Bio-olosg ar gyfer newid hinsawdd: A yw’n strategaeth hyfyw?

27 August 2020

Dr David Cutress: IBERS, Prifysgol Aberystwyth.

• Mae bio-olosg yn gweithredu fel ffordd o ddefnyddio ffynonellau biomas sy’n cael eu tyfu (megis cnydau bio-ynni) yn ogystal â ffynonellau biomas gwastraff (gan gynnwys gweddillion anifeiliaid a chnydau)
• Mae bio-olosg yn cadw mwy o gynnwys carbon na thechnegau prosesu biomas eraill ac o’r herwydd mae ganddo’r potensial o weithredu fel storfa garbon dda
• Gall effeithiau positif ar yr amgylchedd sy’n gysylltiedig â bio-olosg fod yn annibynadwy, bod yn benodol i’r defnydd a gallant hefyd fod yn niweidiol os cânt eu defnyddio’n an-strategol

Cyflwyniad

Mae llawer yn credu bod dyfodol amaethyddiaeth yn dibynnu ar ganfod ffyrdd arloesol o gyfuno manteision ar y fferm, megis rhoi hwb i faint cnydau neu gynhyrchiant da byw, a lleihau neu wyrdroi effeithiau amgylcheddol negyddol ar yr un pryd. I’r perwyl hwn, mae "Bil Amaeth" 2020 yn amlygu bod cymorthdaliadau ar gael i ffermwyr sy’n gweithredu i ddiogelu’r amgylchedd a lleihau’r effeithiau ar yr amgylchedd. Cafodd bio-olosg ei enwi fel un trywydd posibl at gyrraedd nodau o’r fath yn y sector amaethyddiaeth a thu hwnt. Mae’r manteision posibl sy’n gysylltiedig â bio-olosg yn niferus iawn ond gallant hefyd fod yn amrywiol iawn oherwydd y ffynhonnell biomas/deunydd crai a’r dulliau a ddefnyddir i’w greu. Yn ei hanfod, cynnyrch organig cyfoethog mewn carbon, tebyg i olosg, a wneir drwy gynhesu/llosgi biomas yn benodol mewn amgylchedd isel mewn ocsigen yw bio-olosg . Mae bio-olosg fel cysyniad yn cael ei gysylltu â chanfod priddoedd daear tywyll yn ardal yr Amazon (lle mae arferion llosgi biomas wedi digwydd ym maes ffermio dros filoedd o flynyddoedd) a lle ceir cnydau mwy ffrwythlon. Er i’r priddoedd hyn i ddechrau, ar ôl eu canfod yn y 1500au, gael eu hystyried fel ffordd o gynyddu twf, canfu gwaith ymchwil diweddarach fod y priddoedd hyn hefyd yn dda iawn am gipio a storio carbon, gan storio ~2.7 gwaith yn fwy o garbon na phriddoedd traddodiadol. Gellir gwneud bio-olosg o amrywiol ffynonellau biomas gan gynnwys deunyddiau planhigion llysieuol a phlanhigion prennaidd (bio-olosg â gwell sefydlogrwydd pridd a chynnwys carbon uwch), sgil-gynhyrchion amaethyddol fel tail (bio-olosg sy’n fwy cyfoethog mewn maethynnau, sy’n is mewn carbon ac yn fwy hallt ac sydd â mwy o risg o ffurfio cyfansoddion gwenwynig), gwastraff bwyd a gwastraff diwydiannol, gyda nodweddion y bio-olosg yn amrywio’n ôl y ffynhonnell. Mae’r dull o gynhyrchu'r bio-olosg hefyd yn effeithio ar ei gyfansoddiad, gyda’r dulliau’n cynnwys; pyrolysis (a all fod yn broses araf neu gyflym a chael ei chyflawni ar dymheredd is neu uwch), nwyeiddio a charboneiddio hydrothermol. Oherwydd natur amrywiol bio-olosg mae ei astudio a’i ddefnyddio yn fater cymhleth. Mae prif fanteision bio-olosg i’w gweld drwy ei gynnwys mewn dulliau rheoli pridd, lle awgrymwyd ei fod yn effeithio ar gyfansoddiad cemegol a ffisegol y pridd, biota’r pridd, lefelau amsugno a dal dŵr y pridd, ei allu i gynnal maethynnau, pH, effeithlonrwydd N ac mae iddo ran hefyd i adfer priddoedd llygredig. Mae cyflwr cychwynnol y pridd, yr hinsawdd lleol a’r ffordd y caiff ei roi yn y pridd yn cael effaith sylweddol ar effeithiolrwydd bio-olosg, ond effaith hirdymor sydd iddo gan fod yr amser pydru yn gallu amrywio o 100 i 1000 o flynyddoedd. Yn ddiweddar, gwelwyd diddordeb cynyddol mewn defnyddio bio-olosg fel technoleg allyriadau negyddol (NET), gyda NETs yn rhan o brosesau dal a storio carbon deuocsid (CO₂) o’r awyr ac yn offer da i leihau effeithiau newid hinsawdd.

