Lannan käsittelyn tekniikat ja kannattavuuden edellytyksiä

Transkriptio

1 Lannan käsittelyn tekniikat ja kannattavuuden edellytyksiä Sari Luostarinen Erikoistutkija, FT Luonnonvarakeskus Luke Vesiviisas kiertotalous - seminaari

2 Lantaa muodostuu kotieläintuotannossa Suomen kotieläintuotannossa muodostui vuonna 2014 lantaa noin 18 miljoonaa kuutiota (SYKE & Luke) 13 % jää laitumelle 48 % lietelantaa 7 % kuivikepohjalantaa 19 % kuivikelantaa 8 % kuivalantaa 4 % virtsaa Koko lantamäärästä 74 % on naudoista, 15 % sioista ja 2 % siipikarjasta; loput hevosista, lampaista, vuohista, poroista

3 Lanta on arvokas resurssi, mutta liika on liikaa Lanta sisältää orgaanista ainetta ja ravinteita Pitoisuudet kuitenkin pieniä, ravinnesuhteet epäedulliset, massa heterogeenistä (levitystasaisuus, käsittelyn haasteet) Perinteisesti lanta hyödynnetty sellaisenaan kasvintuotannossa levitettynä peltoon Orgaaninen aine peltomaan kunnon ylläpidossa Ravinteet kasvinravinteina Kotieläintuotannon keskittyessä alueellisesti lantaa kuitenkin kertynyt tietyille alueille tarpeeseen nähden liikaa Peltomaan fosforiluvun nousu Paineet riittävän levitysalan saamisessa Kotieläintuotannon laajentaminen vaikeutuu Ohjaavat järjestelmät (lainsäädäntö, vapaaehtoiset) kiristyvät

4 Lantafosfori: tarve vs. sijainti Ylivainio ym. 2014

5 Lannankäsittely on ketju eri toimintoja

6 Ei ole ollenkaan yhdentekevää, mitä lantaketjun eri vaiheissa touhutaan. Kaikki vaikuttaa kaikkeen. Yhden vaiheen optimointi ei vielä ole tehokasta eikä ympäristöystävällistä. Ohjaaminen kokonaisuuden hallintaan tarpeen.

7 Ruokinta tarpeen mukaan Kaikki, mitä eläin ei rehusta käytä, tulee peräpäästä ulos Rehu maksaa ja oma rehutuotanto teettää työtä Mitä enemmän ravinteita lantaan, sitä suurempi riski päästöihin Ruokintasuositukset kuntoon ja käyttöön LYPSYLEHMÄ LIHASIKA 11,9 t/v 0,4 t /v 1,9 t/v 11,3 t/v

8 ELÄINSUOJA: TOIMET KUNTOON LANTATYYPIN MUKAAN Nopea keruu Puhtaat pinnat Vähän pinta-alaa Ei turhaa laimentamista Sopivasti kuiviketta

9 VARASTOINTI: TARPEEKSI KAPASITEETTIA JA KATTO PÄÄLLE Avoin varasto (3000 m 3 ): 10 % typestä ja hukkaan vuodessa Kelluva kate: 4 % typestä ja 400 hukkaan vuodessa Kuorettuma: 6 % typestä ja 700 hukkaan vuodessa Kiinteä kate: 2 % typestä ja 200 hukkaan vuodessa Laskelmat: Juha Grönroos, SYKE

10 LEVITYS: OIKEA AIKA, MÄÄRÄ JA MENETELMÄ TUNNE LANTASI Ravinnepitoisuuksien mukaan Ennen kylvöä tai kasvustoon Sijoittaen tai mullaten

11 ESIMERKKI: levitystavan vaikutus typpeen Laskelmat: Juha Grönroos, SYKE

12 Lannan hyödyntämisen tehostaminen: perinteinen lantaketju kuntoon Kertaukseksi: Ruokinnassa vain välttämätön Eläinsuojassa puhtaus, vedensäästö, asianmukainen kuivitus, nopea lannankeruu Varastointi katettuna, tiiviisti, riittävällä kapasiteetilla Levitys keväällä ja kesällä, kasvilaji ja maaperä huomioiden, hukat minimoivin menetelmin Lisäksi yhteistyö naapuritilojen kanssa Yhteiset kalustot ja työnjako Lantaa kasvitiloille

13 Lannan hyödyntämisen tehostaminen: prosessoinnin mahdollisuudet (1) Tarve muokata lanta uudenlaisiksi tuotteiksi ja tarvittaessa kuljettaa sinne, missä niitä tarvitaan Lannan prosessointiin monenlaisia menetelmiä erilaisin lopputuloksin Separointi Kompostointi Biokaasu Termiset menetelmät (poltto, pyrolyysi, kaasutus, HTC) Lopputuotteiden jatkojalostus Erilaisten prosessien yhdistelmät pitemmiksi ketjuiksi Huomioitava lopputuotteiden laatu ja käyttökelpoisuus, käsittelyketjun päästöt, tekninen toimivuus, taloudellinen kannattavuus, yleinen hyväksyttävyys,.

