Keskitetty biokaasun tuotanto ja ravinnekierrätys maatalousympäristössä

Abstract

Kasvihuonepäästöjen vähentämiseksi kehitystä tarvitaan kaikilla aloilla, ja biokaasun tuotanto on yksi tehokas keino päästöjen vähentämiseksi erityisesti maatalouden osalta. Biokaasua tuotetaan laajasti niin Suomessa kuin maailmallakin, mutta esimerkiksi Suomen nykyisestä noin 1 TWh biokaasun vuosituotannosta olisi teknistaloudellista kasvupotentiaalia lähes kymmenkertaiseksi. Biokaasua syntyy orgaanisen aineksen hajotessa biokaasulaitoksen reaktorissa anaerobisissa olosuhteissa. Monivaiheisen hajoamisprosessin tuotteena saadaan metaania ja hiilidioksidia sisältävää biokaasua sekä mädätysjäännöstä. Tutkimuksen kohteena oli suuren mittakaavan keskitetyt yhteismädätyslaitokset, jotka käsittelevät kiinteitä sekä lietemäisiä orgaanisia jäte- ja sivuvirtoja useista lähteistä. Käsiteltäviä syötteitä ovat muun muassa eläinten lannat, kasvitähteet sekä teollisuuden ja yhdyskuntien biojätteet ja lietteet. Keskitetyillä biokaasulaitoksilla on tärkeä rooli jätteiden käsittelijänä sekä energian ja ravinteiden kierrättäjänä, ja niiden ympärille voidaan rakentaa kiertotalouteen perustuvaa paikallisten toimijoiden yhteistyötä. Tässä kirjallisuuskatsauksessa tutkittiin ravinnekierrätystä keskitetyillä biokaasulaitoksilla ottamalla selvää mädätysjäännöksen ravinnepitoisuuksista ja ravinteiden käyttökelpoisuudesta kasveille, mädätysjäännöksen teknisistä prosessointimahdollisuuksista sekä biokaasulaitoksen ravinnekierrätyksen taloudellisista näkökulmista. Jäte- ja sivuvirroista tuotetuilla kierrätyslannoitteilla voidaan korvata teollisesti tuotettuja mineraalilannoitteiden käyttöä. Biokaasulaitosten mädätysjäännöstä voidaan käyttää kierrätyslannoitteena peltokäytössä sellaisenaan tai siitä voidaan jatkojalostaa erilaisia kierrätyslannoitevalmisteita. Kierrätyslannoitteita käytettäessä on kiinnitettävä erityistä huomiota lannoituksen suunnitteluun, jotta kasvien ravinnetarpeet tulevat täytetyksi ilman ylimääräistä ravinnekuormitusta ympäristöön. Biokaasuprosessien massa- ja ravinnetaseiden tarkastelussa havaittiin, että biokaasuprosessi parantaa syötteiden mukana tulevan typen käyttökelpoisuutta kasveille, kun orgaaniseen aineeseen sitoutunutta typpeä liukoistuu ammoniumtypeksi. Ammoniumtypen osuus kasvaa syötteestä riippuen noin 30–50 %, kun taas muut ravinteet eivät juuri muutu biokaasuprosessissa. Suuren mittakaavan biokaasulaitoksessa mädätysjäännöksestä erotetaan mekaanisessa vedenerotuksessa fosforipitoinen kuivajae ja typpipitoinen nestejae. Niitä voidaan käyttää sellaisenaan kierrätyslannoitteina tai jatkojalostaa useilla eri tekniikoilla ravinnepitoisuuden nostamiseksi. Erityisesti nestejaetta voi olla järkevää jatkojalostaa väkevämmäksi sen korkean vesipitoisuuden takia. Mädätysjäännöksen ravinteiden kierrätyksen taloudellisessa tarkastelussa kaksi tärkeintä muuttujaa ovat logistiikan kustannukset ja lannoitetuotteiden prosessoinnin kustannukset. Prosessointiin liittyy merkittäviä investointi- ja käyttökustannuksia (energia, kemikaalit, kunnossapito, työ), mutta sen avulla saadaan laskettua lannoitteen kuljetus- ja varastointikustannuksia huomattavasti. Siispä kannattava kuljetusmatka kasvaa, kun mädätysjäännöksestä prosessoidaan väkevämpiä ravinnetuotteita. Suuren mittakaavan laitoksen etuna on mahdollisuus investoida ravinnetuotteiden jatkojalostukseen, jolloin tuotteita voidaan myydä kannattavasti kauemmaksikin. Jatkojalostuksen kannattavuutta ja jalostusmenetelmän valintaa tulee tarkastella tapauskohtaisesti, sillä niihin vaikuttavat muun muassa lähialueiden peltojen ravinnetilanne ja prosessoinnilla saavutettavat lisähyödyt kuten prosessiveden kierrätys ja ylijäämäenergian hyödyntäminen.