Wednesday, 13 November 2019

Skall kvävet till havet, upp i luften eller tillbaks till åkern?


När man talar om omställning till ett fossilfritt samhälle med netto noll växthusgasutsläpp talas det mycket om skifte till vegetabiliskt protein, höghastighetståg och fossilfritt stål. Att bygga om våra gamla och omoderna avloppssystem talas det aldrig om.  En ny rapport visar att återvinning av klosettvatten radikalt skulle kunna minska växthusgasutsläppen och sårbarheten i jordbruket.

Häromdagen skrev jag ett längre inlägg som handlade om kväveförsörjningen och framför allt kväveförlusterna. I princip allt kväve som tillförs livsmedelssystemet, cirka 200 000 ton om året, förlorades till vatten och luft 2013. Tillförseln består huvudsakligen av konstgödsel, men biologisk kvävefixering och import av foder spelar också en roll.

En ny rapport, Fosfor, kväve, kalium och svavel – tillgång, sårbarhet och återvinning från avlopp av Håkan Jönsson vid Institutionen för energi och teknik, SLU ger nya intressanta perspektiv på kvävefrågan. Rapporten handlar om storleken på de globala ekonomiska reserverna (med ekonomisk reserv menas de kända förråd som kan tänkas utvinnas med befintlig teknik och inom gällande ekonomiska förhållanden) för produktion av konstgödsel med kväve, fosfor, kalium och svavel samt för hur svensk växtodling kan förväntas påverkas vid starkt försvårad eller stoppad import av mineralgödsel. Fokus är på möjligheterna till återvinning av växtnäring från inhemska avlopp.

Enligt rapporten motsvarar de globala ekonomiska reserverna för produktion av konstgödselfosfor 266 årsproduktioner. Reserverna för produktion av kalium- och svavelgödselmedel motsvarar 93 respektive 60 årsproduktioner. För kväve motsvarar de ekonomiska reserverna endast 53 årsproduktioner.

Eftersom kvävet i kvävegödsel kommer från luften där det utgör huvuddelen av atmosfären är det kanske lite förvånande att man kan tala om reserver — kvävet kommer  ju aldrig att ta slut. Men den helt dominerande tekniken att framställa konstgödselkväve, Haber-Bosch processen, använder naturgas både som råvara* och energikälla. Cirka 5 procent av naturgasanvändningen är för konstgödselproduktionen.  

Det är förvisso möjligt, vilket rapporten också redovisar, att producera konstgödselkväve med andra fossila bränslen eller med andra metoder som bygger på elektricitet från exempelvis kärnkraft, vindkraft eller solenergi. (En tidig industriell konstgödsel producerades med vattenkraft i Norge). Men dessa metoder är så pass mycket dyrare att de inte ingår i den ”ekonomiska reserven”. Enligt rapporten kan kostnaderna för fossilfritt konstgödselkväve vara ungefär tre gånger högre än de nuvarande produkterna. Kostnaden för jordbrukarna skulle gå upp från cirka 10 kr per kg N till cirka 30 kr. Enligt rapportens beräkningar står konstgödsel för 83 procent av det växttillgängliga kvävet som sprids varje år.

Håkan Jönsson drar två viktiga slutsatser
– Svenskt jordbruk är mycket mer sårbart för störningar i tillförseln av kväve än av de andra mikronäringsämnena. All konstgödsel är importerad (tidigare fanns en konstgödselfabrik i Köping). Om vi skulle bli avskurna från importen av kvävegödsel riskerar skördarna att rasa med 30%-60% redan första året enligt rapporten.
- Återvinning av kväve från avloppen skulle avsevärt kunna minska sårbarheten i svenskt jordbruk. Det skulle samtidigt minska växthusgasutsläppen avsevärt.  

Egentligen är det självklart: den växtnäring som har tagits upp av mat- och foderväxter från jorden bör i ett cirkulärt samhälle återvinnas och användas som gödsel.

Klosettvattnet innehåller 46 000 ton kväve (i rapporten görs skillnad på totalkväve och växtillgängligt kväve, men jag använder konsekvent bruttosiffran här, det är också den som används av SCB i de kvävebalanser jag skrev om nyligen), det har också en sammansättning av kväve, fosfor och kalium som överensstämmer väl med näringsbortförseln för de viktigaste grödorna, dvs spannmål. Av klosettvattnet går större delen till kommunala reningsverk. I avloppssystemen förloras dock större delen av kvävet och kaliumet vid den vidare behandlingen, eftersom de i stor utsträckning är vattenlösliga. Avloppsslam har därför inte alls samma gynnsamma förhållande mellan makronäringsämnena (utöver alla andra problem som föroreningar av tungmetaller mm). I slutänden är det endast 3 000 ton kväve som återfinns i det avloppsslam som 2016 spreds på åkrarna.

Det bästa vore givetvis om man kunde återvinna/cirkulera klossettvattnet. Rapporten går inte in på metoderna för det, men det förutsätter, så vitt jag förstår, en ombyggnad av avloppssystemen så att inte toalettvattnet blandas med allt annat vatten.

Ett mindre steg skulle vara att ta vara på kvävet i det så kallade rejektvattnet från avvattningen av slammet. Håkan Jönsson anger att detta skulle innehålla 8 000 ton växttillgängligt kväve. Detta gjordes i reningsverket i Ellinge under åren 1992-2006, och det största reningsverket i Oslo har återvunnit kväve sedan slutet av 1990-talet. Det finns inget mål om återvinning av kväve i Sverige, däremot har man börjat kväverena rejektvattnet för att minska utsläppen till hav. Alla avloppsreningsverk som är större än för 10 000 personer och vars utsläpp når kusten mellan Norrtälje och Strömstad är skyldiga att reducera sin kvävebelastning på havet.

Vid reningen går huvuddelen bort i form av kvävgas, men en viss andel av kvävet blir växthusgasen lustgas. Andelen kväve som blir lustgas varierar med metod, men också beroende på hur bra reningen fungerar. Att återanvända kvävet skulle inte bara ersätta i importerad konstgödsel, utan det skulle också minska både de stora utsläppen av koldioxid, lustgas och metan från tillverkningen av denna samt utsläppen av lustgas från kvävereningen. 


Återvinning av kväve genom återvinning av klosettvatten beräknas minska utsläppen av växthusgaser med drygt 12 kg CO2e per kg kväve, 3 kg genom insparad konstgödsel och 9 kg genom minskade lustgasutsläpp. Utöver det skulle kol i form av organiskt material tillföras jorden så att den totala minskningen av växthusgasutsläppen skulle motsvara nästan 1 miljon ton CO2e, dvs knappt en procent av Sveriges territoriella växthusgasutsläpp (se bild).

  
Detta tar dock inte hänsyn till de olika systemen som används i de olika scenariona. Reningsverken använder idag relativt mycket energi och resurser för att rena vattnet, medan ett separat avloppssystem skulle kräva en hel del resurser för att byggas och hantering och spridning av klosettvattnet skulle också vara energi och resurskrävande. Nettoeffekten beror på relationen mellan dessa. För den som vill fördjupa sig i detta kan jag rekommendera artikeln Environmental impact of recycling nutrients in human excreta to agriculture compared with enhanced wastewater treatment av Johanna Spångberg med flera från 2014 där man jämför dessa.

Rapportens slutsats är att återvinning av växttillgängligt kväve är viktigt och ett återvinningsmål bör därför införas för kväve från avlopp. Det är lätt att hålla med.
*
Det är märkvärdigt hur tyst det är om avloppssystemen. Efter vad jag kan se är det nästan inga av alla dessa nya gröna och hållbara bostadsområden som utvecklats de senaste fem åren som utvecklat några intressanta avloppslösningar. Undantag finns som en ny stadsdel i Helsingborg där man skall ha separata avlopp för toaletterna samt också för flytande matavfall via avfallskvarn. Man skulle tycka att det i alla fall skulle vara obligatoriskt att separera toalettavloppen från det andra inne i byggnaderna. I så fall skulle ju kommunerna kunna bygga om näten allteftersom, utan att göra enormt kostsamma ingrepp i bostäderna. Det finns förvisso andra möjliga lösningar. Håkan Jönsson berättar i en epost de kommer att återvinna källsorterad urin genom torkning till pulver direkt i toalettrummet. 
 -  Vi hoppas installera den första sådana på institutionen före årsskiftet. I försök har vi lyckats återvinna mer än 80% av urinens kväve.

Det är konstigt hur litet det talas om de avsevärda lustgasutsläppen från avloppsreningen i samband med mat-klimatdebatten. Det är också intressant att man för att lösa ett miljöproblem, utsläpp av kväve till haven, orsakar ett nytt miljöproblem i form av lustgasutsläpp. Jag undrar om någon har vägt dessa två mot varandra för att avgöra om det är meningsfullt?


*Vätgas produceras av naturgasen vilken kombineras med luftens kväve för att skapa ammoniak, NH3.  

5 comments :

Anonymous said...

Liten kommentar om avfallskvarnar:
om det malda sen transporteras i det vanliga avloppssystemet så hinner en stor del av det brytas ned och avge CO2 innan det når reningsverket.

Så för att avfallskvarnar ska vara en bra idé så krävs att det separeras från övrigt avlopp och lagras i tankar efter bara en kort transport. Man måste också använda en stor mängd vatten i hushållet för att kvarnarna inte ska sätta igen, vilket betyder att de som hämtar måste transportera en massa vatten. Då är det kanske bättre att samla in matavfallet omalt i papperspåsar, så som man gör på många ställen

Gunnar Rundgren said...

Jag tror du har rätt där. Jag har inte satt mig in i den frågan men ditt resonemang känns högst rimligt.

Jan Wiklund said...

Men det var ju detta Olle Eriksson föreslog redan 1996 i Bygg om Sverige till bärkraft. Det var rentav hans huvudgrej. Fantastiskt att världen har hunnit ikapp honom på mindre än 25 år.

Jan Wiklund said...

PS Han föreslog dock att man skulle separera urinen och spruta den över åkrarna. Skiten hade han inga särskilda åsikter om vad jag minns.

Gunnar Rundgren said...

Ja Jan, det är faktiskt lustigt hur många saker som kommer tillbaks, även om de kommer i nya läglar