Evaluation of wood-based fly ash for fertilizer use : case Martinlaakso Power Plant

Abstract

Wood ash contains all nutrients essential for tree growth except nitrogen, which is why it has long been utilized in forest fertilization. Numerous studies have demonstrated that use of wood ash can increase tree growth, improve the nutrient status of forest soils, and reduce soil acidification. However, as the composition of wood ash generated at power plants can vary considerably depending on factors such as fuel characteristics, combustion conditions, and ash separation methods, its suitability for fertilizer use must always be evaluated on a case-by-case basis.

The objective of this master’s thesis was to evaluate the suitability of fly ash generated in the biomass boiler at the Martinlaakso Power Plant of Vantaan Energia Oy for fertilizer use. The fly ash samples were analyzed for the nutrient and harmful substance concentrations specified for inorganic fertilizers in the Decree of the Ministry of Agriculture and Forestry on Fertilizer Products 964/2023. In addition, neutralizing values and reactivities were determined to provide supplementary information.

The results showed that all analyzed samples met the minimum nutrient concentration requirement for forest ash fertilizer, and two of the five samples also met the harmful element requirements, indicating that the fly ash has potential particularly as a raw material for forest ash fertilizer. In contrast, the harmful element requirements for inorganic macronutrient and inorganic micronutrient fertilizers were not met. Diverting the fly ash from its current landfill utilization or disposal route to fertilizer use could promote nutrient recycling, support Vantaan Energia’s circular economy objectives, and reduce ash management costs.

Puutuhka sisältää typpeä lukuun ottamatta kaikkia puuston kasvun kannalta välttämättömiä ravinteita, minkä vuoksi sitä on hyödynnetty metsälannoituksessa jo pitkään. Useissa tutkimuksissa puutuhkan käytön on osoitettu lisäävän puuston kasvua, parantavan kasvupaikan ravinnetilaa sekä vähentävän maaperän happamoitumista. Koska voimalaitoksessa syntyvän puutuhkan koostumus voi vaihdella huomattavasti muun muassa polttoaineen, poltto-olosuhteiden ja tuhkan erotusmenetelmien mukaan, sen soveltuvuus lannoitekäyttöön on arvioitava aina tapauskohtaisesti.

Tämän diplomityön tavoitteena oli arvioida Vantaan Energia Oy:n Martinlaakson voimalaitoksen biokattilassa syntyvän lentotuhkan soveltuvuutta lannoitekäyttöön. Lentotuhkanäytteistä määritettiin Maa- ja metsätalousministeriön asetuksessa lannoitevalmisteista 964/2023 epäorgaanisille lannoitteille määritellyt ravinne- ja haitta-ainepitoisuudet sekä lisäinformaationa neutralointiarvot ja reaktiivisuudet.

Tulokset osoittivat, että kaikki tutkitut näytteet täyttivät metsätuhkalannoitteelle asetetun vähimmäisravinnepitoisuusvaatimuksen ja kaksi viidestä näytteestä haitta-ainevaatimukset, minkä perusteella lentotuhkalla arvioidaan olevan potentiaalia erityisesti metsätuhkalannoitteen raaka-aineena. Epäorgaanisille pää- ja hivenravinnelannoitteille asetetut haitta-ainevaatimukset eivät sen sijaan täyttyneet. Lentotuhkan ohjaaminen lannoitekäyttöön nykyisen kaatopaikkahyödyntämisen tai loppusijoituksen sijaan voisi edistää ravinteiden kierrätystä, tukea Vantaan Energian kiertotaloustavoitteita ja samalla vähentää nykyisiä tuhkan käsittelystä aiheutuvia kustannuksia.