Teurasjätteen ja hevosenlannan analyyseja biokaasulaboratoriossa

Eläimistä saatavia sivutuotteita voidaan samanaikaisesti sekä hävittää turvallisesti että hyödyntää energiana ja lannoitteena muuntamalla ne biokaasuksi. Biokaasulaitosten biokaasutuotannon maksimoimiseksi määritetään syötemateriaalien optimaalisia sekoitussuhteita. Samaan aikaan täytyy huomioida lainsäädännön asettamat rajoitukset biokaasuprosessin lopputuotteiden hyödyntämiselle esimerkiksi lannoitteena.

Kirjoittaja: Raisa Pajarinen

Sivutuoteasetuksessa on määritelty ihmisten ja eläinten terveyttä koskevat säännöt koskien eläimistä saatavia sivutuotteita ja niistä johdettuja tuotteita. Tavoitteena on vähentää kyseisten tuotteiden ihmisille ja eläimille aiheuttamia terveysriskejä. (Sivutuoteasetus, 1 artikla.) Ihmisravinnoksi teurastettujen eläinten ruhot ja ruhonosat kuuluvat sivutuoteluokkaan 3 (Sivutuoteasetus, 10 artikla). Yksi sivutuoteasetuksessa määritellyistä luokkaan 3 kuuluvan aineksen hävityskeinoista on materiaalin muuntaminen biokaasuksi (Sivutuoteasetus, 14 artikla). LAB-ammattikorkeakoulun Siirtymä uusiutuvan energian ja resurssitehokkuuden hiilineutraaleihin ekosysteemeihin -hanke tutkii päijäthämäläisen biokaasuekosysteemin muodostamismahdollisuuksia (Eloranta 2023) ja on kiinnostunut muun muassa paikallisen teurastamon sivutuotteiden hyödyntämisestä biokaasun tuotannossa. LAB-ammattikorkeakoulun biokaasulaboratoriossa olivat tarkastelussa teurasjätteen metaanintuottopotentiaali, lämpöarvo ja raskasmetallit. Ravinnearvojen määritykset materiaaleista tilattiin ulkopuolisesta laboratoriosta.

Metaanintuottopotentiaalin mittauksia biokaasulaboratoriossa

LAB-ammattikorkeakoulun Lahdessa sijaitsevassa biokaasulaboratoriossa tehtiin metaanintuottopotentiaalin mittaukset uudella panostoimisella mittauslaitteistolla, jossa on reaktoripullot, joihin ympin ja näytemateriaalin sekoitusta panostetaan 800 grammaa. Käytetyt näytemateriaalit olivat seuraavat:

pehmeä teurasjäte eli jauhettu naudan ja lampaan pehmytkudosjäte, joka sisälsi utaretta, suolta rasvoineen ja sisältöineen, nahkaa turkkeineen, jännettä, lihaksia ja lihaskalvoa (kuva 1.)
kova teurasjäte eli jauhettu naudan luu ja sorkka (kuva 2.)
hevosenlanta, jossa kuivikkeena oli käytetty olkea ja purua

Materiaaleista yhdistettiin seuraavat koejäsenet, joissa prosenttiosuudet merkitsivät materiaalien kuiva-ainepitoisuuksien suhdetta:

pehmeä teurasjäte 100 %
pehmeä teurasjäte 50 % ja kova teurasjäte 50 %
pehmeä teurasjäte 50 % ja hevosenlanta 50 %.

Kuva 1. Jauhetun pehmytkudosjätteen ja suoliston sisällön sekoitusta (Kuva: Raisa Pajarinen)

Pelkän pehmeän teurasjätteen metaanintuottopotentiaaliksi saatiin n. 780 Nml CH₄/gVS eli normimillilitraa metaania grammaa orgaanista ainesta kohti. Pehmeän ja kovan teurasjätteen sekoituksen metaanintuottopotentiaali oli n. 640 Nml CH₄/gVS. Pehmeän teurasjätteen ja hevosenlannan sekoituksen metaanintuottopotentiaaliksi saatiin n. 506 Nml CH₄/gVS.

Kun huomioidaan, että olkikuivitetun hevosenlannan metaanintuottopotentiaalin arvioidaan olevan esimerkiksi 160–210 m³ CH₄/tVS (Grönroos ym. 2016, dia 8), hevosenlannan yhdistäminen biokaasuprosessissa teurasjätteeseen voi saada aikaan hieman parannusta syötteen metaanintuottopotentiaalissa. Uudet metaanintuottopotentiaalimittaukset teurasjätteestä, hevosenlannasta sekä lisäksi biojätteestä tehdään biokaasulaboratoriossa syksyn aikana, jotta saadaan lisäselvyyttä syötteiden yhteisvaikutuksesta niiden metaanintuottopotentiaaliin.

Lämpöarvojen määrityksiä pommikalorimetrillä teurasjätteestä

Teurasjätteistä ja hevosenlannasta tehtiin myös lämpöarvojen määritykset LAB-ammattikorkeakoulun kiertotalouslaboratorion pommikalorimetrillä. Pehmeän teurasjätteen tuorepainon kalorimetriseksi lämpöarvoksi saatiin 10,4 MJ/kg ja kuiva-aineen kalorimetriseksi lämpöarvoksi 31,8 MJ/kg. Olki- ja purukuivikkeisen hevosenlannan tuorepainon kalorimetriseksi lämpöarvoksi mitattiin 4,3 MJ/kg ja kuiva-aineen kalorimetriseksi lämpöarvoksi 18,6 MJ/kg.

Kova teurasjäte aiheutti haasteita lämpöarvojen määrityksessä. Aluksi hyödynnettiin pommikalorimetrin näytteinä luun sirpaleita, jotka olivat syntyneet, kun luuta esikäsiteltiin metaanintuottopotentiaalin mittauksia varten puristamalla sitä kasaan hydraulisesti aineenkoestuslaitteella. Näytteen maksimipaino lämpöarvojen määrityksessä pommikalorimetrillä on 1,1 grammaa, ja sopivia luunkappaleita oli runsaasti saatavilla. Luu ei kuitenkaan räjähtänyt täydellisesti kalorimetrisen analyysin aikana, ja tulokset erosivat toisistaan huomattavasti, joten menetelmän todettiin olevan epäluotettava. Myöhemmin oli mahdollista käyttää pommikalorimetrin näytteinä alle yhden millimetrin palakokoon jauhettua luuta ja sorkkaa. Luu- ja sorkkajauhosta puristettiin pellettiprässillä pellettejä, joiden haasteena oli hajoaminen käsiteltäessä, sillä maksimipainorajoituksen vuoksi pelleteistä tuli hyvin ohuita. Pellettejä saatiin kuitenkin nostettua ehjänäkin analysaattoriin, josta saatiin johdonmukaisia tuloksia. Jauhetun sorkan ja luun tuorepainon kalorimetriseksi lämpöarvoksi mitattiin 8,6 MJ/kg ja kuiva-aineen kalorimetriseksi lämpöarvoksi 11,7 MJ/kg.

Haitallisten aineiden määrityksiä XRF-analysaattorilla

Jauhetusta luusta ja sorkasta tehtiin myös raskasmetallimäärityksiä röntgenfluoresenssia hyödyntävällä XRF-analysaattorilla. Näytteitä oli kaksi: jauhe, joka sisälsi vaaleamman värin perusteella enemmän luuta kuin sorkkaa, sekä jauhe, joka sisälsi tummemman värin perusteella enemmän sorkkaa kuin luuta (kuva 2.). Luu ja sorkka olivat sekoittuneet jauhatuksessa, eikä ainesosien tarkkaa suhdelukua tiedetä. Näytteiden kuiva-ainepitoisuus oli 94,1 %. Kummastakin näytteestä tehtiin 99,7 prosentin todennäköisyysjakaumalla kymmenen rinnakkaista mittausta, joiden keskiarvo ilmoitettiin tuloksena yksikössä ppm.

Kuva 2. Kahta erilaista luu- ja sorkkajauhoa (Kuva: Raisa Pajarinen)

Raskasmetallien pitoisuuksia erilaisissa biomateriaaleissa tarkastellaan, koska esimerkiksi maa- ja metsätalousministeriön asetus lannoitevalmisteista 964/2023 asettaa raja-arvoja tiettyjen haitallisten aineiden pitoisuuksille. Taulukossa 1 on esitetty orgaanisten lannoitteiden raja-arvot haitallisten aineiden enimmäispitoisuuksille yksikössä mg/kg kuiva-ainetta sekä enimmäkseen luuta ja enimmäkseen sorkkaa sisältävien laboratorionäytteiden raskasmetallipitoisuudet yksikössä ppm. Vertailtaessa näytteiden pitoisuuksia raja-arvoihin havaitaan, että varsinkin elohopean ja kadmiumin määrään tulisi kiinnittää huomiota, mikäli luu- ja sorkkajauhoa päätyisi orgaaniseen lannoitevalmisteeseen sellaisenaan tai biokaasuprosessin läpikäyneenä.

Alkuaine	Lainsäädännön raja-arvo (mg/kg ka)	Luupitoinen näyte (ppm)	Sorkkapitoinen näyte (ppm)
Arseeni	40	1	2
Elohopea	1	8	6
Kadmium	1.5	3	7
Kromi	300	6	8
Kupari	600	12	17
Lyijy	100	3	0
Nikkeli	70	18	18
Sinkki	1500	127	111

Taulukko 1. Orgaanisten lannoitteiden haitallisten aineiden raja-arvot (Maa- ja metsätalousministeriön asetus lannoitevalmisteista 964/2023) ja kyseisten aineiden pitoisuudet luu- ja sorkkajauhossa. (Taulukko: Raisa Pajarinen)

Lähteet

Eloranta, V. 2023. Uusiutuvan energian synergiat käytäntöön Päijät-Hämeessä. LAB Pro. Viitattu 26.3.2024. Saatavissa https://www.labopen.fi/lab-pro/uusiutuvan-energian-synergiat-kaytantoon-paijat-hameessa/

Grönroos, J., Nieminen, M. & Saastamoinen, M. 2016. Hevosenlanta ja sen käsittelymenetelmät. Kaikki irti hevosenlannasta! -seminaari Säätytalolla 14.1.2016. Diamateriaalit. Viitattu 29.8.2024. Saatavissa https://www.slideshare.net/slideshow/luke-syke-vtt-hevosenlanta-ja-sen-ksittelymenetelmt/56994956#14

Maa- ja metsätalousministeriön asetus lannoitevalmisteista 964/2023. Finlex. Viitattu 30.8.2024. Saatavissa https://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2023/20230964

Sivutuoteasetus. Euroopan parlamentin ja neuvoston asetus (EY) N:o 1069/2009 muiden kuin ihmisravinnoksi tarkoitettujen eläimistä saatavien sivutuotteiden ja niistä johdettujen tuotteiden terveyssäännöistä sekä asetuksen (EY) N:o 1774/2002 kumoamisesta. Viitattu 26.3.2024. Saatavissa https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FI/TXT/PDF/?uri=CELEX:02009R1069-20191214&from=FI