Arvonen Pekka, Reunanen Rami, Tiilikkala Kari ja Töttölä Mertsi

Arvonen Pekka, Reunanen Rami, Tiilikkala Kari ja Töttölä Mertsi Humppila, 28.11.2014

1. JOHDANTO Työn tilaaja ProAgria Oulun HevosAgro II hanke on teettänyt ja koonnut mittavan tiedon hevostoimialan tämänhetkisestä tilanteesta Pohjois-Pohjanmaalla. Keskeisenä ongelmana koetaan lantahuollon kestävän ja lainsäädännön mukaisen toimintamallin puuttuminen. Toimialaa rasittaa myös monet muut asetukset, jotka aiheuttavat taloudellisia ja toiminnallisia haasteita. Nämä toimialan liiketoimintaa sekä harrastamista vaikeuttavat tekijät koskevat koko Suomen hevosalaa, joka on merkittävä ja kasvava osa elinkeinoelämää. Tutkimuksia ja selvityksiä on riittämiin. Tämän mallinnus tulee olemaan se askel, jolla voidaan osoittaa ne realistiset mahdolisuudet jotka ovat lainsäädännöllisesti ja teknisesti mahdollisia. Tämän suunnitelman ensisijainen tarkoitus on antaa vastauksia. Näiden mallisuunnitelmien on tarkoitus antaa tietoa alueiden jatkosuunnittelua varten. Kestävä kehitys, aluetalouden vahvistaminen sekä uusien ratkaisuiden käyttöönotto alueellisessa energian tuotannossa ovat keskeisä elementtejä näissä esityksissä. Tämä on asiantuntijoiden laatima malli, joka perustuu tutkittuu, kokeiltuu sekä pitkäaikaisen ammattitaidon tuomaan tietoon. 1.1 OULUUN JA TYRNÄVÄLLE HAJAUTETUN ENERGIATUOTANNON MALLI Tämän suunnitelman perustana on alueita yhdistävän hevostoimialan tuomat haasteet ja toisaalta myös poikkeukselliset mahdollisuudet. Hevosenlanta ja kuivike ovat kuivikkeesta riippumatta, erinomainen energian lähde. Puupohjaisten kuivikkeiden ravintotase on kiertoon palautettuna huono ja toisaalta energiapotentiaali on hyvä. Tästä johtuen hevostoimialan ongelmajäte on erinomainen energianlähde eikä ole ristiriidassa ravinteiden kierrätyksen kanssa. Hevostoimiala on kasvava ja kehittyvä toimiala. Siitä huolimatta, nykyisen keskitetyn jätteidenkäsittelyn ja energiatuotannon näkökulmasta toimialan tuottama jätemäärä on pieni ja hajautunut liian pieniin yksiköihin. Muutokset tuleviin asetuksiin tulee entisestään vähentämään suurien toimijoiden kiinnostusta ratkaisuiden löytämiseen. Tästä syystä on alueellisten toimijoiden, niin päättäjien kuin alan toimijoiden, otettava asia hoitaakseen. Vuosi 2003 tuotti hevosenlannalle jäte-statuksen ja sitä se on edelleen. Keväällä 2013 muutettu asetus antoi uuden mahdolisuuden lannan käsittelylle. Tuotekaasun valmistaminen ja hyödyntäminen sähkön ja lämmön tuottamiseen muuttui luvalliseksi. Tämä mahdollisuus soveltuu erittäin hyvin hevosenlannan käsittelyyn ja pitää näin hyödyntää tässä ajassa. Tässä suunnitelmassa esitetyt ratkaisut eivät ole ristiriidassa voimassa olevien asetuksien kanssa. 1

