Biohiilen käyttö ja mahdollisuudet Suomessa Marleena Hagner Helsingin yliopisto Ympäristötieteiden laitos Biolaitosyhdistyksen teemaseminaari Vaasa 2.11.2016
Sisältö Mistä? Millaista? Laatuun vaikuttavat tekijät Nykytilanne Mahdollisuudet Kompostointi Viherrakentaminen Puutarha/Maatalous Filtteritekniikka Peer-reviewed publications with biochar Web of Science 2.11.2015 Tässä esityksessä: biohiili tarkoittaa maanparannushiiltä, ei energiahiiltä 2.11.2016 M. Hagner 2
Mistä? Raaka-aineeksi soveltuu hyvin maatalous-, metsä- ja elintarviketalouden sivuvirrat tai yhdyskuntajäte. Maatalous-, metsä- ja elintarviketalouden sivuvirrat (Eviran tyyppihyväksyntä: kasviperäinen kasvualustahiili) Yhdyskuntajäte, lanta ym. --- > jätteenpolttoasetus (151/2013) Sivutuoteasetus 1069/2009, 38 artikla Kuvat: Kari Tiilikkala/Luke 1.11.2016 M. Hagner 3
Laatu Oljesta Tallin kuivikkeesta >120 C lämpöhajoaminen, kemiallisesti sitoutunut vesi alkaa poistua. Hemiselluloosa 200-260 C Selluloosa 240-350 C Lingiini 280-500 C Myös epäorgaanisten yhdisteiden määrä (tuhka) vaikuttaa fysikaaliseen rakenteeseen Kuvat: Kari Tiilikkala/Luke 1.11.2016 M. Hagner 4
Ajurit Hiilen sidonta: Arvioiden mukaan biohiilen käytöllä saatettaisiin vähentää jopa 12 % koko ihmiskunnan kasvihuonekaasupäästöistä Maanparannus: veden ja ravinteiden pidätys ja multavuuden (SOM) lisäys Ravinteiden kierrätys (tuotantoketjussa, maassa) Huuhtoumien esto, ravinteet ja kemikaalit Maan biologisen eliöstön aktiivisuuden ja määrän lisäys Kasvien kasvu ja terveys (taudit ja tuholaiset), juuriston kasvu ja sadon varmistus 1.11.2016 M. Hagner 5
Raaka-ainetta tuotantoon on saatavilla Pelkästään maatalouden on arvioitu tuottavan 1500 milj. t toistaiseksi hyödyntämätöntä biomassaa Tämän lisäksi pellolle voitaisiin levittää esimerkiksi puuhake- ja yhdyskuntajäteperäistä biohiiltä Biohiilen käyttö maataloudessa ei toistaiseksi kuulu kansainvälisen päästökaupan piiriin tulevaisuudessa menetelmä saattaa hyvinkin saada hyväksynnän, jolloin se voisi tarjota lisätulolähteen maanviljelijöille 1.11.2016 M. Hagner 6
Suomessa käyttö vielä vähäistä Biolan Oy (hiili tulee Viron tehtaalta) Charcoal Finland Oy http://ecokoivu.suomalainenverkkokauppa.fi/tuote/118/ecokoivubiohiili-20-l RPK Hiili Oy http://www.rpkhiili.fi/biohiili BioCore Oy Jatkuvatoiminen biohiililaitos aloittaa 2017 Pajupojat Oy aloittaa biohiilituotannon 2017 Tekniikat kehittyvät Paljon tutkimushankkeita käynnissä 1.11.2016 M. Hagner 7
Käyttökohteet/Mahdollisuudet Ravinteiden kierrätys ja hiilen pysyvä sidonta maahan ovat pyrolyysitekniikan suurimpia ajureita 1. Kompostointi (mm. Bioarvolanta- hanke Kalajoella, BEVI Levillä) 2. Viherrakentaminen (mm. Voimametsät hanke Levillä, Viherkattojen toiminta Ekosyteemipalveluja kaupunkeihin) 3. Puutarhat (Maatalous) (mm. Pyrolysis and Biochar in Egypt business ja osaamistarve maailmalla (Luke ICI hanke)) 4. Filtteritekniikat 1.11.2016 M. Hagner 8
1. Kompostointi Kompostointi yksi nopeimmin laajenevista biohiilen käyttökohteista Euroopassa Biohiili kiihdyttää kompostin mikrobitoimintaa Nopeuttaa lämpenemistä Estää KHK-kaasujen karkaamista ilmaan Pidättää ravinteita (N) Kosteuden säätely (vähentää keinokastelua) Ilmavuus 1.11.2016 M. Hagner 9
BIOARVOLANTA (Luke, Kalajoen kunta) Biohiili päästöjen vähentäjänä ja lannan arvon kohottajana turkistarhoilla Tavoite: hyödyntää turkiseläinlantaa biohiilen rikastuttajana ja valmistaa siitä orgaanista lannoitteita Turkiseläinlanta on tällä hetkellä ongelmajätettä, josta joudutaan maksamaan jätemaksu Kasvualusta muodostaa pysyvän hiilinielun kasvupaikalle Kasvualusta soveltuu niin nurmikkoalustaksi (esim. Golf-kentät), parveke-, katto - ym. viljelyyn 1.11.2016 M. Hagner 10
Biohiilen käyttö kompostoinnissa ja ravinteiden kierrätyksessä Levillä (BEVI, Luke) Biohiilestä saatavat edut jätevesilaitoksen lietekompostoinnissa ja ravinteiden kierrätyksessä Onko hiileen sidotut ravinteet kasveille käyttökelpoisessa muodossa? kompostoidusta lietteestä voidaan valmistaa hyvä viherrakentamisen kasvualusta Levin vesihuolto Oy:n koekentät Biohiilellä seostettuja koeaumoja (5-10%) verrataan nykyiseen aumakompostointiin 1.11.2016 M. Hagner 11
2. Viherrakentaminen Levin Voimametsät hanke (Luke) Viides ulottovuus viherkatot osaksi kaupunkia (HY) Ekosysteemipalveluja kaupunkeihin viherkattojen toiminta Yhtenä tavoitteena: biohiilen käyttö viherkatoilla valumaveden laadun ja kasvien kasvun näkökulmasta RT-kortit Kuva Kirsi Kuoppamäki 1.11.2016 M. Hagner 12
1.11.2016 M. Hagner 13
mg/m2 in 6 months mg/m 2 in 6 months Biohiili viherkatoilla ravinteiden pidättyminen 50 Total phosphorus 800 Total nitrogen 40 600 30 400 20 10 200 0 biochar absent biochar present rain water 0 biochar absent biochar present rain water 1.11.2016 M. Hagner 14
3. Puutarhat Maatalous - Kasvien kasvu Positiivisia, neutraaleja ja negatiivisia vaikutuksia satoon raportoitu kasveilla kuten maissi, lehtisalaatti, venhnä, soija, retiisi, paprika Biederman ja Harpole (2013) meta-analyysi: maahan lisätty biohiili lisää sadontuottoa Sadonlisäys suurempaa yksi- kuin monivuotisilla kasveilla 1.11.2016 M. Hagner 15
suurin sadon paraneminen trooppisista häiriintyneistä systeemeistä ravinteikas maa ei välttämättä hyödy, aina sato ei parane! tällöin biohiili voi kuitenkin esim. vähentää lannotustarvetta kun vähentää ravinteiden huuhtoutumista ja typenoksidien päästöjä Käyttökohteet Arvokasvit, puutarhakasvit, kattopuutarhat, parvekeviljely EI laaja peltoviljely paitsi jos tarvitaan maanhoitoremonttia Vaikutus hiilen määrään, vesitalouteen 1.11.2016 M. Hagner 16
Seedlings having discoloration % Kasvien terveys 12 10 8 6 4 * * * * ** Control BC300 BC375 BC475 2 0 20 g/l 80 g/l Fig. 4 Effects of the three biochar types (BC300 BC475) on the amount (% individuals) of radish seedlings displaying discoloration on the leaves 11 days after germination (mean, ± SE, n = 14). Statistically significant differences compared to the control (without biochar addition) are marked with an asterisk (* p < 0.05; ** p < 0.01). Hagner et al. 2016 1.11.2016 M. Hagner 17
4. Filtteritekniikat Teollisuuden ja kotitalouksien jätevesien puhdistus Kemikaalit, ravinteet, mikrobit Biohiilen pinnan ominaisuuksien muokkaus Fig. 2. Effects (mean ± SE, n = 7) of the three biochar types (BC300, BC375 and BC475) pyrolysed at differed temperatures (300 C, 375 C and 475 C) on glyphosate (left panel) and AMPA (right panel) leaching from the soil at application levels 20 and 80 g biochar/l soil. Statistically significant differences within each biochar application level when compared to the control (no biochar addition) are marked with asterisks * (p < 0.01). Hagner et al. 2016. 1.11.2016 M. Hagner 18
www.stockholm.se/pagefiles/980309/biokolsfolder_en_webb.pdf http://biochar-hy.blogspot.fi/ 1.11.2016 M. Hagner 19
Yhteenveto Biohiilen laatu vaihtelee vaikutus vaihtelee Bio- ja kiertotalous 1. Kompostointi 2. Viherrakentaminen 3. Puutarhat Hiilen sidonta Veden ja ravinteiden pidätys Biologisen aktiivisuuden nousu Kasvien kasvu 4. Filtteritekniikat - pinnan ominaisuuksien muokkaus 1.11.2016 M. Hagner 20
Kiitos! Marleena.Hagner@helsinki.fi 1.11.2016 M. Hagner 21
Lähteet/lisätietoa Steiner, Das, Garcia, Förster, Zech, 2008. Charcoal and smoke extract stimulate the soil microbial community in a highly weathered xanthic ferrasoil. Pedobiologia 51, 359-66. Lehmann, Joseph, (Eds.), 2009. Biochar for environmental management: science and technology. Earthsan, London: UK; p. 416. Fagernäs, Kuoppala, Tiilikkala, Oasmaa, 2012. Chemical composition of birch wood slow pyrolysis products. Energ. Fuel. 26, 1275 83. Y.N. Yang, G.Y. Sheng, M.S. Huang, Bioavailability of diuron in soil containing wheat-straw-derived char, Sci. Tot. Environ. 354 (2006) 170 178. Beesley, Moreno-Jiménez, Gomez-Eyles, 2010. Effects of biochar and greenwaste compost amendments on mobility, bioavailability and toxicity of inorganic and organic contaminants in a multi-element polluted soil. Environ. Pollut. 158: 2282 2287. Hagner, Hallman, Jauhiainen, Kemppainen, Rämö, Tiilikkala, Setälä. 2015. Birch (Betula spp.) wood biochar is a potential soil amendment to reduce glyphosate leaching in agricultural soils. J Environ Manage 164:46-52. Hagner, Kemppainen, Jauhiainen, Tiililikkala, Setälä. 2016. The effects of birch (Betula spp.) biochar and pyrolysis temperature on soil properties and plant growth. Soil & Tillage Research 163: 224-234. Biederman & Harpole. 2013. Biochar and its effects on plant productivity and nutrient cycling: a meta-analysis. GCB Bioenergy 5:202-214 1.11.2016 M. Hagner 22