Ohjekirja. METY- työkalu

Transkriptio

1 Ohjekirja METY- työkalu 1 Veli-Pekka Ikonen, 1 Harri Strandman, 2 Tiia Grönholm, 1 Seppo Kellomäki, 3 Johanna Routa, 3 Juha Laitila ja 1,2 Antti Kilpeläinen 1 Itä-Suomen Yliopisto (UEF), Metsätieteiden osasto, Joensuu 2 Suomen Ympäristökeskus (SYKE), Kulutuksen ja tuotannon keskus, Luonnonvarojen käytön kestävyys, Joensuu 3 Luonnonvarakeskus (LUKE), Joensuu Lisätietoja METY-työkalusta: antti.kilpeläinen@uef.fi,

2 Sisällysluettelo 1. Tausta METY- työkalun käyttöliittymä Käyttöliittymän rakenne Käyttöliittymän osissa käytettävät info- ja tulosmuuttujat Päätöksenteon apuväline Kiertoaika-ajattelu Ilmastovaikutus METY-työkalun käyttämä laskentatieto Metsäekosysteemi Metsäekosysteemin mallinnus Metsänhoitovaihtoehtojen simulointi metsäekosysteemimallilla Hiilitaselaskenta Metsikkötason hiilitaselaskenta Aluetason ilmastovaikutuslaskenta Ravinnehävikkilaskenta Maan yläpuolinen biomassa Maanalainen biomassa Toimitusketjut ja kustannusparametrit METY-työkalun esimerkkilaskelmat Viitteet... 20

3 1. Tausta Euroopan Unioniin kuuluvat maat ovat sopineet, että vuoteen 2030 mennessä vuosittain käytettävästä energiasta 27 % on uusiutuvaa energiaa. Bioenergian osuuteen kuuluu olennaisena osana metsäbiomassan käyttö lämmön ja sähkön tuotannossa. Bioenergian käytön tavoitteena on hillitä kasvihuonepäästöjä ja niiden aiheuttamia muutoksia ilmastossa. Suomen osalta nämä tavoitteet merkitsevät uusiutuvan energian osuuden lisäämistä energian kokonaiskäytöstä. Näiden tavoitteiden saavuttamiseksi metsillä on tärkeä rooli: 80 % Suomessa käytetystä bioenergiasta edustaa metsäbiomassaa (metsähake) ja metsäteollisuuden sivutuotteena saatavaa energiaa (mm. hake, pelletit, mustalipeä). Toisaalta myös metsiin ja metsäteollisuustuotteisiin sitoutuu hiiltä, mikä osaltaan lisää metsien merkitystä ilmastonmuutoksen hillinnässä. Jotta metsäenergian tuotannon ja käytön riskejä ja niiden ekologista ja taloudellista kestävyyttä voitaisiin arvioida kokonaisvaltaisesti myös pitkällä aikavälillä, metsiin kohdistuvia erilaisia tavoitteita tulisi tarkastella yhdessä sekä metsäbiomassan tuottajan ja korjaajan että loppukäyttäjän kannalta katsottuna. Tämä mahdollistaisi sen, että metsissä tuotetaan tehokkaasti ja samanaikaisesti metsäenergiaa, ainespuuta ja niihin sidotaan sekä varastoidaan hiiltä siten, että näiden välille löydetään kestävä tasapaino. METY-projektissa ( Työkalu metsäbioenergian ympäristö- ja talousvaikutuksien arviointiin METY, projektinumero A32172, rahoittaja Pohjois-Karjalan ELY-keskus (EAKR), kehitettiin metsäbioenergia-alan toimijoiden ja yritysten tarpeisiin ja heidän käyttöön soveltuva helppokäyttöinen ja Internetissä toimiva työkalu metsäbioenergian ympäristö- ja talousvaikutuksien arviointiin. Projektin toteuttajat olivat Suomen ympäristökeskus (SYKE) (koordinaattori), Itä-Suomen yliopisto (UEF) ja Metsäntutkimuslaitos (METLA). Työkalua voidaan hyödyntää mm. metsänhoidon tehostamiseen metsäenergian tuotannossa ja käytössä, ja metsäenergian ympäristö-, ilmasto- ja talousvaikutuksien arviointiin. Tässä oppaassa on kuvattu METY-työkalun käyttöliittymän toiminta ja laskennassa käytetyt oletukset. Näiden lisäksi oppaassa annetaan ohjeita työkalun käyttöliittymän käyttöön. 2. METY- työkalun käyttöliittymä 2.1 Käyttöliittymän rakenne METY-työkalu löytyy osoitteesta ja se toimii selaimella. METY-työkalun käyttöliittymässä on kolme osaa ja ne löytyvät lehdyköistä Päätöksenteon apuväline, Kiertoaika-ajattelu ja Ilmastovaikutus. Päätöksenteon apuvälineellä voidaan tuottaa tietoa päätöksen teon tueksi sekä ensiharvennuksen että päätehakkuun tekemisestä sekä kuusella että männyllä ja eri toimijoiden näkökulmista. Valittavina näkökulmina ovat metsänomistaja, puunhankkija/-korjaaja ja energiabiomassan loppukäyttäjä. Kiertoaika-ajattelussa voidaan tarkastella eri tavoilla ja eri aikoina tehtyjen ensiharvennusten, muiden harvennusten ja päätehakkuun vaikutuksia esimerkiksi energiabiomassan ja ainespuun tuotantoon ja metsästä biomassan mukana poistuvien ravinteiden määriin yhden kiertoajan yli. Ilmastovaikutus-osassa tarkastellaan metsäbioenergian (hakkuutähteet ja kannot) ilmastovaikutuksia (CO 2 ) verrattuna kivihiilen energiakäyttöön. Tarkastelu tapahtuu 80-vuoden aikajaksolla aluetasolla ja tarkastelussa voidaan valita metsänhoitomenetelmä ja metsiköiden ikärakenne tarkastelujakson alussa.

4 Päätöksenteon apuväline Päätöksenteon apuväline tuottaa tietoa eri käyttäjänäkökulmista suoritettavista ensiharvennus- ja päätehakkuutilanteista. Käyttäjänäkökulman valinnan jälkeen valittavina muuttujina ovat puulaji (kuusi ja mänty), kasvupaikka (kuusella OMT (lehtomainen kangas) ja MT (tuore kangas) ja männyllä MT ja VT (kuivahko kangas)) ja metsänhoitotoimenpide (ensiharvennus ja päätehakkuu). Kun edellä mainitut valinnat on tehty, käyttöliittymän valintaikkunaan tulostuu valinnan mukaiset vaihtoehtoiset metsänhoitotoimenpiteet. Toimenpiteen valinnan helpottamiseksi kullekin toimenpiteelle näytetään ennen/jälkeen -tilanne mm. metsikön runkoluvulle, pohjapinta-alalle ja keskiläpimitalle. Käyttäjä valitsee haluamansa toimenpiteen, jonka jälkeen tätä valittua toimenpidettä voidaan verrataan muihin mahdollisiin toimenpiteisiin. Valittua toimenpidettä verrataan muihin toimenpiteisiin tulosmuuttujista piirrettyjen kuvaajien avulla. Valintasi perusteella käyttöliittymä hakee muut mahdolliset toimenpiteet vertailuun. Esim. jos metsänomistajan näkökulmassa ensiharvennustilanteessa käyttäjä valitsee harvennustavaksi 10m, energiapuuharvennus kokopuuna, käyttöliittymä ottaa vertailuun samassa metsikössä tehtävän 10m, energiapuuharvennus rankapuuna, 12 metrin valtapituudessa tehtävät harvennukset: 12m, energiapuuharvennus rankapuuna ja 12m, ainespuuharvennus kuitupuuna, sekä 14 metrin valtapituudessa tehtävät harvennukset: 14m, energiapuuharvennus rankapuuna ja 14m, ainespuuharvennus kuitupuuna. Vastaavasti, jos käyttäjä valitsee päätehakkuutilanteessa esim. rinnankorkeusläpimitalla 22 cm tehtävän päätehakkuun, vertailuun otetaan sekä Ei kerätä energiapuuta, Kerätään oksat ja neulaset että Kerätään oksat, neulaset ja kannot ja samoin viivästetyille päätehakkuuvaihtoehdoille läpimitoille 26 ja 30 cm vastaavat energiapuun keräämisvaihtoehdot. Kuvaajiin piirrettäviä tulosmuuttujat riippuvat näkökulmavalinnasta. Kaikille näkökulmille muuttujaluokkina ovat biomassa, talous, poistuvat ravinteet ja hiili. Metsänomistaja voi tarkastella toimenpiteessä korjattavan biomassan määrää, tuloja, poistuvien ravinteiden määrää ja hiilen määrää metsässä ennen ja jälkeen toimenpiteen. Metsänomistaja voi verrata valintaansa samalla ajanhetkellä vaihtoehtoisten energiapuunkorjuuvaihtoehtojen lisäksi myös myöhempiin mahdollisiin toimenpiteisiin. Puunhankkijalle/-korjaajalle näytetään päätöksenteon tueksi valinnan mukaisia puustotietoja, ja tarkasteltavia muuttujia ovat korjattavan biomassan määrä, korjuukustannukset, poistuvien ravinteisen määrä ja koneiden CO 2 -päästöt. Loppukäyttäjälle tulostuu myös valitun toimenpiteen mukainen korjattavan biomassan määrä, koko ketjun kustannukset (metsänomistajan tulot, korjuukustannukset, lähikuljetuskustannukset ja kaukokuljetuskustannus ja mahdollinen haketuskustannus), poistuvien ravinteiden määrä ja energiabiomassan poltossa vapautuva hiilidioksidin määrä. Kiertoaika-ajattelu Kiertoaika-ajattelu -osassa tarkastellaan valittujen toimenpiteiden vaikutuksia kiertoajan yli. Tällä tarkastelulla mahdollistetaan tehtyjen metsänhoitotoimenpiteiden merkitys metsän tulevaan kehitykseen ja päätehakkuuajankohdan vaikutuksia esimerkiksi energiabiomassan määrään päätehakkuulla. Metsänhoitovaihtoehtoja voidaan tarkastella puulajeittain (kuusi ja mänty) ja eri kasvupaikoilla (OMT, MT ja VT). Erilaisten metsänhoitoketjujen valinnan ja niiden vertailun helpottamiseksi käyttäjä voi esivalita metsiköitä alkutiheyden (2000, 3000 ja 4000 runkoa/ha), 1. harvennuksen tyypin (energiapuuharvennus ja ainespuuharvennus) ja päätehakkuun rinnankorkeusläpimitan (22, 26 ja 30 cm) mukaan. Käyttäjä voi valita useampia metsänhoitoketjuja vertailtavakseen. Valinnan jälkeen käyttäjälle tulostetaan kuvaajia biomassan määrästä (ositteittain),

5 metsänhoitoketjun tuloista (ainespuu ja energiapuu erikseen), poistuvien ravinteiden määrästä, ekosysteemistä poistuvan hiilen määrästä, energiabiomassan poltossa vapautuvasta hiilen määrästä ja konepäästöistä. Ilmastovaikutus Työkalun kolmannessa osassa lasketaan energiabiomassan käytölle ilmastovaikutusta (CO 2 ) (ilman näkökulmavalintaa). Energiabiomassan ilmastovaikutusta lasketaan vertaamalla energiabiomassan tuotannon ja käytön CO 2 -päästöä vastaavan energiayksikön tuottamiseen fossiilisella polttoaineella, kivihiilellä. Laskenta tehdään alueelle, joka koostuu 80 kuusimetsiköistä. Käyttäjä voi valita ilmastovaikutuslaskentaan näille metsiköille erilaisia alkuikäjakaumia (suurin osa nuoria, keskiikäisiä tai vanhoja metsiä sekä tasainen ikäjakauma) ja metsänhoitoskenaarioita (kasvatus tiheämpänä, lannoitus tai kasvatus tiheämpänä ja lannoitus). Tarkasteltavan ajanjakson pituus on maksimissaan 80 vuotta. Ilmastovaikutuslaskentatulokset esitetään fossiilisen ja metsäsysteemin CO 2 -taseina ja energiabiomassan hiilineutraalisuutena (CN) verrattuna kivihiilen käyttöön. Hiilineutraalisuus tarkoittaa energiabiomassan aiheuttamien päästöjen vertaamista saman energiayksikön tuottamiseen kivihiilellä (341 kgco 2 /MWh). 2.2 Käyttöliittymän osissa käytettävät info- ja tulosmuuttujat Päätöksenteon apuväline Infomuuttujat Päätöksenteon apuvälineessä kaikille käyttäjille tulostetaan infomuuttujia, joita voidaan käyttää omaa metsikköä vastaavan tilanteen valinnassa. Infomuuttujat yksikköineen on lueteltu Taulukossa 1. Taulukko 1. Käyttäjien infomuuttujat. Infomuuttuja Yksikkö / tarkennus Harvennustapa energiapuuharvennus/ainespuuharvennus Päätehakkuuajankohta rinnankorkeusläpimitta: 22, 26 tai 30 cm. Ikä vuosi Tiheys runkoa/ha Pohjapinta-ala (ppa) m 2 /ha Valtapituus (H dom ) m Poistuvien runkojen keskitilavuus dm 3 (litraa) Tulosmuuttujat Kun käyttäjä on tehnyt valinnan tehtävästä toimenpiteestä, toimenpiteen aiheuttamat vaikutukset piirretään kuvaajiin biomassasta, taloudesta, poistuvien ravinteiden määrästä ja hiilestä. Osa tulosmuuttujista riippuu käyttäjänäkökulmasta (ks. luku 2.1). Metsänomistajan tulosmuuttujat yksikköineen on lueteltu Taulukossa 2.

6 Taulukko 2. Metsänomistajan tulosmuuttujat. Tulosmuuttuja Yksikkö Biomassa Ainespuu Energiapuu Talous Tulot (nettonykyarvo, NPV) Poistuvat ravinteet (N,P,K ja Ca) Poistuvien ravinteiden määrä Hiili Hiili ennen toimenpidettä Hiili toimenpiteen jälkeen Ekosysteemistä poistuva hiili Polton päästöt m 3 /ha tonnia/ha /ha kg/ha tonnia CO 2 /ha tonnia CO 2 /ha tonnia CO 2 /ha tonnia CO 2 /ha Puunkorjaajan/-hankkijan tulosmuuttujat on lueteltu Taulukossa 3. Taulukko 3. Puunkorjaajan/-hankkijan tulosmuuttujat. Tulosmuuttuja Yksikkö Biomassa Ainespuu Energiapuu Talous Korjuukustannukset Lähikuljetuskustannukset Kaukokuljetuskustannukset+haketus Poistuvat ravinteet (N,P,K ja Ca) Poistuvien ravinteiden määrä Hiili Konepäästöt m 3 /ha tonnia/ha /ha /ha /ha kg/ha tonnia CO 2 /ha

7 Loppukäyttäjän tulosmuuttujat on lueteltu Taulukossa 4. Taulukko 4. Loppukäyttäjän tulosmuuttujat. Tulosmuuttuja Yksikkö Biomassa Ainespuu Energiapuu Talous Metsänomistajan tulot Korjuukustannukset Lähikuljetuskustannukset Kaukokuljetuskustannukset+haketus Poistuvat ravinteet (N,P,K ja Ca) Poistuvien ravinteiden määrä Hiili Energiabiomassan polton päästöt m 3 /ha tonnia/ha /m3, /tonni /m3, /tonni /m3, /tonni /m3, /tonni kg/ha tonnia CO 2 /ha Kiertoaika-ajattelu Kiertoaika-ajattelu-osassa tarkasteluun valitaan ekosysteemimallilla (ks. Luku 3.1) simuloituja metsänhoitoketjuja puulajin, kasvupaikkatyypin, taimikon alkutiheyden, ensiharvennuksen ajankohdan ja päätehakkuun ajankohdan mukaan. Ketjut voidaan valita myös lannoitettuina (150 kg N/ha, 1. ja viimeisen harvennuksen yhteydessä). Päätehakkuulla korjataan aina ainespuu, mutta tämän lisäksi käyttäjä voi valita energiabiomassan korjuun hakkuutähteiden korjuuna tai hakkuutähteiden ja kantojen korjuuna. Tehtyjen valintojen jälkeen käyttäjälle tulostuu kuvaajiin tulosmuuttujia valituista metsänhoitoketjuista. Taulukko 5. Kiertoaika-ajattelu-osan tulosmuuttujat. Tulosmuuttuja Yksikkö Biomassa Ainespuu Energiapuu Talous Metsänomistajan tulot (NPV) Poistuvat ravinteet (N,P,K ja Ca) Poistuvien ravinteiden määrä Hiili Energiabiomassan polton päästöt Konepäästöt Ekosysteemistä poistuva hiili m 3 /ha, summa kiertoajan yli ja toimenpiteittäin tonnia/ha, summa kiertoajan yli ja toimenpiteittäin /ha, NPV ja toimenpiteittäin kg/ha, summa kiertoajan yli ja toimenpiteittäin tonnia CO 2 /ha, toimenpiteittäin tonnia CO 2 /ha, toimenpiteittäin tonnia CO 2 /ha, toimenpiteittäin

8 2.2.3 Ilmastovaikutus Ilmastovaikutusosassa käyttäjä valitsee ensin metsänhoitoskenaarion ja sen jälkeen tarkastelujakson alkutilanteen kuusimetsiköiden ikärakenteen. Taulukossa 6 on esitetty kaikki valittavat metsänhoitoskenaariot ja alkuikärakenteet. Taulukko 6. Ilmastovaikutus-osassa valittavat metsänhoitoskenaariot ja alkuikärakenteet. Metsänhoitoskenaario Alkuikärakenne Tapion metsänhoitosuositukset (Äijälä et al. 2014) Nuoret metsiköt - Suurin osa metsiköistä on alkutilanteessa nuoria. Tapion metsänhoitosuositukset ja lannoitus (1. ja viimeisen harvennuksen yhteydessä) Normaalisti jakautuneet metsiköt - Suurin osa metsiköistä on alkutilanteessa noin 40-vuotiaita. Hakkuiden viivästyttäminen (20%:n Vanhat metsiköt - Suurin osa metsiköistä on hakkuurajojen nosto vrt. suosituksiin) alkutilanteessa vanhoja. Hakkuiden viivästyttäminen (20%:n Tasajakautuneet metsiköt - Kaiken ikäisiä hakkuurajojen nosto vrt. suosituksiin) ja metsiköitä esiintyy tasaisesti. lannoitus (1. ja viimeisen harvennuksen yhteydessä) Tulosmuuttujina ilmastovaikutuslaskenta-osiossa ovat CO 2 -tase (kg CO 2 /ha/v), keskimääräinen energiabiomassan määrä (MWh/ha/v) ja hiilineutraalisuus (CN). Käyttäjä voi muuttaa tarkastelujakson aikaikkunaa liukukytkimellä. 3. METY-työkalun käyttämä laskentatieto 3.1 Metsäekosysteemi Metsäekosysteemin mallinnus Laskennassa käytettiin hyväksi metsäekosysteemin dynamiikkaa simuloivaa mallia (SIMA) (Kellomäki ym. 1992, Kellomäki ym. 2008), jossa kasvu riippuu puuston ominaisuuksista (puulaji, puuston tiheys, puiden kokojakauma) ja kasvupaikan viljavuudesta sekä ilman hiilidioksidipitoisuudesta, lämpösummasta, sadannasta (maan kosteudesta) ja typen saatavuudesta. Simuloinneissa metsää oletetaan hoidettavan metsikköperiaatteella käyttäen alaharvennuksia ja avohakkuuta siten, että metsikkö uudistetaan avohakkuun jälkeen nykysuosituksia noudattaen (Kuva 1).

9 Kuva 1. Pääpiiteitä metsäekosysteemimallista, jota käytetään simuloitaessa metsän kasvua ja kehitystä. Mallin dynamiikka kytkee toisiinsa puiden uudistamisen, kasvun ja kuoleman. Puiden kasvu on mallinnettu käyttäen hyväksi puiden läpimitan kasvua: D = D o M 1,, Mn, missä D on läpimitan kasvu [cm a -1 ]; D o on potentiaalinen läpimitan kasvu [cm a -1 ] optimaalisissa olosuhteissa; ja M 1,, M n ovat tekijöitä, jotka skaalaavat kasvu suhteessa lämpösummaan (TS; +5 C kynnysarvo), metsikön sisäisiin valaistusoloihin sekä maaveden ja typen saatavuuteen. Optimaalinen kasvu tarkoittaa kasvua, kun puut eivät varjosta toisiaan sekä vettä ja typpeä on runsaasti tarjolla puiden tarpeeseen nähden. Optimaalinen kasvu riippuu lisäksi puiden koosta (läpimitasta, D cm) ja ilmakehän hiilidioksidipitoisuudesta (CO 2, ppm): D o exp a b 0.01 CO 2 D e (1) DGRO D missä a, b and DGRO ovat parametreja. Puiden läpimitan avulla lasketaan puiden rungon, lehvästön, oksien ja juurien kasvut ja massat (Mass(i, j): Mass( i, j) expa( i, (2) j) b( i, D j) c( i, j) D missä a(i, j), b(i, j) and c(i, j) ovat parametreja. Puut kasvat vuotuista aika-askelta noudattaen siten, että oksien, lehvästön ja hienojuurten kasvaessa syntyy samalla kariketta ja puita kuolee. Karikkeiden ja kuolleiden puiden mukana niihin sitoutunut hiili ja typpi päätyvät maahan. Karikkeiden ja humuksen hajotessa vapautuu typpeä puiden käyttöön ja hiiltä palautuu myös hiilidioksidina takaisin ilmakehään.

10 3.1.2 Metsänhoitovaihtoehtojen simulointi metsäekosysteemimallilla Metsänhoitovaihtoehtojen simulointien avulla selvitetään metsien kykyä tuottaa kestävästi ja integroidusti metsäbiomassaa ja ainespuuta, sitoa hiiltä ja toimia hiilen varastona. Ilmastoolosuhteet ja käytetyt metsänhoidon menetelmät vaikuttavat sekä erikseen että yhdessä metsäekosysteemin hiilinielu/lähde -dynamiikkaan, hiilen varastointiin ekosysteemissä ja ravinteiden kiertoon, minkä vuoksi niiden vuorovaikutussuhteiden ymmärtäminen on tärkeää, kun kehitetään ympäristövaikutukset huomioivaa metsäbiomassan tuotantoa. SIMA-mallilla on simuloitu eri kasvupaikkatyypin metsiköille puuston kasvun ja kehityksen lisäksi erilaisia metsänhoitovaihtoehtoja. Metsänhoitoa voidaan muuttaa simuloinneissa mm. muuttamalla puuston alkutiheyttä (runkoa/ha), harvennuksien voimakkuutta ja niiden ajoittumista (muuttamalla pohjapinta-alan ja valtapituuden määräämiä harvennusrajoja) ja käyttämällä lannoitusta. Erilaisilla metsänhoitovaihtoehdoilla vaikutetaan metsäbiomassan kasvuun ja biomassan tuotoksiin ja näin ollen myös hiilen lähteisiin ja nieluihin metsässä. Tuloksia voidaan käyttää hyväksi sellaisenaan energiabiomassan tuotannon ja sen käytäntöjen kehittämisessä. Tämän lisäksi näitä tuloksia voidaan hyödyntää, kun tunnistetaan metsäbioenergian ympäristövaikutuksia ja erilaisten tuotanto- ja käyttövaihtoehtojen hiilitaseita. METY-työkalu hyödyntää SIMA-mallilla tehtyjen metsän kasvun ja kehityksen simulaatioita, jotka perustuvat Hyvän metsänhoidon suosituksiin ja metsäbioenergian korjuu ohjeisiin (Äijälä ym. 2014, Äijälä ym. 2010). Nämä simulaatiot on kuvattu Taulukossa 7. Simuloinnit on tehty kolmelle kasvupaikalle: kuusella OMT ja MT ja männyllä MT ja VT. Metsänhoitovaihtoehdoissa on muutettu taimikon alkutiheyttä, energia- ja ensiharvennuksen valtapituusrajoja ja päätehakkuun uudistamisrajoja. Alkutiheys tarkoittaa taimikon runkolukua taimikonhoidon jälkeen runkoa/ha kuvaa tilannetta, jossa taimikonhoito on tehty, 3000 runkoa/ha tilanteessa taimikon hoito on jäänyt vajaaksi ja 4000 runkoa/ha tilanteessa taimikonhoitoa ei ole tehty. Valtapituusrajojen muutos vaikuttaa 1. harvennuksen ajankohtaan, suuremmilla pituuksilla harvennus tehdään myöhemmin. Valtapituuksilla m tehdyillä 1. harvennuksilla jäävän puuston runkoluvuksi jää harvennuksen jälkeen n runkoa/ha, kun taas tätä suuremmilla pituuksilla metsikköön jätetään harvennuksen jälkeen n. 900 runkoa/ha. Ensimmäinen harvennus tehdään energiapuuharvennuksena siten, että kaikki korjattu biomassa käytetään energiabiomassana (kokopuukorjuu) tai rankapuun korjuuna. Kokopuukorjuussa korjataan runko, oksat ja neulaset (neulasista 30% jätetään metsään). Muut harvennukset tehdään harvennussuosituksien mukaisesti alaharvennuksena (pohjapinta-alan ja valtapituuden mukaisesti) ja näistä korjataan vain ainespuuta (tukki ja kuitu). Lannoituskäsittelyissä lannoitus on tehty ensimmäisen ja viimeisen harvennuksen yhteydessä. Lannoitusta ei ole tehty rehevimmillä kasvupaikalla (OMT). Päätehakkuun rajana käytetään metsikön keskiläpimittaa, vaihtoehtoisesti 22, 26 tai 30 cm. Päätehakkuussa korjataan aina ainespuu (kuitu ja tukki). Päätehakkuun energiabiomassa koostuu oksista, neulasista (30% jätetään metsään), kannosta ja juurista. Energiabiomassasta voidaan korjata vaihtoehtoisesti sekä hakkuutähde (oksat ja neulaset) että kannot ja juuret tai vain jompikumpi.

11 Taulukko 7. METY-työkaluun sisällytetyt metsänhoitovaihtoehdot. Puulaji, Taimikonhoito Energiapuuharvennus Ensiharvennus Ensiharvennus Lannoitus Päätehakkuu Kasvupaikka Valtapituus m Valtapituus m Valtapituus m 1. ja viimeinen harv. cm Kuusi OMT Ei 22, 26, Ei 22, 26, Ei 22, 26, 30 MT Lannoitus/Ei 22, 26, Lannoitus/Ei 22, 26, Lannoitus/Ei 22, 26, 30 Taimikonhoito Energiapuuharvennus Ensiharvennus Ensiharvennus Päätehakkuu Valtapituus m Valtapituus m Valtapituus m Mänty MT Lannoitus/Ei 22, 26, Lannoitus/Ei 22, 26, Lannoitus/Ei 22, 26, 30 VT Lannoitus/Ei 22, 26, Lannoitus/Ei 22, 26, Lannoitus/Ei 22, 26, 30 Muut harvennukset tehdään pohja-pinta-alan ja valtapituuden mukaisesti. Eri metsänhoitovaihtoehdoille lasketaan biomassan tuotantomäärien avulla taloudellista kannattavuutta nettonykyarvolaskennalla. Nettonykyarvon laskennassa käytettiin ainespuusta ja energiapuusta saatavaa kantorahatuloa. Tukkipuun hintana käytettiin 55 /m 3 ja kuitupuun 15 /m 3. Energiapuun hintana käytettiin 5 /m 3. Laskennassa käytettävä korkokanta on muutettavissa käyttöliittymässä. Nettonykyarvon laskennassa käytettiin Kaavaa 1, = () (1) jossa i = diskonttokorko, B t = kantorahatulo (euroa) vuonna t ja n = hakkuiden lukumäärä (kpl) Hiilitaselaskenta Metsikkötason hiilitaselaskenta Päätöksenteko tilanne ja kiertoaika-ajattelu-osissa hiilitaselaskennassa käytetään SIMA-mallin tuloksien perusteella laskettuja hiilen (CO 2 ) määriä. Metsänomistajalle tulostetaan hiilen määrä ennen valittavaa toimenpidettä ja sen jälkeen. Tämän perusteella lasketaan myös valitun toimenpiteen vaikutus poistuvan hiilen määrään koko ekosysteemistä. Myös maaperän hiilen määrä on laskettu SIMA-mallilla. Simulointien alkuarvoina on käytetty valtakunnan metsien inventointituloksiin perustuvia arvoja pohjautuen metsikön kasvupaikkaan ja lämpösummaan (Kellomäki et al. 2005). Puunhankkijalle/-korjaajalle tulostetaan valintojen mukainen konepäästöjen määrä ja loppukäyttäjälle energiabiomassan poltossa vapautuvan hiilen (CO 2 ) määrä pohjautuen metsätuotannon elinkaarityökaluun (Kilpeläinen ym. 2011).

12 Laskennassa käytetään puuaineen tiheytenä 400 kg/m 3 ja hiilen määränä puuaineessa 50%. Energiabiomassan energiasisältö on 3.24 MWh/tn Aluetason ilmastovaikutuslaskenta Ilmastovaikutus-osassa energiabiomassan tuotantovaihtoehtoja tarkastellaan aluetasolla (useita metsiköitä) vertailemalla tilannetta, joissa energiabiomassaa joko korjataan tai ei korjata. Alueellinen lähestymistapa on kuvattu tarkemmin julkaisuissa Kilpeläinen et al. (2012, 2015). Lähestymistapa mahdollistaa sekä energiabiomassan suorien että epäsuorien CO 2 päästöjen laskennan vertaamisen fossiilisen energian käyttöön. Epäsuorat CO 2 päästöt tulevat energiabiomassan lahoamisesta metsässä, kun käytetään kivihiiltä energiantuotannossa ja suorat päästöt puolestaan energiabiomassan poltossa vapautuvasta hiilidioksidista. Silloin kun energiabiomassa korjataan, se käytetään korvaamaan fossiilista polttoainetta, kivihiiltä, jonka päästökertoimena on käytetty 341 kgco 2 /MWh. Aluetason ilmastovaikutustuloksia voidaan tarkastella erilaisten metsänhoitoskenaarioiden ja metsiköiden ikärakenteiden yhdistelminä 80 vuoden tarkastelujaksolla. Metsänhoitoskenaariot sisältävät nykyisten metsänhoitosuosituksien (Äijälä et al. 2014) mukaisen metsänhoidon sekä metsien kasvatuksen hieman tiheämpänä (20% harvennusrajojen nosto). Tämän lisäksi voidaan tarkastella lannoituksen (150 kg N/ha) vaikutuksia ilmastovaikutuksiin sekä yhdessä että erikseen harvennusrajojen noston kanssa. Näiden avulla työkalulla voidaan tarkastella energiabiomassan energiakäytön hiilitaseen muodostuminen aluetasolla ja eri ajanjaksoilla. Käyttäjä voi valita vertailtavan metsänhoitovaihtoehdon, alkutilanteen metsiköiden ikäluokkajakauman (suurin osa nuoria, keski-ikäisiä ja tai vanhoja metsiä sekä tasainen ikäjakauma) ja ajanjakson, jolla laskenta tehdään (2-80 vuotta). Tulokset aluetason laskennassa esitetään sekä fossiilisen (kivihiilen käyttö energiantuotannossa) että metsäsysteemin (energiabiomassan käyttö energiantuotannossa) CO 2 - taseina ja CN-kertoimena, jolla verrataan metsäenergian käytön päästöjä suhteessa fossiilisen polttoaineen (kivihiili) käytön päästöihin energiantuotannossa (kgco 2 MWh -1 ). 3.3 Ravinnehävikkilaskenta Tärkeimmät ravinteet puissa ovat typpi (N), fosfori (P), kalium (K), kalsium (Ca) ja magnesium (Mg) (Hellsten ym. 2013). Hakkuutähteiden keruun mukana poistuu ravinteita (etenkin N, P ja K), mikä voi vaikuttaa metsämaan ravinnepitoisuuteen ja harvennuksen jälkeen tapahtuvaan puiden kasvuun. Kantojen ja juurien hajoaminen voi olla mahdollinen ravinnelähde uuden metsän kasvulle (Weatherall ym. 2006, Palviainen ym. 2010). Oksien ja kantojen merkitys ravinnekierrossa on kuitenkin huonosti tunnettu ja lisätutkimukset johtopäätösten tekemiseksi ovat tarpeen (Walmsley ja Godbold 2010). Seuraavassa esitetty laskentatapa hakkuiden yhteydessä poistuvien ravinteiden määristä on erillinen tarkastelu, eikä suoraan vaikuta SIMA-mallilla laskettuihin tuloksiin, esim. puiden mallinnettuun kasvuun. Energiapuun korjuusta aiheutuva vesistöön huuhtoutuvien ravinteiden määrä riippuu voimakkaasti mm. maaperän ominaisuuksista ja maan kaltevuudesta sekä uomien ominaisuuksista, eikä sitä voida yleisellä tasolla luotettavasti tarkastella. Työkalun käyttöliittymässä on taulukko ravinteiden keskimääräisistä kokonaismääristä (kg/ha), joihin poistuvien ravinteiden määrää voidaan verrata (Palviainen&Finer 2012).

13 3.3.1 Maan yläpuolinen biomassa Työkalussa lasketaan harvennus- tai päätehakkuualueelta puuaineksen mukana poistuvat typpi (N), fosfori (P), kalium (K) ja kalsium (Ca). Ravinnepitoisuus puiden rungossa ja koko korjattavassa biomassassa laskettiin Palviaisen ja Finérin (2012) kokeellisiin pitoisuusmittauksiin sovittamien regressioyhtälöiden perusteella. Regressiomalli on muotoa b Y ax, missä Y on ravinteiden määrä (kg/ha) ja X biomassan tilavuus (m3/ha). Linearisoimalla yhtälö, saadaan kokeellisiin mittaustuloksiin sovitettava regressioyhtälö ln( Y ) ln( a) b ln( X ) k, missä k on korjaustermi (Madgwick ja Satoo, 1975; Finney, 1941). Yhtälöstä voidaan ratkaista Y : Y exp(ln( a) b ln( X ) k). Taulukkoon 8 on kerätty kertoimien a ja b arvot (Palviainen ja Finér, 2012).

14 Taulukko 8. Mittauksiin sovitetun yhtälön parametrit, keskihajonta (SE) ja parametrien merkitsevyys (p) sekä mallin korjattu selitysaste ( adj R 2 -arvo), sekä mallin keskivirhe (SEE) ja havaintojen lukumäärä (n). Biomassa tarkoittaa kaikkea maan pinnan yläpuolelta kerättyä biomassaa. Ravinne Puulaji ln(a) b Malli Arvo SE p Arvo SE p adjr 2 S EE k p n N rungot Mänty < < Kuusi < < Koivu N biomassa Mänty < < < Kuusi < < < Koivu P rungot Mänty < < < Kuusi < < Koivu P biomassa Mänty < < Kuusi < < Koivu K rungot Mänty < < < Kuusi < < Koivu K biomassa Mänty < < Kuusi < < < Koivu Ca rungot Mänty < < Kuusi < < Koivu < < Ca biomassa Mänty < < < Kuusi < < < Koivu Maanalainen biomassa Kantojen nostossa poistuva ravinne laskettiin kantojen ja juurien ravinnepitoisuuksien ja SIMAmallista saatavien tilavuus ja tiheystietojen perusteella. Hellsten ym. (2013) määrittivät kantojen ja juurien ravinnepitoisuuksia Ruotsissa. Keskimäärin Pohjois-Karjalan leveysasteilla pitoisuudet Ruotsissa olivat taulukon 9 mukaiset.

15 Taulukko 9. Kantojen ja yli 5 mm paksujen juurten mediaani ravinnepitoisuus (mg/kg) N P K Ca Mg Na Koivu Kanto Juuri > 5 mm Mänty Kanto Juuri > 5 mm Kuusi Kanto Juuri > 5 mm Toimitusketjut ja kustannusparametrit Puubiomassan korjuun ja kuljetuksen tuottavuus laskettiin ajanmenekkimalleilla, joissa korjuun ajanmenekki ja tuottavuus määritettiin leimikko-olosuhteiden perusteella. Latvusmassahakkeen toimitusketju perustui tienvarsihaketukseen ja hake toimitettiin tienvarsivarastolta suoraan voimalaitoksen hakesiiloihin hakeautolla. Kuitupuu ja ranka kuljetettiin tievarsivarastolta puutavara-autolla terminaaliin, jossa ranka haketettiin ja valmis rankahake siirrettiin läheisen voimalaitoksen hakesiiloihin. Kokopuulla toimitusketju perustui sekä tienvarsihaketukseen että terminaalihaketukseen. Kannoilla hakkeen tuotanto perustui terminaalissa murskaukseen ja kannot tuotiin terminaaliin tienvarsivarastolta joko pilkottuina umpilaidallisen puutavara-auton kyydissä tai esimurskattuina hakeauton kyydissä. Laskelmassa metsähakkeen hankinnan organisointikustannus oli 2,0 /m 3 kaikilla puutavaralajeilla Korjuu Kuitu-, ranka- ja kokopuun hakkuun tuottavuus joukkokäsittelymenetelmällä perustui Laitila & Väätäinen (2012) ajanmenekkimalleihin ja metsäkuljetuksen tuottavuus laskettiin Kuitto ym. (1994) ja Laitila ym. (2007) ajanmenekkimalleilla. Hakkuun tehotuntituottavuus muutettiin käyttötuntituottavuudeksi kertoimella 1, 393 ja metsäkuljetuksen tehotuntituottavuus kertoimella 1,302 (Laitila & Väätäinen 2011). Kuormakoko kokopuun metsäkuljetuksessa oli 6 m 3 ja rangalla sekä kuitupuulla se oli 9 m 3 (Laitila & Väätäinen 2011). Hakkuukoneen käyttötuntikustannus oli 95,4 /h ja metsätraktorin 68,9 /h. Latvusmassan metsäkuljetuksen tuottavuus laskettiin Rannan (2002) ajanmenekkimalleilla. Tehotuntituottavuus muutettiin käyttötuntituottavuudeksi kertoimella 1,2 ja metsäkuljetuksen kuormakoko oli 7,8 m 3 (Laitila ym. 2010). Latvusmassan kasoillehakkuun kustannus oli 0,5 /m 3 ja raskaan metsätraktorin käyttötuntikustannus oli 71,8 /h. Kantojen nosto- ja pilkontatyö tehtiin kaivukoneella (Laitila ym. 2008) ja metsäkuljetus raskaalla metsätraktorilla (Laitila 2010). Metsätraktorin kuormakoko oli 8,6 m 3 (Laitila ym. 2010). Kantojen noston ja pilkonnan tehotuntituottavuus muutettiin käyttötuntituottavuudeksi kertoimella 1,3 ja kantojen metsäkuljetuksen tehotuntituottavuus muutettiin käyttötuntituottavuudeksi kertoimella 1,2 (Laitila ym. 2010). Kaivukoneen käyttötuntikustannus oli 63,3 /h ja raskaan metsätraktorin 71,8 /h.

16 Metsäkuljetusmatka oli laskelmassa 300 m kaikilla em. puutavaralajeilla Kaukokuljetus Ranka- ja kuitupuu kuljetettiin terminaaliin puutavara-autolla ja autokuljetuksen hyötykuorma oli 48 m³. Kokopuu ja kannot ajettiin terminaaliin puutavara-autolla, jossa oli umpinaiset laidat ja pohja (ns. kantoauto ). Kokopuu- ja kantokuorman koko autokuljetuksessa oli 30 m³ (Laitila & Väätäinen 2011, Laitila ym. 2010). Tienvarsivarastolla tuotetun kokopuu- ja latvusmassahakkeen sekä esimurskatun kannon autokuljetuksen hyötykuorma oli 44 m³ (Laitila ym. 2010, Kärhä ym. 2011). Autokuljetuksen ajanmenekki koostui kuormattuna ja tyhjänä ajosta sekä terminaaliajasta, eli kuormauksen, purun, punnituksen ja apuaikojen ja ajanmenekistä. Kuormattuna ja tyhjänä ajon aika laskettiin Nurmisen ja Heinosen (2007) autokuljetuksen ajanmenekkimalleilla kaukokuljetusmatkan mukaan. Puutavara-auton ajotuntikustannus oli 99,5 /h ja terminaaliajan käyttötuntikustannus 69,9 /h. Vastaavat arvot hakerekalle ja umpilaidalliselle puutavara-autolle olivat 101,5 /h & 72,9 /h ja 102,4 /h & 72,7 /h. Kuitu-, ranka- ja kokopuun ja kantojen kuormaus tienvarsivarastolla ja purku terminaalissa tehtiin puutavara-auton kuormaimella. Rangalla ja kuitupuulla kuormausaika oli 33 minuuttia (Laitila & Väätäinen 2011). Kokopuulla kuormausaika oli 38 minuuttia (Laitila & Väätäinen 2011) ja kannoilla 63 minuuttia. Rankakuorman purku terminaalissa kesti 17 minuuttia (Laitila & Väätäinen 2011). Kokopuulla kuorman purkuaika terminaalissa oli 14 minuuttia (Laitila & Väätäinen 2011) ja kannoilla ajanmenekki oli 25 minuuttia. Kuitupuun, rankojen, kokopuun ja kantojen kuormaus- ja purkuaikaan lisättiin 25 minuuttia, joka pitää sisällään apuaikojen (odottelu, punnitus, kuormaus- ja purkupaikan siivous, kuorman sitominen ja avaus, kuormatilan siivous jne.) ajanmenekit (Laitila & Väätäinen 2011) Haketus ja murskaus Tienvarsivarastolla tuotetun kokopuu- ja latvusmassahakkeen sekä esimurskattujen kantojen autokuljetuksessa kuormausaika on suoraan kytköksissä hakkurin tai esimurskaimen käyttötuntituottavuuteen. Kokopuulla kuormakohtainen haketusaika oli 78 minuuttia, latvusmassalla 102 minuuttia ja esimurskatuilla kannoilla 102 minuuttia. Kokopuu- ja latvusmassa hakkeen punnitus ja purkuaika voimalaitoksen vastaanottosiiloon oli 30 minuuttia. Esimurskatuilla kannoilla punnitus ja terminaalikentälle purkuaika oli 30 minuuttia. Haketuksen ja murskauksen kustannustiedot koottiin Kärhä ym. (2011), Laitila & Väätäinen (2011) ja Laitila ym. (2010) tutkimuksista Rangan haketuskustannus terminaalissa oli 3,1 /m 3 ja kokopuun 4,0 /m 3. Kantojen murskauskustannus terminaalissa oli puolestaan 8,1 /m 3 ja esimurskattujen kantojen 5,3 /m 3. Kokopuun haketuskustannus tienvarsivarastolla oli 5,2 /m 3 ja latvusmassan 6,8 /m 3. Kantojen esimurskauksen kustannus oli 6,8 /m 3. Ranka- ja kokopuuhakkeen sekä kantomurskeen toimituskustannus terminaalista voimalaitoksen vastaanottosiiloon oli 1,9 /m 3.

17 4. METY-työkalun esimerkkilaskelmat Seuraavissa kuvissa on selitetty METY-käyttöliittymän rakennetta, siinä tehtäviä mahdollisia valintoja ja käyttöliittymään tulostettavia muuttujia. Kuvassa 2 on esitetty Päätöksenteon apuvälineosan, Kuvassa 3 Kiertoaika-ajattelu-osan ja Kuvassa 4 Ilmastovaikutus-osan toimintaa. Kuva 2. Ohjeistus METY-työkalun Päätöksenteon apuväline-osan valintoihin ja tulosmuuttujiin.

18 Kuva 3. Ohjeistus METY-työkalun Kiertoaika-ajattelu-osan valintoihin ja tulosmuuttujiin.

19 Kuva 4. Ohjeistus METY-työkalun Ilmastovaikutus-osan valintoihin ja tulosmuuttujiin.

20 Viitteet Hakkila, P Kanto-ja juuripuun kuoriprosentti, puuaineen tiheys ja asetoniuutteittenmäärä. FoliaForestalia p. Kellomäki S., Väisänen H., Hänninen H., Kolström T., Lauhanen R., Mattila U. & Pajari B A simulation model for the succession of the boreal forest ecosystem. Silva Fennica 26:1 18. Kellomäki S., Peltola H., Nuutinen T., Korhonen K.T. & Strandman H Sensitivity of managed boreal forests in Finland to climate change, with implications for adaptive management. Philosophical Transactions of the Royal Society, B363, Kellomäki S., Strandman, H., Nuutinen, T., Peltola, H., Korhonen, K.T. & Väisänen, H Adaptation of forest ecosystems, forests and forestry to climate change. FINADAPT Working Paper 4. Finnish Environment Institute Mimeographs p. Kilpeläinen A., Strandman H., Alam A., Kellomäki S Life cycle assessment tool for estimating net CO 2 exchange of forest production. Global Change Biology Bioenergy 3(6): Kilpeläinen, A., Kellomäki, S., Strandman, H Net atmospheric impacts of forest bioenergy production and utilization in Finnish boreal conditions. Global Change Biology Bioenergy 4(6): Kilpeläinen, A., Torssonen, P., Strandman, H., Kellomäki, S., Asikainen A., Peltola, H Net climate impacts of forest biomass production and utilization in managed boreal forests. Global Change Biology Bioenergy. Kuitto, P.-J., Keskinen, S., Lindroos, J., Oijala, T., Rajamäki, J., Räsänen, T. & Terävä, J Puutavaran koneellinen hakkuu ja metsäkuljetus. Metsäteho raportti s. Kärhä, K., Hautala, A. & Mutikainen, A Crambo 5000 kantojen tienvarsimurskauksessa. Metsätehon tuloskalvosarja 4/ s. Laitila, J., Asikainen, A. & Nuutinen, Y Forwarding of whole trees after manual and mechanized felling bunching in pre-commercial thinnings. International Journal of Forest Engineering 18(2): Laitila, J., Ranta, T. & Asikainen, A Productivity of stump harvesting for fuel. International Journal of Forest Engineering 19(2): Laitila, J Kantojen korjuun tuottavuus. Metlan työraportteja s. Laitila, J. Leinonen, A., Flyktman, M., Virkkunen, M. & Asikainen, A Metsähakkeen hankinta- ja toimituslogistiikan haasteet ja kehittämistarpeet. VTT Tiedotteita s. Laitila, J. & Väätäinen, K Kokopuun ja rangan autokuljetus ja haketustuottavuus. Metsätieteen aikakauskirja 2/2011: Laitila, J. & Väätäinen, K Joukkokäsittelyhakkuun tuottavuus kaivukonealustaisella hakkuukoneella ja Naarva EF 28 hakkuulaitteella. Metlan työraportteja s. Nurminen, T. & Heinonen, J Characteristics and time consumption of timber trucking in Finland. Silva Fennica 41(3): Ranta, T Logging residues from regeneration fellings for biofuel production a GIS based availability and cost supply analysis. Lappeenranta University of Technology. Finland. Acta Universitatis Lappeenrantaensis p. Hellsten, S., Helmisaari, H.-S., Melin, Y., Skovsgaard, J. P., Kaakinen, S., Kukkola, M., Saarsalmi, A., Petersson, H. & Akselsson, C Nutrient concentrations in stumps and coarse roots of Norway spruce, Scots pine and silver birch in Sweden, Finland and Danmark. Forest Ecology and Management, 290,

21 Palviainen, M., Finér, L., Laiho, R., Shorohova, E., Kapitsa, E. &Vanha-Majamaa, I., Phosphorus and base cation accumulation and release patterns in decomposing Scot pine, Norway spruce and silver birch stumps. Forest Ecology and Management, 260, Palviainen, M. & Finér, L Estimation of nutrient removals in stem-only and whole-tree harvesting of Scots pine, Norway spruce and birch stands with generalized nutrient equations. European Journal of Forest Research, 131, Tapio (2006) Hyvän metsänhoidon suositukset. Metsätalouden kehittämiskeskus Tapio, Metsäkustannus Oy. Walmsley, J.D. & Godbold, D.L., Stump harvesting for bioenergy a review of the environmental impacts. Forestry, 83, Weatherall, A., Proe, M.F., Craig, J., Cameron, A.D., McKay, H.M. & Midwood, A.J., Tracing N, K, Mg and Ca release from decomposing biomass to new tree growth. Part II: A model system simulating root decomposition on clearfell sites. Biomass Bioenergy, 30, Äijälä O., Kuusinen M. & Koistinen A Hyvän metsänhoidon suositukset energiapuun korjuuseen ja kasvatukseen. Metsätalouden kehittämiskeskus Tapion julkaisuja, Helsinki, Finland, 31 s.