14 Lannan hyödyntämisen tehostaminen: prosessoinnin mahdollisuudet (2) Kestävä, resurssitehokas ja taloudellisesti kannattava lannan prosessointi pyrkii maksimoimaan lannan orgaanisen aineen ja ravinteiden tehokkaan hyödyntämisen mahdollisimman vähäisin päästöin Parhaassa tapauksessa yhtä aikaa energiantuotanto, orgaanisen aineen kierrättäminen takaisin peltoon ja ravinteiden kierrättäminen kannattavasti ja toimivasti Olennaista, että koko toimintaketju oltava kunnossa

15 Separointi (1) Lietelannan jakaminen kuiva- ja nestejakeeseen Miksi separoida? Kuljetettavuus ja ravinteiden käytön optimointi tilalla Kuivajae kaukaisemmille pelloille / muille tiloille / prosessoitavaksi suuremmassa laitoksessa Erityisen hyvä, jos lähipeltojen P-luku korkea / tilalla liikaa fosforia omaan tarpeeseen Separoitujen jakeiden N:P-suhteet poikkeavat raakalannasta Enemmän pelivaraa lannalla lannoittamiseen Nestejae hyvä nurmelle ja kasvustoon: imeytyy nopeasti maahan, sotkee vähemmän Kuivajakeesta esim. viiden vuoden P-lannoitus kerralla Kuivajae kasvitiloille hyvä tuote: orgaanista ainesta peltoon ravinteiden lisäksi

16 Separointi (2) Erilaisia laitteita, joita voi operoida eri tavoin, esim. Ruuvipuristin separoi puristamalla lietelannan seulaa vasten, jolloin neste ja pienet partikkelit päätyvät seulan läpi nestejakeeseen ja suuremman partikkelikoon kiintoaine muodostaa kuivajakeen Teho vaihtelee seulakoon ja puristusvoiman mukaan Tehokas kiintoaineen erotus, heikompi fosforin erotus Linko pyörittää lietelantaa rummussa, jolloin painavampi kiintoaine erottautuu rummun reunoille ja on erotettavissa nesteestä Teho riippuu lannan ominaisuuksista ja mahdollisesta polymeeristä Tehokkain fosforin erottaja Polymeeri voi nostaa nestejakeen määrää Olennaista tuntea lietelannan ominaisuudet ja käytetty separointilaite, jotta saadaan tehokkain mahdollinen erotus Kovin laiha lanta hankalinta kaikille laitteille Etujen varmistamiseksi jakeet osattava varastoida ja levittää oikein

17 Separointi (3) Nauhapuristin Rumpuseula Ruuvipuristin Seulalinko Dekantterilinko Virtausnopeus (m 3 /h) 3, ,9 5, Erotusteho (%) - kuiva-aine typpi fosfori kalium Tilavuuden vähenemä (%) Spesifinen energia (kwh/m 3 ) 0,7 1 0,5 2,0 2,2 6,7 2,0 5,3

18 Separointi (4) Sian lietelannan sisältämän kuiva-aineen (ka), kokonaistypen (Nkok) ja kokonaisfosforin (Pkok) jakautuminen neste- ja kuivajakeisiin linkouksen massataseena; Paavola ym Maaseudun Tiede 3/2015.

19 Separointi (5) Paavola ym Maaseudun Tiede 3/2015.

20 Biokaasuprosessit CO 2 Energiakasvit Maatalous Lanta Kasvibiomassa Biohajoava jäte Teollisuus Yhdyskunnat Biokaasu prosessi Biokaasu CH 4, CO 2 Jäännös Ravinteet Orgaaninen aine Lämpö Lämpö ja sähkö Alueverkko Maakaasuverkko Liikennepolttoaine Pelto Muut käyttömahdollisuudet

21 Lanta biokaasuprosessissa Erinomainen perusmateriaali biokaasulaitoksiin Metaanintuottopotentiaali yksin melko alhainen > kannattavuus? Lanta/ Metaanipotentiaali Naudan lietelanta Naudan kuivalanta Sian lietelanta Sian kuivalanta Siipikarjan lanta m 3 CH 4 / t VS m 3 CH 4 / t (tuorepaino)

22 Biokaasuteknologian vaihtoehdot Märkäprosessi Kuiva-ainepitoisuus <15 % Lietelannalle, yhteiskäsittelyssä voi olla osin kuivia massojakin Hyvin tunnettu, kypsä teknologia Suurehko reaktori per käsiteltävä tonni (laimea syöte) Kuivaprosessi Kuiva-ainepitoisuus noin 30 % Kuivat lannat, yhteiskäsittely Uutta, kehittyvää tekniikkaa (vanhat kehnoja) Pienempi reaktori per käsiteltävä tonni

