Mari Rajaniemi Helsingin Yliopisto Agroteknologia

Transkriptio

1 Energiankulutus broilerintuotannossa Mari Rajaniemi Helsingin Yliopisto Agroteknologia

2 Broilerintuotannon energiapanokset Broilerintuotannon suoria energiapanoksia ovat mm. sähkö ja polttoaineet (Kuva 1). Suurimman osan näistä muodostavat lämmityspolttoaineet (kuva 2). Kuvan 2 kasvattamon lämmitysenergiankulutus on mitattu suoraan kasvattamosta, joten lämmityskattilan tai -kanavan lämpöhäviöitä ei ole huomioitu. Sähkönkulutuksen osuus kasvattamon kokonaisenergiankulutuksesta on vain muutaman prosentin. Sähköstä suurin osa kuluu ilmanvaihtoon ja valaistukseen. Moottoripolttoainetta kuluu kasvattamon kuivittamiseen ja puhdistamiseen. Tämän polttoaineen osuus koko- naisenergiankulutuksesta on kuitenkin vähäinen. Broilerintuotannon epäsuoria energiapanoksia ovat mm. rehut, jotka muodostavat suurimman energiapanoksen broilerintuotannossa (Kuvat 1 ja 2). Rehuviljan viljelyssä käytetyn synteettisen typpilannoitteen valmistus tehtaissa kuluttaa paljon energiaa, pääsääntöisesti maakaasua. Typpilannoitteen valmistuksen energiankulutus on pienentynyt vuosien saatossa, mutta vieläkin siihen kuluu rakeistuksineen sekä tilalle kuljetuksineen energiaa noin kwh/ kg. Tämä määrä vastaa noin 1,1 1,4 litraa dieselöljyä. Koska osa rehujen energiapanoksesta on syntynyt jo ennen kuin tuote on saa- Broilerikasvattamo Suorat energiapanokset Tuotokset Epäsuorat energiapanokset Kuva 1. Broilerikasvattamon suorat ja epäsuorat energiapanokset ja tuotokset. 2

3 punut tilalle, viljelijällä ei ole paljon mahdollisuuksia vaikuttaa energiapanoksen suuruuteen. Viljelijä voi vaikuttaa siihen, miten tehokkaasti ja kuinka paljon typpilannoitteita hän käyttää viljelyssä. Rehut 69,1 % Kuva 2. Esimerkki broilerintuotannon kokonaisenergiankulutuksen jakautumisesta kasvattamossa. Puu 63 % Öljy 17 % Polttoaine 0,2 % Sähkö 1,8 % Lämmitys 28,9 % Peltobiomassa 2 % Sähkö 8 % Turve 10 % Kuva 3. Suorat energialähteet siipikarjataloudessa vuonna 2010 (Tike, 2012). Energiankulutus Maatalouden energiankulutuksia tilastoitaessa puhutaan yleensä suorista energiapanoksista. Tilastokeskuksen tekemän kyselyn mukaan siipikarjatalouden suora energiankulutus oli 0,717 TWh vuonna 2010 (Tike 2012). Broilerintuotannon energiankulutusta ei ole eroteltu erikseen muusta siipikarjatuotannosta. Siipikarjatalouden kulutus vastaa noin 7 %:a maa- ja puutarhatalouden energiankulutuksesta. Kuitenkin tilastokeskuksen mukaan tilakohtainen energiankulutus oli siipikarjataloudessa suurin verrattaessa muihin mukana olleisiin tuotantosuuntiin. Siipikarjataloudessa suorat energiapanokset sisältävät mm. viljelyssä ja lämmityksessä käytetyt polttoaineet (Kuva 3). Broilerintuotannossa suurin osa suorasta energiankulutuksesta muodostuu uusiutuvasta energiasta. Broilerintuotannon energiankulutus vaihtelee broilerierien, tilojen ja eri maiden välillä. Eroja energiankulutuksessa aiheuttavat mm. erilaiset sääolosuhteet, laitteiden energiatehokkuus ja varustelu, erilaiset toimintatavat kuten valo-ohjelmat, tuotantotavat (luomu/tavanomainen), kasvattamotyyppi ja rakennuksen eristeet. 3

