Biokaasulaitosten käsittelyjäännöksen hyötykäyttö. Vanhempi tutkija Elina Virkkunen, MTT Sotkamo Liminka

Transkriptio

1 Biokaasulaitosten käsittelyjäännöksen hyötykäyttö Vanhempi tutkija Elina Virkkunen, MTT Sotkamo Liminka

2 Biokaasuprosessi Perustana hapeton mikrobiologinen prosessi CO 2 Energiakasvit Maatalous lanta kasvimassa Biohajoava jäte teollisuus yhdyskunnat Biokaasu prosessi Pelto Biokaasu CH, CO 2 Jäännös Ravinteet Org.aines Lämpö Lämpö & sähkö Alueverkko Maakaasuverkko Liikennepolttoaine Kuva Sari Luostarinen Muut käyttömahdollisuudet 2

3 Suomen biokaasu tuotetaan (v. 2013) Kaatopaikoilla ( 61 %) Yhteismädätyslaitoksilla ( 18 %) Jätevedenpuhdistamoilla ( 20 %) Maatiloilla (alle 1 %) Yhteensä 555,7 GWh vain 0,5 % uusiutuvan energian tuotannosta Markus Moilanen, Suomussalmi 0 kwh CHP Kuva: MTT/Elina Virkkunen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

4 Kuva: MTT/Pekka Heikkinen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

5 Sanastoa Kompostointi Hapellinen mikrobiprosessi Mädätys eli biokaasuprosessi Hapeton biokaasuprosessi, jossa mikrobit hajottavat orgaanista ainesta. Tuloksena biokaasu ja mädäte (käsittelyjäännös, käymisjäännös). Hygienisointi Taudinaiheuttajien tuhoaminen tai vähentäminen esim. kuumentamalla tai biologisella tai kemiallisella käsittelyllä Stabilointi Mikrobiologisen hajotustoiminnan keskeyttäminen tai lopettaminen (esim. mädätteen jälkikompostointi) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

6 Maatilan jätteet helppoja Biokaasuprosessissa Typen käyttökelpoisuus paranee (ammonium-n) Mahdolliset taudinaiheuttajat ja rikkaruohonsiemenet vähenevät, samoin haju Jäännöstä voi käyttää syötäville kasveille ja luomuun Kuva: V. Pyykkönen MTT Maaninka, 20 kw CHP + 80 kw lämpökattila Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

7 Raakalanta vs. biokaasulaitoksen käsittelyjäännös lannoitteena (Hyrkäs, M. ym. 201) Koe MTT Maaningalla Tutkittavana raakalanta, biokaasulaitoksen käsittelyjäännös sekä siitä separoidut kuiva- ja nestejakeet Liukoisen typen lannoitusvaikutus ohralla oli keskimäärin korkeampi kuin raakalannan Tässä tutkimuksessa käsittelyjäännöksen edut tulivat selvemmin esiin ohran- kuin nurmenviljelyssä Nurmi on tehokas ravinteiden ottaja fosforitase negatiivinen kaikilla orgaanisilla lannoitteilla Lannoitteiden sijoittaminen esti P rikastumista pintamaahan Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

8 (Hyrkäs ym. 201) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

9 Puhdistamoliete Jätevesipuhdistamoiden jätevesilietettä Muodostuu kuiva-ainetonnia / v Käsitellään aina ennen maatalouskäyttöä Kompostointi tai mädätys Kalkkistabilointi tai happo-vetyperoksidikäsittely Kuumennus eli terminen kuivaus Eviran hyväksymiä toimijoita noin 100 (5 maatilaa) Kuva Tiina Tontti Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

10 Riihimäen tila, Halsua Sianlanta + puhdistamoliete + rasva Lämpötila 55 ºC 250 m 3 reaktori ja 550 m 3 jälkikaasuallas Sähkö, lämpö (30 kw:n CHP) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

11 Lannoitevalmisteet Epäorgaaninen lannoite Kemiallisesti valmistettu väkilannoite Orgaaninen lannoite Peräisin eläimistä, kasveista tai mikrobeista Tyyppinimi Kuvaa lannoitevalmisteen ominaisuuksia, valmistusmenetelmää ja käyttöä Mainittava tuoteselosteessa Evira pitää luetteloa yllä Tuoteselosteessa ilmoitetaan pääravinteet (kokonaispit. ja liukoinen), haitalliset alkuaineet ja hygieniaindikaattorit Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

