Savonia-artikkeli: Pohjois-Savon biotalouteen boostia – Kestäviä ratkaisuja biopohjaisista materiaaleista
This work is licensed under CC BY-SA 4.0
BioBoost-hankkeessa (BioBoost – Pohjois-Savon biotalouteen boostia) yhdistettiin Savonia-ammattikorkeakoulun Bio- ja kiertotalouden tutkimusalan ja Itä-Suomen yliopiston Biomateriaalitekniikan tutkimusryhmän osaaminen sekä infra uusien biopohjaisten materiaalien valmistamiseksi yhdessä paikallisten yritysten ja muiden toimijoiden kanssa toteuttamalla mm. laboratorio- ja kenttätestauksia. Savonian kehittämishankkeen rinnalla on myös kulkenut BioBoost-investointihanke – R&D palveluiden kehittämiseksi. Sen avulla Savonian Bio- ja kiertotalouden laboratorion laitekantaa ja TKI-palveluita on saatu kehitettyä ja monipuolistettua. BioBoost-hankkeen tavoitteena oli etenkin pyrkiä kehittämään paikallista kiertotalousliiketoimintaa löytämällä ratkaisuja sivuvirtojen hyödyntämiselle, tutkia ja kehittää fossiilittomia vaihtoehtoja synteettisten tuotteiden korvaajaksi sekä pyrkiä tukemaan bioenergiantuotantoa paikallisesti.
Sivuvirtojen soveltuvuutta energiantuotantoon, kierrätyslannoitteiden toimivuuden testausta sekä maa-aineksen uusiokäyttöä
Hankkeessa keskityttiin etenkin mikrobipohjaiseen biomassojen prosessointiin, jota varten investointihankkeessa hankittiin Bioprocess Controlin biokaasuntuotantolaitteisto, joka pääsikin hankkeen aikana aktiiviseen käyttöön. Biokaasun tuottopotentiaalikokeita toteutettiin erilaisille biopohjaisille massoille, kuten panimoiden sivuvirroille ja kasvibiomassoille sekä selluteollisuuden lietteelle. Paikallisten pienpanimoiden sivuvirtojen soveltuvuutta energiantuotantoon tutkittiin myös pelletointikokeen avulla. Tulosten perusteella mäskillä ja hiivalla sekä niiden seoksilla olisi potentiaalia energiatuotannossa, mikä kuitenkin vaatisi mäskin sekä hiivan kuivaamisen ennen hyödyntämistä polttoaineena. Mikrobipohjaiseen biomassojen prosessointiin keskityttiin myös panos- ja jatkuvatoimisten vetykokeiden avulla, jonka yhteydessä toteutettiin myös biomassaselvitys potentiaalisista peltobiomassojen sivuvirroista. Biomassaselvityksen ja laboratoriokokeiden avulla todettiin mm., että 30 km säteellä Kuopion jätekeskuksen alueelta biomassojen sivuvirroista tuotetun biovedyn teoreettinen energiapotentiaali olisi 4 GWh/a ja tämän biovedyn tuotannon käsittelyjäännöksestä tuotetun biometaanin teoreettinen energiapotentiaali olisi 83 GWh/a.
Hankkeessa testattiin paikallisten sivuvirtojen kustannustehokkaampaa hyödyntämistä kierrätyslannoitevalmisteina, maanparannusaineina ja kasvualustojen komponentteina. Savonian kasvatuskokeissa testattiin mm. mäskin ja biokaasuntuotannon rejektin soveltuvuutta kierrätyslannoitevalmisteeksi. Kasvatuskokeiden tutkittavat koemateriaalit sekä kasvinäytteet päästiinkin analysoimaan investointihankkeessa investoiduilla ICP-OES alkuaine- ja hiilityppianalysaattorilla. UEF:n kasvualustakokeissa testattiin kehittämiämme erilaisia monikomponenttisia turpeettomia kasvualustoja mm. raiheinällä, metsäpuun taimilla, mansikalla ja salaatilla. Kasvatuskokeiden suunnitteluun osallistui myös hankkeen puutarhayrityksiä. Kasvualustat toimivat hyvin ja olivat kilpailukykyisiä vaihtoehtoja perinteisille turpeeseen perustuville ratkaisuille.
Savonian toteutukseen sisältyi myös yhteistyönä Savon Kuljetus Oy:n kanssa tehty vieraslajikasvin siemeniä sisältävän maa-aineksen jatkokäyttöön sekä komealupiinin torjuntaan liittyvä peittokokeen toteutus (kuva 2). Peittokokeen perusteella komealupiinin siemeniä sisältävän maa-aineksen jatkokäyttöä maarakentamisessa ajatellen, puolen metrin kerros puhdasta maata metrin sijaan riittäisi estämään siementen itämisen. Myös vaihtoehtoisesti komealupiinin maamassoilla peittäminen voisi toimia torjuntakeinona tähän sopivissa kohteissa.
Prosessoitujen kiinteiden ja nestemäisten jakeiden laboratorio- ja kenttätestaukset
Itä-Suomen yliopistolla testattiin kierrätysmateriaalien äänieristävyyttä meluesteissä sekä vaikutuksia betonivalun lujuusominaisuuksiin. Tarkasteltavina materiaaleina olivat mm. hamppukuidut ja -päistere, kierrätetty lasi- ja kivivilla sekä puupohjaiset levyt. Demorec Oy toimitti erilaisia tyhjiä ja täytettyjä meluseinäelementtejä kokeiluihin. Vankan puurakenteisen rungon vaikutus osoittautui niin merkittäväksi, että se peitti kuitumateriaalien väliset erot eristävyydessä. Toisaalta havainnoitiin, ettei pienen kierrätysvillamäärän lisääminen betonivalun sekaan heikennä sen puristuslujuusominaisuuksia. Yksittäisten näytteiden kohdalla myös nähtiin, kuinka betonin taivutuslujuus tai “sitkeys” voi parantua huomattavasti hamppukuitulisäyksen seurauksena – kaupallisen valun puristuslujuudeksi luvataan vähintään 25 kN, kun parhaimmillaan se kävi yli 70 kN. POC-kokeilu osoitti, että lujat hamppukuidut voivat tarjota kestävän kehityksen mukaisen lujitteen betonituotteisiin.
Hankkeessa toteutettiin ruukkumittakaavan kasvatuskokeet kahdella erilaisella energiantuotannossa syntyvällä tuhkalla: arina- ja lentotuhkalla. Kokeen tarkoituksena oli tutkia kahden eri sivuvirtana syntyvän tuhkan vaikutusta puuntaimiin kolmella eri annostuksella verrattuna kontrolliin sekä verrata tutkittavia tuhkia keskenään. Koe osoitti, että etenkin hieskoivun kohdalla tuhkalisäyksellä oli kasvua parantava vaikutus. Ruukkukokeen lisäksi käynnistettiin metsäpilotointi, jossa tarkoituksena on tutkia tuhkan ravinnepitoisuuden mukaan kirjallisuuden pohjalta lasketun optimaalisen annostuksen vaikutusta metsäpilottialan puiden kasvuun. Tuhkan vaikutus metsässä alkaa näkyä hitaasti, jonka vuoksi kokeen seurantaa on tarkoitus jatkaa BIOPRO365-hankkeessa BioBoost-hankkeen päätyttyä.
Hankkeessa tuotettiin myös jatkuvatoimisella biomassareaktorilla biohiiltä, jota käytettiin monivuotisessa peltopilotoinnissa, joka perustettiin kesällä 2025. Peltopilotoinnin tarkoituksena on tutkia biohiilten vaikutusta tutkittavaan kasviin, englanninraiheinään sekä maaperään. Ensimmäisen vuoden tulosten perusteella todettiin, että biohiilet ei itsessään sisällä juurikaan ravinteita, joten niiden sadon tuottoa parantava vaikutus perustuu maan rakennetta parantavaan vaikutukseen ennemmin kuin lannoittavaan vaikutukseen. Myös peltopilotoinnin seurantaa jatketaan BIOPRO365-hankkeessa.
Biopohjaisten materiaalien prosessointi komposiittien raaka-aineiksi, turpeettomiksi kasvualustoiksi ja kasvitautien torjuntaan sekä näiden turvallisuustarkastelut
Savonian ja UEF:n yhteistyönä tarkasteltiin metsäteollisuuden lietteiden jatkokäsittelyä ja hyödyntämistä. Solid Environmental Technologies Oy:ltä saatiin erä jäteveden puhdistuksessa syntyvää sekalietettä, josta Savonia selvitti biokaasun tuotantopotentiaalia. UEF:lla puolestaan tuotettiin näistä kahdesta lietteestä (ennen ja jälkeen biokaasutuksen) HTC-prosessilla valmistettua märkähiiltä ja nesteitä kahdessa eri lämpötilassa. Tuloksia verrattiin kirjallisuuteen ja omiin aiempiin tuloksiin.
