Biokaasulaitosten käsittelyjäännöksen hyötykäyttö Vanhempi tutkija Elina Virkkunen, MTT Sotkamo Liminka 19.11.201 18.11.201
Biokaasuprosessi Perustana hapeton mikrobiologinen prosessi CO 2 Energiakasvit Maatalous lanta kasvimassa Biohajoava jäte teollisuus yhdyskunnat Biokaasu prosessi Pelto Biokaasu CH, CO 2 Jäännös Ravinteet Org.aines Lämpö Lämpö & sähkö Alueverkko Maakaasuverkko Liikennepolttoaine Kuva Sari Luostarinen Muut käyttömahdollisuudet 2
Suomen biokaasu tuotetaan (v. 2013) Kaatopaikoilla ( 61 %) Yhteismädätyslaitoksilla ( 18 %) Jätevedenpuhdistamoilla ( 20 %) Maatiloilla (alle 1 %) Yhteensä 555,7 GWh vain 0,5 % uusiutuvan energian tuotannosta Markus Moilanen, Suomussalmi 0 kwh CHP Kuva: MTT/Elina Virkkunen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 3
Kuva: MTT/Pekka Heikkinen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201
Sanastoa Kompostointi Hapellinen mikrobiprosessi Mädätys eli biokaasuprosessi Hapeton biokaasuprosessi, jossa mikrobit hajottavat orgaanista ainesta. Tuloksena biokaasu ja mädäte (käsittelyjäännös, käymisjäännös). Hygienisointi Taudinaiheuttajien tuhoaminen tai vähentäminen esim. kuumentamalla tai biologisella tai kemiallisella käsittelyllä Stabilointi Mikrobiologisen hajotustoiminnan keskeyttäminen tai lopettaminen (esim. mädätteen jälkikompostointi) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 5
Maatilan jätteet helppoja Biokaasuprosessissa Typen käyttökelpoisuus paranee (ammonium-n) Mahdolliset taudinaiheuttajat ja rikkaruohonsiemenet vähenevät, samoin haju Jäännöstä voi käyttää syötäville kasveille ja luomuun Kuva: V. Pyykkönen MTT Maaninka, 20 kw CHP + 80 kw lämpökattila Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 6
Raakalanta vs. biokaasulaitoksen käsittelyjäännös lannoitteena (Hyrkäs, M. ym. 201) Koe MTT Maaningalla 2009-2012 Tutkittavana raakalanta, biokaasulaitoksen käsittelyjäännös sekä siitä separoidut kuiva- ja nestejakeet Liukoisen typen lannoitusvaikutus ohralla oli keskimäärin korkeampi kuin raakalannan Tässä tutkimuksessa käsittelyjäännöksen edut tulivat selvemmin esiin ohran- kuin nurmenviljelyssä Nurmi on tehokas ravinteiden ottaja fosforitase negatiivinen kaikilla orgaanisilla lannoitteilla Lannoitteiden sijoittaminen esti P rikastumista pintamaahan Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 7
(Hyrkäs ym. 201) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 8
Puhdistamoliete Jätevesipuhdistamoiden jätevesilietettä Muodostuu 150 000 kuiva-ainetonnia / v Käsitellään aina ennen maatalouskäyttöä Kompostointi tai mädätys Kalkkistabilointi tai happo-vetyperoksidikäsittely Kuumennus eli terminen kuivaus Eviran hyväksymiä toimijoita noin 100 (5 maatilaa) Kuva Tiina Tontti Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 9
Riihimäen tila, Halsua Sianlanta + puhdistamoliete + rasva Lämpötila 55 ºC 250 m 3 reaktori ja 550 m 3 jälkikaasuallas Sähkö, lämpö (30 kw:n CHP) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 10
Lannoitevalmisteet Epäorgaaninen lannoite Kemiallisesti valmistettu väkilannoite Orgaaninen lannoite Peräisin eläimistä, kasveista tai mikrobeista Tyyppinimi Kuvaa lannoitevalmisteen ominaisuuksia, valmistusmenetelmää ja käyttöä Mainittava tuoteselosteessa Evira pitää luetteloa yllä Tuoteselosteessa ilmoitetaan pääravinteet (kokonaispit. ja liukoinen), haitalliset alkuaineet ja hygieniaindikaattorit Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 11
Tyyppinimiä ryhmittäin Orgaaniset maanparannusaineet Lantaseos, tuorekomposti, maanparannuskomposti, kuivarae Nestemäisinä orgaanisina lannoitteena sellaisenaan käytettävät sivutuotteet Rejektivesi (rajoitus puhdistamolietteen osuudelle) Sellaisenaan maanparannusaineiksi soveltuvat sivutuotteet Mädätysjäännös Kalkkistabiloitu puhdistamoliete Kemiallisesti hapetettu puhdistamoliete VOIDAAN JALOSTAA ORGAANISIKSI MAANPARANNUSAINEIKSI 18.11.201 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 12