1.2. HAJAUTETUN ENERGIATUOTANNON ALUEELLISET JA KANSALLISET VAIKUTUKSET(Pekka Peura 2007, 12 13) Työllistävyys ja aluetalous Hajautetun energiatuotannon työllistävyysvaikutus on n. 6000 työpaikkaa, koko maassa (materiaalihankinta, kuljetukset, energiayrittäjyys). Hajautettu rakenne vaikuttaa työpaikkoina ja verotuloina lähialueeseen. Kustannustehokkuus sekä palveluiden lisääntyminen parantaa alueen yrittäjien taloutta. Paikallisesti tuotettu energia mahdollistaa kestävän asumisen ollen vetovoimatekijä alueelle. Hajautettu rakenne lisää maamme huoltovarmuutta ja lisää näin maaseutualueiden merkityksellisyyttä. Ympäristövaikutukset Kestävät lähialuekuljetukset tuovat kustannustehokkuutta ja vähentävät päästöjä. Konseptin kaikki ratkaisut perustuvat uusiutuvaan kotimaiseen materiaaliin ja niiden sivuvirtoihin. Vesistöihin valuvien päästöjen oleellinen vähentyminen Pyrolyysireaktorilla CO2-neutraalia energiantuotantoa. Hevostallien ja maatilojen kasvihuonepäästöjen vähentyminen esim. metaanipäästöt ovat lähellä nollaa 2. TYRNÄVÄN PALKIN KAAVA-ALUE 2.1 ENERGIAPOTENTIAALI Tyrnävän Palkin kaava-alueelle suunnitellaan n. 100 hevospaikkaa. Tämän hevosmäärän vuotuinen lantamäärä tulee olemaan 1200 m3/vuosi, jonka energiasisältö on, kuivikelannan tilavuudesta laskettuna n. 720 MWh. Laskenassa käytämme arvoa 700 MWh/vuosi.(n. 40 omakotitaloa/a) Tyrnävällä on huomattava peltokasvien pellettipotentiaali(toni Sankari, ym. 2013, 13-17). Mittavat rehuohran ja kauran olkivarannot ovat erinomainen pohja pellettilaitoksen sekä energialaitoksen toiminnalle. Peltopotentiaali on 4,0-4,6 MWh/ha, joka absoluuttisena kuiva-ainepotentiaalina on 60 700 MWh.(n. 3000 omakotitaloa/a) Pohjois-Pohjanmaa on merkittävää perunantuotantoaluetta ja Tyrnävä on osa perunatuotannon High Grade aluetta. Alueella on menestyksellisesti kehitetty menetelmiä perunatuotannon sivuvirtojen hyödyntämiseksi(ahokas Mikko,ym. 2012 mttraportti67). Tässä työssä on keskitytty elintarvikkeiden ja eläinrehujen valmistukseen sekä ravinteiden palauttamiseen kiertoon. Tämä työ jatkuu suunnitelmallisesti Perunajäte arvotuotteiksi -hankkeen saatua rahoituspäätöksen(sanna Taskila, Oulun Yliopisto ; Perunajäte arvotuetteiksi hanke, käynnistyy 1.1.2015). Tavoitteena on prosessoida mm. proteiinit, fenoliset yhdisteet, kuidut sekä tuottaa valkuaisrehua. Liikennepolttoaineen lisäaineen, etanolin valmistus on myös hyvä vaihtoehto perunalle. Energiapotentiaali perunalla on hyödynnettävissä metaanituotannossa, 2

ollen kuitenkin vain pieni osa mädätysprosessin jakeista. Edellä kuvatut arvotuotteet sekä metaanintuotto ovat perunan sivujakeille oikeita vaihtoehtoja. Vesipitoisen perunan kuivaaminen ja käyttäminen energiaksi ei tämän tarkastelun perusteella ole tässä yhteydessä kannattavaa. 2.2 KERÄILYLOGISTIIKKAA Palkin alueen lantajakeen keruu toimii kustannustehokkaasti tiiviiltä alueelta. Katetut lantalat ja vaihtolavat mahdollistavat mahdollisimman kuivan lannan keruun. Olkipotentiaali on poikkeuksellisen suuri ja sijaitsee 10 km säteellä suunnitellusta lämpölaitoksesta. Lämpölaitos sijaitsee optimaalisella paikalla, niin hevosenlannan kuin myös oljen suhteen. 2.3 YMPÄRISTÖYSTÄVÄLLISTÄ TEKNIIKKAA 2.3.1 Arinakattila Suunnitelmassa esitettävät laitokset ovat tekniikaltaa hyvin hallittavia. Korkea palotilan lämpö poistaa epäpuhtaudet. Arinakattilan toisiotilan lämpötila on n. 700 900 astetta, jolloin palokaasut ovat puhtaita ja siitä suodatetaan vain mahdolliset hiukkaspäästöt. Kaupallisella 40kW stokerikattilalla tehdyt kokeet osoittivat lannan polton päästöt verrattaviksi pienpuunpolttoon (Pellikka Tuula 2009,VTT:n tutkimusraportti VTT-R-01295-09). Palkin lämpölaitokselle on suunniteltu yhteiskattilaa. Kattilassa voidaan arinatekniikalla polttaa pellettiä tai haketta ja samaan palotilaan voidaan johtaa reaktorin tuottamaa tuotekaasua. 2.3.2 Pyrolyysireaktori Pyrolyysireaktorin lämpötila on 1000-1100 astetta. Korkea lämpötila poistaa haitalliset yhdisteet jolloin tuotetaan maakaasuun verrattavaa tuotekaasua. Palokaasu on hajutun ja mauton ja lähes päästötön. Palkin laitoksella ei ensisijaisesti tuoteta sähköä vaan keskitytään lämmöntuottoon. Osa tuotekaasusta voidaan johtaa laitoksen sisäiseen sähköntuottoon jos se katsotaan tarpeelliseksi. 2.3.3 Materiaali Käytettävät jakeet, olkipelletti, lantapelletti ja puuhake ovat tunnistettuja raaka-aineita, joiden käyttämiseen ei liity riskejä eikä haitallisia päästöjä. Laitokset käyttävät aina määrämuotoiseksi käsiteltyä ja kuivaa polttoainetta, jolloin tuotanohäiriöiltä vältytään. 2.3.4 Ympäristövaikutukset Laitokset rakennetaan siten, että kaikki toiminta on sisätiloissa. Näin saadaan ympärivuotisesti tasalaatuinen toimintaympäristö. Työskentelyolosuhteiden asettamat vaatimukset minimoivat hajun, melun ja ilman epäpuhtaudet. Työskentelystä syntyvä ääni ei kulkeudu tontin ulkopuolelle. Mahdollinen hajuhaitta hoidetaan alipaineistetulla tilalla, joka saadaan johtamalla tavaran vastaanoton ja kuivauksen sisäilma palotilankautta savupiippuun. Laitokset eivät tarvitse kokoluokkansa johdosta ympäristölupaa. Kunnan rakennusviranomaiset katsovat tarvittavat toimenpiteet sekä suorittavat omana työnään ympäristövaikutuksien arvion. Edellä kerrottun mukaan ei erillisiä suojavyöhykkyitä ole tarpeen suunnitella. Käytännön toimenpiteenä olisi hyvä istuttaa tai jättää laitoksen tonttia ympäröivälle alueelle havuvyöhyke. Havukasvuston tuoma ympärivuotinen suoja vähentäisi tuuleen mahdollisesti mukanaan kuljettaman äänen ja hajun etenemisen. 3

