Julius Manninen

UUSIA MITTAUSMENETELMIÄ YLIJÄÄMÄMAIDEN KIERTOTALOUDEN TEHOSTAMISEEN

/in , /by

Maanrakentamisen yhteydessä syntyy maamassoja, joiden kierrätystä uusiin käyttökohteisiin on mahdollista tehostaa. Oulun ammattikorkeakoulu (Oamk) ja Geologian tutkimuskeskus (GTK) ovat selvittäneet uusia mittausmenetelmiä ylijäämämaiden haitta-ainepitoisuuksien ja tilavuuksien määrittämiseen.

Tyypillisesti maa-aineksissa esiintyy haitta-aineena hiilivety pohjaisia tuotteita, kuten erilaisia polttoaineita ja öljyjä tai raskasmetalleja. CircVol-hankkeen puitteissa on maastossa ja laboratoriossa testattu spektroskopiaan perustuvia kameroita ja mittalaitteita, sekä kehitetty spektridatan käsittelyä pitoisuuksien mallintamiseen. Polttoaineilla pilaantuneiden kohteiden maaperän kunnostuksessa käytetään yleisesti aistinvaraista havainnointia sekä hiilivetyjen pitoisuuksia mitataan uuttomenetelmään ja fotoionisaatioon perustuvilla tekniikoilla. Näkyvän valon ja lähi- ja lyhyt aaltoisen infrapunaspektroskopiaan perustuvat maastokelpoiset mittalaitteet ovat yleistyneet ja keski- ja lämpöinfrapuna-alueen laitteista on kehitetty kannettavia malleja. Maastospektroskopian etuna olisi nopea mittausaika ja edullinen käytettävyys. Spektroskopian käytön tavoitteena käytännön työssä olisi laboratorioon menevien näytteiden näytteenoton ohjaaminen.

Laajemmalla kenttätutkimuslaitteistolla on mahdollista saavuttaa pilaantuneiden maiden kunnostuskohteissa useita hyötyjä. Kunnostettavan kohteen kartoitus voidaan tehdä tarkemmin ja nopeammin. Pilaantuneisuusalueen oletetut rajat löydetään lähes reaaliaikaisesti ja kohteen kunnostaminen voidaan aloittaa tarkemmin pilaantuneimmasta kohteesta käsin. Tällä toimintamallilla vähennetään mm. riskiä voimakkaammin pilaantuneen maa-aineksen leviämisestä ja sekoittumisesta puhtaampiin maa-aineksiin. Samaten voimakkaammin pilaantuneen maa-aineksen mahdollinen ympäristöriskiaika kohteessa lyhenee.

Kenttätutkimuslaitteilla saadaan mittaustulos laitekohtaisesti minuuteista kymmeniin minuutteihin -aikaikkunan sisällä. Nopeasti saatava mittaustulos mahdollistaa parhaimmillaan pilaantuneen maa-aineksen lastaamisen suoraan kuorma-auton lavalle, jolloin kentällä tehtävä välivarastointivaihe voidaan välttää kokonaan. Kuorma-auton kuljettaja saa lähtiessään pilaantuneisuustiedon mukaansa, jolloin maa-aineksen vastaanottaja voi vastaanottaa kuorman. Kentältä saatava mittaustulos ohjaa kuorman myös havaitun pitoisuustason mukaan oikeaan vastaanottopaikkaan. Kun kaivannon (kohteen) reunoista ja pohjalta otettujen näytteiden pitoisuudet on havaittu riittävän puhtaiksi, voidaan kohteen kaivanto sulkea alueelta pois nostetuilla, kenttätestein varmistetuilla, riittävän alhaisen pitoisuustason omaavilla mailla. Jotta riittävän puhtaustason todentava tarkkuus saavutetaan kenttäkäyttöisillä mittalaitteilla, olisi hyvä kerätä mittalaitteiden tarkkuudesta riittävän suuri otos laboratoriovertailua varten. Nykyisellään kunnostettavan alueen puhtaustaso on varmistettava laboratoriotuloksin, mikä osaltaan viivästyttää luvallisia kaivantojen sulkemisia.

Kenttäkäyttöisten lyhyt-aaltoisen infrapuna-alueen spektrometrimittauksilla saadaan alustavaa tietoa polttoöljyn ja dieselin määrästä.

Spektrimittauksista syntyviä aineistoja on käsitelty mm. Eigenvector-ohjelmistolla Oamkilla hiilivetyjen määrän arvioinnissa.

Oamkin laboratoriossa on testattu keski- ja lämpöalueen infrapunaspektroskopiaan perustuvaa polttoöljyn määrän arviointimenetelmää.

