Maatilan ilmastopäästöt ja ravinnekierrot parempaan hallintaan biokaasun ja apilanurmen tuotannon yhdistämisellä

Biokaasuapila

Alkamispäivä

01.01.2018

Päättymispäivä

31.12.2020

Tiivistelmä

1) Tausta ja tavoitteet

Hankkeen päätavoite on tehostaa ravinteiden kierrätystä biokaasun tuotannossa sekä vähentää tuotannosta aiheutuvia kasvihuonekaasupäästöjä osana ilmastollisesti kestävää maataloustuotannon kokonaisvaltaista tehostamista.

Hankkeen tutkimukselliset tavoitteet ovat:
1) Kasvihuonekaasu- ja energiataseiden ympärivuotinen selvitys maatilamittakaavassa tuotetulle palkokasvinurmelle, joka syötetään biokaasun raaka-aineeksi.
2) Palkokasvinurmesta tuotetun metaanin määrän selvitys maatilamittakaavan biokaasureaktorissa.
3) Ravinnekierron tehostamispotentiaalin selvitys palauttamalla biokaasutuotannon käsittelyjäännös lannoitteena takaisin palkokasvinurmelle, jolloin tuotannon ravinnekierto pohjautuu biologiseen typensidontaan ja ravinteiden kierrätykseen. Tehostetulla ravinnekierrolla toimivan tuotannon verrokkina toimii fossiiliseen energiaan ja uusiutumattomiin ravinnevaroihin perustuva mineraalilannoitettu käsittely.
4) Biologisen taustan selvitys alustavissa kokeissa havaitulle voimakkaalle kasvukauden aikaisten kasvihuonekaasupäästöjen alenemiselle.

2) Toteutus

Hankkeessa tuotetaan maatilamittakaavan biokaasulaitoksessa biokaasua lietelannasta ja apilanurmesta. Apilanurmea viljellään noin kuuden hehtaarin lohkolla, joka on jaettu kahteen osaan. Toisella puolella biomassa tuotetaan fossiiliseen energiaan ja uusiutumattomiin luonnonvaroihin nojaten mineraalilannoitteilla ja toisella puolella lannoitus tehdään käyttäen biokaasulaitoksen mädätysjäännöstä, jolloin lannoitus pohjautuu biologiseen typensidontaan ja ravinteiden kierrätykseen. Kummankin alueen kasvihuonekaasu- ja energiataseet mitataan eddy-kovarianssitekniikalla, mikä edustaa alan viimeisintä huipputeknologiaa (Shurpali et al 2017; Lind et al 2017). Kyseinen laitteisto on ainoa maataloustutkimukseen käytettävä eddy-kovarianssilaitteisto Suomessa (omistaja UEF, sijanti Luke Maaningan pellolla). Tekniikan ansiosta kummankin tuotantotavan N2O-, NO- ja CO2-kaasujen vaihtoa voidaan verrata toisiinsa ympäri vuoden.

Kummankin tuotantotavan sato korjataan ja syötetään naudan lietelannan kanssa mesofiiliseen ja kaksivaiheiseen anaerobiseen hajotukseen perustuvaan biokaasureaktoriin. Prosessin aikana seurataan säännöllisesti biomassan kuiva-aineen ravinnepitoisuuksia ja selvitetään nurmibiomassan metaanintuottopotentiaali, toteutunut metaanintuotto ja käsittelyjäännöksen ravinnepitoisuudet.

Alustavien havaintojen mukaan pellolla kasvava palkokasvinurmi on estänyt kasvukauden aikana maaperästä ja lannoitteista peräisin olevat N2O-päästöt. Löytö on tieteellisesti merkittävä ja sillä voi olla myös suuri vaikutus mm. kansalliseen maatalouden kasvihuonekaasuinventaarion laskentaa. Siksi työpaketti 3 keskittyy selvittämään ilmiön syitä käyttäen ajanmukaisimpia maaperäkemian ja -biologian tutkimusmenetelmiä (laboratorio-inkubaatiot; RNA analytiikka, ym.).

3) Tuotokset

1. Tieteellinen julkaisu: ravinteiden kierrätyksen tehostaminen apilanurmella
2. Uudet tutkimusaineistot, joita voidaan hyödyntää myöhemmin tuotannon mallinnukseen ja jatkoanalyysien tekoon
3. Kehittynyt kenttäkoeinfra
4. Tiedotusaineistot: mm. vapaasti jaettava Luke-uutinen tutkimustuloksista ja esityskalvot


4) Vaikuttavuus ja käytäntöön vienti
Tieteellinen julkaisu julkaistaan joko gold tai green open access -julkaisuna, jotka ovat vapaasti kaikkien saatavissa.
Tutkimusinfraa voidaan esitellä kohderyhmille.
Tiedotusaineistot välitetään vapaaseen jakeluun Luken verkkosivujen ja sosiaalisen median kautta.

5) Asiakkaat

Politiikka, viljelijät, tutkimus, neuvonta

Tavoitteet, vaikuttavuus ja hyödyt

Tutkimukselliset tavoitteet ovat 1) Kasvihuonekaasu- ja energiataseiden ympärivuotinen selvitys palkokasvinurmelle, joka syötetään biokaasun raaka-aineeksi. 2) Palkokasvinurmesta tuotetun metaanin määrän selvitys maatilamittakaavan biokaasureaktorissa. 3) Ravinnekierron tehostamispotentiaalin selvitys palauttamalla biokaasutuotannon käsittelyjäännös lannoitteena takaisin palkokasvinurmelle. 4) Biologisen taustan selvitys havaitulle kasvukauden aikaisten kasvihuonekaasupäästöjen alenemiselle.

Hankkeen kohderyhmiä ovat politiikka, tutkimus sekä viljelijät ja neuvontaorganisaatiot. Hankkeen aikana tuotetaan tieteelliset julkaisut biokaasun tuotannosta ja ravinteiden kierrosta sekä apilanurmen kasvihuonekaasutaseista. Tuotettuja tutkimusaineistoja voidaan käyttää myöhemmin mallinnukseen ja jatkoanalyyseihin. Lisäksi tuloksista johdetaan mm. esimerkkikonsepteja tilojen sovellettavaksi oman tuotantonsa kehittämisessä.