Kierrätysmateriaaleilla käyttö viherrakentamisessa - elinkaaritarkastelua

Transkriptio

1 Kierrätysmateriaaleilla käyttö viherrakentamisessa - elinkaaritarkastelua LCA in landscaping hanke Frans Silvenius, MTT Bioteknologia ja elintarviketutkimus Mikko Jaakkola, Viherrakenne Jaakkola Oy Viherpäivät

2 Kierrätysmateriaaleja mm. Kompostoidut jätevesilietteet kasvualustatuotteissa Kompostoitu yhdyskuntajäte kasvualustatuotteissa Mädätejäännöksestä valmistetut orgaaniset lannoitevalmisteet Rakennusmateriaali- ym. jätteet Kuituliete Nurmikkopaikan maan uusiokäyttö kohteessa

3 Tässä esityksessä käsitellään kompostoituja liete- ja biojätepohjaisia kasvualustoja Kierrätysmateriaalien käyttö orgaanisena aineksena viherrakentamiskasvualustoissa on korvannut viime aikoina kompostien kaatopaikkasijoittamisen Envirogreen -hankkeessa julkaistu määrä puhdistamolietepohjaiseksi viherrakentamisessa käytetyksi typpimääräksi on 2600 tn/vuosi ja fosforimääräksi 1500 tn/vuosi LIFE09 ENV FI LCA IN LANDSCAPING hankkeessa on kehitetty viherrakentamisen elinkaarilaskentaa

4 Demonstraatiot Perustettu noin 20 erilaista nurmikkokohdetta, joissa esitellään kierrätysraaka-aineiden hyödyntämistä Erilaisen hoitotason kohteita Hyvän kantavuuden omaava kohdetta Demoja 8 paikkakunnalla eri puolella Suomea. Demot on perustettu sellaisiin kohteisiin, jotka muutenkin kunnostetaan. Demon koko voi vaihdella. Pari toistoa tarvitaan. Hoito kuten koko ao. kunnostettavalla nurmikkoalueella. Tavoitteena tuottaa samantasoinen toimiva ratkaisu eri tavoilla Astiakokeet Jokioisilla tehdyistä ratkaisuista. Elinkaarilaskelmat näyttävät ratkaisujen ekologisuuden.

5 Materiaaleja (kierrätysmateriaaleja on mukana) Markkinoilla jo olevat tuotteet julkisissa kohteissa tuotekehitystä / kokeilua vaativat tuotteet MTT ja HAMK kokeilupaikkoina Esim. kohdepaikan oman maan käyttö, kuitulietteen käyttö, käsitellyt mädätejäännökset, orgaaniset lannoitevalmisteet,

6 HAMK Lepaa ja MTT Jokioinen Nurmikkokohde (3 toistoa) Kasvualustat (20 cm): Kolme erilaista kompostimultatuotetta Siemenseokset: Kolme kasvuvoimakkuudeltaan erilaista siemenseosta

7 Lepaan koealojen perustaminen

8 Jokioisissa vastaava nurmikko kuin Lepaalla niittykohteessa ei kerranteita, lisäksi meluvallikokeilu

9 Kuvia muiden demokohteiden perustamisesta

10 Viherpeittävyyden kehittyminen (0-100 %) Lepaan nurmikkokohteessa kesällä 2011 (kylvö 25.5.). Kolme kasvualustaa ja kolme siemenseosta Ka A Ss 1 Ka A Ss 2 Ka A Ss 3 Ka B Ss 1 Ka B Ss 2 Ka B Ss 3 Ka C Ss 1 Ka C Ss 2 Ka C Ss 3

11 Kierrätysmateriaalin hyödyntämisketjun ympäristövaikutuksia Lannoitusvaikutus Ravinteiden huuhtoutumisriskit Valmistus- ja käyttöprosessien energia- ja kasvihuonekaasuvaikutukset Nurmikon hoitovaiheen kasvihuonekaasupäästöt Massojen kuljetukset Vedenpidätyskyky, vaikutus sadetustarpeeseen Vaikutus nurmikon menestymiseen -> monta erilaista vaikuttavaa tekijää Kuinka kierrätysmateriaalin koko hyödyntämisketjun ekologinen vaikutus voitaisiin arvioida siten mahdollisimman käytännöllisesti ja todellisuutta kuvaavasti?

