Olemme lannoitetehtaita – kaupunkien ravinteet kiertoon!

Haarukanjäljen blogisarjan päätökseksi siirrymme Afrikasta takaisin Suomeen Pasilan Kääntöpöydälle. Siellä on kesällä 2014 ollut käynnissä ravinnekierrätyskokeilu, jonka tuloksena syntyi maukkaita kurkkuja – pissalannoituksella. Luit oikein. Jaakko Lehtonen kertoo, mistä on kyse.

Miksi kierrättää ravinteita?

Ihmisen jätöksissä on merkittävä määrä kasveille elintärkeitä ravinteita, joita ei hyödynnetä merkittävässä mittakaavassa missään päin maailmaa, vaikka joka puolella niitä ”tuotetaankin”. Erityisesti virtsa, johon sisältyy suurin osa ihmisestä poistuvista kasvuravinteista, on lähes sellaisenaan käyttökelpoinen, puhdas lannoite. Mitä enemmän ruokaa paikallisesti kulutetaan, vastaavasti sitä enemmän tätä potentiaalista lannoitettakin syntyy.  Miksi siis hukata luonnostaan optimoitua resurssia?

Maapallon niukat ja epätasaisesti jakautuneet ravinneresurssit

Kasvien tarvitsemista ravinteista erityisesti typen ja fosforin lannoitetuotantoon liittyy vakavia ruokaturvaongelmia. Typpilannoitteita valmistetaan pääasiassa maakaasulla ja siten koko ruoantuotanto vaatii osansa fossiilisesta energiantuotannosta. Esimerkiksi Suomen maatalous on typen suhteen hyvin riippuvainen Venäjältä tuotavasta maakaasusta.

Fosforikaivannaiset tulevat loppumaan eri arvioiden mukaan mahdollisesti 50-100 vuoden kuluttua. Fosfori on niinikään useimmissa maissa tuontitavaraa, sillä kaivannaisvarannot keskittyvät maapallolla harvoille alueille (Suomi on toistaiseksi omavarainen). Energian yleinen kallistuminen ja hupenevat kaivannaisresurssit tarkoittavat väistämättä lannoitteiden hinnannousua tulevaisuudessa.”

Systeeminen ja teknologinen haaste

Oheisessa kaaviossa (Kuva 1) on kuvattu typen kierto Suomen ruokajärjestelmässä. Ihan heti siitä ei kokonaisuus aukea mutta olennaista on verrata ruoantuotantojärjestelmän käyttämää typpeä ja ihmisravinnoksi päätyvän ruoan sekä edelleen yhdyskuntajätteen typpeä. Tästäkin ilmenee, että ihmisjätösten typpi ei päädy hyötykäyttöön (se haihdutetaan puhdistamoissa).

Ehkä vielä olennaisempi havainto on se, että nykyisellä ruoantuotantojärjestelmällä ja -tekniikoilla ei “hukkaravinteilla” pystyttäisi korvaamaan kuin vain pieni osa tarvittavasta typpipanoksesta. Kasvintuotannon pitäisi käyttää typpeä siis nykyistä paljon tehokkaammin, jotta suljettu kierto olisi mahdollinen. Nyt typpeä sekä varastoituu maaperään että haihtuu ilmaan ja valuu vesistöihin. Lisäksi karjatalous aiheuttaa merkittäviä hävikkejä typen kiertokulussa. Fosforin tilanne on samankaltainen (Kuva 2), huomattavaa on todella suuri maaperään kumuloituminen.

Lisäksi verrattain pienet hukkavirrat aiheuttavat merkittäviä ympäristöongelmia: typpeä haihtuu ilmakehään voimakkaana kasvihuonekaasuna, typpioksiduulina N₂O ja fosfori aiheuttaa vesistöjen rehevöitymistä. Pelkkä ravinteiden talteenotto ei siis riitä vaan koko ruoantuotannonjärjestelmä viljelytekniikoita myöden pitäisi suunnitella suljetuksi, eheäksi ja tehokkaaksi.

”Peeponics” – vesiviljelyä virtsalla

Ravinnetalouden iso kuva on yllättävän monisyinen ja tarvittavien muutosten kokoluokka valtava. Jotta pelkästä pohdiskelusta pääsisi eteenpäin niin vastapainoksi tarvitaan jotain käytännönläheistä ja helposti hahmotettavaa. Kääntöpöydällä on tänä kesänä testattu pelkällä virtsalla ja vedellä viljelyä vesiviljelyjärjestelmässä.

Kasvualustan pinta-ala on yksi neliömetri ja siinä on suhteellisen vedenpitävässä astiassa 10 cm paksuudelta huuhdeltua lekasoraa. Astian alla on 80 litran sementtilaatikko, josta 12 voltin ajastettu pumppu nostaa ravinneliuosta kahden tunnin välein kahden minuutin ajan kasvualustaan, jossa liuos nousee vähän yli puoleenväliin lekasoramassaa ja laskee sen jälkeen hiljalleen takaisin, vetäen samalla yläpuolelta ilmaa ja happea juuristolle.

Kyse on ns. Ebb n Flow -menetelmästä, joka on yksinkertainen ja helppo rakentaa. Ravinneliuoksessa on 70 litraa vettä ja 1-2 litraa virtsaa. Virtsa on alunperin varastoitu kuukaudeksi suljettuun astiaan, tässä tapauksessa ulkotiloissa. Kerta-annos on vielä kuumennettu eli pastöroitu pikaisesti ennen ravinneliuokseen lorauttamista.

Kääntöpöydän systeemi on rakennettu seuraavanlaisella tarvikelistalla – saa soveltaa!

• Erotteleva kuivakäymälä, pisuaari, suppilo tms. jolla keräät virtsan talteen
• Sopivan kokoinen suljettava muoviastia, jossa säilöt virtsan. Suosituksia on monia mutta kuukausi huoneenlämmössä pitäisi riittää.
• Virtsan pitäisi päätyä mahdollisimman nopeasti suljettuun astiaan.
• 80 litran sementtilaatikko
• N. 100 litraa hyvin huuhdeltua leca-soraa
• Kasvatusastia n. 20 cm korkea ja neliömetrin pinta-ala. Esim. lava ja lavakaulus ja paksua muovia vettä pitämään.
• Asuntoauton 12 V pilssipumppu + pätkä letkua ja läpivienti, netin karavaanarikaupoista löytyy, toki vesiviljelyyn on omatkin valikoimansa
• 12 V ajastin, ebaysta saa hyviä ja halpoja kiinalaisia
• Toinen paksumpi letku ja läpivienti ylivuodolle
• Vulcaponics-soraa mikrobialustaksi, hyttysverkosta pussi pH-mittausnestettä
• Johtokyvyn mittaaja, lisäksi typen mittaamiseen löytyy liuskoja, ehkä puutarha-alan ammattikaupoista?
• Merileväuutetta
• Vapaavalintainen konsti ja vehkeet virtsan kuumentamiseen ja lämpötilan mittaamiseen. Jenkkilässä kuulemma suositus kunnon bakteerisotkujenkin pastörointiin on 70 C puoli tuntia tai 80 C 2 minuuttia.

Virtsa lannoitteena

Terveen ihmisen virtsa on tuoreena lähes steriiliä ja sellaisenaankin oiva lannoite maapohjaisessa viljelyssä. Kun virtsaa kerätään useista eri “lähteistä” isoja määriä, on sen oikea käsittely tärkeää.  Virtsan säilöminen suljetussa (ei täysin steriilissä) astiassa saa aikaan hydrolyysin, jossa ureaasi hajottaa urean OC(NH₂)₂ ammoniakiksi NH₃ ja hiilidioksidiksi CO₂. Ammoniakki, joka on lievästi emäksinen, yhdistyy herkästi happamien H⁺-vetyatomien kanssa, jolloin syntyy ammoniumtyppeä NH₄⁺. Ammoniumtyppi on nitraattitypen NO₃^– ohella ainoa kasvien hyödynnettävissä oleva typen muoto. Virtsa siis muuttuu seisoessaan entistäkin tehokkaammaksi lannoitteeksi. Hydrolyysissä virtsan pH nousee (Kääntöpöydän testeissä 8-9 hujakoille), jolloin emäksisyys tuhoaa siihen mahdollisesti joutuneita patogeenejä.

Virtsassa on kaikkia kolmea pääravinnetta: typpeä, fosforia ja kaliumia ja mikroravinteitakin kohtalaisesti. Typpeä on suhteellisesti selkeästi eniten, noin prosentin verran virtsan painosta. Vesiviljelyssä typen määrä ravinneliuoksessa on yleensä 100-200 milligrammaa / litra. Nyt annostelussa on käytetty ohjeena 200 milligrammaa, jotta muitakin ravinteita riittäisi. Typen määrä virtsassa voi myös vaihdella suuresti. Annostelua on ohjattu liuoksen sähkonjohtokykyä mittaamalla, joka antaa hyvin suurpiirteisen kuvan ravinnesuolojen määrästä.

