Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

Detta examensarbete görs inom ramen för projektet Reflow som leds av Stockholms stad. Det syftar till att hjälpa staden minska sina nettokoldioxidutsläpp genom olika strategier för kolinlagring, så kallade kolsänkor. I Stockholm, där utrymme är en begränsande faktor, blir det avgörande att implementera effektiva kolsänkor som inte kräver stora markområden. Analysen inkluderar utsläpp från transport, el, uppvärmning, avfall samt skog och mark. Transportsektorn står för en stor del av de totala utsläppen av växthusgaser och använder främst fossila bränslen, medan biobränslen som används inom el- och uppvärmningssektorn orsakar biogena koldioxidutsläpp. Till skillnad från sektorer som transport och energi som orsakar stora utsläpp, fungerar Stockholms stads skogar och grönområden som viktiga kolsänkor och kollager.
Stockholms stads klimatredovisning kartlägger främst de territoriella utsläppen som sker inom stadens geografiska område. Dock orsakar stockholmarnas konsumtion av varor och tjänster utanför stadens och landets gränser även betydande konsumtionsbaserade utsläpp. Dessa konsumtionsbaserade utsläpp inkluderas inte i stadens officiella klimatredovisning, trots att de uppstår till följd av stockholmarnas konsumtionsmönster. För att ge en komplett bild av stadens totala klimatpåverkan bör därför även de konsumtionsbaserade utsläppen inkluderas utöver de territoriella utsläppen. Det skulle skapa en helhetssyn som möjliggör ett effektivt och transparent miljöarbete. Detta blir centralt i stadens klimatarbete, där en klimatbudget har satts upp med mål om årlig utsläppsminskning för att till slut nå koldioxidneutralitet 2040. För att uppnå detta krävs utsläppsreduceringar, men även kompletterande åtgärder som införandet av kolsänkor.
Kolsänkor definieras som platser eller tekniker som kan absorbera och lagra koldioxid från atmosfären. I detta examensarbete identifierades flera viktiga kolsänkor som kan hjälpa Stockholm stad att minska sina utsläpp. För att välja ut relevanta kolsänkor utvärderades en rad olika metoder för kolinlagring baserat på deras tekniska mognadsgrad och lämplighet för implementering i Stockholm stad. Teknisk mognadsgrad beskriver hur välutvecklad och beprövad en viss teknik är. En potentiell kolsänka som fortfarande befinner sig i forskningsstadiet bedöms ha en låg teknisk mognadsgrad.
För de kolsänkor som ansågs vara relevanta beräknades den förväntade årliga mängden kol som respektive metod kan lagra per kvadratmeter. Tre kolsänkor identifierades ha högst potential för kolinlagring: stadsträd med biokol, gröna tak, och nybyggnation av flerbostadshus med trästomme istället för betongstomme. Dessa kolsänkor utvärderades vidare i en fallstudie av bostadsområdet Norra 2 i Norra Djurgårdsstaden. Utifrån förutsättningarna i Norra 2 kunde kolsänkornas teoretiska potential, samt kostnadseffektivitet i form av kostnad per inlagrad koldioxidekvivalent beräknas. Kolsänkorna utvärderades även baserat på andra relevanta fördelar och nackdelar som bör övervägas vid implementering.
Stadsträd bidrar till långsiktig kolinlagring och hjälper till att sänka temperaturen på sommaren genom skugga och avdunstning. De kan även erbjuda livsmiljöer för många arter. Med tanke på kostnadsaspekten uppvisar stadsträd relativt låg kostnad per inlagrad koldioxidekvivalent och hög potential som kolsänka.
Den andra metoden som undersöktes var gröna tak som binder kol under en kortare tidsperiod och ökar biodiversiteten genom att fungera som livsmiljöer för insekter. De minskar också avrinning från tak och förbättrar luftkvaliteten genom att filtrera föroreningar. I jämförelse med stadsträd uppvisar gröna tak en högre kostnad per inlagrad koldioxidekvivalent och lägst potential som kolsänka i denna fallstudie.
Slutligen undersöktes nybyggnation av flerbostadshus med trästomme istället för traditionell betongstomme. Att bygga flerbostadshus med trästomme leder till att biogent kol lagras under hela husets livstid och på så sätt hålls åtskilt från atmosfären, vilket minskar koncentrationen av växthusgaser. Trä är en förnybar resurs som, om den skördas hållbart kan minska byggsektorns klimatpåverkan avsevärt. Det gick inte att hitta entydig information om kostnaden för att bygga med trästomme. I fallstudien konstaterades det att det initialt kan vara dyrare än att bygga flerbostadshus med betongstomme, men att det blir kostnadseffektivt om även klimatpåverkansaspekten vägs in. Att bygga med trästomme uppvisade högst potential som kolsänka i fallstudien av Norra 2 i detta examensarbete.
Fallstudien visar även att markanvändningen spelar en avgörande roll för kolsänkornas nettoeffekt. Om mark som redan fungerar som kolsänka tas i anspråk för byggnation, frigörs en betydande mängd kol, vilket minskar den totala kolinlagringspotentialen. Det är därför viktigt att noggrant planera och undvika att använda mark som innehåller stora mängder lagrat kol.
För att uppnå sina klimatmål behöver Stockholm stad prioritera implementering kolsänkor i kombination med minskade utsläpp av växthusgaser, främst från transportsektorn. Att bygga flerbostadshus med trästomme visade sig ha högst potential som kolsänka samt vara kostnadseffektivt om klimatpåverkan vägs in i bedömningen. Samtidigt kan stadsträd och gröna tak bidra till både kolinlagring och en bättre stadsmiljö, även om de initiala kostnaderna kan vara högre.
Beräkningar i detta arbete visar också att det kan uppstå betydande energiförluster vid produktion av biokol och användning av BECCS i kraftvärmeanläggningar för att lagra kol. Men om park- och trädgårdsavfall som annars inte används för energiproduktion, tas tillvara för att producera biokol genereras både värme och elektricitet som en extra fördel. Vid använing av BECCS med värmeåtervinning, kan denna teknik nästan kompensera för nästan 40 % av utsläppen i Stockholm stad 2022. Det innebär att BECCS med värmeåtervinning spelar en stor roll i att minska stadens koldioxidutsläpp.

This master’s thesis examines the carbon flows and sinks within the geographical of Stockholm, focusing on the contributions of different sectors to carbon dioxide emissions and how these emissions can be mitigated through the implementation of carbon sinks. The transportation sector is the largest source of fossil carbon flows, while the electricity and heating sectors account for the largest biogenic carbon dioxide emissions. Forests and land within the geographical area of the city of Stockholm serve as significant carbon sinks and possess considerable carbon storage.
The master’s thesis identifies the most relevant carbon sinks for the geographical area of the City of Stockholm, including urban trees, green roofs, and the construction of multi-family residential buildings with timber structures. These carbon sinks are evaluated based on their potential to reduce climate impact and their cost-effectiveness. The construction of multi-family residential buildings with timber structures is found to have the highest potential for carbon sequestration. Meanwhile, green roofs and urban trees contribute to both carbon sequestration and the improvement of the urban environment.
The analysis in the master’s thesis highlights the importance of land use for the net effect of carbon sinks. Converting land that already functions as a carbon sink can lead to the release of carbon, thereby reducing the overall carbon sequestration capacity.
The implementation of carbon sinks can reduce Stockholm’s emissions by 4-10 %, but this alone is insufficient to achieve carbon neutrality by 2040. The study concludes that in order to achieve the climate goals of the City of Stockholm, it requires an implementation of carbon sinks in combination with emission reductions.
This study also includes an evaluation of both BECCS and biochar production to provide a comprehensive view of their potential to reduce the City of Stockholm’s climate impact. Calculations indicate that utilizing park and garden waste for biochar production can generate negative emissions ranging from 286-433 kilotons of carbon dioxide equivalents, corresponding to up to 28 % of the City of Stockholm’s emissions in 2022. BECCS with heat recovery can almost compensate for 40 % of the emissions in the City of Stockholm in 2022.