekter m.h.t. miljøeffektivitet?