12 Mitä on elinkaariarviointi? Viittaa tuotteen tai palvelun koko tuotanto- (ja kulutus-) ketjun aikana syntyviin ympäristövaikutuksiin

13 Elinkaariarviointi: Elinkaariarviointi on tuotteen elinkaaren aikaisten syötteiden ja tuotosten sekä potentiaalisten ympäristövaikutusten koostamista ja arviointia: Erilaisten ympäristövaikutusten tunnistaminen ja niiden merkityksen arvioiminen Materiaali ja energiavirtojen keruu jokaisesta tutkittavasta vaiheesta Ympäristövaikutusten yhteen laskeminen erilaisia päästökertoimia käyttämällä ja päästöjen painottaminen (karakterisointi) Vaikutukset esitetään suhteessa toiminnalliseen yksikköön: esim. kg tuotetta, ha nurmikkoa Läpinäkyvyys raportoitava menetelmien kuvaus, oletukset, rajaukset Standardeja mm. ISO 14040/44

14 Elinkaariarvioinnin vaiheet 1) Tavoitteiden ja soveltamisalan määrittelyssä päätetään metodologisista ratkaisuista 2) Inventaarioanalyysissä kerätään tietoa ja lasketaan päästöt 3) Vaikutusarvioinnissa päästöt yhdistetään ympäristövaikutuksiksi 4) Tulosten tulkinnassa arvioidaan kerättyjä tietoja ja saatuja tuloksia suhteessa määriteltyyn tavoitteeseen ja soveltamisalaan

15 Kasvualustan tuotantopanosten valmistusprosessit Turpeen tuotanto (Mädätys )ja kompostointi (konetyö mm. ainesten siirrossa ja aumojen käännössä) Muiden raaka-aineiden tuotanto Viheralueiden perustamisprosessi Paikan päällä tapahtuvat perustamiseen liittyvät prosessit: maan muokkaus, tasaus, jyräys, kylvö tai siirtonurmikon perustaminen ym. Siirtonurmikon tuottaminen ja siirto käyttöpaikalle Nurmikon hoidon tuotantopanosten valmistusprosessit Lannoitteiden valmistus Kalkin valmistus Muiden raaka-aineiden tuotanto Viheralueiden hoitoprosessit Niittojen ja niittojätteen poiston vaatima energia Täydennyskylvön ja lannoitteiden levityksen vaatima energia Sadetuksen vaatima energia Kasvualustan tuotanto Seulonta ja sekoitus Kasvualustaksi käytetyn peltomaan kunnostus ja kuljetus Muuttujia Konetyön kuluttaman polttoaineen ilmapäästöt Muun energiankulutuksen aiheuttamat päästöt Erilaisten haihtuvien typpiyhdisteiden (N2O, NH3) ja muiden kasvihuonekaasujen päästöt (CH4) Veden kulutus Jätteet Jätevesi Ravinnehuuhtoumat (N, P)

16 Laskennassa käytettäviä päästöjä mm. Hiilidioksidi CO2 Metaani CH4 Dityppioksidi N2O Rikkidioksidi SO2 Typen oksidit NOx Hiilimonoksidi CO Ammoniakki NH3 Typpi vesistöön N Fosfori vesistöön P

17 Tutkittavat ympäristövaikutusluokat Päästötiedoista ja muista selvitetyistä materiaali- ja energiavirroista lasketaan seuraavat ympäristövaikutukset: Primäärienergia, ilmastonmuutosvaikutus, rehevöityminen, haitallisten aineiden vaikutukset ja happamoituminen sekä vesijalanjälki Laskentaesimerkki vaikutusarvioinnista: Kasvihuonekaasupäästöt muunnetaan CO 2 -ekvivalenteiksi: Hiilidioksidi Metaani (25xCO2) Dityppioksidi (298XCO2)

18 Tutkimuksen tiedonkeruumenetelmät Kokeelliset osiot Tieteelliset artikkelit Asiantuntijahaastattelut Kyselyt alan toimijoille

19 Kokeelliset osiot Nurmikon leikkuun polttoaineenkulutuksia selvitetty Nurmikon perustamisesta tehty demonstraatio kasvualustan levityksestä ja tasauksesta Kasvualustan käytön dityppioksidipäästöistä tehty mittauksia Ravinnehuuhtoumia selvitetty hyvä vertailututkimus Envirogreen -hanke

20 MTT Jokioinen astiakokeet, nurmikon leikkuun energian kulutus ym. Kasvihuonekaasujen mittauksia analysoidaan parhaillaan

