Metsäntutkimuspäivä Kannuksessa (tässä kuusi esitystä)

Transkriptio

1 Metsäntutkimuspäivä Kannuksessa (tässä kuusi esitystä) Jyrki Hytönen: Energiapuun korjuun vaikutukset puuston ravinnetilaan ja kasvuun suometsissä Antti Wall: Energiapuun korjuun riskit puuntuotoskyvylle Paula Jylhä: Ensiharvennuspuu selluksi vai energiaksi? Ron Store: Missä sijaitsevat maisemallisesti herkät metsäalueet? Hanna Lappi: Metsäbiomassan jalostusprosessit Tommi Räisänen: Metsäbiomassan saatavuus biojalostukseen

2 Energiapuun korjuun vaikutukset puuston ravinnetilaan ja kasvuun suometsissä Jyrki Hytönen Metla 95 v. Tutkimuspäivä Kannuksessa

3 Sisältö Turpeen ja puuston ravinnemäärät Kalium Kenttäkokeet Tulokset Hakkuutähteiden määrä Hakkuutähteiden ravinnemäärät Neulasten ravinnepitoisuudet Puuston kasvu Päätelmät

4 Suot Keski-Pohjanmaalla Keski-Pohjanmaan metsätalouden maasta on soita 49 %. Puuston kasvu on lähes kaksinkertaistunut 1970-luvun tasoon nähden. Nyt puustot soilla ja kangasmailla samanlaisia Keskitilavuus 100 m 3 /ha (suot 97 m 3 /ha, kivennäismaat 101 m 3 /ha) ja Kasvu 5 m 3 /ha/v

5 Turpeen pintakerroksen (0-20 cm) ja puuston sisältämät ravinnemäärät hakkuupoistuma mukaanluettuna (Moilanen, Piiroinen & Karjalainen 1996) 2000 Typpi 100 Fosfori 100 Kalium kg ha Ruoho Suursara Piensara Turve Puut kg ha Ruoho Piensara Suursara kg ha Ruoho Piensara Suursara kg ha Kalsium Ruoho Piensara Suursara kg ha Magnesium Ruoho Piensara Suursara kg ha -1 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3 Boori Ruoho Piensara Suursara ,4

6 Kaliuminpuutoksen riskialueet Paksuturpeiset avosuolähtöiset suometsät Alunperin märistä saraisista ja ruohoisista sekatyypin soista syntyneet suometsät Tällaisia soita on noin ha (Hökkä ym. 2002)

7 Kaliumin puutos Kaliumin puutos kuusella edellisen vuoden neulaset kellertäviä Kaliumin puutos männyllä neulasten kärjet kellertäviä

8 Kaliumin puutos

9 Kokopuukorjuukokeet harvennus- metsissä 6 koetta mäntyvaltaisissa ensiharvennuspuustoissa suolla Koneellinen puunkorjuu Perustettu Turpeen paksuus yli 30 cm Kasvupaikka: Puolukkaturvekangas II Muhos 2003 Himanka, Tokola 2003 Sievi, Nevajärvi 2002 Sievi, Saarivesi 2008 Kinnula, Tikkaneva Alajärvi, Puukkoaho 2009

10 1. A: Ainespuukorjuu Käsittelyt Lohkottain arvotut käsittelyt, 3-6 toistoa 2. A-: Ainespuukorjuu + polttoranka 3. K: Kokopuukorjuu Ruutukoko m 2 4. K-: Kokopuukorjuu täydennettynä käsinkeruulla

11 Mittaukset Puuston kuutiomäärä (m 3 /ha) ennen harvennusta harvennuksen jälkeen 5 vuoden kasvut (Himanka 2, Sievi Saarivesi 1) Hakkuutähteen (kg/ha) määrä ravinnemäärät (kg/ha) Turpeen paksuus ravinnemäärät Neulaset näytteet > käsittelyn vaikutus neulasten ravinnepitoisuuksiin

12 Hakkuutähteen mittaus Linjoittainen otanta joka koealalla (15 suorakaidetta, 3 m 2 /kpl) Kosteusnäytteet ja näytteet ravinneanalyysiä varten

13 Turpeen ravinnemäärät 0-20 cm kerroksessa Koealue Kokonaisravinteet, kg ha -1 Käsittely N P K Ca Mg B Himanka Sievi, S Sievi, N Alajärvi Muhos Kinnula

14 6 Neulasten K-pitoisuus ennen hakkuuta* 5 K sopiva 4 K, mg kg K alhainen 1 0 Himanka Sievi S Sievi N Alajärvi Muhos Kinnula Koealaue * Himanka ja Sievin N vuosi hakkuun jälkeen

15 Hakkuutähteiden määrä, kg/ha Kasvupaikalle jääneet hakkutähteet (verrattuna ainespuukorjuuseen) Kokopuu Kokopuu- Himanka 47% 16% Sievi 35% 12% Alajärvi 43% 9% Muhos 67% - Kinnula 28% 10%

16 Hakkutähteiden kaliumin määrä, kg/ha Arvio K:n poistumasta kokopuu- korjuussa kg ha -1 (Kaunisto 1995)

17 Neulasten kaliumpitoisuudet

18 Puuston kasvu 8 Himanka F 0-5a = 1.690, p =0.215; F 5-10a = 1.500, p = Kasvu 0-5 vuotta Kasvu 5-10 vuotta 8 Sievi Saarivesi F 0-5a = 0.648, p =0.606; Kasvu 0-5 vuotta 6 6 m 3 ha -1 a -1 4 m 3 ha -1 a A A- K K- A A- K K- 0 Ainespuu Rankapuu Kokopuu Kaikki pois Hakkuukäsittely Hakkuukäsittely Ero ainespuukorjuu vs. kaikki pois 0-5 v = -0,2 m 3 /ha/vuosi 5-10 v = + 0,1 m 3 /ha/vuosi Ero ainespuukorjuu vs. kaikki pois 0-5 v = -0,8 m 3 /ha/vuosi Varianssianalyysissä alkutilavuus kovariaattina

19 Puuston kasvu Sievi Sievi Nevajärvi F F 0-5a = 0.134, p =0.888; F 0-5a = 2.778, p =0.344; F 6-10a = 2.303, p = a = 0.415, p = Kasvu Kasvu vuotta 5 vuotta Kasvu Kasvu vuotta 10 vuotta 6 8 m 3 ha -1 a -1 m 3 ha -1 a A A K KK+Khiven AA K KK+Khiven Hakkuukäsittely Ero ainespuukorjuu kokopuukorjuu vs. kokopuukorjuu + K hiven 0-5 v = 0,3-0,5 m 33 /ha/vuosi 6-10 v = 2,8-0,3 m 3 /ha/vuosi 3

20 Päätelmät Kaikkia hakkuutähteitä ei saada korjattua koneellisessa kokopuukorjuussa 30 % latvusmassasta jää kasvupaikalle (talvikorjuu) Täyttää suosituksen (2010) kokopuukorjuun intensiivisyydestä Ravinnepoistumat kokopuukorjuussa Pienempiä kuin aikaisemmissa tutkimuksissa Kokopuukorjuu lisäsi K poistumaa 4-12 kg/ha verrattuna ainespuukorjuuseen (6-11 % turpeen K varoista) K laskeuma 20 vuodessa = 6 12 kg/ha Neulasten ravinnepitoisuudet ja puuston kasvu Ei merkitseviä vaikutuksia neulasten K-pitoisuuksiin (5 koetta) tai puuston kasvuun (2 koetta) 1-5 vuoden aikana Jatkotutkimukset Tarvitaan pidempi seuranta-aika (puuston kasvu, ravinnetalous) Kaliumin huuhtoutuminen hakkuutähteistä? K lannoitus (tuhka) puutosalueilla

21 Kiitos

22 Energiapuun korjuun riskit puuntuotoskyvylle Antti Wall

23 Energiapuun korjuun mahdolliset vaikutukset maan ominaisuuksiin Fysikaaliset ominaisuudet - Lämpötila, vesipitoisuus, ilmatila Kemialliset ominaisuudet - Ravinnevarastot, ravinteiden saatavuus Biologiset ominaisuudet - Orgaanisen aineksen hajoaminen, mineralisaatio

24 Puunkorjuun vaikutusten arviointimenetelmiä 1. Ravinnetaselaskelmat Puunkorjuussa kasvupaikalta poistuvia ravinnemääriä verrataan maan ravinnevaroihin tiettynä ajankohtana - Kokopuunkorjuu saattaa vaarantaa maan typpi- ja erityisesti kalsiumvarat pitkällä ajalla - Erityisesti vähäravinteiset kasvupaikat ovat alttiita ravinnevarojen köyhtymiselle

25 2. Takautuvat tutkimukset Verrataan maan ravinnemääriä tai puuston kasvua eri tavoin korjattujen alojen kesken muutamia vuosia puunkorjuun jälkeen - Kokopuun korjuu on johtanut maan kalsiumvarojen köyhtymiseen verrattuna runkopuun korjuuseen - Ei eroja maan orgaanisen aineksen määrässä

26 3. Matemaattiset mallit Dynaamisia kasvupaikkatekijöitä käyttävät simulaatiomallit arvioitaessa muutoksia puuston kasvua rajoittavissa kasvupaikkatekijöissä - Kokopuun korjuu johtaa pienenpään puuston kasvuun ja suurempaan ravinnevarojen menetykseen verrattuna runkopuun korjuuseen

27 4. Järjestetyt kenttäkokeet Kokeen järjestäjä määrittää koejärjestelyt ja käsittelyt Menetelmän etuna tulosten luotettavuuden arviointi Tutkimusten kokonaismäärä oli 86, joissa yhteensä 293 kenttäkoetta 18 1 Eurooppa Pohjois-Amerikka Oseaania Afrikka

28 Riskianalyysi Riski määrittelee vastaukset kysymyksiin: - Mitä voi tapahtua? - Kuinka todennäköistä se on? - Mitkä ovat sen seuraukset? Riski = Tapahtuman esiintymistiheys Merkitys

29 Riskianalyysin peruskäsitteet ja sovellus puunkorjuun vaikutusten arviointiin Puuntuotoksen muutoksen esiintymisen todennäköisyys - puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen esiintymistiheys kokopuukorjuussa verrattuna runkopuukorjuuseen Puuntuotoksen muutoksen merkitys - puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen suuruus kokopuukorjuussa verrattuna runkopuukorjuuseen

30 Havaintojen lukumäärä, kpl Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen esiintymistiheys kokopuukorjuun jälkeen päätehakkuissa % Ei vaikuttanut Vähensi Lisäsi % 78% % 2% 23% 5% 72% 28% 56 % 33 % 11 % 56% 40% 4% 52% 44% 4% 54% 38% 8% 22 %

31 Havaintojen lukumäärä, kpl Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen esiintymistiheys kokopuukorjuun jälkeen harvennushakkuissa Ei vaikuttanut Vähensi Lisäsi % 100 % 87 % 80 % 80 % 100 % % 8 88 % % 8 % 8 % 13 % 20 % 20 % 0

32 Havaintojen lukumäärä, kpl Havaintojen lukumäärä, kpl Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen esiintymistiheys kokopuukorjuun jälkeen Ei vaikuttanut Vähensi Lisäsi Ei vaikuttanut Vähensi Lisäsi 60 Uudistushakkuu 82 % 50 Harvennushakkuu 85% % % % % % 14 % 2 % 4 % 4 % Pituus Läpimitta Tilavuus % 13% 100% 2 % 2 % Pituus Läpimitta Tilavuus

33 Kekimääräinen alenema, % Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen suuruus kokopuukorjuun jälkeen päätehakkuissa

34 Keskimääräinen alenema, % Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen suuruus kokopuukorjuun jälkeen Päätehakkuut Harvennushakkuut Pituus Läpimitta Tilavuus

35 Energiapuun korjuun riskianalyysi Päätehakkuu Harvennushakkuu Esiintymistiheys Voimakkuus Riskitaso Esiintymistiheys Voimakkuus Riskitaso Org. aines 15% (2) -17% (2) 4 0% (1) -17% (2) 2 Typpi kok 23% (2) -18% (2) 4 0% (1) -18% (2) 2 Typpi min 28% (2) -23% (2) 4 12% (2) -23% (2) 4 Fosfori 33% (3) -17% (2) 6 8% ( 1) -17% (2) 2 Kalium 40% (3) -25% (2) 6 13% (2) -25% (2) 4 Kalsium 44% (3) -24% (2) 6 20% (2) -24% (2) 4 Magnesium 37% (3) -17% (2) 6 20% (2) -17% (2) 4 ph 22% (2) -58% (4) 8 0% (1) -58% (4) 4 Pituus 27% (2) -16% (2) 4 0% (1) 0% (1) 1 Läpimitta 31% (3) -17% (2) 6 14% (2) -15% (2) 4 Tilavuus 14% (2) -29% (2) 4 13% (2) -12% (2) 4

36 Tulosten yhteenveto Suurempi riskitaso päätehakkuissa: Maan fosfori, kalium, kalsium, magnesium varat, maan happamuus ja puuston tilavuus Harvennushakkuissa pieni riskitaso Onko riskitaso niin suuri että on tarvetta riskinhallinnan toimenpiteisiin?

37 Riskin hallinnan vaihtoehdot: 1) Riskin poistaminen lopettamalla energiapuun korjuu 2) Riskin hyväksyminen osana energiapuun korjuu kustannuksia 3) Riskin pienentäminen kehittämällä korjuutekniikkaa, joka vaikuttaa kasvupaikalle jäävän biomassan määrään, laatuun ja tilajakaumaan

38 Riskiluokka 1A, 1B, 2A: hyväksyttävä, ei toimenpidetarvetta Riskiluokka 1C, 1D, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B: ei toivottu, toimenpidetarve. Riskiluokka 3D, 4C, 4D: ei hyväksyttävä, ei korjuuta. Esiintymistiheys Voimakkuus Pieni 1-9% Heikko 10-29% Huomattava 30-50% Voimakas >50% Harvinainen 0-9 % Satunnainen 10-29% Tavallinen 30-50% Yleinen >50% 1A (1) 2A (2) 3A (3) 4A (4) 1B (2) 2B (4) 3B (6) 4B (8) 1C (3) 2C (6) 3C (9) 4C (12) 1D (4) 2D (8) 3D (12) 4D (16)

39 Kiitos

40 Ensiharvennuspuu selluksi vai energiaksi? MMT Paula Jylhä Perttu Anttila, Kari T. Korhonen & Juha Laitila

41 Esityksen sisältö Tausta Keskipohjalaisen kuitupuun kilpailukyky energian ja sellun tuotannossa Päätelmät

42 Ensiharvennustarve vs. toteuma Lähteet: Metla/Metinfo, Korhonen ym. 2007, KMO 2010

43 Ensiharvennusrästien syitä Korkeat korjuukustannukset Pieni rungon koko Pieni hakkuukertymä Prosessihävikit Puun laatu

44 Logging cost, /m³ Rungon koon vaikutus korjuukustannuksiin (hakkuu + metsäkuljetus) 160 Korjuukustannus, /m Ranka Delimbed longwood Kokopuupaalit Whole-tree bundles Kokopuu Whole-trees Diameter at 1,3 m height, cm Rinnankorkeusläpimitta, cm Lähde: Laitila & Väätäinen 2011

45 Ainespuukertymä, m 3 /ha Ensiharvennusten korjuuolot Mäntyvaltaiset leimikot Leimikon rungon keskikoko, dm 3 D = 11 cm D = 13 cm Lähde: Metsäteho Oy

46 Metsähakkeen käyttö 13,5 milj. m 3 v Keski-Pohjanmaalla m 3 v Lähde: Metla/Metinfo

47 Metsäteollisuuden tuotantomäärät Milj. tonnia/m 3 Paperi & kartonki Massa Havusahatavara Puulevyt Lähde: Metsäteollisuus ry

48 Riittääkö puu?

49 Ensiharvennuspuun rooli metsäteollisuuden raaka-aineena Ensiharvennuspuun osuus luvulla noin 14 % kotimaisen raakapuun käytöstä Lähteet: Metla, Metsäteho Oy

50 Suurin kestävä energiapuukertymä Etelä- ja Keski-Pohjanmaalla Tavoite v Lähde: Metla/Metinfo

51 Rangan hankintakustannukset Case Toholampi

52 Keskimääräinen autokuljetusmatka Case Toholampi

53 Laskuharjoituksia rankahakkeen kilpailukyvystä Laskelmat tehtiin Keski-Pohjanmaan vapaalle rankapotentiaalille, käyttöpaikkana Toholampi Lämmöntuotanto Vertailupolttoaineena jyrsinturve Kiinteä haketuskustannus 5 /m 3 (kiinto) Kantohinta 7 /m 3 Huomioon ei otettu muun muassa ilmaisia CO 2 -päästöoikeuksia

54 Metsähakkeen hinta terminaalissa Keski-Pohjanmaan vapaa rankapotentiaali Huom! Hakkuu yksin puin Kustannukset laskettu Toholammille suunniteltuun terminaaliin (VMI-aineisto, puunhankinnan kustannusmallit). Vertailupolttoaineena lämmöntuotannossa käytettävä jyrsinturve. Oletukset: Turpeen hinta käyttöpaikalla 12 /MWh, haketuskustannus 5 /m 3 (kiinto), puun kosteus 45 %

55 Kemera-kelpoisista leimikoista kertyvän puun osuus korjuumäärästä

56 Sellun ja metsähakkeen hintakehitys Valkaistu sulfaattisellu Metsähake / lämpö- ja voimalaitokset Vuosi Vuosi Lähteet: Metla/Metinfo, Tilastokeskus

57 Ensiharvennuspuun kantohinnat Lähde: MTK

58 Päätelmiä Pienpuun energiakäyttö lisääntyy Korjuu siirtyy järeämpiin leimikoihin, kuitupuuta ohjautuu energiantuotantoon Turpeen energiaveron nousu parantaa puun kilpailukykyä lämmöntuotannossa Päästöoikeuden hinnalla suuri vaikutus puun kilpailukykyyn

59 Puulla (ja turpeella) tuotetun energian oltava kilpailukykyistä Keski-Pohjanmaalla koivulla heikoin kilpailukyky sellun raaka-aineena Taimikot kuntoon, tähdättiinpä aines- tai energiapuun tuotantoon Hakkuukone on kallis raivaussaha!

60 Kiitos

61 Missä sijaitsevat maisemallisesti herkät metsäalueet? Ron Store ja Eeva Karjalainen Metsäntutkimuslaitos Metsäntutkimus 95 vuotta metsäntutkimuspäivä Kannuksessa

62 Metsämaiseman herkkyysluokitus Tausta: Taloudellisesti ja maisemallisesti tarkoituksenmukaista tunnistaa maisemallisesti herkimmät alueet maisemanhoidon kohdentaminen näille aluille Tavoite: kehittää menetelmä maisemallisesti herkkien alueiden tunnistamiseen talousmetsissä Visuaalinen maisema, talousmetsät Maiseman herkkyys: Visuaalisen maiseman herkkyys muutoksille, kuten metsänkäsittelyille Maisemallisesti herkimpiä ovat kohteet joiden voimakas muuttaminen aiheuttaa vastustusta Paikkatietomenetelmiin ja asiantuntijatietämyksen mallinnukseen perustuva menetelmä

63 Osallistujat Metsäntutkimuslaitos, Suomen ympäristökeskus, Oulun yliopisto, Metsätalouden kehittämiskeskus Tapio, maa- ja metsätalousministeriö, Metsähallitus, Kainuun metsäkeskus, ProAgria Kainuu, Aalto yliopiston arkkitehtuurin laitos sekä Openspacetutkimuskeskus Rahoitus: MMM:n ja Metla sekä muut osallistujat Kuva: Erkki Oksanen/ Metla

64 Tutkimuksen vaiheet 1. Herkkyysmallin laadinta: kriteerien valinta, painokertoimien määrittäminen (Kainuun ja Kuusamon alue) 2. Mallin toteuttaminen paikkatietojärjestelmässä: aineistojen hankinta ja tuottaminen, herkkyysindeksin laskeminen tietylle alueelle (Sotkamo) 3. Tulosten arviointi

65 Maisemallisen herkkyyden kriteerit Valitaan maiseman herkkyyden arvioinnissa käytettävät kriteerit Maiseman yleispiirteet vaihtelevat eri puolilla Suomea Käytettävä kriteeristö on hienosäädettävä alueen mukaan Lähtökohtana maisemamaakuntajako Tässä tutkimuksessa kohteena Kainuun ja Kuusamon vaaramaan maisemamaakunta

66 Kriteerit ja päätöshierarkia Malli, jossa maisemalliseen herkkyyteen vaikuttavat tekijät kuvataan hierarkkisesti tarkentuvien pääkriteerien ja alakriteerien avulla Kriteerien valinta: aiemmat luokitukset, maisematutkimukset, asiantuntijanäkemys, löydyttävä paikkatietoa Puustoon liittyviä kriteerejä ei mallissa käytetä, vaan maisemallista herkkyyttä arvioidaan alueiden sijainnin näkökulmasta => mallilla ei ole jatkuvaa päivitystarvetta Mallin pääkriteerit: näkyvyys, käyttöpaine, maiseman vetovoimaisuus

67 Maiseman herkkyyskriteerit Visuaalisen maiseman herkkyys metsänkäsittelylle Näkyvyys Käyttöpaine Maiseman vetovoimaisuus Laki- ja rinnemetsät Reunametsät Näköalapaikkoihin näkyvät metsät Vapaaajan asutus Majoituspalvelut Tieliikenne Pienialaiset vetovoima -tekijät Vesistön läheisyys Metsien ulkoilureitit ja -rakenteet sekä ulkoharrastusalueet Vakituinen asutus Tunnistetut arvokkaat maisemat Vaihtelevuus

68 Herkkyysmallin painokertoimien määrittäminen Kriteerien painokertoimet asiantuntijatietämyksen mallinnuksella Kolmekymmentä metsä-, maisema- tai ympäristöalan asiantuntijaa pääosin Kainuun ja Kuusamon alueelta Painokertoimien laskenta ja mallinnuksen epävarmuusanalyysit Kuva: Erkki Oksanen/Metla

69 Herkkyysluokituksen tuottaminen paikkatietojärjestelmässä Tuotetaan kriteerejä vastaavat tiedot paikkatietojärjestelmässä Kriteerejä kuvaavien karttatasojen yhteismitallistaminen asiantuntija-arvioiden perusteella Karttatasojen painottaminen painokertoimilla ja yhdistäminen Lopputuloksena herkkyyskartta, joka kuvaa maisemallisen herkkyyden vaihtelua tutkimusalueella (Sotkamo) Luokituksen yksikkönä 250 m ruutu

70 Aineistot ja paikkatietoanalyysit Aineistot (vektori ja rasteri) Maastotietokanta ja korkeusmalli Yhdyskuntarakenneaineisto ja digiroad Sotkamon kunnan toimittamat aineistot: virkistysreitit ja -rakenteet Tilastokeskuksen yritysrekisteri : majoituspalvelut Kunnittaiset metsävaratiedot (VMI), esim. maaperän viljavuus Luonnonsuojeluohjelmat Paikkatietoanalyysit Esim. näkyvyysanalyysi, naapurustoanalyysit ja läheisyysanalyysit Jokainen kriteeri voidaan esittää omana karttatasonaan

71 Alakriteeri: Näkyvyys maiseman tarkastelupisteistä Rukan pilottialue punainen näkyvin ja sininen vähiten näkyvin näkyvyys pääteiltä, asutuskeskuksista ja matkailukeskittymistä (max 5 km)

72 Esitysdian otsikko

73 Hankkeen tulokset Herkkyysluokitusmenetelmä, jota voidaan soveltaa toisiin maisemamaakuntiin Kriteerit ja herkkyysmalli Kainuun ja Kuusamon vaaramaan maisemamaakuntaan Herkkyysluokitus Sotkamon kunnan alueelle kartta, joka kuvaa talousmetsien herkkyyttä visuaalisen maiseman muutoksille luokitus paikkatietomuodossa Kuva: Erkki Oksanen/Metla

74 Tulosten hyödyntäminen Ei ole maisemallisen arvon kokonaismittari Työväline: voidaan kohdistaa esim. maiseman huomioon ottavien hakkuiden suunnittelu ja toteutus sekä tarkemmat maastoinventoinnit ja maisema-analyysit maisemallisesti tärkeille alueille Julkisrahoitteisen ohjauksen kustannustehokkuus: neuvonnan, maisemapainotteisen suunnittelun, viestinnän, metsäpoliittisten tukien kohdentaminen maisemallisen herkkyyden mukaan Potentiaalisten konfliktitilanteiden tunnistaminen ennakolta Tieto helposti liitettävissä esim. metsäorganisaatioiden paikkatieto- ja suunnittelujärjestelmiin: numeerisessa muodossa paikkatietoformaatissa (ArcGIS-shape, Mapinfo) ja kuvana

75 Jatkotutkimus ( ) Kehitetään herkkyysluokitusmenetelmää Toteutetaan herkkyysluokitus koko Kainuun ja Kuusamon vaaramaan maisemamaakunnan alueelle Luokituksen hyödyntäminen käytännössä Kainuun ja Kuusamon alueella Metla, Oulun yliopisto, Metsähallitus, Metsäkeskus, Kainuun ELY-keskus, Kainuun maakunta-kuntayhtymä Rahoitus: osallistujat ja MMM Alueen metsänhoitoyhdistykset ja kunnat

76 Kiitos

77 Metsäbiomassan jalostusprosessit Hanna Lappi

78 Puun kemiallinen koostumus Soluseinä mä Fibrilli Kuitus olu Hemiselluloosa, 25-35% Puun runko Selluloosa, 40-45% Uuteaineet, 2-5% Ligniini, 20-30% Muokattu lähteestä:

79 Historiallista taustaa ja nykypäivää Uuteaineiden hyödyntäminen Suomessa Terva: päävientituote Mäntyöljy ja tärpätti 1910-luvulta lähtien Tärpätin käyttöä bensiinimoottorin voimanlähteenä kokeiltiin v (Suomen ensimmäinen TkT Hintikka) Sitosteroli v HMR lignaani v Kuusen hartsista valmistettu salva, 2008 Kuusen oksan uuteaineet kosmeettisissa voiteissa ja shampoossa, 2009 UPM Oyj aloittanut raakamäntyöljyä biopolttoaineeksi jalostavan tehtaan rakentamisen v. 2012

80 Biojalostamon määritelmä Kaksi pääasiallista raaka-ainelähdettä: Viljelykasvit ( 1. sukupolven biojalostamot ) Tärkkelys- ja sokeripohjaiset kasvit, kasviöljyt Lignoselluloosa( 2. sukupolven biojalostamot ) Puubiomassa, metsäteollisuuden sivuvirrat Ruohokasvit Nykyisin puhutaan myös 3. ja 4. sukupolven biopolttoaineista 3. sukupolven biopolttoaineen raaka-aineina käytetään esim. biojätettä ja levää 4. sukupolven biopolttoaineet valmistetaan geneettisesti modifioiduista raaka-aineista (tavoitteena pienemmät CO 2 -päästöt kuin muilla biopolttoaineilla)