BioKymppi Oy, Kitee Kuvat: MTT/Pekka Heikkinen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 13
Puhdistamolietepohjaisten tuotteiden ravinteet Raaka-aineet ja prosessit aiheuttavat vaihtelua Jätteenkäsittelylaitoksen tulisi suunnitella tuotteen koostumus kasvien tarpeen ja viljelijöiden kysynnän mukaan Fosfori P Saostetaan puhdistusprosessissa alumiiniin tai rautaan Kokonaisfosforista 0 % käyttökelpoista (nousemassa) Enintään 5 vuoden tasaus Typpi N Kokonaistyppi Epäorgaaninen (ammonium, nitraatti) Orgaaninen typpi hajoaa ja myös haihtuu Kalium K, suuri osa liukoista Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 1
Esimerkkejä ravinnepitoisuuksista (Hyrkäs ym. 201, lannoitevalmisteiden tuoteselosteet) N kok. kg/tn N liuk. kg/tn P kok. kg/tn P liuk. kg/tn K kok. kg/tn Kuivaaine % Lietelanta, 3,0 1,7 0,5 (85 %) 3,0 7,2 maatila Käsittelyjäännös 2,8 1,7 0,6 (85 %) 3,7,7 maatila Rejektivesi 5,2 1,5 0, 0,1 0,9 1,6 Mädätysjäännös 6,0 3,6 2,3 0,2 1,2 6,9 Mädätysjäännös 11,3 1, 8,3 0,1 0,3 29,5 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 15
Raaka-aineet ja fosforijakeet (Salo ym. 2012) Eläinlanta lannoitevalmisteissa Käyttökelpoinen Helposti vapautuva Kasveille käyttökelpoista fosforia Yhdyskuntajäte lannoitevalmisteissa Hitaasti vapautuva Käyttökelvoton Alhainen fosforin käyttökelpoisuus 100 90 80 70 60 % 50 0 30 20 10 0 Vesi NaHCO3 NaOH HCl Min Outlier Akselin otsikko Max Outlier Helposti vapautuva Hitaasti vapautuva 100 90 80 70 60 % 50 0 30 20 10 0 Vesi NaHCO3 NaOH HCl Min Outlier Helposti vapautuva Max Outlier Hitaasti vapautuva Käyttökelpoinen Käyttökelvoton Käyttökelpoinen Käyttökelvoton Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 16
Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 17 Bioson, Juva Kuvat MTT/Elina Virkkunen
Lannoitusvaikutuksia: kompostoitu ja termisesti kuivattu puhdistamoliete (Tontti ym. 2012) Kevätviljan lannoituksessa orgaanisella lannoitevalmisteella on mahdollista korvata 20 0 kg/ha mineraalityppeä (riippuu paljon tuotteesta ja kasvuolosuhteista) Yhdyskuntajätepohjaisen kompostin lannoitusvaikutus on usein heikompi kuin kuivarakeen Kompostin hajoamisaste on korkea, kun taas terminen rakeistus-prosessi voi haihduttaa suuren osan materiaalin sisältämästä ammoniumtypestä Raetuote on hyvä fosforilannoite Kuvat: MTT/Tiina Tontti Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 18
Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 19 Vehnän lannoituskoe (Tontti ym. 2012) Kom = kompostoitu puhdistamoliete Rae = termisesti rakeistettu puhdistamoliete LiN = liukoinen typpi
Puhdistamolietettä koskeva lainsäädäntö Lannoitevalmistelaki (239/2006) ja asetukset (2/11, 12/12, 7/13) Tyyppinimet Maatalouskäyttöön vain käsiteltyä lietettä Lietteen käyttömäärien enimmäiskuormitukset maalle, tarvittaessa maanäytteet Suurimmat sallitut pitoisuudet haitallisille metalleille, taudinaiheuttajamäärille ja epäpuhtauksille Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 20
Viljelijätukia koskevat ehdot Täydentävät ehdot puhdistamolietteen käytölle -viljelyyn liittyvät hyvän maatalouden ja ympäristön vaatimukset sekä lakisääteiset hoitovaatimukset -useimpien viljelijätukien ehtona Nitraattiasetus (levitysaika ja enimmäismäärä) Ympäristötuen ehdot Huomioitava esimerkiksi: Syötäviä kasveja ei saa kasvattaa 5 vuoteen Ei saa käyttää luomuviljelyssä Nurmelle vain perustamisvaiheessa Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 21