Manteision anuniongyrchol i’r hinsawdd

Prif fantais bio-olosg yw ei fod yn defnyddio biomas mewn ffordd sy’n dal a storio carbon o’i gymharu â’i losgi’n llwyr (torri a llosgi), pydru’n naturiol ac opsiynau eraill ar gyfer rheoli gwastraff sy’n golygu rhyddhau CO­₂ a nwyon tŷ gwydr eraill i’r atmosffer. Gwelwyd bod bio-olosg yn cadw hyd at 50% o'i gynnwys carbon cychwynnol o’i gymharu â 3% gyda dulliau llosgi traddodiadol a 10 – 20 % drwy bydru. Yn ddiweddar, rhagfynegwyd y byddai cynhyrchu bio-olosg a’i ddefnyddio fel ychwanegydd pridd yn gweithredu i wyrdroi allyriadau CO₂ ac y gallai arwain at uchafswm o ostyngiadau net o allyriadau sy'n cyfateb i 1.67 tunnell o CO2 am bob tunnell o ddeunydd crai a ddefnyddir, gyda’r gostyngiad hwn yn seiliedig ar gyfuniad o effeithiau llesol uniongyrchol ac anuniongyrchol fel y trafodir isod. Sylwyd hefyd fod bio-olosg a gynhyrchir o fiomas prennaidd yn tueddu i roi gwell gostyngiadau mewn allyriadau gan fod ynddynt fwy o ynni y gellir ei ddal i geisio gwrthbwyso’r allyriadau a gynhyrchir wrth gynhesu/llosgi’r biomas i wneud bio-olosg. Mae astudiaethau eraill sydd wedi edrych ar ddefnyddio ffynonellau biomas yn gynaliadwy heb effeithio ar gynefinoedd, priddoedd na diogelwch cyflenwad bwyd drwy dwf biomas negyddol (sy’n golygu bod biomas yn cael ei dyfu er bod defnyddiau mwy cynaliadwy i’r tir ar gyfer cnydau neu dda byw) yn awgrymu y gallai bio-olosg wrthbwyso 12% o allyriadau cyfatebol i CO₂ a gynhyrchir gan bobl _­ bob blwyddyn. Gallai hyn ddigwydd drwy gyfuniad o storio mwy o garbon mewn priddoedd, cynhyrchu ynni y gellir ei ddefnyddio wrth losgi ac osgoi’r allyriadau methan (CH₄) ac ocsid nitraidd (N_­2O) a gynhyrchir pe byddai’r un biomas yn pydru’n arferol neu’n cael ei losgi. Er nad oedd hwn ond 2% yn uwch na’r gostyngiadau posibl o 10% o ddefnyddio’r un ffynonellau biomas fel cynhyrchion bio-ynni uniongyrchol drwy losgi, gallai’r manteision eraill llai uniongyrchol o gynhyrchu bio-olosg, fel gwella lefelau ffrwythlondeb priddoedd, roi hwb pellach i’w hyfywedd (gweler manteision anuniongyrchol). Ymysg yr effeithiau uniongyrchol eraill ar yr hinsawdd sydd i’w gweld drwy ychwanegu bio-olosg i briddoedd y mae llai o allyriadau N₂O o briddoedd, gyda’r data yn awgrymu bod gostyngiadau o 38% yn bosibl gan ei fod yn annog y bacteria yn y pridd i ddadelfennu N yn N₂ yn hytrach nag N₂O (er nad yw’r gostyngiadau hyn ond i’w gweld am flwyddyn ar ôl ei ddefnyddio). Yn ogystal â hyn, mewn astudiaeth ddiweddar a edrychai ar y lefelau gwaredu CO₂ atmosfferig a oedd yn angenrheidiol i gadw cynhesu byd-eang o dan 1.5 °C, gwelwyd bod gan gynhyrchu bio-olosg o weddillion cnydau a choedwigoedd a’i ddefnyddio mewn priddoedd y potensial o fod yn gyfrifol am 10% o'r gostyngiadau gofynnol hyn mewn CO2 drwy gyfrwng manteision uniongyrchol ac anuniongyrchol. At hynny, nodai’r astudiaeth, pe tyfwyd cnydau ychwanegol yn benodol er mwyn cynhyrchu bio-olosg, yn ogystal â defnyddio’r gweddillion biomas hyn, y gallai’r bio-olosg a gynhyrchir gynyddu’r gostyngiadau mewn CO­₂ i fwrw cyfrif o hyd at 15-35% o’r gostyngiadau o 1.5°C mewn CO­₂ sy’n angenrheidiol.  

Manteision anuniongyrchol i’r hinsawdd

Mae’r broses o gynhyrchu bio-olosg yn cynhyrchu dau fio-ynni hefyd ar ffurf nwy synthesis a bio-olew. Mae ffracsiynau cymharol y ddau hyn yn ddibynnol ar y dulliau cynhyrchu (tymheredd, dull cynhesu ayb). Mewn rhai achosion, gall yr ynni sydd ar gael o’r nwy synthesis a gynhyrchir weithredu i hunan-gynnal y broses o ffurfio'r bio-olosg gan leihau’r mewnbynnau tanwydd ffosiledig neu fe ellir ei ddefnyddio mewn tyrbinau i gynhyrchu trydan yn uniongyrchol. Mae’n bosibl defnyddio bio-olew fel dyddodyn carbon pellach y dangoswyd ei fod yn dal a storio hyd at 17 gwaith yn fwy o garbon pan gaiff ei gyfuno â bio-olosg neu drwy weithredu fel storfa garbon annibynnol os caiff ei bwmpio i mewn i ffurfiadau daearegol. Mae gofyn puro bio-olew cyn gellir ei ddefnyddio fel ffynhonnell ynni uniongyrchol gan leihau unrhyw allyriadau nwyon tŷ gwydr posibl, fodd bynnag, fe all weithredu fel storfa garbon dros dro drwy ei gynnwys mewn resinau, gludyddion, asffalt, gwrtaith sy’n cael ei ryddhau’n araf neu blaladdwyr er enghraifft. Yn debyg i brosesau dal a storio daearegol bio-olew, gwelwyd hefyd fodelau diweddar sy’n awgrymu bod storio bio-olosg dan y ddaear mewn hen gloddfeydd yn gallu cael effaith bositif ar yr hinsawdd lle gall weithredu fel storfa ac fel cyflenwad ynni i’r dyfodol o bosibl.

Yn gyffredinol, mae bio-olosg a ychwanegir i’r pridd yn tueddu i weithredu i leihau'r angen am wrteithiau drwy amrywiol ffyrdd gan gynnwys fel cyfrwng calchu. Mae’r gostyngiad yn y lefelau trwytholchi nitrogen (hyd at 13% mewn amodau penodol) a’r cynnydd yn y lefelau effeithlonrwydd derbyn nitrogen, a ddangosir gan gnydau ar ôl ychwanegu bio-olosg, yn esgor ar nifer o fanteision anuniongyrchol i’r hinsawdd. Ymysg y manteision y mae lleihau’r lefelau nitrogen rhydd i’w drosi yn N­₂O a lleihau’r gofyn am wrtaith, y mae’r gwaith o’i gynhyrchu ynddo’i hun yn gweithredu i allyrru nwyon tŷ gwydr. At hynny, gall mathau penodol o fio-olosg (seiliedig ar dail yn bennaf) weithredu fel gwrteithiau ffosffad hirdymor sy'n rhyddhau'n araf a gallai weithredu i ailgylchu’r hyn sy’n adnodd terfynedig sy’n darfod. Gallai cymysgeddau bio-olosg seiliedig ar dail eraill weithredu fel cynhyrchion garddwriaeth uchel mewn maethynnau/â lefelau trwytholchi isel gan roi mwy o werth ariannol i gynhyrchion gwastraff ffermwyr da byw a lleihau effeithiau trwytholchi ar yr hinsawdd ar yr un pryd. Mae bio-olosg yn gweithredu’n dda yn y rôl rhyddhau’n araf hon oherwydd ei gyfansoddiad, gan ganiatáu i nifer o gyfansoddion gael eu hamsugno a chyfrwymo ac mae hefyd yn rhoi iddo swyddogaeth bellach i ailgylchu ac adfer adnoddau a fyddai’n wastraff fel arall mewn defnyddiau megis trin gwastraff dynol/anifeiliaid. Cafodd bio-olosg ei awgrymu hyd yn oed fel deunydd i’w gynnwys mewn strategaethau gorchuddio safleoedd tirlenwi gan ei fod yn gallu ocsideiddio methan a lleihau ei effeithiau nwyon tŷ gwydr. Yn yr un modd, awgrymwyd y gallai gael effeithiau posibl i leihau effeithiau methan o’i gynnwys mewn porthiant anifeiliaid cnoi cil. Yn olaf, gallai bio-olosg gael effaith anuniongyrchol ar newid hinsawdd oherwydd ei botensial i gael ei ddefnyddio yn lle mwsogl mawn fel swbstrad garddwriaethol gan ei fod yn dyblygu llawer o’r nodweddion dymunol ac yn cael llai o effeithiau ar allyriadau nwyon tŷ gwydr o’i gymharu â’r allyriadau CO₂, CH₄ ac N₂O sy’n gysylltiedig â gwaith cloddio mawndiroedd naturiol.

Cyfyngiadau ac effeithiau niweidiol ar yr hinsawdd

Er gwaethaf y manteision sydd i fio-olosg fel a drafodwyd, mae hefyd nifer o gafeatau a chyd-effeithiau negyddol posibl i’w hystyried mewn unrhyw ddefnyddiau i’r dyfodol. Tra bo bio-olosg yn tueddu i sefydlogi a gwella nodweddion ffisegol pridd gan atal erydiad, mae hyn yn aml yn wir am briddoedd penodol gyda’r defnydd anghywir yn gallu arwain at fwy o effeithiau erydiad gwynt. Mae carbon du yn ddeunydd gronynnol sy’n cael effeithiau gwenwynig ar yr amgylchedd ac ar bobl ac mae’n cael ei gynhyrchu wrth gynhyrchu bio-olosg, os caiff bio-olosg ei roi ar y priddoedd anghywir, gall carbon du gael ei gludo drwy erydiad gwynt ac mae wedi’i gysylltu ag effeithiau cynhesu byd-eang a risgiau clefydau'r ysgyfaint a'r galon, er mai ychydig o ymchwil a wnaed hyd yma i effeithiau carbon du bio-olosg. Gwyddys hefyd fod bio-olosg yn gallu arwain at secwestru plaladdwyr a phryfladdwyr oherwydd ei natur amsugnol. Er bod hyn yn gallu bod o fantais i leihau lefelau trwytholchi cemegion gallai hefyd leihau eu heffeithiolrwydd cyffredinol gan arwain at or-ddefnydd ac at golli mwy o gnydau oherwydd pathogenau yn y pridd ac effeithiau plâu eraill. Mae bio-olosg hefyd yn gysylltiedig â chymhlethdodau pellach oherwydd ei effaith ar leihau albedoau (gan arwain at amsugno mwy o lefelau ynni solar ac effeithiau cynhesu) mewn rhai achosion gall hyn helpu ag eginiad hadau cnydau (oherwydd priddoedd cynhesach) tra bo achosion eraill yn awgrymu bod y cynhesu cynyddol yn gallu lleihau unrhyw fanteision a gaiff bio-olosg ar yr hinsawdd 13-30%. Mae trosi biomas gwastraff yn storfeydd bio-olosg yn cynyddu carbon, fodd bynnag, mae hefyd yn gofyn am gynhyrchu mewnbwn o ynni, yn ddibynnol ar y senario dan sylw, gallai’r mewnbwn ynni hwn weithredu i negyddu’r manteision a geir o storio carbon bio-olosg. Canfu astudiaeth meta-ddadansoddi y gallai elfen cadwyn gyflenwi a chynhyrchiant pyrolysis bio-olosg allyrru hyd at 1.04 tunnell o allyriadau cyfatebol i CO­₂ am bob tunnell o ddeunydd crai. Er bod y manteision cyffredinol yn yr astudiaeth yn gwrthbwyso hyn, sylwyd yn fynych, ar draws amrywiol astudiaethau, mewn rhanbarthau â systemau ynni carbon dwys (gwledydd sy’n dibynnu ar lo ayb) fod llosgi biomas (fel ffynhonnell bio-ynni) yn hytrach na’i droi yn fio-olosg yn arwain at arbedion mwy mewn allyriadau, ac mae hyn yn wneud bio-olosg yn llai atyniadol. Mae’r cydbwysedd hwn o allyriadau cyfatebol i CO₂ a defnyddio ynni yn gyfyngiad pellach ar bio-olosg wrth ei gymharu â NETs eraill megis “bio-ynni a chipio a storio carbon” (BECCS). Mae BECCS yn tueddu i ddefnyddio’r un ffynonellau biomas a’r tiroedd posibl sydd ar gael i’w tyfu ar gyfer bio-olosg, gyda BECCS yn dangos potensial allyriadau negyddol uwch oherwydd yr allbynnau ynni uwch mewn asesiadau cyfredol yn y DU. Mewn astudiaeth ddiweddar yn Sweden, a ddefnyddiai fio-olosg mewn safle gwresogi ardal, tynnwyd sylw at ba mor hanfodol bwysig oedd hi bod marchnad ar gael ar gyfer y bio-olosg a gynhyrchwyd er mwyn i’r broses cynhyrchu ynni bio-olosg fod yn ymarferol yn economaidd. Gallai hyn gael effaith bellach ar ddefnyddio bio-olosg o’i gymharu â chnydau bio-ynni pan nad yw hon yn ystyriaeth.

Ymarferoldeb ac ystyriaethau i’r dyfodol?