21 Kirjallisuusselvitys Kirjallisuusosiosta selvisi turpeen hajoamisen hiilidioksidipäästöjen suuri merkittävyys Lisäksi selvisi lietteen tai biojätteen kompostoinnin dityppioksidi- ja metaanipäästöjen suuri vaihtelu eri tutkimusten välillä Kasvualustakohtaiset kasvihuonekaasupäästötulokset vaatisivat siis aina mittauksia, ellei haluta julkaista suurta vaihteluväliä tosin mittauksissakin on omat epävarmuustekijänsä Tiedot (kierrätysmateriaaleja käytettävän) kasvualustan haitallisten aineiden pitoisuuksista ja muista ominaisuuksista tuoteselosteiden ja näyteanalyysien perusteella

22 Alustavia tuloksia - ilmastovaikutus Aluksi pohdittiin sitä, että aiheuttaako kierrätysmateriaalin käyttö lisää nurmikon leikkuutarvetta korkeiden ravinnepitoisuuksien johdosta Tulokseksi saatiin kuitenkin, että kasvualustan merkitys etenkin hiilijalanjälkeen on keskeinen verrattuna työkonetoimintoihin Tämä siksi, että kasvualustaa tarvitaan rekka-autolasteittain, kun taas polttoainemäärät ruohonleikkuussa ovat välillä 3-10 kg /ha/leikkuukerta Myös nurmikon perustamisen osalta ilmastovaikutus jää pieneksi verrattuna kasvualustan tuotantoon ja sen käytöstä aiheutuviin kasvihuonekaasupäästöihin

23 Mistä kasvualustan ilmastovaikutukset syntyvät Keskeisenä osana orgaaninen aines kasvualustoissa, turve ja komposti Turpeen hajotessa vapautuu suuria määriä hiilidioksidia, joka ei vapautuisi muuten Kompostoinnissa vapautuva hiilidioksidi on bioperäistä, joten se jätetään ilmastovaikutustarkasteluiden ulkopuolelle Kompostoinnissa vapautuu suuria määriä dityppioksidia ja metaania, mutta toisaalta näitä päästöjä tapahtuu joka tapauksessa, koska liete tai biojäte on kuitenkin käsiteltävä jollain tavalla Kompostoinnissa vapautuvaa dityppioksidia voisi olla mahdollista kerätä talteen? Ainakin ammoniakin talteenottojärjestelmiä on olemassa Kuljetusten osuus prosentin luokkaa

24 Skenaario eri kasvualustojen ilmastovaikutuksista, kg CO2-ekv/m2, orgaanisen aineksen osuus 30 % Kompostointi Nurmikon perustaminen Nurmikon leikkuu Nurmikon hoidon kasvihuonekaasupäästöt Kivennäismaat Turve 0 Turve 0 % Turve 15 % Turve 30 %

25 Rehevöittävä kuormitus - Envirogreen Envirogreen -hankkeen mukaan lietepohjaisten kasvualustojen käytön rehevöittävät päästöt koko valtakunnan tasoon suhteutettuna ovat pienet fosforilla 1,3 % ja typellä 0,3 % Paikalliset vaikutukset on kuitenkin huomioitava Vuosittain levitetystä puhdistamolietteen typestä arvioitiin huuhtoutuvan 20 vuoden aikana 13 % ja fosforista 5 %. Nurmipeite vähentää kokonaisravinteiden huuhtoutumista, mutta säilyttää liukoisen fosforin huuhtoumapitoisuudet ennallaan

26 Rehevöittävät kuormitukset Envirogreen Fosforia pääsi valumavesiin enemmän lietepohjaista kasvualustoista kuin perinteisistä johtuen sitä, että fosforipitoisuudet perinteisissä kasvualustoissa olivat yleensä alle puolet lietepohjaisten kasvualustojen pitoisuuksista tosin fosforipitoisuudet vaihtelivat kasvualustojen välillä Myös typen osalta lietepohjaisten kasvualustojen huuhtoumat olivat suuremmat kuin perinteisten Tässä tutkimuksessa tehdään myös astiakokeita huuhtoumista, mutta kokeiden analysointi on vielä kesken

27 Happamoittavat päästöt Koostuvat ammoniakista, typen oksideista ja rikin oksideista Keskeisenä ammoniakki, jota pääsee ilmaan kompostoinnissa ja kasvualustan levityksen jälkeen Ammoniakista voidaan saada talteen kompostoinnissa yli 95 % Kasvualustan levityksen jälkeen ammoniakkipäästöt vaihtelevat, mutta voivat olla hyvinkin pienet

28 Muut ympäristövaikutukset Turpeen käytöllä on vaikutusta myös biodiversiteettiin, jos turvetta nostetaan luonnontilaisilta soilta Projektissa tutkitaan liete- ja biojätepohjaisen kompostin raskasmetallipitoisuuksia ja niiden vaikutuksia ympäristössä

29 Tutkimuksen virhemarginaalia Etenkin kompostoinnin päästöt vaihtelevat runsaasti lähteestä riippuen Kompostoitavan aineksen typpipitoisuus vaikuttaa dityppioksidipäästöihin Mittauksissa dityppioksidipäästöt ovat olleet lähellä IPCC:n arvoja, kun taas metaanin neljä kertaa pienemmät Nurmikon leikkuukokeissa hehtaarikohtaisen polttoaineenkulutuksen vaihtuvuus on ollut suurta Ammoniakkipäästöjen arviointi on haasteellista

30 Demojen tuloksia Tunturinurmikan käytöllä voidaan vähentää nurmikon leikkuukustannuksia ja leikkuun ympäristövaikutuksia

31 LCA-tool: Hankkeessa on tuotettu verkkopohjainen elinkaaritarkastelutyökalu viherrakentamiseen Komponentit kasvualustan tuottaminen (siirtonurmikon tuotanto) nurmikon perustaminen nurmikon hoito. Elinkaaritarkastelumallin lähtöaineistona käytetään nykyisin käytössä olevia perinteisiä menettelyjä nurmikon perustamisessa ja hoidossa Elinkaarimallin laskenta suoritetaan hyödyntäen tässä hankkeessa kokeellisesti määriteltyjä kertoimia täydennettynä kirjallisuustiedoilla Tuloksien laskennassa on huomioitu eri tietolähteiden vaihteluväli

32 Kustannus-hyöty-analyysi kierrätysmateriaalien hyödyntämisestä nurmikoiden perustamisessa ja hoidossa Ympäristön kannalta Yhteiskunnan kannalta (sosio-ekonominen) Liiketoimintamahdollisuuksien kannalta

33 Kustannus-hyötyanalyysi (KHA, CBA) on yhteiskunnallisen päätöksenteon apuväline, jonka avulla määritetään projektin tai kaavaillun toimenpideohjelman yhteiskunnallinen kannattavuus Tarkoituksena on selvittää ylittävätkö suunnitellusta projektista saadut hyödyt sen kustannukset Mikäli projektin nettonykyarvo on positiivinen, hanketta suositellaan toteutettavaksi

34 Talousanalyysissa arvioitavat kustannukset : Materiaalikustannukset (kierrätysmateriaalipohjaiset kasvualustat noin 30 % edullisempia) Suorat työkustannukset (kompostipohjaisilla vähän korkeammat vaikeissa olosuhteissa) Epäsuorat työkustannukset Kuljetuskustannukset Yleiskulut

35 Tuote Puistomulta (komp) Puistomulta (turve) Puutarhamulta (turve+komposti) Puutarhamulta (komp) Puutarhamulta (turve) Muut Kustannukset Hiilijalanjälki, e/t vaikutukset, e/t yhteensä, e/t tuotetta tuotetta tuotetta Tuote 0,78 0,003 0,783 Puistomulta (komp) 0,92 0,032 0,952 Puistomulta (turve) 1,12 0,11 1,131 Puutarhamulta (turve+komposti) 1,00 0,002 1,002 Puutarhamulta (komp) 1,24 0,043 1,283 Puutarhamulta (turve)

36 Yhteenveto tämänhetkisistä tuloksista: Ilmastopäästöt: kompostoinnin ilmastopäästöt ovat turpeen hajoamisen ilmastopäästöjä pienemmät, joten kierrätysmateriaalit pärjäävät tässä tarkastelussa hyvin Rehevöittävät päästöt: kierrätysmateriaalien ravinnepitoisuudet ovat suuremmat kuin perinteisten kasvualustojen, joten kierrätysmateriaalien käytössä on huomioitava paikalliset olosuhteet Happamoitavat päästöt: Ammoniakkipäästöt ovat keskeisin tekijä, mutta niihin pystytään vaikuttaman oikeilla kompostointimenetelmillä Kustannus/hyöty: Kierrätysmateriaalipohjaisten kasvualustojen käyttö on hieman halvempaa kuin turvepohjaisten Hyväksyttävyys:

37 Hanke jatkuu vuoden 2014 loppuun Kiitoksia mielenkiinnosta! Yhteydenotot, tiedot prosesseista ja ehdotukset demonstroitavista ja tarkasteltavista kierrätystuotteista ovat tervetulleita!