1 Johdanto: Miten Hiedanrannan kehitysohjelman tavoitteet näkyvät Dynamossa? Dynamo on osa Hiedanrannan kehitysohjelman Kehitysalusta -toimenpidekokonaisuutta. Kehitysalustan tehtäväksi on määritelty uuden liiketoiminnan mahdollistaminen ja painopiste on älykkään ja kestävän kaupungin rakentamisessa. Alueen tavoitteena on toimia jo suunnittelun ja rakentamisen aikana innovaatioalustana seudun yrityksille, jotka voivat alueella testata ja kehittää omia tuotteitaan ja palveluitaan ja näin saada referenssejä kansainvälisille markkinoille. Ohjelman aktiivisen toiminnan, eri toimijoiden ja asukkaiden osallistumisen sekä brändäyksen myötä alueesta luodaan kiinnostava kohde yritysten investoinnille sekä kansallisella että kansainvälisellä tasolla. Tavoitteena on luoda alueelle toimintaa ja ratkaisuja, jotka ovat myös kansainvälisesti kiinnostavia. Dynamoon keskeisesti liittyvä Hiedanrannan kehitysohjelman hyötytavoite on ekotehokkuuden parantaminen: Alueen energia-, vesihuolto- ja materiaalijärjestelmät suunnitellaan ja rakennetaan älykkäiksi ja kiertotalouden periaatteiden mukaisesti ja Alueella toteutetaan suljettua ravinnekiertoa turvallisuusnäkökodat huomioiden. Sitra kuvaa kiertotaloutta seuraavasti Dynamossa pyritään siis tarjoamaan alusta, jossa toimijat voivat kehittää kansainvälisen tason ratkaisuja, joita voidaan hyödyntää tulevaisuuden Hiedanrannassa edellä kuvattujen kiertotalouden periaatteiden mukaisen kunnallistekniikan ja ehkäpä koko kaupunginosan rakentamiseen. Kokeiluilla haetaan lisäksi ratkaisuja Hiedanrannan erikoishaasteen, nollakuidun, käsittelyyn.
Alla kuvassa Dynamon sijainti Hiedanrannan alueella. Kuvassa on esitetty myös Hiertämön sijainti. Hiertämössä aloitetaan ensimmäiset kokeet (kevät 2018) nollakuidun biojalostuksesta jo ennen varsinaisen Dynamon kunnostuksen valmistumista (arvio syksy 2018). Hiertämö Dynamo 2 Koe- ja demonstraatiolaitteistot Alla kuvassa Dynamon tilasuunnitelma: vasemmalta kaasuturbiini ja alueellisen energiantuotannon laitteistot, biokaasureaktori, mustien vesien keräilysäiliö, pikakompostori ja biojalostamo. Väliaikaisen tilan (Hiertämö) pohjapiirustus on liitteenä.
2.1 Alueellinen energiantuotanto Hiedanrannan kehitysohjelmassa myös energialle on asetettu tavoitteita. Alueelle rakennetaan älykäs ja mahdollisimman pitkälle uusiutuvien energialähteiden käyttöön perustuva energiajärjestelmä. Tärkeä osa kehittämistä on kokeilut. Energiatuotannon tavoitteita kokeillaan alueellisen energiatuotannon koe- ja demonstraatiolaitteistolla, joka rakennetaan Hiedanrannassa sijaitsevaan vanhaan tehdaskiinteistöön. Kokeilussa energiatuotantoa toteutetaan kaasugeneraattorilla, lämpö ja sähkö. Generaattorin lämmön- ja sähköntuotanto eivät ole riittävät ja tarvittava loppu otetaan ns. perusenergiaverkoista. Lämpöverkko priimataan rakennettavan ja tekniseen tilaan liitettävän kaukolämpöliittymän kautta ja sähköverkko tulee osaksi alueen tilaajamuuntamon takaista pienjänniteverkkoa. Rakentuvan kokeiluverkon taakse liitetään kaksi kiinteistöä tehdasalueelta. Kaasugeneraattorin käyttämää kaasua mallinnetaan koe- ja demonstraatiolaitteistotilaan sijoitettavan reaktorin tuottamalla kaasulla. Tämä kaasu valaistaan ja kuplitetaan, jotta tuotanto tulee visuaalisesti ja selkeästi esille. Reaktorin tuottama kaasu ei riitä generaattorin tarvitsemaan kaasuun ja loppu tarvittavasta kaasusta otetaan kaasukontista, joka sijoitetaan kiinteistön ulkopuolelle, teknisen tilan seinän taakse. Energiantuotannon olennaisena osana on energian varastointi. Energiavarastona toimii vanha sellusiilo viereisessä tehdastilassa. Sellusiilon tilavuus on 200m 3. Toinen merkittävä osa on kaksisuuntaiset verkot. Alue mahdollistaa, että alueverkkoihin liityttäessä on mahdollista myös tuottaa energiaa. Rakentuva demonstraatiolaitteisto mahdollistaa energian liikkumisen molempiin suuntiin. Aluksi toinen liitettävistä kiinteistöistä varustetaan aurinkokeräimillä mahdollisen energian syöttämiseksi teknisen tilan suuntaan. Järjestelmän älykkään, tehokkaan ja oikea-aikaisen käytön varmistamiseksi kulutuskohteista toinen varustetaan älykkäillä mittalaitteilla, joilla voidaan energiankäyttöä ohjata tavoitteiden mukaiseksi. Lisäksi
tekninen tila liitetään kytkimen kautta tiedonsiirtoverkkoon, tiedon jakamisen ja laajemman hyödyntämisen mahdollistamiseksi. Teknisen tilan laitteet - Kaasugeneraattori 50 kw - Yleiskaapelointijärjestelmän jakamo - Sähkökeskus RK01 - Automaatiokeskus AK01 - Kaukolämmön mittauskeskus - Kaukolämpöliittymä - Valokuitupääte / jakamo Järjestelmään liittyvät osat - Lämpövarastona toimiva sellusiilo 250m 3 - Bioreaktori - Konttiin sijoitettava kaasusäiliö - Aluelämpöverkkoon liitettävät kiinteistöt 1 ja 2 2.2 Biokaasureaktori Biokaasulaitos on keskeinen osa alueellista kiertotaloutta, jota Hiedanrannassa tutkitaan ja demonstroidaan. Pilot-mittakaavan biokaasulaitoksessa tehdään alueen biomassojen (mm. mustat vedet, nollakuitu, biojäte) koeajoja. Eri syötteitä testataan suunnitellusti erikseen (esim. nollakuitu, musta vesi) ja sopivina seoksina (esim. musta vesi ja biojäte), joten biomassoille tulee varastointitarvetta edellisen koeajon ollessa meneillään. Laitoksessa tuotettu biokaasu yhdistyy alueen energiakokeiluihin (kaasuturbiini) ja mädätysjäännöksen ympärille haetaan tutkimushanketta ravinnekierrätyksestä. Mädätysjäännöksen käsittelyä pikakompostorissa kokeillaan. Biokaasuntuotantoa demonstroidaan myös reaktorin viereen sijoitettavassa kaasupolttimessa. Kaasun virtaus havainnollistetaan kuplittamalla kaasu liuoksen läpi, jolloin näkymätön, väritön kaasu saadaan näkyväksi. Laitteisto koostuu pikaliittimin toisiinsa kytkettävistä seuraavista kokonaisuuksista: - Syöttökontti (IBC) ja pumppu. IBC -kontteihin perustuva murskaavilla pumpuilla toimiva syöttö- ja mädätteen poistojärjestelmä, syöttö ja mädätteen poisto tapahtuu automaatiojärjestelmän ohjaamana. Automaatiojärjestelmä estää pumppujen käytön yli- ja alipainetilanteessa - Biokaasureaktori (3m3) laitteineen, sekoitus ajastettavalla pumppusekoituksella, lämmitys ulkoisella lämmönvaihtimella, käyttölämpötila aseteltavissa 20 50 ºC. Varustettu yli- ja alipaineventtiilillä. Hyvillä syötteillä oletettu kaasun tuotto on 25 kwh / vrk. Biokaasureaktorissa on märkäprosessi. Reaktoria käytetään alustavan suunnitelman mukaan jatkuvatoimisesti, syötettä lisätään ja käsittelyjäännöstä poistetaan päivittäin automaation ohjaamana kolme kertaa vuorokaudessa. Nollakuituajossa kuormitus on noin 2-4 kg VS / m3 d ja n. 20-60 d viipymä riippuen syötteen tarkemmista ominaisuuksista ja prosessin toiminnasta. Nollakuitua käsitellään max. 10 m3 vuodessa. Tekninen kapasiteetti on noin 45 m 3 / vuosi.
- Kaasuvarasto (400 L, energiamääränä 2,5 kwh, vastaa 2,5 dl polttoöljyä) - kaasupoltin (6,5 kw kaasukeitin, käyttöpaine 0,1 bar) - putkikattila. Aluksi laitteeseen tulee lämmitys putkikattilalla, mutta jätetään varaus kaukolämmön kytkemiseksi lämmitysjärjestelmään. Hyvillä syötteillä oletettu kaasun tuotto on 25 kwh / vrk, ja kaasupolttimen käyntiaika max. 4 h vuorokaudessa. Kaasuvarasto mahdollistaa n. 20 min käyntijaksot demonstraatioita varten. - ohjauskaappi Kosketusnäytöllinen 12.1 PLC prosessin ohjaukseen ja seurantaan, etäkäyttö mahdollinen internetyhteyden välityksellä. - Mädätteen poistokontti (IBC) Vaihdettava kontti, varustettu ylitäytön tarkkailulla ja ylitäytön estolla. Muuta: Verkkoyhteydet: verkkoyhteys ja logiikalle oma IP-osoite Mitattavat ja tallennettavat parametrit: reaktorin pinnan korkeus, reaktorin lämpötila, tuotetun kaasun määrä. Sähkö: 32A syöttöpistoke Ilmanvaihto: Ilmanvaihto kannattaa tehdä koneellisella poistolla syöte- ja lopputuotekonttien läheltä. Suunnitellun kaasupolttimen (6,5 kw kaasukeitin) käyttöpaine olisi 0,1 bar, voi olla alhainen turbiinille? Jos polttimella aiotaan demota ruuan laittoa oikeasti (eikä vain polttaa sinistä liekkiä), tämä on huomioitava ilmanvaihdossa. Jos turbiinille aiotaan syöttää kaasua, pitäisi automaatioon liittää kompressori, joka siirtäisi kaasua turbiinin syöttöpainesäiliöön, ja säiliössä pitäisi olla kapasiteettia sen verran että sinne voidaan kompressoida varastoon silloin kun turbiini ei käy. Paitsi jos käyttö on jatkuvaa, silloin voidaan syöttää suoraan kompressorilla turbiinille, aina kun kaasua on saatavilla. Tätä varten tarvitaan suunittelutiedoksi millä painealueella turbiinille voi syöttää kaasua, ja mille paineelle Gasumin kontista painetta lasketaan. Materiaalivirrat biokaasureaktori Laitteen kapasiteetti on 45m3 vuodessa. Käsiteltäviä aineita ovat: o 0-kuitu n. 10m3 / vuosi o Alipaine-wc:n mustat vedet 1-10m3/vuosi (järjestelmän käyttöönoton aikataulusta riippuen, harmaat vedet alueelle rakennettavaan kunnalliseen jätevesiviemäriin). o Muita biomassoja (ruokajäte, kasvijäte) max. 10m3/vuosi Päästöt, arvio vaikutuksista ja ymp.suojelutoimet Biokaasureaktorista ei synny jätevesiä. Mädätysjäännös kerätään konttiin erikseen suunniteltavia käsittelykokeita varten ja/tai pois kuljetettavaksi ja muualla käsiteltäväksi. Märkäprosessi. Nollakuituajossa reaktoria käytetään puolijatkuvatoimisesti, eli syötettä lisätään ja käsittelyjäännöstä poistetaan päivittäin. Mustien vesien käsittely suunnitellaan erikseen. Biokaasuprosessissa käsitellään pieniä ainemääriä. Mahdollinen haiseva yhdiste on rikkivety, joka voidaan pestä pois. Koneellinen ilmanvaihto asennetaan syöte- ja lopputuotekonttien lähelle. Biokaasulaitostilaan voidaan myös laittaa aktiivihiilisuodatin, jonka läpi ilmaa kierrätetään https://www.naava.io/fi/ tai aktiivisuodatin ilman kasveja
https://www.taloon.com/liesikupu-franke-lunar-fdl-6054-xs-a-c-60-cm-rst/fr7921134/dp?opengroup=267 http://odoroff.fi/ Syöttö- ja poistosäiliöistä otetaan kaasunäytteitä, jotka analysoidaan. Tietoa voidaan käyttää jatkossa mm. biokaasulaitoksen skaalausta pohdittaessa. 2.3 Alipainevessat ja mustien vesien erilliskeräys Nykyistä vessajärjestelmää on kritisoitu resurssitehottomuudesta ja Hiedanrannassa on pureuduttu tähän problematiikkaan kokeilemalla vaihtoehtoisen sanitaation ratkaisuja osana kiertotalouden kehittämistä. Ensimmäinen kokeilu oli Kuivaamon kuivakäymälä, jossa kuiva jae käsitellään pikakompostorilla ja virtsa on mennyt lannoitekokeiluihin pelloille sekä mikroleväkasvattamoon (yksi Hiedanrannan demoista). Seuraava sanitaatiokokeilu on Hiedanrannan vanhan navetan - tulevan viskitislaamon ja olutpanimon - mustien vesien erilliskeräys alipaineviemäröinnillä. Tislaamo/panimo sijaitsee Dynomon vieressä ja alipaineviemäröinnin keräyssäiliö sijoitetaan Dynamoon. Mustia vesiä käsitellään biokaasureaktorissa, joko niin että reaktoria syötetään suoraan keräyssäiliöstä tai sitten syöte pumpataan ensin IBC-syöttökonttiin. Mustaa vettä käsitellään 1-10 m3 vuodessa riippuen alipaineviemäröitävien tilojen käyttöönoton aikataulusta ja toiminnoista. Alipaineviemäröinti koostuu alipainevessoista ja alipainekeräyssäiliöstä. Tällä järjestelmällä saadaan kerättyä mustat vedet erikseen harmaista ja muista jätevesistä. Myös keräysyksikön riippumattomuus painovoimaisesta alipaineesta sekä helpottaa laitteiston sijoittelu, että mahdollistaa siirrot muutokset tulevaisuudessa. 2.4 Biojalostamo Dynamoon sijoitetaan väliaikaisesti (kevät-syksy 2018) laitteisto, jolla tuotetaan nollakuidusta korkeamman jalostusasteen tuotteita. Jäännösfraktiosta tuotetaan biokaasua biokaasureaktorissa.koe on osa hanketta SININEN BIOTALOUS HIEDANRANNAN JÄRVISEDIMENTIN NOLLAKUIDUN HYÖDYNTÄMINEN ZERO WASTE FROM ZERO FIBER Hankesuunnitelmasta Tuotteet tulevat olemaan eri orgaanisia happoja, joilla on eri molekyylipainot sekä etanolia ja muita alkoholeja. Näitä voidaan käyttää kemian teollisuuden ja polymeeriteollisuuden raaka-aineina. Vuoden 2018 aikana tehdään pilot-mittakaavan koe Dynamossa, jossa nollakuidusta tuotetaan biojalostuksen keinoin erilaisia arvokkaita kemikaaleja Finnoflag Oy:n kehittämällä prosessilla. Tätä epäaseptiseen toimintaperiaatteesseen pohjautuvaa mikrobiprosessia on testattu mm. kuuden Itämeren maan ABOWE-hankkeessa vv. 2012-14 sekä eri teollisuuslaitosten sivuvirtojen käsittelyssä. Biojalostuksessa syntyvien tuotteiden analysointi tehdään yhteistyössä Itä-Suomen yliopiston kanssa ja tuotteiden saantokokeet Mälardalenin ylipiston kanssa Ruotsissa. Biojalostuksesta jäävää massaa käytetään sekä biokaasureaktorissa Dynamossa että lannoitteena. Lannoitekokeet tehdään yhteistyössä Helsingin Yliopiston maataloustieteiden laitoksen kanssa. Pilotkoe tehdään biojalostamolaitteistolla, jonka suunnittelusta vastasi pääosin Finnoflag Oy ja toteutuksesta Nordautomation Oy. Laitteisto vuokrataan Nordautomation Oy:lta pilot kokeen ajaksi. Prosessialtaan mitat ovat: 12200 x 3000 x 2900 mm (pituus x leveys x korkeus), ja painoa sillä on noin 3650 kg. Toimintatilaa prosessialtaan ympärille tarvitaan n. 4m vyöhyke. Materiaalivirrat Biojalostamo Laitteistolla tehdään koeajoja 3-4 kuukauden ajan kesällä 2018 ja mahdollisen n. 3kk jatkoajan aikana syksyllä 2018. Koekäytön jatkuminen on avoin.
