Betere analyse van energiestromen voor duurzame landbouwproductiesystemen mogelijk

In agrarische systemen wordt zonne-energie opgeslagen in waardevolle agrarische producten zoals granen, melk en vlees. Tegenwoordig is de toevoeging van andere energiebronnen zoals fossiele energie, mest- en andere hulpstoffen onmisbaar in de agrarische productie. Om het gebruik van niet-duurzame energiebronnen te beperken, is een consistente energieanalyse van agrarische systemen nodig, bij voorkeur op regionale schaal. Uit een vergelijkende studie van onderzoekers van Wageningen Universiteit blijkt dat de analysemethode EMERGY (een samentrekking van ‘energy’ en ‘memory’), die daarbij ook duurzame bronnen meeneemt, beter bruikbaar is dan methoden die gebaseerd zijn op alleen fossiele energie. De vergelijking is gemaakt door naast EMERGY ook de methode EEA (Embodied Energy Analysis) toe te passen in zowel de Achterhoek als het Groene Hart. Het onderzoek werd gefinancierd door het NWO/SenterNovem Stimuleringsprogramma Energieonderzoek.

Tot op heden werd bij analyses van energiestromen op landbouwbedrijven altijd alleen gekeken naar fossiele brandstoffen. Met name in de jaren ’70 vond onder druk van de sterke stijging van de olieprijzen een golf aan energieanalyses plaats. Deze richtten zich uitsluitend op fossiele brandstoffen en niet op duurzame energiebronnen als zonlicht en menselijke arbeid. Dit is gedeeltelijk te verklaren uit de energiecrisis van die tijd. Een andere reden hiervoor was dat er geen methodiek bestond om duurzame energie zoals zonnelicht te betrekken.

Twee methoden: EEA en EMERGY
Tegenwoordig zijn er verschillende methoden beschikbaar om de energiestromen binnen productiesystemen te analyseren. Een eerste methode wordt ‘EEA’ (Embodied Energy Analysis) genoemd. EEA heeft een economische achtergrond en is een input/output-analyse. Met EEA wordt de totaal hoeveelheid fossiele energie berekend om een energie-inhoud van 1 joule (enthalpie) van een bepaald product te produceren. Deze methode houdt geen rekening met de verschillen in de kwaliteit van energie tussen de energiedragers en kan als gevolg hiervan niet zowel duurzame als niet-duurzame energiebronnen omvatten. De berekeningen van EEA zijn eenvoudig te begrijpen. Het belangrijkste fundament is de eerste gaswet: "De hoeveelheid energie die in een (sub)systeem wordt gebracht is gelijk aan de hoeveelheid die er uitkomt.” Deze regel geldt voor het gehele systeem en ook voor elk onderdeel van het systeem.

Een tweede methode is EMERGY en deze heeft een ecologische achtergrond. De naam EMERGY is afgeleid van 'Energy' en 'Memory'. EMERGY berekent de energie van een bepaald type die benodigd is om te zorgen voor een energiestroom of -opslag van een ander type. De gebruikelijke eenheid van de omzettingsfactor in een EMERGY-analyse is sej (solar emjoules). Hiermee wordt de hoeveelheid zonne-energie bedoeld die benodigd is om 1 joule energietoevoer in een bepaald systeem te verkrijgen. EMERGY houdt rekening met de verschillende kwaliteiten tussen de energiebronnen en kan daarom zowel duurzame (zoals zonne-energie) als niet-duurzame (zoals olie en aardgas) energiebronnen omvatten.

De studie bestond uit een vergelijking van de methoden EEA en EMERGY binnen twee Nederlandse agrarische gebieden (de Achterhoek en het Groene Hart). Het doel was de verschillen te verhelderen, begrijpen en omschrijven en de mogelijkheden van beide systemen te verkennen.

Verschillen en overeenkomsten
EEA en EMERGY richten zich beiden op het berekenen van de benodigde energie per geproduceerde joule product. De achtergrond van de methoden is echter verschillend, hetgeen leidt tot verschillen in de resultaten.

Een belangrijke uitkomst van EEA is de energie-intensiteit, oftewel de hoeveelheid benodigde fossiele brandstof per jouleproduct (J/J). De waarden van deze energie-intensiteit varieerde van 1 tot 3 J/J. Een vergelijking van energie-intensiteiten in de agrarische gebieden wees uit dat grasteelt en akkerbouw in het algemeen een grotere energie-efficiency hebben dan veeteelt. Een vergelijking van de energie-intensiteit tussen de twee gebieden wees uit dat landbouw, vooral de productie van granen, in het Groen Hart, minder energie-efficiënt is dan in de Achterhoek. Dit is te verklaren uit het feit dat de grondsoort in het Groene Hart (veengrond) minder geschikt is voor landbouw dan de grondsoort in de Achterhoek (zandgrond).

