Home About Browse Search
Svenska


Impacts of stumps and roots on carbon storage and bioenergy use in a climate change context

Melin, Ylva (2014). Impacts of stumps and roots on carbon storage and bioenergy use in a climate change context. Diss. (sammanfattning/summary) Umeå : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2014:79
ISBN 978-91-576-8106-5
eISBN 978-91-576-8107-2
[Doctoral thesis]

[img]
Preview
PDF
980kB

Abstract

As a result of national and international greenhouse gas emissions reduction targets, economic incentives and political desires to be more independent regarding energy supplies, there is interest in substituting fossil fuels with renewable energy sources, such as forest fuels. Stump harvesting could be an option to further increase the bioenergy potential in forested countries; currently stump harvesting is carried out on a pilot basis in Sweden. In this thesis, the Swedish stump harvest potential is studied in a national and European climate change mitigation context.

One main objective was to develop a general system for estimating and monitoring carbon stocks and carbon stock changes in stump and root systems on a national scale. A core part of this system was a decomposition function for Norway spruce stumps and roots that was developed as part of this thesis. The decomposition rate in Norway spruce stumps and roots was estimated to be 4.6% annually. Another objective included assessment of the carbon balance trade-offs between the use of stumps for either bioenergy or carbon sequestration. This was carried out over different time scales and harvest intensities and, further, the substitution effect of using stumps for bioenergy in comparison with coal was investigated. The risks of nutrient loss linked to stump harvesting were also studied and discussed. Data from the Swedish national forest inventory and from specifically designed studies on stumps and roots were used for the analyses.

The results showed that it takes about nine years for a stump harvest scenario to become more climate-friendly than if coal were used i.e. there is a certain lag period during which the CO₂ emissions from the stump harvest scheme exceed the emissions from utilizing coal as fuel; this is due to higher calorific value in fossil fuels. However, in the long-term, the CO₂ emissions decrease if stumps and roots are used instead of coal. In the medium scenario studied, the CO₂ emissions decreased by 5.0 Tg CO₂ yr-1 - this corresponds to 8.6% of Sweden's current greenhouse gas emissions. It was also shown that the Swedish carbon pool in stumps and roots would start to decrease if more than approximately 107 PJ were harvested annually. Without stump harvesting, the carbon pool in stumps and roots increased over the study period (1984 – 2003) by, on average, 6.9 Tg CO₂ yr-1. Also, the nutrient pools would be at risk if intensive stump harvest schemes after stem and slash harvesting were implemented. However, from a nutrient perspective, depletion of forest soils would be at least risk if a proportion of slash rather than stumps and coarse roots were left after harvesting.

Authors/Creators:Melin, Ylva
Title:Impacts of stumps and roots on carbon storage and bioenergy use in a climate change context
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Som ett resultat av nationella och internationella mål för minskade utsläpp av växthusgaser, ekonomiska incitament och politisk vilja att bli mer självförsörjande vad gäller energi, så finns ett intresse att använda förnyelsebara energikällor istället för fossila bränslen. Stubbskörd skulle kunna vara en möjlighet att öka skogsbränslepotentialen i skogsländer; idag är Finland det land som tillämpar stubbskörd i störst utsträckning medan man i Sverige endast skördar stubbar på försöksnivå. I avhandlingen studeras möjligheterna till stubbskörd i Sverige ur ett svenskt och europeiskt klimatperspektiv.

Ett huvudsyfte var att utveckla ett system för att beräkna förändringar av kolförrådet i stubb- och rotsystem på nationell nivå. En central del av systemet är en nedbrytningsfunktion för stubbar och rötter av gran, som utvecklades inom ramen för avhandlingen; den genomsnittliga nedbrytningshastigheten beräknades till 4,6% per år. Ett annat syfte med avhandlingen var att göra avvägningar mellan användning av stubbar och rötter som bioenergi eller kolinlagring; avvägningarna gjordes över olika tidsskalor och skördenivåer. Dessutom undersöktes substitutionseffekten av att använda stubbar och rötter som bränsle istället för kol. Risken att utarma marken på näringsämnen vid stubbskörd undersöktes också. Data för analyserna hämtades från den svenska riksskogstaxeringen och från specifikt utformade stubb-rotstudier inom ramen för avhandlingen.