Oherwydd y data anghyson a’r diffyg astudiaethau hirdymor ar draws effeithiau bio-olosg, canlyniadau cymharol betrusgar a geir gan unrhyw LCA (yr offer dadansoddi sy’n seiliedig ar ragfynegiadau a ddefnyddir yn y rhan fwyaf o astudiaethau i asesu effeithiau bio-olosg ar yr hinsawdd). Pan gaiff cymariaethau o nifer o astudiaethau LCA eu cyfuno, mae’r tueddiadau o ran y manteision i’r hinsawdd yn dechrau dod i’r amlwg; fodd bynnag, caiff y manteision sy’n gysylltiedig â defnyddio bio-olosg ar bridd eu drysu ymhellach gan astudiaethau sy’n methu â chanfod dim mantais neu sydd hyd yn oed yn canfod effeithiau negyddol. Mae angen ystyried ymhellach i wir ddeall effeithiau defnyddio bio-olosg a modelu’r rhain, cyn bo ymchwilwyr yn gallu darparu i unigolion ffigurau syml ar effeithiau bio-olosg ar newid hinsawdd. Mae hyn yn ymwneud i raddau helaeth â natur gyfnewidiol bio-olosg ar sail; y deunydd biomas cychwynnol, nodweddion cynhyrchu bio-olosg a’i ryngweithiau sy’n dibynnu ar amodau amgylcheddol y pridd. Gallai’r natur gyfnewidiol hon, fodd bynnag, roi inni’r gallu i deilwra bio-olosg ar gyfer pridd penodol i gyflawni tasgau penodol, ond byddai gofyn gwneud llawer iawn o ymchwil er mwyn gallu gwneud hynny, gan ei wneud yn llai ymarferol i’w ddefnyddio ar raddfa eang. O chwilio’r deunydd darllen, canfuwyd dros 700 o astudiaethau a oedd yn ymwneud â “bio-olosg” a “dal a storio carbon” yn y pum mlynedd diwethaf yn unig, gan awgrymu bod cryn diddordeb i’w gael yn y maes hwn a’i bod yn debygol y gwelwn ddatblygiadau cyflym yn y dyfodol agos.

Crynodeb

Mae’r diddordeb mewn defnyddio bio-olosg mewn priddoedd fel technolegau allyriadau negyddol yn cynyddu’n gyflym. Ar hyn o bryd, mae’r rhan fwyaf o’r data sydd ar gael ar fio-olosg yn arbrofol neu’n dibynnu ar ragfynegiadau gydag ond ychydig o astudiaethau hirdymor ar ffermydd wedi cael eu gwneud i gadarnhau’r manteision posibl. Yn gyffredinol, awgryma’r data y gallai cynhyrchu a defnyddio bio-olosg weithredu’n bositif i liniaru allyriadau nwyon tŷ gwydr yn fyd-eang, drwy gyfuniad o ddal a storio carbon yn uniongyrchol ac effeithiau anuniongyrchol eraill i leihau nwyon tŷ gwydr. Fodd bynnag, mae’r seilwaith ar gyfer prosesu biomas yn fio-olosg yn brin ac fe allai strategaethau NET eraill, mewn gwirionedd, fod yn fwy buddiol. Lle bo prosesu bio-olosg ar lefel ffermydd yn y cwestiwn, yr awgrym yw mai bychan fyddai effeithiau hyn ar leihau allyriadau, yn y Deyrnas Unedig yn benodol, felly nid yw’n debygol o weithredu’n effeithlon fel techneg ar ffermydd. Fodd bynnag, mae manteision ychwanegu bio-olosg i diroedd amaethyddiaeth yn allweddol i sicrhau unrhyw fanteision rhwng y gost o gynhyrchu bio-olosg o ran allyriadau (mewn safleoedd prosesu oddi ar ffermydd) o’i gymharu ag ond llosgi biomas. At hynny, gall effeithiau lliniarol bio-olosg gael eu colli os bydd newidiadau anstrwythuredig yn digwydd yn y defnydd a wneir o’r tir, gan gynyddu twf deunyddiau crai biomas heb roi ystyriaeth ofalus i hynny.  Mae gofyn cael llawer mwy o wybodaeth ar natur gyfnewidiol iawn nodweddion bio-olosg (ar sail y deunydd cychwynnol a’r broses o’i gynhyrchu) a’r ffordd mae’n rhyngweithio â gwahanol amodau pridd cyn gellir cael mwy o ffydd i’w ddefnyddio fel offer lliniaru newid hinsawdd neu hyd yn oed fel offer i ddiwygio’r pridd ar gyfer ffermwyr, oni wneir dadansoddiad fesul achos yn gyntaf. Ar hyn o bryd, ceir dealltwriaeth fwy cadarn o fanteision defnyddio tir ffermio ar gyfer cnydau bio-ynni (wrth ystyried ffactorau defnydd tir carbon) a’u gallu i leihau’r effeithiau ar yr hinsawdd pan gânt eu tyfu’n strategol.    

Cliciwch yma i weld fersiwn PDF o'r erthygl hon.