MTT Maaningalla tutkitaan maatilojen biokaasutuotantoa

vo

Biokaasulaitoksen hankinta ja tarjouspyyntö

Tämän raportin tavoitteena on tuoda esimerkkien avulla esille biokaasulaitoksen hankinnassa ja tarjouspyynnössä huomioitavia asioita. Ennen laitoksen hankintaa tulee suunnitella huolellisesti kustannukset ja rahoitus, resurssit ja asiantuntemus, omistussuhteet, laitoksen koko, syötteet, reaktorityyppi, energian käyttökohteet, mädätysjäännöksen hyödyntäminen, huollot, logistiikka, luvitus, vakuutukset sekä projektin dokumentointi. Kannattavuuden edellytyksenä on usein tarpeeksi suuri laitoskoko. Saksassa v. 2011 sähköteholtaan 100 kWel sähköä ja lämpöä yhteistuottavan eli CHP-biokaasulaitoksen investointihinta on keskimäärin 4 000 €/kWel ja 1 100 kWel laitoksen 2 600 €/kWel. Sama mittakaavaetu pätee myös kaasun hyödyntämislaitteiden tehokohtaisiin investointihintoihin ja käyttökustannuksiin. Laitoksen kannattavuuden kannalta oleellista on myös käyttökustannusten hallinta. Weak point -analyysin avulla voidaan selvittää laitoksen elinkaaren heikot kohdat. Erityistä huomiota kannattaa kiinnittää biokaasun hyödyntämislaitteisiin (CHP-yksikkö, lämpökattila, liikennebiokaasun jalostuslaitteisto). Esimerkiksi saksalaisissa CHP-biokaasulaitoksissa 46 % prosessihäiriöistä aiheuttaa CHP-yksikkö. Raportissa on esitetty kolme erityyppistä tarjouspyyntöä, joissa kilpailutuksen perusteena ovat: 1. Halvin hinta, jossa vähimmäisvaatimukset täyttävistä tarjouksista valitaan edullisin 2. Edullisimmat kustannukset (elinkaarikustannukset) 3. Paras hinta-laatusuhde, jossa hinnan lisäksi perusteena Halvimpaan hintaan perustuvassa tarjouspyynnössä voi olla kannattavaa esittää suhteellisen tarkat vähimmäisvaatimukset, jotta tarjoukset olisivat vertailukelpoisia. Kaikissa tarjouspyynnöissä kannattaa ottaa kilpailutukseen mukaan myös huoltosopimuksen hinta sellaisille laitteille, joiden takuu edellyttää huoltosopimusta sertifioidun huoltajan kanssa (CHP-yksikkö, jalostuslaitteisto).201

All-optical switching at the two-photon limit with interference-localized states

We propose a single-photon-by-single-photon all-optical switch concept based on interference-localized states on lattices and their delocalization by interaction. In its 'open' operation, the switch stops single photons while allows photon pairs to pass the switch. Alternatively, in the 'closed' operation, the switch geometrically separates single-photon and two-photon states. We demonstrate the concept using a three-site Stub unit cell and the diamond chain. The systems are modeled by Bose-Hubbard Hamiltonians, and the dynamics is solved by exact diagonalization with Lindblad master equation. We discuss realization of the switch using photonic lattices with nonlinearities, superconductive qubit arrays, and ultracold atoms. We show that the switch allows arbitrary 'ON'/'OFF' contrast while achieving picosecond switching time at the single-photon switching energy with contemporary photonic materials

Biokaasulaitoksen käsittelyjäännös nurmen ja ohran lannoitteena

MTT Maaningalla tutkittiin vuosina 2009–2012 raakalannan, biokaasulaitoksen käsittelyjäännöksen ja jäännöksestä separoitujen kuiva- ja nestejakeiden käyttöarvoa nurmen ja ohran lannoitteena. Kenttäkokeet toteutettiin nurmelle ja ohralle erikseen, ja niissä verrattiin orgaanisia lannoitteita väkilannoitteena annettuun typpeen ja fosforiin. Nurmikoe oli nelivuotinen sisältäen perustamisvuoden suojaviljan (ohra), ohrakokeen tulokset ovat kolmelta vuodelta. Raakalanta ja käsittelyjäännös sijoitettiin 5–7 cm syvyyteen. Kuiva- ja nestejakeet levitettiin käsin pintaan ja kuivajae mullattiin äestämällä. Orgaaniset lannoitteet annettiin ohralle keväällä ja nurmelle toiselle sadolle. Lisäksi kokeessa oli kuusi erilaista väkilannoitteena annettua typpitasoa. Niiden avulla muodostettiin typen satovastefunktiot, joihin orgaanisten lannoitteiden typen hyväksikäyttöä verrattiin. Syksyisin otettiin maanäytteet kolmesta eri syvyydestä. Ohrakokeessa käsittelyjäännöksellä saatiin yhtä suuret sadot kuin vastaavalla liukoisen typen määrällä väkilannoitteessa, paitsi kuivana vuonna 2010, jolloin sato oli 10 % alhaisempi. Raakalannalla sadon määrä oli vain 85 % väkilannoitteeseen verrattuna. Separoinnista ja jakeiden käytöstä ei näyttänyt olevan ohralle erityistä hyötyä. Nurmikokeessa kuivuus aiheutti suuremman eron typen hyväksikäytössä kuin biokaasuprosessi tai separointi: kuivana vuonna raakalanta ja käsittelyjäännös tuottivat selkeästi väkilannoitetta heikomman tuloksen, mutta nestejakeella vastaavaa eroa ei havaittu. Raakalannalla ja käsittelyjäännöksellä ei ollut eroa lannoitusvaikutuksessa. Molemmissa kokeissa orgaanisten lannoitteiden sijoittaminen hillitsi helppoliukoisen fosforin rikastumista maan pintakerrokseen. Ohralla typen taseet olivat pääasiassa positiivisia, ja käsittelyjäännöksen tase oli raakalantaa alhaisempi kahtena vuonna. Nurmella ensimmäisen sadon taseet olivat tyypillisesti negatiivisia, mikä vaikutti myös kokonaissadon taseisiin. Nurmiruuduilla käsittelyjäännös tuotti raakalantaa alhaisemman typpitaseen ainoastaan vuonna 2012, jolloin sen liukoisen typen osuus kokonaistypestä oli suurempi kuin raakalannalla. Nestejakeella lannoitetut ruudut saivat enemmän kokonaistyppeä kuin muut koejäsenet, mikä näkyi positiivisina taseina joka vuosi. Myös fosforitaseet poikkesivat selvästi kasvilajien välillä. Ohralla fosforitase oli lähes aina positiivinen, myös väkilannoiteruuduilla, kun nurmella P-tase oli lähes poikkeuksetta negatiivinen.Orgaanisten lannoitteiden lannoitusvaikutus, ravinnetaseet sekä maaperän typpikierto ovat selvästi erilaisia nurmenviljelyssä kuin viljanviljelyssä. Tämä selittyy pääosin viljelytekniikan eroilla (mm. lannoitus- ja korjuukertojen määrät, jyvien tai koko kasvuston korjuu) sekä kasvien erilaisella ravinteidenottokyvyllä. Tämän kokeen perusteella käsittelyjäännöksen edut tulevat selvemmin esiin ohran- kuin nurmenviljelyssä

