Tekoälyä ravinnekierrätykseen

Olet täällä

Potkua ravinneliiketoimintaan tekoälyn avulla

Ravinteet ovat keskeinen tuotantopanos alkutuotannossa. Niiden käyttö sekä alkuperä kytkeytyvät hiilen kiertoon, sen vaikutuksiin maaperässä ja kasvihuonekaasun syntyyn typpilannotteiden tuotannossa. Ravinteiden kierrätys palvelee siten myös fossiilisperäisten päästöjen vähentämistä ja Suomen tavoitteita valtiona ja EU:n jäsenenä. Pidemmällä tähtäimellä kysymys on myös ravinteiden saatavuudesta, sillä rajallista ja neitseellistä fosforia louhitaan edelleen uusiutumattomista lähteistä ja merkittävä osa erityisesti fosforista tuodaan EU:n ulkopuolelta.

Ravinnepitoisten massojen anaerobinen käsittely, biokaasuprosessi, edistää ravinteiden palauttamisesta ruoantuotantoon paitsi maataloudesta, myös muista yhdyskunnan ravinnevirroista. Lannoitekäyttöä varten ravinnesuhteita (erityisesti N/P-suhde) on usein muokattava ja tapauskohtaisesti epäpuhtauksia tai vettä poistettava. Se luo mahdollisuuksia uudelle liiketoiminnalle, mutta edellyttää haasteiden muuttamista ratkaisuiksi, josta hyötyä muodostuu ketjun kaikissa osissa.

Optimointia koko ketjuun

Työkalu 3E Opti perustuu tekoälyyn, joka optimoi matemaattisesti erilaisten mädätejakeiden käyttöä ja kohdentamista paikallisesti käytettävissä olevalla kalustolla ja viljelyn tarpeisiin. Matemaattinen, digitaalinen optimointi pystyy käsittelemään monimutkaista tietomassaa, mikä intuitiivisesti on mahdotonta tai äärimmäisen hidasta. Samalla se ratkaisee monimutkaisia liiketoimintaongelmia ja hyödyntää paremmin käytettävissä olevia resursseja ja tietoaineistoja.

Pilotointia Länsi-Suomessa

3E Opti – työkalua kokeiltiin biokaasulaitoksessa Länsi-Suomessa vuoden 2020 lopulta elokuulle 2021. Biokaasulaitos tuotti suuria määriä ravinnetta vuosittain. Alueen maantiede mädätteen sijoittamiseen on haasteellinen, sillä alueella on korkeat P-luvut ja lantaperäistä fosforia syntyy paljon. Tavoitteena oli selvittää, millainen jalostustekniikka soveltuu parhaiten mädätteen jalostamiseen ja käyttöön paikallisissa olosuhteissa. Malli vertaili erilaisia jalostuspolkuja ja ehdotti niitä, jotka olivat kokonaiskustannuksiltaan alhaisimmat.

Työn aikana mallinnettiin tunnetut ravinteiden jalostamisen ratkaisut mallin käyttöön. Optimointi mahdollistaa myös erilaiset laitteiden yhdistelmät (ns. superstruktuuri) mädätteen käsittelyssä ja  lisäravinteiden käytön mädätteen ravinnearvon nostamiseksi. Ravinnetarpeet määrittyivät sijainnin perusteella alueen peltomaan lannoitustarpeen mukaan ja käytettävissä oleva levityskalusto määritti tuotteen toivotun olomuodon.

Kokeilussa tunnistettiin optimoinnille seuraavia käyttötapoja:

•                        ravinnejakeen vaatiman jalostusprosessin valinta (ELY:n tukeman kokeilun case)

•                        Kohdealueen maatilojen ravinnetarpeen- ja koostumuksen määrittäminen 

•                        Saatavilla olevien kierrätys- ja ravinnejakeiden sovittaminen kohdealueelle

•                        Biokaasulaitoksen sijoitteluvaihtoehtojen kartoittaminen esisuunnitteluvaiheessa

•                        Alueelle palautuvan hiilen määrän laskenta tai hiilen palautuksen kustannus

•                        Muiden jakeiden, kuten tuhkan tai biohiilen hyödyntäminen alueella.

•                        Erilaisten jalostustekniikoiden vertailu toisiinsa

Kokeilusta ja kehityksestä vastaa 3E Energy Oy. Kokeiluprojektin konsortiosopimuskumppanina on Luke ja matemaattisen laskennan asiantuntijana EFFTECH Consulting. Kokeilun teollisia osapuolia olivat Adven Oy ja Soilfood Oy. Hanke päättyy virallisesti 31.8.21.

Mallin tietokantaan kerätään eri valmistajien jalostuslaitteita ja tietoja levityskalustosta. Laitevalmistajat ovat tervetulleita edelleen toimittamaan tietoa mm. laitteiden kapasiteetista ja hinnoista sovelluksen jatkokehitystä varten. Sen voi tehdä olemalla yhteydessä 3E Energy Oy:hyn. Hyötyinä on saada oma laite esiin laskennassa niissä caseissa, joissa se on aidosti paras. Työ jatkuu palvelumuotoiluna.

Kehitystyöhön liittyvän kokeilun mahdollisti Etelä-Pohjanmaan ELY-keskuksen tarjoama tukirahoitus ”Ravinteiden kierrätyksen kokeiluohjelma 2020 – 2022”.

 

Tiedote: Mari Tuomaalan materiaalin pohjalta, Maarit Kari, Maatalouden ravinteet ja energia käyttöön, kuva: Maarit Kari