Vieraslajien hyödyntäminen biokaasuprosessissa

Vieraslajikasvit uhkaavat luonnon monimuotoisuutta, mutta niistä voidaan tuottaa myös uusiutuvaa energiaa. Nämä kasvit soveltuvat biokaasun raaka-aineeksi, kunhan prosessi toteutetaan huolellisesti. Mutta mitä tulee ottaa huomioon, jotta vieraslajien hyödyntäminen olisi turvallista?

Komealupiini (Lupinus polyphyllus), jättipalsami (Impatiens glandulifera), isosorsimo (Glyceria maxima) ja kanadanvesirutto (Elodea canadensis) ovat vieraslajikasveja, jotka ovat erittäin kilpailukykyisinä levinneet laajasti Suomen luontoon ja vaikuttaneet negatiivisesti luonnon monimuotoisuuteen ja ekosysteemien tasapainoon. Komealupiinin typensitomiskyky rehevöittää sen kasvupaikkoja, mikä uhkaa useita luontotyyppejä, kuten niittyjä ja paahdeympäristöjä. Jättipalsami puolestaan altistaa valtaamansa alueet eroosiolle, sillä kasvin muuten valtaisasta kasvuvoimasta huolimatta sillä on heikko juuristo. Isosorsimo valtaa rantavyöhykkeitä muuttaen kalojen ja rapujen elinympäristöjä. Kanadanvesiruton massaesiintymät taas vaikuttavat varsin rajusti vesistöjen ravinnekiertoon ja vedenlaatuun, mitä muut vesikasvit ja -eliöt sietävät huonosti. (Vieraslajit.fi, n.d.)

Jättipalsami on säädetty koko EU:ssa haitalliseksi, komealupiini ja kanadanvesirutto taas kansallisesti haitallisiksi. Isosorsimoa koskee vieraslajilain mukainen kielto ympäristöön päästämisestä. Näiden tehokkaiden leviäjien torjuntatyö vaatii vuosien pitkäjänteistä toistoa. Tämä tarkoittaa säännöllisiä niittoja ennen siementen kypsymistä, uusia taimia tuottavien juurivarastojen tuhoamista ja kasvullisen leviämisen estämistä kasvimassan huolellisella keräämisellä. Esimerkiksi kanadanvesiruton kasvustoista irtoavat palaset leviävät helposti, ja sen hävittäminen on haastavaa, koska jopa pienet kasvinpalat voivat muodostaa uusia yksilöitä. On tärkeää käsitellä kerätyt kasvijätteet perusteellisesti, jottei edistetä leviämistä. Ammattimaisilla toimijoilla, kuten viljelijöillä, on ”velvollisuus estää haitallisen vieraslajikasvin leviäminen hallinnassaan olevan alueen ulkopuolelle esimerkiksi mullan, maa-aineksen ja muiden kasvien mukana”. (Vieraslajit.fi, n.d.)

Vieraslajit haitasta hyödyksi

Vieraslajikasvien orgaaninen aines on mahdollista hyödyntää biokaasuprosessissa eli mädätyksessä. Anaerobisen eli hapettomissa olosuhteissa tapahtuvan hajoamisen tuloksena mädätyksessä muodostuu metaanista ja hiilidioksidista koostuvaa biokaasua sekä ravinteikasta jäännöstä eli mädätettä, jota voidaan hyödyntää esimerkiksi lannoitevalmisteena. Vieraslajikasvien biomassaa muodostuu paikoin runsaasti. Kasvien hyödyntämisessä otettava huomioon useita tekijöitä, jotta prosessi olisi sekä ympäristön kannalta turvallinen että taloudellisesti kannattava.

Laboratoriotestillä voidaan tutkia vieraslajikasvien metaanituottopotentiaalia, joka riippuu kasvin kemiallisesta koostumuksesta. Testissä kasvien annetaan reagoida aktiivisen mädätteen kanssa, jonka sisältämät mikrobit käyttävät kasvien orgaanista ainesta ravinnokseen ja muodostavat aineenvaihduntatuotteinaan metaani- ja hiilidioksidikaasua. Kaasuntuottomäärää seuraamalla saadaan määritettyä suurin kasvista saatava metaanikaasun määrä sekä metaanituoton käynnistymisnopeus. Kasvien tukirakenteina toimivat selluloosa, hemiselluloosa ja ligniini ovat usein vaikeasti ja hitaasti hajoavia, ja kasvin esikäsittely näiden hajottamiseksi saattaa nopeuttaa metaanituoton käynnistymistä ja lisätä metaanituottopotentiaalia (Kymäläinen & Pakarinen, 2015). Esikäsittelyjä ovat muun muassa happo- ja emäskäsittelyt, murskaus ja höyryräjäytys. Laboratoriossa voidaan testata myös esikäsittelyjen vaikutusta kasvimassan metaanituottoon.

