Lannan ja muiden eloperäisten materiaalien PROSESSOINTI

Transkriptio

1 Lannan ja muiden eloperäisten materiaalien PROSESSOINTI Sari Luostarinen Erikoistutkija, FT Teija Paavola Vanhempi tutkija, FM Ilkka Sipilä Vanhempi tutkija, agronomi Jukka Rintala Prof. HYÖTYLANTA-loppuseminaari

2 Miksi prosessoida? Hiili ja ravinteet merkittävä Potentiaalinen ympäristökuormittaja Mm. kasvihuonekaasu- ja ammoniakkipäästöt, ravinnevalumat Resurssi Orgaaninen aine: energiasisältö ja maaperän kunnon ylläpito Ravinteiden kierto väkilannoitetuotannon sijaan Fosfori uusiutumaton, typen tuotanto energiaintensiivistä ja kasvihuonekaasulähde Ympäristökuormitus hallittavissa ja resurssi otettavissa käyttöön ympäristöteknologisilla prosesseilla Soveltuvat materiaalit Maataloudesta: lanta, kasvibiomassat Yhdyskunnista: puhdistamoliete, biojäte Teollisuudesta: puhdistamoliete, moninaiset jätteet ja sivutuotteet

3 Prosessointiteknologiat (1) Lukuisia erilaisia ympäristöteknologian prosesseja, joilla erilaiset käyttökohteet Soveltuvin prosessi tai prosessiketju valittava tapauskohtaisesti Käytettävissä olevat materiaalit Hinta (investointi- ja käyttökulut, tulot, säästöt) Työmäärä, erikoisosaaminen Mittakaava Tavoitteet Tuotteiden hyödynnettävyys ja markkinat Energia- ja ravinnetaseet Ympäristöpäästöt ja kokonaiskestävyys Raaka-aineet: lanta kasvit biojäte teollisuuden sivutuotteet puhdistamoliete jne. Raaka-aineet: lanta kasvit biojäte teollisuuden sivutuotteet puhdistamoliete jne. Terminen käsittely Biokaasuprosessi Biokaasuprosessi Kompostointi Terminen kaasutus Biokaasu energiaksi Orgaaninen ravinnetuote Kaasu energiaksi Tuhka Biokaasu energiaksi Mekaaninen erotus lingolla Orgaaninen ravinnetuote Suotovesi Epäorgaaninen ravinnetuote Kuivajae Nestejae Ammoniakin strippaus Ilmastus, fosforin saostus ja biologinen typen poisto Orgaaninen ravinnetuote Epäorgaaninen ravinnetuote Purku vesistöön

4 Prosessointiteknologiat (2) Katsaus lannan ja muiden eloperäisten materiaalien prosessointiin julkaistu osana HYÖTYLANTA-tutkimusohjelmaa: Saatavissa sähköisenä: Ympäristöteknologian prosessi Biologiset prosessit Biokaasuteknologia Kompostointi Ilmastus Nitrifikaatio-denitrifikaatio Vaihtoehtoiset typenpoistoprosessit Biologinen fosforin poisto Kemialliset prosessit Termokemiallinen käsittely Terminen kaasutus Fosforin ja kiintoaineen saostus ja/tai kiteytys Fysikaaliset prosessit Terminen käsittely Erotusprosessit Ammoniakin strippaus Kalvotekniikat Ultraääni Prosessoinnin tavoite/tavoitteet Biokaasun (energian) tuotanto, materiaalin hallittu stabilointi, liukoisen typen määrän lisääminen (ammonifikaatio), lannoitevalmisteet Materiaalin hallittu stabilointi, lannoitevalmisteet Orgaanisen aineen poisto Typen poisto jäte- ja rejektivesistä Typen poisto jäte- ja rejektivesistä Fosforin poisto jäte- ja rejektivesistä Hygienisointi/sterilointi, materiaalin hajoavuuden lisääminen (esikäsittely) Energiantuotto, materiaalin määrän vähentäminen, lannoitevalmisteet Fosforin ja kiintoaineen poisto ja/tai talteenotto väkevöinnillä eri jakeeseen Hygienisointi/sterilointi, materiaalin hajoavuuden lisääminen (esikäsittely) Materiaalin erottelu kuiva- ja nestejakeeseen Typen poisto ja/tai talteenotto väkevöimällä eri jakeeseen Orgaanisen aineen ja ravinteiden poisto ja/tai talteenotto eri jakeisiin Materiaalin hajoavuuden lisääminen (esikäsittely), hygienisointi

