Aerobinen mikrobikäsittely
Hilkka Pastinen-Kurula
Ecolution bioreaktori on vaihtoehto perinteisille menetelmille käsitellä orgaanisia jätteitä. Menetelmä perustuu aerobisten mikrobien toimintaan, jonka seurauksena käsiteltävä massa muuttuu mikrobien tuottamaksi ravinnerikkaaksi materiaaliksi. Uusi mikrobien syötteestä tuottama biomassa soveltuu sellaisenaan tai rakeistettuna lannoitteeksi viljelykäyttöön. Menetelmä on paitsi edullinen, myös nopea tapa käsitellä vaikeasti prosessoitavia orgaanisia jätejakeita, pienentää materiaalin määrää ja kuivata sitä. Bioreaktoriprosessointi voi siis yhdistää jätteenkäsittelyn ja lannoitetuotannon.
Pilaantuminen on biomassojen käsittelyn haaste. Hallitsematon anaerobinen mätäneminen tuottaa ympäristöön monenlaisia haittoja. Jätejakeiden asianmukainen kierrätys ja käsittely ovat kestävän kehityksen toteutumisen ehtoja, siksi orgaanisten jätteiden käsittelyyn kannattaa panostaa.
Menetelmä perustuu tasaiseen ilmastukseen
Aerobisen prosessin onnistuminen vaatii tasaisen ilman jakautumisen anaerobisten taskujen ehkäisemiseksi. Ecolution bioreaktorin patentoitu ilmastusteknologia yhdistettynä ainutlaatuiseen sekoitusmenetelmään mahdollistavat ilman tasaisen jaon prosessin aikana, jolloin prosessi etenee kohti haluttua lopputuotteen laatua.
Reaktoriin syötetään tuore orgaaninen jae, minkä jälkeen sitä sekoitetaan ja ilmastetaan tasoilla. Prosessia voidaan ohjata ilman määrää ja sekoituksen nopeutta muuttamalla. Massan sekoitinlavat työntävät massan eteenpäin seuraaville tasoille. Tuote kerätään reaktorin pohjalta.
Mikrobit muokkaavat biomassaa mikrobimassaksi. Edellytyksenä on, että biomassassa on riittävä määrä mikrobien toimintaan vaadittavia molekyylejä, kuten proteiinia, lipidejä ja hiilihydraatteja. Prosessiin ei syötetä mitään tiettyä mikrobikantaa, vaan prosessin aikana muodostuva villi mikrobikanta luo parhaat olosuhteet kulloisenkin syötteen käsittelylle.
Kuva 1: Ecolution bioreaktorin 3D-malli
Prosessiin voidaan syöttää ilmaa eri lämpötiloissa ja eri happipitoisuudella, mikä mahdollistaa optimaalisten olosuhteiden luomisen eri prosessivaiheisiin. Loppuvaiheessa, kun mikrobit ovat hyödyntäneet tarjolla olleet ravintoaineet ja tuottaneet uutta mikrobimassaa, lämpötilassa havaitaan laskua. Tällöin prosessin lopettamiseksi voidaan alimmille tasoille syöttää kierrätysilmaa, jonka happipitoisuus on pienempi kuin tuoreen ilman. Ilman happipitoisuuden laskiessa ja lämpötilan pienetessä mikrobit menettävät aktiivisuutensa ja prosessi päättyy.
Ecolution Oy ja Chemitec Consulting Oy:n yhteistyöprojekteissa menetelmää on kehitetty vuosien ajan, ja kokeita on tehty onnistuneesti useille eri jaetyypeille, kuten ravintolabiojätteelle ja tofu- ja soijamaidon tuotannon sivuvirtana muodostuvalle okaralle.
Bioreaktorikäsittely mahdollistaa paitsi uuden biomassan syntymisen, vapauttaa myös solunsisäisen veden, jolloin massa kuivuu, mutta biomassan ravinnepitoisuus säilyy. Okara on esimerkki materiaalista, jonka kosteuspitoisuus on huomattavan suuri. Kuivaamalla okaraa missä tahansa kuivurissa saadaan massan määrä pienenemään jopa 90 %, mutta samalla menetetään arvokkaat haihtuvat ravinneaineet, kuten typpi. Ecolution bioreaktorissa ravinteet saadaan jäämään biomassaan, vaikka materiaali prosessin aikana kuivuukin. Tämä on huomattava etu biomassojen käsittelyyn, ja tuotteensa syntyy ravinnerikas materiaali, jonka lannoitepotentiaali on vertailukelpoinen mineraalilannoitteiden kanssa.
Tuotteen lannoitevaikutus
Ecolution bioreaktorin laitteistoa ja prosessointimenetelmää on kehitetty vuosien ajan. Teknologian kehityksen yksi virstanpylväs saavutettiin, kun kasvatuskoekisa havaittiin prosessoidun okaralannoiteen olevan vaikutuksiltaan halutunlainen ja kilpailevan teollisten mineraalilannoitteiden kanssa. Erityisesti suuret fosfori- kalium- ja typpipitoisuudet yhdessä hyödyllisten magnesiumin, mangaanin ja kalsiumin kanssa aikaansaavat keskimääräistä parempia kasvutuloksia.
Testitulosten mukaan, okarasta tehdyn lannoitteen typpipitoisuus on verrattain korkea. Tyypillisesti typpi on lannoitteissa liukoisena typpenä, jolloin se on heti kasvien hyödynnettävissä. Ongelmana on liukoisen typen huuhtoutuminen kastelu- ja sadevesien mukana vesistöihin, jolloin kasvit eivät pääse hyödyntämään tavanomaisia lannoitteita parhaalla mahdollisella tavalla. Tämän vuoksi lannoitetta joudutaan lisäämään jokaisella kasvukaudella.
Kuva 2: Salaatin ja raiheinän kasvua Helsingin Yliopiston Viikin kampuksella kesällä 2019 (Kuvat, Tiina Piira)
Bioreaktorissa tuotetussa lannoitteessa merkittävä osa typestä on liukenemattomassa muodossa, jolloin se vapautuu maamikrobien avulla kasvien hyödynnettäväksi, eikä huuhtoutuminen ole ongelma. Tämän ansiosta typen saanti jakautuu tasaisesti kasvukaudelle ja riittää useammalle vuodelle. Tehdyissä kasvatuskokeissa havaittiin bioreaktorilla tuotetun lannoitteen päihittävän mineraalilannoitteen kolmannella kasvukaudella. Vaikka kahdella ensimmäisellä kaudella mineraalilannoite päihitti okaralannoitteen, oli maan viljavuus parempaa pitkällä aikavälillä tarkasteltuna, kun käytössä oli bioreaktorilla tuotettu orgaaninen lannoite.