Artikkelit

Photo by Scott Webb on Unsplash

Tuhkalle tehokasta hyötykäyttöä

Kirjoittajat dosentti Oskar Karlström ja Jan-Erik Eriksson Åbo Akademin Epäorgaanisen kemian laboratoriosta.

Maailmanlaajuisesti polttolaitoksissa muodostuu yli 750 miljoonaa tonnia tuhkaa joka vuosi. Suurin osa tästä tuhkasta on edelleen peräisin hiilenpoltosta. Hiilen osuutta polttoaineissa korvataan kuitenkin kasvavassa määrin hiilineutraalilla biomassalla. Esimerkiksi Tanskassa muunnetaan parhaillaan jokaista alun perin hiilenpolttoon suunniteltua voimalaitosta biomassan polttoon sopivaksi laitokseksi. Suomessa biomassojen osuus sähkön ja lämmöntuotannossa mukaan lukien puun pienkäyttö, metsäteollisuuden jäteliemet sekä teollisuuden ja energiantuotannon puupolttoaineet, oli 2017 alustavien tietojen mukaan  yhteensä 27% (Suomen virallinen tilasto SVT, Energian hankinta ja kulutus, http://www.stat.fi/til/ehk/tau.html). Turpeen ja kivihiilen osuudet olivat vastaavasti 4 ja 6 %.

Hiilen poltosta syntyy tyypillisesti noin 10-20% tuhkaa. Biomassan poltossa vastaava luku on 0,1-5%, mutta joillekin biomassoille on raportoitu jopa 40% tuhkaosuuksia. Suomessa käytettävän puuperäisessä biomassassa tuhkan osuus on noin 1%, mutta se vaihtelee 0,1 ja 2% välillä puulajista riippuen. Vaikka tuhkan osuus on suhteellisen pieni verrattuna polttoaineen massaan, suuren mittakaavan biomassan poltossa muodostuu merkittävä määrä tuhkaa. Tuhkan määrä on useille biomassoille kuitenkin huomattavasti pienempi kuin vastaava kivihiilen poltossa muodostuva tuhka.

Hiilen tuhkaa käytetään nykyään hyödyksi mm. lannoitteena, maanrakentamisessa korvaamassa luonnonkiviaineksia, raaka-aineina sementissä ja betonissa, tiilissä, keraamisissa laatoissa, jne. Tuhkista voidaan myös ottaa talteen arvokkaita metalleja. Maailmanlaajuisesti noin 25% kivihiilituhkasta käytetään johonkin uuteen tarkoitukseen. Esimerkiksi Yhdysvalloissa tuhkien käyttöaste on nykyisin noin 50% ja EU:ssa käyttöasteen arvioidaan olevan jopa 90%.

Myös biomassan tuhkaa voidaan hyödyntää monella tavalla. Yleisesti ajatellaan että biomassatuhkat eivät sisällä haitallisia aineita. Nykytietämyksen mukaan näissä tuhkissa saattaa kuitenkin olla erilaisia raskasmetalleja ja muita haitallisia aineita. Tämän lisäksi haasteena on biomassan tuhkan erilainen ja monimutkainen koostumus verrattuna kivihiilituhkaan sekä erot eri biomassojen tuhkien koostumuksen välillä. Useissa polttolaitoksissa käytettävät rinnakkaiset polttoaineet tuovat uusia haasteita koska muodostuva sekatuhkaa voi sisältää puutuhkan, turvetuhkan ja kivihiilituhkan ainesosien lisäksi joissakin tapauksissa myös jätteiksi luokiteltavien polttoaineiden tuhkaa.

Lähtökohtaisesti tuhka on aina jätettä, joka voi olla joko vaarallista tai tavanomaista, sen mukaan, onko sillä tiettyjä vaaraominaisuuksia. Tarkempia tietoja eri jätteiden luokitteluista on listattu Ympäristöministeriön julkaisuun: (Häkkinen: Jätteen luokittelu vaaralliseksi jätteeksi, Ympäristöhallinnon ohjeita 1/2016, http://julkaisut.valtioneuvosto.fi/bitstream/handle/10024/74873/OH_1_2016.pdf).

Kestävän kehityksen kannalta on tärkeää, että uusiutuvan biomassan käyttö energiatuotannossa lisääntyy ja biotuhkan hyötykäyttöaste saadaan mahdollisimman korkeaksi. Biomassat voidaan luokitella monella tavalla, esimerkiksi seuraavien kriteerien  mukaan:

  • Haitallinen tai jätteeksi luokiteltava koostumus. Tällöin tuhka sisältää tyypillisesti raja-arvot ylittävän pitoisuuden raskasmetalleja kuten barium, kadmium, lyijy, kromi ja arseeni. Osittain näiden haitallisten aineiden pitoisuutta tuhkassa voidaan pienentää esimerkiksi liuottamalla tai lämpökäsittelyllä.
  • Paljon fosforia sisältävät tuhkat. Tämänkaltaisia tuhkia ovat esimerkiksi peltobiomassojen tuhkat, mutta fosforipitoisuus vaihtelee lajeittain. Runsaasti fosforia sisältävät tuhkat tulisi käyttää esimerkiksi metsälannoitteina tai fosforinkierrätyksen raaka-aineina.
  • Jotkin biomassojen tuhkat voivat sisältää paljon palamatonta hiiltä joka rajoittaa tuhkien hyödyntämistä.
  • Maanparannukseen kelpaavat tuhkat. Näille tuhkille tyypillistä on, että ne sisältävät korkeita pitoisuuksia haluttavia hivenaineita mutta eivät kuitenkaan vaarallisia tai haitallisia veteen liukenevia aineita. Tämän lisäksi suotovesien pH arvojen tulee olla tiettyjen raja-arvojen sisällä. Biotuhkien suotovesien pH on tyypilisesti noin 10 mutta voi vaihdella pH 5 – 13 rajoissa.
  • Raaka-aineeksi sellaisinaan sopivat tuhkat. Esimerkiksi sementin valmistuksessa voidaan käyttää biomassan tuhkaa jopa 20% jos kloorin, hiilen ja kokonaisalkalien pitoisuudet eivät ylitä raja-arvoja.

Valitettavasti suuri osa tuotetusta biotuhkasta päätyy nykyisin läjitykseen. Tämä ei tietenkään ole kestävää kehitystä eikä sopusoinnussa jätedirektiivin EU 2018/851 kanssa. Biotuhkien uudelleen käyttöä onkin esitetty mm. maa- ja metsätalouden lannoitteena, lisäaineena kompostoinnissa, raaka-aineena tiilien valmistuksessa, asfaltin ja betonin raaka-aineena, kaatopaikkojen rakennusaineena, maa-aineksen stabiloinnissa, metsäteiden pohjarakennusaineena sekä maisemoinnin raaka-aineena. Joidenkin tuhkien suuri pinta-ala ja hyvä ioninvaihtokyky mahdollistaa myös niiden käytön imeytysaineena haitallisten aineiden poistossa.

Yksi CircVol hankkeen tavoite on selvittää, miten lähellä tuotettua tuhkaa voitaisiin käyttää tehokkaasti ja ympäristöystävällisesti lisä- tai stabilointiaineena savipitoisten maalajien ja ruoppausmassojen muokkaamisessa rakentamiselle soveltuvaksi maapohjaksi. Parhaillaan hankkeessa testataan miten Naantalin monipolttolaitoksella tuotettu tuhka sekä muut lähialueilla muodostuneet sivu- ja jätevirrat rakennusaineteollisuudesta soveltuvat Aurajoesta Turun satama-alueelle kulkeutuneen maa-aineksen ruoppausmassan stabilointiin maapohjaksi rakentamiselle. Erilaisia stabilointitestejä, kemiallisia analyysejä ja liukoisuustestejä tehdään yhteistyössä Åbo Akademin ja Turun Ammattikorkeakoulun kanssa. Haasteita on myös ratkomassa Geologian tutkimuskeskus GTK ja Suomen ympäristökeskus SYKE. Tavoitteena on löytää optimaalinen yhdistelmä eri materiaalivirtoja tarvittavan lujuuden saavuttamiseksi ruoppausmassoihin tai savimaihin perustuvalle maa-ainekselle. Tärkeää on myös, että maa-aineksesta ei saa liueta tai haihtua haitallisia komponentteja. Uusiokäytettäessä tuhkia ja teollisia sivuvirtoja saavutetaan ympäristöystävällinen vaihtoehto pelkästään neitseellisiin raaka-aineisiin perustuville maalajien muokkausmenetelmille. Samalla voidaan myös tehokkaasti vähentää jätevirtojen läjitystä kaatopaikoille ja ennen kaikkea saadaan tuhkasta nousemaan uutta ympäristöystävällistä kasvua ja osaamista hiilineutraalin ja turvallisen yhdyskuntarakentamisen tarpeisiin.

Ympäristövelat voitoiksi Innovatiivisen hankintastrategian avulla

Tampereen Hiedanrannan hankkeeseen kiteytyy monessa mielessä nykyaikaisen kaupunkikehittämisen haasteet. Entisenä tehdasalueena se kytkeytyy brownfield-kehittämisen keskusteluun, jossa reuna-alueille aiemmin sijoittuneista tehdasalueista muodostuu kasvavan kaupungin sisään, jolloin vapautuvista alueista muodostuu keskeisen sijaintinsa vuoksi houkuttelevia kaupunkikehittämisen kohteita. Teollisuuden rakennemuutos ja kaupungistuminen ovat globaaleja megatrendejä, joten ilmiö on kansainvälisesti tunnettu. Tyypillistä myös on, että aiempi teollinen toiminta on jättänyt brownfield-alueelle jälkeensä ympäristövelkaa. Tampereen tapauksessa tämä ympäristövelka on 1,5 miljoonaa kuutiota järveen dumpattua 0-kuitua, eli puukuitua, joka oli sellutehtaissa hyödyntämätön sivuvirta. Biomassana 0-kuitu hajoaa sopivissa olosuhteissa ja tuottaa pahanhajuisia kaasuja, joten dumppaamisesta madaltunut järvenlahti ei sovellu tulevan asuinympäristön siltä edellyttämään virkistyskäyttöön.

Tampereella ollaan ensimmäistä kertaa tilanteessa, jossa tämän mittaluokan haasteeseen pyritään löytämään älykäs ja laadukas ratkaisu. Rantojen kunnostamiseen on olemassa vakiintuneita menetelmiä, kuten ruoppaus ja stabilointi. Haasteen aiheuttaa kymmenien miljoonien kustannukset, jotka ovat seurausta toisaalta alueen laajuudesta ja toisaalta käsittelyä edellyttävästä ruoppausjätteestä. Tällä hetkellä näyttäisi siltä, että haasteeseen on löytymässä kiertotalouden mukainen ratkaisu. Biomassasta voitaisiin esimerkiksi tuottaa arvokkaita kemikaaleja, joiden myynnillä voisi alustavien arvioiden mukaan kattaa suuren osan lahden kunnostamisen kustannuksista. Tässä yhteydessä kiertotalousajattelun soveltamiseen ja siihen liittyviin teknisiin sovelluksiin ei kuitenkaan ole markkinoilla valmiita ratkaisuja, vaan niitä on täytynyt kehittää hankkeen yhteydessä. Tällaisen lupaavan, mutta poikkeuksellisen ratkaisun löytäminen on edellyttänyt kaupungilta poikkeuksellisia toimintamalleja ja niitä edellytetään myös edettäessä kohti käytännön toteutusta ja lopullista hankintapäätöstä.

Innovatiivisuutta edistävä hankintaprosessi

Syrjimättömyyden ja resurssitehokkuuden lisäksi hankintalain päätavoitteita ovat innovatiivisuus, sosiaalinen ja ekologinen kestävyys sekä resurssitehokkuus. Hankintalakiin on kirjattu toimintamallit sellaisia tilanteita varten, jolloin markkinoilta saatavilla olevat ratkaisut eivät ole hankintayksikön strategisten linjausten mukaisia. Hankintalaki ei sinänsä takaa, että hankinnat välttämättä toteuttaisivat lain tavoitteita, vaan lain tarjoamia mahdollisuuksia täytyy myös osata soveltaa. Hankintojen käyttämisestä strategisten päämäärien saavuttamisessa on käyty viime aikoina Suomessa runsasta keskustelua. Esimerkiksi Tampereen kaupunki on julkaissut monipuolisen ohjeistuksensa innovatiivisten hankintojen soveltamisesta. Innovatiivinen hankinta perustuu samaan hankintaprosessiin, joka perustuu hankintastrategiaan, alkaa suunnittelusta, jossa selvitetään esimerkiksi tavoitteet, vertailuperusteet ja parhaat ratkaisut, sekä jatkuu hankinnan toteuttamisella kilpailullisella menettelyllä. Innovatiivisen hankinnan keskeinen ero tavanomaiseen hankintaprosessiin on, että prosessia on täydennetty vuorovaikutteisilla käytännöillä, kuten kokeilut suunnitteluvaiheessa, neuvottelumenettely hankintavaiheessa ja allianssimalli kannusteineen toimintavaiheessa. Tampereen kaupungin ansiokas ohjeistus ei kuitenkaan vielä anna valmista toimintamallia, vaan sen tarjoamia työkaluja sovelletaan hankekohtaisesti muodostetussa hankintaprosessissa. CircVol-hankkeen Tampereen työpaketissa yhtenä tehtävänä on tukea innovatiivisuutta tukevan hankintamallin rakentamista ja toisaalta levittää Hiedanrannan nollakuituhankkeessa saatujen kokemusten jakamista muiden vastaavanlaisten tapausten ratkaisun tukemiseksi. Ideana on innovatiivisen hankinnan työkaluihin tukeutuen ja nollakuituhaasteeseen liittyvät erityispiirteet huomioiden muodostaa hankekohtainen hankintasuunnitelma.

Hiedanrannan nollakuituhaaste muistuttaa yleisellä tasolla infrastruktuuri- tai rakentamishanketta, jossa keskeisimmät kustannuksiin ja päästöihin vaikuttavat ratkaisut haarukoidaan jo yleissuunnitelman tasolla.
Kuten infrastruktuurihankkeissa on tyypillistä, hankkeen laajuuden vuoksi yksi toimija ei pysty vastaamaan toteutuksen tarpeisiin yksinään, joten urakointiin osallistuvien on todennäköisesti rakennettavia
monialaisia konsortioita. Hiedanrannan tapaukseen sisältyvien erityisten tavoitteiden vuoksi hankkeen suunnittelun on samanaikaisesti kytkeydyttävä sekä markkinoilla tarjolla oleviin toimiviin ratkaisumalleihin, että pystymään tuottamaan täysin uusia innovatiivisia ratkaisuja. Toisaalta vedessä sijaitsevan suuren biomassan laajamittainen käsittely muodostaa järviluonnolle ja muuhun ympäristöön liittyviä riskejä, joiden hallinta edellyttää huolellista arviointia. Näistä syistä nollakuituhaasteen ratkaisuun tähtäävä yleissuunnitelma on tarpeen kehittää ja arvioida osallisten kesken mahdollisimman toimivan vuorovaikutuksen avulla. Tämän vuoksi hankintasuunnitelman keskiöön nostetaan yhteissuunnitteluprojekti, johon sitoutetaan avaintoimijoiden joukko potentiaalisia toteuttajia, hankkeen kannalta keskeisiä virkamiehiä, suunnittelevia asiantuntijoita ja olennaiset tilaajan edustajat. Yhteissuunnitteluprojekti toimii siis innovaatioalustana, jonka tavoitteena on mahdollisimman hyvin hankintayksikön tavoitteet täyttävä yleisratkaisu ennen hankkeen toteuttamista.

 

Kirjoittaja:

Tuomo Joensuu
Tohtorikoulutettava
Tampereen yliopisto, Rakennetun ympäristön tiedekunta

Savimaat-pilotti edistää kestävää maarakentamista

Suomessa käytetään vuosittain rakentamiseen yli 100 miljoonaa tonnia kiviaineksia, joista osa voitaisiin korvata uusiomailla, teollisuuden sivuvirroilla ja haastavimmilla maa-aineksilla, kuten savi- ja ruoppausmailla. Jo yksin Turun Toriparkin rakentamisessa syntyy arviolta 240 000 tonnia savimaata, joille on löydettävä uusi sijoituspaikka. Maaliskuun 28. päivä startataan pilotti savimaiden hyödyntämiseksi maarakentamisessa.

Savimaat-pilotissa etsitään uusia hyödyntämiskohteita maarakentamisessa syntyville savimaille. Maiden stabiloinnin reseptejä tutkitaan jo Turun ammattikorkeakoululla ja testejä tehdään Kiertomaa Oy:n maa-ainespuistossa.

”Savimaiden hyödyntäminen on vaikeaa, koska niiden tekniset ja kemialliset ominaisuudet eivät sovellu hyvin rakentamiseen. Savi on pehmeää ja se voi aiheuttaa happamia valumavesiä ympäristöön. Ylimääräisiä saviaineksia syntyy rannikkoseuduilla paljon, joten myös niiden sijoittamisesta syntyy paljon kustannuksia. Hankkeessa muutetaan saviainesten ominaisuuksia lisäämällä niihin uusioaineksia kuten esimerkiksi voimalaitostuhkaa, masuunikuonaa, teollisuuden kalkkipohjaisia sivuvirtoja tai muita kuiva-aineksia, joiden avulla savimaiden kantavuutta saadaan parannettua ja pH pysyy riittävän neutraalina”, sanoo Julius Manninen Turku Science Park Oy:stä.

Uusiomateriaalien hyödyntämistä voitaisiin lisätä

Kiertotalouden mukainen liiketoiminta tarjoaa myös perinteiselle maarakentamiselle mahdollisuuden uudistua. Nykyinen sääntely ei kuitenkaan kannusta uusiomateriaalien hyödyntämiseen, mutta tulevaisuudessa MARA- ja MASA-asetusten myötä hyötykäytöstä tulee tiettyjen materiaalien osalta helpompaa.

Savimassoja voidaan hyödyntää myös kasvien kasvualustana ja viherrakentamisessa lisäämällä niihin sopivia lisäaineita, kuten kompostia, biohiiltä tai kalkkituotteita. Näin voidaan parantaa saven veden- ja ravinteiden sitomiskykyä.

Uusia yrityksiä mukaan yhteistyöhön

Savimaiden ominaisuuksien parantamisessa voidaan hyödyntää lukuisia eri materiaaleja. Yritykset, joilla on esimerkiksi MARA-asetuksen mukaisia materiaaleja, voivat tulla mukaan pilottiin. Savimaita syntyy paljon, joten potentiaali niiden uudelleenkäytössä on myös suuri. Yritykset saavat pilotissa myös apua sivuvirtojensa hyödyntämiseen, koska myös tilaajaosapuoli, eli kaupungit ja kunnat toivovat uusiomateriaalien parempaa hyödyntämistä.

Maaliskuun 28. päivän kick-off -tapaamisessa selvitetään yritysten tarjolla olevat materiaalit ja niiden käytettävyys Savimaat-pilotissa.

Ota yhteyttä: Julius Manninen, julius.manninen@turkubusinessregion.com, +358 41 436 0499, Turku Science Park Oy.