e Antti Korpilahti Antero Varhimo Sirkka Keskinen Jussi Lemmetty

Transkriptio

1 METSATEHO / MÄTYKUITUPUU MIIMILATVALÄPIMITA VAIKUTUS PUUHAKITAA JA SELLUVALMISTUKSEE e Antti Korpilahti Antero Varhimo Sirkka Keskinen Jussi Lemmetty Ensiharuennuksen kuitupuulla sellun tuotantokustannukset olivat edullisimmillaan, lwn minimilatvaläpimitta vaihteli välillä ; suhteelliset sellun tuotantokustannuhset vaihtelivat silloin välillä. Viiden senttimetrin minimiläpimitalla ne olivat 3 ja neljän sekä yhdeksän senttimetrin läpimitoilla. Kuitupuun minimilatvaläpimitan vaikutus sellun tuotantokustannuksiin oli ensiharvennuspuulla suurempi kuin myöhempien hakkuiden puulla, jolla suhteelliset kustannukset vaihtelivat välillä 2, kun minimilatvaläpimittaa muutettiin :stä :iin. Tuotantokustannukset sisälsivät kantohinnan, puun hankintakustannukset, tehdaskäsittelyn ja sellunvalmistuksen muuttuvat kustannukset sekä sivutuotehyvitykset. JOHDATO Rungosta saatavan kuitupuun määrä ja pölkkyjen mitat riippuvat sovellettavasta minimilatvaläpimitasta ja pölkytysohjeesta. Pölkkyjen mittojen muuttuminen vaikuttaa puutavaran korjuutyöhön ja muuhun käsittelyyn käsittelyyksikköjen koon j a käsittelyn ajanmenekkien muuttumisen vuoksi. Puuraakaaineen ominaisuudet, kuten kuoren osuus, puuaineen tiheys ja kuidunpituus vaihtelevat rungon eri osissa. Minimimittojen muuttaminen vaikuttaa näistä syistä myös massanvalmistuksen puunkulutukseen, massan laatuun, sivutuotteiden määrään ja energiataseeseen. äiden seikkojen kautta massanvalmistuksen kustannukset ja massan ominaisuudetkin muuttuvat. Metsäteho on tutkinut puunkorjuuta, puutavar a n kuljetusta ja käsittelyä erilaisissa toimintaoloissa. KCL puolestaan on tutkinut mm. pienpuun ominaisuuksia ja kuitupuun minimiläpimitan vaikutusta sellunvalmistuksessa. Tämä t utkimus tehtiin Metsätehon ja KCL:n yhteistyönä, ja siinä selvitettiin minimiläpimitan vaikutusta sekä puunhankintaan että sellunvalmistukseen. Tutkimus tehtiin mäntykuitupuulla, j a a ineistona käytettiin käytännön leimikkotietoja. Metsätehossa määritettiin kuitupuukertymät ja hankintakustannukset, KCL:ssa tehtiin sellunvalmi tuksen tarkastelut. TUTKIMIE Tutkimuksessa tarkasteltiin puunhankinna n ja sellunvalmistuk en kustannuks ia ensiharvenn uksen, myöhemmä n h arvennuksen ja pääteh akkuun mäntykuitupuulla. Ensiharvennuksen ainei tona käytettiin aiempien tutkimusten yhteydessä mitattujen ensiharvennusmä nniköiden runkolukusarjoja. Puusto kuvattiin 2 :n rinnankorkeusläpimittaluokin, ja puille m ääritettiin myös pituusvaihtelu lä pimittaluokan sisällä. Poistuman tilavuus oli 2, m 3 /ha a inespuuta, kun minimilatvalä pimitta oli. Myöhemmän h arvennuksen ja pääteh akkuun leimikkoaineistona k äytettiin pystymittausaineiston männiköitä. Harvennuksessa poistuma oli m 3 /ha ainespuuta, josta puolet oli kuitupuuta, kun minimilatvaläpimitta oli. Pääteh akkuussa poistuma oli 2 m 3 /ha,jo ta kuitupuuta m 3 /ha. Rungot pölkytettiinja niiden tilavuudct laskettiin eril a isille mi nimilatvaläpimitoi lle run kokäyräyhtälöiden avu la. Tässä ra portissa esitetään tu lokset tarka telui s ta, joissa pölkkyjen pituus oli 2, metri ä. METSÄTEOLLISUUS