Peeponicsin ideana ei ole tarkka steriiliyden vaaliminen, vaan siihen on jopa toivottavaa saada oikeanlaista mikrobielämää. Mikrobien tehtävänä on muuttaa liuokseen mahdollisesti (mikrobien vaikutuksesta niinikään) ilmaantuvaa nitriittityppeä NO₂^– nitraattitypeksi. Mikrobien saamiseksi Kääntöpöydän peeponicsiin on laitettu huokoista vulcaponic-soraa sekä kasvualustaan että ravinneliuokseen, lisäksi loraus merileväuutetta ja toivottu parasta.

No toimiiko se?

Oheisista kuvista näkyy että kaikki testattavat kasvit, kurkku, chilit ja basilikat ovat kasvaneet mukavasti kesäkuun lopulta lähtien. Chilit ja kurkku ovat myös kantaneet hedelmää eli pelkästä typen aiheuttamasta kasvupyrähdyksestä ei ole kyse.

Muitakin elintärkeitä ravinteita on ollut saatavilla vaikka lehdissä lieneekin nähtävistä niiden osittaista puutosta. Testin tavoite on kuitenkin täyttynyt ja tuloksena voisi sanoa että virtsaa pystyy käyttämään vesiviljelyssä ravinnelähteenä, vieläpä varsin yksinkertaisin ja huolettomin menetelmin.

Virtsa-annoksia on tullut annettua vähän silloin tällöin, mutta kerran viikossa lienee hyvä tarkistaa ravinnetilanne. Mikrobitoiminnasta on vaikea sanoa muuta, kuin että ainakaan mitään “ylimääräistä kasvustoa” ei ole näkynyt vulcaponic-kivien vihertävää pintaa lukuun ottamatta.

Kasvien terveellisyydestä ei ilman laboratorio-testejä tietty pysty myöskään muuta sanomaan kuin että hyvältä maistuu ja hengissä ollaan! Tätä kirjoittaessa törmäsin Linköpingin yliopistossa 2013 tehtyyn graduun, jonka mukaan virtsan ja biolietteen käyttö ravinnelähteenä kaupallisessa kasvihuoneviljelyssä saattaisi hyvinkin olla taloudellisesti kannattavaa, pitääpä perehtyä tarkemmin!

Ravinnekierto ja kaupungit

Hypätään diy-protoilun parista hetkeksi takaisin ylätasoille. Kaupungistuneessa ja edelleen kaupungistuvassa maailmassa hukkaravinteiden alkuvirrat ja toisaalta ruoan kulutus keskittyvät kaupunkialueille, joilla suurin osa ihmisistä asuu. Logistisesti vaikuttaisi siis järkevältä että ruokaa pystyttäisiin myös tuottamaan kaupunkialueilla tai niiden läheisyydessä. Samalla pellolta lautaselle-ketjutkin lyhenisivät.  Ihmisjätöksiä hyödyntämällä voitaisiin säästyä osin jätteenkäsittelyn kustannuksilta ja ehkä muitakin kustannushyötyjä yhdistelemällä pystyisi ravinteiden kierrätyksestä tekemään kannattavaa ja toimivaa.

Suljettuun ravinnekiertoon siirtyminen merkittävässä määrin olisi erittäin radikaali muutos. Uskon että tällainen muutos voi syntyä ja siihen tarvitaan sekä sysäyksiä nykyjärjestelmään että kokonaan uusien järjestelmien luomista. Esimerkiksi jätevedenpuhdistamoiden biokaasutuotannon ohessa voidaan viemärilietteistä saada myös merkittäviä määriä ravinteita ja toisaalta uudet asuinalueet voitaisiin suunnitella ja rakentaa kokonaan toimimaan suljetun kierron varaan.

Kehitys kehittyy

Kääntöpöydälle on ensi vuonna tarkoitus rakentaa Tampereen AMK:n kanssa vesiviljelyjärjestelmä  “pisuaarista lautaselle”-periaatteella. Paikan päällä kerätty virtsa päätyy säilönnän jälkeen suoraan vesiviljelyjärjestelmän ravinteeksi. Järjestelmää asianmukaisesti käyttämällä, monitoroimalla ja testaamalla toivomme saavamme huomioarvon lisäksi rohkaisevia tuloksia virtsan lannoitekäytön helpottamiseksi ja jopa kokonaan uuden ruoantuotantotavan kehittämiseksi esimerkiksi kehittyvien maiden kaupunkeihin. Jos aihe yhtään kiinnostaa niin kannattaa olla kuulolla ja mieluusti suoraan yhteyksissäkin allekirjoittaneeseen!

 Teksti:

Jaakko Lehtonen, Kääntöpöydän koordinaattori