Bioenergiaksi viljeltävän apilanurmen kasvihuonekaasutaseet ja ravinnekierto

1. © Natural Resources Institute Finland© Natural Resources Institute Finland
Perttu Virkajärvi, Luke
Narasinha Shurpali, UEF
Sari Luostarinen, Luke
Ville Pyykkönen, Luke
Panu Korhonen, Luke
Sanna Kykkänen, Luke
Kestävää kasvua biotaloudesta – biotaloushankkeiden tuloksia
28.2.2019 Helsinki
Bioenergiaksi viljeltävän apilanurmen
kasvihuonekaasutaseet ja
ravinnekierto
28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki1

2. Biokaasuapila on osa laajaa kansainvälistä INNO-INDIGO -tutkimusta, jossa on useita
toimijoita ja rahoittajia (Suomi, Intia, Eesti)
Tavoitteena tutkia ja kehittää tehokkaita prosesseja, joilla voidaan hyödyntää erilaisia
biomassoja, jätteitä ja sivuvirtoja ympäristöystävällisen energian tuotannossa.
Synnyttää uudenlaista tieteellistä yhteistyötä EU sisällä ja EU:n ja Intian välillä bioenergian
tuotannossa
Tausta
28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki2

3. © Natural Resources Institute Finland
Biokaasuapila - ydin
• Edistää ravinteiden kiertoa ja maatilamittakaavan biokaasuntuotantoa
• Kehittää nurmen tuotantoketjua biokaasun raaka-aineeksi siten, että tuotanto olisi
mahdollisimman hiilineutraalia
• Mitata viljelyn hiilitase ja kasvihuonekaasupäästöt
Perusajatus
• Apilan typensidonta tuottaa viljelykiertoon typpeä
• Apilanurmi sitoo kasvu aikana myös hiiltä
• Apila syötetään lypsylehmille tai biokaasulaitokseen
• Lanta käytetään biokaasulaitoksen päävirtana
• Apilaa käytetään myös suoraan biokaasun
tuotantoon
• Biokaasun käsittelyjäännös palautetaan pellolle - N-
P-K -lannoite
• -> mahdollisimman tehokas ravinteiden kierto
• Käsittelyjäännöksen mukana peltoon palautuu myös
hiiltä (C )
28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki3

4. Mineraalilannoitus
Koejärjestelyt 1 Viljelyn kaasutase
• Luken ja Itä-Suomen yliopisto ovat tutkineet nurmien
hiilensidonta-potentiaalia vuodesta 2009 Maaningalla eddy-
kovarianssilaiteistolla.
• Dr. N Shurpali UEF, Kuopio & Dr. P Virkajärvi
• Nyt menossa puna-apila-heinänurmi, jota lannoitetaan joko
väkilannoitteella (MinN) tai biokaasulaitoksen
käsittelyjäännöksellä (OrgN) 25 tn/ha/vuosi
• Eddy-laiteisto ottaa jatkuvasti kaasunäytteitä (10/sek)
• Kaasunäytteistä analysoidaan CO2 H2O sekä N2O
kaasukromatografisesti pellolla.
Käsittelyjäännös
• Eddy kovarianssitorni 360 ° ja sääasema
28.2.2019
Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki
4

5. Koejärjestelyt 2 - biokaasun tuotanto
• Metaanintuottopotentiaali (BMP) panoskokeella
apilasta ja lietelannasta
• Biokaasulaitoksen syöte n. 10 t lietelantaa + 1 t apila-
heinäseosta vuorokaudessa
• Syötteen ja käsittelyjäännöksen ominaisuuksien
määritys
• Kaasuntuotto, energiantuotto, energiankulutus,
nettoenergia navetan käyttöön
• BMP-toteuma (laitoksen metaanintuotto /
potentiaali)
• Mädätteen ominaisuudet (liuk. N määrän
lisääntyminen)
Käsittelyjäännös
Mineraalilannoitus
28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki5

6. Alustavia tuloksia 1 – Apilanurmen sato
6 28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
2017 2018
Kuiva-ainesato,kg/ha/v
MinN
OrgN
Apila 58%
Apila 54%
Apila 53%
Apila 42%
Lannoitus MinN vs. Org N
• N liukoinen: 106 vs. 53 kg/ha
• N tot : 106 vs 195 kg/ha
• P : 28 vs 13 kg/ha
• K : 50 vs 83 kg/ha
• Käsittelyjäännöksessä peltoon
hiiltä 460 kg C/ha/v
• Sadossa poistui 2800 vs 2600
kg C/ha (
• C-pitoisuus 46% kuiva-aineessa

7. Alustavia tuloksia 2 – metaanintuottopotentiaali (BMP)
• Apila-heinäseoksella 3060–3500 kWh/torg. ainetta
– Korkea, vrt. aiemmin heinänurmi 3300
– 610-750 kWh/ttuore
• Liete 226–232 kWh/torg. ainetta
– 130-160 kWh/ttuore
• Lisätään 10 % apilaa lantasyötteen määrään verrattuna (1:10) 
metaanintuotto lisääntyy 50 %
7 28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki

8. Alustavia tuloksia 3 – biokaasulaitoksen energiatase
• Biokaasuntuotto 730 MWh/v
• Nettoenergia (sähkö + lämpö) navetalle 505 MWh/v
– voi kattaa 120 lehmän navetan tarpeen (tai 25 omakotitaloa)
8 28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki
Lietelanta Apila
3353 3353 t 361 t
BMP 502 MWh BMP 271 MWh
BIOKAASULAITOS
Biokaasua 731 MWh (BMP-toteuma 95 %)
CHP-yksikkö Lämpökattila
658 MWh (90 % kaasusta) 43 MWh 73 MWh (10% kaasusta)
Sähköh.s. 31 % 127 MWh Lämpöh.s. 85 %
Lämpöh.s. 62 %
Sähköntuotto biokaasusta Lämmöntuotto biokaasusta
202 MWh 473 MWh
NETTOSÄHKÖ NEVETALLE NETTOLÄMPÖ NAVETALLE
159 MWh 346 MWh
16300 € (10,25 snt/kWh) 28700 € (8,30 snt/kWh)

9. Alustavia tuloksia – biokaasulaitoksen kannattavuus
• Annuiteettimenetelmällä tulos 6 400 €/v = kannattava
öljylämmitykseen verrattuna
• Takaisinmaksuaika 8,4 vuotta
9 28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki
Laskennan lähtöarvoja:
Investointi 369 500 €, tuki 40 %
Pitoaika 20 v
Laskentakorko 4 %
Apilasyötekustannus tärkeä tekijä:
Tuotanto & varastointi 18,2 €/t (arvio)
Murskaus ja syöttö reaktoriin 8,5 €/t
Tulot maatilalle, lämpöenergia tärkeä tekijä:
Ostosähkön korvaaminen 10,25 snt/kWh  16 300 €/v
Öljylämmityksen korvaaminen 8,30 snt/kWh  28 700 €/v
N mineralisoituu  väkilannoitetypen korvaaminen 3000 €/v

10. Tulokset
• Puna-apilannurmen käyttö lisäsyötteenä biokaasun tuottamisessa oli kannattavaa korvattaessa
ostosähköä, öljylämmitystä ja väkilannoitetyppeä.
• Alustavien tulosten perusteella puna-apilanurmi on toiminut hiilinieluna ja mädätysjäännöksen
käyttö mineraalitypen sijaan lisää hiilensidontaa
• Viljelyn N2O päästöt olivat lähes olemattomat, joten viljely oli hyvin ilmastoystävällistä.
– Kynnön vaikutus hiilen vapautumiseen työn alla (menossa 2018-2019)
Hyödyntäminen
• Suomessa tarvitaan omat kertoimet kasvihuonekaasujen ja hiilensidonnan osalta pitkän talviajan ja
lyhyen nurmikierron vuoksi; puna-apila on harvinainen kasvi muualla Euroopassa. Vastaavia tuloksia
ei ole aiemmin julkaistu.
• Lisäksi saadaan selville käsittelyjäännöksen käytön vaikutus sekä hiilitaseeseen että N2O päästöihin
• Tämän perusteella voidaan arvioida poliittisten päätösten kannattavuutta asetettujen
ilmastotavoitteiden kannalta
– Pohjatietoa myös ’hiilinielunurmen’ viljelyn kehittämiseen
• Tutkimus edesauttaa ekologisesti kestävän biokaasun tuotannon kehittymistä.
– mahdollisuudet karjatalousalueilla sekä kasvinviljelytiloilla
Tulosten merkitys ja hyödyntäminen
28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki10

11. 11 28.2.2019Virkajärvi ym Biotalousseminaari, Helsinki
Kiitos!
Kysymyksiä?