Pajut biokiertotaloudessa - Materiaaleja, arvoaineita, ympäristöhyötyjä : Synteesiraportti - Viherä-Aarnio, Anneli; Jyske, Tuula; Beuker, Egbert (Luonnonvarakeskus, 2022)
Tämän synteesiraportin keskeinen tavoite on tarkastella, voisiko lyhytkiertopajun viljely ja kokonaisvaltainen hyödyntäminen osaltaan edistää kestävää biokiertotaloutta ja samalla tarjota viljelijöille ja yrityksille uusia ansaintamahdollisuuksia. Raportin katsaus sisältää koko pajun arvoketjun: pajun lyhytkiertoviljelyn menetelmät, riskit, tuotoksen, kannattavuuden ja ympäristövaikutukset. Pajun raaka-aineominaisuuksia ja käyttömahdollisuuksia esitellään uusimpien tutkimustulosten kautta. Lopuksi tarkastellaan pajun kokonaisvaltaista käyttöä biojalostuksessa ja jalostamon kannattavuuden reunaehtoja. Lyhytkiertoviljelmällä kasvatettavan pajun tulee olla viljelypaikan ilmastoon sopeutunut, kyseiselle kasvupaikalle sopiva sekä taudin- ja tuholaisten kestävä. Sen tulee sietää toistuvia korjuita ja vesoa voimakkaasti korjuun jälkeen, kasvaa nopeasti sekä tuottaa hyvin ja halutunlaista biomassaa. Viljelyyn käytetään lajikkeita, jotka ovat kasvullisesti monistettuja ja perinnöllisesti identtisiä klooneja. Pajuviljelmän kokonaisikä on 19‒25 vuotta, jonka aikana sato korjataan 3–5 vuoden välein. Viljelmän perustaminen ja kasvatus vaatii usein intensiivisiä toimenpiteitä, kuten pintakasvillisuuden torjuntaa, toistuvaa lannoitusta ja tarvittaessa kalkitusta. Pajujen maanpäällinen lehdetön kuiva-ainetuotos voi parhaimmillaan olla huomattavan suuri, mutta käytännön viljelmillä sen on arvioitu olevan Suomessa ihanteellisissa olosuhteissa keskimäärin 6,8 tn/ha/v. Viljelmän biomassan tuotos riippuu pajulajista ja -kloonista, viljelmän sijaintipaikan ilmasto-oloista, kasvupaikan ominaisuuksista, kasvukauden sääoloista ja viljelmän hoitotoimenpiteiden intensiteetistä. Merkittäviä tuhoja ja tuotostappioita pajuviljelmillä aiheuttavat pajujen lehtiruosteet sekä halla ja pakkanen, mikäli käytetty klooni on heikosti ilmastoon sopeutunut. Jollekin tuholle alttiilla kloonilla perustettu viljelmä voi pahimmassa tapauksessa tuhoutua kokonaan. Pajuviljelmä korjataan koneellisesti lehdettömänä aikana. Korjuuketjun valintaan vaikuttaa pajun käyttötarkoitus. Tehokkaiden erikoiskoneiden kannattava käyttö vaatii suurta viljelypinta-alaa ja keskitettyjä viljelmiä, joita Suomessa ei vielä toistaiseksi ole. Energiapajun tuotanto Suomessa on kannattamatonta nykyisillä viljelijätuilla ja polttohakkeen hintatasolla. Kannattavaan tuotantoon vaaditaan huomattavasti suurempi biomassatuotos, kuin käytännön viljelmiltä on mitattu, sekä pajusta maksettava korkeampi hinta. Tulevaisuudessa pajunviljelyn kannattavuutta voivat parantaa uudet korkean lisäarvon tuotteet, biomassan kaskadikäyttö ja mahdollinen hiilikompensaatio. Keinolannoitteiden hinnannousu parantaa lietteen ja muiden kierrätyslannoitteiden kilpailukykyä, jota puolestaan suuret kuljetuskustannukset heikentävät. Pajuviljelmillä voi olla sekä haitallisia että myönteisiä ympäristövaikutuksia. Maanmuokkaus ja toistuva lannoitus nopeavaikutteisilla ravinteilla saattaa aiheuttaa vesistökuormitusta. Ravinnehuuhtoumat pajuviljelmiltä ovat todennäköisesti melko pieniä, jos lannoitemäärät suhteutetaan oikein pajun kasvun ja kasvupaikan ominaisuuksien mukaisesti, ja samalla huolehditaan vesien suojelutoimenpiteistä. Tutkittua tietoa aiheesta on niukasti. Pintakasvillisuuden kemiallisessa torjunnassa käytetyllä glyfosaatilla on osoitettu olevan haitallisia vaikutuksia eri eliöryhmiin. Maatalouden monokulttuurin korvaaminen pajuviljelmällä lisää monimuotoisuutta, mutta esimerkiksi lajirikkaan niityn muuttaminen pajuviljelmäksi vähentää sitä. Varhain keväällä kukkivina pajut ovat tärkeitä pölyttäjähyönteisten ravintokasveja. Paju soveltuu lievästi saastuneiden yhdyskuntavesien puhdistukseen poistamaan niistä typpeä ja fosforia. Jätevedet kulkevat ensin puhdistamon kautta ja sen jälkeen pajua kasvavan valumakentän läpi. Saastuneiden maiden puhdistus pajun avulla Suomen oloissa vaatii pitkiä puhdistusaikoja, ja saataviin tuloksiin vaikuttavat ilmasto- ja maaperätekijät sekä saasteiden ominaisuudet. Pajut pystyvät sitomaan itseensä raskasmetalleja, etenkin kadmiumia. Maan puhdistuksessa käytetty paju vaatii jatkokäsittelyn. Lietelannan käyttö pajuviljelmillä mahdollistaisi ravinteiden kierrätyksen ja voisi parantaa viljelyn kannattavuutta. Pajujen hiilensidontakyky perustuu niiden nopeaan kasvuun ja suureen biomassatuotokseen. Vaikutus on kuitenkin lyhytaikainen, koska pajun maanpäällinen sato korjataan muutaman vuoden välein. Suurin merkitys hiilivaraston lisäyksessä on tällöin kanto- ja juuribiomassan sekä maan orgaanisen hiilivaraston kasvulla. Turvepelloilla kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen voisi onnistua pajun kosteikkoviljelyllä, jossa pohjavedenpintaa nostetaan erilaisin ojitusratkaisuin. Viherrakentamisessa pajut soveltuvat erityisesti luonnonmukaiseen hulevesien hallintaan sekä kohteisiin, joissa kulutus on suurta, kuten päiväkotien ja koulujen piha-alueille. Pajut voivat myös lisätä monimuotoisuutta rakennetussa ympäristössä. Pajujen rakenteelliset ja kemialliset raaka-aineominaisuudet voisivat mahdollistaa uudenlaisten tuotteiden kehittämisen. Pajun huokoinen puuaine sopii biohiilen valmistukseen. Biohiili on pyrolyysillä valmistettava materiaali, jonka sovellukset perustuvat sen huokoisuuteen. Biohiilellä on lukuisia mahdollisia käyttökohteita muun muassa aktiivihiilissä, elektroniikkateollisuudessa ja maanparannusaineena. Pajusta valmistettava biohiili soveltuu suurten huokosten ansiosta erityisesti maatalous- ja kasvualustakäyttöön. Pyrolyysiprosessissa syntyvillä nestejakeilla on potentiaalia kasvinsuojelukäytössä, mutta niiden kaupallistaminen lupakäytäntöjen mukaisesti edellyttää tutkimus- ja kehitystyötä. Lyhytkiertopajupuun on todettu sopivan erinomaisesti biokomposiitteihin, joiden tuotemahdollisuudet ovat laajat erilaisista pakkauksista ruokailuvälineisiin ja sisustuspaneeleihin. Pajun sisäkuoren pitkistä kuitukimpuista olisi mahdollista valmistaa monia ominaisuuksiltaan erityisiä materiaaleja, kuten esimerkiksi komposiittien vahvikkeita, kestävää paperia, UV-säteilyä torjuvia ja happea läpäisemättömiä kalvoja sekä huokoista hiiltä sähköakkuihin. Myös pajun kuoressa esiintyvillä bioaktiivisilla, antimikrobisilla ja antioksidatiivisilla uuteaineilla on monia sovellusmahdollisuuksia lääke-, kosmetiikka-, puhdistusaine-, pinnoite- ja elintarviketeollisuudessa. Pajunkuoriuutteiden toiminnallisten ominaisuuksien hyödyntämistä muovia korvaavissa, ympäristöystävällisissä materiaaleissa tutkitaan. Antimikrobisten ominaisuuksiensa ansiosta paju voisi olla mahdollinen turvetta korvaava kuivikevaihtoehto. Pajunkuoriuutteita voi hyödyntää myös biovärinä selluloosapohjaisille kuiduille, korvaamassa tekstiiliteollisuuden saastuttavia synteettisiä väriaineita. Bioväreillä on myös antimikrobisia ominaisuuksia ja siten potentiaalia lääketieteellisiin sovelluksiin. Biojalostamotasolla pajun käytön kannattavuus perustuu biomassan kokonaisvaltaiseen hyödyntämiseen, kaskadikäyttöön, jossa pääkomponenttien lisäksi hyödynnetään arvokkaat uuteaineet ja sivuvirrat. Biojalostamon toiminta edellyttää huomattavasti suurempia ja keskitettyjä viljelypinta-aloja ja laadukkaan raaka-aineen häiriötöntä saantia. Pajubiojalostamon kannattavuutta voidaan arvioida vasta, kun on selvillä valmistettavat tuotteet, valmistusprosessit ja niiden vaatima laitteisto sekä tuotteista saatava hinta. Nykyisellä pajuraaka-aineen hintatasolla pajun viljelymäärä tai viljelyn kannattavuus ei lisäänny ilman merkittäviä tukia. Pelkkä viljelyn lisääminen ei kuitenkaan riitä, vaan on kehitettävä koko ketjua viljelystä käyttöön ja lopputuotteisiin. Tarvitaan pajuraaka-aineen erityisominaisuuksiin perustuvaa tutkimus- ja kehitystyötä sekä tuotteistamista. Lisää tietoa tarvitaan myös pajuviljelmien ympäristövaikutuksista, hiilitaseesta, soveltuvuudesta kosteikkokasviksi suopeltojen ja turvesoiden haitallisten ilmastovaikutusten vähentämisessä sekä soveltuvuudesta ravinteiden kierrätykseen ja ekologiseen viljelyyn.
Keywords: arvotuotteet; biojalostus; biomassa; ekosysteemipalvelut; fraktiointi; hiilen sidonta; lyhytkiertoviljely; monimuotoisuus; paju; Salix; viherrakentaminen; ympäristöhyödyt; synteesiraportti; arvotuotteet; biojalostus; biomassa; ekosysteemipalvelut; fraktiointi; hiilen sidonta; lyhytkiertoviljely; monimuotoisuus; paju; Salix; viherrakentaminen; ympäristöhyödyt