Kierrätysravinnetuotteita jätevesilietteen lämpökemiallisella käsittelyllä? Kimmo Rasa, vanhempi tutkija, MMT Maa- ja Elintarviketalouden Tutkimuskeskus Vesihuolto 14, Finlandia-talo 3.6.14 21.5.14 1 Esityksen sisältö Ravinteiden kierrätyksestä Pyrolyysi Prosessoidun lopputuotteen ominaisuuksia Tulevaisuuden näkymät ja jatkotutkimus Yhteenveto Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 2 1
Miksi ravinteiden kierrätys? Globaali taso, ruokaturva Fosforin riittävyyteen ja saatavuuden turvaamiseen liittyvät kysymykset Kansallinen taso Lietteiden ja lannan sisältämän fosforin alueellinen epätasapaino Fosforin kertyminen viljelymaahan kuormituspotentiaalin lisääntyminen Tavoitteena mineraalilannoitteiden korvaaminen kierrätystuotteilla Haasteena kuljetus Ravinnetuotteen laatu Maan fosforivarannot + tarpeenmukainen lannoitus + lannan sisältämä fosfori nurmien ja viljojen P:n tarve Maa- ja elintarviketalouden Ylivainio tutkimuskeskus et al.14. MTT 21.5.14 Report 1243 Oletuksia Mikäli lietteen ja lannan prosessoinnilla saavutetaan lopputuote, joka on vertailukelpoinen mineraalilannoitteille Kierrätysravinteille syntyy kysyntä Kiristyvä lainsäädäntö ja/tai fosforiin kohdistuvat hintapaineet tekevät toiminnasta taloudellisesti kannattavaa Vrt. vuoden 8 fosforin hintapiikki Aikajänne? Ravinnerikkaiden orgaanisten materiaalivirtojen prosessointiteknologioiden kysyntä tulevaisuudessa lisääntyy Avainasemassa lopputuotteen laatu ja hinta Orgaaniset ja epäorgaaniset haitta-aineet, ravinteiden käyttökelpoisuus, kuljetettavuus, varastoitavuus ja helppokäyttöisyys viljelijän toimintaympäristössä sekä ympäristönäkökulmat Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 4 2
Teknologiavaihtoehtona pyrolyysi Materiaali kuumennetaan hapella rajoitetuissa olosuhteissa 3 1 ºC Kuivatislaus Pilkkoo orgaanisia yhdisteitä pelkistetyissä olosuhteissa Olemassa oleva teknologia, tutkimusta tarvitaan: Raaka-aineiden esikäsittely Lopputuotteiden laatu ja jatkojalostus Energiatehokkuus Hallinto, lainsäädäntö ja liiketoiminta Sovellus ravinteidenkierrätykseen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 5 Pyrolyysilaite Lämpötilakäyrä Näyte 31 ºc 41 ºC Pilotlaite Raakaliete putsarilta X X Mädätysjäännös X X X Sakokaivoliete X X Polymeerisaostettu sian lietelanta, Kuivattu raaka-aine X Hiili Neste Step Time Temp C/min 1 1 1 1 2 175 45 2 3 45 4 Cooling Kaasu H 2 O + CO 2 + H 2 + CO + CH 4 + C 2 H 6 + CH 2 O +? Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 6 3
Mobiili pilottimittakaavan laite Traktorivetoinen Lämmitys puulla ja pyrolyysikaasulla Lämpötila-anturit x 4 Lauhdutin Nesteen talteenotto Kaasun jälkipoltin Laite nyt Egyptissä Mädäte MTT Agrifood Research Finland 21.5.14 7 Raaka-aineen tuhkapitoisuus ja saanto Kuivan raaka-aineen massa voidaan puolittaa (saanto 5%) Lämpötilan noustessa neste ja kaasu jakeiden osuus kasvaa ja hiilen saanto pienenee Vaikuttaa hiileen konsentroituvien alkuaineiden pitoisuuksiin ja siten lopputuotteen laatuun Liete ja mädäte + 41 ºC hiilen itsesyttymisominaisuus Sakokaivolietteen tuhkapitoisuus korkea ei sovellu pyrolyysiin Raaka-aineen laatu + prosessiolosuhteet = lopputuotteen laatu Vaatii optimointia saanto % 1 49 63 44 Saanto 75 62 48 82 9 Tuhka % 1 Raaka-aineen tuhkapitoisuus 49 36 32 78 Maa- ja elintarviketalouden Sianlanta Raakaliete tutkimuskeskus Mädäte 21.5.14 Sakokaivo 8 4
