3479 Hieskoivu, haapa ja leppä energiapuuna: kasvatus, korjuu ja ominaisuudet Bioenergiaa metsistä tutkimusohjelman välievaluointi 22.3.

Transkriptio

1 Hieskoivu, haapa ja leppä energiapuuna: kasvatus, korjuu ja ominaisuudet Bioenergiaa metsistä tutkimusohjelman välievaluointi Tavoitteet Energiaksi käytettävää puuta voidaan tuottaa metsänkasvatuksen pää- tai sivutuotteena perinteisin metsänhoidon menetelmin. Pelkkää energiapuuta tuotettaessa tavoitteena on biomassatuotoksen maksimointi melko lyhyellä kiertoajalla. Parhaiten energiakasvatukseen soveltuvat helposti uudistuvat ja nuorena nopeakasvuiset lehtipuut. Tuotoksen ja kannattavuuden maksimoimiseksi kasvatustiheys on suuri ja kiertoaika verraten lyhyt. Tällöin puuyksilöiden koko jää pieneksi vaikka massatuotos onkin suuri. Suomessa on tutkittu erityisesti pajujen lyhytkiertoviljelyn perusteita. Muiden puulajien tutkimus on ollut vähäistä. Hankkeessa tutkitaan hieskoivikoiden, haavikoiden ja lepikoiden biologista, teknistä ja taloudellista käyttökelpoisuutta energiapuuksi ja vertaillaan taloudellisesti erilaisia energia- ja ainespuukasvatuksen vaihtoehtoja. Energiapuun tuotannossa tutkitaan sekä tavanomaisia metsänhoidon menetelmiä että vesametsänkasvatusta. Koivun kasvatuksessa painotetaan tavanomaiselle puuntuotannolle ongelmallisia kasvupaikkoja kuten soita ja turvetuotannosta vapautuvia suonpohjia. Energiaksi käytettävä puu voi olla joko metsänkasvatuksen päätuote tai sitä kertyy perinteisen ainespuukasvatuksen rinnalla. Hankkeessa selvitetään myös eri puulajien ominaisuuksia energiapuuna (lämpöarvo, tuhka, alkalimetallit), korjuuta (kokopuukorjuun menetelmät), varastointia (vaikutus ominaisuuksiin) ja jatkojalostusta (koivukokopuu pellettien raaka-aineena, biorefinery). Tulokset 1. Koivun kasvatusmenetelmien kehittäminen ja kasvatuksen talous Hieskoivikon kasvatusvaihtoehtoja energia- ja ainespuun tuotannossa tutkitaan ja 1980-luvulla perustettujen ja säännöllisesti mitattujen harvennuskokeiden avulla. Tutkimuksessa verrataan taimikko- ja harvennushakkuuvaiheessa eri tiheyksiin harvennettujen turvemaan koivikoiden tuotosta ja kasvatuksen kannattavuutta erilaisilla kiertoajoilla. Puunkorjuun vaihtoehdot ovat pelkkä energiapuunkorjuu tai ainespuunkorjuu tai niiden yhdistelmä eli integroitu korjuu. Tavoitteena on hakea edullisimmat kasvatus- ja puunkorjuumenetelmät erilaisilla energia- ja ainespuun hintasuhteilla. Koko aineistossa on 19 koemetsikköä (250 koealaa) Keski- ja Pohjois-Pohjanmaalla sekä Lapissa. Kokeista seitsemän on perustettu taimikkovaiheessa, yhdeksän energiapuuharvennusvaiheessa (pituus 8-12 m) ja loput kolme ensiharvennusvaiheessa. Kokeesta riippuen seurantajakso on vuotta ja mittausväli useimmiten 5 vuotta. Tämän tutkimushankkeen aikana on mitattu kaikki em. kokeet ja laskettu puustotunnukset sekä puiden biomassat ositteittain kaikille mittausajankohdille. Samoin on laskettu taimikonhoidon ja puunkorjuun kertymät ja kustannukset kolmella korjuumenetelmällä. Maaliskuulla 2010 aloitetaan valmiin aineiston analysointi. Tavoitteena on tuottaa kaksi

2 2 tutkimusjulkaisua, ensimmäinen hieskoivikoiden aines- ja energiapuun tuotoksesta ja toinen käsittelymenetelmien kannattavuudesta. Ennakkotulosten perusteella pelkkä taimikonharvennus tai kasvatus ilman harvennuksia lyhyehköllä kiertoajalla näyttää varteenotettavalta vaihtoehdolta hieskoivikon kasvatuksessa. Syksyllä 2009 esiteltiin yhden kokeen ennakkotuloksia Metlan johtokunnan retkeilyllä Rovaniemellä, josta seuraavat havainnot: Kokeessa tehtiin taimikonharvennus 7 m pituudessa tiheyksiin 3000, 2300, 1200 ja 700 kpl/ha. Tiheydet 3000 ja 1200 kpl/ha harvennettiin ensiharvennusvaiheessa tiheyksiin 1000 ja 500 kpl/ha. Sekä aines- että energiapuun tuotos oli korkein kasvatusvaihtoehdossa, jossa ainoa toimenpide oli taimikonharvennus tiheyteen 2300 kpl/ha. m 3 /ha Ainespuun tuotos hieskoivikossa 881, Kivalo 6500 kpl/ha 2300 kpl/ha 3000 => => kpl/ha Elävän runko- ja oksabiomassa tuotos hieskoivikossa 881, Kivalo 1000 kg/ha 6500 kpl/ha 2300 kpl/ha 3000 => => kpl/ha Ikä, v Hieskoivikon käsittelyn (kolme toistoa) vaikutukset ainespuun ja maanpäällisen biomassan tuotokseen eri iänkohtina (sisältää pystyssä olevan ja kaiken harvennuksissa poistetun puuston). Pelkän energiapuun tuotannossa esimerkkikoivikkoa (6500 kpl/ha) ei kannata harventaa lainkaan. Ainespuun tuotannossa pelkkä taimikonharvennus tiheyteen 2300 kpl/ha oli kannattava, mutta ei harventamatonta parempi. Aines- ja energiapuun integroitu kasvatus puuttuu tästä tarkastelusta. Kuitupuun ja energiapuun kasvatuksen kannattavuus 3 % korkokannalla, Koe 881 Kivalo Nettotul. nykyarvo, /ha Tienvarsihinta: a:kuitupuu (32 /m3) b:energiapuu (20 /m3) c:energiapuu (26 /m3) kpl/ha 2300 kpl/ha 3000 => => kpl/ha Harvennusohjelman ja tienvarsihinnan vaikutus hieskoivikon kasvatuksen kannattavuuteen pelkässä ainespuun tuotannossa (a) tai pelkässä energiapuun tuotannossa (b ja c). Kiertoaika on 53 vuotta.

3 3 Koivun vesametsäkasvatuksen mahdollisuuksia energiapuun tuottamisessa tutkittiin mittaamalla PERA-projektin aikana 1980-luvun alussa avohakattujen vesomaan jätettyjen tiheiden koivikoiden maanpäällinen lehdetön biomassatuotos ja sen riippuvuus emopuuston ja kasvupaikan ominaisuuksista. Hankkeessa on mitattu yhteensä 33 kpl vuoden ikäisiä hieskoivuvesakoita. Puuston biomassan määrä laskettu Repolan ym. (2008) malleilla. Aineiston käsittelyä jatketaan. Arvioidaan myös voidaanko syntyneiden metsiköiden kasvatusta jatkaa myös kuitupuun tuottamiseksi. Koivun biomassatuotannon mahdollisuuksia suonpohjilla turvetuotannon päättymisen jälkeen on selvitetty viljelemällä perustettujen kokeiden mittausten avulla. Resurssipulan takia mittausohjelmaan on voitu sisällyttää vasta 4 kokeen mittaus. Kokeet olivat pintaalaltaan laajoja ja sisälsivät monia käsittelyjä useaan kertaan toistettuina. Yksi koe mitataan vielä v Tiheiden energiapuukoivikoiden syntyä ja siihen vaikuttavia tekijöitä on tarkoitus selvittää myös inventoimalla tuotannosta vapautuneita, koetoiminnan ulkopuolella olevia suonpohjia: onko syntynyt koivikoita luontaisesti ja millaisille kohteille sekä miten viljellyt koivikot ovat menestyneet. Vastaavaa inventointia ei ole aiemmin tehty, ja sen toteuttaminen v riippuu hankkeen resurssoinnista ja käytettävissä olevasta mittaustyövoimasta. Taulukko 1. Viljeltyjen ja luontaisten hieskoivikoiden biomassatuotos suonpohjilla. Kohteet lannoitettu. Tutkimuksesta saadaan lisätietoa koivikoiden kehityksestä mallinnusta ja kustannuslaskentaa varten. Ikä Keskimääräinen vuotuinen tuotos t/ha/v Viljelty /Luontainen Kokonaistuotos t/ha Suonpohjan sijainti Julkaisu 6 V 4,1 24,6 Haapavesi Hytönen & Saarsalmi V 6,5 71,5 Haapavesi Hytönen & Saarsalmi V 5,9 112,1 Haapavesi Hytönen & Saarsalmi L 4,4 61,6 Kihniö Hytönen & Kaunisto L 4,2 59,0 Kihniö Ferm & Kaunisto L 5,7 122,0 Kihniö Hytönen & Aro Haavan kasvatus energiaksi Haapa-aineistoa on hankittu mittaamalla vanhoja kokeita ja perustamalla vesasyntyinen haavikko. Etelä-Suomessa mitattiin 13 hybridihaapakloonikoetta 12 kasvukautta istutuksesta vuonna Kokeet kuuluvat metsänjalostusohjelmaan, mutta niiden tulokset antavat myös tietoa eri hybridihaapakloonien kasvupotentiaalista erilaisilla kasvupaikoilla biomassan tuotantoa varten. Mittausaineistoa vielä analysoidaan ja tulokset julkaistaan vuona Mittausten jälkeen valittiin Urjalassa sijainneelta haapakokeelta seitsemän parhaiten kasvavaa kloonia ja kaadettiin 5 toistolta yksi koepuuksi (yhteensä 35 koepuuta). Koepuista määritetään haavan kuoren, puun ja oksien lämpöarvo ja kuivatuoretiheys sekä ravinnepitoisuudet. Näytteet ovat parhaillaan laboratoriossa käsiteltävinä. Lapinjärven tutkimusmetsään perustettiin haapavesakko vuonna Vanha hybridihaapakoe avohakattiin, ja tutkimuksessa seurataan sen vesomista. Juurivesoja syntyi alussa runsaasti, mutta vesakon inventointi lopetettiin 2009, kun havaittiin, että sen tiheys oli

4 4 erittäin epätasainen ja suuri osa vesoja oli epäselväksi jääneestä syystä kuollut. Punkaharjulla yksityismailla oli jo vuonna 2001 perustettu hybridihaapavesakko. Sekin on inventoitu säännöllisesti ja se antaa tietoa vesakon biomassatuotoksesta. 3. Lepän ja muiden lehtipuiden biomassatuotos Hankkeessa on tällä hetkellä aineistona kolme vanhaa leppäkoetta, joilla on tehty puustomittauksia, otettu maa- ja lehtinäytteitä sekä tallennettu ja käsitelty aineistoja. Jo julkaistussa tutkimuksessa (Hytönen ja Saarsalmi 2009) tarkasteltiin voitaisiinko energiatuotantoa suonpohjalla (Haapaveden Piipsanneva) jatkaa turpeennoston päätyttyä kasvattamalla siellä tiheinä viljelminä harmaaleppää, lepän ja pajun sekakasvustoja tai hiestai rauduskoivua ja kotimaisia pajulajeja. Lisäksi tutkittiin lisääkö intensiivinen lannoitus tuotosta vuoden tutkimusjaksolla. Myös puiden ravinteiden käyttöä tutkittiin. Istutustiheys koivuilla ja lepillä oli tainta hehtaarilla ja pajuilla pistokasta hehtaarille. Tutkimuksen mukaan tiheiden lehtipuuviljelmien biomassatuotos voi olla suonpohjalla varsin korkea. Lannoitettujen hies- ja rauduskoivujen sekä harmaalepän tuotos (112, 108 ja 85 t/ha) oli hieman pienempi kuin pajujen. Sekakasvustona jokipaju ei menestynyt. Koivuja ja leppää on kasvatettava pajuja pidemmällä kiertoajalla. Koivujen vuotuinen tuotos oli varsin suuri, keskimäärin 5,7-5,9 t/ha. Tutkimuksen mukaan NPKlannoitus lisäsi koivujen tuotosta tutkimusjakson aikana t/ha ja PK-lannoitus harmaalepän tuotosta 25 t/ha. Harmaalepät sitoivat enemmän typpeä, fosforia, kaliumia, kalsiumia ja magnesiumia tuotettua biomassayksikköä kohti kuin hies- tai rauduskoivut. Tavallisen kiiltolehtipajun biomassatuotos oli huomattavan korkea 5-10 vuoden kiertoajalla (kuva 1). Suurin lehdetön maanpäällinen kuiva-ainetuotos koko tutkimusjakson aikana saavutettiin lannoitetulla kiiltolehtipajulla (123 t/ha). Tuotos oli jopa hieman korkeampi kuin suonpohjilla on tavallisesti saatu ulkomaisilla pajuilla lyhytkiertoviljelykokeissa. Kotimaisten pajujen kuiva-ainetuotos oli suurimmillaan 10-vuoden iässä (kiiltolehtipaju 7,9 t/ha/v, jokipaju 5,6 t/ha/v), mikä tutkimuksen mukaan lieneekin sopiva kiertoaika kotimaisille pajuille biomassatuotannossa. Pidempää kertoaikaa käytettäessä viljelmä rappeutui. Kotimaisten pajujen etuna on ulkomaisiin jalostettuihin lajikkeisiin verrattuna ilmastollinen kestävyys, pieni eläintuhoriski ja alhaiset ravinnevaatimukset (mm. kasvualustaa ei tarvitse kalkita). Suonpohjalle viljelty kotimainen pajukko voi tuottaa runsaasti biomassaa noin 10 vuoden kiertoajalla (Hytönen & Saarsalmi 2009).

5 5 4. Nopeakasvuisen puun korjuu ja laatu energiapuuna Pelletöinti Koivu kokopuun ja rangan pelletöimistä ja ominaisuuksia tutkittiin ja verrattiin vastaaviin mäntyraaka-aineisiin. Tutkimuksessa selvitettiin pellettien mekaanista kestävyyttä ja hienojakeen määrää. Mittaukset tehtiin standardien mukaan (CEN ja ). Siirrettävällä pelletöintilaitteistolla kokopuukoivusta valmistettujen pellettien hienojakeen määrä oli 8,2 % ja pelletit luokittuivat CEN-luokituksessa luokkaan F3.0. Hienojakeen määrä oli suurempi kuin kaupallisilla pelleteillä. Mänty-, koivurangasta ja kokopuukoivusta Pellavapojat Oy:n kehittämällä laitteistolla valmistettujen pellettien pituusjakauma, loppukosteus ja tilavuuspaino mitattiin. Koivurangasta saatiin parasta pellettiä vähäisimmällä energian kulutuksella. Taulukko. Pellettiraaka-aineen kosteudet (%) tuotannon eri vaiheissa ja valmiin pellettien tilavuuspainot (kg/m3), hienojaeosuudet, polttoaineen kulutus ja pelletoinnin tuotos Ominaisuus Koivuranka Koivu Mäntyranka Kaupallinen kokopuu pelletti Hake, kosteus % 23,8 23,7 26,3.. Pelletti, kosteus % 7,1 6,4 5,3 6,5 Tilavuuspaino, kg/m Hienojae, % 1,8 7,7 7,6 Polttoaineen kulutus, 85,3 94,0 105,9 l/t pellettejä Tuotos, pellettejä kg/h Tiheän koivikon avohakkuu Tiheän koivikon avohakkuussa ja korjuussa tutkittiin palstahaketusta mm. Valmet 801 Combi BioEnegy laitteistolla ja John Deere 745 joukkokäsittelykouralla. Kokeessa selvitettiin myös mahdollisuuksia koneellisen korjuun yhteydessä tehtävän aisaamiseen. Aisaamisen tarkoituksena on nopeuttaa puun kuivumista ja parantaa siten laatua. Kokeessa kuoriutumisprosentti oli noin 6 %. Aisauksella ei ollut kuivumista parantavaa vaikutusta. Syy tähän on se, että karsintaterät ja jossain määrin myös syöttörullat aukaisivat koivun kaarnaa niin paljon, että aisausteristä ei saatu lisäetua. Lieneekin niin, että koneellinen hakkuu sinänsä parantaa oleellisesti puun kuivumisominaisuuksia metsurihakkuuseen verrattuna.

6 6 Hankkeen kesto: Hankkeen vetäjä: Jyrki Hytönen Muut tutkijat: Lasse Aro, Pentti Niemistö, Egbert Beuker, Jari Hynynen, Mikko Moilanen, Anna Saarsalmi, Jussi Saramäki Referoidut julkaisut Hytönen, J. & Aro, L Biomass production of coppice managed naturally regeneraterd birch on cut-away peatland. Manuscirpt. Hytönen, J. & Nurmi, J Heating value and ash content of short-rotation crops. Manuscript. Hytönen, J. & Saarsalmi, A Long-term biomass production and nutrient uptake of birch, alder and willow plantations on cut-away peatland. Biomass & Bioenergy 33(9): Hynynen, J., Niemistö, P., Viherä-Aarnio, A., Brunner, A., Hein, S. & Velling, P Silviculture of birch ( Betula pendula Roth and Betula pubescens Ehrh.) in northern Europe. Forestry 83(1): Nurmi, J. Lehtimäki, J. Debarking and drying of downy birch (Betula pubescence) and Scots pine (Pinus sylvestris) fuelwood in conjunction with multi-tree harvesting. Manuscript in review Biomass and Bioenergy. Muut julkaisut Hytönen, J. Aro, L Biomass production of birch on cut-away peatlands energy wood with short rotations? Abstract for IUFRO 2010 Meeting in Seoul, Korea. Accepted. Hytönen, J. & Jylhä, P Pintakasvillisuuden torjunnan ja taimityypin vaikutus kuusen kasvuun metsitetyllä pellolla. Metsätieteen aikakauskirja 3/2008: Hytönen, J. & Niemistö, P Pellonmetsitys koivulla. Julkaisussa: Niemistö, P., Viherä- Aarnio, A., Velling, P., Heräjärvi, H. & Verkasalo, E. (toim.). Koivun kasvatus ja käyttö. Metla & Metsäkustannus, s Niemistö, P. & Repola, J Koivun biomassan määrä ja koostumus. Julkaisussa: Niemistö, P., Viherä-Aarnio, A., Velling, P., Heräjärvi, H. & Verkasalo, E. (toim.). Koivun kasvatus ja käyttö. Metla & Metsäkustannus, s Tiedotteet, esitelmät, haastattelut

7 7 Aro, Lasse Esittely yleisölle. Metlan, Parkanon yksikön ja Parkanon suotutkimusten esittely. Helsingin yliopiston metsäalan englanninkielisen maisteriohjelman (Master's Degree Programme in Forest Sciences and Business) opiskelijoiden vierailu Parkanon yksikössä. Beuker, E Haapa bioenergian tuotannossa. Esitelmä. Metsäntutkimuslaitoksen Punkaharju toimintayksikön avoimien ovien päivä. Beuker, E Haapa bioenergian tuotannossa. Esitelmä. Uusinta uutta metsäbioenergiasta, Metsäntutkimuslaitos 90 vuotta. Hytönen, J Hieskoivu, haapa ja leppä energiapuuna: kasvatus, korjuu ja ominaisuudet. Esitelmä tieteellisessä kokouksessa. Bioenergiaa metsistä -tutkimusohjelman vuosiseminaari. Hytönen, Jyrki Energiapuunkorjuu soilta - ympäristövaikutukset. Haastattelu. YLE Radio Keskipohjanmaa. Hytönen, Jyrki & Nurmi, Juha & Saramäki, Jussi & Wall, Antti Kannuksen Metla. Energiapuu ja suometsien uudistaminen kärjessä. Lehtihaastattelu. UPM-Metsä 3. Hytönen, J Short rotation forestry research in Finland. Esitelmä. FFPRI & Tohuku Universtiy Bioenergy excursion to Finland. Hytönen, Jyrki Opinnäytetyön ohjaaminen (pro gradu tai vast.akat.). Jari Ukkonen: Puulajivalinta pellonmetsityksessä. Hytönen, Jyrki Haastattelu Metsälehteen: 'Kevätkaato ei lisää vesojen määrää'. Julkaisusarja: Metsälehti. Hytönen, Jyrki Ruskan värien synty ja puiden talveentuminen. YLE Radio Keski- Pohjanmaa, haastattelu. Kohderyhmä: muut. Hytönen, Jyrki Esitelmä. Intensive production of woody biomass. Sustainable Use of Forest Bioenergy - Possibilies and Boundaries Seminar. Järjestäjänä Tapio. Hytönen, Jyrki Esitelmä. Nopeakasvuiset puulajit energiapuun tuotannossa. Seinäjoen Ammattikorkeakoulun metsäinsinöööriopiskelijoiden vierailu yksikössä. Jalkanen, Risto & Niemistö, Pentti "Suonikohju" tappaa koivikoita. Haastattelu. Metsälehti. Lehtimäki, J. & Nurmi, J John Deere 745 Joukkokäsittelykoura pieniläpimittaisen energiapuun avohakkuussa. Bioenergiaa metsästä -hanke Projekti INFO 123. Sveriges Lantbruksuniversitet, Umeå. 1 s. Lehtimäki, J Tuloksia koivun aisauksesta. Bioenergiaa metsästä -hanke Projekti INFO 134. Sveriges lantbruksuniversitet, Umeå. 2 s.

8 8 Lehtimäki, J., Nurmi, J Valmet 801 Combi BioEnergy palstahaketuksessa. Bioenergiaa metsästä -hanke Projekti INFO 124. Sveriges Lantbruksuniversitet, Umeå. 1 s. Niemistö, P Hieskoivikon kasvatusvaihtoehdot ja tuotos kuitu- ja energiapuuna - Kokeen 881 tuloksia. Retkeilyesitelmä, Kivalo, Rovaniemi Nurmi, J. & Huhtala, J Evijärven mobiilin pellettiyksikön koivupellettien mekaaninen kestävyys ja hienojakeen määrä. Bioenergiaa metsästä -hanke Projekti INFO 99. Sveriges Lantbruksuniversitet, Umeå. 1 s. Nurmi, J. & Takalo, T Luonnonkuivattujen ensiharvennuspuiden pelletointi rengasmatriisilla. Bioenergiaa metsästä -hanke Projekti INFO 111. Sveriges Lantbruksuniversitet, Umeå. 1 s. Nurmi, J Koivurangan kuivuminen kourakasoissa. Bioenergiaa metsästä -hanke Projekti INFO 141. Sveriges lantbruksuniversitet, Umeå. 2 s. Nurmi, J., Takalo, T. & Huhtala, J Luonnonkuivatusta materiaalista tehtyjen pellettien laatu. Bioenergiaa metsästä -hanke Projekti INFO 122. Sveriges Lantbruksuniversitet, Umeå. 1 s.