Haitalliset metallit puhdistamolietteessä Pitoisuudet laskeneet huomattavasti 70-luvulta Suomessa vähäisempi kuin monissa Euroopan maissa Enimmäispitoisuudet määritelty lannoitevalmisteasetuksessa Osa metalleista (kupari, sinkki) on myös hivenlannoitteita Kriittisiä elohopea, kadmium, lyijy MTT:n tutkimuksissa puhdistamolietteellä lannoitetun ja lannoittamattoman maan välillä metallipitoisuuksissa ei ollut eroja (Tontti 2012) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 22
Taudinaiheuttajat ja epäpuhtaudet Hygieeninen laatu määritetään Eschericia coli bakteerien ja salmonellan määrien perusteella E.coli bakteereita <1000 pesäkettä muodostavaa yksikköä (pmy)/g Salmonellaa ei saa olla lainkaan Epäpuhtaudet Roskia (lasi, muovi, metalli ym.) enintään 0,5 % tuorepainosta Itäviä rikkaruohonsiemeniä enintään 5 kpl / litra Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 23
Tutkimustuloksia hygienisesta laadusta (Tontti ym. 201) Pelkkä kuivaus ei hygienisoinut valmistetta riittävästi Hyvälaatuisilla tuotteilla pellon hygieeninen laatu säilyi hyvänä 1) termofiilisessa seosprosessissa mädätetty ja kuivattu p.liete, 2) mädätetty ja turpeen kanssa tunnelikompostoitu p.liete, 3) mädätetty ja termisesti pelletöity ureatäydennetty p.liete, ) mädätetty ja kuivattu puhdistamoliete 2010 2011 Lietetuotteet E. coli Enterokokit Salmonella E. coli Enterokokit Salmonella log 10 log 10 log 10 log 10 pmy/g pmy/g pmy/g pmy/g kpl/25 g pmy/g pmy/g pmy/g pmy/g kpl/25 g Kuivattu seos 18 1,26 32 2,53 negat. Kompostoitu 167 2,22 a.m. a.m. negat. 81 1,91 9 0,95 negat. Rakeistettu a.m. a.m. a.m. a.m. negat. a.m. a.m. a.m. a.m. negat. Kuivattu 870000 5,9 8063 2,91 negat. a.m. = alle määritysrajan (v. 2010: 10 pmy/g, v. 2011: 5 pmy/g) Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 2
VamBio Oy, Vampula Kuva: MTT/Elina Virkkunen Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 25
Orgaaniset haitta-aineet (Marttinen ym. 201, Anon. 2013) Suuri joukko erilaisia yhdisteitä, joita käytetään teollisuus- ja kuluttajakemikaaleina Bromatut palonestoaineet muoveissa ja tekstiileissä Vettä hylkivät fluoratut yhdisteet Elektroniikkateollisuuden PCB-yhdisteet Lääkeaineet Puhdistus- ja pesuaineet Dioksiinit Suomen tai EU:n lainsäädännössä ei ole raja-arvoja Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 26
Orgaaniset haitta-aineet (Marttinen ym. 201) Suurimmalla osalla haitta-aineista lannoitteen mukana tuleva määrä ja ilmalaskeuma olivat samaa suuruusluokkaa (10 yhdisteryhmää ja 25 lääkeainetta) Poikkeuksena palonestoaine PBDE, jota oli mädätteessä huomattavasti enemmän kuin laskeumassa Osa yhdisteistä hajoaa tai ei kerry merkittävästi kasveihin Lisätutkimusta tarvitaan muutamien kemikaalien ja lääkeaineiden riskin arvioimiseksi Lääkeaineiden pitoisuuksista koholla ibuprofeeni, metoprololi, sulfadiatsiini, antibiootit flubendatsoli ja siprafloksasiini Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 27
Kirjallisuutta Anon. 2013. Puhdistamolietteen käyttö maataloudessa. Toim. Sari Peltonen, ProAgria Keskusten Liitto 2013. Huttunen, M. J. ja Kuittinen, V. 201. Suomen biokaasulaitosrekisteri n:o 17. Publications of the University of Eastern Finland. 53 s. Hyrkäs, M., Virkajärvi, P., Räty, M., Luostarinen, S. & Pyykkönen, V. 201. Biokaasulaitoksen käsittelyjäännös nurmen ja ohran lannoitteena. Maataloustieteen Päivät 201. Marttinen, S., Suominen, K., Lehto, M., Jalava, T. & Tampio, E. 201. Haitallisten orgaanisten yhdisteiden ja lääkeaineiden esiintyminen biokaasulaitosten käsittelyjäännöksissä sekä niiden elintarvikeketjuun aiheuttaman vaaran arviointi. MTT Raportti 135. 87 s. Salo, T., Kapuinen, P. & Tontti, T. 2012. Testimenetelmät uusien orgaanisten lannoitevalmisteiden lannoitusvaikutuksen määrittämiseen. Maataloustieteen Päivät 2012. Tontti, T., Kangas, A. & Högnäsbacka, M. 2012. Yhdyskuntajäteperäiset orgaaniset lannoitevalmisteet ravinnelähteenä tuloksia syys- ja kevätviljan peltokokeilta. Maataloustieteen Päivät 2012. Tontti, T., Heinonen-Tanski, H. & Martikainen, K. 2012. Puhdistamolietepohjaiset lannoitevalmisteet kevätviljapellolla hygieniaindikaattorien tuloksia. Maataloustieteen Päivät 2012. Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 28