4 Taulukossa 1 on broilerintuotannon ominaiskulutuksia eri maissa ja erilaisissa kasvattamoissa. Suomessa korostuu erityisesti lämmitysenergian suuri osuus tuotettua kiloa kohti verrattaessa muiden maiden lämmitysenergiankulutuksiin. Lämmitys Suurin suora energiapanos broilerintuotannossa on lämmitysenergia. Sen suuruus vaihtelee paljon vuodenaikojen välillä lähinnä lämpötilaerojen vuoksi. Kasvattamo lämmitetään lintujen saapuessa noin + 33 C:een. Lämpötilaa pudotetetaan vähitellen kasvatusjak- Taulukko 1. Sähkön ja lämmitysenergiankulutuksia broilerintuotannossa. Lähde Katajajuuri ym. Broilerin fileesuikaleiden tuotannon ympäristövaikutukset ja kehittämismahdollisuudet 2006 Sähkö kwh/elopaino-kg 0,138 (vaihteluväli 0,059 0,256) Lämpö kwh/elopaino-kg 0,96 (vaihteluväli 0,69 1,20) Muuta Tulokset ilmaisivat alun perin painon teuraskiloa kohden. Luvut on muutettu elopainokohtaisiksi käyttäen 73,25 teurasprosenttia. Esimerkkitila 0,06 0,99 Luvut sisältävät vain broilerikasvattamossa mitatun lämmitysenergian kulutuksen, eivätkä esim. kanavan lämpöhäviöitä. Liang ym ,102 0,41 Neljän täysin suljetun broilerikasvattamon energiankulutus Luoteis- Arkansasissa USA:ssa. Lämmitysenergiankulutus on ilmoitettu alun perin propaanina. Hörndahl ,070 Tulokset on ilmoitettu alun perin lintukohtaisesti. Yhden linnun tavoitepaino on 1,5 kg. Kasvattamo sijaitsee Ruotsissa. Hörndahl ,088 0,51 Tulokset on ilmoitettu alun perin lintukohtaisesti. Yhden linnun tavoitepaino on 1,5 kg. Kasvattamo sijaitsee Ruotsissa. 4

5 son loppuvaiheessa noin + 20 C:een. Kasvatusjakson alkuvaiheessa lintujen lämmöntarve on suuri, koska niiden oma lämmöntuotanto on vielä hyvin vähäistä. Lämmitystarve vähenee lintujen painon noustessa ja niiden oman lämmöntuoton lisääntyessä. Talvella kovilla pakkasilla lämmitystarve voi olla suuri myös kasvatusjakson loppuvaiheessa, jolloin lisääntynyt ilmanvaihtotarve aiheuttaa ilmanvaihdon kautta tapahtuvaa lämpöhukkaa. Kasvatusjakson loppuvaiheessa yksi lintu lämmittää kasvattamoa reilun 10 watin teholla linnun kasvattamossa lintujen lämmitysteho on kasvatusjakson loppuvaiheessa yhteensä noin 200 kw. Broilerikasvattamossa suurimman lämpöhukan aiheuttaa ilmanvaihto. Rakenteiden läpi tapahtuva lämpöhukka on suhteellisen suuri kasvatusjakson alussa, kun ilmanvaihtomäärät ovat vielä pieniä. Lintujen kasvaessa ja ilmanvaihtotarpeen lisääntyessä, ilmanvaihdon kautta tapahtuvan lämpöhukan osuus korostuu. Lämpöhukka on sitä suurempi, mitä suurempi on sisä- ja ulkolämpötilojen ero. Lämpötilaeron lisäksi lämpöhukkaan vaikuttavat mm. kasvattamon eristys, rakenteiden tiiviys ja ilmanvaihtomäärä. Kuvassa 4 on esimerkki broilerikasvattamon ilmanvaihdon ja rakenteiden aiheuttamasta lämpöhukasta eri vuodenaikoina. Lämpöhukka ilmanvaihdon kautta Lämpöhukka rakenteiden kautta Lämpöhäviö kwh / erä Maalis-huhti 2012 Kesä-heinä 2012 Heinä-elo 2012 Kasvatuserä Syys-loka 2012 Joulu 2012 tammi 2013 Kuva 4. Esimerkki broilerikasvattamon lämpöhukasta eri vuodenaikoina. 5