5 HYÖTYLANTA-teknologiaskenaariot Tyyppitila: Nauta- ja sikatilat, joilla muodostuu lietelantaa (sonta + virtsa + kuivike- ja rehujäämät + pesuvedet) 3000 t/a Lannan ominaisuudet: Viljavuuspalvelun lantatilastot % Kolme mittakaavaa: Mittakaava Lietelanta (t/a) Kasvibiomassa (t/a) Muu materiaali (t/a) Tilakohtainen (1 tyyppitila) Tilojen yhteinen ( 5 tyyppitilaa) Keskitetty (10 tyyppitilaa + muu) Prosessoinnit: Kompostointi Rakeistus Jakeistus (separointi) Biokaasuteknologia HUOM. Esitetyt hinnat ja energiankulutukset suuntaa-antavia

6 Päätulokset: tilakohtainen prosessointi (1) Kompostointi Kuivalanta tai lietelannasta / biokaasuprosessin käsittelyjäännöksestä jakeistettu kuivajae aumaan tai kompostoriin Erityishuomio ravinnehäviöihin Rakeistus Väkevän suotoveden määrä minimoitava oikealla kuiva-ainepitoisuudella Typen haihdunta minimoitava riski hukata jopa % kokonaistypestä Huomioitava oikea ilmanvaihto, massan C:N-suhde ja typen/ammoniakin pitoisuus Mitä alhaisempi kuiva-ainepitoisuus, sitä enemmän typpihäviöitä Lietelannasta / jäännöksestä jakeistetun kuivajakeen lisäkuivaus ja puristaminen rakeiksi Edut: kuljetettavuus, korkea fosforipitoisuus Heikkoudet: energiankulutus, kuumeneminen, korkea fosforipitoisuus, ei helppoliukoisia ravinteita

7 Päätulokset: tilakohtainen prosessointi (2) Lietelannan jakeistus: Tavoite esim. kiintoaineen erotus, ravinnesuhteiden muuttaminen, biokaasuprosessiin kuljetettavan jakeen erotus Erilaisia menetelmiä ml. ruuvikuivain, seulaerotus ja linko Valinta riippuu erottelutavoitteesta: esim. lingolla tehokkain kiintoaineen ja fosforin erottamisessa Investointikulu korkein lingolla ( ): tilojen yhteistyö alentaa kuluja per tila Tuotettu nestejae levitettävissä liukoisen typen mukaan Biokaasuteknologia: Energiantuotto lietelannasta bruttona MWh/a Investointikulu Liukoisen typen lisäys (+20-30% lannalla), jolloin jäännös usein levitettävissä liukoisen typen mukaan Pieni säilörehulisä lietelantaan Kaksinkertaistaa energiantuotannon (~620 MWh/a) Parantaa käsittelyjäännöksen ravinnetasetta kasville Levitysindeksi (N:P)* vrt. raaka lietelanta 1,1 Alentaa myös laitoksen oman energiankulutuksen osuutta tuotetusta energiasta *N:P-indeksi = 90 kg NH 4 -N/ha (sellaisenaan) + 20 kg Ptot/ha (85 %)

