Energikrisen belyser jordbrukets fossilberoende

Rysslands invasion av Ukraina, efterföljande sanktioner och skenande kostnader för konstgödsel har fått omvärlden att söka alternativ till det fossilberoende odlandet. Förväntningarna är höga på de forskningsprojekt som söker nya sätt att framställa det kanske viktigaste gödningsämnet – kväve.

Utan konstgödsel skulle det konventionella jordbrukets skördar minska kännbart. Men den omfattande användningen har gjort jordbruket i Sverige och resten av Europa beroende av fossil naturgas från framför allt Ryssland. Åtta månader in i Rysslands invasion av Ukraina är effekterna påtagliga när priserna på konstgödsel har skjutit i höjden samtidigt som också tillgången har blivit ett problem.

– Sett till de planetära gränserna behöver vi både dra ner vår gödselanvändning och omfördela den globalt. I den rika delen av världen använder man enormt mycket mer kvävegödsel än i de fattigare delarna. Men det är ingen enkel uppgift, vi har vant oss vid de här stora skördarna. Det är inte lätt att säga till en lantbrukare att sluta använda kvävegödsel, med ett stort inkomstbortfall som resultat.

Det säger Serina Ahlgren som forskar i hållbarhetsfrågor inom jordbruket på forskningsinstitutet Rise, bland annat om konstgödsel baserad på förnybar energi. Hon och många andra forskare menar att den viktigaste pusselbiten för ett mer hållbart – och fossilfritt – jordbruk är kvävets kretslopp.

För att hålla de skördenivåer som vi har i dag måste vi hela tiden få in nytt kväve i systemet. Tillverkningen av det kvävegödsel som används i det konventionella jordbruket är en mycket energikrävande process, som i dag i princip bara har fossila bränslen som energikälla. Dessutom kommer även vätgasen som används i ammoniaktillverkning från fossil naturgas.

Beroende av import

Serina Ahlgren lyfter gärna fram ytterligare en aspekt av tillverkningen av kvävegödsel – beredskapsfrågan. Sett till konstgödsel har Sverige i dag en lång väg kvar till självförsörjande livsmedelsproduktion. Ska vi säkra vår egen livsmedelsproduktion och även minska vår klimatpåverkan behöver vi kunna tillverka grönt kvävegödsel på hemmaplan, menar hon,

– Rent tekniskt är det egentligen inget problem att fixera kväve utan fossil energi, det är snarare en kostnadsfråga eftersom det går åt så mycket energi. Frågan är om vi ska prioritera att göra det här i Sverige, eller om det är viktigare att vi har el till våra elbilar. Det behöver inte vara antingen eller, men energin ska onekligen räcka till mycket.

– Om politikerna tycker att det är viktigt att vi har en hög självförsörjningsgrad av livsmedel så är kvävegödsel en viktig pusselbit som vi behöver satsa på. Men de signalerna har vi inte fått ännu, kanske kommer det.

Småskalig gårdstillverkning

En av flera tekniska lösningar som håller på att växa fram är småskalig ammoniakframställning. På en försöksgård i USA som Serina Ahlgren har arbetat med har man byggt en vindkraftdriven ammoniakanläggning stor nog att försörja en medelstor gård.

– Det blev en dyr anläggning, komponenterna finns inte att köpa ännu. Men flera andra småskaliga anläggningar är på gång och det kommer att bli billigare ju större efterfrågan blir.

Hon skulle gärna se en liknande försöksanläggning här i Sverige, hon får ofta samtal från intresserade lantbrukare som vill göra liknande satsningar. I Norge har en anläggning för fossilfri produktion av kvävegödsel byggts och 2023 räknar företaget bakom satsningen med att ha fossilfritt kvävegödsel på marknaden.

Enligt företagets beräkningar – gjorda innan alla prishöjningar – kommer den fossilfria gödseln kosta ungefär dubbelt så mycket som gödseln tillverkad med fossil energi.

Energieffektivare lösningar

Parallellt pågår flera forsknings- och utvecklingsprojekt med målet att hitta nya sätt att tillverka ammoniak och fixera kväve.

Johannes Messinger, professor i molekylär biomimetik vid Uppsala universitet, är en av forskarna som försöker hitta energieffektivare sätt att tillverka ammoniak. Hans förhoppning är att hitta en metod för att framställa ammoniak av vatten och kväve i ett steg, genom elektrosyntes.

Det skulle göra det möjligt för en lantbrukare att producera sin egen ammoniak med bara vatten, luft och sol- eller vindenergi, ammoniak som dels kan användas till gödningsmedel. Den kan också fungera som ett sätt att lagra energi från exempelvis solceller genom att den kan omvandlas tillbaka till elektricitet genom särskilda bränsleceller.

– Den enda biprodukten av elektrosyntetisk ammoniak blir syre. Vi har utvecklat småskaliga labbanläggningar, men produktionstakten är väldigt låg. Tanken är att det ska fungera med kväve från luften, men än så länge använder vi ren kvävgas.

Fortfarande återstår flera problem att lösa, bland annat behöver man utveckla en bättre katalysator som omvandlar enbart kväve till ammoniak, utan vätgas som mellanprodukt. Även om andra forskargrupper har kommit längre så tror Johannes Messinger att det kan dröja närmare tio år innan tekniken kan börja användas på gårdarna.

– Men intresset är stort, jag har redan kontaktats av åtskilliga lantbrukare.

”Återanvänd kväve från reningsverken”

Med tekniska lösningarna som antingen ligger längre fram i tiden eller är alltför energikrävande så finns det all anledning att titta på hur vi använder det kvävegödsel vi tar fram, säger Serina Ahlgren.

Sverige har varit bra på miljöåtgärder för att minska övergödning, som dosering, tidpunkt för spridning och gödselfria kantzoner. Men det finns mer att göra, menar hon, till exempel kan precisionsodlingen utvecklas, när exakt rätt mängd gödning tillförs vid rätt tillfällen. Allra viktigast tror hon dock är att hitta metoder för att sluta kvävets hela kretslopp i matproduktionen för att minska behovet av att ta fram mer kväve.

– Att cirkulera kväve i större utsträckning är mitt budskap nummer ett. Vi kan inte fortsätta fixera mer och mer kväve, det tål inte planeten. Vi måste bli bättre på att använda det vi har. Viktigast då är att återföra det kväve som hamnar i avloppsreningsverken till jordbruket.

Att som i dag blåsa bort allt kväve som samlas i reningsverket och sedan lägga stora mängder energi på att fixera det är egentligen korkat, menar Serina Ahlgren. Även om vi förlorar en del kväve i processen skulle det göra en enorm skillnad om vi kunde återanvända det mesta.

– Vår diet är också en viktig fråga. Äter vi mindre kött behöver vi mindre foder, och därmed mindre handelsgödsel. Djuren cirkulerar visserligen växtnäring via stallgödsel, men mycket kväve förloras genom exempelvis ammoniakförluster och avrinning.