Field emissions of N2O during cultivation of bioenergy crops may counterbalance a considerable part of the avoided fossil CO2 emissions that are achieved by fossil fuel displacemen

Ambus, Per

Carter, Mette S.

Hauggaard-Nielsen, Henrik

Heiske, Stefan

Jensen, Morten

Johansen, Anders

Schmidt, Jens Ejbye

Thomsen, Sune T.

English

Organic Eprints

 Field emissions of N2O during biomass production may affect the sustainability of agro‐biofuels  Mette S. Carter1, Henrik Hauggaard‐Nielsen1, Stefan Heiske1, Sune T. Thomsen1, Morten Jensen1, Jens Ejbye Schmidt1, Anders Johansen2 and Per Ambus1  1 Biosystems Division, Risø National Laboratory for Sustainable Energy, Technical University of Denmark, P.O. box 49, 4000 Roskilde, Denmark 2 Department of Environmental Chemistry and Microbiology, National Environmental Research Institute, University of Aarhus, P.O. box 358, 4000 Roskilde, Denmark  One way of reducing the emissions of fossil fuel‐derived CO2 is to replace fossil fuels with biofuels produced from agricultural biomasses or residuals. However, cultivation of soils results in emission of other greenhouse gasses, especially nitrous oxide (N2O). Previous studies have shown that field emissions of N2O contribute significantly to total greenhouse gas emissions during biofuel production, and in terms of global warming N2O emissions may counterbalance a considerable part of the avoided fossil CO2 emissions that are achieved by fossil fuel displacement. In the present study, we relate measured field emissions of N2O to the reduction in fossil fuel‐derived CO2, which is obtained when agricultural biomasses are used for biofuel production. The analysis includes five organically managed crops (viz. maize, rye, rye‐vetch, vetch and grass‐clover) and three scenarios for conversion of biomass to biofuel. The scenarios are 1) bioethanol, 2) biogas and 3) co‐production of bioethanol and biogas. In scenarios 3, the biomass is first used for bioethanol fermentation and subsequently the residue from this process is utilized for biogas production. The net reduction in greenhouse gas emissions is calculated as the avoided fossil fuel‐derived CO2, where the N2O emission has been subtracted. This value does not account for CO2 emissions from farm machinery and during biofuel production. We obtained the greatest net reduction in greenhouse gas emissions by co‐production of bioethanol and biogas or by biogas alone produced from either fresh grass‐clover or whole crop maize. Here the net reduction corresponded to about 8 tons CO2 ha‐1 yr‐1. 

Field emissions of N2O during biomass production may affect the sustainability of agro-biofuels

Carter, Mette Sustmann

Thomsen, Sune Tjalfe

Online Research Database In Technology

                       General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.  • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain • You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal   If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.     Downloaded from orbit.dtu.dk on: Dec 19, 2017Field emissions of N2O during biomass production may affect the sustainability ofagro-biofuelsCarter, Mette Sustmann; Hauggaard-Nielsen, Henrik; Heiske, Stefan; Thomsen, Sune Tjalfe; Ambye-Jensen, Morten; Schmidt, Jens Ejbye; Johansen, Anders; Ambus, PerPublication date:2011Document VersionPublisher's PDF, also known as Version of recordLink back to DTU OrbitCitation (APA):Carter, M. S., Hauggaard-Nielsen, H., Heiske, S., Thomsen, S. T., Jensen, M., Schmidt, J. E., ... Ambus, P.(2011). Field emissions of N2O during biomass production may affect the sustainability of agro-biofuels. Abstractfrom Sixth International Symposium on Non-CO2 Greenhouse Gases, Amsterdam (NL), 2-4 Nov, . Field emissions of N2O during biomass production may affect the sustainability of agro‐biofuels  Mette S. Carter1, Henrik Hauggaard‐Nielsen1, Stefan Heiske1, Sune T. Thomsen1, Morten Jensen1, Jens Ejbye Schmidt1, Anders Johansen2 and Per Ambus1  1 Biosystems Division, Risø National Laboratory for Sustainable Energy, Technical University of Denmark, P.O. box 49, 4000 Roskilde, Denmark 2 Department of Environmental Chemistry and Microbiology, National Environmental Research Institute, University of Aarhus, P.O. box 358, 4000 Roskilde, Denmark  Corresponding author: Mette S. Carter, tel. +45 2133 1383, e‐mail: mthy@risoe.dtu.dk      Abstract One way of reducing the emissions of fossil fuel‐derived carbon dioxide (CO2) is to replace fossil fuels with biofuels produced from agricultural biomasses or residuals. However, cultivation of soils results in emission of other greenhouse gasses (GHGs), especially nitrous oxide (N2O). Previous studies on biofuel production systems showed that emissions of N2O may counterbalance a substantial part of the global warming reduction, which is achieved by fossil fuel displacement. In the present study, we related measured field emissions of N2O to the reduction in fossil fuel‐derived CO2, which was obtained when agricultural biomasses were used for biofuel production (Carter et al., in press). The analysis included five organically managed feedstocks (viz. dried straw of sole cropped rye, sole cropped vetch and intercropped rye‐vetch, as well as fresh grass‐clover and whole crop maize) and three scenarios for conversion of biomass into biofuel. The scenarios were i) bioethanol only, ii) biogas only and iii) co‐production of bioethanol and biogas. In the last scenario, the biomass was first used for bioethanol fermentation and subsequently the effluent from this process was utilized for biogas production. The net GHG reduction was calculated as the avoided fossil fuel‐derived CO2, where the N2O emission was subtracted. This value did not account for fossil fuel‐derived CO2 emissions from farm machinery and during conversion processes that turn biomass into biofuel. The greatest net GHG reduction, corresponding to 700‐800 g CO2 m‐2, was obtained by biogas production or co‐production of bioethanol and biogas on either fresh grass‐clover or whole crop maize. In contrast, biofuel production based on lignocellulosic crop residues (i.e. rye and vetch straw) provided considerably lower net GHG reductions (≤ 215 g CO2 m‐2), and even negative numbers sometimes. No GHG benefit was achieved by fertilizing the maize crop because the extra crop yield, and thereby increased biofuel production, was offset by enhanced N2O emissions.   Keywords bioethanol and/or biogas, carbon sequestration, digestate recycled as fertilizer, emission factor, fossil fuel displacement, grass‐clover, methane, nitrous oxide, rye and vetch straw, whole crop maize  Acknowledgements This work was part of the BioConcens project (Biomass and bioenergy production in organic agriculture – consequences for soil fertility, environment, spread of animal parasites and socio‐economy) funded by the International Centre for Research in Organic Food Systems (ICROFS). The first author would like to  thank the HighCrop project (Higher productivity in Danish arable crop production) for economic support, which enabled participation in NCGG‐6.  References Carter, M.S., Hauggaard‐Nielsen, H., Heiske, S., Jensen, M., Thomsen, S.T., Schmidt, J.E., Johansen, A. and Ambus, P. (in press) Consequences of field N2O emissions for the environmental sustainability of plant‐based biofuels produced within an organic farming system. Global Change Biology: Bioenergy.    

http://orbit.dtu.dk/ws/files/6244952/Field%20emissions.pdf

Field emissions of N2O during biomass production may affect the sustainability of agro-biofuels

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Organic Eprints

Online Research Database In Technology