Maatilojen biokaasulaitosten kannattavuus ja kasvihuonekaasujen päästövähennys

Tässä julkaisussa esitetään maatilojen biokaasulaitosten kannattavuus käyttäen kahta kuvitteellista esimerkkiä: suuren lypsykarjatilan oma biokaasulaitos ja viiden lypsykarjatilan yhteinen biokaasulaitos. Tilakohtaiselle laitokselle laskettiin lisäksi kasvihuonekaasujen päästövähennyspotentiaali. Tilakohtainen biokaasulaitos korvasi joko maatilan öljy- tai hakelämpölaitoksen. Biokaasusta tuotettiin lämpöä ja sähköä CHP-yksiköllä. Tuotettu lämpö korvasi kevyttä polttoöljyä tai puuhaketta ja tuotettu sähkö ostosähköä. Biokaasulaitos osoittautui öljy- ja hakelämpölaitosta kannattavammaksi, jos laitokselle saatiin investointitukea (35 %), korkeimmasta investointihinnasta huolimatta. Tilojen yhteinen biokaasulaitos sai tulonsa energian myynnistä. Lietelannan separointi osalla osakastiloja ja kuivajakeen käyttö biokaasulaitoksen syötteenä vähensivät kuljetuskustannuksia ja mahdollistivat tilojen yhteisen laitoksen kannattavan toiminnan. Vaihtoehtoisina biokaasun hyödyntämistapoina tarkasteltiin lämmön ja sähkön yhteistuotantoa sekä biokaasun puhdistusta liikennepolttoaineeksi. Paras kannattavuus saatiin, kun tuotetusta biokaasusta puhdistettiin liikennepolttoainetta ja tehdylle investoinnille saatiin investointitukea (vuosittainen tulo 22 600 €, investoinnin takaisinmaksuaika 6,8 vuotta). Lähes yhtä hyvään kannattavuuteen päästiin myös lämmön ja sähkön yhteistuotannossa, mikäli kaikki lämpö voitiin hyödyntää ja myydystä sähköstä saatiin v. 2015 mukainen tariffihinta lämpöpreemiolla (vuosittainen tulo 22 900 €, investoinnin takaisinmaksuaika 7,3 vuotta). Merkittävimmät kasvihuonekaasupäästövähennykset saatiin lannan varastoinnista ja energian tuotannosta. Lietelanta siirtyi navetasta jatkuvatoimisesti biokaasulaitokseen, jossa vapautuva metaani otettiin hallitusti talteen. Energian tuotannon päästövähennyspotentiaali riippuu korvattavasta energiasta. Tässä laskelmassa korvattiin puuhaketta ja sähköä. Biokaasulaitos osana maatilan toimintoja vähensi vuosittaisia kasvihuonekaasuja 240 t CO2e (noin 90 henkilöauton päästöt), kun vertailukohtana oli hakelämpölaitos.201

