Ravinteet pellossa vaan ei vesistöön hanke

Transkriptio

1 Ravinteet pellossa vaan ei vesistöön hanke Kerääjäkasvien biokaasun tuotanto -osio Loppuseminaari Maritta Kymäläinen, Laura Kannisto HAMK, Biotalouden tutkimusyksikkö, Biojalostamoprosessit -tutkimusryhmä

2 Tavoitteet Hankkeessa selvitetään kerääjäkasvien potentiaalia biokaasutuotannossa sekä prosessoinnin että ravinnekierrätyksen näkökulmasta. Tähän liittyvää pilotointia tehdään Mustialassa olevalla pilotbiokaasureaktorilla, jossa testataan kerääjäkasvien käyttöä lannan kanssa biokaasun tuotannossa ja määritetään mädätysjäännöksen ravinnepitoisuuksia. Tulosten avulla selvitetään mädätysjäännöksen lannoitekäytön vaikutuksia ravinnetaseeseen sekä ravinteiden ja biokaasutuoton taloudellisia vaikutuksia tilan näkökulmasta. Kerääjäkasveja viljellään hankkeen aikana kahtena kasvukautena. Molempien kasvukausien aikana tehdään ravinnekiertoihin liittyviä mittauksia ja selvitetään kerääjäkasvien sadontuottopotentiaalia, rehuominaisuuksia ja biokaasupotentiaalia.

3 Toimenpiteet liittyen biokaasun tuotanto -tutkimusosioon kerääjäkasvien säilöntä, syksy 2015 ja 2016, ja säilönnän seuranta (n. 3 kk) - Syksy 2015: metaanituottotestausta varten - Syksy 2016: metaanituottotestausta ja biokaasureaktoriajoa varten kerääjäkasvien analysointi säilöttyjen näytteiden metaanituottotestit (panostesti, n. 1 kk) analysointeineen biokaasukoereaktorin rakentaminen/modifiointi ja käyttöönotto lannalla Mustialan vanhan navetan maitohuoneessa lanta + kerääjäkasvi seoksen yhteiskäsittely biokaasukoereaktorissa Reaktoriajo, prosessiseuranta, näytteenotot ja analysointi

4 Säilöntään ja biokaasututkimukseen valitut koeruudut Koodi Kerääjäkasvi Lannoitus Viljelypaikka A2 A3 A4 A6 A7 A8 B8 Italianraiheinä (7 kg/ha) Italianraiheinä (20 kg/ha) Monivuotinen heinäseos Puna-apila + italianraiheinä Puna-apila Puna-apila + italianraiheinä (ohra kokoviljana) Valkoapila Karjanlantaa max määrä, loput väkilannoitteena Karjanlantaa max määrä, loput väkilannoitteena Karjanlantaa max määrä, loput väkilannoitteena Karjanlantaa max määrä, loput väkilannoitteena Karjanlantaa max määrä, loput väkilannoitteena Karjanlantaa max määrä, loput väkilannoitteena Lannoitus kokonaan väkilannoitteella karjatila karjatila karjatila karjatila karjatila karjatila viljatila

5 Tuloksia Tuloksia esitetty enemmän ja tarkemmin hankkeen nettisivuilla Kerääjäkasvien vaihteleva laatu: kasvien seassa oleva olki vaikuttaa moneen, mm: Mitä enemmän olkea, sitä Korkeampi kuiva-ainepitoisuus Alempi typpipitoisuus Korkeampi C/N suhde Alempi fosforipitoisuus Vähemmän säilörehumassaa per säilötty tilavuus Alempi metaanituotto ja hitaampi hajoaminen A4-kerääjäkasvi, heinäseos Oljen osuus 72 % 21 %

6 Kerääjäkasvien kuiva-aine- ja typpipitoisuuksien vaihtelu A2 Italianraiheinä (7 kg/ha) A3 Italianraiheinä (20 kg/ha) A4 Monivuotinen heinäseos A6 Puna-apila + italianraiheinä A7 Puna-apila + öljyretikka A8 Puna-apila + italianraiheinä, olki korjattu pois B8 Valkoapila

7 Kerääjäkasvien metaanituotto: Oljen vaikutus tuottonopeuteen

8 Kerääjäkasvien metaanituotto

9 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 Kerääjäkasvien metaanienergiatuotto hehtaarilta MWh/ha A2 A3 A4 A6 A7 A8 B8 A2 Italianraiheinä (7 kg/ha) A3 Italianraiheinä (20 kg/ha) A4 Monivuotinen heinäseos A6 Puna-apila + italianraiheinä A7 Puna-apila + öljyretikka A8 Puna-apila + italianraiheinä, olki korjattu pois B8 Valkoapila Kerääjäkasvisato kg ka/ha CH 4 -tuotto litraa/kg ka Energiatuotto MWh/ha A ,7 6,1 A ,6 7,4 A ,4 6,4 A ,9 9,4 A ,5 7,8 A ,4 8,4 B ,7 8,5 Taulukon sato- ja metaanituottoarvot pyöristetty; Energiatuotot laskettu tarkemmilla arvoilla. Kerääjäkasvien vaihteleva sato! Huom. Huomioitava myös vaikutus pääkasvin satoon!

10 Koereaktorin käyttöönotto ja lanta-ajo Mustialassa Reaktorin rakentaminen/modifiointi ja ylösajo lannalla onnistuivat hyvin, ks. Toni Haavisto, opinnäytetyö: Pilot-biokaasureaktori maitotilalle Lanta-ajossa (syksy 2016): Reaktorin metaanituotto litraa/kgvs (12-16 litraa/kg) kuormitus 2,5 3,5 kgvs/m 3 vrk, viipymä vrk vrt. metaanipotentiaalitestituotto 230 litraa/kgvs (30 vrk) Prosessi hyvin tasoittunut ja valmis vihermassasyötölle

11 Reaktoriajo lantavihermassaseoksella 1. vihermassasyöttö ; monivuotinen heinäseos (A4) -syöttö aloitettu Puolijatkuvatoiminen, poisteen otto ja syöttö arkipäivisin Jatkuvatoiminen kaasun määrä- ja pitoisuusmittaus (CH 4, CO 2, H 2 S, H 2 ) ja mittaustulosten etäseuranta Prosessitilan seuranta näytteenottojen kautta viikoittaisilla analyyseillä TS, VS ammonium-n ph, alkaliteetti, VFA liukoinen COD

12 Biokaasureaktorin syöttö Märkäprosessin maksimi-tspitoisuus (12-15 %) -> RAJOITE viherbiomassan osuudelle lietelantaseoksessa Prosessin viipymäaikavaatimus (20-40 vrk) -> RAJOITE kuormitukselle; mitä kuivempi syöte sitä korkeampi kuormitus mahdollista ( pienempi reaktori) Laskennan lähtötiedot TS, % VS, % Lanta 8 6,6 Viherbiomassa 24 21,8 Olki 60

13 Syöte ja kuormitus Syksyllä 2016 säilöttyä kerääjäkasvia (A4, monivuotinen heinäseos) Säilötty tiiviisti ämpäreihin (tiivistetty hiekkasäkkipainolla), n. 3 kk Murskattu ja seostettu lietelantaan tuorepainosuhteessa n. 10 : 90 (VS suhde 15 : 85), jotta seoksen kuiva-ainepitoisuus n % Valmistettu noin 2 vko:n syöttömäärä kerralla Syöttökuormitus 2,5 2,8 kgvs/m 3 vrk, viipymä 36 vrk

14 Koereaktorin biokaasutuotto litraa/kgvs vrk Biokaasutuotto (viikkokeskiarvo): Lanta: litraa/kgvs Lanta + kerääjäkasvi: litraa/kgvs lanta+a4 lanta+b4 Metaanipitoisuus vaihteli välillä % Reaktorin CH 4 -tuotto: Lanta: litraa/kgvs (vrt. potentiaali 230 l/kgvs) Lanta + kerääjäkasvi: litraa/kgvs (vrt. potentiaali l/kgvs) Biokaasun H 2 S pitoisuus: Lanta: n ppm Lanta + kerääjäkasvi: n. 600 ppm

15 Poisteanalyysituloksia - Reaktorin/poisteen ph 8 8,2; hyvä alkaliteetti (n mgcaco 3 /litra) ja VFA-pitoisuustilanne - Poisteen kuiva-aine (TS) 7,3 7,8 % (syöte 10,7 11,1 %) - Kuiva-aineen (TS) ja org. kuiva-aineen (VS) vähenemät hyvällä tasolla Reaktorin VFA-pitoisuus TS- ja VS- vähenemät Prosessi hyvin hallinnassa, hajoaminen tasaista ja hyvällä tasolla hyvälaatuinen mädätysjäännös