2 H akkuun j a metsäkuljetuksen ajanmenekit maaritettiin laskennallisesti työnvaiheittain. Lasken ta peru stui aiempiin tutkimustietoihin, joita t äydennettiin puutavar a n valmistuksesta hankituilla aikatutkimusti edoilla. Puutavar a n valmistuksen tarkastelu perustui keskikokoisen yksioteharvesterin j a met säkulj etus keskikokoisen kuormatraktorin k äyttöön. Puutavar a n ka ukokuljetus oletettiin t ehtäväksi tavanomaisella puutavaravarusteisella autoyhdistelmällä. Sellunvalmis tuksen tarkastelut tehtiin KCL:ssa aiempien tutkimusten yhteydessä r akennetulla laske nta mallilla. Laskentaperusteet tarkistettiin mm. ensiha rve nnusmäntyjen ominaisuuksia ja rumpukuorinn a n puuainesh ävikkiä koskevilla uusimmilla tutkimustuloksilla. Laskentamallissa otetaan huomioon mm. puuaineen tiheyden vaihtelu rungon eri osissa, puua ineen h ävikki tehdaskäsittelyn aika na, valkaistun massan saanto, energiatase j a sivutuotteet. Puuraak a a ineen ominaisuudet vaihtelevat puun eri korkeuksilla. Sellunvalmistuksen t arkastelussa vaihtelu otettiin huomioon siten, että lähtötiedot mää ritettiin runkopuull e 2 :n ka penemisalueittain. Tehd askäsittelyn osalta tarkastelu k äsitt ää vain muuttuva t ku stannukset. käyttöosan pienenemisen että pienimpien runkojen poisjäämisen vuoksi. Kun minimilatvaläpimittaa muutettiin, rungon ainespuutilavuuden muutos oli ku ssakin rinna n korkeusläpimittaluokassa suurilla minimiläpimitoilla s uurempi kuin pienillä. Esimerkiksi rinnan tasalt a :n luokissa rungon suhteelliset ainespuutilavuudet olivat eri minimiläpimitoilla oheisen asetelman mukaiset. Rinnantasalta :n rungoilla minimilatvaläpimitta saattoi olla enintään. Sen mukaista tilavuutta merkittiin sadalla. Järeämmillä rungoilla vertailut tehtiin :n latvaläpimitan mukaisiin t ilavuuksiin. Rungon suhteellinen ainespuutilavuus, kun d 3 on TULOKSET ESIHARVEUKSESSA Poistettavat rungot ja ainespuukertymä Hakkuu, metsäkuljetus ja kaukokuljetus Kun kuitupuun minimilatvaläpimitta oli, poistettavista rungoista valtaosa kuului rinnankorkeusläpimittaluokkiin j a. Kun minimiia tvalä pimitta nostettiin :iin j a suuremmaksi, ainespuun mitat täyttävien runkojen lukumäär ä väheni merkittävästi j a samalla ainespuukertymä piene ni (ta ulukko ). Kertymä pieneni sekä rungon Minimilatvaläpimitta vaikuttaa hakkuun työnvaih eista suor anaisesti vain puutavaranvalmistuksen (ka rsinna n ja katkonnan) ajanmenekkiin. Muiden työnvaiheiden puukohtainen ajanmenekki ei juurikaan muutu, mutta ainespuutilavuuden muutosten vuoksi h ak k uun tuottavuus muuttuu. Hakkuun työnvaiheittaiset aj a nmenekit muodostuvat seuraavasti: TAULUKKO Poistuma männikön ensiharvennuksessa erilaisilla kuitupuun minimiläpimitoilla Poistuma, kpl/ha Rungonkoko, dm3 ainespuuta 2 2,,2 2,,3 2,3,3 3, 2,, 3, 3, 2, 22,, 2 AinesSuhteelpuuIinen kertymä, kertymä m3/ha kuj.tupuulle sovellettava minimilä pimitta ei juurikaan vaikuta työpist eiden lukumäärään ja siirtymisten kokonaisaikaan, mutta kun minimiläpimitta suuren ee, ainespuukertymä vähenee ja siirtymisaika/m 3 kasvaa kaatoaika riippuu puun kokonaistilavuudesta j a k asvaa puun koon suuretessa; puukohtainen aika ei riipu minimiläpimitasta, mutta aikam 3 muuttuu ainespuutilavuuden muuttuessa puutavaranvalmistuksen aj a nmen ekki riippuu karsintamatkasta j a rungon katk aisujen luk um äär ästä; kun minimiläpimitta suurenee, valmistusaika vähenee kun ensiharve nnuksessa sovelletaan s u uria minimilatvalä pimittoja, ajourilta on raivattava ala mittaisia puita, mikä lisää h akkuun ajanmenekkiä ja kustannuksia.