Kanta-Hämeessä ei ole vielä maatalouden sivuvirtoja hyödyntävää biokaasulaitosta, vaikka alueella olisi runsaasti raaka-ainetta saatavilla. Maatilakohtaisissa biokaasureaktoreissa lantaan lisätään usein käyttämättä jäänyttä säilörehunurmea, koska se parantaa merkittävästi biokaasun tuotantoa. Jotta kasvibiomassaa voitaisiin käyttää ympäri vuoden, olisi tärkeää varastoida sitä tehokkaasti. Alueella esiintyviä vieraslajeja voitaisiin hyödyntää säilörehunurmen tapaan, jos ne säilötään esimerkiksi ilmatiiviisti pakkaamalla. Kanadanvesirutolle sopivaksi varastointimenetelmäksi esitetään paalausta yhdessä kuivemman aineksen, kuten murskatun oljen, kanssa, jolloin sen suuri kosteuspitoisuus tasapainottuu ja kuiva-aine nousee varastointiin sopivalle tasolle (yli 20 %), mikä vähentää orgaanisen aineen hävikkiä varastoinnin aikana (Karjalainen ym., 2017). Hämeen ammattikorkeakoulussa (HAMK) tutkittiin BioKanta-hankkeen puitteissa, kuinka hyvin tietyt kasvit tuottavat metaania yhdessä naudanlantaan perustuvan mädätteen kanssa. BioKanta-hanke keskittyy biokaasutuotannon ja biomassojen hyödyntämisen kehittämiseen, ja tämän osatutkimuksen tavoitteena oli arvioida, voisivatko vieraslajikasvit toimia raaka-aineena biokaasuprosessissa. Tutkimuksessa ilmatiivis pakkaaminen paransi hieman isosorsimon metaanituottoa, mutta ei vaikuttanut jättipalsamiin tai komealupiiniin. Isosorsimon hidas hajoaminen säilytyksessä helpottaa sen käyttöä biokaasuprosessissa, jolloin pakkaaminen toimii sekä säilöntä- että esikäsittelymenetelmänä.

Metaanituottoa tarkasteltiin kuutioina kuivaa raaka-ainetonnia kohden. Jättipalsami ja komealupiini tuottivat metaania noin 190 m³/t, kun taas isosorsimo noin 240 m³/t eli lähes yhtä paljon kuin säilörehunurmi (260 m³/t). Jättipalsamin ja komealupiinin metaanituotto käynnistyi nopeasti, ja niiden koko potentiaali saavutettiin noin neljässä viikossa. Sen sijaan säilönurmen ja erityisesti isosorsimon hajoaminen biokaasureaktorissa tapahtui hitaammin, ja niiden maksimituotto saavutettiin kuuden viikon kuluttua. Nopeasti hajoavat vieraslajikasvit voisivat sopia jatkuvatoimiseen bioreaktoriin, kun taas hitaasti hajoavat kasvimateriaalit voisivat soveltua paremmin prosesseihin, joissa syötemateriaali viipyy pitkään, kuten panosprosesseihin tai jatkuvatoimiseen bioreaktoriin pitkällä viipymäajalla. Saksalaisessa tutkimuksessa todettiin kanadanvesiruton tuottavan metaania 214 m³ kuivaa raaka-ainetonnia kohden (Herbes ym., 2018). Koska kaasuntuotto on lähellä yleisesti käytettyä säilörehunurmea, vieraslajikasvit voisivat olla mahdollisia nurmen korvaavia tai sitä tukevia lisäsyötteitä esim. maatilojen laitoksilla.

