Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

In Sweden there is approximately 6.4 million hectares of peatlands, which is about 15 %
of the total land area. A significant proportion of peatlands, 2,4 million hectares, is
affected by human drainage to promote agriculture and forest production. The drained
peatlands in Sweden emits a total of 15-25 million tons of carbon dioxide equivalents
(CO2eq), which is in line with emissions from all domestic traffic, 14.5 million tons of
CO2eq, and one third of Sweden’s reported emissions in 2014, a total of 54.4 million tons
CO2eq.

The purpose of this study was calculating the climate impact of pyrolysis of drained peat
with the use biochar in concrete. There the pyrolysis would start 2021 in Brista in a
planned slow pyrolysis plant. The biochar was first used to adsorb CO2 flue gas from
combustion plants and thereafter three different uses of biochar was studied. The first one
biochar substitute sand and smaller quantities of cement in concrete, the second one to
substitute aggregate and smaller quantities of cement, and the last is to substitute only
cement in smaller quantities. Smaller quantities in cement means that biochar substitute
0.1 % of the weight of the concrete. Life cycle assessment were used as the method to
calculate the climate impact.

The result in this study is that drained peat can lead to a climate benefit and reduce global
warming in a 100-year perspective. This happens when biochar adsorbs CO2 from
combustion gas and substitutes cement in smaller quantities. Biochar that is used to
substitute aggregate and cement can lead to climate reductions, only when the peat was
pyrolyzed from nutritious peatlands without forest and after-treated with afforestation
with growth measures. The climate benefit is -34.7-(-22,6) kg CO2eq/MWhheat. Treating
drained peatlands without forests to wetlands provide a climate benefit with -111.8-(-
82.9) kg CO2eq/MWhheat and -137.6-(-125.5) kg CO2eq/MWhheat for nutrient-poor
respectively nutritious peatlands.

The total climate benefit biochar has is -661,9 kg CO2eq/tonne dry peat when biochar
substitutes cement, -225,6 kg CO2eq/tonne dry peat when biochar substitutes aggregate
and cement, and -203,7 kg CO2eq/tonne dry peat when biochar substitutes sand and
cement. More studies need to be researched in the subject of peat biochar and its uses in
concrete. To pyrolyze peat from peatland Vännmuren can provide climate benefits in a
100-year perspective only if the peatland is after-treated with afforestation with growth
measures, and biochar is used to replace cement in smaller quantities. The climate benefit
is -109.3-(-59.2) kg CO2eq/MWhheat.

I Sverige finns ca 6,4 miljoner hektar av torvmark, vilket är ungefär 15 % av landytan.
En betydande andel av denna mark, 2,4 miljoner hektar, är påverkad av mänsklig
dränering för att främja jordbruk- och skogsproduktion. En vanlig orörd torvmark växer
generellt årligen då tillväxten är större än nedbrytningen. När torvmarken dikas avrinner
mer vatten och leder till att mer syre tillförs djupare ner i marken, vilket gynnar
rotsystemet. Detta leder till lägre torvtillväxt då tillväxten gynnas av syrefattig och våt
miljö samt att nedbrytningen av torv ökar då mer syre tillförs. Resultatet är att
nedbrytningen är större än tillväxten och att den dränerade torvmarken släpper ut mer
växthusgaser till atmosfären. Den dikade torvtäckta marken i Sverige avger totalt 15–25
miljoner ton koldioxidekvivalenter (CO2ekv), vilket är i nivå med utsläppen från all
inrikestrafik, 17,4 miljoner ton CO2ekv, och en tredjedel av Sveriges rapporterade utsläpp
2014, totalt på 54,4 miljoner ton CO2ekv.

Stockholm Exergi är ett företag som producerar fjärrvärme, fjärrkyla och el till
Stockholm. Energin som används kommer från flera olika bränslen och Stockholm Exergi
arbetar aktivt med att minska klimatpåverkan i Stockholm. Stockholm Exergi har börjat
undersöka hur pyrolysering kan bidra till att minska klimatpåverkan med olika bränslen
som avloppsslam, halm, stallgödsel och torv.

Det överbegripande syfte med denna studie var att ta fram klimatpåverkan av pyrolysera
dränerad torv med användning av biokol i betong. För att undersöka om bränslet torv kan
minska klimatpåverkan vid pyrolysering. Användningen av torv skulle börja ske år 2021
i en planerad långsam pyrolysanläggning i Brista. Energiutvinning genom långsam
pyrolys producerar värme och ett stabilt biokol. Det stabila biokolet undersöktes att
användas i betong på tre olika sätt. Ena är att substituera sand och mindre mängd cement,
andra är att substituera grus och mindre mängd cement, och det sista är att endast
substituera cement i mindre mängder. I mindre mängder menas att biokolet ersätter
cement i 0,1 % av betongens vikt. Innan användningen till betong kan biokolet ge adderad
klimatnytta. Den klimatnyttan sker genom att biokol har en porös struktur och hög ytarea
som kan användas för att adsorbera CO2 i rökgaser från förbränningsanläggningar.