Maatilojen biokaasuntuotannon mahdollisuudet Lapissa

Biokaasun tuotanto maatiloilla edistää osaltaan paikallista hajautettua energiantuotantoa ja ravinteiden kierrätystä. Maatilakokoluokan biokaasulaitosinvestointeja on kuitenkin rajoittanut taloudellisen kannattavuuden saavuttaminen, ja Lapissa biokaasulaitoksia on vielä muuta maata selvästi vähemmän. Lapissa muodostuu alueelleen ominaisia biohajoavia massoja, kuten poro- ja kalatalouden sivuvirtoja, joista osa on tähän asti ollut heikosti hyödynnettyjä. Maatilat biokaasun tuottajina Lapissa -hankkeen (2017–2020) tavoitteena olikin selvittää lappilaisten maatilojen biokaasuntuottomahdollisuuksia huomioiden myös alueelle ominaiset lisäsyötemahdollisuudet. Lapissa maatalous perustuu nurmenviljelyyn ja nurmea syöviin eläimiin, ja 90 % maakunnan alueella muodostuvasta lannasta on naudanlantaa. Maatilojen biokaasulaitoksen kannalta keskeisimpiä sivuvirtoja alueella ovat peltobiomassat, matkailun biohajoava jäte sekä poro- ja kalasivuvirrat. Näistä suurimmat muodostumismäärät ja metaanintuottopotentiaali on peltobiomassoilla. Kokonaismääränä kala- ja porotalouden sivuvirrat eivät ole välttämättä kovin suuria, mutta niillä voi paikallisesti olla suurikin merkitys ja ne tarjoaisivat maatilojen biokaasulaitoksille runsaasti biokaasua tuottavan lisäsyötteen. Oman haasteensa lisäsyötteiden käytölle tuo joidenkin sivuvirtojen muodostuminen jaksottaisesti vain osan aikaa vuodesta. Sivuvirtojen käyttöä lantaan pohjautuvan biokaasuprosessin lisäsyötteenä tutkittiin kokeellisesti laboratoriomittakaavassa. Panoskokeissa selvitettiin erilaisten sivuvirtoina muodostuvien lisäsyötteiden metaanintuottopotentiaalit, jotka kaikki osoittautuivat lannan metaanintuottopotentiaalia korkeammiksi. Lisäksi lisäsyötteistä analysoitiin ravinnepitoisuudet ja koostumus. Lisäsyötteiden käyttöä tutkittiin myös jatkuvatoimisilla reaktorikokeilla, joilla simuloitiin maatilamittakaavan biokaasuntuotantoa vaihtuvilla, jaksottaisilla lisäsyötteillä. Lisäsyötteet paransivat metaanintuottoa ja mädätteen ravinnepitoisuuksia, ja biokaasuprosessi kesti lisäsyötteiden vaihdot testatulla maltillisella lisäsyöteosuudella. Hankkeessa luotiin laskennalliset maatilamallit kahdelle eri maitotilakokoluokalle, pieni tila 60 lypsävää ja iso tila 180 lypsävää. Malleilla kuvattiin maatilamittakaavan biokaasulaitoksen kannattavuutta kyseisissä kokoluokissa ja kannattavuuteen vaikuttavia tekijöitä, mm. lisäsyötteiden käytön vaikutuksia. Pienessä tilakoossa lisäsyötteet noin kaksinkertaistaisivat energiantuotannon, mutta kokonaisuudessaan pienen tilan biokaasulaitos jäi kuitenkin kauas kannattavasta. Isommalla nautatilalla biokaasulaitoksen kannattavuus oli saavutettavissa etenkin, jos käytössä nykyisellään oli kallis lämmitysenergiamuoto. Lisäsyötteiden käyttöön liittyvän hygienisointiyksikön merkitystä tarkasteltiin kannattavuuslaskelmien avulla. Hygienisointia vaativa, mutta ilmainen poron teurasjäte osoittautui kannattavammaksi lisäsyötteeksi kuin säilörehunurmi. Hygienisointiyksikön kannattavuuden edellytyksiksi osoittautuivat mm. riittävän suuri laitoskokoluokka, investointituet sekä korkeahko tuotetun energian hinta ja hyödyntämisaste.202

Biokaasuteknologiaa maatiloilla II : biokaasulaitoksen käsittelyjäännöksen hyödyntäminen lannoitteena

Biokaasuprosessin vaikutukset naudan lietelannan ominaisuuksiin: • Käsittelyjäännöksen typen käyttökelpoisuus nousi raakalantaan verrattuna ohranviljelyssä, vaikka lieteanalyysissä liukoisen typen pitoisuus ei noussut ja liukoisen typen osuuden nousua ei voitu osoittaa. Käsittelyjäännöksen liukoinen typpi oli ohran lannoitteena täysin väkilannoitetypen veroista, kun raakalannan typpi vastasi 85-prosenttisesti väkilannoitetyppeä. Nurmenviljelyssä raakalannan ja käsittelyjäännöksen typen käyttökelpoisuus oli samaa tasoa. • Käsittelyjäännöksen fosforin käyttökelpoisuus oli korkeampi kuin raakalannan sekä ohran että nurmenviljelyssä. • Biokaasukäsittelyn edullinen vaikutus typen ja fosforin hyväksikäyttöön näkyi käsittelyjäännöksen raakalantaa pienempänä typen ja fosforin ylijäämänä. • Käsittelyjäännös oli tasalaatuisempaa ja juoksevampaa kuin raakalanta ja sen ravinnepitoisuuden vaihtelu oli pienempää kuin raakalannan. • Käsittelyjäännös koettiin teknisesti raakalantaa helpompikäyttöiseksi ja sen hajuhaitat vähäisemmiksi. • Käsittelyjäännöksen pH oli korkeampi kuin raakalannan, mutta tällä ei ollut vaikutusta maan pH-arvoon. • Riippumatta siitä, rajoittaako lannan levitystä kokonaistyppi (nitraattiasetus) vai pellon fosforiluokka, pystyy käsittelyjäännöstä käyttämällä levittämään kerta-annoksena hieman (7 %) enemmän liukoista typpeä hehtaarille. Kotieläintalouden tuotantoyksikkökoon kasvu ja tilojen keskittyminen tietyille alueille ovat johtaneet tilalla syntyvän lantamäärän kasvuun sekä lannan alueelliseen ja paikalliseen keskittymiseen. Nautakarjatiloilla tilan hallinnassa olevat pellot riittävät yleensä vastaanottamaan tuotetun lannan, mutta suurissa eläinyksiköissä lannan kuljetus kauaksi tilakeskuksesta aiheuttaa lisätyötä ja -kustannuksia. Joissain tapauksissa tilan omat pellot eivät riitä vastaanottamaan syntyvää lantamäärää. Lisämaan hankkiminen tai vastaanottosopimukset naapuritilojen kanssa mahdollistavat lannan levittämisen suuremmalle peltopinta-alalle, mutta lisää usein samalla kuljetustarvetta. Lannan tehokkaampi hyödyntäminen prosessoinnin avulla voi nostaa lopputuotteiden lannoitearvoa ja tuottaa myös uusiutuvaa energiaa. Esimerkiksi mekaaninen ja kemiallinen separointi sekä lannan anaerobinen hajotus biokaasulaitoksissa voivat tehdä lannan kuljettamisesta kauemmaksi taloudellisesti kannattavaa ja siten lisätä lannan käytettävyyttä peltolannoituksessa. Lannan sisältämien ravinteiden ja energian tehokas hyväksikäyttö on edellytyksenä niin kestävälle elintarviketuotannolle kuin maatalouden ravinnekuormituksen vähentämiselle. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää naudan lietelannan, tilakohtaisen biokaasulaitoksen käsittelyjäännöksen ja käsittelyjäännöksestä separoitujen neste- ja kuivajakeiden käyttöarvoa nurmen ja ohran tuotannossa verrattuna väkilannoitetyppeen. Laajemmin tavoite oli saada lisää tutkittua tietoa orgaanisten, lantapohjaisten lannoitteiden mahdollisuuksista ravinteiden kierron tehostamisessa ja väkilannoitteiden korvaajana tilakohtaisissa ratkaisuissa. Tutkimus oli osa laajempaa ’Biokaasuteknologian käyttöönoton edistäminen Pohjois-Savossa’ -hanketta, jonka ensimmäinen osaraportti julkaistiin MTT Raporttina 113. Nurmen ja ohran kenttäkokeet toteutettiin kahtena erillisenä lohkoittain satunnaistettuna kokeena Luonnonvarakeskus (Luke) Maaningalla (silloinen MTT Maaninka) vuosina 2009–2012. Molemmissa kokeissa tutkittiin raakalannan, biokaasulaitoksen käsittelyjäännöksen ja jäännöksestä separoitujen neste- ja kuivajakeiden lannoitusvaikutusta. Jakeet annettiin koeruuduille eri tavoin riippuen kasvilajista. Nurmikoe oli nelivuotinen sisältäen perustamisvuoden suojaviljan (ohra), kun taas ohrakokeen tulokset ovat kolmelta vuodelta. Raakalanta ja käsittelyjäännös sijoitettiin 5–7 cm syvyyteen. Jäännöksestä separoidut kuiva- ja nestejakeet levitettiin käsin pintaan ja kuivajae mullattiin äestämällä. Orgaaniset lannoitteet annettiin ohralle keväällä ja nurmelle toiselle sadolle. Nurmi niitettiin aina kahdesti kesässä. Lisäksi kokeessa oli kuusi erilaista väkilannoitteena annettua typpitasoa. Niiden avulla muodostettiin typen satovastefunktiot, joihin orgaanisten lannoitteiden typen hyväksikäyttöä verrattiin. Syksyisin otettiin maanäytteet kolmesta eri syvyydestä. Ohrakokeessa käsittelyjäännöksellä saatiin yhtä suuret sadot kuin vastaavalla liukoisen typen määrällä väkilannoitteessa, paitsi kuivana vuonna 2010, jolloin sato oli 10 % alhaisempi. Raakalannalla sadon määrä oli vain 85 % väkilannoitteeseen verrattuna. Separoinnista ja jakeiden käytöstä ei näyttänyt olevan ohralle erityistä hyötyä. Nurmikokeessa kuivuus aiheutti suuremman eron typen hyväksikäytössä kuin biokaasuprosessi tai separointi: kuivana vuonna raakalanta ja käsittelyjäännös tuottivat selkeästi väkilannoitetta heikomman tuloksen, mutta nestejakeella vastaavaa eroa ei havaittu. Raakalannalla ja käsittelyjäännöksellä ei ollut eroa lannoitusvaikutuksessa. Ohralla typen taseet olivat pääasiassa positiivisia, ja käsittelyjäännöksen tase oli raakalantaa alhaisempi kahtena vuonna. Ohra ei siis käyttänyt kaikkea sille annettua typpeä, mutta käsittelyjäännöksen typpi oli paremmin hyödynnettävissä kuin raakalannan. Nurmella ensimmäisen sadon taseet olivat tyypillisesti negatiivisia, eli nurmi otti typpeä enemmän kuin sille väkilannoitteena annettiin. Tämä vaikutti myös kokonaissadon taseisiin. Nurmi hyödynsi käsittelyjäännöksen typen raakalannan typpeä tehokkaammin ainoastaan vuonna 2012, jolloin käsittelyjäännöksen liukoisen typen osuus kokonaistypestä oli suurempi kuin raakalannalla. Nestejakeella lannoitetut ruudut saivat enemmän kokonaistyppeä kuin muut koejäsenet, mikä näkyi positiivisina taseina joka vuosi. Myös fosforitaseet poikkesivat selvästi kasvilajien välillä. Ohralla fosforitase oli lähes aina positiivinen, myös väkilannoiteruuduilla, kun nurmella fosforin vuositase oli lähes poikkeuksetta negatiivinen. Biokaasuprosessi paransi fosforin näennäistä hyväksikäyttöä sekä ohra- että nurmikokeessa. Sekä raakalannan että käsittelyjäännöksen käytön vaikutus maan viljavuusfosforin pitoisuuteen oli pienehkö, mutta käsittelyjäännöksen käyttö nosti maan viljavuusfosforin pitoisuutta suhteessa raakalannan käyttöön. Todennäköinen syy tähän on biokaasuprosessin aiheuttamat muutokset lietelannan orgaanisen aineksen koostumuksessa, mikä vaikuttaa kilpailuun maan fosforinpidätyspaikoista. Orgaanisten lannoitteiden lannoitusvaikutus, ravinnetaseet sekä maaperän typpikierto ovat selvästi erilaisia nurmenviljelyssä kuin viljanviljelyssä. Tämä selittyy pääosin viljelytekniikan eroilla (mm. lannoitus- ja korjuukertojen määrät, jyvien tai koko kasvuston korjuu) sekä kasvien erilaisella ravinteidenottokyvyllä. Näiden kokeiden perusteella käsittelyjäännöksen edut, etenkin typen ja fosforin käyttökelpoisuuden parantuminen suhteessa karjanlantaan tulevat selvemmin esiin ohran- kuin nurmenviljelyssä.----------------------------------------------------------------------------------------------- • Plant-availability of nitrogen was higher in digestate than in raw manure when cultivating oat, even though no increase in soluble nitrogen was detected in manure analysis. The soluble nitrogen in digestate was as effective in oat cultivation as mineral fertilizer, while that of raw manure was 85% of mineral fertilizer. In grass cultivation nitrogen plant-availability of digestate and raw manure were similar. • Plant-availability of phosphorus was higher in digestate than in raw manure with both oat and grass cultivation. • The improved nitrogen and phosphorus uptake when using digestate was also shown as less excess of nitrogen and phosphorus than when using raw manure. • Digestate was more homogeneous and fluid compared to raw manure and its nutrient con-tent more stable. • Digestate was technically easier to handle and the research group found its odour less foul than that of raw manure. • Digestate pH was higher than with raw manure but this had no effect on soil pH. • Regardless of the limiting factor in manure fertilization (manure/digestate total nitrogen or soil phosphorus), digestate allowed for a slightly higher dose of soluble nitrogen (7%) per hectare. Increasing unit size of animal husbandry and its concentration into certain regions have led to in-creasing amount of manure per farm and regional concentration of manure. On dairy and beef farms the field area per se is not typically restricting manure use because forage area is in proportion to number of animals. On large units, however, the distances to fields increase and thus transportation of slurry to distant paddocks severely increases transportation costs. In addition, in some cases the field area of one farm may no longer be large enough for manure utilization. To ensure sufficient area for spreading, the farms have had to either increase its field area or hand out manure to neighboring farms. Manure processing, such as mechanical and chemical separation and anaerobic digestion in biogas plants may provide profitable solutions for transporting manure to further distances and thus improve manure utilization in fertilization. Efficient use of manure energy and nutrient content is a prerequisite for sustainable food production and decreasing agricultural nutrient load to the environment. The aim of this study was to find out the fertilizing value of cattle slurry, digestate from a farm-scale biogas plant and the separated solid and liquid fraction of the digestate in barley and grass production. The use of these organic fertilizers was also compared to that of mineral fertilizers. The aim was also to increase empirical data on the possibilities of organic fertilizers for enhancing manure utilization and replacing mineral fertilizers in farm-scale solutions. The field experiments with barley and grass were performed as two separate and randomized complete block design experiments in Luke Maaninka research station during 2009−2012. Both experiments studied the fertilizing effect of raw slurry, digestate and separated solid and liquid fractions of digestate. The different organic fertilizers were spread to the field plots dependent on the plant species. The experiment of grass silage took four years including the whole crop (barley) in the establishment year, while the results of the barley experiment are from three years. Both slurry and digestate were injected into the depth of 5−7 cm with a plot-sized slurry spread-er. Fractions were spread to the surface of soil by hand and solid fraction was mixed in to the soil by harrowing. Organic fertilizers were spread for the barley in the spring and for the grass after the first harvest. During the production years, the grass was harvested twice at silage stage. In addition, the experiments included six levels of mineral N application to calculate N fertilizer replacement value for soluble N fraction of the organic fertilizers. Soil samples (depths of 0–2 cm, 2–10 cm and 10–25 cm) were taken in each autumn. In the barley experiment, digestate gave similar yields as comparable dose of mineral soluble nitrogen (N), except in the dry year of 2010, when the yield was 10% lower. Raw slurry yielded only 85% of the yield from digestate. Separation and use of the fractions did not show particular benefits for barley. In the grass experiment, drought caused a larger difference in N uptake than the use of digestate or separated digestate: in the dry year, raw manure and digestate gave significantly lower yields that mineral fertilizer. However, when using the liquid fraction of digestate no such effect was noticed. Raw manure and digestate did not differ in fertilizing effect. With barley, N balance was mostly positive i.e. the N removal in harvested crop was lower than input N as slurry and fertilizers. The N balance of digestate was lower than that of raw slurry in two of the studied years. With grass, the N balances of the first cut were usually negative, which lead negative annual balances. On the grass plots, digestate produced a lower N balance than raw slurry only in 2012, when its proportion of soluble nitrogen of total nitrogen content was higher than that of raw slurry. The plots fertilized with liquid fraction of digestate received a higher dose of total N than the other plots, which was also seen as positive balances each year. Also the P balances differed significantly between the plant species. With barley, the P balance was almost always positive, as with mineral fertilizers, while with grass, it was nearly without exception negative. The fertilizing effect, nutrient balances and soil nitrogen cycle of organic fertilizers are clearly different in grass production than in cereal cultivation. This is mostly explained by differences in cultivation methods (e.g. amount of fertilizing and harvesting times, harvesting the grains or the entire bi-omass) and by different nutrient uptake ability of the plants. According to this study, the benefits of using digestate are clearer for barley cultivation than for grass production.201

Maatilojen biokaasulaitokset : Mahdollisuudet, kannattavuus ja ympäristövaikutukset

Maatilojen biokaasulaitokset voisivat olla olennainen osa tuotantoketjua. Niiden avulla voidaan hyödyntää tiloilla muodostuvat jätteet ja sivutuotteet, kuten lanta ja erilaiset kasvintuotannon sivutuotteet tehokkaasti energiana ja kierrätysravinteina. Samalla on mahdollista tehostaa maatalouden päästöjen hallintaa. Maatalouden biokaasulaitosten käyttöönoton haasteena on kuitenkin ollut kannattavuus. Suurehko kertainvestointi ei ole lukuisista hyödyistään huolimatta välttämättä noussut riittävän kannattavaksi verrattuna muihin energiantuottovaihtoehtoihin nähden. Tässä raportissa esittelemme kahdelle todelliselle kotieläintilalle suunnitellut biokaasulaitokset, niiden tekniset ratkaisut, kannattavuuden arvioinnit sekä ympäristövaikutukset verrattuna tilan nykyiseen toimintaan ilman biokaasulaitosta. Laitokset ovat tapauskohtaiset esimerkit, joita myös muut asiasta kiinnostuneet maatilat voivat hyödyntää pohtiessaan mahdollisuuksiaan toteuttaa oma tilakohtainen biokaasulaitos. Laitokset suunniteltiin lypsykarjatilalle ja sikatilalle. Niiden lähtökohtana oli pääasiassa tehostaa tilojen lannan hyödyntämistä erityisesti lämmöntuotannossa ja ravinteina. Suunnittelussa pyrittiin hyödyntämään tilan olemassa olevia rakenteita, kuten lietesäiliöitä ja lämpökeskuksia. Lypsykarjatilalle laskettiin kaksi laitosvaihtoehtoa, joista toinen hyödynsi pelkän lietelannan ja tuotti lämpöä ja toinen hyödynsi lannan lisäksi tilan hävikkisäilörehun ja tuotti sekä sähköä että lämpöä. Sikatilalle laskettiin laitos, joka hyödynsi tilan liete- ja kuivikepohjalannat lämmöntuotannossa. Lypsykarjatilalla pelkän lietelannan käsittely lämmöksi ei ollut kannattavaa, mutta lannan ja hävikkisäilörehun käsittely sähköksi ja lämmöksi oli yhtä kannattavaa kuin hakelämpöön ja ostosähköön perustuva energiaratkaisu. Investointituki (35 %) oli kannattavuudelle välttämätön. Uuden lietesäiliön rakentaminen vanhan muuntamisen sijaan oli kannattavampaa, sillä uuden säiliön käyttöikä on merkittävästi vanhaa allasta pitempi. Vanhat säiliöt kannatti ennemmin hyödyntää varastosäiliöinä käsittelyjäännökselle. Laitoksen myötä tila sai myös levitykseen enemmän liukoista typpeä käsittelyjäännöksen lannoitekäytössä. Sikatilalla lantojen käsittely lämmöksi oli kannattavuudeltaan investointituen ja uuden reaktorialtaan myötä lähes sama kuin hakkeella. Kannattavuus olisi mahdollisesti saavutettu myös hyödyntämällä alueen suojavyöhykenurmet ja tuottamalla sekä sähköä että lämpöä. Tätä ei kuitenkaan hankkeessa laskettu. Laitosten ympäristövaikutukset ovat riippuvaisia tuotetun energian hyödyntämisestä ja käsittelyjäännöksen varastoinnin ja levityksen ratkaisuista. Mikäli koko tuotettu biokaasuenergia voidaan hyödyntää ja energialla saadaan korvattua fossiilisiin polttoaineisiin pohjatuvia energiamuotoja, laitosten vaikutus ilmastonmuutokseen on raakalannan hyödyntämistä vähäisempi. Oikeanlaisella lannankäsittelyn kokonaisratkaisulla voidaan myös vähentää tilan happamoitumis- ja rehevöitymisvaikutuksia. Tällöin jäännös on varastoitava katetusti ja levitettävä kasvukaudella (keväällä, kesällä) multaavilla menetelmillä.201