12 Tyyppinimiä ryhmittäin Orgaaniset maanparannusaineet Lantaseos, tuorekomposti, maanparannuskomposti, kuivarae Nestemäisinä orgaanisina lannoitteena sellaisenaan käytettävät sivutuotteet Rejektivesi (rajoitus puhdistamolietteen osuudelle) Sellaisenaan maanparannusaineiksi soveltuvat sivutuotteet Mädätysjäännös Kalkkistabiloitu puhdistamoliete Kemiallisesti hapetettu puhdistamoliete VOIDAAN JALOSTAA ORGAANISIKSI MAANPARANNUSAINEIKSI Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 12

13 BioKymppi Oy, Kitee Kuvat: MTT/Pekka Heikkinen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

14 Puhdistamolietepohjaisten tuotteiden ravinteet Raaka-aineet ja prosessit aiheuttavat vaihtelua Jätteenkäsittelylaitoksen tulisi suunnitella tuotteen koostumus kasvien tarpeen ja viljelijöiden kysynnän mukaan Fosfori P Saostetaan puhdistusprosessissa alumiiniin tai rautaan Kokonaisfosforista 0 % käyttökelpoista (nousemassa) Enintään 5 vuoden tasaus Typpi N Kokonaistyppi Epäorgaaninen (ammonium, nitraatti) Orgaaninen typpi hajoaa ja myös haihtuu Kalium K, suuri osa liukoista Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

15 Esimerkkejä ravinnepitoisuuksista (Hyrkäs ym. 201, lannoitevalmisteiden tuoteselosteet) N kok. kg/tn N liuk. kg/tn P kok. kg/tn P liuk. kg/tn K kok. kg/tn Kuivaaine % Lietelanta, 3,0 1,7 0,5 (85 %) 3,0 7,2 maatila Käsittelyjäännös 2,8 1,7 0,6 (85 %) 3,7,7 maatila Rejektivesi 5,2 1,5 0, 0,1 0,9 1,6 Mädätysjäännös 6,0 3,6 2,3 0,2 1,2 6,9 Mädätysjäännös 11,3 1, 8,3 0,1 0,3 29,5 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

16 Raaka-aineet ja fosforijakeet (Salo ym. 2012) Eläinlanta lannoitevalmisteissa Käyttökelpoinen Helposti vapautuva Kasveille käyttökelpoista fosforia Yhdyskuntajäte lannoitevalmisteissa Hitaasti vapautuva Käyttökelvoton Alhainen fosforin käyttökelpoisuus % Vesi NaHCO3 NaOH HCl Min Outlier Akselin otsikko Max Outlier Helposti vapautuva Hitaasti vapautuva % Vesi NaHCO3 NaOH HCl Min Outlier Helposti vapautuva Max Outlier Hitaasti vapautuva Käyttökelpoinen Käyttökelvoton Käyttökelpoinen Käyttökelvoton Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

17 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus Bioson, Juva Kuvat MTT/Elina Virkkunen

18 Lannoitusvaikutuksia: kompostoitu ja termisesti kuivattu puhdistamoliete (Tontti ym. 2012) Kevätviljan lannoituksessa orgaanisella lannoitevalmisteella on mahdollista korvata 20 0 kg/ha mineraalityppeä (riippuu paljon tuotteesta ja kasvuolosuhteista) Yhdyskuntajätepohjaisen kompostin lannoitusvaikutus on usein heikompi kuin kuivarakeen Kompostin hajoamisaste on korkea, kun taas terminen rakeistus-prosessi voi haihduttaa suuren osan materiaalin sisältämästä ammoniumtypestä Raetuote on hyvä fosforilannoite Kuvat: MTT/Tiina Tontti Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

19 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus Vehnän lannoituskoe (Tontti ym. 2012) Kom = kompostoitu puhdistamoliete Rae = termisesti rakeistettu puhdistamoliete LiN = liukoinen typpi

20 Puhdistamolietettä koskeva lainsäädäntö Lannoitevalmistelaki (239/2006) ja asetukset (2/11, 12/12, 7/13) Tyyppinimet Maatalouskäyttöön vain käsiteltyä lietettä Lietteen käyttömäärien enimmäiskuormitukset maalle, tarvittaessa maanäytteet Suurimmat sallitut pitoisuudet haitallisille metalleille, taudinaiheuttajamäärille ja epäpuhtauksille Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

21 Viljelijätukia koskevat ehdot Täydentävät ehdot puhdistamolietteen käytölle -viljelyyn liittyvät hyvän maatalouden ja ympäristön vaatimukset sekä lakisääteiset hoitovaatimukset -useimpien viljelijätukien ehtona Nitraattiasetus (levitysaika ja enimmäismäärä) Ympäristötuen ehdot Huomioitava esimerkiksi: Syötäviä kasveja ei saa kasvattaa 5 vuoteen Ei saa käyttää luomuviljelyssä Nurmelle vain perustamisvaiheessa Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