Eri käsittelymenetelmät voivat estää vieraslajien leviämisen mädätteen kautta

Vieraslajien kerääminen ja kuljettaminen biokaasulaitokseen edellyttävät erityistä huolellisuutta. Vieraslajien käsittelyä, myös biokaasuprosessissa, ohjaa Suomessa tiukka lainsäädäntö, mikä tarkoittaa muun muassa siementen ja muiden leviämisrakenteiden tehokasta tuhoamista. Biokaasuprosessissa syntyvä mädäte on arvokas sivutuote, joka sisältää runsaasti ravinteita, kuten typpeä ja fosforia. Mädätettä voidaan käyttää lannoitteena esimerkiksi peltoviljelyssä, mutta sitä kautta ei saa syntyä uusia vieraslajikasvien leviämispesäkkeitä.

HAMKin biokaasureaktorikokeessa selvitettiin, kuinka mädätys, pakastus ja ilmatiivis pakkaaminen vaikuttavat komealupiinin siementen selviytymiseen ja itävyyteen. Kokeessa jatkuvatoimisen biokaasureaktorin lämpötila pidettiin 39 ˚C:ssa ja mädätyksen raaka-aineina käytettiin naudan lietelantaa ja säilörehunurmea. Komealupiinin siemeniä pidettiin reaktorissa neljän kuukauden ajan. Itävyyskokeiden tulokset osoittivat, että mädätys vähensi komealupiinin siementen itävyyttä 40 prosenttia ja ilmatiivis pakkaaminen 70 prosenttia. Ilmatiivis pakkaaminen yhdistettynä mädätykseen teki siemenistä itämiskelvottomia. Pakastaminen yksinään tai yhdessä mädätyksen kanssa vähensi itävyyttä vain noin 15 prosenttia. Käsittelyiden lisäksi siementen elinkelpoisuuteen vaikuttaa komealupiinin taipumus vaipua lepotilaan, jonka ansiosta siemenet voivat säilyä itämiskykyisinä useita vuosia. Joissakin tutkimuksissa onkin osoitettu kovakuoristen siementen selvinneen elinkelpoisina, kun niitä on mädätetty 30 vuorokautta lämpötila-alueella 35–43 ˚C (Hassani ym., 2021).

Aiemmassa Jyväskylän yliopiston ja Luonnonvarakeskuksen (Luke) tutkimuksessa todettiin, että komealupiinin siementen tuhoutumiseen mädätyksessä vaikuttavat erityisesti prosessin riittävän pitkä kesto ja kosteus. Samalla esitettiin, että mädätteen hygienisointi yli 70 celsiusasteessa olisi erittäin tehokas keino siementen tuhoamiseen. Tämä ei ole käytännössä toteutettavissa maatilamittakaavassa, koska tiloilla ei useinkaan ole hygienisointiyksikköä. Tehokas kompostointi mädätyksen jälkeen voi lisätä siementen tuhoutumista. (Hassani ym., 2021)

Edellä mainitut tutkimustulokset osoittavat, että vieraslajikasveilla voisi olla potentiaalia biokaasun tuotannossa, erityisesti alueilla, joilla niiden hallittu hyödyntäminen on tarpeen. Yhdistämällä vieraslajikasvien keräily biokaasutuotantoon maatiloilla voidaan paitsi rajoittaa lajien leviämistä, myös tuottaa uusiutuvaa energiaa ja lannoitevalmisteita. Biomassan eri käsittelymenetelmät voivat merkittävästi vähentää siementen leviämistä luontoon. Huolimattomuus voi kuitenkin johtaa vieraslajikasvien leviämiseen. Esimerkiksi Helsingin seudun ympäristöpalvelut ohjaa suuret vieraslajijätekuormat biojätteen käsittelyyn, josta murskauksen ja seulonnan jälkeen karkeampi aines päätyy kompostointiin ja hienompi aines mädätykseen (Helsingin seudun ympäristöpalvelut, n.d.a). Pienet, leviämisrakenteita sisältävät vieraslajimäärät ohjataan hävittämään sekajätteenä jätesäkkiin pakattuna (Helsingin seudun ympäristöpalvelut, n.d.b). Jos haitallisia siemeniä sisältäviä biomassoja käytetään, turvallisimpana käsittelytapana voidaan pitää yhdistelmää, jossa käytetään sekä mädätystä että tehokasta kompostointia. Varminta on kerätä ja hyödyntää vieraslajikasvit jo ennen niiden kukintaa.

Kirjoittaja