TUHKAN RAKEISTAMINEN POHJOIS-POHJANMAALLA

Vastaanottaja Metsäntutkimuslaitos Asiakirjatyyppi Raportti Päivämäärä 7.8.2012 TUHKAN RAKEISTAMINEN POHJOIS-POHJANMAALLA POHJANMAALLA

TUHKAN RAKEISTAMINEN POHJOIS-POHJANMAALLA Päivämäärä 07/08/2012 Laatija Tomi Jutila Tarkastaja Jaana Hakola Ramboll Kiviharjuntie 11 90220 OULU P +358 20 755 7070 F +358 20 755 7071 www.ramboll.fi

TUHKAN RAKEISTAMINEN POHJOIS-POHJANMAALLA SISÄLTÖ Johdanto 1 1. Tuhkapitoisten tuotteiden markkinat 1 1.1 Tuhkan käyttö lannoitteena 1 1.2 Tuhkan käyttö rakentamisessa 7 1.3 Jätevesien puhdistus 8 1.4 Tuhkan laatuvaatimukset 9 1.5 Tuhkan/tuhkatuotteiden käyttö ulkomailla 11 1.6 Markkinoilla olevat metsälannoitteet 12 2. Pohjois-Pohjanmaan tuhkavarat ja mahdolliset tuotteistamismenetelmät 14 2.1 Pohjois-Pohjanmaan tuhkavarat 14 2.2 Tuhkan nykyinen loppusijoitus 15 2.3 Tuhkan jalostusmenetelmät 15 3. Rakeistuslaitoksen sijoitus, jakelukanavat ja menetelmät käyttökohteille 19 3.1 Tarkasteltavien kohteiden liikenteellinen asema 19 3.2 Sijaintivaihtoehdot kuljetuskustannuksien näkökulmasta 26 3.3 Saavutettavuus voimalaitosverkoston näkökulmasta 27 3.4 Kuljetuskustannukset rakeistuslaitoksista metsä- ja suopohjakohteisiin 28 3.5 Kokonaistaloudellisuus logistiselta kannalta 29 3.6 Jakeluetäisyydet 31 3.7 Paluukuljetuksien vaikutus 32 4. Tuhkan tuotteistaminen, laatuvaatimukset ja laadunhallinta 34 4.1 Tuhkan ominaisuudet sekä lainsäädännölliset vaatimukset 34 4.2 Tuhkan tekninen sopivuus eri käyttökohteisiin 34 4.3 Tuhkatuotteen hyväksymisprosessin vaiheet ja vaadittavat tiedot/toimenpiteet 36 4.4 Tuhkan ravinneainepitoisuudet käytetyn polttoaineen perusteella 37 5. Tuhkan hyötykäytön aluetalousvaikutukset 39 5.1 Kustannukset ja tuotto metsälannoituksessa 39 5.2 Aluetalousvaikutukset maarakennuksen osalta 39 5.3 Työllistymisvaikutukset 39 6. Yhteenveto 41

TUHKAN RAKEISTAMINEN POHJOIS-POHJANMAALLA Liitteet Liite 1 Turvetuotantoalueiden tuotannosta poistuvat alueet (2012-2015) Liite 2 Potentiaaliset maarakennuskohteet Pohjois-Pohjanmaalla Liite 3 Energialaitoksille suunnattu kysely Liite 4 Esimerkki tuhkalannoitteen tuoteselostuksesta

1 JOHDANTO Tuhkan rakeistus Pohjois-Pohjanmaalla on Metsäntutkimuslaitoksen käynnistämä, Pohjois- Pohjanmaan liiton (Euroopan aluekehitysrahasto EAKR) osaksi rahoittama hanke. Hankeen tavoitteena on selvittää alueellisen tuhkan rakeistuslaitoksen toimintaedellytykset ja tutkia syntyvän tuhkan laatu sekä tuhkan metsälannoitekäyttöön ja muuhun hyötykäyttöön tarvittavat tuotteistamismenetelmät. Hankkeen myötä siirretään tutkimustuloksia käytännön toimijoille ja helpotetaan tuhkaa hyötykäyttävän yritystoiminnan syntymistä Pohjois-Pohjanmaan alueelle. Suomen voimalaitoksissa syntyy sivutuotteena vuosittain noin 600 000t puu-, turve-, tai sekatuhkaa. Polttoprosesseissa syntyy pohjalle kerääntyvää karkearakeista pohjatuhkaa sekä savukaasuista erotettua hienorakeista lentotuhkaa. Tässä raportissa tarkastellaan pääosin lentotuhkaa, koska pohjatuhkan ominaisuudet ovat hyötykäytön kannalta ongelmallisemmat. Pelkästään Oulun lähialueella energialaitosten polttoprosesseissa syntyvää lentotuhkaa muodostuu noin 77 000 tonnia vuodessa. Suurin osa tästä tuhkamäärästä päätyy kuitenkin joko kaatopaikoille tai teollisuusalueiden läjitysalueille. Oulun Energian Toppilan voimalaitosten, Laanilan Voima Oy:n sekä Stora Enso Oyj:n voimalaitostuhkat päätyvät tällä hetkellä Miehonsuon läjitysalueelle, jossa vuosittainen läjitysmäärä on ympäristöluvan mukaan 100 000 160 000 tonnia. Vuoden 2011 alussa voimaan tulleen uuden jäteverolain (1126/2010) mukaan voimalaitosten lentotuhka määritellään verolliseksi jätteeksi. Lain tavoitteena on vähentää kaatopaikkasijoittamista sekä lisätä erilaisten jätteiden hyötykäyttöä. Jäteveron piirissä ovat sellaiset jätteet, joiden hyödyntäminen on teknisesti mahdollista ja ympäristönsuojelun kannalta perusteltua sekä joiden taloudellista hyödynnettävyyttä voitaisiin jäteverolla parantaa. Tämän työn tavoitteena on selvittää Pohjois-Pohjanmaan alueen tuhkapitoisten tuotteiden potentiaaliset markkinat sekä alueella syntyvät tuhkavarat. Työssä käydään myös läpituhkan tuotteistamisen kannalta tärkeimpiä jalostusmenetelmiä, tuhkan rakeistuslaitoksen sijaintivaihtoehtoja logistisen selvityksen avulla sekä lainsäädännön asettamia vaatimuksia hyödynnettäville tuhkille. 1. TUHKAPITOISTEN TUOTTEIDEN MARKKINAT Selvityksessä tarkasteltiin tuhkatuotteiden markkinoita, maantieteellistä kysyntäaluetta sekä määriä ja hintoja eri käyttötarkoituksille. 1.1 Tuhkan käyttö lannoitteena Turvemaiden metsät Yksi tärkeistä tuhkan mahdollisista lannoitekäyttökohteista ovat Pohjois-Pohjanmaan metsätalousalueet. Metsäntutkimuslaitoksella on jo vuosikymmenten kokemus tuhkalannoituskokeista Muhoksen toimipaikan tutkimusmetsissä, joissa on suoritettu kokeiluja puu- ja turvetuhkalla 1940- luvulta lähtien. Tuhkalannoituksen on havaittu lisäävän puun kasvua ja sen vaikutus kasvuun on ollut pitkäkestoista. Pitkäaikaisista tutkimuksista ja hyvistä tuloksista huolimatta, tuhkan käyttö lannoitteena ei ole vielä laajemmin Pohjois-Pohjanmaalla yleistynyt. Tuhka sisältää typpeä lukuun ottamatta kaikki tärkeimmät puiden tarvitsemat ravinteet. Erityisesti puutuhka sisältää ravinteita puiden tarvitsemassa suhteessa, joten sen palauttaminen luontoon nähdään hyvänä vaihtoehtona. Varsinkin paksuturpeisilla turvemailla esiintyy usein ravinnepuutoksen vuoksi kasvuhäiriöitä, jonka seurauksena puuston kasvu hidastuu. Parhaiten tuhkalannoitukseen sopivia alueita tämän tiedon valossa ovat ns. II-tyypin mustikka- ja puolukkaturvekankaat, joita Suomen metsäkeskuksen mukaan on Pohjois-Pohjanmaan alueella yhteensä noin 250 000 hehtaaria. Tämä on noin 10 % koko maakunnan metsäalueiden pinta-alasta.