För att beräkna klimatpåverkan användes livscykelanalys som arbetsmetod med två olika
tidsperspektiv, en på 20 år och en på 100 år. Livscykelanalysen (LCA) var en
konsekvensanalys för att beräkna förändringen som blir med torvutvinning och
pyrolysering år 2021. I LCA ingick även att undersöka konsekvensen att behandla dikade
torvtäckta marker till våtmark eller beskogning. Konsekvenserna jämförs med ett
referensscenario där den dikade marken skulle förbli orörd och fortsätta emittera
växthusgaser, som kallas nettoeffekten. En negativ nettoeffekt ger en klimatnytta som
minskar utsläppen till atmosfären och positiv nettoeffekt ökar utsläppen till atmosfären.
Torvmarken som har undersökts är antingen en näringsrik eller näringsfattig torvmark
samt har torvtäkten Vännmuren undersökts. Det är ifrån Vännmuren som styckestorven
ska komma ifrån och pyrolyseras i Brista. Den producerade värmen från pyrolysen
ersätter en marginalproduktionsmix med bioolja, pellets, skogsflis, avfall, värmepump och direktvärme. Utsläppen från marginalproduktionsmixen ingår i referensscenariot och
behandling av torvmarker. I pyrolysering av torv leder utsläpp som ingår i
torvutvinningsscenarierna.

Torvutvinning av en torvtäckt sker ungefär i 20 år och efter det behandlas marken,
antingen med återvätning till våtmark eller beskogning. Återvätning leder till att marken
upptar CO2 men läcker ut metangas. Beskogning leder till skogen upptar koldioxid och
skapar en lagereffekt. Skogen ger dessutom en substitutionseffekt när avverkad biomassa
används till pappersindustri, konstruktion och bioenergi. I fallet av beskogning kommer
torv finnas kvar på marken för att behålla näringsämnen till skogstillväxt, exempelvis
kväve. Den kvarvarande torven kommer emittera växthusgaser tills all torv är nedbrutet.

Resultatet av denna studie är att dränerad torv kan leda till en klimatnytta och minska den
globala uppvärmningen i ett 100-årigt tidsperspektiv. Det sker när biokol adsorberar CO2
från förbränningsgas och ersätter cement i mindre mängder. Det fanns endast ett scenario
där biokol substituerar grus och cement som ledde till en klimatnytta. Det var när torv
pyrolyseras från näringsrik torvmark utan skog och efterbehandlas med beskogning med
tillväxtåtgärder. Klimatnyttan är -34,7-(-22,6) kg CO2ekv/MWhvärme. Den största
klimatnyttan vid efterbehandling sker när marken beskogas med tillväxtåtgärder, sen
kommer beskogning och sist återvätning till våtmark. Dikade torvmarker behöver inte
utvinnas av torv utan kan även behandlas. Att behandla dikade torvmarker utan skog med
återvätning till våtmark ger en klimatnytta och gynnar samtidigt biodiversitet och bidrar
till klimatmålet ”Myllrande våtmarker”. Klimatnyttan är -111,8-(-82,9) kg
CO2ekv/MWhvärme och -137,6-(-125,5) kg CO2ekv/MWhvärme för näringsfattig respektive
näringsrik torvmark.

Det producerade biokolet ger adderad klimatnytta genom att tränga bort andra material i
betong som har större miljöpåverkan samt att adsorbera CO2 från förbränningsgas. Totala
klimatnyttan för biokolet är -661,9 kg CO2ekv/ton TS torv när biokol substituerar cement,
-225,6 kg CO2ekv/ton TS torv när biokol substituerar grus och cement och -203,7 kg
CO2ekv/ton TS torv när biokol substituerar sand och cement. Biokol i betong behöver
forskas mer noggrant för att säkerställa klimatnyttan. Biokolet har större potential att göra
klimatnytta i betong med mindre inbladning av fyllnadsmaterial som grus och sand, ner
till 1 % av betongens vikt. Den större potentialen kommer ifrån att biokol förbättrar
isoleringen och bidrar till energieffektivisering i byggnader. Detta är inte något som har
undersöks i denna studie men skulle kunna leda till ytterligare klimatminskningar.

Att pyrolysera styckestorv från Vännmuren kan ge klimatnytta i ett 100-årigt
tidsperspektiv om torvtäkten beskogas med tillväxtåtgärder och biokol adsorberar
koldioxid och sedan ersätter cement i mindre mängder. Klimatnyttan är -109,3-(-59,2) kg
CO2ekv/MWhvärme. Att använda biokolet till att ersätta grus och cement eller sand och
cement ger inte en tillräcklig stor klimatnytta för att få en negativ nettoeffekt på
Vännmuren. Inte heller andra efterbehandlingsmetoder som beskogning eller återvätning.