16 Typpi konsentroituu mädätysjäännökseen Kokonais-N-pitoisuus nousee n. 45 % Ammonium-N:n osuus kokonais-n:stä nousee: syötteessä n. 50 % poisteessa n. 68 %

17 Mustiala -tarkastelu - Käytetään kaikki lietelanta (2 800 m 3 /v, TS 8 %) biokaasutuotantoon MÄRKÄPROSESSISSA - Seostetaan tp-% vihermassaa (TS 24 %) - Huom. märkäprosessin rajoitus: syöteseoksen ka-pitoisuus (TS) max % Vihermassan osuus syöteseoksessa, p-% Vihermassan tarve t/a Tarvittava peltoala ha Syöteseoksen määrä t/a Syöteseoksen määrä t/d 8,7 9,7 11,1 Syöteseoksen kuiva-aine % 9,6 11,2 12,8 Reaktorin koko m Reaktorin kuormitus kgvs/m 3 d 2,7 3,2 3,7 Metaanituotto 10 3 m 3 /a Energiatuotto (biokaasuna) MWh/a Mädätysjäännöksen typpi t/a 8,2 9,8 11,8 Mädätysjäännöksen fosfori t/a 1,3 1,5 1,8 Laskennan lähtötietoja: Lannan määrä m 3 /a Lanta TS 8,0 % Lanta VS 6,6 % Lanta N 30,7 g/kg ka Lanta P 5,3 g/kg ka Vihermassa TS 24,0 % Vihermassa VS 21,8 % Vihermassa N 16,9 g/kg ka Vihermassa P 2,1 g/kg ka Viipymäaika 30 vrk Vihermassan sato kgts/ha Lannan CH 4 tuotto 19 litraa/kg Rehun CH 4 tuotto 92 litraa/kg

18 Johtopäätökset Kerääjäkasvien metaanituottopotentiaali on hyvä Ominaistuotto korkeimmillaan n. 400 litraa/kgka, vrt. olki n. 200 litraa/kgka ja lietelanta n. 220 litraa/kgka Hehtaarituotot vaihtelevia, mutta potentiaalisia, välillä 2,5 9 MWh/ha Kerääjäkasvien seassa olevan oljen vaikutus on hyvä tunnistaa ja huomioida (ks. dia 5) Kerääjäkasvien vaihteleva laatu ja sato huomioitava biokaasuhyödyntämisessä Kerääjäkasvin määräosuuden vaihtelut märkäprosessin syöteseoksessa ( TS-vaihtelu, satovaihtelu) Onko tavoitteena tasainen energiatuotto tai/ja tasalaatuinen mädätysjäännös miten vaihtelut kompensoidaan biokaasureaktorisyötteessä ( CH 4 -tuotto- ja ravinnepitoisuusvaihtelut) Prosessointi: Märkäprosessissa hyvä lisäsyöte (max. n. 30 p-%-osuudella) lietelannan joukkoon; hienonnus ja hyvä seostus eduksi Kuivaprosessiin liian kosteaa yksinään, oljen osuus hyväksi Ravinteet talteen ja kiertoon

19 KIITOS KAIKILLE biokaasuttajille! HAMK: Laura Kannisto, projekti-insinööri laboratoriokoetoiminta ja analysointi; biokaasukoereaktoriajot, tulostarkastelu, raportointi Jarkko Nummela, projektitutkija olkibiosuotimen kehitys; biokaasukoereaktorin tekninen kehitys Toni Haavisto, projektityöntekijä biokaasukoereaktorin käyttöönotto Satu Suoranta, projektityöntekijä biokaasukoereaktorin hoito Piritta Lohela, projektityöntekijä olkibiosuodinajot; biokaasukoereaktorin hoito Maritta Kymäläinen, projektiasiantuntija toteutusosion suunnittelu, ohjaus, tulostarkastelu, raportointi ja julkaiseminen Luke: Erika Winquist, projektiasiantuntija taloudelliset ja hyötytarkastelut, raportointi ja julkaiseminen KIITOS kaikille projektilaisille ja rahoittajalle!