Biohiiltä valmistettiin panostoimisella reaktorilla jatkuvatoimisen biomassareaktorin lisäksi. Tuotettuja biohiiliä karakterisoitiin niiden fysikaalisten ja kemiallisten ominaisuuksien määrittämiseksi, kuten johtavuus, huokoisuus, aktiivinen pinta-ala, koostumus analyysi ja pinnan topologia. Eri biohiilinäytteistä mitattiin mm. haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC), ja hiilten turvallisuutta arvioitiin VOC-mittausten ja kirjallisuuden perusteella. Mittausten avulla tarkasteltiin erityisesti biohiilistä vapautuvien yhdisteiden mahdollisia haju- ja ilmanlaatuvaikutuksia. Lisäksi kirjallisuuskatsauksen avulla on kartoitettu, millä muilla menetelmillä biohiilien turvallisuutta voitaisiin tutkia laajemmin. Tällaisia menetelmiä ovat esimerkiksi genotoksisuutta arvioiva Ames-testi, vesikirpputesti, jolla voidaan arvioida biohiilestä mahdollisesti liukenevien yhdisteiden akuutteja vesieliövaikutuksia, sekä erilaiset uuttokokeet ja muut ekotoksisuustestit. Näiden menetelmien avulla voidaan täydentää kemiallista analytiikkaa ja saada kokonaisvaltaisempi kuva biohiilien kemiallisesta laadusta, mahdollisista päästöistä, niiden soveltuvuudesta erilaisiin käyttötarkoituksiin sekä mahdollisista ympäristö- ja terveysvaikutuksista.
VOC-yhdisteitä tarkasteltiin myös vastaavista kasvualustatutkimuksista, joissa oli sekä biohiiltä, että pyrolyysinestekäsiteltyä hamppupäistärettä. Haluttiin selvittää, altistuuko kasvualustasekoitusta käyttävä henkilö haitta-aineille. Aiempien tutkimusten pohjalta VOC:stä kiinnostivat erityisesti fenolit, furfuraalit ja orgaaniset typpiyhdisteet, joita ei analyysin perusteella löytynyt. Varmistuksena tarkasteltiin hetkellistä emissiospektriä yksittäisestä näytteestä myös toisella menetelmällä, mikä ei myöskään paljastanut merkittäviä VOC-emissioita. Mittauksissa käytettiin TENAX-putkiin keräystä ja toisaalta PTR-massaspektrometriaa. Tulokset kaipaisivat kuitenkin vielä jatkotarkasteluita sekä kasvualustan läpi virtaavan veden haitta-ainekartoituksen.
Hankkeen nimi: BioBoost – Pohjois-Savon biotalouteen boostia (BioBoost) ja BioBoost -investointihanke – R&D palveluiden kehittämiseksi
Kestoaika: 01.10.2023–30.04.2026
Rahoitusohjelma: Uudistuva ja osaava Suomi 2021–2027, Oikeudenmukaisen siirtymän rahasto (JTF)
Rahoitus: Euroopan unionin osarahoittama, rahoittava viranomainen Pohjois-Savon liitto
Kokonaisbudjetti: BioBoost – Pohjois-Savon biotalouteen boostia: 525 603 € (Savonia) 257 016 € (UEF), josta EU:n rahoitusosuus 80 %.
Kokonaisbudjetti: BioBoost -investointihanke – R&D palveluiden kehittämiseksi: 500 000 € (Savonia), josta EU:n rahoitusosuus 70 %.
Hankkeen nettisivut: bioboost.fi
Kirjoittajat
Eevi Minkkinen, projektipäällikkö, TKI-asiantuntija, eevi.minkkinen@savonia.fi, Savonia-ammattikorkeakoulu
Elisa Saari, testausinsinööri, elisa.saari@savonia.fi, Savonia-ammattikorkeakoulu
Tiina Kemppainen, tekninen asiantuntija, tiina.kemppainen@savonia.fi, Savonia-ammattikorkeakoulu
Miika Virtanen, projektiasiantuntija, miika.virtanen@savonia.fi, Savonia-ammattikorkeakoulu
Isa Lyijynen, projektipäällikkö, isa.lyijynen@uef.fi, Itä-Suomen yliopisto
Sofia Marttunen, projektitutkija, sofia.marttunen@uef.fi, Itä-Suomen Yliopisto
Reijo Lappalainen, professori, reijo.lappalainen@uef.fi, Itä-Suomen yliopisto
