Kiinteiden biopolttoaineiden kansainväliset standardit metsähake esimerkkinä

Transkriptio

1 Kiinteiden biopolttoaineiden kansainväliset standardit metsähake esimerkkinä Eija Alakangas, VTT CEN/TC335 ja ISO/TC 238 Kiinteät biopolttoaineet Laatuluokittelutyöryhmän 2 puheenjohtaja eija.alakangas@vtt.fi Puh Eija Alakangas 1 Sisältö Standardisointiprosessi Tekniset spesifikaatiot EN-standardit ISO-standardit. Raaka-aineen luokittelu alkuperän mukaan Hakkeen ja murskeen laatuluokittelu SFS-EN ISO ja SFS-EN ISO mukaan. Uusi puupolttoaineiden laatuohje tulossa 2 1

2 Kiinteiden biopolttoaineiden eurooppalaisten ja kansainvälisten standardien viitekehys Lainsäädäntö Standardisointi WTO Euroopan komissio Kaupan esteiden poistaminen ISO/TC 238 Kiinteät biopolttoaineet 60 standardia* Mandaatti Standardit Wienin sopimus* Tutkimusten tulokset CEN/TC 335 Kiinteät biopolttoaineet 36 standardia Tiedonkeruu alan toimijoilta sekä tiedottaminen standardien kehityksestä alan toimijoille Standardisointia tukevat EU-projektit BioNorm, EUBIONET, Phydades, SolidStandards 3 * ISO standardit julkaistaan EN ISO-standardeina Euroopassa, ja ne korvaavat nyt voimassa olevat EN-standardit 4 Kiinteiden biopolttoaineiden standardisoinnin eteneminen ISO CEN/TS Painotetut äänet, Suomi n. 2 % äänistä 3 vuotta voimassa valmisteltu Vain 1 standardi voimassa Tekniset spesifikaatiot (27 julkaistu) Kansalliset standardit voimassa yhtä aikaa EN Eurooppalaiset standardit (36 julkaistu) Kansalliset standardit kumottu Painotetut äänet 5 vuotta voimassa Valmisteltu Kansainväliset standardit ( 60 valmisteilla) Euroopassa julkaistaan EN ISO standardeina ja EN-standardit poistuvat 1 ääni kullakin maalla 2 valmisteluaika 3 vuotta voimassa valmistelu

3 Kiinteiden biopolttoaineiden ketju Taulukot, jossa ominaisuusluokat kaikille kiinteille biopolttoaineille sis. hake ja murske (SFS-EN ISO ) tai tuotestandardi hakkeelle SFS-EN ISO Alkuperä Biomassa Polttoaineen tuotanto Kauppanimike (esim. puuhake) Kiinteä biopolttoaine Lämpö/sähkö/ jalostus kiinteäksi tai nestemäiseksi biopolttoaineeksi Bioenergia Alkuperän dokumentointi (Taulukko 1) SFS-EN ISO Polttoaineen laadunvarmistus (SFS-EN hakkeelle ja murskeelle ja SFS-EN hakkeelle pienkäyttöön ) Tuoteseloste (SFS-EN tai & Raaka-aineen luokittelu alkuperän mukaan (origin and source) EN ISO Kuva: Jyrki Raitila, VTT 3

4 Laatuvaatimukset ja - luokat (SFS-EN ISO ) Puupolttoaineet on jaoteltu alaluokkiin alkuperän perusteella: 1 Puubiomassa (Woody biomass) 1.1 Metsän, istutusmetsän puu ja muu luonnonpuu 1.2 Sivutuotteet ja tähteet metsäteollisuudesta Kemiallisesti käsittelemätön (kuori, sahanpuru ) Kemiallisesti käsitelty (vaneri, lastulevy, maalattu puu ) 1.3 Käytöstä poistettu puu Kuormalavat, puupakkaukset, rakennusten puu (ei purkupuu) 1.4 Sekoitukset ja seokset (Blends and mixtures) blends* = tarkoituksella tehdyt sekoitukset mixtures = sattumanvaraisesti syntyneet seokset 7 *Energiamarkkinavirasto vaatii sekoituksen eri komponenttien ilmoittamisen 7,5 % tarkkuudella energiasisällön mukaan. 8 4

5 1.1 Metsästä, istutusmetsästä korjattu puu tai muu luonnonpuu (Taulukko 1, SFS-EN ISO ) 1.1 Forest, plantation and other virgin wood Kokopuu ilman juuria (Whole tree without roots) Kokopuu juurineen (Whole tree with roots) Lehtipuu (broad-leaf) Havupuu (coniferous) Lyhytkiertoviljelypuu (short rotation coppice) Pensaat (bushes) Sekoitukset ja seokset (blends and mixtures) Lehtipuu (broad-leaf) Havupuu (coniferous) Lyhytkiertoviljelypuu (short rotation coppice) Pensaat (bushes) Sekoitukset ja seokset (blends and mixtures) Metsästä, istutusmetsästä korjattu puu tai muu luonnonpuu (Taulukko 1, SFS-EN ISO ) - jatkuu 1.1 Forest, plantation and other virgin wood Runkopuu/ranka (Stem wood) Hakkuutähteet (Logging residues) Kuorellinen lehtipuu Kuorellinen havupuu Kuoreton lehtipuu Kuoreton havupuu Sekoitukset ja seokset Tuore/vihreä lehtipuu (sisältää lehtiä) Tuore/vihreä havupuu (sisältää neulasia) Varastoitu lehtipuu Varastoitu havupuu Sekoitukset ja seokset 10 5

6 1.1 Metsästä, istutusmetsästä korjattu puu tai muu luonnonpuu (Taulukko 1, SFS-EN ISO ) 1.1 Forest, plantation and other virgin wood Kannot (Stumps and roots) Lehtipuu Havupuu Lyhytkiertoviljelypuu Pensaat Sekoitukset ja seokset Kuori metsätoiminnosta (Bark from forestry operations) Sekalainen puu puutarhoista, puistoista, tienvarsilta, viinitiloilta, hedelmätarhoilta ja uppotukit makeasta vedestä (Segregated wood from gardens, parks, roadside maintenance, vineyards, fruit orchards and driftwood from freshwater) Sekoitukset ja seokset (Blends and mixtures) - luokan 1.1 sisällä 11 Laatuvaatimukset ja - luokat (SFS-EN ISO ) Erityisehtoja kemiallisesti käsittelylle puulle Kemiallinen käsittely (chemical treatment) käsittää kaiken muun käsittelyn paitsi vedellä, lämmöllä tai ilmalla tapahtuvan käsittelyn. Kemiallista käsittelyä on mm. pinnoitus, maalaus, laminointi, liimaus ja puunsuojaus (esim. kyllästys). Kemiallisesti käsitelty materiaali ei saa sisältää halogenoituja orgaanisia yhdisteitä tai raskasmetalleja enempää kuin tyypillisesti on luonnonpuussa (liite B) tai sen maan tyypilliset luonnonpuun arvot, josta raaka-aine on peräisin. Suomessa VTT* on julkaissut laatuluokittelun käytöstä poistetulle puulle, jossa on raja-arvot kemiallisesti käsitellylle puulle luonnonpuun mukaan. 12 * Alakangas, E. & Wiik, C Käytöstä poistetun puun luokittelu ja hyvien käytäntöjen kuvaus. VTT-R

7 CEN/TC 335 (ISO/TC 238) standardit kiinteille biopolttoaineille Holvaantumisominaisuudet (ei julkaistu) Lämpöarvo SFS-EN (ENG) Tuhkapitoisuus SFS-EN Palakokojakauma SFS-EN Mekaaninen kestävyys (pelletit & briketit) SFS-EN Kosteus SFS-EN Irtotiheys SFS-EN Kiintotiheys SFS-EN 15150(ENG) Epäpuhtaudet (ei menetelmää) Tuhkansulamiskäyttäytyminen CEN/TS (ENG) Laatuvaatimukset ja luokat SFS-EN (moniosainen) SFS-EN ISO Laadunvarmistus SFS-EN (moniosainen) Terminologia SFS-EN SFS-EN ISO Näytteenotto ja näytteenkäsittely SFS-EN 14788, SFS-EN ISO joustava luokittelu kukin ominaisuus valitaan erikseen Ominaisuudet eivät ole sidottu toisiinsa, joten tuottaja ja käyttäjä voivat valita luokat kustakin ominaisuusluokista erikseen. Tuotantoketju on voitava jäljittää kokoketjun osalta, siksi alkuperätieto on tärkeä Tärkeimmille kauppanimikkeille on tehty taulukkopohjainen luokittelu (esim. hake/murske) Ominaisuusluokat merkitty symbolein Esimerkiksi kosteus (kosteus, M) M35, tarkoittaa että kosteuden on oltava 35 p-% keskimäärin 14 7

8 SFS-EN ISO ja 4 - periaatteet Tärkeimmät ominaisuudet ovat velvoittavia (pakollisia) alkuperä on aina pakollinen (Taulukko 1 SFS-EN ISO ) velvoittavat ominaisuudet vaihtelevat eri kauppanimikkeillä (traded forms) kosteus (M) ja tuhkapitoisuus (A) velvoittava kaikille polttoaineille Osa ominaisuuksista opastavia (vapaaehtoisia), mutta ne suositellaan ilmoitettavan ISO Laatuluokiteltu puuhake ominaisuudet on sidottu toisiinsa luokiksi (A1, A2, B1 ja B2) ja kaikki muut paitsi lämpöarvo on velvoittavia. 15 Puuhake ja -murske termit SFS-EN 14588/SFS-EN ISO Puuhake (Wood chips) Haketettu puubiomassa, jonka palat ovat tuotetut mekaanisella käsittelyllä käyttäen teräviä työkaluja, kuten veitsiä Hakepalat ovat suorakaiteen muotoisia Murske (Hog fuel) Puupolttoaine, jolla on vaihteleva palan muoto ja koko Tuotettu murskaamalla tylpillä työkaluillla kuten teloilla, varastoilla ja varstoilla 16 8

9 Hakkeen ja murskeen laatuluokittelu (Fuel specification and classes) SFS-EN ISO Hakkeen laatuluokittelu SFS-EN ISO (pienille laitoksille ja kotitalouteen) 17 Kuva: Jyrki Raitila, VTT Puuhake ja murske velvoittavat (SFS-EN ISO ) Kosteus, M alkaen M10 päättyen M55 (5 %-yksikön välein), M55+ maksimiarvo ilmoitettava Analyysi SFS-EN , -2 tai -3/ SFS-EN ISO osa 1, 2 tai 3 Tuhka, A luokat A0.5, A0.7, A1.0, A1.5, A2.0, A3.0, A5.0, A7.0, A10 ja A10.0+ (maksimiarvo ilmoitettava) Analyysi SFS-EN 14775/EN ISO Huom. tuhkauslämpötila 550 o C 18 Kuva: Labtium Oy/ENAS 9

10 Puuhake ja murske velvoittava tai opastava (SFS-EN ISO ) Typpi, N, N0.2, N0.3, N0.5, N1.0, N1.5, N2.0, N3.0, N3.0+ (maksimiarvo ilmoitettava) Analyysi SFS-EN 15104/EN ISO Kloori, Cl, Cl0.02, Cl0.03, Cl0.05, Cl0.07,Cl0.1, Cl0.1+ (maksimiarvo ilmoitettava Analyysi SFS-EN 15289/EN ISO N ja Cl velvoittava vain, jos kemiallisesti käsiteltyä puuta eli alkuperäluokat Puujalostusteollisuuden sivutuotteet ja tähteet, kemiallisesti käsitelty Käytöstä poistettu puu tai puutuote, kemiallisesti käsitelty Ei koske metsähaketta 19 Puuhake ja murske SFS-EN ISO &4 Lämpöarvo Q (MJ/kg saapumistilassa) tai energiatiheys, E (kwh/irto-m 3 ) opastava hakkeelle ja minimiarvo on ilmoitettava (SFS-EN ISO ja 4) Tuhkan sulamiskäyttäytyminen (opastava) Opastava SFS-EN ISO , ei vaatimusta SFS-EN ISO :lle muodonmuutoslämpötila (DT, o C) ilmoitettava hapettavissa olosuhteissa, mutta suositellaan kaikkien lämpötilojen ilmoittamista Kutistuminen SST Muodonmuutos DT Puolipallo HT Sulaminen FT 20 Analyysi CEN/TS

11 Lämpöarvon laskenta (SFS-EN ISO ) Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa (Q) minimiarvo on ilmoitettava (laskenta polttoaineen kosteuden ja kuiva-aineen tehollisen lämpöarvon (vakiopaineessa) avulla) 100 M ar q p, net, ar qp, net,d ( ) 0, M 100 q p,net,ar tehollinen lämpöarvo saapumistilassa, (MJ/kg) q p,net,d kuiva-aineen tehollinen lämpöarvo vakiopaineessa (MJ/kg) M ar kosteus (p-%) 0,02443 veden (kosteuden) höyrystymisentalpian korjaustekijä (vakiopaineessa) 25 C:ssa [MJ/kg 1 p-% kosteutta kohti] Tulos ilmoitetaan 0,10 MJ/kg tarkkuudella Laskentakaavat SFS -EN ISO :n liitteessä D. ar Kalorimetripommissa määritetään kalorimetrinen lämpöarvo menetelmällä SFS-EN 14918/SFS EN ISO ja kuiva-aineen tehollinen lämpöarvo lasketaan. 21 Kuva: Labtium/ENAS Oy Puuhake ja murske opastava (SFS-EN ISO ) ja velvoittava SFS- EN ISO ) Irtotiheys, BD (kg/m 3 ) Luokat BD150; BD200; BD250; BD300; BD350; BD400 ja BD450+ (minimiarvo ilmoitettava) Suositellaan ilmoitettavan, jos kauppa käydään tilavuuden perusteella. 50 litran astia pudotetaan kohtisuoraan 15 cm:n korkeudelta 3 kertaa ja punnitaan. 22 Irtotiheys menetelmällä SFS-EN 15103/EN ISO 17828) 11

12 Hakkeen ja murskeen palakoon luokittelu SFS-EN ISO ja 4 - velvoittava Luokka Pääfraktio (vähintään 60%) mm Karkea fraktio (mm) Maksimipituus ylisuurille kappaleille, mm P16S 3.15 <P < 16 <6% >31,5 mm <45 mm <2 P16 3,15 <P < 16 <6% >31,5 mm <150 mm P31S 3,15 <P< 31,5 <6% >45 mm <150 mm <4 P31 3,15 <P< 31,5 <6% > 45 mm <200 mm P45S 3,15 <P < 45 <10% >63 mm <200 mm <6 P45 3,15 < P < 45 <10% >63 mm <350 mm P63 3,15 <P < 63 <10% >100 mm <350 mm P100 3,15 <P < 100 <10% >150 mm <350 mm P200 3,15 <P < 200 <10%>200 mm <400 mm P300 3,15 <P < 300 ilmoitettava Poikkileikkaus-pintaala, cm 2 vain SFS-EN ISO standardille 23 Analyysi SFS-EN ISO /EN ISO menetelmällä Keltaisella merkityt luokat vain SFS-EN ISO standardille Hienoaineksen määrä (<3,15 mm) Hienoaineksen määrä (< 3,15 mm), SFS-EN ISO SFS-EN ISO F05 < 5 % F10 < 10 % F15 < 15 % F20 < 20 % F25 < 25 % - P31S ja P45S- luokan vaatimus P16S luokan vaatimus - - F30 < 30 % - F30+ > 30 (maksimiarvo on ilmoitettava) - 24 SFS-EN ISO standardissa F-luokka ilmoitetaan erikseen. SFS-EN ISO hienoaines on osana P-luokkaa 12

13 Esimerkki P45S, P45 ja P63 analyyseistä 25 Luokassa P45S ilmoitetaan myös poikkileikkauksen pinta-ala, < 6 cm 2 ja hienoainesta sallitaan vain < 10 p-% (F10) SFS-EN ISO Esimerkki Hakkuutähde P31, F25 Seulan koko Määrä, p-% Mitattu fraktio vaatimus) Luokka 1 Kumulatiivinen kertymä < 3,15 mm 24,2 24,2 % (F25) F25 24,2 3,15 8 mm 34, mm 29,8 72,3 % ( < 60 %) P31 88, ,5 mm 8,3 96,5 31,5 45 mm 0,7 3,5 % (< 6 % yli 45 mm) P31 97, mm 2, mm 0 kaikki alle 200 mm P < 100 mm Valitaan pienin palakokoluokka, joka täyttää laatuvaatimukset, joka nimetään pääfraktion mukaan. Esimerkin hakkuutähde soveltuu palakokoluokkaan P31 ja hienoaines F25 standardin SFS-EN ISO mukaan. 26 Esimerkin luvut: INFRES ( 58,

14 Kumulatiivinen kertymäkäyrä P Kumulatiivinen kertymä, p-% F25 Hienoaines 24,2 % (<3,15 mm), pohjaseulan massa P Pääfraktio 73 % (seulojen 3,15-31,5 mm) yhteenlaskettu massa Karkea fraktio 3,5 % (seulojen 31,5-100 mm yhteenlaskettu massa) Kaikki alle 200 mm < 3,15 3,15 8 mm 8-16 mm 16-31,5 mm 31,5 45 mm > Esimerkin luvut: INFRES ( Hakkeen tuotestandardi pienkäyttöön SFS-EN ISO velvoittavat Hakeluokat A1 ja A2 vain puhtaalle luonnonpuulle Ei lyhytkiertoviljelypuuta, jos lannoitettu jätevesilietteillä tai epäillään että on kasvatettu saastuneella maalla (luokkaan B1) Hakeluokat B1 ja B2 sisältää myös kemiallisesti käsiteltyä tai käytöstä poistettua puuta Raja-arvot myös typelle (N1.0), rikille (S0.1), kloorille (Cl0.05) p-% kuiva-aineesta Raja-arvot raskasmetalleille : As (<1), Cd (<2), Cr (<10), Cu (<10), Pb (<10), Hg (<1), Ni (<10) ja Zn (<100) mg/kg kuiva-aineesta Irtotiheys (BD) Luokat A1 (BD150, BD200 ja BD250), A2 (BD150, BD200, BD250 ja BD300) B1 ja B2 sovitaan erikseen Kosteus (M) Luokat A1 (M10 ja M25), A2 (M35), B sovitaan erikseen Tuhka (A) Luokat: A1 (A1.0), A2 (A1.5) ja B1 ja B2 (A3.0) 28 14

15 Velvoittavat Opastavat Tuoteseloste - hakkuutähdehake Tuoteseloste perustuen standardiin SFS-EN ISO Ominaisuus Yksikkö Laatuluokat Raaka-aine Tuore/vihreä, hakkuutähde, havupuu Sijainti Forssa Palakoko, P mm P 31, F 25 Kosteus, M p-% M 55 Tuhka, A p-% kuivaaineesta A 5.0 Irtotiheys, BD kg/m 3 BD 350+ (408) Tehollinen lämpöarvo, MJ/kg Q 7.00 saapumistilassa, Q 29 Puupolttoaineiden laatuohje FINBION laatuohjeen 1998 päivitys VTT laatinut työryhmän kanssa, jossa edustus Bioenergia ry:n, Energiateollisuus ry:n, Metsäteollisuus ry:n jäsenistöstä sekä Energiamarkkinavirastosta. Perustuu SFS-EN/ISO standardeihin ja SolidStandards-projektin aineistoon. Ohje sisältää hakkeen, murskeen ja tärkeimpien metsäteollisuuden puutähteiden sekä näiden sekoituksien luokittelun, ominaisuuksien mittauksen ja tuoteselosteita. Ohjeessa on tarkempi kuvaus näytteenotosta ja näytteen käsittelystä Liitteinä tärkeimpien ominaisuuksien määritys kuvallisena esityksinä (kosteus, irtotiheys, palakoko), lämpöarvon laskenta, näytteenottokaavio, keskimääräisiä ominaisuuksia jne. Uusi puun mittauslaki (414/2013) ja Tilastokeskuksen polttoaineluokittelu huomioitu. 30 Lue: Järvinen, T. & Impola, R.. Näytteenottostandardin soveltamisohje. Näytteenotto- ja näytekäsittelystandardien (SFS-EN ja SFS-EN 14780) soveltamisohje metsäpolttoaineille Suomessa. VTT-R

16 Ratkaisuja metsäenergian koko tuotantokäyttöketjuun Myös polttoaineen laatuun ja laadun seurantaan Eija Alakangas, VTT 31 16