Nye teknologiske muligheder i horisonten for træbiomasse

Skove optager CO2 , lagrer kulstof og producerer gavntræ, der kan substituere materialer som olie, stål og plastik. Mere skov er derfor gavnligt for den grønne omstilling – men vi bør også øge nytteværdien af den høstede biomasse, skriver lektor i trævidenskab ved Københavns Universitet.

Som samfund bør vi anstrenge os for at udnytte biomasse til materialer før energi, skriver lektor Emil Engelund Thybring.
Foto: Colourbox

Vores behov for fødevarer, materialer og energi lægger pres på jordens ressourcer og belaster klimaet. For at give fremtidige generationer mulighed for at brødføde befolkningen og sikre husly og anstændige livsvilkår, er en hurtig, effektiv og gennemtænkt grøn omstilling altafgørende. Vi skal derfor finde måder at reducere vores belastning af klimaet og jordens ressourcer, mens vi samtidig opfylder rimelige menneskelige behov for tilgang til ressourcer.

Vedvarende kilde til biomasse

Skove spiller en vigtig rolle i den grønne omstilling. Træer absorberer CO 2 under deres vækst og lagrer kulstof i deres biomasse (vedmasse, bark, rødder og løv). Jo flere skove, der findes i verden, desto mere kulstof bliver der bundet i biomasse – hvilket reducerer mængden af CO 2 i atmosfæren.

Men skovene gør mere end blot at opsuge CO 2 – de fungerer også som kulstoflagre. Det lagrede kulstof forbliver nemlig bundet i træernes biomasse, indtil det frigives, når biomassen rådner eller brænder. Bæredygtigt forvaltede skove er samtidig en vedvarende kilde til biomasse. Bæredygtig skovdrift indebærer genplantning efter fældning og sikrer, at der kun høstes den mængde biomasse, som skovene naturligt kan reproducere. Denne praksis har i Danmark og Europa ført til voksende kulstoflagre i skovene, samtidig med at der løbende er udvundet mere træ.

Lagrer kulstof

Den biomasse, som hentes ud af skoven, gør nytte i vores samfund på flere måder. Materialer fremstillet af biomasse som fx konstruktionstræ, pladematerialer og træfiberisolering kan erstatte andre materialer som beton, metaller og mineraluld. Det er alle materialer, som er kendetegnet ved, at de er lavet af ikke-fornybare råstoffer, som er energitunge og klimabelastende at producere. At erstatte disse materialer vil derfor mindske vores CO 2 -udledning og mindske udtømning af råstoffer, der ikke kommer igen, når de først er udvundet.

Samtidig indeholder materialer af biomasse fortsat det kulstof, som blev indlejret, da træerne voksede ude i skoven. Ved at bruge skovens biomasse til materialer kan vi derfor opbevare kulstof ude i samfundet. Byggeriet er vores største forbruger af materialer, og bygninger har den længste levetid af alle menneskeskabte objekter. Vores bygningsmasse kan dermed omdannes til et kæmpemæssigt kulstoflager, hvis vi bygger fornuftigt med træ, halm og andre materialer af biomasse. Faktisk viser beregninger, at vi årligt kan lagre kulstof i nybyggeri i Danmark svarende til nuværende CO2-udledninger fra vores samlede forbrug af beton.

Materialer før energi

Restbiomasse, som lige nu ikke bruges til materialer, kan afbrændes til energi og erstatte fossile energikilder som kul, olie og naturgas.

Herved mindskes CO 2 -udledning fra fossile kilder, hvorimod biomassens kulstof omdannes til CO2 igen. Medmindre denne CO 2 indfanges i skorstenen med teknologi til kulstoffangst (Carbon Capture & Storage, CCS), vil den vende tilbage til atmosfæren.

Samlet set vil erstatningen af fossile brændsler med biomasse derfor have en mindre effekt på vores CO 2 -udledninger end brugen af biomasse til materialer. Derfor bør vi som samfund anstrenge os for i højere grad at udnytte biomasse til materialer før energi.

Er der biomasse nok?

Biomassens fordele som en alsidig, fornybar og kulstoflagrende ressource medfører naturligt nok spørgsmål om, hvorvidt der er biomasse nok, når nu flere forskellige sektorer efterspørger den. Selvom visse studier peger på, at skovene på verdensplan kan levere nok biomasse til træbyggeri uden hugst i beskyttet natur, vil det kræve rejsning af store arealer med produktionsskov. Derfor er det nødvendigt, at fremtidens materialefremstilling også baseres på biomasse fra sektorer ud over skovbruget, fx fra landbruget, hvor store mængder halm enten ikke udnyttes eller anvendes til energi.

Nytteværdi bør øges

Vores overordnede målsætning bør altid være, at den mængde biomasse, som vi bæredygtigt kan fremskaffe fra skov og mark, udnyttes mest effektivt og nøjsomt. Det vil nemlig betyde, at vi i størst muligt omfang kan opfylde de forskelligartede ønsker til arealanvendelsen, dvs. den politiske prioritering af produktion, urørt natur, infrastruktur og anden bebyggelse. Brugen af biomasse fra skoven i den grønne omstilling handler derfor ikke kun om at gøre mere af det samme (øge produktionen af biomasse), men om at gøre tingene bedre (øge nytteværdien af høstet biomasse).

At øge nytteværdien drejer sig grundlæggende om at forbedre anvendelsen af biomasse på følgende fire punkter:

1) Hvor stor andel biomasse, der bliver til materialer.

2) Hvor effektivt vi anvender materialerne (fx antal kvadratmeter bygning per kilogram

materiale).

3) Hvor længe materialerne holder.

4) Hvor stor andel af materialerne, der genbruges og genanvendes.

Punkt 2 afhænger af ingeniørkundskab – fx hvor præcist bæreevnen af en konstruktion kan forudsiges, således at mængden af materiale kan optimeres. De andre tre punkter er knyttet til materialevidenskab og vores viden om, hvordan vi kan konstruere, modificere og dekonstruere materialer af biomasse. Grundstenen for dette er forskning og innovation, og følgende beskriver muligheder i horisonten for, hvordan vi kan forbedre anvendelsen af biomasse på disse tre punkter.

Rette stammer og forgrenede kroner

Typen af produkter, der kommer ud af et fældet træ, bestemmes i høj grad af biomassens geometri. Konstruktionstræ bliver således normalt opskåret af træstokke med en mindstediameter over 12 cm, hvorimod diameterkravet er mindre til produktion af fx OSB-plader, spånplader eller papirindustrien. Et retvokset nåletræ har en simpel geometrisk form, og derfor kan omkring 80-85 procent af biomassen i et fuldvoksent nåletræ allerede i dag anvendes til produktion af konstruktionstræ, limtræ og emballagetræ, mens cirka 10 procent afsættes til papirindustrien. For et fuldvoksent løvtræ er det kun en mindre del af biomassen, der bliver til materialer, fordi løvtræer har en mere besværlig og forgrenet geometri.

MERE GENBRUG OG GENANVENDELSE

Genbrug og genanvendelse af materialer fastholder biomassens indhold af lagret kulstof efter endt levetid for materialet. Genbrug be-
skriver udtjente materialer, der laves om til et nyt materiale af samme type – fx konstruk-tionstræ som genbruges som konstruktions-træ. Dette kan fremmes ved at designe produkter, der er lette at adskille i deres en-
keltdele. Det kalder vi ”design for adskillelse” (”design for dissambly”).

Hvis genbrug ikke er en mulighed i det konkrete tilfælde, bør materialer af bio-
masse genanvendes til nye materialer af en anden type. Det kan fx være konstruktions-træ, der neddeles til spåner til spånplader.

I sidste ende, når genbrug eller genanvend-else ikke er teknisk muligt, kan materi-
alerne anvendes til energiproduktion. Herved frigives biomassens kulstof som CO2 til atmosfæren. Men indtil da har kulstoffet været lagret og gjort nytte som materiale i flere livscykler.

En stor del af biomassen fra skovene kommer dog fra tyndinger, hvor visse træer fjernes for at øge væksten af de tilbageværende træer. Biomasse fra disse tyndinger består således af små træer fra unge bevoksninger og lidt større træer fra midaldrende bevoksninger. Langt størstedelen af denne biomasse bliver til energi. Samme skæbne overgår afskær og savsmuld fra savværkerne, der typisk udnytter omkring halvdelen af en træstok til materialer.

Limtræ og fibre

Vi kunne få flere materialer ud af biomassen ved at se på, hvordan vi skiller træerne ad. Limtræ og lignende produkter er en god måde at få store elementer ud af små stykker træ Disse stykker behøver ikke nødvendigvis at være specielt lange. Fx laver et schweizisk firma store limtræbjælker ud af korte bøgestykker af 1-1½ meters længde. Ligeledes findes en række teknologier fra 1970’erne og fremefter, hvor små træstokke eller afskær fra savværkerne presses, til de går i lange, lige stykker – fx ved valsning. Stykkerne kan efterfølgende limes sammen og blive til store konstruktionselementer.

Den biomasse, som ikke kan skilles ad på en nyttig måde, kan neddeles til fibre. Mindre træer er typisk svære at afbarke, så forarbejdning af småt tyndingstræ vil kræve, at vi accepterer visse urenheder af bark i biomassen. Omvendt er afskær og savsmuld fra savværkerne meget rent og burde derfor kunne bruges i træfiberplader eller til isolering frem for til træpiller og energi.

Længere levetid af materialer

Et materiales levetid afhænger af, at det opretholder dets funktion både teknisk og æstetisk. Hovedårsagen til, at materialer af træ og anden biomasse nedbrydes, er fugt, der medfører rådangreb, hvorved biomassens kulstof omsættes til CO2 – ligesom når døde træer formulder i skoven. At holde materialerne tørre er derfor en eminent strategi til at opnå lang levetid for træprodukter. Dette er relativt enkelt i bærende konstruktioner – men sværere i de dele, der er udsat for regn og jordfugt.

Biomasse udsat for fugtigt miljø udendørs skal helst enten være naturligt holdbart eller behandles for at holde i lang tid. Egetræ, robinie og mange tropiske træarter er eksempler på førstnævnte, mens trykimprægnering med biocider er et eksempel på det sidste. En alternativ og moderne måde at forbedre holdbarheden er ved modificering, hvor biomassens materialekemi ændres, sådan at cellevæggene forbliver tørre selv i fugtige miljøer.

Et nyere forskningsområde er, hvordan materialer af biomasse kan brandhæmmes gennem modificering af materialekemien. De typiske brandhæmmere anvendt i industrien i dag har tendens til at udvaskes ved vandpåvirkning, fx regn på umalede træfacader. Det nedsætter effekten af brandhæmmerne og dermed materialets tekniske levetid. Med modificering vil det være muligt at fastholde brandhæmmende molekyler i materialet, selv når det udsættes for regn.

Uforløste potentialer

Når vi udnytter den høstede biomasse mere effektivt og nøjsomt, har det flere positive effekter. At øge andelen af materialer vil fastholde en større del af det lagrede kulstof i biomassen. En forbedret levetid af materialerne vil øge lagringstiden for kulstoffet, hvilket også er tilfældet, når vi genbruger og genanvender materialerne. Samlet set vil biomassens kulstof have en meget længere rejse – fra det forlader skoven, til det frigives som CO 2 ved rådangreb eller afbrænding. Og det har en gavnlig effekt på klimaet. Ydermere vil biomassen i hvert af materialets livscykler have erstattet klimabelastende materialer af ikke-fornybare råstoffer, men også materialer af jomfruelig biomasse. Således vil en fornuftig, effektiv og nøjsom udnyttelse af biomasseressourcen være med til at mindske det samlede forbrug af de råstoffer, vi udvinder fra jorden – hvad enten disse er fornybare eller ej.

En forudsætning for, at ovennævnte scenarier bliver til virkelighed, er en bredere vifte af materialeteknologier, som industrien kan anvende til at forædle, genbruge og genanvende biomasse. Som jeg har beskrevet i dette indlæg, findes visse teknologier allerede, mens andre er på tegnebrættet eller er under udvikling i forskningslaboratorier verden over.

Det haster med den grønne omstilling af samfundet. Heldigvis rummer skovens biomasse uforløste potentialer for at kunne bidrage meget mere til denne omstilling, end tilfældet er i dag. Vi bør derfor hurtigst muligt få omsat gode ideer til gavnlige handlinger.

 

Se alle artikler fra Magasinet Skoven