SolidStandards Puuhakkeen standardit ja niiden soveltaminen Vakkalämpö Oy:llä Eija Alakangas, VTT 24. lokakuuta 2013 Tampere
2 Esityksen sisältö Hakkeen raaka-aineen luokittelu (SFS-EN ISO 17225-1) Hakkeen laatuluokat (SFS-EN ISO 17225-4) Näytteenotto ja näytteenkäsittely Ominaisuuksien määrittäminen lämpöyrittäjän näkökulmasta esimerkkinä Vakkalämpö Oy Esimerkki tuoteselosteesta VTT:n laatima Puupolttoaineiden laatuohje
3 Kiinteiden biopolttoaineiden ketju Taulukko 5 hakkeelle ja murskeelle (SFS-EN ISO 17225-1) tai tuotestandardi hakkeelle SFS-EN ISO 17225-4 Alkuperä Biomassa Polttoaineen tuotanto Kauppanimike (esim. puuhake) Kiinteä biopolttoaine Lämpö/sähkö/ jalostus kiinteäksi tai nestemäiseksi biopolttoaineeksi Bioenergia Raaka-aineen alkuperän dokumentointi (Taulukko 1) SFS-EN ISO 17225-1 Polttoaineen laadunvarmistus (SFS-EN 15234-1 hakkeelle ja murskeelle ja SFS-EN 15234-4 hakkeelle lämpöyrittäjille Tuoteseloste (SFS-EN 15234-1 tai 4)
4 1.1.3.1 & 1.1.3.2 Ranka, lehtipuu ja havupuu Raaka-aineen luokittelu alkuperän mukaan (origin and source) EN ISO 17225-1 (julkaistaan 3/2014)
5 SFS-EN ISO 17225-1) 1 Puubiomassan alkuperän luokittelu (woody biomass) 4-tasoinen hierarkinen luokittelu 1.1 Metsän, istutusmetsän puu ja muu luonnonpuu 1.1.1 Kokopuu ilman juuria ja 1.1.2 Kokopuu juurineen 1.1.3 Ranka/runkopuu 1.1.4 Hakkuutähde 1.1.5 Kannot ja juuret 1.1.6 Kuori metsästä 1.1.7 Sekalainen puu (mm. puistot, tienvarret, makean veden uppotukit) 1.2 Sivutuotteet ja tähteet metsäteollisuudesta 1.2.1 Kemiallisesti käsittelemätön (kuori, sahanpuru ) 1.2.2 Kemiallisesti käsitelty (vaneri, lastulevy, maalattu puu ) 1.3 Käytöstä poistettu puu Kuormalavat, puupakkaukset, rakennusten puu 1.4 Sekoitukset ja seokset (Blends and mixtures) blends = tarkoituksella tehdyt sekoitukset mixtures = sattumanvaraisesti syntyneet seokset
6 Laatuvaatimukset ja - luokat (SFS-EN ISO 17225-1) Erityisehtoja kemiallisesti käsittelylle puulle Kemiallinen käsittely (chemical treatment) käsittää kaiken muun käsittelyn paitsi vedellä, lämmöllä tai ilmalla tapahtuvan käsittelyn. Kemiallista käsittelyä on mm. pinnoitus, maalaus, laminointi, liimaus ja puunsuojaus (esim. kyllästys). Kemiallisesti käsitelty materiaali ei saa sisältää halogenoituja orgaanisia yhdisteitä tai raskasmetalleja enempää kuin tyypillisesti on luonnonpuussa siinä maassa, josta raaka-aine on peräisin. VTT* on julkaissut laatuluokittelun käytöstä poistetulle puulle, jossa on raja-arvot kemiallisesti käsitellylle puulle luonnonpuun mukaan. 6 *Alakangas, * Alakangas, E. & Wiik, E. & C. Wiik, 2008. C. Käytöstä 2008. Käytöstä poistetun poistetun puun luokittelu puun luokittelu ja ja hyvien hyvien käytäntöjen käytäntöjen kuvaus. kuvaus. VTT-R-04989-08 VTT-R-04989-08. (taulukko 22) ja vastaava Energiateollisuuden soveltamisohje.
