Bioenergys role in a sustainable future: An assessment of environment, technology, supply chains and uncertainty

De siste rapportene fra FNs klimapanel viser hvordan bioenergi kan spille en viktig rolle i produksjon av fornybar energi, særlig som bærekraftig drivstoff for luftfart, shipping og tunge kjøretøy, og samtidig bidra til utslippskutt for å oppfylle klimamålene. Samtidig har en mulig global storsatsing på bioenergi vekket bekymringer. Dette inkluderer bekymringer om tap av naturmangfold, om indirekte utslipp av klimagasser fra arealbruksendringer eller fra produksjon, bearbeiding og frakt av råstoff, når landområder brukes til å produsere råstoff for bioenergi. Faktorene som spiller er komplekse og/eller svært usikre. Hvor mye biomasse som vil være tilgjengelig ved lav eller ingen miljørisiko avhenger av fremtidig sosioøkonomiske endringer, endring i styring, teknologiske framskritt og livsstilsendringer. I dette prosjektet vil vi evaluere rollen til bioenergi i konteksten av klimamål på 1.5ºC og 2ºC. Målet er å utvikle nye verktøy for å forbedre vurdering av bærekraft i studier av fremtidige bioenergisystemer og identifisere strategier som kan maksimere klimafordeler og redusere utilsiktede bivirkninger for miljøet. Forskningsaktivitetene består av metodiske framsteg, ved å kombinere livsløpsanalyse («life cycle assessment»(LCA)) med integrerte vurderingsmodeller («Integrated Assessment Models»(IAM)) og dynamisk energi-arealbruks-modellering for å lage et verktøy med åpen kildekode, og applikasjoner for relevante casestudier i norsk, europeisk og verdens-sammenheng. Den første delen av prosjektet har produsert avanserte rutiner og tilnærminger for integrering av IAM-resultat inn i et LCA-rammeverk. En metode kalt prospektiv LCA. Det er utarbeidet fremtidige scenarioer for arealbruk og energisystemer representative for forskjellige framtidig sosioøkonomiske baner som er knyttet til bakgrunnsdatabaser for LCA. Dette tillater å analysere store mengder med arealbruk scenarioer, biomasseråstoff, og prosesseringsteknologier, for en framtidsrettet kontekst, med eksplisitte regionale variasjoner. For eksempel vil det være mulig å vurdere hvordan LCA-resultat for bioenergisystemer vil påvirkes av et fremtidig renere energisystem eller projiserte teknologiske og samfunnsmessige endringer. Et stort antall scenarioer for arealbruk og potensiale for biomasseråstoff er utarbeidet ved bruk av agroøkologiske modeller for å estimere bioenergiavlinger (og agrikulturelle krav fra landbruksaktiviteter), i tillegg til projeksjoner av tilgjengelige rester av biomasse fra land- og skogbruk. Estimatene for ressurspotensial tar hensyn til terskler for bærekraft, som er definert for å opprettholde nødvending nivå av viktige økosystemtjenester. Tilgjengelig data har høy oppløsning for Norge og Europa og lavere oppløsning for resten av verden. Det nye analytiske rammeverket er testet og tatt i bruk i flere casestudier som er publisert i internasjonale vitenskapelige journaler. Rammeverket inkluderer en blanding av ulike biomasseråstoff, teknologier og bruksområder. Et eksempel er produksjon av biodrivstoff til deep-sea shipping fra rester i norsk skogbruk. Produksjon for eksisterende og framtidige teknoøkonomiske og policy-scenarioer kan redusere utslipp med 65%-87%, sammenlignet med fossilt drivstoff, avhengig av hvilken teknologi og tidshorisont som er vurdert. Potensiale for utslippskutt og energi er lavere i andre europeiske land, fordi energisystemene er mer karbon-intensive, og det er større begrensninger på tilgjengelige ressurser. Klimafordelene ved biodrivstoff fra bioenergiavlinger er mindre enn fordelene ved biodrivstoff fra rester fra land- og skogbruk, hovedsakelig på grunn av utslipp fra landbruk. Når avlingene istedenfor dyrkes på marginalt landområde eller degradert dyrket mark, kan produksjonen bidra til å gjenopprette flere økosystemtjenester, og generelt forbedre jordkvaliteten. En annen analyse som ser på det norske transportsystemet viser at biodrivstoff bidrar til utslippskutt selv med høy elektrifisering av kjøretøyparken (utslippskutt opp mot 30% av dagens veitransportutslipp innen 2030), særlig på grunn av bruken av biodrivstoff i lastebiler og varebiler og i de resterende personbilene med forbrenningsmotor. Alt i alt indikerer dette at komplementære og integrerte strategier som kombinerer en høy elektrifisering av kjøretøyparken med målrettet bruk av biodrivstoff kan øke fremtidige kutt i utslipp fra veitransport. I prosjektets siste år vil forskningsaktivitetene fokusere på å ferdigstille to sentrale vitenskapelige publikasjoner, og på tilhørende formidling. En av publikasjonene oppsummere og forklare metoden som er utviklet i prosjektet, og gjør i tillegg modellkoden åpent tilgjengelig for en generell innstilling (dvs. ikke innstilt på en spesifikk casestudie). Dermed vil resultatene være klare for bruk i andre applikasjoner og/eller for fortsatte forbedringer. Den andre publikasjonen vil kombinere kunnskapen produsert i prosjektet for å bruke det til å undersøke potensial for utslippskutt i produksjon.

Most climate change mitigation scenarios are profoundly dependent on future large-scale deployment of purpose-grown bioenergy crops. At the same time, there are widespread concerns that these bioenergy crops will bring about significant ecological damage, supply chain emissions, and emissions induced by land use. Also widespread are concerns that the bioenergy crops will compete with food crops. Such impacts and dynamics are currently poorly understood and/or highly uncertain. This project will evaluate the role of bioenergy in a sustainable future. It will combine life cycle assessment (LCA) and dynamic land use-energy scenario modelling in order to evaluate co-benefits and adverse side-effects of global bioenergy deployment across different environmental impact indicators, and perform comparative environmental assessments of a diverse set of bioenergy technology alternatives. This, in turn, will help identify what future optimal bioenergy deployment pathways should look like, and to identify possible win-win strategies. An interlinked and mutually reinforcing objective is to lift a scenario-based LCA model to a new state-of-the-art level of functionality, utility and quality. Achieving this will be a three-fold approach: developing sets of practical computer routines systematizing the generation of life cycle inventories reflecting regional variation and future changes; feeding back the regionally and temporally explicit inventories into existing processes in an LCA database; and undertaking scenario analyses in LCA with proper uncertainty characterization.