6 Sähkö Sähkönkulutuksen osuus kasvattamon kokonaisenergiankulutuksesta on hyvin vähäinen, vain muutaman prosentin. Suurin osa sähköstä kuluu ilmanvaihtoon ja valaistukseen. Sähkönkulutuksessa on yleensä kasvatusjakson aikana kaksi kulutushuippua. Ensimmäisen aiheutuu kasvatuksen alkuvaiheen valaistuksesta. Parin ensimmäisen vuorokauden aikana käytetään suurempaa valaistustehoa, jotta linnut sopeutuisivat kasvattamon olosuhteisiin ja löytäisivät juoma- ja ruokapaikat. Toinen kulutushuippu aiheutuu kasvatuksen loppuvaiheessa lintujen kasvaessa lisääntyvästä ilmanvaihtotarpeesta. Poltto- ja voiteluaineet 22 % Lannoitteet 43 % Kuivaus 15 % Kasvinsuojelu aineet 5 % Siemenet 8 % Kalkki 7 % Sähkönkulutus on pääsääntöisesti suurinta kasvatusvaiheen lopussa ja kesäisin. Sähköä kuluu myös lintuerien välillä mm. kasvattamon pesuun. Valaistuksen osalta energiankulutus on melko tasaista lintuerien välillä. Epäsuorat energiapanokset Broilerintuotannossa eniten energiaa kuluu epäsuoriin energiapanoksiin, jotka muodostuvat lähinnä rehuista. Kuvassa 5 on esimerkki vehnäntuotannon energiapanosten jakautumisesta Suomessa. Viljantuotannossa suurimmat energiapanokset aiheutuvat polttoaineista sekä lannoitteista, etenkin typpilannoitteen valmistuksesta. Peltotöissä eniten polttoainetta kuluttavat kyntäminen ja puinti. Kuivaukseen kuluvan polttoainemäärä voi vaihdella huomattavastikin eri vuosina. Vehnänviljelyssä suorat ja epäsuorat energiapanokset ovat vehnäkiloa kohti noin 1 kwh (varastointikosteudessa). Ostorehujen energiapanos voi muodostua hieman suuremmaksi kuljetusten ja rehun prosessoinnin vuoksi, mutta nämä panokset ovat vain pieni osa viljan viljelyn kokonaisenergiapanoksesta. Kuva 5. Energiapanosten jakautuminen vehnäntuotannossa (Rajaniemi, 2013). 6

7 Energiankulutuksen seuranta Jos energiankulutusta halutaan pienentää tai tehostaa, on tiedettävä, kuinka paljon ja mihin energiaa kuluu. Tämän vuoksi olisi hyvä seurata energiankulutusta ja pitää siitä kirjaa. Kulutusta seuraamalla löytää helpommin kohteita, joiden energiankäyttöä olisi mahdollista tehostaa. Kulutusseuranta on helpointa aloittaa suorista energiapanoksista. Panosten määrät voi kirjata ylös suoraan sähkö- ja polttoainelaskuista. Tällöin kulutustiedot saadaan kuitenkin, esimerkiksi sähkön osalta, jälkikäteen, eikä yllättäviin kulutusmuutoksiin pystytä reagoimaan nopeasti. Reaaliaikaisissa kulutusmittauksissa muutoksiin pystytään reagoimaan heti. Erillisillä mittauksilla voidaan helposti kohdentaa tuotantoprosessien ja laitteiden energiakulutukset ja löytää näin parhaat kohteet enegiankäytön tehostamiselle. Epäsuorien energiapanosten selvittäminen on haastavampaa kuin suorien energiapanosten. Epäsuorissa energiapanoksissa joudutaan selvittämään energiankulutus peltotöistä aina lannoitteiden valmistamiseen saakka. Suurin osa epäsuorien energiapanosten energiankulutuksesta, kuten lannoitteiden, on syntynyt jo ennen niiden saapumista tilalle. Maatiloilla on mahdollisuus liittyä Maatilojen energiaohjelmaan. Ohjelmaan liittyneet tilat voivat aloittaa energiankulutuksen seurannan omavalvontasuunnitelman avulla. Ohjelmaan liittyneiden tilojen on mahdollista teettää energiasuunnittelijalla tuettu suunnitelma, jossa käydään läpi tilan suorien energiapanosten kulutus ja etsitään ratkaisuja energiankäytön tehostamiseksi. Ulkopuolinen suunnittelija usein havaitsee energiankäytön tehostamiskohteita helpommin kuin viljelijä itse. Lämmityspolttoaineet Broilerikasvattamoja lämmitetään nykyisin yhä enemmän uusiutuvalla energialla. Tämän vuoksi voi olla hankala selvittää, kuinka paljon energiaa kuluu kasvattamon lämmittämiseen. Tehollisella lämpöarvolla tarkoitetaan, sitä energiamäärää, joka esim. hakkeesta on mahdollista saada sen jälkeen, kun hakkeesta on ensin palaessa höyrystynyt vesi pois. Hakkeen tehollinen lämpöarvo voidaan selvittää seuraavan kaavan avulla, jos hakkeen kosteus on tiedossa. H a = H ak (1 w) 2,443 w H a = materiaalin tehollinen lämpöarvo käyttökosteudessa, MJ/kg H ak = materiaalin kuiva-aineen lämpöarvo w = materiaalin vesipitoisuus 7

8 Esimerkki yhden hakekuution tehollisen lämpöarvon laskemisesta: Hakkeen varastointikosteus on 20 %. Hakkeen tiheys on 200 kg/i-m 3. Puun tehollinen lämpöarvo on noin 19 MJ/kg. 19 MJ/kg (1 (20/100)) 2,443 (20/100) = 14,7 MJ/kg = 4,1 kwh/kg 200 kg/m 3 14,7 MJ/kg = MJ/m 3 eli 816,7 kwh/i-m 3 Hakkeen tehollinen lämpöarvo on 817 kwh/i-m3. Jos hakkeen kosteusprosentti ei ole tiedossa, se voidaan selvittää yksinkertaisella kuivaustestillä. Lisätietoa kuivaustestistä: faktaa/puun-kosteus Kuvassa 6 kuvataan hakkeen kosteusprosentin vaikutusta sen lämpöarvoon. Mitä kosteampaa hake on, sitä pienempi on hakkeesta saatava lämpöarvo ja sitä matalampi on hakkeen palamislämpötila ja sen myötä myös kattilan hyötysuhde. Kasvattamoon voidaan asennuttaa energiamittari, joka mittaa kasvattamon lämmityksen energiankulutusta. Mittari maksaa noin 300 ilman asennusta. Mittari mittaa kasvattamoon menevän ja sieltä poistuvan veden lämpötilaeroja sekä virtausta ja laskee näiden perusteella lämmitykseen kuluvan energiamäärän. Kasvattamoon asennettu mittari ei kuitenkaan huomioi lämpökanavan tai uunin lämpöhäviöitä, joten todellisuudessa kulutettu energiamäärä on aina jonkin verran suurempi kuin mittarin lukema. Moottoripolttoaineet Auton polttoaineen litrahinnan kallistuessa ei ole enää sama, kuluuko sadalla kilometrillä polttoainetta 5 l vai 15 l. Jos kulutus on näistä suurempi, niin sekä kulutukseen että ajotapaan on syytä alkaa kiinnittää enem- Hakkeen lämpöarvo kwh/kg Kosteusprosentti Kuva 6. Kosteuden vaikutus hakkeen lämpöarvoon (Ahokas). 8

9 Taulukko 2. Esimerkki peltotöiden polttoainekirjanpidosta Viikin koetilalla. Pvm Mittari alussa - Mittari lopussa Peltolohkon nimi tai numero Tehty työ Työkoneen leveys Ajonopeus km/h Polttoaine alussa Tankkaus, litraa Polttoaine lopussa Työolosuhteet Patoniitty kyntö 4-siipinen 7,6 1/2 3/4 norm Porvoontien varsi lautasmuokkaus, kyntö 3m 4-siipinen 13 7,6 3/4 3/4 norm Patoniitty kyntö 4-siipinen 7,6 4/ /4 norm Patoniitty kyntö 4-siipinen 7,6 3/4 1/2 norm Patoniitty kyntö 4-siipinen 7,6 1/2 1/4 norm Patteripelto kyntö 4-siipinen 7,6 1/4 0 norm Patteripelto kyntö 4-siipinen 7,6 4/ /4 norm Vadelmakallio kyntö 4-siipinen 7,6 3/4 1/2 norm. män huomiota. Traktorin polttoaineen kulutusta voidaan seurata polttoainekirjanpidosta, johon kirjatataan tankkausmäärät, työajat sekä työvaiheet (Taulukko 2). Traktoriin voidaan myös asentaa erillinen kulutusmittari, jolla on helppo seurata hehtaarikohtaista polttoaineen kulutusta. Sähkö Sähkönkulutusta on haastavaa selvittää ilman erillisiä kasvattamokohtaisia kulutusmittauksia. Useimpien sähköyhtiöiden sivuilta saa nykyisin etäluettavista mittareista lähes reaaliaikaista tietoa sähkön kulutuksesta. Näiden tietojen perusteella voidaan selvittää energiankulutuksen jakautumista vuorokauden ja kasvatusvaiheiden aikana. Laitekohtaista sähkönkulutusta on melko mahdotonta selvittää ilman erillistä mittausta. Jos laitteen käyttöaika tiedetään, voidaan laitteen moottorin kilvessä olevan nimellistehon perusteella arvioida energiankulutusta. Osa ilmanvaihtopuhaltimista on nopeudeltaan säätyviä eli ne eivät toimi koko aikaa nimellisteholla. Valaistuksen himmentäminen vaikuttaa valaistuksen energiankulutukseen ja hankaloittaa näin ollen sen selvittämistä. Epäsuorat energiapanokset Epäsuoran energiankulutuksen selvittäminen on hankalaa, koska esimerkiksi rehujen energiapanos koostuu viljelyn, kuljetusten ja rehujen prosessoinnin polttoainekulutuksen lisäksi mm. lannoitteiden ja kasvinsuojeluaineiden valmistusenergiasta. Jotta energiapanokset voitaisiin kohdentaa tuotettua viljakiloa kohti, on tuotantopanosten energiasisällön ja käyttömäärän lisäksi tiedettävä myös tuotetun sadon määrä. 9

10 Energiankäytön tehostaminen Energiankäytön tehokkuudesta kertoo parhaiten tuotannon ominaiskulutus eli kulutetun energian suhde tuotettua teuras- tai elopainokiloa kohti (esim. kwh/teuras-kg). Mitä pienempi tämä luku on, sitä energiatehokkaampaa tuotanto on. Energiasuhde tarkoittaa tuotteen energiasisällön suhdetta tuotteen tuottamiseen käytettyjen panosten energian kulutukseen. Mitä suurempi tämä luku on, sitä energiatehokkaampaa tuotanto on. Kotieläintuotannossa energiasuhde on alle yhden (broilerintuotannossa yleensä 0,1 0,5). Kasvintuotannossa päästään yli yhden energiasuhteeseen, koska kasvit käyttävät auringon energiaa yhteyttämiseen. Tätä energiaa ei useimmiten huomioida energia-analyyseissä. Energiankäytön tehostaminen kannattaa aloittaa suurimmista energiapanoksista. Broilerintuotannossa tämä tarkoittaa lähinnä rehunviljelyn energiankulutuksen pienentämistä. Energiapanoksen jakautuminen rehuntuotannossa on tärkeää tietää, jotta pitkällä aikavälillä voidaan löytää keinoja vähentää suurimpien energia- panosten osuutta. Rehun energiapanoksista lannoitteet ja polttoaineet ovat suurimmat. Energiansäästäminen kannattaa aloittaa näistä, koska fossiilisen energian hinta vaikuttaa mm. lannoitteiden hintaan. Lannoitteiden energiapanosta voidaan pienentää mm. käyttämällä typensitojakasveja viljelykierrossa. Tällöin synteettinen typpilannoite voidaan korvata osittain typensitojakasvien tuottamalla typellä. Kuivurin eristämisellä voidaan saada aikaan noin 5 15 %:n energiansäästö. Eristämisen taloudellinen puoli korostuu etenkin, jos kuivausilma lämmitetään fossiilisella energialla. Kuivauksen energiankulutusta voidaan pienentää myös kuivaamalla omaan käyttöön menevä rehuvilja korkeammassa lämpötilassa, jolloin kuivausaika lyhenee. Kuivauslämpötilaa nostamalla voidaan saavuttaa muutamien prosenttien energiansäästö. Tämän lisäksi kuivurin kapasiteetti paranee, kun vilja kuivuu nopeammin. Energiansäästöjä voidaan saavuttaa myös jättämällä kyntö pois muokkausketjusta. Kevennetyssä muokkauksessa ja suorakylvössä kyntö jätetään kokonaan pois. Tämä voi pienentää 10