Hiilijakeen fosfori, sikakuitu Polymeerisaostettu sianlannan kuitujae, Sikakuitu Hiilijakeen saanto 41 asteessa 49 % Fosforin pitoisuus tuplaantui raaka-aineeseen verrattuna Pitoisuus samaa suuruusluokkaa superfosfaatin kanssa Fosforipitoisuuden perusteella mielenkiintoinen lopputuote, jatkotutkimuksia tarvitaan P g kg -1 1 49 9 24 34 5 34 43 64 25 54 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 9 Hiilijakeen fosfori, raakaliete ja mädäte Myös lietteen ja mädätteen fosforipitoisuus kasvoi ja jopa tuplaantui 41 asteessa Fosforipitoisuus mineraalilannoitteiden tasoa, 3-6% Jälkikuumeneminen laboratorio-olosuhteissa, turvallisuusriski 31 ºC turhan alhainen lämpötila? Pilot-laitteistolla P-pitoisuus tuplaantui ilman ongelmia Prosessiolosuhteet optimoitava raaka-aineen laatu ja laitteiston ominaisuudet huomioiden P g kg -1 1 49 9 24 34 5 34 43 64 25 54 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 1 5
Fosforin käyttökelpoisuus 1/2 Hedley n fraktiointi(mod.), peräkkäisten uuttojen menetelmä Pyrkii kuvaamaan kuinka voimakkaasti fosfori on sitoutunut Labiili = kasveille helposti käyttökelpoinen fosfori Suuntaa antava, ei korvaa kasvatuskokeita lannoitevasteen selvittämiseksi Puhdistamoliete ja mädäte, P niukkaliukoisessa muodossa Voi toimia hidasliukoisena P lannoitteena P g kg-1 9 7 5 3 1 HCl NaOH Labile Superfosfaatti SikakuituPO_41 Maa- Raakaliete_31 ja elintarviketalouden Mädäte_31 tutkimuskeskus Mädäte_Pilot 21.5.14 11 Fosforin käyttökelpoisuus 2/2 Kuivattu vs. pyrolysoitu Pyrolyysissä happoon uuttuva fraktio kasvaa raaka-aineeseen verrattuna Mahdollisesti kalsiumfosfaatteja, käyttökelpoiseksi happamissa maissa? Fosforin muodot ja käyttökelpoisuus selvitettävä tarkemmin Jatkotutkimukset laboratoriossa ja kasvatuskokeet Pyrolyysi ei lisää helppoliukoisen fosforin määrää Rautasaostukselle vaihtoehtoiset menetelmät jätevedenpuhdistamolla! P mg kg-1 7 5 3 1 HCl NaoH Labiili Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 12 6
Raskasmetallit Maa- ja metsätalousministeriön asetus lannoitevalmisteista 24/11 Ei huolestuttavia pitoisuuksia Poikkeuksena polymeerisaostettu sian lietelannan sinkkipitoisuus Lannoitevalmiste Hg Cd Cr Cu Pb Ni Zn SikakuituPO_41,1,5 26 229 3 15 2759 Raakaliete_31,3,7 56 196 32 33 586 raakaliete_41,1 1, 88 249 42 49 832 Mädäte_31,3 1, 59 2 27 37 691 Mädäte _41, 1,3 6 52 978 Mädäte_Pilot,1 1, 77 366 32 51 959 Sakokaivo_31,4,3 11 264 7 4 222 Sakokaivo-41,1,3 11 291 7 5 244 MMM, Asetus 24/11 1 1,5 3 1 1 15 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 13 Yhteenveto Esikuivatun raaka-aineen massa voitiin pyrolyysin avulla puolittaa. Helpompi kuljettaa, varastoida ja jatkojalostaa rakeiseen muotoon Yli 5 % raaka-aineen hiilestä säilyi prosessissa Hiilipitoinen lannoitevalmiste, hiilen sidonta maaperään Fosforin konsentraatio kasvoi hiilifraktiossa Jatkotutkimukset fosforin käyttökelpoisuuden osalta Soveltuu mahdollisesti hidasliukoiseksi lannoitevalmisteeksi Hiilijakeiden raskasmetallipitoisuudet eivät ylittäneet asetettuja raja-arvoja Tutkittava miten pyrolyysi vaikuttaa patogeenien ja orgaanisten haitta-aineiden määriin lopputuotteessa Lääke- ja hormonijäämät, Polyaromaattisiset hiilivedyt (PAH) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 14 7
21.5.14 Käynnissä olevia hankkeita, ravinteiden kierrätys PRecover, Jätevesien fosfori kiertoon lannoitteeksi Jätevesilietteen fosforin käyttökelpoisuuden parantaminen Torrefikaatio, pyrolyysi, Märkähiillytys (HTC), poltto Promise,Phosphorus Recycling of Mixed Substances Poltto, ravinteiden talteenotto tuhkasta CircuNuts-Sustainable recovery and recycling of nutrients safety and efficacy EU Strategy for the Baltic Sea Region Siemenraha hankevalmisteluun (2/14) Teknologiat lannan ja lietteen käsittelyyn, ravinteiden kierrätys Horizon -hankehakemuksia/aihioita, joissa ravinteiden kierrätys ja/tai siihen liittyvät teknologiat keskiössä Kansainvälinen yhteistyö Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 15 Kiitos mielenkiinnosta Miilunpolttoa Raahessa 13 kimmo.rasa@mtt.fi Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 21.5.14 16 Kuva: Risto Vesakoski 8