Ravinnekiertoon perustuvat energiaratkaisut maatiloilla

Transkriptio

1 Ravinnekiertoon perustuvat energiaratkaisut maatiloilla Saija Rasi 1

2 Biokaasuprosessi Biohajoava jäte Teollisuus Yhdyskunnat Energiakasvit Maatalous Lanta Sivutuotteet Biokaasuprosessi Hiilidioksidin hyödyntäminen Teollisuus Kasvihuoneet Kylmäsäilytys Biokaasu CH 4 CO 2 Jäännös Ravinteet Orgaaninen aine Energiaa maatilan omaan käyttöön Energiaa maatilan ulkopuolelle Lämpö Lämpö ja sähkö Alueverkko Maakaasuverkko Liikennepolttoaine Pelto Muut käyttömahdollisuudet

3 Suomen biokaasun- tuotanto (v 2013) Kaatopaikoilla (61%) Jätevedenpuhdistamoilla (20%) Yhteiskäsittelylaitoksilla (18%) Maatiloilla (alle 1%) Yhteensä 556 GWh, alle 0,5% uusiutuvan energian tuotannosta 3

4 Merkitys energiantuotannossa Teoreettinen biokaasupotentiaali on noin 24 TWh, teknistaloudellinen noin 10 TWh 86% potentiaalista maataloudessa 1,5 TWh lannoista 7,3 TWh energiakasvit ja kasvijäte Teknistaloudellinen potentiaali CHP-tuotannossa vastaisi 3% kokonaissähkönkulutuksesta Suomessa Liikennekäytössä sama määrä vastaisi noin 14% liikennepolttoaineen kulutuksesta Suomessa 4

5 Tuotetun energian täysimääräinen käyttö maatiloilla haastavaa Esimerkki: biokaasulaitoksen sähkön nettotuotto ja maatilan sähkönkulutus Sähkönkulutukseen vaikuttaa mm. eläinten laiduntaminen Esimerkki: Biokaasulaitoksen lämmön nettotuotto ja maatilan lämmönkulutus 5 Winquist ym. 2015

6 Merkitys ravinteiden kierrätykselle Photo: Arja Seppälä Hyvin suunniteltu biokaasun tuotanto voi lähialueen peltoviljelyn kanssa muodostaa lähes suljetun ravinnekierron Ravinteiden hyödyntämisen suunnittelussa on ohjenuorana nitraattiasetus ja ympäristökorvausjärjestelmä käsittelyjäännös luokitellaan lannoitevalmisteeksi, joten lannoitus suunnitellaan analysoitujen pitoisuuksien perusteella. 6

7 Tuotantoeläimien keskittyminen keskittää myös ravinteita Lannan sisältämä fosfori riittäisi korvaamaan Suomessa käytetyn fosforilannoitteen Tarvitaan taloudellisesti toimivia prosesseja ravinteiden konsentroimiseen Markkinoille sopivat ja helposti kuljetettavat lannoitevalmisteet 7 Ylivainio ym. 2014

8 Oljen hyötykäytössä huomioitava vaikutukset maaperään Hakala, K., Heikkinen, J., Pahkala, K. 2015

9 Edut Haasteet - Viljelyvarma kasvi - Korkea kuiva-ainepitoisuus tarvitaan esim. lietelantaa sekaan tai reaktorityyppi pitää valita korkealle kuiva-aineelle sopivaksi -Viljelytekniikka osataan ja urakointipalveluja olemassa - erityisesti, jos apilaa paljon, typpipitoisuus voi nousta korkeaksi - metaanituotto 5-7 -kertainen lietelantaan verrattuna /tuoretonni - Käsittelyjäännöksen ravinteiden täysimääräinen hyödyntäminen viljelykierrossa märkinä kesinä MTT 9

10 Jäännöksen käyttöä voi rajoittaa maan fosforipitoisuus Nurmisadon mukana voi poistua enemmän fosforia, kuin mitä sitä saa pellolle palauttaa Fosforin viljavuusluokan ollessa hyvä tai korkea Jos lannoitus perustuu pelkästään käsittelyjäännökseen, voi nitraattiasetuksen kokonaistyppiraja tulla vastaan 10

11 Esimerkkilasku peltojen määrästä Red clover included Without clover Methane production m 3 /kg DM Harvest kg DM/ha Nitrogen yield kg/ha Phosphorus yield kg/ha Methane production m 3 /kg ha Needed grass field area ha Area for grass sward establishment ha Additional area needed for digestate nutrients recycling ha Total amount of field ha Rasi ym Jäännöksen levittämiseen saatetaan tarvita enemmän peltoalaa kuin energian tuotantoon

12 Hidas pyrolyysi maatilan biomassojen käsittelyyn? Lannasta, oljeta tms. ravinnerikkaasta materiaalista tuotettu biohiili Toimii lannoitteena, lyhyt ja pitkäaikaisia lannoitevaikutuksia Maanparannus aineena Prosessin muut jakeet energiantuotantoon Prosessi voisi toimia myös biokaasulaitoksen jäännöksen prosessointiin T&K toimintaa meneillään 12 Kuva: Helena Soinne Kuvat: Kimmo Rasa

13 Biokaasulaitosten taloudellisuus Prosessin taloudellisuuteen vaikuttaa mm. maatilan oma energiankäyttö sekä energian hinta Paras kannattavuus saavutettavissa tapauksissa, joissa tuotettu kaasu voidaan myydä liikennepolttoainekäyttöön ja jos laitokselle saatavissa investointitukea Lähes sama kannattavuus saavutettavissa sähkön- ja lämmön yhteistuotannossa, mikäli kaikki lämpö voidaan hyödyntää ja myydystä sähköstä saadaan v 2015 mukainen tariffihinta lämpöpreemiolla 13 Winquist ym. 2015

14 Kalmarin tila, Laukaa 14

15 Maatilamittakaavan biokaasulaitos Maaningalla Toiminnassa kesästä 2009 Suunnittelu ja rakentaminen Metener Oy Syöttö Lehmän lanta 3500 m 3 /v (10 %TS) Kasvi biomassaa 300 t/v (nurmirehua noin 8 ha alueelta) Muita syötteitä käytetään tutkimuskäyttöön Lietelannalla (10 m 3 /pv) biokaasulaitos tuottaa bruttoenergiaa n MWh/v ja nettoenergiaa (laitoksen omakulutus vähennetty) n MWh/v Jos lisäsyötteenä säilörehua 800 kg/pv nettoenergiaa 430 MWh/v Kuvat: Sari Luostarinen

16 Maatilamittakaavan biokaasulaitos Sotkamossa Korkean kiintoaineen reaktori Tulppavirtareaktori 72 m 3 Suunnittelu ja rakentaminen BioGTS ltd Toiminnassa kesästä 2015 Syöttö säilörehua Muut materiaalit mahdollisia Jäännöksen separointi kuiva- ja märkäjakeeseen Tuotettu kaasu tutkimusyksikön rakennusten lämmitykseen Photo: Jari Lindeman Suunnitelmissa kaasunjalostusyksikkö kaasu liikennepolttoaine käyttöön 16

17 Lopuksi Biokaasuprosessia tulisi tarkastella kokonaisuutena eikä vaihtoehtoisesti energiantuotantolaitoksena, maatalouden investointina, jätteenkäsittelylaitoksena tai lannoitevalmisteen tuotantolaitoksena Biokaasun ympäristöhyödyt, kuten hajuhaittojen väheneminen ja lannan ravinnearvon paraneminen sekä ravinnekierron edistäminen tunnetaan ja tunnustetaan hyvin, mutta niitä ei käytännössä huomioida tukia myönnettäessä. Kokonaisvaltainen ajattelutapa edellyttäisi joustavuutta ja poikkisektoriaalista asiantuntemusta ja ajattelua myös hallinnossa. 17

18 Viitteet Winquist, Erika; Luostarinen, Sari; Kässi, Pellervo; Pyykkönen, Ville; Regina, Kristiina Maatilojen biokaasulaitosten kannattavuus ja kasvihuonekaasujen päästövähennys. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 36/ Kaija Hakala, Jaakko Heikkinen, Katri Pahkala Harvest residues can be collected for bioenergy, but with care. Internal BEST seminar Jaakko Heikkinen, Elise Ketoja, Visa Nuutinen, Kristiina Regina Declining trend of carbon in Finnish cropland soils in Global Change Biology. 19: Rasi, S., Lehtonen, E., Kässi, P., Seppälä, A Planning the sustainable use of agricultural bioresources as fuel for city busses Example case Turku, Finland. Oral Presentation. In Proceedings of RAMIRAN th International Conference Rural-Urban Symbiosis 8 th -10 th September Kari Ylivainio, Minna Sarvi, Riitta Lemola, Risto Uusitalo, Eila Turtola Regional P stocks in soil and in animal manure as compared to P requirement of plants in Finland. MTT Report

19 Kiitos! 19 Photo: