Ravinnekiertoon perustuvat energiaratkaisut maatiloilla Saija Rasi saija.rasi@luke.fi 1
Biokaasuprosessi Biohajoava jäte Teollisuus Yhdyskunnat Energiakasvit Maatalous Lanta Sivutuotteet Biokaasuprosessi Hiilidioksidin hyödyntäminen Teollisuus Kasvihuoneet Kylmäsäilytys Biokaasu CH 4 CO 2 Jäännös Ravinteet Orgaaninen aine Energiaa maatilan omaan käyttöön Energiaa maatilan ulkopuolelle Lämpö Lämpö ja sähkö Alueverkko Maakaasuverkko Liikennepolttoaine Pelto Muut käyttömahdollisuudet
Suomen biokaasun- tuotanto (v 2013) Kaatopaikoilla (61%) Jätevedenpuhdistamoilla (20%) Yhteiskäsittelylaitoksilla (18%) Maatiloilla (alle 1%) Yhteensä 556 GWh, alle 0,5% uusiutuvan energian tuotannosta 3
Merkitys energiantuotannossa Teoreettinen biokaasupotentiaali on noin 24 TWh, teknistaloudellinen noin 10 TWh 86% potentiaalista maataloudessa 1,5 TWh lannoista 7,3 TWh energiakasvit ja kasvijäte Teknistaloudellinen potentiaali CHP-tuotannossa vastaisi 3% kokonaissähkönkulutuksesta Suomessa Liikennekäytössä sama määrä vastaisi noin 14% liikennepolttoaineen kulutuksesta Suomessa 4
Tuotetun energian täysimääräinen käyttö maatiloilla haastavaa Esimerkki: biokaasulaitoksen sähkön nettotuotto ja maatilan sähkönkulutus Sähkönkulutukseen vaikuttaa mm. eläinten laiduntaminen Esimerkki: Biokaasulaitoksen lämmön nettotuotto ja maatilan lämmönkulutus 5 Winquist ym. 2015 Luke raportti 36
Merkitys ravinteiden kierrätykselle Photo: Arja Seppälä Hyvin suunniteltu biokaasun tuotanto voi lähialueen peltoviljelyn kanssa muodostaa lähes suljetun ravinnekierron Ravinteiden hyödyntämisen suunnittelussa on ohjenuorana nitraattiasetus ja ympäristökorvausjärjestelmä käsittelyjäännös luokitellaan lannoitevalmisteeksi, joten lannoitus suunnitellaan analysoitujen pitoisuuksien perusteella. 6
Tuotantoeläimien keskittyminen keskittää myös ravinteita Baltic Manure-Project Lannan sisältämä fosfori riittäisi korvaamaan Suomessa käytetyn fosforilannoitteen Tarvitaan taloudellisesti toimivia prosesseja ravinteiden konsentroimiseen Markkinoille sopivat ja helposti kuljetettavat lannoitevalmisteet 7
Oljen hyötykäytössä huomioitava vaikutukset maaperään Hakala, K., Heikkinen, J., Pahkala, K. 2015
Edut Haasteet - Viljelyvarma kasvi - Korkea kuiva-ainepitoisuus tarvitaan esim. lietelantaa sekaan tai reaktorityyppi pitää valita korkealle kuiva-aineelle sopivaksi -Viljelytekniikka osataan ja urakointipalveluja olemassa - erityisesti, jos apilaa paljon, typpipitoisuus voi nousta korkeaksi - metaanituotto 5-7 -kertainen lietelantaan verrattuna /tuoretonni - Käsittelyjäännöksen ravinteiden täysimääräinen hyödyntäminen viljelykierrossa märkinä kesinä MTT 9
Jäännöksen käyttöä voi rajoittaa maan fosforipitoisuus Nurmisadon mukana voi poistua enemmän fosforia, kuin mitä sitä saa pellolle palauttaa Fosforin viljavuusluokan ollessa hyvä tai korkea Jos lannoitus perustuu pelkästään käsittelyjäännökseen, voi nitraattiasetuksen kokonaistyppiraja tulla vastaan 10
Esimerkkilasku peltojen määrästä Red clover included Without clover Methane production m 3 /kg DM 0.30 0.31 Harvest kg DM/ha 6 769 7 500 Nitrogen yield kg/ha 184 180 Phosphorus yield kg/ha 18 22 Methane production m 3 /kg ha 2 068 2 355 Needed grass field area ha 1 257 1 104 Area for grass sward establishment ha 348 276 Additional area needed for digestate nutrients recycling ha 0 213 Total amount of field ha 1 605 1 593 11 Rasi ym. 2015 Jäännöksen levittämiseen saatetaan tarvita enemmän peltoalaa kuin energian tuotantoon
Hidas pyrolyysi maatilan biomassojen käsittelyyn? Lannasta, oljeta tms. ravinnerikkaasta materiaalista tuotettu biohiili Toimii lannoitteena, lyhyt ja pitkäaikaisia lannoitevaikutuksia Maanparannus aineena Prosessin muut jakeet energiantuotantoon Prosessi voisi toimia myös biokaasulaitoksen jäännöksen prosessointiin T&K toimintaa meneillään 12 Kuva: Helena Soinne Kuvat: Kimmo Rasa
Biokaasulaitosten taloudellisuus Prosessin taloudellisuuteen vaikuttaa mm. maatilan oma energiankäyttö sekä energian hinta Paras kannattavuus saavutettavissa tapauksissa, joissa tuotettu kaasu voidaan myydä liikennepolttoainekäyttöön ja jos laitokselle saatavissa investointitukea Lähes sama kannattavuus saavutettavissa sähkön- ja lämmön yhteistuotannossa, mikäli kaikki lämpö voidaan hyödyntää ja myydystä sähköstä saadaan v 2015 mukainen tariffihinta lämpöpreemiolla 13 Winquist ym. 2015 Luke raportti 36
14
Maatilamittakaavan biokaasulaitos Maaningalla Toiminnassa kesästä 2009 Suunnittelu ja rakentaminen Metener Oy Syöttö Lehmän lanta 3500 m 3 /v (10 %TS) Kasvi biomassaa 300 t/v (nurmirehua noin 8 ha alueelta) Muita syötteitä käytetään tutkimuskäyttöön Lietelannalla (10 m 3 /pv) biokaasulaitos tuottaa bruttoenergiaa n. 410-460 MWh/v ja nettoenergiaa (laitoksen omakulutus vähennetty) n. 200-220 MWh/v Jos lisäsyötteenä säilörehua 800 kg/pv nettoenergiaa 430 MWh/v Kuvat: Sari Luostarinen
Maatilamittakaavan biokaasulaitos Sotkamossa Korkean kiintoaineen reaktori Tulppavirtareaktori 72 m 3 Suunnittelu ja rakentaminan BioGTS ltd Toiminnassa kesästä 2015 Syöttö säilörehua 16 Muut materiaalit mahdollisia Jäännöksen separointi kuiva- ja märkäjakeeseen Tuotettu kaasu tutkimusyksikön rakennusten lämmitykseen Suunnitelmissa kaasunjalostusyksikkö kaasu liikennepolttoaine käyttöön Photo: Jari Lindeman
Lopuksi Biokaasuprosessia tulisi tarkastella kokonaisuutena eikä vaihtoehtoisesti energiantuotantolaitoksena, maatalouden investointina, jätteenkäsittelylaitoksena tai lannoitevalmisteen tuotantolaitoksena Biokaasun ympäristöhyödyt, kuten hajuhaittojen väheneminen ja lannan ravinnearvon paraneminen sekä ravinnekierron edistäminen tunnetaan ja tunnustetaan hyvin, mutta niitä ei käytännössä huomioida tukia myönnettäessä. Kokonaisvaltainen ajattelutapa edellyttäisi joustavuutta ja poikkisektoriaalista asiantuntemusta ja ajattelua myös hallinnossa. 17
Kiitos! saija.rasi@luke.fi 18 Photo: www.valtra.fi