81 Yleisimmät metsäbiomassan jalostusprosessit Biomassa Pyrolyysi Kaasutus Poltto Happohydrolyysi tai entsymaattinen hydrolyysi Kemiallinen fraktiointi Bioöljy Synteesikaasu Lämpö Sähkö Sokerit (monosakkaridit) Uuteaineet (kasviöljyt) Jatkojalostus Katalyyttinen konversio Fermentointi Vaihtoesteröinti Nestemäinen polttoaine Hiilivedyt ( F-T-diesel) Metanoli ( dimetyylieetteri) Vety Etanoli Butanoli 1. Sukupolven biodiesel Lähde: Alén, R (2011). Principles of biorefining kirjassa R. Alén (Ed.) Biorefining of Forest Resources, Paperi ja Puu Oy, Helsinki, s

82 Pyrolyysi Pyrolyysi on korkeassa lämpötilassa tapahtuva biojalostusprosessi, jossa orgaaninen aine hajotetaan hapettomissa olosuhteissa Kuva lähteestä:

83 Kaasutus Kaasutus eroaa pyrolyysistä siten, että kaasutuksessa käytettävät lämpötilat ovat yleensä korkeampia ja prosessin aikana happea on läsnä Kuva lähteestä:

84 Termisen prosessoinnin tuotteita Biomassa Kiinteä tuhka Nestemäiset tuotteet Kaasut Alifaattiset karboksyylihapot Alkoholit Aldehydit, ketonit Anhydrosokerit Furaanit and pyraanit Fenolit Uuteaineet Hiilivedyt N 2 H 2 O CO 2 H 2 CH 4 (C x H y ) Metanoli Dimetyylieetteri Formaldehydi C x H y Lähde: Alén, R (2011). Principles of biorefining kirjassa R. Alén (Ed.) Biorefining of Forest Resources, Paperi ja Puu Oy, Helsinki, s

85 Fermentointi Kuva lähteestä:

86 Lisää esimerkkejä fermentointiprosessin tuotteista Glukoosi Alkoholit Karboksyylihapot Muut tuotteet Etanoli Isopropanoli Butanoli 2,3-Butaanidioli Glyseroli Etikkahappo Propaanihappo Voihappo Maitohappo Glukonihappo Fumaarihappo Itakonihappo Omenahappo Sitruunahappo Asetoni Aminohapot Antibiootit Entsyymit Hormonit Glukoosi Fermentointituotteet Monomeerit Polymeerit Etanoli Butanoli 2,3-Butaanidioli Etikkahappo Maitohappo Asetoni Eteeni Vinyylikloridi Styreeni Akrylonitriili Butadieeni Kloropreeni Vinyyliasetaatti Akryylihappo Metyylimetakrylaatti Bisfenoli A Polyeteeni Polyvinyylikloridi Polystyreeni Polyackrylonitriili Polybutadieemni Neopreeni Polyvinyyliasetaatti Akryylihartsit Epoksihartsit Polykarbonaattihartsit Lähde: Alén, R (2011). Principles of biorefining kirjassa R. Alén (Ed.) Biorefining of Forest Resources, Paperi ja Puu Oy, Helsinki, s

87 Vaihtoesteröinti Puun uuteaineissa esiintyvät rasvahapot, esim. mäntyöljystä Kasviöljyt Käytetty kasviöljy Alkoholi, yleensä metanoli tai etanoli Lämp ö Katalyytti (esim. KOH) Biodiesel Glyseroli Kuva muokattu lähteestä:

88 Teollisuuslaitokseen integroitu biojalostamo Yhdistetty olemassaolevaan teollisuuslaitokseen tai prosessiin Hyödynnetään jätevirrat sekä myös raaka-aine tehokkaammin tuotteiden valmistuksessa Seuraavia vaihtoehtoja voidaan harkita: Kuoren ja hakkuujäännöksen tehokkaampi hyödyntäminen, jne. Kemikaalien uuttaminen hakkeesta ennen massan valmistusta Kehitetään edelleen kemikaalien erottamista sellutehtaan jäteliemestä, mustalipeästä

89 Esimerkki sellutehtaan yhteydessä toimivasta biojalostamosta Sellutehdas Mustalipeä - Kiinteä polttoaine Erittäin laaja valikoima erilaisia kemikaaleja Muokattu lähteestä: - Kiinteät/nestemäiset polttoaineet - Sähkö

90 Arvokkaiden bioaktiivisten uuteaineiden lähteet Mäntyöljy Sitosteroli Konjugoidut linolihapot Sulfaattisellun valmistus Oksat Kuori Kannot, juuret? Paperin valmistus Lignaanit Terveysruoat Flavonoidit Stilbeenit Lisäravinteet Lääkkeet Stilbeenit Betulinoli Kosmetiikka Tanniiinit Tek.antioksidantit Muokattu lähteestä: Course material, Åbo Akademi, Wood Extractives in Pulping and Papermaking, Bjarne Holmbom, 2008.

91 Puun kuori kemikaalien raaka-aineena Kuoripitoisuus puussa tyypillisesti 10% Uuteaineita enemmän kuoressa kuin runkopuussa Useita bioaktiivisia yhdisteitä Huomattavat määrät kuorta (kuorijätettä) syntyy metsäteollisuuden sivutuotteena Pääasiallinen käyttö nykyisin poltto Abilar pihkasalva Joitakin kemikaaleja kuoresta eristetään nykyisin, mutta paljon hyödyntämätöntä potentiaalia Käytetään ihon haavojen paranemista edistävänä, antimikrobisena salvana. Tieteellisesti tutkittu vaikutus toimii niin vaikeissa tulehtuneissa painehaavoissa sekä säärihaavoissa kuin kotikäytössä tulehtuneella ja ärtyneellä iholla. Salvalla on todettu myös oireita helpottavaa vaikutusta palohaavoissa ja psoriasiksen oireissa.

92 Lisäarvoa uuteaineista: kuusen sisäoksan uuteaineet Oksien poisto ennen mekaanisen massan valmistusta vähentää häiriöitä sekä energian ja kemikaalien kulutusta. Parantaa myös massan laatua. Markkinoilla vuodesta 2006 Ehkäisee hormonaalisia syöpiä, kuten rintasyöpää. Vähentää myös eturauhas- ja vatsasyöpään sairastumisen riskiä % lignaaneista Ehkäisee sydän- ja verisuonitauteja. Hydroksimatairesinoli (HMR) Lievittää osteoporoosia sekä vaihdevuosivaivoja. Muokattu lähteestä: Aalto University, Biorefinery luentosarja, Products based on extractives, Bjarne Holmbom, 2011.

93 Lisäarvoa uuteaineista: kuusen sisäoksan uuteaineet Kuusen sisäoksan uuteaineet: Suojaavat ihoa vanhenemisen merkeiltä XZ tervashampoo tasapainottaa ja rauhoittaa hiuspohjaa sekä vähentää hilseenmuodostumista Muokattu lähteestä: Aalto University, Biorefinery luentosarja, Products based on extractives, Bjarne Holmbom, 2011.

94 Metsäbiomassan hyödyntämätöntä raaka-ainepotentiaalia Nykyiset teknologiat hyödyntävät lähinnä viljelykasveja (esim. sokeriruoko) glukoosin lähteenä fermentoinnissa, eivätkä puuperäistä biomassaa Ligniinissä esiintyy runsaasti fenolisten uuteaineiden kaltaisia rakenneyksiköitä Ligniinin prosessoinnin kehittyminen voisi avata runsaasti uusia mahdollisuuksia Erikoiskemikaalit, kuten hartsikomponentit ja polyfenolit omaavat potentiaalia erittäin arvokkaiden tuotteiden valmistukseen

95 Metsäbiomassan hyödyntämätöntä raaka-ainepotentiaalia Tulevaisuuden biojalostamoissa kannattaisi hyödyntää myös puun uuteaineet. Puissa on suurempi määrä arvokkaita bioaktiivisia yhdisteitä, kuin muissa kasveissa. Kuori ja muut jätefraktiot ovat houkutteleva vaihtoehto bioaktiivisten yhdisteiden raaka-aineeksi Bioaktiivisia yhdisteitä on helposti saatavilla erilaisilla uuttoprosesseilla Kontrolloitu bioaktiivisten yhdisteiden uutto ja talteenotto ennen jätefraktion polttoa tai muuta prosessointia kannattavuuden parantamiseksi Mahdollisuus löytää sovelluksia korkean tuoton sovelluskohteista, kuten ravintolisät ja lääkkeet

96 Tulevaisuuden tuotteita? Pohjoismaiset mäntyöljyt, etenkin Pohjois-Suomessa ja Ruotsissa valmistetut, sisältävät eräitä rasvahappoja, joita saatettaisiin voida hyödyntää ravintolisissä ja lääkkeissä Raakamäntyöljyn tuotanto pohjoismaissa t/vuosi Uudet lignaanituotteet? HMR funktionaalisissa elintarvikkeissa Lisäaineina kosmetiikassa Teknisissä antioksidanteissa Biosideissä

97 Tulevaisuuden tuotteita? Kuusen kuoresta saatavat stillbeenit: Resvatroli: lukuisia erilaisia terveysvaikutuksia, mm. syöpää ja verisuonitauteja ehkäiseviä vaikutuksia. Pidentää myös solujen elinikää! Koivun kuoresta saatavat tuotteet: Koivun ulkokuoressa jopa 30 % betulinolia Mm. antibakteerisia ja antimykoottisia vaikutuksia Käytetään nykyisin Yhdysvalloissa, Venäjällä ja Saksassa kosmetiikassa sekä ravintolisissä

98 Miksi lisää tutkimusta tarvitaan? Metsäteollisuudessa syntyy suuret määrät sivuvirtoja vuosittain Merkittäviä määriä hyödyllisiä ja potentiaalisesti hyödyllisiä yhdisteitä saatavilla sivutuotevirroista Sekä bulkkikemikaaleja, että erikoiskemikaaleja Ei kilpailua ravintokäytön kanssa (vrt. esimerkiksi kasviöljyt biodieselin valmistuksessa) Kasvava kysyntä luonnonaineista valmistetuille tuotteille (synteettisten kemikaalien korvaamiseksi)

99 Miksi lisää tutkimusta tarvitaan? Merkittävää kasvua etenkin luonnosta saatavien terveystuotteiden kysynnässä teollisuusmaissa Puun uuteaineet eivät ole geneettisesti modifioituja! EU kieltää GM tuotteiden käytön ravinto- ja lääkevalmisteissa Haasteita riittää potentiaalisesti arvokkaiden tuotteiden tunnistamisessa, uuttamisessa sekä puhdistamisessa. Haasteellista on myös löytää arvokkain sovelluskohde arvokkaille yhdisteille.

100 Kiitos!

101 Metsäbiomassan saatavuus biojalostukseen Tommi Räisänen

102 Puuvirrat Suomessa Puuston kasvu 103,7 milj. m 3 Puuston runkotilavu us 2284 milj. m 3 Luonnonpoistuma 4,7 milj. m 3 Metsähukkapuu 8,4 milj. m 3 Poistuma 71,5 milj. m 3 Vienti 1,0 milj. m 3 Hakkuukert ymä 58,3 milj. m 3 Tuonti Raakapuun käyttö 70,8 milj. m 3 11,7 milj. m 3 Lähde: Metsätilastollinen vuosikirja 2011

103 Puuvirrat Suomessa Raakapuun käyttö 70,8 milj. m 3 Puutuoteteollisuus 26,4 milj. Massateollisuus m 3 37,9 milj. Pientalojen polttopuu 5,4 milj. m 3 m 3 Kuori Puru Hake Kannot ja latvusmassa 3,2 milj. m 3 Sivutuoteja jätepuuvar astot Energian tuotanto 14,3 milj. m 3 Lämpö- ja voimalaitosten polttopuu 3,0 milj. m 3 Jätepuun tuonti 0,5 milj. m 3 Lähde: Metsätilastollinen vuosikirja 2011

104 Metsäbiomassat biojalostukseen Nykyisten raaka-ainevirtojen uudelleen kohdentaminen Ainespuu (kuitupuu) Energiapuu (päätehakkuiden latvusmassa ja runkohukkapuu sekä kannot, pienpuu nuorista metsistä Käyttämättömien biomassaresurssien hyödyntäminen

105 Metsäbiomassat biojalostukseen Vaatimukset raaka-aineelle? Käytettävä jalostusprosessi Halutut lopputuotteet Kaasutus Pyrolyysi Etanolin tuotanto -Kivet, hiekka ja metallit haitallisia -Materiaalin homogeenisuus tärkeää -Herkkä kosteuden vaihtelulle -Kivet, hiekka metallit haitallisia -Ligniini ja uuteaineet pienentävät saantoa -Epäpuhtaudet eivät kovin haitallisia -Käymiskykyisten sokereiden suuri määrä eduksi - Ligniini ja uuteaineet pienentävät saantoa

106 energiapuu Metsäbiomassojen ominaisuuksista Biomassakomponenttien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet vaihtelevat Jakautuminen puussa Puulaji ja puun koko

107 Metsäbiomassojen ominaisuuksista Mänty Nuori puu Vanha puu

108 Metsäbiomassojen saatavuus Rajoitteet muun kuin runkopuun korjuussa Nykyisin enimmäkseen vain kuusen päätehakkuut ja pienpuu kivennäismailta Tapion suositukset kokopuun korjuuseen: Kokopuun korjuu harvennusmetsistä Mänty- ja lehtipuuvaltaiset kuivahkot kankaat ja niitä viljavammat kivennäismaat sekä vastaavat turvemaat Latvusmassan ja kantojen korjuukohteet Kuivahkot kankaat ja niitä viljavammat kivennäismaat sekä vastaavat turvemaat Pohjavesialueet, luokat 1-2 (pelkkä latvusmassa, ei kantoja)

109 Korjuurajoitteet

110 Energiapuupotentiaaleja Ylitalo E. (ed.) Wood Fuel Used for Energy Generation Finnish Forest Research Institute, Forest Statistical Bulletin ISSN ; 2011, 7. Routa et al. WIREs Energy Environ doi: /wene.24

111 Hakkuumäärät energiapuu Lähde: Metla / Mela-ryhmä

112 Hakkuumäärät Suhdannevaihtelut ja metsäteollisuuden tuotantokapasiteetin muutokset heijastuvat suoraan hakkuumääriin Esim. vuosi 2010: kuitupuun hakkuut 83% hakkuumahdollisuuksista m 3 vapaata potentiaalia Lähde: Metla/Metinfo

113 Hakkuumäärät Lähde: Metla / Mela-ryhmä

114 Metsäbiomassat energiantuotannossa Puupolttoaineiden käyttö laitoksissa 2011, m 3 Koko maa Keski-Pohjanmaa Metsähake Teollisuuden puutähdehake Sahanpuru Kuori Kierrätyspuu Pelletit ja briketit

115 Biomassapotentiaaleja Energiapuuksi saatavilla olevien puukomponenttien tilavuus nuorista kasvatusmetsistä ja päätehakkuilta (Keski- Pohjanmaa). Koko potentiaali m 3 /vuosi Pienpuu, rungot ~ Pienpuu, koko biomassa ~ Latvusmassa, Kuusi ~ Latvusmassa, kaikki puulajit ~ Kannot, kuusi ~ Kannot, kaikki puulajit ~ Rajoitettu potentiaali m 3 /vuosi Kaikki ~

116 Maanmittauslaitos MML/VIR/MYY/328/08 Biomassapotentiaaleja

117 Biomassojen saatavuus Alueelliset potentiaaliarviot melko hyödyttömiä, jos pyritään arvioimaan biomassojen saatavuutta tietylle laitospaikalle Maanmittauslaitos MML/VIR/MYY/328/08 Tiehallinto/Digiroad 2009

118 Lopuksi Raaka-ainetta runsaasti, mutta Ainespuuhakkuut? Latvusmassan ja kantojen saatavuus riippuu päätehakkuiden määrästä Pienpuun saatavuus riippuu osittain ainespuutarpeesta Laitospaikka/terminaalit? Mitä materiaaleja tarvitaan? Minkä verran raaka-aineesta voidaan maksaa?

119 Kiitos