2.3.5 Ympäristösuojeluviranomaiselta lupa( Ympäristötarkastaja Vesa Malm) Hevosenlannan hyödyntäminen pyrolyysissä on YSL:n (527/2014) liitteen 1 taulukon 2 kohdan 13 f) mukaista jätteen ammatti- tai laitosmaista käsittelyä. Lupahakemus tulisi siis toimittaa kunnan ympäristönsuojeluviranomaiselle kun käsittelymäärä on alle 20 000 tonnia vuodessa. Suuremmilla määrillä AVI:lle. Niitä maa- ja metsätaloudessa syntyviä jätteitä, joille voitaisiin myöntää poikkeus luvanvaraisuudesta, olisivat esim. kannot, hakkuutähteet, risut, kuoret, hakkeet ja olki. Ja jätteenpolttoasetusta 151/2013 ei sovelleta kaasutus- tai pyrolyysilaitokseen, jos jätteen lämpökäsittelyssä syntyvä kaasu puhdistetaan niin, että se ei ole enää jätettä ennen sen polttamista eikä se voi aiheuttaa päästöjä, jotka ovat suurempia kuin maakaasun polttamisessa aiheutuvat päästöt. 2.4. MALLISUUNNITELMA PALKIN KAAVA-ALUEELLE 2.4.1 Aluelämpölaitos ja pelletöintilaitos. Tyrnävän Palkin alueen mahdollinen energiantuottovaihtoehto on aluelämpölaitos sekä siihen kytketty kaukolämpöverkko. Laitoksen tehoksi on laskettu 1,2 MWh. Laitoksen teho muodostuu kahdesta erillisestä kattilasta sekä pyrolyysireaktorista, jossa tapahtuu tuotekaasun valmistus. Hevosenlanta kuivataan, pelletöidään ja kaasutetaan. Kaasu johdetaan kattilaan, jossa se tuottaa lämpöä. Tyrnävän laitokseen ei ole tarpeen kytkeä sähköntuottoa. Laitos voi tarvittaessa tuottaa sähköä omaan käyttöön ja näin pienentää kulurakennetta mutta nykyisillä säädöksillä ei sähkötuottaminen ole liiketaloudellisesti järkevää. Pelletöinti- ja kuivauslaitteiston käyttöastetta voidaan nostaa tuottamalla olkipellettiä. Tyrnävän olkipotentiaali on mittava, joten laitoksen toinen sivujae on olki. Oljen ollessa puhdasta ja itiövapaata siitä pelletöidään olkipellettikuiviketta. Muu olkimassa pelletöidään ja käytetään lämpölaitoksessa. Hevosenlannan ja oljen hankintakustannukset tulevat olemaan edulliset. Normaalin hakelaitoksen materiaalihankinnat ovat n. 50% liikevaihdosta. Palkin lämpölaitoksen hankinta ja käsittelykulut ovat n. 20% liikevaihdosta. Tämä mahdollistaa edullisen kaukolämmön myymisen alueella. Lämmön myyntihintana on laskelmissa käytetty 60 /MW. Olkipelletti kuivikkeena on toimiva tuote, jonka markkina-arvo on 300 /tonni. Olkipellettiä ei saa kotimaisena tuotteena, joten kysyntää on. Suunnitelmien mukainen matriisipellettilaitos tuottaa 1000kg/h. Pelletöintityö voitaisiin keskittää keruujaksolle esim. 4 kk ajaksi. Päivätuotto 6h mukaan olsi 6000 kg. Jakson aikana pellettiä valmistettaisiin n. 500 000 kg. Olkipelletin markkina-arvo olisi n. 150 000 /a. 4

Lämmöntuoton markkina-arvo 0,5 MWh kattilalla: 0,500mwh x 60 /MW = 30 /h x 24h = 720 /vrk x n. 300vrk = 216 000 /a Olkipelletin markkina-arvo, jakso 4 kk: 500 000 kg x 300 /tonni 150 000 /a Jakeiden hankinta ja käsittelykustannukset n. 30% Muut työvoimakustannukset 20 % Rahoitus- ja muut kulut 15% Liiketoiminnan tulos - 110 000 /a - 75 000 /a - 55 000 /a + 126 000 /a Yhdistelmälaitoksen rakentamis- ja laitekustannukset ovat n. 450 650 000. Kun jätämme tarkastelusta pois kaukolämpöverkon rahoituskulut ja käytämme laitoksen laskennallisena hintana 500 000, niin takaisinmaksuaika n. 4-5 vuotta. Tässä yhtälössä on oletus että kaikki tuotettu lämpö myydään markkinahintaan. Se missä tahdissa Palkin alue täyttyy ja suunniteltu lisäalue kaavoitetaan on mahdoton arvioida. Palkin ja Hirvelän alueet yhdessä eivät tuo riittävää asiakaspotentiaalia lämpölaitokselle.aluelämpölaitos ei itsessään ole taloudellisesti kannattava ratkaisu. Palkin alueen 30 taloa x 20 MWh/a x 60 /MWh = 36 000 /a Palkki ja Hirvelä 100 taloa x 20 MWh/a x 60 /MWh = 120 000 /a 2.4.2 Palkin kaava-alueen kaukolämpöverkko Kaukolämpöverkko suunnitelma on erillisenä aluelämpölaitoksen suunnitelmasta. Tämän suunnitelman toteuttaminen ja hyödyntäminen jatkossa on irroitettuna käyttökelpoisempi. Suunnitelma pitää sisällään lämpöverkkokartan, verkoston mitoituksen, materiaaliluettelon sekä verkon rakentamisen työvoimakustannukset. Verkosto lähtee lämpölaitoksen sulkuventtiilistä päätyen tonttien rajoille tuotuihin talohaaroihin. Lämmön laskutukseen ja seurantaan tarvittavat mittauskeskukset kuluu lämpölaitos urakkaan. Maansiirtotyöt ja mahdollisten talokohtaisten kaivojen asennus ja hankinta ei sisälly suunnitelmaan. Verkosto on n. 8200 metrin kokonaisuus. 1400 kpl 6m putkia sekä asennus elementtejä n. 650 kpl. Liitteenä olevassa taulukossa on erittely elementeistä. Alustava kustannusarvio on 440 000. Pelletti- ja lämpölaitoksen sekä kaukolämpöverkon alustava kustannusarvio on 800 000 1 000 000. 5

2.4.3 Palkin alueen Maneesiyrittäjä konsepti Tämän suunnitelman lähtökohtana on hyödyntää Palkin alueen hevosenlantakuivike sähköksi ja lämmöksi.. Kohteena on tallikokonaisuus johon kuuluu ympärivuotisessa käytössä oleva lämmitettävä maneesi, talli sekä asuinkiinteistö. Maneesin ollessa 1800 m2 sen vuotuinen energiankulutus olisi n.100 MWh/a. Kulutus ei sisällä mahdollista ilman kuivausta vaan ilman vaihdon ja lämmityksen. Lämpötila talvikuukausina + 3 5. Kiinteistön muut kulut n. 25 MWh/a. Energian hinta sähkönä 15 000 /a. CHP-laitos 25KW sähköä ja 65KW lämpöä (APL/USA) veroton hinta 70 000. Laitteen tarvitsema tila on n. 10 m2 eli voidaan sijoittaa normaaliin tekniseen tilaan. Muihin kattila tai lämmitystekniikkoihin nähden ei tarvitse erityisratkaisuita. Sähkön jakelu omalla kiinteistöllä on ainut lisätoimi. Kokonaiskustannuksena investoinnille voidaan laskea 80 000. Pelletti tarve n. 40 000 kg/a, joka tehdään omasta raaka-aineesta. Kustannukset n. 4 000 /a. Vuotuinen säästö n. 10 000. Takaisinmaksuaika n. 8 vuotta. Tuotetun lämmön markkina-arvo n. 20 000 /a edellyttäen että viereiset kiinteistöt ostavat lämmön 60 /KW. Olettamalla että puolet lämmöstä saadaan myytyä 10 000 /a on takaisinmaksuaika 4 vuotta. 2.5 YHTEENVETO Alueen mahdollisuudet toteuttaa hajautetun energiatuotannon suunnitelmat ovat hyvät. Kotimaisen uusiutuvan energian ja sivujakeiden käyttö on tavoitteena erinomainen. Vaikutukset aluetalouteen ovat kiistattomat. Olemalla mukana luomassa uudenlaista tapaa toimia ja luomme myös markkina-arvoa omille toimintaympäristöille. Tässä suunnitelmassa esitetyt ratkaisut eivät ole ristiriidassa ravinteiden kierrätyksen, hiilijalanjäljen, vesijalanjäljen tai kasvuhuonekaasupäästöjen parantamisen kanssa. Tämä on osa tunnustettua kokonaisuutta ja näin ollen arvokas osa siitä. Laiteinvestointien hinta syntyy yhdistelmästä, jossa kuivataan ja pelletöidään jätejae jotta se voidaan asetuksien mukaisesti kaasuttaa(valtioneuvoston asetus jätteen polttamisesta 151/2013). Suunnittelun lähtökohtana on hyödyntää hevosenlantakuivike, jolloin syntyy prosessi jolla se voidaan toteuttaa. Palkin lämpölaitoksella voidaan nostaa kuivaus- ja pelletöinti-investoinnin käyttöastetta. Laitos pystyy hyödyntämään hukkalämmön kuivauksessa ja tarvittaessa tuottaa sähköä omaan käyttöön, jolloin toiminnan energiatase ja tulos paranee. Keskeinen tekijä, niin Virpiniemellä kuin Tyrnävällä on, löytyyky pelletöinti yrittäjä alueelta. Hevosenlantakuivike, suuri olkipotentiaali sekä kanalakuivikkeet antavat hyvän pohjan pellettien valmistamiseen. Liiketaloudellisesti kannattavaksi se saadaan yhdistämällä näiden sivujakeiden pelletöintipalvelu. Tämä puolestaan laskee pyrolyysireaktoreiden investointikustannukset oikean suuruiseksi, jolloin takaisinmaksuajat saadaan järkeviksi. 6

Tyrnävän Palkin alueelle sijoittuva lämpölaitos sellaisenaan ei ole liiketaloudellisesti kannattava investointi. Onko sen tuomat lisäarvot alueelle niin merkitykselliset että lämpölaitos tai yhdistelmälaitos katsotaan järkeväksi ratkaisuksi. Sivuvirtojen alueellinen hyödyntäminen ja energian tuottaminen paikallisesti on kestävän kehityksen kannalta se parhain ratkaisu. Tiedostamme myös kuntien tiukkenevat resurssit, joten voimme myös yhdessä miettiä ratkaisuita tuleville haasteille. Tämän suunnitelman laadinnan aikana syntynyt ulkopuolinen laskenta- ja kuvamateriaali on Tyrnävän kunnan käytettävissä. LÄHTEET Pellikka Tuula VTT:n tutkimusraportti VTT-R-01295-09 Peura Pekka Vaasan Yliopisto, Liiketoimintaa hajautetusta energiasta Säikkö Riikka-Liisa Lappeenrannan teknillinen yliopisto HEVOSENLANNAN NYKYKÄYTTÖ JA HYÖDYNTÄMISMAHDOLLISUUDET ENERGIANTUOTANNOSSA SUOMESSA Ahokas Mikko, Välimaa Anna-Liisa, Kankaala Anu, Lötjönen Timo ja Virtanen Elina MTT Raportti 67 Perunan ja vihannesten sivuvirtojen arvokomponenttien hyötykäyttö Toni Sankari, Katja Tuukkanen, Ritva Imppola, Raili Hokajärvi, Mikko Aalto OAMK ; Pohjois-Pohjanmaan maakunnan pelletöintipotentiaalin arviointitutkimus Sanna Taskila Oulun Yliopisto ; Perunajäte arvotuetteiksi hanke, käynnistyy 1.1.2015 LIITTEET 1. Tyrnävän lämpölaitoksen pohjakuva 2. Palkin kaukolämpöverkko 3. Kaukolämpöverkon materiaaliluettelo 7