7 Hakkeen laatuluokittelu SFS-EN ISO 17225-4 (pienille laitoksille ja kotitalouteen) - julkaistaan 3/2014
8 Hakkeen tuotestandardi SFS-EN ISO 17225-4 Jaettu laatuluokkiin: A1, A2, B1 ja B2 Luokat A1 ja A2 vain puhtaalle luonnonpuulle (1.1) ja kemiallisesti käsittelemättömälle teollisuuden puutähteelle (1.2.1) 8 Ei lyhytkiertoviljelypuuta luokka 1.1.1.3 (mm. energiapaju), jos lannoitettu jätevesilietteillä tai epäillään että on kasvatettu saastuneella maalla (kuuluu luokkaan B1) Hakeluokat B1 ja B2 sisältävät myös kemiallisesti käsiteltyä (1.2.2) tai käytöstä poistettua puuta (1.3) Raja-arvot myös typelle (N1.0), rikille (S0.1), kloorille (Cl0.05) p-% kuivaaineesta Raja-arvot raskasmetalleille : As (<1), Cd (<2), Cr (<10), Cu (<10), Pb (<10), Hg (<1), Ni (<10) ja Zn (<100) mg/kg kuiva-aineesta Irtotiheys (BD) A1-luokka: BD150, BD200 ja BD250, A2-luokka: BD150, BD200, BD250 ja BD300 B1- ja B2-luokat: sovitaan erikseen
9 Hakkeen tuotestandardi SFS-EN ISO 17225-4 Kosteus (M) 9 A1-luokka; M10 ja M25, A2 luokka; M35, B1- ja B2-luokat; sovitaan erikseen Mitataan joka kuormasta Tuhka (A) A1-luokka; A1.0, rankahake kuuluu yleensä tähän luokkaan A2-luokka; A1.5 ja B1- ja B2-luokka (A3.0) Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa (Q) Opastava (vapaaehtoinen) ja minimiarvo ilmoitettava Tärkeä kaupankäynnin kannalta Lämpöarvo saapumistilassa lasketaan kosteuden (M) ja kuiva-aineen tehollisen lämpöarvon avulla. Kuiva-aineen tehollinen lämpöarvo saadaan kirjallisuudesta esim. Alakangas, E. 2000. Suomessa käytettävien polttoaineiden ominaisuuksia, VTT Tiedotteita 2045.
10 Hakkeen palakoon luokittelu SFS-EN ISO 17225-4 Luokka Pääfraktio (vähintään 60%) mm Karkea fraktio (mm) Maksimipituus ylisuurille kappaleille, mm P16S 3.15 <P < 16 <6% >31,5 mm < 45 mm < 2 P31S 3,15 <P< 31,5 <6% >45 mm <150 mm < 4 P45S 3,15 <P < 45 <10% >63 mm < 200 mm < 6 Poikkileikkauspinta-ala, cm 2 vain SFS-EN ISO 17225-4 standardille Täryttävä seulontalaite, jossa käytetään 3,15, 8, 16, 31,5, 45, 63 ja 100 mm seuloja. 10 Ei mitata yleensä, luokka joko P31S tai P45S Analyysi SFS-EN ISO 17827-1/EN ISO 17827-1 menetelmällä
11 Irtotiheys BD (kg/m 3 ) Mitataan joka kuormasta A1-luokka: BD150; BD200; BD250; A2-luokka: BD150; BD200; BD250 BD300; B1- ja B2-luokat: minimiarvo ilmoitettava Laske irtotiheys: BD = (m 2 - m 1 )/V m 2 =näytteen ja astian yhteinen paino m 1 = tyhjän astian paino V=50 l eli 0,05 m 3 Ilmoita tulos 0,1 kg/m 3 tarkkuudella. Tarvitset näytettä noin 70 litraa, mikä laitetaan 50 litran astiaa (korkein mahdollinen keko). Astia pudotetaan kohtisuoraan 15 cm:n korkeudelta 3 kertaa. Välillä pinta tasataan. 11
12 Näytteenotto on tärkeää! Poikkeamat analyysituloksissa verrattuna todellisiin arvoihin: Näytteenotosta: 80 % Näytteen käsittelystä: 15 % Analyyseistä: 5 % Näytteen on edustettava koko toimituserää! Toimituserä 10 tonnia eli noin 40 irto-m 3 Näyte Esikäsitelty näyte Analyysinäyte ~5 g 12
13 Hyvän näytteenoton yksinkertaistetut periaatteet Paikka mahdollisimman lähellä polttoaineen luovutusta, Näytteenotto vapaasta liikkeestä (putoava virta), Näytteenoton kohdistuttava koko materiaalivirtaan tai valtaosaan siitä, Materiaalivirrasta useampia pienempiä näytteitä (osanäytteitä), Vältettävä jatkuvaa osavirrasta tapahtuvaa näytteenottoa VTT ottaa 10 osanäytettä putoavasta virrasta Vakkalämmön polttoainetta purettaessa.
14 Manuaalinen näytteenotto Käsinäytteenotto hitaille virtauksille tai paikallaan olevasta materiaalista (esim. kasasta). Tarvitaan näytteenottokauha, johon mahtuu 3 litraa näytettä on sopiva ranka- ja hakkuutähdehakkeelle. Näytteitä tarvitaan yhdestä kuormasta 10 kpl, jos päivässä toimitetaan yksi kuorma (<50 m 3 ) ja 5 jos 2 kuormaa päivässä tai >100 m 3 kuormasta. Näytteenkäsittely ja jakaminen eivät saa muuttaa tutkittavia ominaisuuksia.
15 Näytteen jakaminen Kaada näyte pöydälle nopealla liikkeellä ja tasoita kasa. Esimerkissä pöytänä on filmivanerin pala ja jalat on tehty kuormalavoista.
16 Näytteen jakaminen - neliöinti Hylkää H Hylkää Jaa näyte 4:ään yhtä suureen osaan ja ota 2 vastakkaista osaa näytteeksi ja hylkää toiset 2 vastakkaista. Toista käsittely, niin että näytettä on vähintään 300 g eli noin 2 litraa kosteusanalyysia varten.
17 Irtotiheys (BD) ja kosteus (M) säkeistä Vakkalämpö Polttoainevarastosta otetut säkkinäytteet Säkin numero Kosteus p-% Irtotiheys kg/m 3 1 34.7 232 2 33.6 238 3 34.5 228 Keskiarvo 34.3 233 Laitoksen oma mittaus 32.7 210 Irtotiheys kannattaa määrittää ensin 50 litran astialla ja sitten jakaa näyte neliöintimenetelmällä noin 2 litran kosteusnäytteeksi (yli 300 g).
18 Kosteus (M) - Vakkalämpö Yksittäisnäytteen numero Kosteus, p-% 1 29.1 2 32.2 3 33.6 4 36.7 5 29.3 6 29.9 7 33.4 8 30.3 9 30.9 10 30.6 Keskiarvo VTT:n mittauksista 31.6 (M35) Laitoksen oma mittaus (1 näyte) 32.7 (M35) Kosteus määritetään joka kuormasta irtotiheysnäytteestä jakamalla saadusta 2 litran kosteusnäytteestä (yli 300 g). Laske kosteus M = (m 2 -m 3 )/(m 2 -m 1 ) * 100 m 1 = astian paino tyhjänä, m 2 = alkupaino (kostea polttoaine+astia) m 3 = loppupaino (kuiva polttoaine+astia), max. 24 tunnin kuivaaika)
19 Tuhkapitoisuus (A) - Vakkalämpö Säkit otettu Vakkalämmön polttoainevarastosta Säkin numero Kosteus p-% Tuhkapitoisuus, p-% kuivaaineesta (550 o C) 1 34.7 0.6 3 34.5 0.7 Tuhkapitoisuus (A) määritetään laboratoriossa, silloin kun raaka-aine ei ole tunnettu. Korkea tuhkapitoisuus huonontaa lämpöarvoa! Rankahakkeen tuhkapitoisuus on yleensä < 1 p-% kuiva-aineesta, jos varastoinnissa on oltu huolellisia eikä maa-ainesta ole hakkeessa.
20 Palakoko Vakkalämpö Seulan koko Määrä, p-% Mitattu fraktio vaatimus) Luokka 1 < 3,15 mm 6,9 6,9 % (< 8 %) P31S 3,15 8 mm 11,7 8 16 mm 28,4 16 31,5 mm 42,1 82,2 % ( > 60 %) P31S 31,5 45 mm 10,8 P31S 45 63 mm 0,2 0,2 % P31S< 6 % yli 45 mm ja kaikki alle 150 mm tai 63 100 mm 0 P31S < 100 mm 0 Poikkileikkauksen pinta-ala 3,4 cm 2 P45S < 10 % yli 63 mm ja kaikki alle 200 mm 1 Valitaan pienin palakokoluokka, joka täyttää laatuvaatimukset. P45S Vakkalämmön rankahake soveltuu palakokoluokkaan P45S standardin SFS-EN ISO 17225-4 mukaan. Muut ominaisuudet täyttävät luokan P31S, paitsi poikkileikkauksen pinta-ala, minkä takia luokka on P45S.