22 Haitalliset metallit puhdistamolietteessä Pitoisuudet laskeneet huomattavasti 70-luvulta Suomessa vähäisempi kuin monissa Euroopan maissa Enimmäispitoisuudet määritelty lannoitevalmisteasetuksessa Osa metalleista (kupari, sinkki) on myös hivenlannoitteita Kriittisiä elohopea, kadmium, lyijy MTT:n tutkimuksissa puhdistamolietteellä lannoitetun ja lannoittamattoman maan välillä metallipitoisuuksissa ei ollut eroja (Tontti 2012) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

23 Taudinaiheuttajat ja epäpuhtaudet Hygieeninen laatu määritetään Eschericia coli bakteerien ja salmonellan määrien perusteella E.coli bakteereita <1000 pesäkettä muodostavaa yksikköä (pmy)/g Salmonellaa ei saa olla lainkaan Epäpuhtaudet Roskia (lasi, muovi, metalli ym.) enintään 0,5 % tuorepainosta Itäviä rikkaruohonsiemeniä enintään 5 kpl / litra Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

24 Tutkimustuloksia hygienisesta laadusta (Tontti ym. 201) Pelkkä kuivaus ei hygienisoinut valmistetta riittävästi Hyvälaatuisilla tuotteilla pellon hygieeninen laatu säilyi hyvänä 1) termofiilisessa seosprosessissa mädätetty ja kuivattu p.liete, 2) mädätetty ja turpeen kanssa tunnelikompostoitu p.liete, 3) mädätetty ja termisesti pelletöity ureatäydennetty p.liete, ) mädätetty ja kuivattu puhdistamoliete Lietetuotteet E. coli Enterokokit Salmonella E. coli Enterokokit Salmonella log 10 log 10 log 10 log 10 pmy/g pmy/g pmy/g pmy/g kpl/25 g pmy/g pmy/g pmy/g pmy/g kpl/25 g Kuivattu seos 18 1, ,53 negat. Kompostoitu 167 2,22 a.m. a.m. negat. 81 1,91 9 0,95 negat. Rakeistettu a.m. a.m. a.m. a.m. negat. a.m. a.m. a.m. a.m. negat. Kuivattu , ,91 negat. a.m. = alle määritysrajan (v. 2010: 10 pmy/g, v. 2011: 5 pmy/g) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

25 VamBio Oy, Vampula Kuva: MTT/Elina Virkkunen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

26 Orgaaniset haitta-aineet (Marttinen ym. 201, Anon. 2013) Suuri joukko erilaisia yhdisteitä, joita käytetään teollisuus- ja kuluttajakemikaaleina Bromatut palonestoaineet muoveissa ja tekstiileissä Vettä hylkivät fluoratut yhdisteet Elektroniikkateollisuuden PCB-yhdisteet Lääkeaineet Puhdistus- ja pesuaineet Dioksiinit Suomen tai EU:n lainsäädännössä ei ole raja-arvoja Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

27 Orgaaniset haitta-aineet (Marttinen ym. 201) Suurimmalla osalla haitta-aineista lannoitteen mukana tuleva määrä ja ilmalaskeuma olivat samaa suuruusluokkaa (10 yhdisteryhmää ja 25 lääkeainetta) Poikkeuksena palonestoaine PBDE, jota oli mädätteessä huomattavasti enemmän kuin laskeumassa Osa yhdisteistä hajoaa tai ei kerry merkittävästi kasveihin Lisätutkimusta tarvitaan muutamien kemikaalien ja lääkeaineiden riskin arvioimiseksi Lääkeaineiden pitoisuuksista koholla ibuprofeeni, metoprololi, sulfadiatsiini, antibiootit flubendatsoli ja siprafloksasiini Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

28 Kirjallisuutta Anon Puhdistamolietteen käyttö maataloudessa. Toim. Sari Peltonen, ProAgria Keskusten Liitto Huttunen, M. J. ja Kuittinen, V Suomen biokaasulaitosrekisteri n:o 17. Publications of the University of Eastern Finland. 53 s. Hyrkäs, M., Virkajärvi, P., Räty, M., Luostarinen, S. & Pyykkönen, V Biokaasulaitoksen käsittelyjäännös nurmen ja ohran lannoitteena. Maataloustieteen Päivät 201. Marttinen, S., Suominen, K., Lehto, M., Jalava, T. & Tampio, E Haitallisten orgaanisten yhdisteiden ja lääkeaineiden esiintyminen biokaasulaitosten käsittelyjäännöksissä sekä niiden elintarvikeketjuun aiheuttaman vaaran arviointi. MTT Raportti s. Salo, T., Kapuinen, P. & Tontti, T Testimenetelmät uusien orgaanisten lannoitevalmisteiden lannoitusvaikutuksen määrittämiseen. Maataloustieteen Päivät Tontti, T., Kangas, A. & Högnäsbacka, M Yhdyskuntajäteperäiset orgaaniset lannoitevalmisteet ravinnelähteenä tuloksia syys- ja kevätviljan peltokokeilta. Maataloustieteen Päivät Tontti, T., Heinonen-Tanski, H. & Martikainen, K Puhdistamolietepohjaiset lannoitevalmisteet kevätviljapellolla hygieniaindikaattorien tuloksia. Maataloustieteen Päivät Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