Resultaten visar att om lika mängd energi produceras från stubbskörd eller kolförbränning tar det ungefär nio år innan scenariot med stubbskörd blir mer klimatvänligt, d.v.s. under en inledande period överstiger CO₂-utsläppen från stubbförbränning utsläppen från användning fossilt bränsle p.g.a ett högre energivärde hos fossila bränslen. På lång sikt minskar emellertid CO₂-utsläppen om stubbar och rötter används istället för kol. För det stubbskördscenario som studerades minskade CO₂-utsläppen med 5.0 Tg per år. Detta motsvarar 8.6% av Sveriges nuvarande årliga utsläpp av växthusgaser. Vidare visades att den svenska kolpoolen i stubbar och rötter skulle börja minska om mer än ca 30 TWh skördas årligen, vilket motsvarar ca hälften av alla stubbar som uppkom per år i Sverige under studieperioden 1984 – 2003. Utan stubbskörd ökade stubb- och rotkolpoolen under studieperioden med i genomsnitt 6,9 Tg CO₂ år-1. Vid studier av näringshalter i stubbar och rötter visade det sig att markens uthålliga produktionsförmåga skulle kunna äventyras om intensiv stubbskörd införs i kombination med uttag av grenar och toppar. På grund av lägre halter av näringsämnen i stubbar och rötter jämfört med grenar och toppar kan emellertid stubbskörd ha fördelar framför tillvaratagandet av grenar och toppar ur ett näringsämnesperspektiv.

Series/Journal:Acta Universitatis agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2014
Volume:2014:79
Number of Pages:74
Papers/manuscripts:
NumberReferences
I.Petersson, H., & Melin, Y. (2010). Estimating the biomass and carbon pool of stump systems at a national scale. Forest Ecology and Management 260(4), 466-471.
II.Melin, Y., Petersson, H., & Nordfjell, T. (2009). Decomposition of stump and root systems of Norway spruce in Sweden – A modelling approach. Forest Ecology and Management 257(5), 1445-1451.
III.Melin, Y., Petersson, H., & Egnell, G. (2010). Assessing carbon balance trade-offs between bioenergy and carbon sequestration of stumps at varying time scales and harvest intensities. Forest Ecology and Management 260(4), 536-542.
IV.Hellsten, S., Helmisaari, H-S., Melin, Y., Skovsgaard, J-P., Kaakinen, S., Kukkola, M., Saarsalmi, A., Petersson, H., & Akselsson, C. (2013). Nutrient concentrations in stumps and coarse roots of Norway spruce, Scots pine and silver birch in Sweden, Finland and Denmark. Forest Ecology and Management 290(SI), 40-48.
Place of Publication:Umeå
Publisher:Department of Forest Resource Management, Swedish University of Agricultural Sciences
Associated Programs and Other Stakeholders:SLU - Environmental assessment > Programme Climate
SLU - Environmental assessment > Programme Forest
SLU - Agricultural Sciences for Global Development > Land use and climate change
ISBN for printed version:978-91-576-8106-5
ISBN for electronic version:978-91-576-8107-2
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:K Forestry > K01 Forestry - General aspects
P Natural resources > P06 Renewable energy resources
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 1 Natural sciences > 105 Earth and Related Environmental Sciences > Climate Research
(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Forest Science
Agrovoc terms:fuelwood, picea abies, stumps, roots, wood energy, greenhouse gases, carbon, carbon cycle, air pollution, climatic change, finland, sweden
Keywords:stump, root, carbon, biomass, bioenergy, forest fuel, climate change, substitution
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2131
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-e-2131
ID Code:11532
Faculty:S - Faculty of Forest Sciences
Department:(S) > Dept. of Forest Resource Management
(NL, NJ) > Dept. of Forest Resource Management
External funders:Energimyndigheten
Deposited By: Ylva Melin
Deposited On:25 Sep 2014 07:07
Metadata Last Modified:12 Dec 2014 00:00

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits