Kannattavat mädätysjäännöksen käsittelymenetelmät maatilakokoluokan biokaasulaitoksissa

Abstract

HABITUS eli Hajautettu Biokaasuntuotanto ja nesteytys Suomessa -hankkeessa on pureuduttu maatalouskokoluokan biokaasuntuotannon kannattavuushaasteisiin vastaaviin ratkaisuihin biokaasutuotannon tuotteiden jalostuksen osalta. Hankkeessa on etsitty ratkaisuja niin itse biokaasun jalostamiseen pienemmässä mittakaavassa, kuin myös biokaasuntuotannossa muodostuvaan toisen jakeen, eli mädätysjäännöksen, käsittelyyn. Kannattava käsittely ja ravinnerikkaan mädätysjäännöksen (mädäte, käsittelyjäännös, mädätysjäänne) laadukas ja asianmukainen hyödyntäminen on mahdollisuus niin tilalle, kuin koko Suomelle lannoiteomavaraisuuden näkökulmasta. Samalla hankkeessa on rakennettu virtuaaliosuuskuntamallia todellisten maatilojen pohjalle osuuskuntamalliselle liikennepolttoaineen jalostukselle. Hanke on toteutettu Centria-ammattikorkeakoulun toimesta Keski-Pohjanmaan liiton kautta saadun Euroopan aluekehitysrahaston rahoituksen sekä hankkeeseen osallistuneiden yhteistyörahoituksen avulla.

Mädätysjäännökseen ja sen käsittelyyn liittyvässä työpaketissa (Työpaketti 3. Mädätysjäännöksen käsittely ja ravinteiden talteenotto maatilalla) on selvitetty kirjallisuuden sekä laboratoriokokeiden pohjalta kannattavaa tapaa käsitellä mädätysjäännöstä maatilalla ravinteiden talteen ottamiseksi ja mädätysjäännöksen tehokkaammaksi hyödyntämiseksi. Tässä selvityksessä on keskitytty pääsääntöisesti nautaperäisestä lietelannasta märkämädätystekniikalla tuotettavaan biokaasuun ja siitä muodostuvaan mädätysjäännökseen, koska maatilojen biokaasulaitokset pienessä mittakaavassa ovat pääasiassa maito- ja karjatiloille sijoittuvia märkämädätyslaitoksia, joiden syöte on pääasiassa lietelantaa. (Biokaasulaitokset kartalla 2021; Huttunen ym. 2018; Ympäristöministeriö 2022) Märkämädätysreaktoriin voidaan lietelannan lisäksi kuitenkin syöttää useita muitakin syötteitä lietelannan rinnalla. Tällaisia syötteitä ovat mm. kuivalanta, navetan pesuvedet sekä ylijäämärehu. (Biokaasulaitokset kartalla 2021; Ympäristöministeriö 2022)

Märkämädätyslaitoksen mädätysjäännös sisältää mädätystekniikasta ja syötteestä johtuen runsaasti vettä ja siten esimerkiksi sen kuljettaminen pitkiä matkoja on kannattamatonta (Biokaasuteknologia 2015, Balsari ym. 2010). Tähän kustannusongelmaan sekä ravinteiden parempaan kohdennettavuuteen on pyritty löytämään ratkaisuja tässä selvityksessä.

Biokaasutusprosessin aikana tuotetaan biokaasua, mutta samalla jäännösmateriaalista muodostuu mädätysjäännöstä. Tämä mädätyksen aikana muodostuva sivutuote voi sisältää edelleen jopa 95 % syötteen alkuperäisestä massasta sekä siten valtaosan ravinteista. (Barampouti ym. 2020, Biokaasuteknologia 2015, Guilayn ym. 2019) Lisäksi ravinteet ovat mädätysjäännöksessä kasvien kannalta hyödynnettävämmässä muodossa kuin mädätettävässä lannassa, sillä mädätysprosessin aikana ravinteet mineralisoituvat orgaanisen materiaalin kaasuuntuessa. (Biokaasuteknologia 2015, Möller & Müller 2012) Ravinteiden määrä mädätysjäännöksessä vaihtelee syötteen vaihteluiden mukaan, eivätkä ne ole helposti kohdennettavissa niiden ollessa seoksena mädätysjäännöksessä. Ravinteet voidaan kuitenkin erotella melko yksinkertaisesti karkealla tasolla liukoisuuden perusteella, eli erottelemalla kiinteäaine nesteestä. Näin voidaan erotella muun muassa pääosin typpi ja fosfori toisistaan. (Barampouti ym. 2020, Biokaasuteknologia 2015, Guilayn ym. 2019) Ravinteiden erottelu toisistaan mahdollistaa niiden paremman kohdentamisen alueille, joissa niitä tarvitaan ja toisaalta vähentää ravinteiden lisäystä alueille, joilla on ylimäärää tietyistä ravinteista, ehkäisten siten esimerkiksi ravinnehuuhtoumia.

Tämä selvitys koostuu kirjallisuus- ja laboratorio-osioista, joiden pohjalta on pyritty löytämään kannattavia käsittelytapoja mädätysjäännöksen käsittelyyn maatilamittaluokassa. Kirjallisuusselvityksessä tarkastellaan, millaisia erilaisia menetelmiä mädätysjäännöksen käsittelyyn on tarjolla ja mitkä niiden edut ja haittapuolet ovat. Tarkastelussa edetään yksinkertaisista separointimenetelmistä aina spesifisempiin jalostustekniikoihin, joilla voidaan esimerkiksi tuottaa teollisia lannoitteita vastaavia tuotteita. Selvityksessä käsitellään niin neste- kuin kiintoainejakeiden erilaisia jalostusmenetelmiä lannoitemateriaalien valmistuksessa. Kirjallisuusosiossa tutustutaan myös muihin erilaisiin käyttösovelluksiin, jota mädätysjäännöksestä saatavalle kiintoainejakeelle on. Käsittelyyn liittyen käydään läpi mädätysjäännöksen käsittelyn aiheuttamia ympäristövaikutuksia ympäristön ja ihmisten kannalta. Tarkastellaan kirjallisuudessa esiintyviä kustannus- ja kannattavuusarvioita tarvittavasta kokoluokasta, joilla mädätysjäännöksen käsittelyn arvioidaan olevan kannattavaa. Laboratorio-osiossa esitetään tulokset hankkeen aikana toteutettujen separointimenetelmien ja fosforin talteenottokokeiden testauksista todellisilla materiaaleilla. Laboratoriokokeiden tarkoituksena on ollut täydentää kirjallisuudesta saatavaa kokonaiskuvaa nykytilanteesta ja kartoittaa eri vaihtoehtojen toimivuutta haastavalla materiaalilla käytännössä.