8 Päätulokset: tilojen yhteinen prosessointi Biokaasuteknologia + jakeistus: Pelkän lietelannan käsittely Energiantuotto bruttona MWh/a (oma kulutus 19 %) Jäännöksestä ei jakeistuksella merkittävästi erilaisia jakeita (alhainen ka) Investointikulu 1 M biokaasulaitos linko Yhden tilan lietelanta + jakeistettu kuivajae neljältä tilalta Energiantuotto bruttona MWh/a Jäännös jakeistettavissa kuivajakeeksi (70% P:sta) ja nestejakeeksi (N:P-indeksi 0,94-1) Jakeistettu kuivajae kaikilta tiloilta Tehokkain erotus lingolla, mutta syötteen laimentamistarve laitoksella Energiantuotto bruttona MWh/a: jopa 80% energiapotentiaalista jää tiloille nestejakeeseen Jäännös P-painotteinen (N:P-indeksi 0,63-0,84) Jakeistamalla typpi nestejakeeseen (N:P-indeksi 1,9-2,6) ja levitettävissä liukoisen typen mukaan Kasvibiomassan lisäys kaksinkertaistaa lietelantaa käsittelevän laitoksen energiatuotannon ( MWh/a) ja mahdollistaa kuivajaetta käsittelevän laitoksen energiantuotannon pysymisen lietelaitoksen tasolla ( MWh/a) Myös jäännöksen ravinnesuhteet edullisemmat kasveille Nestejakeessa paljon typpeä (nautatilalla N:P-indeksi 4,7) *N:P-indeksi = 90 kg NH 4 -N/ha (sellaisenaan) + 20 kg Ptot/ha (85 %)

9 Päätulokset: keskitetty prosessointi Biokaasuteknologia + jakeistus + jatkojalostus: Lietelannan ja muun materiaalin käsittely sellaisenaan Energiantuotto bruttona MWh/a (oma energiankulutus 5 %) Investointikustannus 5 M biokaasulaitos linko Jakeistettu kuivajae tiloilta ja muu materiaali sellaisenaan Laimennusveden tarve (vähennettävissä, jos osa lannasta lietelantana) Energiatuotto bruttona MWh/a (oma energiankulutus <6 % linkous ml.) Jäännös luokitellaan lannoitevalmisteeksi Jäännökset pääasiassa typpirajoitteisia peltokäytössä Lietelanta Ntot NH 4 -N Ptot Psol Nauta (t/a) ,25 Sika (t/a) ,5 Peltoalatarve (ha/a) * * lantapohjaisissa kokonaisfosforista huomioidaan 85 %, puhdistamolietepohjaisissa 40 % Jäännöksen jakeistetusta nestejakeesta uusia lannoitevalmisteita Strippaamalla typpivesi tai ammoniumsulfaatti (ei lainkaan fosforia, kuljetus mielekästä Struviittikiteytyksellä magnesiumammoniumfosfaatti (hidasliukoinen P-lannoite, myös typpeä) Koko prosessiketjun energiankulutus 23 % raaka-aineiden energiasisällöstä

10 Suositukset Tilakohtainen lannan ravinteiden käytön optimointi edellyttää Tehokkaita jakeistuslaitteita (linko) Käytettävien prosessointiteknologioiden kehittämistä tilamittakaavaan sopiviksi Tehokas biokaasuntuotanto edellyttää Soveltuvien materiaalien käytön edistämistä tapauskohtaisesti Prosessiteknologioiden ja operointimenetelmien kehittämistä Käyttökelpoisten lannoitevalmisteiden tuotanto edellyttää Lantapoikkeuksen poistoa Taloudellisia kannustimia teknologioiden kehittämiseen ja käyttöönottoon Tutkimus- ja kehitysrahoitus Investointituet, kierrätysravinteiden tuotantotuki Markkinaselvitystä lannoitevalmistemarkkinoista kehitystyön tueksi Ravinteiden ja energian yhteistuotannon tehokkuuden parantaminen ja ympäristövaikutusten minimointi edellyttää prosessiketjun kokonaisvaltaista hallintaa ja ymmärrystä

11 Kiitos mielenkiinnosta! Valokuvat: Sari Luostarinen, Teija Paavola, Perttu Virkajärvi /MTT