Kohti energiaomavaraista ruoantuotantoa maatalouden sivuvirtojen biokaasutuksella

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202106183203
Title: Kohti energiaomavaraista ruoantuotantoa maatalouden sivuvirtojen biokaasutuksella
Alternative title: Towards energy self-sufficient food production by producing biogas from agricultural side streams
Author: Ryske, Iiris
Other contributor: Helsingin yliopisto, Maatalous-metsätieteellinen tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry
Helsingfors universitet, Agrikultur- och forstvetenskapliga fakulteten
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2021
Language: fin
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202106183203
http://hdl.handle.net/10138/331623
Thesis level: master's thesis
Degree program: Maataloustieteiden maisteriohjelma
Master's Programme in Agricultural Sciences
Magisterprogrammet i lantbruksvetenskaper
Specialisation: Kasvintuotantotieteet
Plant Production Sciences
Växtproduktionsvetenskaper
Abstract: Nykymuotoinen ruoantuotanto kuluttaa runsaasti fossiilista energiaa. Samalla menee hukkaan bioenergiaa, jota on sitoutunut maatalouden sivuvirtabiomassoihin, kuten lantaan ja ylijäämänurmiin. Energia voitaisiin ottaa hyötykäyttöön biokaasulaitoksen mädätysprosessissa ja samalla tehostaa ravinteiden kierrätystä, sillä ravinteikasta mädätysjäännöstä voidaan käyttää lannoitteena. Agroekologinen symbioosi on kestävään ruokajärjestelmään tähtäävä paikallinen toimintamalli, jossa ruoantuotannon toimijat hyötyvät toisistaan biokaasulaitoksen kautta. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, miten agroekologisen symbioosin soveltaminen vaikuttaa energiaomavaraisuuteen, ravinteiden kierrätykseen, ruoantuotantoon ja maatalouden rakenteeseen kuntatasolla. Tutkimuskohteena oli ahvenanmaalainen Saltvikin kunta, jossa viljellään rehunurmea ja laidunta 40 % osuudella ja viljaa 38 % osuudella maatalousalasta. Kotieläimiä on 0,56 eläinyksikköä maatalouden käytössä olevaa hehtaaria kohden. Ruoantuotannon nykytilanne mallinnettiin tilastotietoon perustuen. Sen pohjalta muodostettiin kolme skenaariota (S1-S3), joissa agroekologisen symbioosin periaatteiden mukaiset muutokset laajenivat asteittain. Ensimmäisessä skenaariossa (S1) nykytilanteeseen lisättiin ainoastaan sivuvirtojen biokaasutus, toisessa (S2) lisäksi 25 % vilja-alasta muutettiin viherlannoitusnurmeksi energiantuotantoon ja kolmannessa (S3) laajemmin 50 % vilja-alasta. Vilja-alan vähentäminen alensi viljarehuomavaraisuutta, mikä korjattiin vähentämällä eläimiä. Eläinten vähennys vapautti rehunurmialaa, jolla kasvatettiin hernettä suoraan ihmisten käyttöön. Siten skenaariot mukailivat mahdollista tilannetta, jossa kasvintuotanto ruoaksi on lisääntynyt ja eläintuotanto vähentynyt. Energiaomavaraisuutta mitattiin laskennallisesti bioenergian tuotannon ja fossiilisen energian kulutuksen suhteena. Energiaomavaraisuusaste nousi skenaarioittain sen ollessa S1:ssä 58 %, S2:ssa 69 % ja S3:sa 83 %, mikä oli seurausta paitsi energian tuotannon kasvusta myös kulutuksen laskusta. Samalla kierrätysravinteiden osuus lannoituksessa kasvoi. Skenaarioissa lannoitetypestä oli kierrätettyä alkuperäiseen 46 %:iin verrattuna 5 (S1), 9 (S2) ja 17 (S3) prosenttiyksikköä enemmän ja fosforista alkuperäiseen 70 %:iin verrattuna 3 (S1), 4 (S2) ja 5 (S3) prosenttiyksikköä enemmän. Rehuomavaraisuus säilyi samalla tasolla ja ruoantuotanto lähes samalla tasolla kaikissa skenaarioissa nykytilanteeseen verrattuna. Tutkimus osoitti potentiaalin tuottaa Saltvikissa maatalouden sivuvirroista bioenergiaa yli puolet paikallisen ruoantuotannon fossiilisen energian kulutuksesta ilman maatalouden rakenteen muutosta. Ruoantuotannon muuttuminen kasvintuotantovaltaisemmaksi ja viherlannoitusnurmialan lisääminen nostivat edelleen energia- ja ravinneomavaraisuutta.The modern food production consumes substantial amounts of fossil energy. Meanwhile, the bioenergy that is embedded in the side streams of food production – such as manure and excess grass biomass, is lost. That energy could be utilized by anaerobic digestion in biogas plants, which would also contribute to an efficient nutrient cycling since the nutrient-rich digestate can be used as a fertilizer. Agroecological symbiosis is a local model for a sustainable food system that is based on the cooperative actions of food production stakeholders around a biogas plant. The aim of this study was to discover what the application of agroecological symbiosis would mean for energy self-sufficiency, nutrient cycling, food production and the structure of agriculture on municipal level. The study subject area was the agricultural area in the municipality of Saltvik on Åland, where grassland for forage and pasture cover 40 % and grains 38 % of the agricultural land area. There are 0,56 livestock units per agricultural hectare. The current state of the food production was modelled based on local farming statistics. Based on that, three scenarios (S1-S3) with increasingly wide modifications were created. In the first scenario (S1), only the digestion of side streams in a biogas plant was added compared to the current system. On the second scenario (S2), 25 % of the agricultural land area devoted to grain production was altered to green manure leys, and in the third scenario (S3) 50 %. The reduction of grain area led to a lower degree of local self-sufficiency of grain feed, which was corrected by reducing the number of animals. The released share of grassland for forage was used for cultivating peas for direct human use. That way the scenarios represented a possible situation, where plant-based food production is increased and animal-based is decreased. The energy self-sufficiency was estimated by the relation of potential bioenergy production and fossil energy use. The rate of energy self-sufficiency rose scenario by scenario, as it was 58 % in S1, 69 % in S2 and 83 % in S3 due to the increased amount of bioenergy produced, as well as the decreased amount of fossil energy used. Simultaneously the portion of recycled nutrients used for fertilization was increased. Compared to the 46 % share of recycled nitrogen in the current system, 5, 9 and 17 percentage units more were used in the S1-S3, respectively. As for phosphorus the corresponding percentage units compared to the original 70 % were 3, 4 and 5 in S1-S3, respectively. The local self-sufficiency of feed remained unchanged and the food production nearly unchanged in each scenario compared to the current state. The study demonstrated the current potential to produce renewable energy in Saltvik based on agricultural side streams to a degree that would cover over half of the current fossil energy use of local food production. By shifting the focus of food production towards plant production, and by expanding the area of green manure furthermore increased the energy and nutrient self-sufficiency.
Subject: Kiertotalous
biokaasu
uusiutuva energia
energiaomavaraisuus
agroekologinen symbioosi
ravinteiden kierrätys
viherlannoitusnurmi


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Ryske_Iiris_maisterintutkielma_2021.pdf 727.5Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record