Tutkimus

Jätevedestä kierrätetyt ravinteet helpottavat kestävää ruokatuotantoa

Kuvituskuva. Kuva: Jonne Renvall / Tampereen yliopisto
Se, mitä vedät alas vessanpöntöstä, voi tulevaisuudessa päätyä takaisin ruokapöydällesi. Ajatus saattaa inhottaa, mutta kyseessä on ympäristön ja ihmisen kannalta mainio asia. Veera Koskuen tutkimuksen ansiosta jätevesien typestä voidaan jatkossa valmistaa turvallista ja tehokasta lannoitetta maatalouden käyttöön.

Veera Koskue tekee Tampereen yliopistossa väitöskirjaa jätevesien ravinteiden hyödyntämisestä. Tutkimuksen päätavoitteena on kierrättää yhdyskuntien jätevesiin päätyviä arvokkaita ravinteita, kuten typpeä, maatalouden lannoitekäyttöön.

Jätevedestä talteen otettujen ravinteiden kierrättäminen lannoitteiksi mahdollistaa lannoitetuotannon energiankulutuksen ja ympäristöhaittojen pienentämisen. Ratkaisun avulla voidaan varmistaa kestävä ruoantuotanto tulevaisuudessa.

– Tutkimukseni tulokset hyödyttävät suoraan maataloutta, jossa osa teollisesti tuotetuista lannoitteista voidaan korvata kotimaisilla kierrätetyillä lannoitteilla, mikä lisää myös maatalouden omavaraisuutta. Hyötyä tulee potentiaalisesti myös jätevedenpuhdistuslaitoksille, kun niiden energiankulutus ja tarve kemikaalilisäyksille vähenevät, Veera Koskue selvittää.

Koskue keskittyy tutkimuksessaan erityisesti typpeen, koska sitä on yhdyskuntien jätevesissä erityisen runsaasti, mutta sen hyödyntäminen on ollut puutteellista.

– Ravinteet täytyy joka tapauksessa poistaa jätevesistä, mutta se tehdään tällä hetkellä tavoilla, jotka eivät mahdollista ravinteiden tehokasta ja turvallista uudelleenkäyttöä, Koskue perustelee.

Kiertotaloudesta ratkaisuja maapallon ruokatuotantoon

Millainen moottori ajoi nuoren tieteentekijän tutkimaan vessavesiä? Veera Koskuen mukaan taustalla on huoli maapallon ruokatuotannosta.

– Maapallon nykyväestöä ei pystytä ruokkimaan ilman lannoitteiden käyttöä maataloudessa. Lannoitetuotantoon puolestaan liittyy ympäristöongelmia: Typen tuottaminen kuluttaa paljon energiaa, ja aiheuttaa kasvihuonekaasupäästöjä. Fosforia ja kaliumia louhitaan uusiutumattomista mineraaliesiintymistä, joiden arvellaan ehtyvän jo muutamien vuosikymmenten aikana, Koskue selvittää.

– Olisi kestävämpää, jos uusien lannoitteiden tuottamisen sijaan pyrkisimme hyödyntämään olemassa olevia ravinteita useampaan kertaan.

Koskuen tutkimassa menetelmässä hyödynnetään sitä, että tärkeät ravinteet esiintyvät jätevesissä sähköisesti varautuneina. Tämän takia ne reagoivat sähkökenttiin, ja ne voidaan ottaa talteen sähkövirran avulla. Kehitetyn erottelutekniikan suurin rajoite onkin sähkönkulutus, joka kasvaa sitä mukaa, mitä enemmän ravinteita halutaan saada talteen. Kun pyrkimyksenä on kestävä tuotanto, sähkön alkuperällä on merkitystä.

– Ravinteiden talteenottotehokkuuden ja sähkönkulutuksen välillä pitää siis löytää sopiva kompromissi ja täytyy huolehtia siitä, että tarvittava sähkö tuotetaan uusiutuvilla menetelmillä, Koskue painottaa.

Veera Koskue on saanut väitöstyönsä laboratoriokokeet valmiiksi, ja tutkimus etenee tällä hetkellä etänä kotitoimistossa. Kuva: Heta Koskue

Kierrätyslannoitteen käyttö ruokatuotannossa vaatii lisätutkimuksia

EU-alueella lannoitteiden käyttöä säädellään tarkasti eikä jätteisiin pohjautuviin lannoitteisiin suhtauduta kepeästi. Onkin mahdollista, että ainakin alkuvaiheessa Koskuen kierrätyslannoite voisi päätyä puutarhaviljelyyn ja muiden ei-syötävien kasvien kasvatukseen.

– Pidemmän aikavälin tavoitteena on hyödyntää kierrätettyjä lannoitteita myös suoraan ruoantuotannossa. Tämä vaatii vielä lisätutkimuksia kierrätettyjen lannoitteiden turvallisuudesta ja todennäköisesti muutoksia EU- tai kansalliseen lainsäädäntöön, hän tarkentaa.

Suurin osa tutkimuksesta on tehty kokeellisilla tutkimuksilla laboratoriossa. Niiden mukaan elektrokemiallisella menetelmällä voidaan saada talteen jopa 90% jätevesivirran sisältämästä typestä. Valmiin ravinneliuoksen turvallisuus on tutkijalle tärkeää.

– Olen kiinnittänyt erityistä huomiota siihen, että jätevesien lääkeainejäämät eivät päätyisi lannoitekäyttöön tarkoitettuun ravinneliuokseen, ja alustavat tulokset vaikuttavat lupaavilta sen suhteen.

Kokeellisessa tutkimuksessa pyritään jatkuvasti tehostamaan tutkimuslaitteiston toimintaa aiempien tulosten pohjalta. Kuvan laitteistolla Veera Koskue sai parhaimmillaan talteen noin 90% jäteveden typestä.

Tekniikkaan etsitään uusia, edullisempia valmistusmateriaaleja

Elektrokemiallisia menetelmiä ravinteiden talteenottoon ei ole vielä testattu kokonaisen jätevedenpuhdistamon mittakaavassa. Koskuen mukaan haasteita on odotettavissa, kun tekniikkaa lähdetään rakentamaan suuremmassa mittakaavassa.

– Osa teknisistä komponenteista on valmistettu arvokkaista metalleista, eikä niiden tuottaminen laajemmin ole kustannustehokasta. Ympäri maailmaa tehdään jatkuvasti tutkimusta sen eteen, että löydettäisiin vaihtoehtoisia, edullisempia materiaaleja, joiden teho olisi nykymateriaalien kanssa vertailukelpoinen, Koskue arvioi.

Veera Koskue työskentelee bio- ja kiertotalouden tutkimusryhmässä tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunnassa Tampereen yliopistossa. Hänen tavoitteensa on saada väitöskirjansa valmiiksi vuoden 2021 loppuun mennessä. Tutkimusyhteistyötä hän tekee australialaisen Queenslandin yliopiston kanssa. Koskuen tutkimusta rahoittavat Maj ja Tor Nesslingin Säätiö sekä Tampereen yliopiston tohtorikoulurahoitus.

Veera Koskue voitti hiljattain akateemisen Three Minute Thesis (3MT) -pitchauskilpailun Tampereen karsinnan. Kilpailussa miteltiin tieteen yleistajuistamisen taidoista kiteyttämällä oma tutkimus kolmeen minuuttiin. Lue lisää 3MT-kilpailusta ja katso Veeran voittoisa pitchaus Youtubesta (siirryt toiselle sivustolle).

 

Teksti: Anna Aatinen

Ota yhteyttä

Uusimmat uutiset kategoriassa Tutkimus

Uusimmat uutiset