XRF-kenttämittarilla on mahdollista mitata maamassojen metallipitoisuuksia maasto-olosuhteissa ja siten ohjata laboratoriossa analysoitavien näytteiden ottoa.

Maamassakasojen tilavuuksien mittausta on kehitetty dronessa lennätettävästä kamera-aineistosta.

 

Jos kiinnostuit, tule kuuntelemaan lisää koemittauksista ja tuloksista 7.12.2020 webinaariin! Ilmoittaudu mukaan tästä

 

Kirjoittajat:

TkT Maarit Middleton, apulaistutkimusprofessori, työskentelee Geologian tutkimuskeskuksessa Tietoratkaisut yksikössä. Hänen erikoisalaansa ovat geodata-analyysi ja kaukokartoitus.

DI Jere Kangas, lehtori, työskentelee Oulun ammattikorkeakoululla Rakennus- energia- ja talotekniikan osastolla. Hänen asiantuntijuusalueitaan ovat vesitekniikka, vesirakentaminen, vesien suojelu, päällystetekniikka, jätehuolto ja kiertotalous.

Julius Manninen

Bioperäisissä kaasuissa potentiaalia kaupunkien hiilineutraaliuden edistäjänä

/in , /by

Jotta bioperäisten kaasujen käyttö laajenisi, kaupungeilta tarvitaan selkeä strategia ja systemaattista johtamista. Biokaasu on huomioitu pk-seudulla jo päästöttömien työmaiden Green Deal -linjauksissa.

Kaupunkien kiinnostus bioperäisiin kaasuihin perustuu kunnianhimoisiin ilmastotavoitteisiin ja haluun tukea biokiertotalouden liiketoimintaa. Pääkaupunkiseudulla on ollut halua uudistumiseen, mikä on näkynyt kaupunkien strategioissa ja johtanut aktiivisuuteen monissa ilmastohankkeissa. Biokaasun tuotanto ja käyttö eivät ole kuitenkaan saavuttaneet vielä kovin vankkaa asemaa, trendinä on ollut pikemminkin sähköistyminen. Kaupungeilta vaaditaan selkeää strategiaa ja systemaattista johtamista bioperäisten kaasujen käytön edistämiseksi. Kaupungeilla olisi jo nyt mahdollisuus edistää esimerkiksi ajoneuvo- ja kuljetushankinnoissaan uusiutuvien polttoaineiden käyttöä ja rikkoa ennakkoluuloja biokaasua kohtaan. Pk-seudulla biokaasu on huomioitu mm. päästöttömien työmaiden Green Deal -linjauksissa, joita sovelletaan hankinnoissa.

Jotta biokaasulla voidaan liikuttaa kulkuneuvoja tai tuottaa kaupunkilaisille lämpöä, tarvitaan suuret määrät biojätteitä, sivuvirtamassoja. Kokonaiskuva pk-seudun biokaasun tuotantopotentiaalista on vielä osin puutteellinen. CircVol-hanke on tehnyt biomassakartoituksen, joka kattaa koko Helsingin kaupungin ja valtaosan Vantaata. Myös Espooseen on suunnitteilla vastaavanlainen kartoitus.

Biokaasun käsittelyä pidetään erityisen sotkuisena toimintana. Kaasuteknologioihin yhdistetään myös turvallisuusriskejä, joita pystytään kuitenkin käytännössä hallitsemaan. Paikallisesti tuotetusta biokaasusta ovat pk-seudulla esimerkkeinä kaatopaikkojen metaanin hyödyntäminen ja erilliskerättävien biojätteiden mädätyksellä tuotettu kaasu. Suurimmat volyymit biokaasua syntyy HSY:n puhdistamolietteiden mädätyksestä. Biokaasuekosysteemin liiketoimintapotentiaaliin sisältyy kaasun lisäksi muitakin tärkeitä tuotteita, kuten mädätteestä valmistetut kasvualustat ravinteineen.

Piloteilla ponnistaen muutokseen

Lassila & Tikanojan, VTT:n ja Helenin Kaupunkijalostamo-hankkeen suunnittelu alkoi vuonna 2016, ja etenee pikkuhiljaa kohti konkretiaa. Tarkoituksena on tuottaa teollisuuden matala-arvoisista sivuvirroista raaka-aineita, ravinteita ja kemikaaleja sekä hyödyntää prosesseista syntyvät hukkalämmöt kaukolämpöverkossa. Tavoitteena on teollisen mittaluokan tuotantolaitos, jossa lopputuotevaihtoehtoina ovat synteettinen metaani, metanoli ja FT-vahat, joita voi hyödyntää polttoaineina sekä biomuovin ja uusiomuovin tuotantoon. Prosessista saadaan myös lämpöä, tuhkaa ja ravinteita asumiseen ja maanparannusaineiksi.

Power-to-X eli PTX-teknologiat ovat maailmalla vielä uutta ja hankkeiden toteutuessa ne olisivat ainutlaatuisia. Teknologiayhtiö Wärtsilän ja Vantaan Energian yhteistyöhanke näyttää mallia pääkaupunkiseudun yritysten ilmastoyhteistyöstä. Konseptointivaiheessa oleva hanke on tehnyt yhteisen selvityksen Power-to-gas -konseptin liiketoimintamahdollisuuksista Vantaan Energian jätevoimalan suhteen. Tarkoituksena olisi kerätä hiilidioksidia jätevoimalan piipusta. Hiilidioksidi ohjataan metanointiyksikköön, eräänlaiseen varastointivaiheeseen, jossa siihen lisätään vedestä elektrolyyserillä eroteltua vetyä ja saadaan valmista biokaasua. Tämän teknologian avulla Vantaa pyristelee irti kivihiilen ja maakaasun käytöstä lopullisesti. Konseptointivaiheessa selvitetään synteettisten kaasun käytön kannattavuutta maakaasun korvaajana kaukolämpöverkossa ja kaasun käyttöpotentiaalia liikennepolttoaineena. Vantaan jäteautot voisivat jätevoimalalla käydessään tankata biokaasua. Tämänkaltaiset, paikalliseen yhteistyöhön perustuvat hankkeet vähentävät logistisia päästöjä reippaasti. Kun raaka-aineet tulevat läheltä, ei välivarastointiin ja liikuttamiseen tarvitse uhrata resursseja.

Synteettisten biokaasujen periaatteena on vangita ylijäämähiilidioksidia ja hyödyntää sitä edelleen vedyn avulla muiden prosessien energianlähteenä. Uusiutuvan energian avulla valmistetut, koko arvoketjultaan hiilineutraalit synteettiset kaasut ja muut hiilivedyt voivat olla tärkeä osa tulevaisuuden hiilineutraalia yhteiskuntaa. Uusien synteettisten hiilivetyjen hiilen lähteenä on hiilidioksidi, joka voisi päätyä muuten ilmakehään. Lisäksi tarvitaan kestävästi tuotettua energiaa. On keskusteltu esimerkiksi Power-to-X ratkaisujen hyötysuhteista ja ilmastovaikutuksista. Elektrolyyserien hyötysuhteen on todettu parantuneen huomattavasti viime vuosina.

Hiilineutraalia ja kustannustehokasta lämmitystä

QPower aikoo hyödyntää biometanointia Helsingin Malminkartanon aluekehityksessä varastoidessaan lähiseudun energiaa, joka voidaan hyödyntää muun muassa asuinalueen lämmittämiseen ja kesäisin viilentämiseen. Tämän kaltainen hiilineutraali lämmitysratkaisu on myös kustannustehokas, ja voi pienentää keskimääräisiä yhtiövastikkeita.

Uusien pilottien ja innovaatioiden käyttöönottoa tulee kuitenkin tarkastella kriittisten päästölinssien lävitse, sillä ilmaston näkökulmasta tulee tarkastella kaasun tuotannon koko ketjua alkutuotannosta lopputuotteeseen ja pidemmällekin. Esimerkiksi hiilineutraalisuus-tavoitteiden kannalta sähköä ei ole järkevää tuottaa fossiilisilla polttoaineilla tai turpeella, vaikka ylijäämäsähkö napattaisiinkin kestävään Power-to-X -mukaiseen käyttöön. PTX-ilmastovaikutusten kannalta tulisi lisätä päästötöntä sähköntuotantoa runsaasti.

Päästöjen hillintä yhtäällä saattaa kasvattaa päästöjä toisaalla. Kiertotaloudessa ketju on suljettu eli materian tai raaka-aineen hyödyntäminen jatkuu mahdollisimman pitkään. Ilmastovaikutusten arvioinnin moniulotteisuus on yksi suurista haasteista ilmastonmuutoksen hillintäkeinoissa, mutta silti useita toisistaan eroavia keinoja tarvitaan matkalla kohti hiilineutraalia yhteiskuntaa.

Teksti: Jenna Inkinen ja Heli Lehtinen, CircVol Helsingin kaupunki

Tekstin lähteenä on käytetty CircVol-hankkeen Biokaasut tulevaisuuden kiertotaloudessa -tilaisuutta Helsingissä 12.10.2020. Lataa tilaisuuden esitykset

Lisätietoja: jenna.inkinen(at)hel.fi ja heli.k.lehtinen(at)hel.fi

Kuva: Helsinki Marketing, Jussi Hellsten