Väitös: Typen paikallinen kierrätys jätevesistä sähkön avulla parantaisi maatalouden huoltovarmuutta

Typpilannoitteiden käyttö maanviljelyssä mahdollistaa ruoantuotannon maapallon kasvavalle väestölle. Lannoitteena käytettävää ammoniakkityppeä alettiin tuottaa ilmakehän typpikaasusta teollisesti hiukan yli sata vuotta sitten. Teollinen lannoitetuotanto mullisti maanviljelyn tehokkuuden ja on arvioitu, että ilman typpilannoitteita maapallolla pystyttäisiin tuottamaan ruokaa vain noin puolelle nykyisestä ihmiskunnasta.

Maapallon ilmakehästä suurin osa on typpikaasua eikä sitä näin ollen pidetä rajallisena luonnonvarana.Typpikaasun muuntaminen ammoniakkitypeksi on kuitenkin riippuvaista fossiilisten polttoaineiden, pääasiassa maakaasun, käytöstä. Tästä johtuen typpilannoitteiden tuotanto aiheuttaa myös noin yhden prosentin maapallon vuotuisista hiilidioksidipäästöistä. Lannoitetuotannon energiankulutuksen ja kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi jo tuotettua ammoniakkityppeä pitäisi kierrättää entistä tehokkaammin.

Lannoitteena käytetystä ammoniakkitypestä jopa 30 % päätyy kunnallisiin jätevesiin, mistä se voitaisiin ottaa talteen sähkökemiallisella käsittelyllä. Veera Koskue tutki väitöskirjassaan typen talteenottoa jätevesistä sekä sähkökemiallisesti että bakteerien avulla tuotetulla sähköllä.

– Laboratoriomittakaavan kokeissa saadut tulokset olivat erittäin lupaavia. Bakteerien avulla saatiin talteen yli puolet tutkitun jäteveden sisältämästä typestä, kun taas puhtaasti sähkökemiallisissa kokeissa talteenottotehokkuus nousi parhaimmillaan lähes 90 %:iin. Toisaalta sähkökemiallinen menetelmä ilman biologista katalyyttiä kulutti enemmän sähköenergiaa. Korkeampi energiankulutus kuitenkin mahdollisti lääkeaineiden poiston jätevesistä samanaikaisesti, Koskue kertoo.

Lannoitteiden kotimaisuusaste korkeammalle ammoniakkitypen kierrätyksellä

Sen lisäksi, että typen kierrättäminen on hyväksi ympäristölle, se voi lähitulevaisuudessa osoittautua myös taloudellisesti kannattavaksi vaihtoehdoksi. Veera Koskue osoitti väitöstutkimuksessaan, että typen sähkökemiallinen talteenotto vähensi ilmastusenergian ja kemikaalilisäysten tarvetta jätevedenpuhdistuksen muissa osaprosesseissa.

Samaan aikaan typpilannoitteiden hinnoissa on viime vuosina nähty rajua nousua, mikä on johtunut pitkälti maakaasun kallistumisesta. Lannoitteiden hinnat ovat myös riippuvaisia maailmanpoliittisesta tilanteesta, minkä erityisesti Venäjän hyökkäys Ukrainaan on karulla tavalla osoittanut.

– Tällä hetkellä typpilannoitteiden pääraaka-ainetta ammoniakkia ei valmisteta Suomessa lainkaan, vaan suurin osa tarvittavasta ammoniakista on tullut Suomeen Venäjältä. Viimeaikaiset poliittiset kehityskulut ovat nostaneet hintoja ja aiheuttaneet epävarmuutta lannoitteiden saatavuuteen liittyen. Ammoniakkitypen kierrättäminen paikallisesti lisäisi omavaraisuutta lannoitetuotannon suhteen, Veera Koskue toteaa.

Veera Koskue on kotoisin Hämeenlinnan Lammilta. Hän on jatkanut sähkökemiaan liittyvää tutkimusta Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa ja pyrkii parhaillaan löytämään keinoja poistaa kalojen kiertovesiviljelyssä esiintyviä makuvirheyhdisteitä kestävällä tavalla.

Diplomi-insinööri Veera Koskuen ympäristötekniikan alaan kuuluva väitöskirja Nitrogen recovery from digested sewage sludge reject waters using (bio)electroconcentration tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa perjantaina 29.07.2022 kello 12:15 Hervannan kampuksella, Festia-rakennuksen salissa FA032 Pieni Sali 1 (Korkeakoulunkatu 8, 33720 Tampere). Vastaväittäjänä toimii Associate Professor Dr. Yifeng Zhang Tanskan teknillisestä yliopistosta (Technical University of Denmark, DTU). Kustoksena toimii Tenure track -professori Marika Kokko Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnasta.