Analysis of the impact of danish land use patterns on renewable fuels production and CO2 emissions

Denmark targets net-zero emissions by 2045. While electricity is expected to dominate energy use by 2050, sectors like heavy industry and transport remain hard to electrify and will depend on alternatives such as hydrogen, bioenergy, CCS, and renewable fuels. These solutions face challenges, including limited sustainable biomass, dependency on low-cost renewable electricity, and the early-stage development of technologies like DACCS. Alternative pathways that could mitigate the decarbonization challenge include the use of the LULUCF sector. Although analysing these pathways requires an explicit representation of land and LUC, such factors have been neglected in current energy system models. This study enhances the Balmorel-Optiflow energy system modeling framework by incorporating GIS-based land data and explicitly representing part of the agricultural and forestry sectors, along with some potential LUC measures. A scenario analysis for Denmark in 2050 explores the role of land use in CO2 emissions mitigation and renewable fuel production. Findings show that using LUC as an asset reduces the total system costs, allowing for offsetting of CO2 emissions from the heavy transport sector in case of biomass scarcity. However, these measures risk creating a lock-in effect, discouraging investment in technologies such as DACCS. Moreover, emission offsetting via LUC increases the natural gas use and the energy dependency of the country, while also increasing the competition for land, especially to the detriment of the agricultural sector. In some scenarios, up to 18% of agricultural land is converted into productive forest to boost domestic biomass supply, a resource that proves essential for renewable fuel synthesis. When biomass is limited, the aviation sector is most affected, facing fuel cost increases of up to 12%. E-fuels produced from captured carbon are nearly 8 €/GJ more expensive than biofuels, largely due to the high costs associated with carbon capture and storage. To ensure a more balanced and resilient renewable fuel mix, these emerging technologies will require targeted policy support.

La Danimarca punta alla neutralità climatica entro il 2045. Sebbene l’elettricità sarà probabilmente il principale carrier energetico entro il 2050, settori come l’industria pesante e i trasporti resteranno difficili da elettrificare, rendendo necessarie soluzioni alternative come idrogeno, biomassa, CCS, DACCS e combustibili rinnovabili. Queste opzioni presentano diverse sfide: scarsità di biomassa sostenibile, dipendenza da elettricità rinnovabile a basso costo e maturità tecnologica insufficiente. Strategie alternative per la decarbonizzazione potrebbero includere il contributo del settore LULUCF, ma i modelli di simulazione dei sistemi energetici spesso non rappresentano in modo esplicito il territorio e le misure di cambiamento nell’uso del suolo (LUC). A tal proposito, questo studio amplia il modello Balmorel-Optiflow, integrando dati GIS e rappresentando i settori agricolo e forestale con misure di cambiamento d’uso del suolo. Un’analisi al 2050 esplora il ruolo dell’uso del suolo nella riduzione delle emissioni di CO2 e nella produzione di combustibili rinnovabili. I risultati mostrano che includere il LUC può ridurre i costi del sistema e compensare le emissioni nei trasporti pesanti in caso di scarsità di biomassa. Tuttavia, ciò può generare effetti di lock-in, disincentivare gli investimenti in tecnologie come la DACCS, aumentare l’uso di gas naturale e la dipendenza energetica, e intensificare la competizione per il suolo, penalizzando l’agricoltura. In alcuni scenari, fino al 18% dei terreni agricoli viene convertito in foreste produttive per aumentare la disponibilità di biomassa, risorsa chiave per i combustibili rinnovabili. In caso di scarsità, l’aviazione è il settore più colpito, con aumenti dei prezzi dei carburanti fino al 12%. Gli e-fuels prodotti da CO2 catturata risultano avere un costo livellato (LCOF) quasi 8 euro per gigajoule più alto rispetto ai biofuels, principalmente a causa degli elevati costi di investimento e operativi legati alla CCS. Per garantire un mix di combustibili alternativi più resiliente, che non dipenda esclusivamente dai biofuels, saranno necessarie politiche di sostegno a queste tecnologie emergenti.