11 energiankulutusta noin 10 % tavanomaiseen muokkaukseen verrattuna. Energia voidaan lisäksi säästää säätämällä työkoneet oikein, huolehtimalla koneiden kunnosta ja kiinnittämällä huomiota ajotapaan. Suurin suora energiapanos broilerikasvattamossa on lämmitys. Energiankulutuksen merkitys korostuu etenkin, jos kasvattamoa lämmitetään fossiilisella energialla. Fossiilisen energian vaihtaminen bioenergiaksi ei aina kuitenkaan säästä energiaa, vaan se voi jopa kasvattaa energiankulutusta. Bioenergian aiheuttamat kasvihuonekaasupäästöt ja kustannukset ovat kuitenkin pienemmät kuin fossiilista energiaa käytettäessä. Bioenergian kasvihuonekaasupäästöt muodostuvat esimerkiksi hakkeen kohdalla lähinnä korjuusta ja haketuksesta. Lämmityksen energiankulutusta voidaankin pienentää hakelämmityksessä antamalla hakkeen kuivua riittävän kuivaksi ennen käyttöä, jolloin palaessa kuluu vähemmän energiaa veden haihduttamiseen. Suurin energiansäästö lämmityksessä voidaan saavuttaa lämmön talteenottolaitteiden avulla. Ne eivät ole kuitenkaan yleistyneet broilerintuotannossa. Laitteet saattavat olla työläitä, koska toimiakseen ne vaativat säännöllistä puhdistamista. Lisäksi Suomessa lämmönvaihtimet saattavat talvella jäätyä. Sähkönkulutus on vain muutaman prosentin kasvattamon kokonaisenergiankulutuksesta, joten kokonaisuutta ajatellen energiansäästöt jäävät usein melko pieniksi. Laitteiden energiatehokkuus olisi hyvä ottaa huomioon jo laitteita hankittaessa. Erityisesti ilmanvaihtokoneiden ja valaistuksen energiatehokkuuteen tulisi kiinnittää huomiota, koska ne kuluttavat suurimman osan sähköstä. Lamppujen energiatehokkuutta mitataan valotehokkuudella, jonka yksikkö on lm/w. Mitä suurempi luku, sitä paremmin lamppu muuttaa sähköä valoksi. Valaistusta uudistettaessa kannattaa ottaa huomioon pitkäikäiset ja energiatehokkaat LED-lamput, jotka sopivat hyvin broilerikasvattamon valaistukseen. Ilmanvaihtopuhaltimien energiatehokkuus ilmaistaan yksiköllä m 3 /h/w. Kuva: Earthdirt, Wikimedia Commons, CC-BY

12 Sisällysluettelo 2 Broilerintuotannon energiapanokset 3 Energiankulutus 7 Kulutuksen seuranta 10 Energiankäytön tehostaminen Energiankäytön tehostaminen broilerintuotannossa Aloita energiankulutuksen seuraaminen. Lannoitteiden energiapanosta voidaan pienentää käyttämällä typensitojakasveja viljelykierrossa. Viljan kuivauksen energiankulutusta voidaan pienentää eristämällä kuivuri ja käyttämällä kuivauksessa korkeampaa lämpötilaa. Laitteita hankittaessa kannattaa kiinnittää huomiota niiden energiatehokkuuteen. Oppaan tiedot perustuvat tutkimustuloksiin ja esimerkkeihin. Varmista aina omalta osaltasi ohjeiden sopivuus. Kansikuva: U.S. Department of Agriculture, Flickr, CC-BY-2.0. Lisää maatalouden energiatietoa