3 Minimilatvalä pimitta vaikuttaa metsäkuljetukseen kahdella tavalla. Kun minimimittaa suurennetaan, kertym ä leimikolta ja samasta työpisteestä k uormattava puumäär ä vähenevät. e alentavat metsäkuljetukse n tuottavuutta. Toi saalta pölkkyjen j äreytyminen parantaa kuorman kiintotilavuutta, mutta se ei riitä korvaamaan kertymän muutoksesta johtuvaa tuottavuuden lasku a. Tämän tutkimuksen en siharvennusleimikolla h akkuun j a metsäkuljetuksen s uhte elliset t uottav uude t eri minimilatvaläpimitoilla esitetään taulukossa 2. TAULU KKO 2 Kuitupuun minimilatvaläpimitan vaikutus hakkuun ja metsäkuljetuksen su hteel liseen tuottavuuteen Kuilupuun suhteelliset hankintakustannukset ensiharvennusmänniköllä Erittely Minimilatvaläpimitta, Hakkuu Metsäkuljetus, 2m 2 2 Kaukokuljetus, km Muut, 3 mkfm3 Hankintakust. yhteensä minimilatvaläpimitta oli (taulukko 3). j a : n minimiläpimitoilla h a nkintakustann ukset olivat noin % suuremm at kuin vertailuna olleen :n läpimita n tapauksessa, j a :n lä pimitalla lähes nelj änn eksen suuremmat. Suhteellinen tuottavuus Hakkuu TAULUKKO 3 Metsäkuljetus 2 Sellunvalmistus Sellunvalmistuksen tarkasteluja varten ainespuukertymä laskettiin rungoittain 2 :n paksuusalueittain (kuva ). Sellunvalmistukseen vaikuttavat seikat, kuten ain espuun h ävikki j a puuaineen ominaisuudet, määritettiin pölkkyjen paksuusalueittain. Kuitupuun minimilä pimitta vaikuttaa puutavar an autokuljetukseen suoran aisesti vain vähän. Kokonaishankintakustannuksien määrityksessä muut kustannukset, kuten puutavarankäsittely, mittaus ja organisaatiokustannukset, pidettiin sama nsuuruisina eri läpimittavaihtoehdoissa. Kuitupuun hankintakustannukset olivat tutkimuksen leimikolla k äytännöllisesti katsoen samansuuruiset, kun Rumpukuorinnan tutkimukset osoittavat, että ainespuun h ävikki on suuri varsinkin silloin, kun pienilä pimittaiset pölkyt takertuvat rummun kuorirakoihin ja katkeilevat. Kun kuoriraot ovat mm leveät, ainespuun hävikki lisääntyy voimakkaasti silloin, kun minimiläpimittaa pienennetään :stä :iin. Tarkast elluilla minimilatvalä pimitoilla keskimääräinen ainespuun h ävikki vaihteli ensiharvennuspuulla 3,, %. m3/ha r,,.,,,. usalue, 3 I?JI 2 E!l2 2 [)... Min imi latvaläpimitta, Kuva. A inespuu kertymä ensi harvennusmä nnikössä eri m inim iläpimitoilla run kojen paks uusalueitta in 3

4 ..... c:=j puunkulutus tuotantokustannus 2 "", " n r:::j.. r r... Rungon paksuusalue, Kuva 2. Suhteellinen puunkulutus ja sellunvalmistuskustannukset rungon paksuusalueittain ensi harven nusmännyllä Sellutonnin valmistuksee n ta rvittava puumäär ä riippuu kuorintah ä vikin lisäksi oleellisesti puuaineen tiheydest ä ja osuudesta kuorellisesta runkopuusta. Edullisinta sellunvalmistus on rungon 2 :n läpimittaalueelta, jolloin puunkulutuskin on pienimmill ään (kuva 2). Tarkast ellun ensiha rvennusleimikon puilla sellunvalmistus oli edullisimmill aan :n minimilä pimitta a sovellettaessa. Valmistuskust annukset oliva t kuite nkin :n minimilä pimitoill a jokseenkin sam a nsuurui set (ta ulukko ). Pienemm ät minimilatval ä pimita t johtiva t korkeampiin kokona iskusta nnuksiin, samoin :n vaihtoehto. Ta rkast elu koski siis sellunvalmistuksen kust a nnuksia; sen ulkopuol elle jäivä t saadun massan ominaisuudet ja niiden a rvotta minen. T a ulukossa esitetty puun samaku st a nnushinta osoittaa sen kuitupuun suhteellisen tehd ashinnan, jolla sellunvalmistuksen kokotaulukko Sellunvalmistustarkastelun päätu lokset ensi harven nusmännyllä. Arvot suhtee llisia, vertailuperusteena :n minimilatvaläpimitan tilan ne Erittely Pu un tehdashinta Puunkulutus 2 Puuhäviö, % 3,,,3,2, Sellunvalmistuskust. 3 Puun samakustannushinta 3, 2,3 2 naiskust a nnukset ovat kaikissa t a pauksissa :n minimilatvalä pimittavaihtoehdon mukaisia. TULOKSET MYÖHEMMISSÄ HARVEUKSISSA JA PÄÄTEHAKKUISSA Ainespuukertymä Myöh emmissä h arvennuksissa j a päät ehakkuussa minimilatvalä pimita n muutokset vaikuttavat vain rungoist a saat avaan kuit upuukertym ään. Paist ett avien runkoj en lukumäär ä on kussakin vaihtoeh dossa sam a. Siksi kuitupuun määr ä vaihtelee n äissä hakkuutavoissa paljon väh emmän kuin en siharvennuksessa (t a ulukko ). Sam aan suuntaan T AULUKKO Kuitupuukertymät männikön m uussa harvennuksessa ja päätehakkuussa erilaisi lla minimiläpimitoilla Muu harvennus Kertymä, m 3/ha Päätehakkuu Suht. kertymä Kertymä, m 3/ha Suht. kertymä 3, 2,2 3,, 3,3 2 3,, 32,, 2,, 2 2, 2,

5 vaikuttaa lisäksi se, että järeiden runkojen kuitupuuosa kapenee voimakkaammin kuin pienikokoinen ensiharvennuspuu. Tiheä metsikkö Hoidettu metsikkö Korjuu ja kuljetus 2 Kuitupuun minimilatvaläpimitan ja määrän muutos ei vaikuta muissa hakkuissa kuin ensiharvennuksessa niin voimakkaasti ja samalla tavoin puunkorjuun tuottavuuteen ja kustannuksiin kuin pelkkää kuitupuuta valmistettaessa ja kulj etettaessa. Kun puunhankinnan kustannuksille :n vaihtoehdossa annettiin arvo, vaihtelivat hankinta. kustannukset myöhemmässä h arvennuksessa ja päätehakkuussa 2, kun latvaläpimitta vaihteli :stä :iin Kuva 3. Suhteelliset sellunvalmistuskustannukset erilaisilla ensiharvennusmänniköillä. Vertailuarvona () tiheä metsikkö, minimiläpimitta Sellunvalmistus Myöhemmistä hakkuista saatava kuitupuu poikkesi koostumukseltaan oleellisesti ensiharvennuspuusta. Runkojen pienimpien kapenemisalueiden puumäärät olivat vain muutamia prosentteja kuitupuun kokonaiskertymistä. Pienen tiheyden omaavan ja sellun saannon kannalta huonon puuraakaaineen määrä oli vähäinen, ja puunkulutus sellutonnia kohti säilyi hyvänä eri minimiläpimitoilla. Puunkäsitt elyn ainespuun hävikki oli enimmillään myöhempien ha:rvennusten puulla, % ja päätehakkuun vaihtoehdoissa, %. Sellunvalmistuskustannukset vaihtelivat melko vähän eri minimiläpimitoilla (taulukko ). Hoidettu ensiharvennus... 2 Tiheä ensiharvennus Päätehakk uu ttmuu harvennus... 2 _ / _:: ;z El!!! l!i i!i Kuva. Suhteelliset sellunvalmistuskustannukset männyllä. Vertailuarvona () päätehakkuu, minimiläpimitta TAULUKKO Erittely Suhteellinen tehdashinta ja sellun tuotantokustannukset muun harvennuksen ja päätehakkuun mäntykuilupuulla TARKASTELU Muu harvennus Puun tehdashinta 2 Sellun tuotantokustannukset Päätehakkuu Puun tehdashinta Sellun tuotantokustannukset 2 Puunhankintaa ja sellunvalmistusta tarkasteltiin erityyppisillä ensiharvennusleimikoilla. Sellunvalmistuksen kustannukset muodostuivat sitä korkeammiksi mitä enemmän pienikokoisia puita otettiin käsittelyyn. e lisäsivät kustannuksia erityisesti pienimpiä minimiläpimittoja sovellettaessa (kuva 3). Kuvassa tiheä metsikkö esittää edellä raportoitua ensiharvennusleimikkoa. Siinä rinnantasalta ja senttisten puiden osuus oli kolmannes poistuman koko runkoluvusta, mutta niistä ei saatu :n latvaläpimitalla ainespuuta. Hoidetun met.s ikön vaihtoehdossa pienimmät puut olivat rinnantasalta senttisiä. iiden osuus poistuman runkoluvusta oli noin %.

6 Sellunvalmistus ensiharvennuspuusta on huomattavasti kalliimpaa kuin myöhempien harvennusten ja päätehakkuun kuitupuusta (kuva ). Kun ensiharvennuksessa hakataan pelkästään pienikokoisia kuitupuita, hakkuun tuottavuusjää pieneksi ja kustannukset, jotka kaikki kohdistuvat kuitupuulle, muodostuvat suuriksi. Myöhemmissä harvennuksissa ja päätehakkuissa merkittävästä osasta tai valtaosasta hakattavia puita saadaan sekä tukkia että k uitupuuta. Silloin myös merkittävä osa kaikille puutavaralajeille yhteisestä tekoajasta ja sitä vastaavista kustannuksista kohdistuu t ukkipuulle. Lisäksi myöhempien hakkuiden kuiturungotkin ovat järeämpiä kuin ensiharvennuksen rungot, jolloin korjuun tuottavuus on suurempi. Ensiharvennuspuun korjuukustannukset ovatkin noin kolminkertaiset päätehakkuun kuitupuun korjuuseen nähden. Järeiden runkojen latvat (kuitupuuosa) kapenevat voimakkaammin kuin ensiharvennuspuiden r ungot. Siitä seuraa, että runkojen pienimpien läpimittaalueiden puumäärä jää myöhemmissä hakkuissa suhteellisesti paljon pienemmäksi kuin ensiharvennuksissa. Siksi sellun valmistaminenkin on edullisempaa myöhemmistä hakkuista saatavasta puutavarasta kuin ensiharvennuspuusta. Ensiharvennusten puunkorjuuta on pyritty tehostamaan mm. joukkokäsittelyllä. Joukkokäsittelykokeiluissa koneellisen hakkuun tehotuntituottavu utta on ensiharvennuksissa voitu lisätä noin 2 %. äin suuri tuottavuuden lisäys alentaa korjuukustannuksia selvästi. Edellä kuvatulla tiheäpuustoisella leimikolla :n minimiläpimittaa soveuettaessa sellun suhteelliset tuotantokustannukset alenisivat tasolle 2 (ks. kuva 3). Ensiharvennuspuu n hankintaan on kehitetty myös kokopuunakorjuun menetelmiä. Kokeiluissa ja tutkimuksiin perustuvissa laskelmissa niillä tuotetun selluhakkeen tuotantokustannukset ovat jääneet joissakin tapauksissa selvästi pienemmiksi kuin karsittuna tavaralajina korju un, rumpukuorinnan ja haketuksen kustannukset. Minimiläpimittatarkastelu kuitenkin osoittaa, että sellu nvalmistu s latvakuitupuuta sisältävästä kokopuuraakaaineesta ei välttämättä ole kokonaistaloudellisesti kovinkaan edullista. Paitsi sellun valmistuskustannukset myös sen paperitekniset ominaisuudet riippuvat pu uraakaaineesta. Siten puu n eri osista ja erilaisista puista tehdyt massat ovat eriarvoisia. Tässä t utkimuksessa näitä arvosuhteita ei pyritty selvittämään. e Asiasanat: kuitupuu, minimiläpimitta, sellu nvalmistus Metsäteho Review / EFFECT OF TOP DIAMETER O WOOD HAAVESTIG AD PRODUCTIO OF PIE PULP The aim of the study was to clarify how the wood yie ld, harvesting cost a nd the production cost of pulp depend on the top diameter of pulpwood. The study focused on pine wood; both harvesting ofpulpwood stems from selective thinnings as well as the tops of sawtimber stems were studied. The study was done in cooperation by Metsäteho and the Finnish Pulp and Paper Research Institute. In the case of first thinning, when the average stem size was about, m 3, the production cost (incl uding harvesting cost) of pulp was quite stable when the minimmn top diameter varied between and. When the top diameter was set at fo ur or i,en centimetres, pulp production cost some o/o extra. When applying a very small top diameter, pulp production suffered for the low density of the top wood materia!, the proportional high bark content ofpulpwood, and losses ofwood materia! during debarking and pulp production. When applying a top diameter of ten centimetres or even greater top diametres, the wood yield from stands remained low resulting in uneconomically high harvesting costs. In later thinnings and combined sawtimber and pulpwood harvesting, the stru cture of the harvesting costs differed from that of first thinning, resulting in only moderate changes in the production cost of pulp. Key words : pulp wood, minimmn top diameter, pulp production METSÄTEHO Postios: PL, HELSIKI ISS 233X Helsinki Painovalmiste Katuos: Unioninkatu, HELSIKI Faksi: () 22 Puhelin : () 2 2