2 Tutkimusten mukaan tuhkalannoituksen vaikutus on huomattavasti pidempi kuin yleisemmin käytetyn keinolannoituksen. Nykyään käytössä olevan turvepohjaisille metsille käytetyn keinolannoitteen vaikutuksen kesto heikkenee jo 10-15 vuoden päästä ensimmäisestä lannoituskerrasta, kun taas tuhkalannoituksen on todettu vaikuttavan koealoilla jopa kymmeniä vuosia. Lannoituksen vaikutuksen kesto riippuu kuitenkin mm. kasvualustan turpeen paksuudesta ja laadusta ja vaikutuksen on todettu kestävän pisimpään paksuturpeisilla runsastyppisillä alustoilla. Kasvualustojen vaihtelevuuden sekä laskennallisten tekijöiden vuoksi tässä raportissa tuhkalannoituksen toistovälinä on kuitenkin käytetty 20 vuotta. Tuhkaa voidaan levittää metsään joko maalevitykseen soveltuvalla kalustolla, tai lentolevityksenä helikopterin avulla. Lentolevityksen etuna on se että sitä voidaan tehdä myös sulan maan aikana, kun taas maalevitys joudutaan usein toteuttamaan varsinkin suometsissä talven aikaan. Tällöin jäätynyt turve ja lumi kannattavat paremmin raskaan työkoneen painon. Hakkuun jälkeen talvilevitys on helpompaa kuormatraktorin valmiiksi tiivistämillä ja pakkasen kovettamilla ajourilla (Metsätalouden kehittämiskeskus Tapio 2008) Metsäalueiden tuhkalannoituksessa tulisi varata sopiva varastopaikka, jonka tulisi olla tarpeeksi avara kuljetuskaluston liikkumista varten ja jonne johtavat tiet kestävät raskaan liikenteen vaatimukset. Varastopaikalle täytyy tuoda vähintään yksi rekkakuormallinen tuhkaa, eli kohteeseen kulutettavan lannoitteen määrä tulee olla vähintään 40 tonnia. Suositeltavien annosmäärien mukaan tämä tarkoittaa vähintään 10 hehtaarin lannoitusaluetta. Jos metsäalueet ovat pieniä, on tuhkalannoitus järkevää toteuttaa usean tilan yhteishankkeena, jolloin levityskustannukset pysyvät kohtuullisina kunhan lannoitettavat kohteet sijaitsevat suhteellisen lähellä toisiaan ja pintaalat ovat tarpeeksi suuret (Metsätalouden kehittämiskeskus Tapio 2008). Kuva 1. Tuhkalannoitteen maalevitykseen soveltuvaa kalustoa Keski-Suomen metsänhoitoyhdistyksen mukaan rakeistetun tuhkan maalevityksen kustannukset metsänomistajille ovat hehtaaria kohti noin 300 + alv. Helikopterilevitys on metsänhoitoyhdistyksen mukaan hieman kalliimpaa, noin 450 + alv hehtaarilta. Metsätalouden kehittämiskeskus Tapion tuhkalannoitusoppaassa (2008) on myös arvioitu kokonaiskustannuksia ja ne vastaavat metsänhoitoyhdistyksen ilmoittamia tietoja. Kustannusarvio koostuu kokonaisuudesta, johon kuuluvat materiaali-, levitystyö- sekä kuljetuskustannukset. Suurimman osuuden muodostaa le-

3 vitystyö, koska tuhkaa joudutaan levittämään keinolannoitukseen verrattuna suuria määriä hehtaaria kohden. Kohteen sijainnilla ei puolestaan ole suuria vaikutuksia lopullisiin kustannuksiin, koska rakeistetun tuhkan kuljettaminen on varsinkin tehokkaalla kaluston käytöllä edullista. Kustannustietoja selvitettiin myös metsälannoitteiden helikopterilevityksiin erikoistuneelta Agrolentopalvelulta, jonka mukaan levityskustannukset olisivat noin 60 tonnia kohden. Jos tuhkaa levitetään suositusten mukainen määrä eli 4 tonnia hehtaaria kohden, olisivat kustannukset tämän mukaan noin 240 hehtaarilta. Tämä tarkoittaa pelkästään levitystyön hintaa, eikä siihen ole laskettu mukaan materiaalikustannuksia. Kuva 2. Rakeistetun tuhkalannoitteen helikopterilevitystä Metsänomistajille laadittiin lyhyt kysely lannoitekäytön tarpeesta sekä suhtautumisesta rakeistetun tuhkan hyödyntämiseen metsäalueiden lannoituksessa. Kysely laadittiin yhteistyössä Suomen metsäkeskuksen ja Bioenergiapörssi-hankkeen kanssa, josta saatujen yhteystietojen avulla lomakkeita lähetettiin lopulta yhteensä 196 kappaletta. Vastausaikaa annettiin metsänomistajille noin kaksi viikkoa, jonka jälkeen vastauksia oli saapunut yhteensä 40 kappaletta eli vastausprosentti oli noin 20. Saatujen vastauksien perusteella noin 75 % vastanneista suhtautui rakeistetun biotuhkan lannoitekäyttöön positiivisesti, jos tuotteen hankinta- ja levityskustannukset ovat kaupallisiin kemiallisiin lannoitteisiin verrattuna kilpailukykyiset. Negatiivisia vastauksia saatiin 7 kpl eli noin 17,5 % prosenttia kaikista vastauksista. Kommenttien perusteella voidaan sanoa, että kielteiset vastaukset liittyivät lähinnä kiinnostuksen puutteeseen metsänomistajan korkean iän vuoksi. Lannoitepotentiaalia metsälannoituksen osalta ei suppean kyselyn perusteella voitu päätellä, joten sen selvittämiseen käytettiin Suomen metsäkeskuksen metsävaratietoja. Tarkastelun lähtökohtana oli selvittää kuntakohtaisesti Pohjois-Pohjanmaan metsäalueet, jotka voisivat hyötyä parhaalla mahdollisella tavalla tuhkalannoituksesta. Oletuksena tarkastelussa oli, että Pohjois- Pohjanmaan ojitetut turvemaat olisivat tuhkalannoituksen kannalta potentiaalisimpia kohteita, joten Suomen metsäkeskukselta saaduista alustavista pinta-alalaskelmista saatiin suuntaa antava kuva lannoitepotentiaalista. Koko Pohjois-Pohjanmaan metsäalat yhteensä ovat noin 2,4 miljoo-

4 naa hehtaaria, josta noin 52 % on turvemaita. Näistä turvemaista on alustavien laskelmien mukaan ojitettua pinta-alaa noin miljoona hehtaaria. Tuhkalannoitemäärän ollessa 4t/ha tarkoittaa tämä jo yhteensä melkein 4 miljoonan tonnin lannoitemäärää. Pohjois-Pohjanmaan tämän hetkisen tuhkan tuoton ollessa noin 70 000 tonnia vuotta kohden, saataisiin koko tämä ala lannoitettua vajaan 60 vuoden kuluessa. Suomen metsäkeskuksen Pohjois-Pohjanmaan alueyksiköltä saadut soiden pinta-alatiedot liittyvät Pohjois-Pohjanmaan liiton käynnistämään Pohjois-Pohjanmaan ja Länsi-Kainuun suo-ohjelma hankkeeseen. Tietojen perusteella laskettiin kuntakohtaisesti ojitettujen soiden prosenttiosuudet suhteessa kuntien kokonaispinta-alaan. Tarkastelu tehtiin prosenttiosuuksina, koska itse lannoitustyö on kustannussyistä hyödyllistä toteuttaa useamman tilan yhteishankkeina, joissa tilat sijaitsevat mahdollisimman lähellä toisiaan. Ojitettujen turvemaiden prosenttiosuus kunnan pinta-alasta antaa suuntaa antavan kuvan siitä, kuinka suurilla etäisyyksillä kunnan alueella mahdolliset lannoituskohteet sijaitsevat. Mitä suurempi kohteiden osuus, sitä parempi mahdollisuus on onnistuvien yhteishankkeiden toteutumiselle. Laskelmien perusteella kunnan kokonaispinta-alaan suhteutettuna suurimmat potentiaaliset metsälannoitusalueet löytyvät Pohjois-Pohjanmaalla Siikalatvan sekä Pyhännän seudulta, jossa ojitettujen soiden osuus kunnan pinta-alasta on noin 40 %. Myös Yli-Iissä, Utajärvellä ja Vihannissa päästään lähelle 40 prosenttia. Pudasjärvellä potentiaalisia kohteita on kunnan suuren pinta-alan vuoksi prosentuaalisesti hieman edellisiä vähemmän (30 %), mutta kuitenkin määrältään lähes 170 000 hehtaaria. (kuva 3)

5 Kuva 3. Ojitettujen soiden osuudet kuntien pinta-alasta (Suomen metsäkeskus) On kuitenkin epätodennäköistä, että aivan kaikkia ojitettuja turvemaita tullaan lannoittamaan rakeistetulla tuhkalla. Jos kuitenkin otetaan huomioon, että tuhkalannoituksen oletettu uusimisväli on lyhimmillään 20 vuotta, saataisiin kaikki nykyisin laitoksilla syntyvä tuhka kulumaan metsälannoitukseen jos lannoitettavaa pinta-alaa olisi noin 0,35 miljoonaa hehtaaria eli noin 35 % Pohjois- Pohjanmaan ojitetuista turvemaista. Tuotannosta poistuneet turvetuotantoalueet Rakeistetun tuhkan lannoitepotentiaalia selvitettiin turvetuotantoalueiden osalta alueen turvetuottajilta Vapolta sekä Turveruukilta. Selvityksessä otettiin huomioon koko Pohjois-Pohjanmaan alueella sijaitsevat turvetuotantoalueet. Molemmat toimijat esittivät omat arvionsa tämänhetkisistä turvetuotannoista poistuneiden alueiden pinta-alamääristä. Kyse on alueista, joita ei ole vie-

6 lä otettu turvetuotannon jälkeiseen muuhun käyttöön. Tämän lisäksi molempia turvetuottajia pyydettiin tekemään arviot myös vuosien 2012 2015 aikana tulevista poistumista. Sekä Vapo, että Turveruukki arvioivat karkeasti, että noin 50 % alueista tulee menemään mm. vesittämällä riistakosteikoiksi tai lintuvesiksi, matkailu- ja virkistyskäyttöön tai esimerkiksi uudelleen soistamiseen. Turvetuottajien arvion mukaan noin puolet ilmoitetuista poistuma-aloista on potentiaalisia tuhkalannoitekohteita. Turveruukilta tällaisia kohteita olisi Pohjois-Pohjanmaan alueella tällä hetkellä noin 700 hehtaaria ja vuoteen 2015 mennessä yhteensä noin 1 240 hehtaaria. Vapolla vastaavat pinta-ala-arviot olivat noin 2 060 hehtaaria ja yhteensä vuoteen 2015 mennessä noin 3 120 hehtaaria. Tuotannosta poistuvia muuhun käyttöön ottamattomia turvetuotantoaloja on siis vuoteen 2015 mennessä yhteensä noin 4 360 hehtaaria. Jos oletetaan, että kaikki näistä alueista lannoitettaisiin suositellulla annosmäärällä, eli noin 4 tonnilla tuhkaa hehtaaria kohden, kuluisi tuhkaa enimmillään yhteensä noin 17 400 tonnia. (liite 1) Tuhkalannoituksen vaikutuksen kesto riippuu turpeen syvyydestä ja laadusta kuten metsälannoituksessakin. Tutkimusten mukaan vaikutus kestää kuitenkin vähintään 20 vuotta. Pellot Lannoitelainsäädännön mukaan peltolannoitteena käytetyn tuotteen laatuvaatimukset ovat tiukemmat kuin metsälannoitekäytössä. Varsinkin arseenin, kadmiumin ja sinkin osalta sallitut enimmäispitoisuudet ovat matalammat, mikä asettaa rajoja teollisuudessa syntyvien tuhkien käytölle maataloudessa. Toisaalta myös yleinen suhtautuminen raskasmetalleita sisältävän lannoitteen käyttöön peltolannoituksessa aiheuttaa hyötykäyttöä nähden esteitä. Oulun yliopiston kemian laitoksen suorittamat tuhkan fraktiointikokeet osoittavat tosin, että biotuhkien raskasmetallipitoisuuksia voidaan huomattavasti alentaa, jopa peltolannoitevaatimuksien sanelemien enimmäispitoisuuksien alapuolelle esimerkiksi ilmaluokittelulla, mutta tämä nostaa tuotantokustannuksia huomattavasti. Näiden seikkojen vuoksi peltolannoitepotentiaalia ei tässä selvityksessä tarkasteltu tarkemmin. Alunamaat eli happamat sulfaattimaat Jääkauden jälkeen, noin 8 000 vuotta sitten, merenpinta Itämerellä alkoi nousta ja valtameriyhteys Atlanttiin syntyi Tanskan salmien kautta ja alkoi Litorinameren vaihe. Merenpinnan nousu oli Kaakkois-Suomen rannikolla voimakkaampaa, kuin jääkauden jälkeinen maankohoaminen, joten tapahtui ns. transgressiota. Noin 4 000 vuoden ajan nykyisten rannikkoalueidemme alavat maat olivat veden peitossa ja jäätikkövaiheen jälkeinen lämmin jakso ja nykyistä suolaisemmat vedet antoivat rannikkovesien elämälle hyvät edellytykset. Merivesi oli Litorinavaiheen aikana huomattavasti nykyistä rautapitoisempaa ja sisälsi myös sulfaattimuotoista rikkiä. Veteen kuolleiden kasvien hajotessa bakteeritoiminnan ansiosta, sulfaatti pelkistyi sulfidiksi, joka puolestaan reagoi raudan kanssa muodostaen rautasulfideja. Näin syntyi rikkipitoista sulfidisavea. Sulfidisavikoita esiintyy Suomessa yleisimmin Pohjanmaalla Kristiinankaupungin ja Oulun välisellä vyöhykkeellä noin 80 metrin korkeudelle asti merenpinnan tasosta. Pohjois-Pohjanmaalla tämä tarkoittaa vyöhykettä joka yltää rannikolta topografiasta riippuen noin 30 80 kilometrin päähän sisämaahan. Maankohoamisen seurauksena sulfidisavikerrostumat ovat nousseet merenpinnan yläpuolelle ja ovat luonnontilassa yleensä ympäristölle vaaraa aiheuttamattomia, matalia turpeen peittämiä maita. Ongelmia syntyy vasta ihmisen toiminnan kautta kun näitä maita ojitetaan, ruopataan tai kaivetaan ja pohjaveden pinta laskee. Tällöin maaperän rikkiyhdisteet pääsevät reagoimaan hapen kanssa muodostaen rikkihappoa, joka puolestaan liuottaa maaperässä luontaisesti esiintyviä metalleja. Kuivina aikoina happosuolot sekä metallit varastoituvat maaperään luoden happamia sulfaattimaita eli alunamaita. Sateet ja sulamisvedet huuhtovat happamia yhdisteitä ja metallia ympäristöön aiheuttaen sekä maaperä- että vesistöongelmia. (GTK 2009) Ominaisuuksiensa ansiosta varsinkin puutuhka soveltuu hyvin happamien sulfaattimaiden neutraloimiseen. Tuhkaa voidaan käyttää kalkin tapaan levittämällä sitä suoraan pelloille tai käyttämällä sitä suodatinaineena kuivatusojien suodattimissa, jolloin pellosta eriytyvä hapan vesi neutraloi-

7 daan ennen kuin se päätyy purkuvesistöön. Suodatinmenetelmä on parempi vaihtoehto siinä tapauksessa, jos tuhkan määrän arvioiminen oikeanlaiseksi tai tuhkan vaikutus pellon omaan ravinnetalouteen suoralevityksessä koituvat ongelmaksi (Jaakkola 2011). 1.2 Tuhkan käyttö rakentamisessa Betonin valmistus Kivihiilen poltossa syntyvää tuhkaa on jo pitkään käytetty betonin valmistuksessa sen hyvien sideainesominaisuuksiensa vuoksi. Tuhkan käyttöä betonin valmistamisessa ohjaa lentotuhkastandardi (SFS 450, osa 1 ja 2), joka asettaa ehdot tuhkan laadulle. Standardin uusimman version mukaan puhtaan kivihiilituhkien lisäksi betonin valmistuksessa voidaan nykyään käyttää hyväksi myös seospolton tuhkia, mutta polttoainesuhteiden ja laadun vaihtelun takia standardissa on asetettu ehdot, joiden mukaan seospoltossa kivihiilen osuus täytyy olla vähintään 80 %. Pelkästään puu- ja turvepoltossa syntyviä tuhkia ei siis nykytilanteessa voida käyttää hyväksi betonin sideaineena. (Pesonen 2012, Lounais-Suomen ympäristökeskus 2009) Puhtaan puuperäisen lentotuhkan käyttöä betonin valmistuksessa on kuitenkin tutkittu myös Suomessa. Teknillisessä korkeakoulussa Finncao Oy:n toimeksiannosta suoritetussa tutkimuksessa selvitettiin puuperäisen tuhkan käyttöä betonin valmistuksessa. Tutkimuksessa havaittiin kivihiilituhkan rakeiden poikkeavan huomattavasti puutuhkasta jälkimmäisen sisältäessä kivihiilituhkasta poiketen huomattavasti enemmän kulmikkaita rakeita. Kokeiden perusteella puutuhkaa sisältävän betonin vedentarve oli huomattavasti suurempi kuin perinteisellä sekä kivihiilituhkasta valmistetulla betonilla. Tutkimuksessa kuitenkin havaittiin, että kaikki betoniseokset, jotka oli valmistettu hyödyntäen puutuhkaa sidosmateriaalina, olivat puristuslujuudeltaan paremmat kuin vertailunäytteenä käytetty tavallinen betoni. Puristuslujuusarvot olivat myös joko vastaavat tai jopa paremmat kuin kivihiilituhkabetonissa, lukuun ottamatta lämpökäsiteltyä kivihiilituhkabetonia, jonka puristuslujuusarvot olivat noin 15 % paremmat. (Vornanen ja Penttala 2008) Maarakentaminen Voimalaitoksissa syntyviä tuhkia voidaan käyttää maarakentamisessa monella eri tavalla, joko sellaisenaan, tiivistettynä, seostettuna toisen sivutuotteen kanssa tai sideaineena. Tuhkaa voidaan hyödyntää maarakentamisessa korvaamaan luonnonkiviainesta tie-, katu-, kenttä- ja pengerrakentamisessa, side- tai täyteaineena ruopattujen pohjasedimenttien ja pehmeikköjen stabiloinnissa. Tässä työssä eri käyttökohteet on lueteltuna yleisellä tasolla. Tarkemmat kuvaukset ja käyttömenetelmiin liittyvät erityispiirteet löytyvät Rambollin julkaisusta Tuhkarakentamisen käsikirja (2012). Pohjois-Pohjanmaan alueella voimalaitostuhkia on käytetty esimerkiksi Oulun Ruskon vanhan kaatopaikan sulkemisen yhteydessä kaatopaikan pintarakenteisiin Stora Enso Oyj:n tehtaiden OPA-sakan ohella. Tämän lisäksi tuhkaa on käytetty mm. Haapaveden kevyenliikenteenväylien sekä meluvallien rakentamisen yhteydessä. Tämän raportin liitteenä on hankelistaus Pohjois-Pohjanmaan rakennushankkeista, joissa tuhkaa voitaisiin käyttää maarakentamisessa (liite 2). Massiiviset lentotuhkarakenteet Massiivisilla lentotuhkarakenteilla viitataan kerrosrakenteisiin, jotka sisältävät pelkästään lentotuhkaa tai sideaineella stabiloitua lentotuhkaa. Tällaisten rakenteiden käyttö on mahdollista uusien tie-, katu- ja kenttärakenteiden kerroksissa pengertäytöistä kantavan kerroksen alaosaan. Lentotuhkien ominaisuudet kuitenkin vaihtelevat riippuen polttoprosessissa käytetyistä polttoaineista, itse polttoprosessista sekä varastoinnista ja jälkikäsittelystä, joten kaikki lentotuhkat eivät sellaisenaan sovi kaikkiin edellä mainittuihin käyttötarkoituksiin. Tavanomaisiin rakenteisiin verrattuna lentotuhkalla on useita selkeitä etuja, kuten lämmöneristävyys, kantavuus, keveys sekä tietenkin luonnonvaroja säästävä vaikutus. (Ramboll 2012) Pohjatuhkakerrosrakenteet Rakeisuudeltaan ja ympäristöllisiltä ominaisuuksiltaan sopivaa pohjatuhkaa voidaan käyttää kuten hiekkaa tien päällysrakenteiden ja kenttärakenteiden suodatinkerroksessa sekä penger- ja

8 muissa täytöissä. Hiekkarakenteisiin verrattuna pohjatuhkakerrosrakenteiden etuna ovat hyvä lämmöneristävyys, keveys sekä luonnonvaroja säästävä vaikutus (Ramboll 2012). Rakenteet tuhkaseosmateriaaleista Tuhkaseosrakenteissa lähtökohtana on mahdollisimman tehokas tuhkan sekä seoksen toisen osakomponentin hyvien ominaisuuksien hyödyntäminen. Samalla pyritään pienentämään lähtömateriaalien ei-toivottujen ominaisuuksien vaikutusta. Seosmateriaaleissa tuhkan kanssa tyypillisimmin on käytetty kuitusavea tai esimerkiksi rikastushiekkoja. Seosratkaisuissa lopputuloksen laatua voidaan säätää eri osakomponenttien laatua ja määrää muuttamalla eri käyttökohteiden vaatimuksien mukaan. Tyypillisimpiä materiaaliominaisuuksia, joihin seosratkaisuilla pyritään vaikuttamaan, ovat muodonmuutoskäyttäytyminen, routakestävyys, lämmöneristyskyky sekä vedenläpäisyominaisuudet. (Ramboll 2012) Heikkolaatuisten massojen stabilointi Lujittuvaa, kuivana varastoitua lentotuhkaa voidaan käyttää erilaisten stabilointimenetelmien sideaineseoksessa joko sellaisenaan tai kaupallisten sideaineiden tai muiden sivutuotteiden kanssa. Stabilointimenetelmät voidaan jakaa pehmeiden maa-ainesten stabilointiin (massa- ja syvästabilointi), tien ja kentän päällysrakenteiden kantavan kerroksen stabilointiin (kerrosstabilointi), huonolaatuisen maa-aineksen ja sedimentin stabilointiin (auma-, massa- tai prosessistabilointi) sekä pilaantuneiden maiden stabilointiin. (Ramboll 2012) 1.3 Jätevesien puhdistus Nykyisten tutkimustietojen valossa biotuhkaa voidaan myös mahdollisesti käyttää jätevesien puhdistustarkoitukseen. Tutkimuksissa on onnistuneesti kyetty poistamaan jätevesistä fosforia turvetuhkasta valmistetulla saostuskemikaalilla. Menetelmällä saatavaa fosforia voidaan käyttää jälkeenpäin mm. lannoitteena. (Kääriäinen 1999) Oulun yliopiston kemian laitoksella suoritettujen kokeiden mukaan synteettistä öljy-vesiemulsiosta sisältävien jätevesien puhdistuksessa saatiin rakeistetuilla biotuhkilla jopa yli 99,5 %:n reduktioita kemiallisen hapenkulutuksen (COD) arvoihin sekä yli 80 %:n reduktioita orgaanisen hiilen kokonaismäärän (TOC) arvoihin. (Kuokkanen 2010) Muissa tutkimuksissa jätevesistä on puu- tai turvetuhkan avulla saatu poistettua mm. lyijyä, kobolttia, kadmiumia, kuparia sekä sinkkiä. (Pesonen 2012)

9 1.4 Tuhkan laatuvaatimukset Lannoitteiden laatuvaatimukset Lannoitteeksi tarkoitetun tuhkan tuoteselostuksessa täytyy käydä ilmi haitallisten metallien sekä raaka-aineiden lisäksi tuhkan sisältämä kokonaispitoisuus fosforille, kaliumille, kalsiumille, vesiliukoinen fosfori, neutraloiva kyky prosenteissa (Ca) sekä kosteuspitoisuus prosenteissa. Myös lisätyn ja kokonaisboorin määrä tulee ilmoittaa, mikäli tuotteeseen on lisätty booria. Tuhkantuottajat ovat velvollisia seuraamaan lannoitekäyttöön päätyvän tuhkan ravinne- ja raskasmetallipitoisuuksia. Markkinoille tulevien lannoitteiden täytyy olla turvallisia, hyvälaatuisia sekä kasvituotantoon sopivaa. Tuhkalannoitteiden, kuten muidenkin lannoitevalmisteiden täytyy noudattaa maa- ja metsätalousministeriön lannoitevalmisteasetuksessa (24/11) mainittuja laatukriteerejä. Uusi lannoitevalmisteasetus tuli voimaan 13.9.2011 ja sen myötä laatuvaatimukset tuhkalannoitteiden osalta muuttuivat arseenin ja kadmiumin enimmäispitoisuuden sekä ravinnepitoisuusvaatimusten muututtua hieman. Uudessa asetuksessa metsälannoitteena käytetyn tuhkan arseenin ja kadmiumin sallitut enimmäispitoisuudet nousivat ja ne ovat nykyään arseenin osalta 40 mg/kg entisen 30 mg/kg sijaan sekä kadmiumin osalta 25 mg/kg entisen 17,5 mg/kg sijaan. Ravinnepitoisuuksien osalta kalsiumin pitoisuusvaatimukset laskivat kaksi prosenttiyksikköä, mutta fosforin ja kaliumin yhteispitoisuusvaatimukset nousivat sen sijaan yhden prosenttiyksikön verran. Vaatimukset lannoitevalmisteasetuksessa 24/11: Metsässä käytettävän tuhkalannoitteen ravinnepitoisuuksien täytyy olla seuraavat: Kalsium vähintään 6%, jonka lisäksi kaliumin ja fosforin (K+P) on oltava yhteensä vähintään 2%. Muualla kuin metsässä käytettävässä tuhkassa neutralointikyvyn täytyy olla vähintään 10 % Ca. Tuhkaan voidaan lisätä epäorgaanisia lannoitevalmisteita jotta vähimmäisvaatimukset täyttyvät. Taulukko 1. Haitallisten metallien sallitut enimmäispitoisuudet metsätaloudessa käytettävissä tuhkalannoitteissa tai niiden raaka-aineena käytettävässä tuhkassa Metalli Enimmäispitoisuus (mg/kg) Arseeni (As) 40 Elohopea (Hg) 1,0 Kadmium (Cd) 25 Kromi (Cr) 300 Kupari (Cu) 700 Lyijy (Pb) 150 Nikkeli (Ni) 150 Sinkki (Zn) 4 500* *Sinkin osalta enimmäispitoisuuden ylitys metsätaloudessa käytettävässä tuhkalannoitteessa voidaan sallia ainoastaan suometsissä jos sinkin puute on todettu joko maaperä-, lehti- tai neulasanalyysillä. Tällaisessa tapauksessa tuhkalannoitteen sinkin maksimimäärä saa olla 6000 mg/kg. Kadmiumin pitoisuuden ylärajan lisäksi lannoitevalmisteista on säädetty, että metsätaloudessa kadmiumannos ei saa ylittää 60 grammaa hehtaarilla 40 vuoden aikana annettuna.

10 Taulukko 2. Haitallisten metallien sallitut enimmäispitoisuudet peltolannoitteena käytettävissä tuhkalannoitteissa tai niiden raaka-aineena käytettävässä tuhkassa Metalli Enimmäispitoisuus (mg/(kg) Arseeni (As) 25 Elohopea (Hg) 1,0 Kadmium (Cd) 1,5 Kromi (Cr) 300 Kupari (Cu) 600 Lyijy (Pb) 100 Nikkeli (Ni) 100* Sinkki (Zn) 1 500* *Peltolannoitekäytössä enimmäispitoisuus voidaan ylittää sinkin ja kuparin osalta jos maaperäanalyysin perusteella on todettu puutetta kyseisten alkuaineiden osalta. Maarakennuskäytön laatuvaatimukset Voimalaitostuhkia voidaan käyttää maarakentamisessa eri sovelluksiin, mutta käytettävien tuhkien ympäristökelpoisuus täytyy varmistaa ennen hyödyntämistä. Niin kutsuttu MARA-asetus eli Valtioneuvoston asetus eräiden jätteiden hyödyntämisestä maarakentamisessa (VNa 403/2009) on luotu edistämään tiettyjen jätelajien käyttöä rakentamisessa. Jos asetuksen asettamat haittaaineiden kokonaispitoisuuksien sekä liukoisuuksien raja-arvot alittuvat hyödynnettävien tuhkamateriaalien osalta, soveltuvat ne hyötykäyttöön ilmoitusperiaatteella. Tapauksissa, joissa rajaarvot ylittyvät, joudutaan käymään läpi muita lupaprosesseja sekä soveltuvuuden arviointia riskitarkastelun kautta. Asetuksen mukaan eräiden jätteiden laitos- tai ammatillinen hyödyntäminen on mahdollista yleisissä teissä, kaduissa, pyöräteissä sekä niihin välittömästi liittyvissä, tienpitoa tai liikennettä varten tarpeellisissa alueissa, pois lukien meluesteet pysäköintialueissa urheilukentissä sekä virkistys- ja urheilualueiden reiteissä ratapihoissa sekä teollisuus-, jätteenkäsittely- ja lentoliikenteen alueiden varastointikentissä ja teissä Lentotuhkien haitta-aineiden ympäristökelpoisuutta voidaan parantaa eri menetelmillä, jotka esimerkiksi pienentävät tapauskohtaisesti kriittisimpien haitta-aineiden liukoisuuksia. Toisaalta tietyt käsittelytavat voivat myös lisätä joidenkin haitta-aineiden liukoisuuksia, joten tuhkat on tutkittava laboratoriossa ja tarkoituksenmukainen käsittely on valittava tapauskohtaisesti. Käsittelyihin kuuluu mm. seuraavat: Vanhentaminen: Varastointi kostutettuna, jolloin tapahtuu mineralisoitumista, joka sitoo eräitä haitta-aineita niukkaliukoiseen muotoon Stabiloiminen tai seostaminen: Ominaisuuksien jalostaminen side- tai seosaineilla, joilla voidaan side- tai seosaineesta riippuen pienentää eräiden haitta-aineiden liukoisuuksia Tiivistäminen: Tiivistyminen ja lujittuminen rakenteessa voi myös vaikuttaa haittaaineiden liukoisuuksiin

11 1.5 Tuhkan/tuhkatuotteiden käyttö ulkomailla Ruotsi ja Norja Ruotsissa Värmeforsk on tutkinut tuhkan ympäristöystävällistä jälleenkäyttöä vuodesta 2002 asti yli 10 miljoonan euron budjetilla. Askprogrammet-ohjelmassa on ollut mukana vuosien 2002 2011 aikana yli 40 yhtiötä ja toimielintä. Askprogrammet ohjelman tutkimusten mukaan Ruotsissa syntyi vuonna 2010 vajaat 1,5 miljoonaa tonnia tuhkaa, josta noin 750 000 tonnia kului kaatopaikkarakenteiden tekemiseen. Maa- ja metsätalouskäyttöön kului samana vuonna ainoastaan noin 36 000 tonnia ja tierakentamiseen noin 116 000 tonnia tuhkaa. Hyötykäytetyn tuhkan kokonaismäärä oli suurin piirtein sama kuin vuonna 2006, mutta samalla myös syntyvän tuhkan määrä oli noussut noin 20 %. Lannoitukseen tuhkaa kului vuonna 2010 arviolta ainoastaan noin 37 000 tonnia, joka vastaa noin 2 % kaikesta hyötykäytetystä tuhkasta. (Strömberg 2012, Svenska Energiaskor 2010) Suomella ja Ruotsilla on ollut tuhkankäytöstä yhteisiä tutkimushankkeita mm. RecAsh-projekti, joka käynnistyi elokuussa 2003 ja päättyi joulukuussa vuonna 2006. Hankkeen tavoitteena oli luoda paremmat edellytykset seospoltossa syntyvien tuhkien kierrättämiseksi metsään, käsittelyketjun kehittäminen ja tehostaminen sekä yhteistyön lisääminen olemassa olevien ja mahdollisten tulevien tuhkatoimijoiden kesken. (Skogstyrelsen 2006) Norjassa lentotuhkaa on käytetty pääasiassa sementin lisäaineena. Björvikan tunneli Oslossa on yksi esimerkki, jossa betonielementtien rakentamisessa on käytetty sementtiä, jonka tuhkapitoisuus oli 30 %. Tuhka on peräisin kivihiiltä polttavista laitoksista. Kokonaisuudessaan tunneli koostuu kuudesta 112,5 metrisestä moduulista, jotka kuljetettiin meriteitse Bergenin lähellä sijaitsevalta valmistuspaikkana toimineelta telakalta. Moduulien painot vaihtelevat 30 0000 ja 37 000 tonnin välillä ja niiden rakentamiseen kului yhteensä noin 90 000 kuutiometriä betonia ja valmistajana toimineen HeidelbergCement Groupin mukaan pelkästään normaalin sementtiklinkkerin osittainen korvaaminen lentotuhkalla on arvioitu vähentäneen projektin hiilidioksidipäästöjä 9 200 tonnin verran. Tunnelin rakentaminen aloitettiin vuonna 2005 ja se avattiin käyttöön vuonna 2010. (Statens vegvesen 2012) HeidelbergCement Groupilla on Norjassa 30 vuoden kokemus lentotuhkan käytöstä sementin lisäaineena ja vuosina 2005-2010 hyötykäytetyn tuhkan määrä oli yli 100 000 tonnia. Tuhkan käyttö muualla maailmalla Muualla maailmassa energiateollisuudessa, pääasiassa kivihiilen poltossa syntyviä tuhkia käytetään lähinnä teollisuuden raaka-aineena. Amerikassa vuonna 2009 44,9 % sähköstä tuotettiin kivihiilen poltolla ja noin kolmasosa lentotuhkasta käytetään mm. kaatopaikkarakenteisiin, maaperän stabilointiin, tierakenteisiin, asfalttiin, betonituotteisiin ja jopa keinotekoisiin riuttoihin. Intiassa lentotuhkaa käytetään sementtiteollisuudessa sekä mm. ympäristöystävällisten rakennustiilten valmistukseen, jossa kierrätetyn uusiokäyttömateriaalin osuus on jopa 75 %. Vuosina 2009 2010 Intian energiateollisuudessa syntyi lentotuhkaa noin 200 miljoonaa tonnia, josta noin 30% käytettiin lähinnä sementtiteollisuudessa (38-40 miljoonaa tonnia). Intiassa on valtion toimeksiannosta laajalti tutkittu lentotuhkan hyötykäyttömahdollisuuksia vuodesta 1994 asti ja ohjelma kulkee nykyään nimellä Fly Ash Utilization Programme (FAUP). Tutkimusohjelman mukaan Intian energiateollisuudessa syntyvän lentotuhkan määrän oletetaan kasvavan vuoteen 2015 mennessä jopa 300 miljoonaan tonniin. (Flyash utilization 2011) Fly Ash Utilization Programmen mukaan 80 % kehittyneiden maiden tuottamasta lentotuhkasta käytetään tiilten ja betonielementtien valmistukseen, kaatopaikkarakenteisiin, keramiikkaan, maanviljelyyn, metallien talteenottoon, patorakentamiseen. (Flyash utilization 2011)

12 1.6 Markkinoilla olevat metsälannoitteet Tuhkatuotteet Ecolan-tuotteet Suomessa pisimpään tuhkaa metsälannoitteena on käyttänyt FA Forest Oy. Yrityksen kehittämän ja markkinoiman Ecolan -lannoitetuoteperheen lisäksi se tarjoaa tuhkantuottajille tuhkan vastaanottopalvelun sekä metsätalouden toimijoille koko lannoitusketjun. FA Forest Oy valmistaa pääasiassa kolmea erityyppistä, lannoitekäyttöön tarkoitettua rakeistettua tuhkatuotetta: Ecolan T-4000, Ecolan BT-4000 sekä Ecolan BT-300. T-4000 metsätuhka on metsätalouteen suunnattu puuvaltainen lannoite, joka voidaan hidasliukoisena levittää sekä sulaan maahan että talvella lumelle. BT-4000 on boorilla terästetty, T- 4000:a vastaava tuote, joka soveltuu booripuutoksesta kärsivien turvemaametsien lannoitukseen. BT-300 on erityisesti nuorten metsien lannoitukseen kehitetty boorilannoite, joka soveltuu myös maatalouslannoitteeksi. BT-300:n suositeltu käyttömäärä on 250 350 kg/ha kun taas T- 4000 ja BT-4000 vastaava määrä vaihtelee välillä 3 000 5 000 kg/ha. Keinolannoitteet Yara Suomi Oy Vuonna 2007 maailman suurin kivennäislannoitteiden toimittaja Yara International ASA osti suomalaisen Kemira GrowHow:n, jolloin syntyi tytäryhtiö Yara Suomi Oy. Yaran neljä Suomen alueella toimivaa tuotantolaitosta sijaitsevat Uudessakaupungissa, Harjavallassa, Kokkolassa ja Siilinjärvellä ja ne työllistävät lähes 900 ihmistä valmistuksen, tuotekehityksen, myynnin ja markkinoinnin parissa. Yara tarjoaa kattavan lannoitevalikoiman sekä viljelijöille että metsänomistajille ja sen markkinaosuus Suomen lannoitekaupassa on lähes 100 %. Turvepohjaisten suometsien lannoitukseen Yara suosittelee ruoho- ja mustikkaturvekankaiden sekä puolukka- ja varputurvekankaiden ollessa kyseessä Rauta-PK lannoitetta, jonka käyttösuositus on Yaran metsälannoiteoppaan mukaan 450 kg/ha. Jatkolannoitus suositellaan tehtäväksi 15 30 vuotta edellisen lannoituksen jälkeen. Rauta-PK:n kasvua lisäävä vaikutus alkaa kuitenkin yleensä hiipua jo 10 15 vuoden päästä lannoituksesta koska kaliumin puute alkaa ensimmäisenä rajoittaa puiden kasvua. (Yara 2012 A ja B) Karummille suometsille Yaran tuotteista soveltuu Suometsän Y 1, joka sisältää kaliumin ja fosforin lisäksi myös typpeä. Käyttösuositusmäärä Y 1:lle on 600 700 kg/ha ja lannoitus on toistettava 10 15 vuoden välein. Kustannusvertailu Merkittävä ero keinolannoitteiden ja tuhkalannoitteiden välillä on itse lannoituksen toteutuksessa ja vaikutusajassa. Rakeistettua tuhkaa voidaan levittää metsään ympäri vuoden, riippumatta siitä, onko maassa lunta. Esimerkiksi Yaran tuotteita voidaan levittää ainoastaan lumettomana aikana. Kokonaislevityskustannukset ovat Keski-Suomen metsänhoitoyhdistyksen mukaan keinolannoitteiden ja tuhkalannoitteiden osalta käytännössä samat, vaikkakin rakeistettua tuhkaa joudutaan käyttämään määrällisesti huomattavasti enemmän. Keinolannoituksessa joudutaan turvautumaan uusintalannoituksiin tai ravinnelisäyksiin jo 10 15 vuoden jälkeen ensilannoituksesta, kun taas tuhkalannoituksen vaikutusaika on kasvupohjasta riippuen 20-60 vuotta. Tuhkalannoituksen edut kustannustasolla johtuvat lannoituksen uusintaväleistä, jotka voivat olla huomattavasti pidemmät kuin esimerkiksi PK-lannoitteella.

13 Taulukko 3. Tuhkalannoitteen ja Rauta-PK -lannoitteen kustannusvertailu Rakeistettu tuhkalannoite Rauta-PK -keinolannoite Materiaalitarve 4 tonnia / hehtaari 0,5 tonnia / hehtaari Levityskustannukset 200 / hehtaari 100 / hehtaari Lannoitusväli 20 60 vuotta 10 15 vuotta Kasvuvaikutus 3-6 m 3 /ha/v 5-6 m 3 /ha/v Levitysaika ympäri vuoden sulan maan aikana Materiaalihinta Muodostumassa 460 / tonni

14 2. POHJOIS-POHJANMAAN TUHKAVARAT JA MAHDOL- LISET TUOTTEISTAMISMENETELMÄT 2.1 Pohjois-Pohjanmaan tuhkavarat Oulun alueelta selvitettiin energialaitoksittain vuosittainen tuotetun biotuhkan määrä ja laatutekijät. Tarkastelussa otettiin huomioon laitokset, jotka sijaitsivat 50 kilometrin säteellä Oulusta ja käyttivät polttoaineena biopolttoaineita, kuten puuta ja turvetta. Energialaitoksille laadittiin sähköisessä muodossa lyhyt kysely, joka lähetettiin 11.1.2011. Kyselyt lähetettiin yhteensä kuudelle yhtiölle: Oulun Energia Oy:lle, Oulun Seudun Sähkö Oy:lle, Stora Enso Oyj:lle, Laanilan Voima Oy:lle, Latvaenergia Oy:lle sekä Biowin Oy:lle. Vastausaikaa kyselyyn annettiin 2 viikkoa. Voimalaitoksilla syntyvät tuhkat voidaan jakaa pohjalle jäävään, suurirakeiseen pohjatuhkaan sekä savukaasuista sähkösuodattimilla erotettavaan hienorakeiseen lentotuhkaan. Oulun Energia Oy:stä saatujen tietojen mukaan Toppilan kahdessa voimalaitosyksikössä syntyy vuosittain noin 50 000 tonnia lentotuhkaa. Käytettyjen polttoaineiden suhde Toppilassa vaihtelee ja viimeisimpien tietojen mukaan turpeenpoltolla tuotetun energian osuus vuodessa on noin 2200 GWh puupolttoaineilla vastaavan määrän ollessa noin 1050 GWh. Oulun Seudun Sähkö Oy:ltä saatujen tietojen mukaan raaka arvio syntyvän tuhkan määrästä oli noin 950 tonnia vuodessa. Puuta ja turvetta polttavissa laitoksissa polttoainesuhteet olivat keskimäärin puolet puuta ja puolet turvetta. Stora Enso Oyj:n Oulun tehtaalta saatujen tietojen mukaan pääpolttoaineiden suhteet ovat viime vuosina vaihdelleet. Puun osuus on ollut polttoaineissa 35-52 % ja turpeen vastaavasti 47-64 %. Pikeä sekä öljyä on polttoainejakaumassa yhteensä alle 1%, joten niiden merkitys tuhkan laadun kannalta jää merkityksettömäksi. Oulun tehtaalla vuosittain syntyvän tuhkan määrän arvioitiin olevan kuivana noin 11 000 14 500 tonnia. Laanilan voimalla syntyy lentotuhkaa noin 16 000 tonnia ja pohjatuhkaa 2000 tonnia. Voimalaitoksen polttoainesuhteet vaihtelevat turpeen osalta 55 67 %:n ja puun osalta 22 25 %:n välillä (Pohjois-Pohjanmaan ympäristökeskus 2009) Latvaenergia Oy:n Pyhännällä sijaitsevan laitoksen katsottiin olevan selvityksen kannalta liian kaukana, joten huomioon otettiin vain Muhoksen Leppiniemen laitoksen tiedot. Leppiniemessä tuhkaa syntyy vuodessa noin 10 tonnia ja polttoainesuhteet ovat turve 0,55 GWh, puuhake 2,49 GWh. Biowin Oy:llä on 50 kilometrin säteellä Oulusta vain yksi kattilalaitos Hailuodossa ja puhelinhaastattelun mukaan laitoksen puutuhkan tuotto vuodessa on arvioltaan noin 17 tonnia. Yhtiö arvioi määrän olevan liian pieni logistiikkakustannuksiin nähden. Lentotuhkaa syntyy 50 kilometrin säteellä Oulusta yhteensä noin 77 000 80 000 tonnia vuodessa. Oulun seudulla syntyvät lentotuhkamäärät on ilmoitettu laitoksittain taulukossa 3. Laitoksille lähetetty kysely on tämän raportin liitteenä (liite 3)

15 Taulukko 4. Syntyvän lentotuhkan määrä 50 kilometrin säteellä Oulusta. Stora Enso Oyj:n tuhkan määrä on ilmoitettu keskiarvona Laitos Syntyvä lentotuhka t/v Oulun energia, Toppilan voimalaitokset 50 000 Oulun seudun sähkö, yhteensä 950 Laanilan Voima 14000 Latvaenergia Oy, Leppiniemen kaukolämpö 10 Biowin Oy, Hailuodon lämpölaitos 15 Stora Enso Oy 12750 Oulun lähialueen ulkopuolella on Pohjois-Pohjanmaan alueella yksi merkittävä biotuhkaa tuottava laitos Kanteleen Voima Oy:n Haapaveden voimalaitos. Kanteleen Voiman mukaan tuhkaa on muodostunut viimeisen kuuden vuoden aikana keskimäärin 29 900 tonnia vuodessa, joista noin 18 400 tonnia oli lentotuhkaa ja loput pohjatuhkaa. Haapaveden voimalaitos polttaa pääosin turvetta ja jatkossa oletettu polttoainesuhde on 80% turvetta ja 20% puupolttoaineita. Öljyä käytetään vain laitoksen ylös- ja alasajossa sekä häiriötilanteissa. 2.2 Tuhkan nykyinen loppusijoitus Tällä hetkellä suurin osa Oulun seudulla syntyvästä biotuhkasta läjitetään Oulun kaupungin alueella sijaitsevalle Miehonsuon läjitysalueelle. Oulun Energia on saanut vuonna 2009 ympäristöluvan Toppilan voimalaitosten sekä Laanilan Voima Oy:n ja Stora Enso Oyj:n voimalaitostuhkien sekä Stora Enso Oyj:n OPA-sakan loppusijoittamisesta Miehonsuolle. Luvassa on kyse toiminnan jatkamisesta ja ilmoitettu läjitysmäärä on 100 000 160 000 tonnia vuodessa Haapaveden Kanteleen Voimalla on ympäristölupa läjittää voimalaitostuhkansa Piipsannevan tuhkanläjitysalueelle. 2.3 Tuhkan jalostusmenetelmät Tuhkan hyötykäytössä ongelmaksi muodostuu sen hienojakoisuus sekä kemiallisen laadun vaihtelu. Hienojakoinen, käsittelemätön tuhka on pölyävää ja kuljettaminen sekä lannoitekäytössä levittäminen on ongelmallista. Kemiallisen laadun kannalta teollisessa poltossa syntyvät tuhkat eivät myöskään aina täytä lainsäädännön asettamia ehtoja raskasmetallien pitoisuuksien ja liukoisuuksien osalta. Erilaisilla menetelmillä on kuitenkin mahdollista sekä estää tuhkan pölyäminen (stabilointi) että parantaa tuhkien kemiallista laatua. Vanhentaminen Tuhkan vanhentaminen on prosessi, jossa tuhka varastoidaan kostutettuun kasaan. Reagoidessaan ilman hiilidioksidin sekä kosteuden kanssa tuhkan sisältämä kalsiumoksidi muodostaa kalsiumkarbonaattia ja mahdolliset läsnä olevat alumiini- tai rikkiyhdisteet sementtimäisiä aineita. Prosessia voidaan tehostaa hiilidioksidin avulla. Vanhentamisen aikana alkalisuus pienenee ja alumiini muuttuu stabiilimpaan muotoon. Ongelmana vanhentamisessa on haitta-aineiden liukeneminen sekä uomassa tai kasassa säilötyn peittämättömän tuhkan pölyäminen (Lounais- Suomen ympäristökeskus 2009). Fraktiointi Voimalaitoksilla syntyvän tuhkan kemiallinen laatu vaihtelee huomattavasti lentotuhkan eri raekokojen välillä. Suurin ongelma hyötykäytön kannalta on syntyvän tuhkan raskasmetallipitoisuuksien vaihtelu. Tutkimusten mukaan raskasmetallit rikastuvat lentotuhkan pienhiukkasiin, joten raskasmetalliongelmia voidaan huomattavasti vähentää erottamalla tuhkasta pienemmän raekoon jae.

16 Ilmaluokitus Yksi tapa fraktioida tuhkapartikkelit ominaispainon mukaan hienoon ja karkeaan jakeeseen on ilmaluokitus. Tämän hankkeen yhteydessä Oulun yliopiston kemian laitoksen suorittamat jakeistamiskokeet suoritettiin yliopiston prosessitekniikan osaston kuitu- ja partikkelitekniikan laboratoriossa atp-luokittimella. ATP on dynaaminen luokitin, jossa partikkelit erotellaan jakeisiin joko yhden tai useamman luokitinpyörän sekä ilmavirtauksen avulla. Ongelmaksi ilmaluokituksessa muodostuu se, että tekniikka on kallista ja teollisessa mittakaavassa tällä hetkellä vaikeasti saatavilla. Sähkösuodattimet Sähkösuodattimia käytetään voimalaitoksilla lentotuhkan erottamiseen savukaasuista. Käytännössä tuhkapartikkelit saavat sähkösuodattimien sähkökentässä varauksen, erottuvat suodattimien keräyselektrodeille ja lopulta ravistelun tai pesun avulla putoavat tuhkasuppiloihin. Keräyslevyt ovat järjestetty useampaan eri kenttään, joista ensimmäisiin jää suuremmat hiukkaset ja jälkimmäisiin pienemmät. Koska raskasmetallit rikastuvat lentotuhkan pienempiin hiukkasiin, ovat ensimmäisten sähkösuodattimen kenttiin erottuvan tuhkan metallipitoisuudet pienemmät (Suomen ympäristökeskus 2003). Mikkelin ammattikorkeakoulun tekemien tutkimusten mukaan esimerkiksi lannoitetarkoitukseen päätyvän tuhkan kadmiumpitoisuutta voidaan saada pienennettyä jopa 70 % sähkösuodattimilla fraktioimalla. Tutkimukset liittyivät Mikkelin ammattikoulun YTI-tutkimuskeskuksen johtamaan Jätekompostit rakeiksi tuhkaseostuksella - käyttöarvon parantaminen hankkeeseen. (Soininen ym. 2010, Orava 2003, Orava ym. 2004) Itsekovettaminen Tuhkan hyötykäyttöä lannoitteena vaikeuttaa sen hienorakeisuudesta johtuva pölyäminen. Itsekovetus on yksinkertaisin tapa, jolla pölyämishaittaa voidaan huomattavasti vähentää, mutta ei täysin poistaa. Prosessissa tuhkaa kastellaan erillisellä ruuvikostuttimella niin, että sen kosteus on noin 30 40 % prosenttia. Kosteutuksen jälkeen tuhka ajetaan läjitysalueelle kovettumaan lämpötilasta riippuen noin 1 2 viikoksi. Tämän jälkeen kovetettu tuhka seulotaan ja suuremmat kappaleet murskataan kuormauksen yhteydessä seulontakauhalla. (Soininen ym. 2010) Rakeistaminen Itsekovetusta tehokkaampi, mutta kalliimpi menetelmä on rakeistaminen. Itsekovetukseen verrattuna rakeistaminen vähentää tehokkaammin tuhkan pölyämistä, lopputuotteen kosteus on pienempi ja se soveltuu myös lentolevitykseen. Pienempi kosteusprosentti helpottaa käsittelyä sekä vähentää kuljetus- ja levityskustannuksia. Erilaisia rakeistusmenetelmiä on kolme: lautasrakeistus, rumpurakeistus sekä valssaus. Lautas- ja rumpurakeistuksessa tuhka kostutetaan ja rakeet muodostuvat sekoituksen yhteydessä kerrostumalla. Valssauksessa rakeistamiseen käytetään puristusvoimaa. Tuhkan rakeistus onnistuu parhaiten, kun käytössä on puhdasta ja kuivaa puutuhkaa. Käytännössä energiateollisuuden tuhkat ovat yleensä vähintäänkin turpeen, hakkeen ja puun kuoren poltossa syntyneitä sekoituksia, joten rakeistamisen onnistuminen riippuu näiden polttoaineiden seossuhteista. Tuotteen onnistumiseen vaikuttaa myös tuhkan lämpötila, sillä prosessi onnistuu parhaiten tuhkan ollessa lämmintä. Lautasrakeistuksessa kostutettu tuhka syötetään kaltevassa tasossa pyörivään lautaseen, jossa on vastakkaiseen suuntaan pyörivä lapa. Tuhka vierii kaltevaa tasoa pitkin muodostaen palloja, jotka kulkeutuvat lautasen reunan yli hihnakuljettimelle. Hihnakuljettimen perään voidaan lisätä myös seulontajärjestelmä, jolla voidaan erottaa liian suuret ja pienet rakeet pois. Prosessissa saattaa syntyä myös useampien rakeiden muodostamia yhteenliittymiä, jotka voidaan murskata ja lisätä käyttöön menevien rakeiden joukkoon. Itse rakeistusprosessin jälkeen rakeistetun tuhkan annetaan kovettua noin kaksi viikkoa, jonka jälkeen se on käyttökelpoista. Vuonna 2012 rakennetulla Haukiputaan Hakoselän rakeistuslaitoksella tuhkarakeet pussitetaan kuivatuksen ja kahden tunnin reagoinnin jälkeen.

17 Kuva 4 Rakeistettua tuhkaa FA Forestin rakeistuslaitoksella Viitasaarella Rumpurakeistamisessa tuhkaa kostutetaan ja se pyörii suuren sylinterin sisällä valuen lopulta sen pohjalle. Sylinteri on hieman kaltevassa asennossa, jolloin rakeet kulkeutuvat vähitellen sen läpi ja lopulta ulos. Rumpurakeistuslaitteistoon kuuluu hihnakuljettimia, joilla kulkiessaan tuhkarakeet ennättävät kuivua ja kovettua varastointikelpoisiksi. Valssausmenetelmässä tuhka rakeistetaan käyttäen hyödyksi puristusvoimaa. Menetelmä on yksinkertainen ja erityyppisillä valsseilla voidaan saada aikaan levyjä, jotka voidaan jälkikäteen murskata tai pitkulaisia nauhoja tai pötköjä, jotka voidaan katkoa erityisellä laitteella tai antaa murentua jatkokäsittelyn aikana. Valssauksessa tuhkaa ei tarvitse juuri kostuttaa, joten lopputuotteen vesipitoisuus voi olla hyvinkin alhainen, jopa vain 3 5 %. Valssausmenetelmän etuna voidaan mainita se, että rakeistus onnistuu myös vanhoilla ja muuten muilla keinoin huonosti rakeistuvilla tuhkilla. Lautas-, rumpu- sekä valssirakeistuksen lisäksi on tutkittu myös ns. matriisipuristusta, jossa valssauksen tapaan käytetään puristusvoimaa. Kostutettu tuhka puristetaan matriisin läpi, jolloin järjestelmä toimii lihamyllyn tapaan. Tekniikassa on kuitenkin ongelmia, kuten voimakkaan puristuksen aiheuttama osien kuluminen, matriisin reikien tukkiutuminen sekä tuhkan kovettuminen sementin tapaan. (Soininen ym. 2010, Pesonen 2012, Korpilahti 2003) Hakoselän rakeistuslaitos Pohjois-Pohjanmaalla, Haukiputaalla Hakoselällä sijaitsevalle kiviaineksenottoalueelle on Oulun Autokuljetuksen tontille rakennettu Oulun seudun ensimmäinen jatkuvatoiminen tuhkan rakeistukseen erikoistunut laitos. Laitoksen on määrä aloittaa täysmittainen toimintansa vuoden 2012 aikana. Hakoselän rakeistuslaitoksen tuotantokapasiteetti on 50 000 tonnia vuodessa kun toiminta-aika on päivittäin 12 tuntia ja laitos on seisokissa vuoden aikana yhden kuukauden. YVA-lain mukaan ympäristövaikutusten arviointiprosessi on käytävä läpi muiden jätteiden kuin ongelmajätteiden polttolaitosten tai fysikaalis-kemiallisten käsittelylaitosten tapauksessa, jos laitoksen mitoitus on enemmän kuin 100 tonnia jätettä vuorokaudessa. Näissä rajoissa Hakoselän rakeistamo saisi vuoden aikana käsitellä ja tuottaa noin 25 000 tonnia rakeistettua tuhkaa. YVA-