Biokaasututkimus MTT Sotkamossa 18.11.201
MTT Sotkamo: päätoimialueet 201 Biokaasu- ja lantatutkimus Marjojen ja vihannesten viljelytutkimus Rehukasvien viljelytutkimus Tiedonsiirto alueen maaseutuyrittäjille Liikevaihto vajaa 1 000 000, ympärivuotisia työtekijöitä 15. MTT + Metla + RKTL + Tike = Luke eli Luonnonvarakeskus alkaen 1.1.2015 www.luonnonvarakeskus.fi Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 30
ÄPYLI syntyi vuonna 2008 Tilavuus m 3 Syöte kuivaa Naudanlanta Kalanperkuujäte Hevosenlanta Biojäte Nurmibiomassa Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 31
Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 32 Koetuloksia MTT Sotkamon m 3 :n reaktorilla (muut jatkuvatoimisia paitsi säilörehukoe ) SYÖTE m 3 CH /t FM m 3 CH /t VS NAUDAN KUIVALANTA, TURVEKUIVIKE 22 ±,8 123 ± 22 NAUDAN KUIVALANTA + KALANPERKUUJÄTE 10 % tuoremassasta NAUDAN KUIVALANTA + KALANPERKUUJÄTE 25 % tuoremassasta 57±,7 29 ± 17 8 ± 39 29 ± 128 HEVOSEN KUIVALANTA, PUUPELLETTIKUIVIKE 19,6 ±,2 70,5 ± 8,22 VUOHENHERNESÄILÖREHU (PANOSKOE) 78 m 3 metaania ~ 1 litra polttoöljyä
VuoGas toimintaympäristö Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 33
VuoGas biokaasureaktori Laitetoimittajana BioGTS Oy Maatilakokoluokan biokaasureaktori (72 m 3 ) käynnistyy loppusyksystä 201 Syötteenä säilörehu ja muita kiinteitä syötteitä Kuivamädätysprosessi, tulppavirtausperiaate, 30 vrk viipymä Reaktori on sijoitettu siirrettävään konttiin Biokaasulla korvataan 26 000 litraa polttoöljyä, kaksoispoltin Käytetään rakennusten lämmittämiseen ja tulevaisuudessa auton ja traktorin polttoaineeksi Jäännös käytetään lannoitteeksi nurmelle Hiilen ja ravinteiden kierto Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 3
Kuvat: MTT/Pekka Heikkinen Ympärivuotinen saatavuus säilörehun muodossa Säilörehun plussia Viljelyvarma Viljelytekniikka osataan Säilöntä osataan Konekanta olemassa Kuvat: P. Heikkinen, A.Seppälä Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 35
Tällä hetkellä HVP-peltojen (20 000 ha) energiasaanto on 1,5 TWh, mutta viljelyä tehostamalla energiasaanto voidaan tuplata. Maatalouspohjaisen bioenergian (peltokasvit, maatalouden sivuvirrat ja lanta) käytön tavoite on yhteensä -5 TWh. Tulevaisuuden nurmibiojalostamo tuottaa energian lisäksi arvokomponentteja
Mitä VuoGas-ympäristössä voi tehdä? Mittalaitteiden kehitystä Palvelukonseptien kehitystä Ympäristömittauksia Prosessilaitekehitystä ja koeajoja Kaasunjalostusta: ajoneuvopolttoaineet, kaasun puhdistus Biokaasun tuotanto Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT / VuoGas PasiLaajala Lannoitetutkimusta Jätetutkimusta Syötteiden ja biotekniikan tutkimusta
Tutkimusten rahoitus Biokaasu ja peltoenergia Kainuussa (Euroopan maaseuturahasto, Kainuun ELY-keskus) Biojäte ja hepolanta (EAKR, Kainuun ELY-keskus) Hoidettu viljelemätön pelto biokaasuksi (MMM, Makera) HorseManure (YM, RAKIohjelma) VuoGas-toimintaympäristö (EAKR, Kainuun liitto) Lisätietoja: -Maataloustieteen päivät 8.-9.1.201, posterit: Hevosenlanta tuottaa biokaasua Hevosenlannan tuubikompostointi Hevosenlannan hyötykäyttö Kainuussa -MTT Raportti 113 Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus 18.11.201 38
Teija Paavola KIITOS David Fullford 39