E-P Järviseudun Järvisedimenttienergiahanke Seinäjoen ammattikorkeakoulu Maa- ja metsätalouden yksikkö Anna Saarela Alajärvi 12.6.2012
E-P Järviseudun Järvisedimenttienergiahanke Hankkeen toteuttaja SeAMK, Maa- ja metsätalouden yksikkö Taustaa Paikallinen energiantuotanto, lähienergia Vesistöjen kunnostus Rahoitus SeAMK, Etelä-Pohjanmaan liitto, hankealueen kunnat
Hankkeen taustaa Uusiutuvilla energianlähteillä on tärkeä rooli ilmastonmuutoksen hillitsemisessä sekä paikallisen energiantuotannon turvaamisessa Biopolttoaineita: puu, turve, peltobiomassat, uudet innovaatiot? Useat Järviseudun järvet ovat rehevöityneitä Alajärvi luokiteltu ekologisesti huonoon tilaan EU:ssa tavoitteena saavuttaa vesien hyvä ekologinen tila vuoteen 2015 mennessä
Suomen pintavesien ekologinen tila Useat Järviseudun järvet ovat rehevöityneitä Paksu orgaanisen aineksen muodostama pohjaliejukerros eli sedimentti Leväkukinnot, umpeenkasvu, talvinen hapenpuute Ekologinen ja virkistyskäytön haitta
Hankkeen tavoitteet: Esiselvityksen tavoitteena oli kartoittaa järvilietteen mahdollisuuksia paikallisessa energiantuotannossa: i) Ovatko pohjasedimentit eloperäistä polttoon soveltuvaa materiaalia vai kivennäismaata ii) Sedimentin raskasmetallipitoisuudet selvitetään ympäristöhaittojen varalta iii) Toiminnan vesistövaikutukset järven virkistyskäytön kannalta iv) Järvisedimentin tuotantoteknologia v) Toiminnan lupamenettely
Sedimentin koostumus (i) Onko materiaali eloperäistä vai kivennäismaata? Kesäkuussa 2011 tehtiin sedimenttinäytteenottoa Alajärvestä (n=5) ja Ähtärin Hankavedestä (n=1) Näytteiden pintakerros (6 cm) analysoitiin Orgaanista ainesta näytteissä oli 5-35 % Lisäksi määritettiin sedimentin ravinnepitoisuudet sekä mahdolliset haitta-aineet
Sedimentin näytteenotto Alajärvellä kesäkuussa 2011 Harri Hutri Etelä-Pohjanmaan vesitutkijoista ottamassa sedimenttinäytettä Sedimentin orgaanisen aineksen määrä vaihteli Alajärven eri osissa
Sedimentin kemiallinen analyysi ja haitta-ainepitoisuudet (ii) Raskasmetallipitoisuuden haittojen määrittämisessä käytettiin kahta laatukriteeriä Taso 1: sedimentti haitaton, läjittämiskelpoinen mereen (YM 2004) PIMA-arvo kuvaa haitallisten aineiden rajaarvopitoisuuksia maaperässä (YM 2007) Suurin osa raskasmetalleista oli kynnysarvojen alapuolella Kadmium (Cd), Arseeni (As)
Sedimenttien raskasmetallipitoisuudet Hankavesi Alajärvi Taso 1 PIMA mg/ kg k.a mg/ kg k.a mg/kg k.a mg/kg k.a Elohopea (Hg) 0,07 0,07 0,1 0,5 Kadmium (Cd) 0,8 0,9 0,5 1 Arseeni (As) 6,4 34 15 5 Lyijy (Pb) 29 24 40 60
Sedimenttien raskasmetallipitoisuudet Alajärvi kuuluu ns. arseeniprovinssiin, jossa maaperän arseenipitoisuudet luonnostaan korkeampia Vesieliöstölle arseeni on erittäin myrkyllistä, joka tulisi huomioida ruoppaushankkeita suunniteltaessa Kuva: GTK
Vaikutus veden laatuun (iii) Remun Big Float kalustonäytös 24.8 Ähtärin Hankavedellä Näytöspaikan veden näkösyvyys mitattiin päivää ennen, samana päivänä ja edelleen kahden päivän välein, kunnes näkösyvyys palautui ennalleen 4 mittauspistettä n. 20 m välein Vesinäyte otettiin viisi (5) päivää näytöksen jälkeen Sameus ja kiintoainepitoisuudet olivat humusvedelle normaalilla tasolla
Veden näkösyvyyden seuranta
Sedimentin tuotantoteknologia (iv) Kelluva kaivinkone Sedimentin vesipitoisuus noin 80% Suuri kuiva-ainesaanto Ei erottele org. ja kivennäismaata Imuruoppaaja Sedimentin vesipitoisuus yli 100 % Pieni kuiva-ainesaanto Ei isoja kivennäismaapartikkeleita Kuva: Remu Oy Kuva: Finnruoppaus Oy
Sedimentin käyttömahdollisuuksista (v) Polttoaineen ominaisuuksia määritettäessä on tärkeää selvittää materiaalin alkuainekoostumus, lämpöarvo (MJ/kg) sekä tuhkan sulamiskäyttäytyminen Kiinteiden biopolttoaineiden, turpeen ja kivihiilen todellinen lämpöarvo riippuu niiden kosteuspitoisuudesta Polttoaineen kosteuden huomioiva lämpöarvo ilmoitetaan tehollisena lämpöarvona saapumistilassa
Polttoaineiden ominaisuuksia Polttoaine Kalorimetrinen lämpöarvo Tehollinen lämpöarvo Teh. lämpöarvo saap. kosteudessa Polttokosteus Kuiva-aineen tuhkapitoisuus (MJ/kg) (MJ/kgk.a) (MJ/kgk.a) % % Sedimentti 14,2 13,4 7,06 40 41 Hake 21,2-21,4 18,5-20,0 6-12 30-60 2 Polttoturve 22,1-22,5 20,9-21,3 9,7-11,9 39-49 5 Ruokohelpi 18,4-18,7 17,1-17,5 13,2-14,2 15-20 6-8 Kivihiili 28,8 27,9 24,8 10 9-14
Sedimentin käyttömahdollisuuksista Muita biopolttoaineita alhaisempi lämpöarvo Seospoltto esim. turpeen kanssa Sedimentti kuivui 14 päivän aikana 2 % (85,6-83,7 %) Suuri pieniläpimittaisen kivennäismaan (saven) osuus Sedimentissä runsaasti tuhkaa, n. 40 % (vrt. kuoreton hake jopa <0,5 %) Erityisvaatimuksia polttokattilalle Tuhkan sulamiskäyttäytyminen ei tiedossa Tuhkan loppusijoitus?
Sedimentin käyttömahdollisuuksista Biokaasun tuottoon Sedimentissä syntyy luonnostaan metaania anaerobisissa olosuhteissa Suuri kosteuspitoisuus ei haittaa kuten materiaalin suorassa poltossa Mineraalimaan suuri osuus hidastaa prosessia kaasuttaminen on kannattavaa, kun orgaanista materiaalia on vähintään 60-70 % (tutkitussa sedimentissä enimmillään 35 %)
Sedimentin käyttömahdollisuuksista Maanparannusaineeksi Typpi- (N) ja fosfori- (P) pitoisuudet alhaisia Lisää maan humuspitoisuutta Ei tautiriskiä, ei rikkaruohon siementä ph hieman hapan 5,9
Sedimentin käyttömahdollisuuksista
Viljelykoe Itävyys (%) Sedimentti Puutarhamulta Kylvömulta 7 pv 62 63 31 10 pv 79 75 46 14 pv 79 84 63 Tuorepaino (g) 5,27 14,8 8,4 Kuivapaino (g) 0,57 1,23 0,69 Verson pituus (cm) 13,4 17,04 11,1 Sedimentissä, puutarhamullassa ja taimimullassa kasvaneet ohran (Hordeum vulgare) oraat 7 päivää kylvöstä
Pohdintaa Biolietteiden ongelmia ovat yleensä korkea kosteus- ja tuhkapitoisuus, sedimentillä lisäksi kivennäisainepitoisuus Mekaanista kuivaamista separoimalla haittaa kivennäismaa Polttoon soveltuva kattilatyyppi, esim. leijupetikattila Seospolttoon, tukipolttoaine välttämätön Tuhkan loppusijoitus tai mahdollinen jalostuskäyttö esim. sementin raaka-aineeksi Hyödyntäminen järvien kunnostuksen yhteydessä, jolloin jätemateriaalista raaka-aineeksi Sedimenttiin varastoituneen lämmön hyödyntäminen kuten maalämmön talteenotossa
Kiitos mielenkiinnosta! Seinäjoen Ammattikorkeakoulu Maa- ja metsätalouden yksikkö Anna Saarela, tutkija anna.saarela@seamk.fi