23 Eri mittakaavat mahdollisia vaikuttaa kannattavuuteenkin Maatilakohtainen Maatilan omien massojen käsittely (lanta tärkein), energia ja ravinteet pääasiassa omaan käyttöön Kannattavuus saavutettavissa suurilla kotieläintiloilla Maatilojen yhteinen Useampi maatila voi käsitellä kaikkien lannat (ja muut massat) yhteisessä laitoksessa, jakaa vastuut, kulut ja hyödyt Energia myyntiin / jollekin osakkaalle, ravinteet takaisin tiloille Onnistuneita esimerkkejä olemassa (Bioson, Jepua) Keskitetty Suuri laitos, joka ottaa alueelta erilaisia massoja käsiteltäväksi, tuottaa myyntiin energiaa ja lannoitevalmisteita Kannattavuus toistaiseksi energiasta ja porttimaksuista Lantaa vain vähän käsittelyssä

24 Biokaasuprosessin jäännös vs. raakalanta Kasville käyttökelpoisempi typpi:fosfori -suhde Liukoisen typen osuus kasvaa ( % lanta; % kasvit) Hiili/typpi-suhde laskee Muut lannoitevaikutukseltaan tärkeät aineet ennallaan Osviittaa fosforin käyttökelpoisuuden paranemisesta Muita etuja Maaperän orgaanisen aineen ylläpito Hajun väheneminen Hygienisoituminen Tasalaatuisempi ja juoksevampi Kasvitoksisuuden laskeminen Rikkakasvinsiementen tuhoutuminen Jatkojalostettavissa väkevöidyiksi lannoitevalmisteiksi

25 Esimerkki jalostustekniikoista Ammoniakin strippaus Ammoniumtypen väkevöinti ja talteenotto ammoniakkina kaasufaasin kautta haluttuun pesunesteeseen Käsittelyjäännöksen jakeistus kuiva- ja nestejakeeksi Nestejakeen ph nostetaan korkeaksi, jolloin suurin osa ammoniumtypestä on ammoniakkimuodossa ja siirrettävissä puhaltamalla kaasufaasiin Kaasu johdetaan pesuriin, jossa ammoniakki liukenee pesunesteeseen Lopputuote lannoitevalmiste, esim. ammoniumvesi, ammoniumsulfaatti

26 Esimerkki: 160 lypsylehmän tila Winquist ym Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 36/2015

27 Termiset käsittelyt Kiinnostus nousussa lannan polttoon, termiseen kaasutukseen ja pyrolyysiin Lainsäädäntö? Lopputuotteiden ominaisuudet ja käyttömahdollisuudet? Poltto pienessä mittakaavassa haastavaa, suuressa mittakaavassa todennäköisesti toimivampaa Seospoltto ei pelkkää lantaa Orgaanisen aineen ja typen menetys, mitä tuhkalle? Terminen kaasutus ja pyrolyysi Kehitteillä olevaa tekniikkaa lannalle Energiajakeen lisäksi hiili- ja nestejakeet Biohiili maanparannukseen, nestejae vielä mysteeri

28 Lannan prosessoinnin kannattavuus Prosessivalinta > mitä tavoitellaan Mittakaava Paine saada lanta tehokkaammin hyödynnettyä omassa viljelyssä / luovutettuna tai myytynä muualle Lopputuotteiden hyödyntäminen Energialle käyttäjät? Ravinnetuotteiden kuljetettavuus ja käyttökelpoisuus kasveille / maanparannuksessa? Tapauskohtaista, millä edellytyksin kannattavuus tavoitettavissa

29 Koko käsittelyketju oltava kunnossa (1) Syötemateriaalit mahdollisimman nopeasti laitokseen Orgaanisen aineen ja typen tappioiden minimointi Biokaasun energiasisältö hyödynnettävä tehokkaasti Tapauskohtainen optimointi: pelkkä lämpö, sähkö ja lämpö vai liikennepolttoaine Jälkikaasun keruu ja hyödyntäminen Vuotojen ja häiriöiden minimointi Metaani voimakas kasvihuonekaasu, räjähtävä sopivana seoksena ilman kanssa

30 Koko käsittelyketju oltava kunnossa (2) Typen liukoistuminen ja korkea ph lisäävät ammoniakkipäästöjen mahdollisuutta Jäännöksen varastointi katettuna Sijoittaminen ja multaaminen kasvukaudella kasvin tarpeen mukaan Jalostuksessa typpitappioiden minimointi Lopputuotteiden ominaisuudet tunnettava hyvin, jotta osataan hyödyntää oikein

31 Ylipäätään Biokaasulaitoksilla on tutkitusti potentiaalia vähentää merkittävästi päästöjä yhdessä muiden oikeiden ja oikeaaikaisten toimien kanssa Ympäristöetujen varmistamiseksi prosessoitujen lopputuotteiden oikea käsittely avainasemassa

32 Kiitos! Yhteydenotot: