Teollinen ekosysteemi energian- ja ruoantuotantoon

Abstract

Uusiutuvien energialähteiden käytön lisääminen ja luonnonvarojen ylikulutuksen pysäyttäminen ovat ajankohtaisia aiheita monella alalla. Tässä raportissa esitellään tuloksia hankkeesta, jonka taustalla vaikuttivat Sodankylän kunnan energiantuotantoon ja alueellisten raaka-aineiden hyödyntämiseen liittyneet kiinnostuksen kohteet. Tämän hankkeen tavoitteena oli simulointimallin avulla tarkastella energian ja erilaisten sivuvirtojen liikkumista kiertotalousjärjestelmässä, joka yhdistää energian- ja ruoantuotantoa. Tämän lisäksi tarkasteltiin kiertotalousjärjestelmän kannattavuutta sekä kokonaisuuden että sen osien kannalta. Sodankylä toimi hankkeessa esimerkkialueena. Sodankylän alueella keskeisiä sivuvirtoja ovat metsätalouden harvennuspuuaines, kalojen perkuujäte, hoitokalastusten hankalasti hyödynnettävä pienkalasaalis, poroteurastuksen hyödyntämätön teurasjäte sekä maataloudesta syntyvät muut hyödyntämättömät biopohjaiset jakeet ja jätteet. Hankkeessa mallinnettiin energian- ja ruoantuotantoa yhdistävää kiertotalouskokonaisuutta eli teollista symbioosia. Kokonaisuutta mallinnettiin simulointimallin avulla. Mallinnuksessa huomioitiin veden, lämmön, sähkön ja erilaisten orgaanisten sivuvirtojen kierto järjestelmän sisällä. Simulointimalliin valittiin mukaan kaukolämmön tuottaminen pyrolyysiprosessilla, kasvuhuonetuotanto, kalan kiertovesikasvatus, hyönteistuotanto sekä biokaasutuotanto. Teollisen symbioosin simulointi toteutettiin yhdistämällä toisiaan tukevat tuotantosuunnat kokonaisuudeksi, jossa pyrittiin hyödyntämään eri yksiköiden tuottamat jätevirrat seuraavan yksikön raaka-aineena. Tällaisen symbioosin toteuttamisessa haasteeksi muodostuvat yksiköiden väliset riippuvuudet ja niiden tasapainottaminen vuoden jokaisena tuntina. Myös symbioosin eri yksiköiden tuotantokustannukset vaihtelevat raaka-aineiden ja energian saatavuuden sekä hinnan mukaan. Näiden riippuvuuksien ja tuotantokustannusten tarkastelemiseksi toteutettiin aikariippuva simulointimalli, jossa mallinnettiin valittujen tuotantoyksiköiden toimintaa sekä symbioosin sisäisiä energiavirtoja, jotta voitiin varmistaa tasapainon säilyminen ja arvioida symbioosin tuotantokustannuksia mahdollisimman realistisesti. Simulointimallin perusteella kaikki selvityksessä mukana olleet tuotantosuunnat voisivat olla taloudellisesti mahdollisia Sodankylässä. On kuitenkin huomioitava, että simulointi on tehty karkealla tasolla, eivätkä tulokset vastaa varsinaisia investointilaskelmia. Simuloinnin perusteella kaikki tuotantosuunnat saavat kiertotalouskokonaisuuteen kuulumisesta pientä taloudellista etua. Etua syntyy siirtomaksuttoman sähkön käytöstä sekä joissakin tapauksissa mahdollisen hukkalämmön hyödyntämisestä. Lisäksi etua saadaan pienentämällä yksittäisten tuotantosuuntien ilmastovaikutusta, kun sivujakeet hyödynnetään tuotteina ja prosessien tarvitsema energia tuotetaan uusiutuvalla energialla. Sivuvirtoja voidaan kierrättää esimerkiksi hyödyntämällä osaa kalankasvatuksesta tulevasta vedestä biokaasulaitoksessa tai biokaasulaitoksen mädätysjäännöksen kuivajaetta toukkien ravintona. Sivuvirtojen määrät tässä esimerkissä ovat kuitenkin niin pieniä, ettei suurta taloudellista hyötyä synny. Taloudellisen hyödyn sijaan kysymys on ennemminkin jätteiden ja sivuvirtojen kierrätyksestä hyötykäyttöön ilman pitkää ja monimutkaista logistista järjestelmää. Simulointimallin perusteella energian- ja ruoantuotantoa yhdistävää kiertotalouskokonaisuutta voidaan pitää kiinnostavana ja potentiaalisena tulevaisuuden teollisena tuotantomuotona. Tässä raportissa esiteltyä toimintamallia voidaan hyödyntää kiertotalouskokonaisuuden suunnittelussa ja taloudellisen kannattavuuden arvioinnissa. Simulointimallin perusteella kiertotalouskokonaisuus voi tuoda joitakin taloudellisia hyötyjä mukana oleville tuotantosuunnille, minkä lisäksi jätteitä ja sivuvirtoja voidaan kierrättää hyötykäyttöön ja vähentää tuotantosuuntien ilmastovaikutusta. Toimintamallin potentiaali liittyykin ennen kaikkea mahdollisiin energia- ja kustannussäästöihin, raaka-aineiden käytön tehostamiseen sekä niiden kautta ilmastopäästöjen vähentämiseen. Näitä voidaan pitää tärkeinä periaatteina tulevaisuuden energian- ja ruoantuotannossa, kun tavoitteena on vähentää uusiutumattomien energialähteiden käyttöä ja luonnonvarojen kulutusta.