Valorisation potential of floodplain meadow hay as lignocellulosic biomass: a case study of Alam-Pedja

Abstract

Magistritöö Ökonoomika ja ettevõtluse õppekavalAlam-Pedja pärandniitude hooldamisel kogutakse igal aastal märkimisväärses koguses luhaheina, mille kasutusväärtust loomasöödana piirab eeskätt hilise niitmisaja tõttu madal toiteväärtus. Seetõttu on oluline otsida alternatiivseid võimalusi luhaheina väärindamiseks viisil, mis toetaks ressursside kestlikku kasutamist ja võimalusel rakendaks kaskaadkasutuse põhimõtteid. Magistritöö eesmärk oli saada ülevaade Alam-Pedja pärandniitude biomassi väärindamise tehnilistest ja majanduslikest aspektidest ning anda hinnang luhaheina kui lignotselluloosse biomassi väärindamispotentsiaalile, keskendudes ligniini eraldamise võimalusele protoonsete ioonsete vedelike (protic ionic liquids, PIL) abil. Töö tugines kombineeritud uurimismeetodile ning 2023. ja 2024. aastal kogutud andmetele, mis hõlmasid luhaheina keemilise koostise analüüsi, intervjuusid pärandniitude majandajatega, toetuste andmestikku ning teavet hooldustegevuste kohta. Ligniini eraldamise võimalusi käsitleti teoreetilisel tasandil, tuginedes teaduskirjandusele ja ekspertarvamustele. Töö tulemused näitavad, et kuigi luhahein leiab tüüpiliselt kasutust loomasöödana, jääb märkimisväärne osa sellest väärindamata või realiseeritakse väga madala väärtusega. Saadud tulemused viitavad, et luhahein sobib oma keemilise koostise poolest potentsiaalselt lignotselluloosseks sisendmaterjaliks, mida võiks väärindada näiteks ligniini selektiivse eraldamise kaudu protoonsete ioonvedelike abil. Töö raames kaardistati ka PIL-protsessi rakendatavust mõjutavad tehno-ökonoomilised tegurid. Tehnilise teostatavuse seisukohalt on olulised nii sobiva PILi valik kui ka protsessitingimuste määramine, sealhulgas biomassi osakeste suurus, biomassi ja PILi suhe, temperatuur ning ekstraktsiooniaeg – need mõjutavad otseselt ligniini saagist ja kvaliteeti. Ligniini eraldamise efektiivsus ja saadava produkti omadused omakorda määravad, kas protsess võiks olla majanduslikult põhjendatud. Üheks kriitilisemaks aspektiks kogu protsessi juures on ioonvedeliku taaskasutusmäär, mis mõjutab oluliselt nii kuluefektiivsust kui ka keskkonnamõju. Kuigi magistritöö ei võimalda teha lõplikke järeldusi tehnoloogilise teostatavuse ega majandusliku tasuvuse kohta, loob see tugeva aluse edasiseks uurimistööks ning suunab tähelepanu luhaheina kasutamata väärindamispotentsiaalile biomajanduse kontekstis.Regular management of the Alam-Pedja heritage meadows generates a considerable amount of floodplain meadow hay each year. Due to the late mowing period, the forage quality of this biomass is low, which limits its value and usability as fodder. Therefore, it is important to explore alternative valorisation pathways that support sustainable resource use and, where possible, follow the principles of cascading use. The aim of this master’s thesis was to assess the technical and economic aspects of biomass valorisation in the Alam-Pedja heritage meadows and to evaluate the potential of floodplain meadow hay as a lignocellulosic resource, with a focus on lignin extraction using protic ionic liquids (PILs). The study applied a mixed-method approach and was based on data collected in 2023 and 2024, including chemical composition analyses of hay samples, interviews with land managers, agri-environmental support data, and information on grassland management practices. The potential for lignin extraction was examined on a theoretical level, based on scientific literature and expert insights. The results show that although floodplain hay is typically used as fodder, a significant share remains unutilised or is sold at a very low value. The chemical composition of the hay indicates its potential suitability as a lignocellulosic input for biorefining, particularly for selective lignin extraction using PILs. The study identified key techno-economic factors influencing the feasibility of the process, including PIL selection and process parameters such as particle size, biomass loading ratio, temperature, and extraction time – all of which directly affect lignin yield and quality. These parameters are critical in determining whether the process could be economically viable. One of the most important factors is the recyclability of the ionic liquid, which significantly influences both cost-efficiency and environmental impact. While the study does not allow for definitive conclusions regarding technological feasibility or profitability, it provides a strong basis for further research and highlights the untapped valorisation potential of floodplain meadow hay within the bioeconomy framework