29 Biokaasututkimus MTT Sotkamossa

30 MTT Sotkamo: päätoimialueet 201 Biokaasu- ja lantatutkimus Marjojen ja vihannesten viljelytutkimus Rehukasvien viljelytutkimus Tiedonsiirto alueen maaseutuyrittäjille Liikevaihto vajaa , ympärivuotisia työtekijöitä 15. MTT + Metla + RKTL + Tike = Luke eli Luonnonvarakeskus alkaen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

31 ÄPYLI syntyi vuonna 2008 Tilavuus m 3 Syöte kuivaa Naudanlanta Kalanperkuujäte Hevosenlanta Biojäte Nurmibiomassa Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

32 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus Koetuloksia MTT Sotkamon m 3 :n reaktorilla (muut jatkuvatoimisia paitsi säilörehukoe ) SYÖTE m 3 CH /t FM m 3 CH /t VS NAUDAN KUIVALANTA, TURVEKUIVIKE 22 ±,8 123 ± 22 NAUDAN KUIVALANTA + KALANPERKUUJÄTE 10 % tuoremassasta NAUDAN KUIVALANTA + KALANPERKUUJÄTE 25 % tuoremassasta 57±,7 29 ± 17 8 ± ± 128 HEVOSEN KUIVALANTA, PUUPELLETTIKUIVIKE 19,6 ±,2 70,5 ± 8,22 VUOHENHERNESÄILÖREHU (PANOSKOE) 78 m 3 metaania ~ 1 litra polttoöljyä

33 VuoGas toimintaympäristö Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

34 VuoGas biokaasureaktori Laitetoimittajana BioGTS Oy Maatilakokoluokan biokaasureaktori (72 m 3 ) käynnistyy loppusyksystä 201 Syötteenä säilörehu ja muita kiinteitä syötteitä Kuivamädätysprosessi, tulppavirtausperiaate, 30 vrk viipymä Reaktori on sijoitettu siirrettävään konttiin Biokaasulla korvataan litraa polttoöljyä, kaksoispoltin Käytetään rakennusten lämmittämiseen ja tulevaisuudessa auton ja traktorin polttoaineeksi Jäännös käytetään lannoitteeksi nurmelle Hiilen ja ravinteiden kierto Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

35 Kuvat: MTT/Pekka Heikkinen Ympärivuotinen saatavuus säilörehun muodossa Säilörehun plussia Viljelyvarma Viljelytekniikka osataan Säilöntä osataan Konekanta olemassa Kuvat: P. Heikkinen, A.Seppälä Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

36 Tällä hetkellä HVP-peltojen ( ha) energiasaanto on 1,5 TWh, mutta viljelyä tehostamalla energiasaanto voidaan tuplata. Maatalouspohjaisen bioenergian (peltokasvit, maatalouden sivuvirrat ja lanta) käytön tavoite on yhteensä -5 TWh. Tulevaisuuden nurmibiojalostamo tuottaa energian lisäksi arvokomponentteja

37 Mitä VuoGas-ympäristössä voi tehdä? Mittalaitteiden kehitystä Palvelukonseptien kehitystä Ympäristömittauksia Prosessilaitekehitystä ja koeajoja Kaasunjalostusta: ajoneuvopolttoaineet, kaasun puhdistus Biokaasun tuotanto Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT / VuoGas PasiLaajala Lannoitetutkimusta Jätetutkimusta Syötteiden ja biotekniikan tutkimusta

38 Tutkimusten rahoitus Biokaasu ja peltoenergia Kainuussa (Euroopan maaseuturahasto, Kainuun ELY-keskus) Biojäte ja hepolanta (EAKR, Kainuun ELY-keskus) Hoidettu viljelemätön pelto biokaasuksi (MMM, Makera) HorseManure (YM, RAKIohjelma) VuoGas-toimintaympäristö (EAKR, Kainuun liitto) Lisätietoja: -Maataloustieteen päivät , posterit: Hevosenlanta tuottaa biokaasua Hevosenlannan tuubikompostointi Hevosenlannan hyötykäyttö Kainuussa -MTT Raportti 113 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus

39 Teija Paavola KIITOS David Fullford 39