21 Lämpöarvon laskenta Kostean (saapumistilaisen) polttoaineen tehollinen lämpöarvo (Q) Q = q net,dry (100-M/100) 0.02443 x M Kuiva-aineen tehollinen lämpöarvo (q net,dry ), mikä on pienläpimittaiselle rangalle tyypillisesti 19,00-19,20 MJ/kg ja keskimääräinen kosteus Vakkalämmön tapauksessa (M) = 31.6 p-% Q = 19.10 (100 31.6/100) 0.02443 x 31.6 MJ/kg = 12.36 MJ/kg Lämpöarvoa ei mitattu vaan käytettiin tyypillistä arvoa. Energiatiheyden (E) laskeminen irtotiheyden avulla E=Q/3600x BD BD = mitattu keskimääräinen irtotiheys 233,0 kg/m 3 E = 12,36/3600 x 233,0 = 0,80 MWh/irto-m 3
22 Tuoteseloste - Vakkalämpö Tuoteseloste standardin SFS-EN ISO 17225-1 mukaan Ominaisuus Yksikkö Ominaisuusluokka Velvoittavat Raaka-aine - 1.1.3.1 tai 1.1.3.2 Mitat, P mm P31 Kosteus, M p-% M35 Tuhka, A p-% kuiva-aineesta A1.0 Opastavat Irtotiheys, BD kg/m 3 BD250 Energiatiheys saapumistilassa, E MWh/irto-m 3 0.80 Rankahakkeen laatuluokka on A2 standardin SFS-EN ISO 17225-4 mukaan. Talvella kosteuden keskiarvo ylittää kosteusluokan M35 vaatimuksen.
23 Ohjeet tiivistettynä Tee näytteenotto huolellisesti ja käytä 3 litran kauhaa. Kerää vähintään 70 litraa näytettä kannelliseen muovisaaviin irtotiheysmääritystä varten putoavasta virrasta, jos mahdollista. Määritä ensin irtotiheys (BD). Jaa näyte neliöintimenetelmällä irtotiheysnäytteestä, siten että saat 2 litraa (vähintään 300 g) näytettä kosteuden määritystä varten. Määritä kosteus (M) välittömästi. Älä kuivata yli 24 tuntia! Laske tehollinen lämpöarvo saapumistilassa (Q) kosteuden ja kuivaaineen lämpöarvon avulla. Määritä polttoaine-erän energiasisältö (E) lämpöarvon (Q) ja irtotiheyden (BD) avulla. Laske polttoaine-erän energia (MWh:nä) energiasisällön ja kuormatilavuuden avulla.
24 Puupolttoaineiden laatuohje FINBION laatuohjeen 1998 päivitys VTT laatinut työryhmän kanssa, jossa edustus Bioenergia ry:n, Energiateollisuus ry:n, Metsäteollisuus ry:n jäsenistöstä sekä Energiamarkkinavirastosta. Perustuu SFS-EN/ISO standardeihin ja SolidStandards-projektin aineistoon. Ohje sisältää hakkeen, murskeen ja tärkeimpien metsäteollisuuden puutähteiden sekä näiden sekoituksien luokittelun, ominaisuuksien mittauksen ja tuoteselosteita. Ohjeessa on tarkempi kuvaus näytteenotosta ja näytteen käsittelystä Liitteinä tärkeimpien ominaisuuksien määritys kuvallisena esityksinä (kosteus, irtotiheys, palakoko), lämpöarvon laskenta, näytteenottokaavio, keskimääräisiä ominaisuuksia jne. Uusi puun mittauslaki (414/2013) ja Tilastokeskuksen polttoaineluokittelu huomioitu.
25 Käytetyt standardit SFS-EN 14961-1 (SFS-EN ISO 17225-1) Yleinen luokittel SFS-EN 14961-4 (SFS-EN ISO 17225-4) Laatuluokiteltu hake SFS-EN 14778 Näytteenotto SFS-EN 14780 Näytteenkäsittely SFS-EN 15149-1 (SFS-EN ISO 17827-1) Palakoko SFS-EN 15103 (SFS-EN ISO 17828), Irtotiheys SFS-EN 14775 (SFS-EN ISO 18122) Tuhkapitoisuus SFS-EN 14774-2 (SFS-EN ISO 18134-2), Kosteus, yksinkertaistettu menetelmä Suluissa tuleva uusi SFS-EN ISO-standardi
SolidStandards Kiitos! Johtava tutkija Eija Alakangas, VTT eija.alakangas@vtt.fi Puh. 0400 542 454 COPYRIGHT: Tämä dokumentti on laadittu CENin luvalla koulutustarkoitukseen, käyttäjien opastamiseksi kiinteiden biomassojen standardeista. Dokumenttia ei ole lupa käyttää mihinkään muuhun henkilökohtaiseen/kaupalliseen tarkoitukseen kuin tähän koulutukseen. SolidStandards-projektin osarahoittajana toimii Euroopan Älykäs Energiahuolto-ohjelmaa (Sopimus No. EIE/11/218). Tämän julkaisun sisällöstä vastaavat kirjoittajat ja sisältö ei välttämättä edusta Euroopan komission mielipidettä eikä EACI tai Euroopan komissio ole vastuussa tämän julkaisun sisällön käyttämisestä.