Altaassa prosessoidaan 0-kuitua sekä mahdollisia muita jätteitä. 0-kuidun osuus n. 90%. Muita jätteitä voi olla esim. elintarviketeollisuudesta (perunakuoret). Lisäkomponentteja testataan koemielessä, esim. seoksen ph-arvon muuttamiseksi. Altaassa prosessoidaan kerralla n. 10-15m3 nollakuitua. Ajon kesto n. 1 viikko. Ajojen välissä välianalyysit. Yhteensä n. 6-8 ajoa 3 kuukauden jakson aikana. Nollakuitua syötetään altaaseen kuormaajalla välivarastosta. Jatkossa mahdollisesti kosteana suoraan järvestä, kuljetussäiliöissä. Prosessiin lisätään katalysaattoreita, kuten mikrobikantoja ja entsyymejä. Märkäprosessi. Päästöt, arvio vaikutuksista ja ymp.suojelutoimet Biojalostamo tuottaa kaasumaisia, nestemäisiä ja kiinteitä fraktioita. Tavoitteena zero waste - prosessi. Jakeet analysoidaan ja lopullinen jatkokäyttö päätetään sen mukaisesti. o Nestemäiset fraktiot (mm. orgaaniset hapot ja alkoholit) kerätään talteen esim. teollisesti hyödynnettäväksi. o Kiinteät jätteet käytetään sekä lannoitekokeisiin että Dynamon muissa osissa (biokaasureaktori ja pikakompostori). o Liuosmaiset jätteet (n. 5m3) kerätään talteen jatkojalostamista/käsittelyä varten. o Kaasumaisia jakeita ei koekäytössä todennäköisesti pystytä hyödyntämään, vaan poisto tehdään IV-suunnitelman mukaisesti (liite). Kaasut analysoidaan ja mahdollisten haitallisten kaasujen varalle asennetaan päästöjä tarkkailevat sensorit. Allas sijoittuu hallin avoimeen tilaan, jossa nosto-ovien kautta voidaan lisätä ilmanvaihtoa lyhytaikaisesti. o Merkittävää hajuhaittaa ei tule, koska hajut eliminoituvat biomassan käsittelyssä mm. entsyymien ja ph:n säädön avulla. 2.5 Pikakompostori Nollakuidun käsittelyä testataan myös pikakompostorissa. Myös muita biomassoja voidaan käsitellä pikakompostorissa. Materiaalivirrat Pikakompostori Kapasiteetti biojätteiden käsittelyyn on 150kg / vrk Käytännössä 0-kuitua pystytään käsittelemään kerralla n. 100kg panos, käsittelyaika 2vrk. Lisäksi mahdollisuus kompostoida muita jätteitä mitä alueella tulee, jos siihen on tarvetta. 8 kk koetoiminnan aikana nollakuitua kompostoidaan maksimissaan 12,8 t (400kg/vko).
Päästöt, arvio vaikutuksista ja ymp.suojelutoimet Kyseessä kuivaprosessi, josta ei synny jätevettä. Tällä hetkellä käytettävä 0-kuitu on kiinteää ja prosessi tarvitsee hieman lisävettä. Kiinteää 0-kuitua kuljetetaan kompostoritilan välivarastoon kuormaajalla. Tilojen pesemiseen tarvitaan vettä ja viemäri. Pikakompostorin huonetilaan tulee koneellinen ilmanvaihto. 3 Yhteenveto Dynamoon tulevat tässä vaiheessa seuraavat koe- ja demonstraatiolaitteistot: biokaasureaktori, kaasuturbiini/paikallinen energiantuotanto, mustien vesien erilliskeräys, pikakompostori ja biojalostamo. Näiden muodostama prosessi on kuvattu alla. Dynamon ensimmäiset kokeilut liittyvät erityisesti paikalliseen energiantuotantoon, sanitaatioon ja biotalouteen, ja monet kokeilut keskittyvät nollakuituun. Ko. kokeilut tarjoaisivat syötettä myös ravinnekierron hankkeille, mutta niitä ei vielä ole. Jatkossa tilaan voi tulla myös muita kokeiluita kiertotalouden eri osaalueita, älykkyydestä, energiasta ja muista Hiedanrannan kehitysohjelman tavoitteisiin liittyvistä ratkaisuista. Tilan tulee mahdollistaa vaihtuvat kokeilut ja toimia show roomina ja siten edistää Hiedanrannan brändäystä ja kv referenssien syntymistä. Lähteet: Sitra 2016-2107 https://www.sitra.fi/artikkelit/mita-nama-kasitteet-tarkoittavat/