18 menettelyn soveltamisen tarpeellisuus kannattaa kuitenkin tarkistaa alueellisesta ELYkeskuksesta, koska kyseessä on kuitenkin jätteen hyötykäyttöön tähtäävä toiminta. Kuva 5. Hakoselän rakeistuslaitos ja sekoitin Hakoselän rakeistuslaitoksen täydellä tuotantomäärällä (50 000 t/v) voitaisiin lannoittaa noin 12 500 hehtaaria vuodessa ja mikäli lannoituksen toistettavuusväli on 20, tarvitaan noin 250 000 hehtaaria sijoituskohteita. Tämä vastaa esimerkiksi noin 30 % prosenttia Pohjois-Pohjanmaan ojitetuista turvemaista. Käytetty rakeistustekniikka laitoksella on lautasrakeistus (kuva 6). Kuva 6. Hakoselä rakeistuslaitoksen lautasrakeistin

19 3. RAKEISTUSLAITOKSEN SIJOITUS, JAKELUKANAVAT JA MENETELMÄT KÄYTTÖKOHTEILLE Logistiikan näkökulmasta tuotannon sijoittumispäätös on olennainen kustannuksiin pitkällä aikavälillä vaikuttava strateginen päätös. Klassisissa sijaintiteorioissa logistiikkakustannukset ovat tuotantokustannusten ohella keskeinen yrityksen sijoittumiseen vaikuttava tekijä. Sijoittumisella on raaka-aineiden ja tuotteiden kuljetuskustannusten lisäksi suora vaikutus varastointitarpeeseen, logistiikkapalveluiden saatavuuteen ja kustannustasoon sekä mahdollisesti myös jakeluverkoston toteutukseen ja laajuuteen. Lähtökohtaisesti kilpailuetuja voidaan saavuttaa vaikuttamalla logistiikan kustannuksiin koko toimitusketjussa. Tehokas toimitusketju vähentää kuljetuskustannuksia ja varastointitarvetta sekä edelleen parantaa tuotteen hintakilpailukykyä. Sijoittumispäätöstä tehtäessä onkin syytä huomioida koko toimitusketjun logistiikkakustannukset ja toimintavarmuus. Logistiikkakustannusten lopulliseen kohdistumiseen vaikuttavat keskeisesti toimitusehdot. Tässä tapauksessa toimitusketju on selkeä ja toimijoiden määrä suhteellisen pieni. Ketju koostuu raaka-aineiden (tuhkan) toimittajista eli energialaitoksista, tuotantolaitoksesta eli pelletointilaitoksesta ja edelleen loppuasiakkaista (markkina-alue = metsäpalstat). Tarkasteluissa on arvioitu koko toimitusketjun kuljetus- ja varastointitarvetta tuotannon sijoittuessa vaihtoehtoisille alueelle lähelle merkittävintä raaka-ainelähdettä (Toppilan voimalaitokset). Logistisessa tarkastelussa on käyty läpi kunkin vaihtoehtoisen sijaintivaihtoehdon liikenteellinen asema. Liikenteellinen asema on käyty läpi myös Pudasjärven mahdollisen jakeluterminaalin osalta. Logistisia kustannuksia on puolestaan käyty läpi merkittävimmän kustannuserän eli kuljetuskustannuksien näkökulmasta. Kuljetuskustannuksien arvioinnissa on tarkasteltu sijaintivaihtoehtojen kuljetuskustannuksia voimalaitosverkon näkökulmasta ja toisaalta rakeistetun tuhkan jakelun näkökulmasta. Kuljetusmatkojen laskennassa on käytetty Mapinfon Routeview sovellusta, joka laskee lyhimmän kuljetusetäisyyden valittujen kohteiden välille. Metsäkohteiden arvioinnissa ei ole varmuutta tarkoista jakelukohteista, joten laskennassa on käytetty keskimääräistä jakeluetäisyyttä rakeistuslaitoksen ja kunnan välillä. Rakeistetun tuhkan jakelulle potentiaaliset metsäalat on arvioitu kunnittain. Tuhkan kuljettaminen tapahtuu umpinaisessa kuljetusyksikössä. Voimalaitostuhkan kuljettamiseen voidaan käyttää joko kuljetusta umpinaisissa kuljetuskonteissa tai tankkiautoissa. Näistä vaihtoehdoista konttikuljetukset mahdollistavat suuremmat kuljetuserät kerrallaan. Tuhkan säkitystä ja kuljetusta suursäkkeinä on käytetty ainoastaan tutkimustarkoituksessa. Myös tuhkan lannoitekäyttö irtotavarana on ongelmallista tuhkan pölyävyyden takia. Rakeistetun tuhkan kuljettamiseen on puolestaan käytetty turvekuljetuksissa käytettyjä yhdistelmäajoneuvoja. Tuhkan kuljetuksessa käytetään tavanomaisia maansiirtoon varustettuja ajo-neuvoyhdistelmiä. Niiden kantavuus on noin 43 tonnia. Se merkitsee itsekovetustuhkalla noin 55 ja raetuhkalla 40 m3:n kuormaa (Korpilahti 2004). 3.1 Tarkasteltavien kohteiden liikenteellinen asema Liikenteellinen tarkastelu on laadittu Oulun seudun rakeistuslaitoksen vaihtoehtoisten sijaintipaikkojen (Toppila, Hakoselkä ja Ruutineva) osalta. Liikenteelliset olosuhteet on käyty läpi myös oletetun Haapaveden turvevoimalaitoksen yhteyteen sijoitettavan rakeistuslaitoksen osalta sekä Pudasjärven jakeluterminaalin osalta. Rakeistuslaitokselle suuntautuisi noin 10 tuhkakuljetusta päivittäin ja vastaavasti rakeistettua tuhkaa kuljetettaisiin noin 10 kuljetusta päivittäin. Edestakaisina kuljetuksina tämä merkitsisi noin 40 raskaan ajoneuvon liikennettä vuorokausittain. Keskimääräisestä vuorokausiliikenteestä käytetään myöhemmin tekstissä sekä kuvissa lyhennettä KVL. KVL tiedot on saatu Liikenneviraston ylläpitämästä tierekisteriaineistosta. Tutkittavat paikat esitetään kuvassa 7.

20 KUVA 7. Kaavaillut rakeistuslaitosten sijaintipaikat Toppilan lämpövoimalan alue Toppilan lämpövoimala-alueella sijaitsee nykyisin kaksi lämpövoimalaa Toppila I ja II sekä kaksi varavoimalaitosta. Alue sijaitsee nykyisen kaupunkirakenteen sisällä suhteellisen lähellä asutusta. Liikenteellinen nykytila Raskas liikenne, nykyisin pääasiassa polttoaineen ja tuhkan kuljetukset, ohjataan Toppilan voimalaitosalueelle kaikista suunnista Moottoritieltä Iskon ETL:n, Kemintien ja Tervahovintien tien kautta. Kuljetusreitti on sovittu yhdessä Oulun kaupungin ja Tiehallinnon kanssa. Tervahovintie kulkee osin leikkauksessa ympäröivää maastoa alempana. Tien varrelle on rakennettu meluesteitä. Toppilan voimalaitoksen polttoaineen, tuhkan, hiekan, kalkin sekä muiden materiaalien kulje-

21 tukset ovat keskimäärin noin 130 kuorma-autoa päivässä. Kuljetukset tapahtuvat ympäri vuorokauden. Alueelle suuntautuu myös työmatkaliikennettä sekä jonkin verran muuta jakeluliikennettä. Liikennemäärät Tervahovintien liikennemäärä on nykyisin Koskelantien itäpuolella n. 5 600 ajon./vrk. ja länsipuolella n. 2200 ajon./vrk. Raskasta liikennettä voidaan arvioida olevan n. 10 % koko liikennesuoritteesta. Raskaan liikenteen suhteellinen osuus on suurinta Koskelantien itäpuolella, missä voimalaitoksen raskas liikenne muodostaa yksin yli 10 % kaikesta liikenteestä. Raskaan liikenteen määrän voidaan arvioida olevan kaikkiaan Koskelantien länsipuolella n. 300 ajon./vrk ja itäpuolella n. 500 ajon./vrk. Epävarmuustekijän liikennemäärien arvioinnissa muodostaa kokoojateiden liikennemäärät. KUVA 8. Keskimääräinen vuorokausiliikenne 2009

22 KUVA 9. KVL 2010 (ajon./vrk) KUVA 10. Raskas liikenne KVL 2010 (ajon./vrk) Liikenne-ennusteet ja saavutettavuus jatkossa Toppilan alueelle ollaan kaavoittamassa uutta asuinaluetta ja lisäksi Toppilansalmen ylitse rakennetaan uusi silta Toppilansaareen vuonna 2012. Tämän vuoksi alueen liikennemäärät tulevat kasvamaan nykyisestä noin kaksinkertaiseksi. Liikenteen kasvu merkitsee sitä, että liikenne tulee alueella ruuhkautumaan jatkossa ainakin työmatkaliikenteen huipputuntien aikaan. Tämä merkitsee myös sitä, että alueen liikenteellinen saavutettavuus on jatkossa hieman nykyistä heikompi.