EMERGY werkt met de omzettingsfactor als basis, die net als de energie-intensiteit kan worden gebruikt om de energie-efficiency binnen of tussen de onderzoeksgebieden te vergelijken. De omzettingsfactoren in dit onderzoek varieerden tussen 0,8 x 10⁵ en 40 x 10⁵ sej

solar emergy joule)/joule en namen toe op een hoger trofisch niveau. Vergelijking van de omzettingsfactoren tussen de onderzoeksgebieden wees bijvoorbeeld uit dat gras in de Achterhoek energie-efficiënter wordt geproduceerd dan in het Groene Hart, maar granen juist energie-efficiënter in het Groene Hart.

Indicatoren voor duurzaamheid
Anders dan EEA, geeft EMERGY de mogelijkheid om indicatoren te berekenen die een idee geven van de duurzaamheid van een systeem. Een EMERGY-analyse geeft duidelijk het rendement aan van de verschillende energiebronnen zoals niet-duurzame bronnen als olie, gas en elektriciteit (F), vrije duurzame bronnen als zonne-energie (R) en inheemse niet-duurzame bronnen als de bovengrond (N) om de opbrengst (Y) te produceren. Indicatoren voor duurzaamheid zijn bijvoorbeeld %RENEW en SI.

De indicator %RENEW is het percentage van de totale energietoevoer dat afkomstig is van duurzame energiebronnen (R/(R+N+F). Op lange termijn zijn alleen systemen met een hoge waarde bij %RENEW duurzaam. De gevonden waarden voor %RENEW zijn laag (0,2 voor de Achterhoek en 0,5 voor het Groene Hart).

De indicator SI wordt berekend als de verhouding tussen de totale opbrengst (Y) en de totale milieubelasting (F/(R+N)). Processen met een hoge opbrengst en nauwelijks milieubelasting zijn duurzaam, met andere woorden: hun SI-waarde is hoog. De productie van gras in het Groene Hart is bijvoorbeeld relatief duurzaam (SI = 0,30), vergeleken met de productie van gras in de Achterhoek (SI = 0,26). Dit is te verklaren uit het feit dat in de Achterhoek meer dierlijke meststoffen gebruikt worden per hectare land.

Methodes zijn onvergelijkbaar, maar hebben allebei hun nut Als gevolg van de genoemde verschillen in theoretische achtergrond tussen de twee methodieken zijn de uitkomsten van beide analyses niet vergelijkbaar. De energie-intensiteiten van EEA en de omzettingsfactoren van EMERGY leiden tot tegengestelde conclusies voor het energiegebruik bij de productie van melk en varkensvlees. In EEA wordt de productie van varkensvlees als energie-efficiënt (1,08 J/J) beschouwd en de melkproductie als energieverspillend (1,86 J/J). De belangrijkste reden hiervoor is de lagere energie-inhoud van melk. Volgens EMERGY is juist de productie van varkensvlees inefficiënt (5,7 x 10⁵) en de melkproductie als energiezuinig (3,8 x 10⁵). Daarbij komt nog dat de melkproductie als enigszins duurzamer wordt beschouwd omdat een efficiëntere omzetting van duurzame energiebronnen plaats heeft gevonden in de opbrengst.

Beide methoden hebben echter hun nut en eigen toepassingsgebied. EMERGY-analyse maakt het mogelijk om met betrekking tot energiegebruik indicatoren voor de duurzaamheid van het energiegebruik (energiekwaliteit) in die systemen vast te stellen. EEA is een instrument om het gebruik van fossiele energie te analyseren, wat zowel vanuit een economische gezichtspunt als vanuit milieukundige hoek nuttig is, bijvoorbeeld voor de berekening van CO₂-emissies door de verbranding van fossiele energie. Het is alleen de vraag of voor een dergelijk vraagstuk niet beter een levenscyclusstudie (Life Cycle Assesment) voor het productieproces gemaakt kan worden omdat deze naast CO₂-emissies bij de verbranding van fossiele energie ook andere emissies (zoals SO₂) meeneemt.

Meer informatie over dit onderzoek kan worden verkregen bij:
dr. ir. I.J.M. de Boer (WUR), tel. 0317-484589, fax 0317-485550,
e-mail: imke.deboer@wur.nl