Kiinteiden biopolttoaineiden kansainväliset standardit metsähake esimerkkinä Eija Alakangas, VTT CEN/TC335 ja ISO/TC 238 Kiinteät biopolttoaineet Laatuluokittelutyöryhmän 2 puheenjohtaja eija.alakangas@vtt.fi Puh. 0400-542 454 12.12.2013 Eija Alakangas 1
Sisältö Standardisointiprosessi Tekniset spesifikaatiot EN-standardit ISO-standardit. Raaka-aineen luokittelu alkuperän mukaan Hakkeen ja murskeen laatuluokittelu SFS-EN ISO 17225-1 ja SFS-EN ISO 17225-4 mukaan. Uusi puupolttoaineiden laatuohje tulossa 2
Kiinteiden biopolttoaineiden eurooppalaisten ja kansainvälisten standardien viitekehys Lainsäädäntö WTO Standardisointi Kaupan esteiden poistaminen ISO/TC 238 Kiinteät biopolttoaineet 60 standardia* Wienin sopimus* Euroopan komissio Mandaatti Standardit CEN/TC 335 Kiinteät biopolttoaineet 36 standardia Tutkimusten tulokset Tiedonkeruu alan toimijoilta sekä tiedottaminen standardien kehityksestä alan toimijoille Standardisointia tukevat EU-projektit BioNorm, EUBIONET, Phydades, SolidStandards 3 * ISO standardit julkaistaan EN ISO-standardeina Euroopassa, ja ne korvaavat nyt voimassa olevat EN-standardit
4 Kiinteiden biopolttoaineiden standardisoinnin eteneminen 2000-2013 ISO CEN/TS Painotetut äänet, Suomi n. 2 % äänistä 3 vuotta voimassa valmisteltu 2000-2006 Vain 1 standardi voimassa Tekniset spesifikaatiot (27 julkaistu) Kansalliset standardit voimassa yhtä aikaa EN Eurooppalaiset standardit (36 julkaistu) Kansalliset standardit kumottu Painotetut äänet 5 vuotta voimassa Valmisteltu 2007-2012 Kansainväliset standardit ( 60 valmisteilla) Euroopassa julkaistaan EN ISO standardeina ja EN-standardit poistuvat 1 ääni kullakin maalla 2 valmisteluaika 3 vuotta voimassa valmistelu 2009-2015 4 2000 2004 2006 2008 2010 2012 2014
Kiinteiden biopolttoaineiden ketju Taulukot, jossa ominaisuusluokat kaikille kiinteille biopolttoaineille sis. hake ja murske (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 Alkuperän dokumentointi (Taulukko 1) SFS-EN ISO 17225-1 Polttoaineen laadunvarmistus (SFS-EN 15234-1 hakkeelle ja murskeelle ja SFS-EN 15234-4 hakkeelle pienkäyttöön ) Tuoteseloste (SFS-EN 15234-1 tai 4 5
1.1.3.1 & 1.1.3.2 Raaka-aineen luokittelu alkuperän mukaan (origin and source) EN ISO 17225-1 6 Kuva: Jyrki Raitila, VTT
Laatuvaatimukset ja - luokat (SFS-EN ISO 17225-1) Puupolttoaineet on jaoteltu alaluokkiin alkuperän perusteella: 1 Puubiomassa (Woody biomass) 1.1 Metsän, istutusmetsän puu ja muu luonnonpuu 1.2 Sivutuotteet ja tähteet metsäteollisuudesta 1.2.1 Kemiallisesti käsittelemätön (kuori, sahanpuru ) 1.2.3 Kemiallisesti käsitelty (vaneri, lastulevy, maalattu puu ) 1.3 Käytöstä poistettu puu Kuormalavat, puupakkaukset, rakennusten puu (ei purkupuu) 1.4 Sekoitukset ja seokset (Blends and mixtures) blends* = tarkoituksella tehdyt sekoitukset mixtures = sattumanvaraisesti syntyneet seokset 7 *Energiamarkkinavirasto vaatii sekoituksen eri komponenttien ilmoittamisen 7,5 % tarkkuudella energiasisällön mukaan.
8
1.1 Metsästä, istutusmetsästä korjattu puu tai muu luonnonpuu (Taulukko 1, SFS-EN ISO 17225-1) 1.1 Forest, plantation and other virgin wood 1.1.1 Kokopuu ilman juuria (Whole tree without roots) 1.1.2 Kokopuu juurineen (Whole tree with roots) 1.1.1.1 Lehtipuu (broad-leaf) 1.1.1.2 Havupuu (coniferous) 1.1.1.3 Lyhytkiertoviljelypuu (short rotation coppice) 1.1.1.4 Pensaat (bushes) 1.1.1.5 Sekoitukset ja seokset (blends and mixtures) 1.1.1.1 Lehtipuu (broad-leaf) 1.1.1.2 Havupuu (coniferous) 1.1.1.3 Lyhytkiertoviljelypuu (short rotation coppice) 1.1.1.4 Pensaat (bushes) 1.1.1.5 Sekoitukset ja seokset (blends and mixtures) 9
1.1 Metsästä, istutusmetsästä korjattu puu tai muu luonnonpuu (Taulukko 1, SFS-EN ISO 17225-1) - jatkuu 1.1 Forest, plantation and other virgin wood 1.1.3 Runkopuu/ranka (Stem wood) 1.1.4 Hakkuutähteet (Logging residues) 1.1.3.1 Kuorellinen lehtipuu 1.1.3.2 Kuorellinen havupuu 1.1.3.3 Kuoreton lehtipuu 1.1.3.4 Kuoreton havupuu 1.1.1.5 Sekoitukset ja seokset 1.1.4.1 Tuore/vihreä lehtipuu (sisältää lehtiä) 1.1.4.2 Tuore/vihreä havupuu (sisältää neulasia) 1.1.4.3 Varastoitu lehtipuu 1.1.4.4 Varastoitu havupuu 1.1.4.5 Sekoitukset ja seokset 10
1.1 Metsästä, istutusmetsästä korjattu puu tai muu luonnonpuu (Taulukko 1, SFS-EN ISO 17225-1) 1.1 Forest, plantation and other virgin wood 1.1.5 Kannot (Stumps and roots) 1.1.5.1 Lehtipuu 1.1.5.2 Havupuu 1.1.5.3 Lyhytkiertoviljelypuu 1.1.5.4 Pensaat 1.1.5.5 Sekoitukset ja seokset 1.1.6 Kuori metsätoiminnosta (Bark from forestry operations) 1.1.7 Sekalainen puu puutarhoista, puistoista, tienvarsilta, viinitiloilta, hedelmätarhoilta ja uppotukit makeasta vedestä (Segregated wood from gardens, parks, roadside maintenance, vineyards, fruit orchards and driftwood from freshwater) 1.1.8 Sekoitukset ja seokset (Blends and mixtures) - luokan 1.1 sisällä 11
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 (liite B) tai sen maan tyypilliset luonnonpuun arvot, josta raaka-aine on peräisin. Suomessa VTT* on julkaissut laatuluokittelun käytöstä poistetulle puulle, jossa on raja-arvot kemiallisesti käsitellylle puulle luonnonpuun mukaan. 12 * Alakangas, E. & Wiik, C. 2008. Käytöstä poistetun puun luokittelu ja hyvien käytäntöjen kuvaus. VTT-R-04989-08.
CEN/TC 335 (ISO/TC 238) standardit kiinteille biopolttoaineille Holvaantumisominaisuudet (ei julkaistu) Lämpöarvo SFS-EN 14918 (ENG) Tuhkapitoisuus SFS-EN 14775 Palakokojakauma SFS-EN 15149 Mekaaninen kestävyys (pelletit & briketit) SFS-EN 15210 Kosteus SFS-EN 14774 Irtotiheys SFS-EN 15103 Kiintotiheys SFS-EN 15150(ENG) Epäpuhtaudet (ei menetelmää) Tuhkansulamiskäyttäytyminen CEN/TS 15370-1 (ENG) Laatuvaatimukset ja luokat SFS-EN 14961 (moniosainen) SFS-EN ISO 17225 Laadunvarmistus SFS-EN 15234 (moniosainen) Terminologia SFS-EN 14588 SFS-EN ISO 16599 Näytteenotto ja näytteenkäsittely SFS-EN 14788, 14799
SFS-EN ISO 17225 1 joustava luokittelu kukin ominaisuus valitaan erikseen Ominaisuudet eivät ole sidottu toisiinsa, joten tuottaja ja käyttäjä voivat valita luokat kustakin ominaisuusluokista erikseen. Tuotantoketju on voitava jäljittää kokoketjun osalta, siksi alkuperätieto on tärkeä Tärkeimmille kauppanimikkeille on tehty taulukkopohjainen luokittelu (esim. hake/murske) Ominaisuusluokat merkitty symbolein Esimerkiksi kosteus (kosteus, M) M35, tarkoittaa että kosteuden on oltava 35 p-% keskimäärin 14
SFS-EN ISO 17225-1 ja 4 - periaatteet Tärkeimmät ominaisuudet ovat velvoittavia (pakollisia) alkuperä on aina pakollinen (Taulukko 1 SFS-EN ISO 17225-1) velvoittavat ominaisuudet vaihtelevat eri kauppanimikkeillä (traded forms) kosteus (M) ja tuhkapitoisuus (A) velvoittava kaikille polttoaineille Osa ominaisuuksista opastavia (vapaaehtoisia), mutta ne suositellaan ilmoitettavan ISO 17225-4 Laatuluokiteltu puuhake ominaisuudet on sidottu toisiinsa luokiksi (A1, A2, B1 ja B2) ja kaikki muut paitsi lämpöarvo on velvoittavia. 15
Puuhake ja -murske termit SFS-EN 14588/SFS-EN ISO 16559 Puuhake (Wood chips) Haketettu puubiomassa, jonka palat ovat tuotetut mekaanisella käsittelyllä käyttäen teräviä työkaluja, kuten veitsiä Hakepalat ovat suorakaiteen muotoisia Murske (Hog fuel) Puupolttoaine, jolla on vaihteleva palan muoto ja koko Tuotettu murskaamalla tylpillä työkaluillla kuten teloilla, varastoilla ja varstoilla 16
1.1.4.2 Hakkeen ja murskeen laatuluokittelu (Fuel specification and classes) SFS-EN ISO 17225-1 Hakkeen laatuluokittelu SFS-EN ISO 17225-4 (pienille laitoksille ja kotitalouteen) 17 Kuva: Jyrki Raitila, VTT
Puuhake ja murske velvoittavat (SFS-EN ISO 17225-1) Kosteus, M alkaen M10 päättyen M55 (5 %-yksikön välein), M55+ maksimiarvo ilmoitettava Analyysi SFS-EN 14774-1, -2 tai -3/ SFS-EN ISO 18134-1 osa 1, 2 tai 3 Tuhka, A luokat A0.5, A0.7, A1.0, A1.5, A2.0, A3.0, A5.0, A7.0, A10 ja A10.0+ (maksimiarvo ilmoitettava) Analyysi SFS-EN 14775/EN ISO 18122 Huom. tuhkauslämpötila 550 o C 18 Kuva: Labtium Oy/ENAS
Puuhake ja murske velvoittava tai opastava (SFS-EN ISO 17225-1) Typpi, N, N0.2, N0.3, N0.5, N1.0, N1.5, N2.0, N3.0, N3.0+ (maksimiarvo ilmoitettava) Analyysi SFS-EN 15104/EN ISO 16948 Kloori, Cl, Cl0.02, Cl0.03, Cl0.05, Cl0.07,Cl0.1, Cl0.1+ (maksimiarvo ilmoitettava Analyysi SFS-EN 15289/EN ISO 16994 N ja Cl velvoittava vain, jos kemiallisesti käsiteltyä puuta eli alkuperäluokat 1.2.2 Puujalostusteollisuuden sivutuotteet ja tähteet, kemiallisesti käsitelty 1.3.2 Käytöstä poistettu puu tai puutuote, kemiallisesti käsitelty Ei koske metsähaketta 19
Puuhake ja murske SFS-EN ISO 17225-1&4 Lämpöarvo Q (MJ/kg saapumistilassa) tai energiatiheys, E (kwh/irto-m 3 ) opastava hakkeelle ja minimiarvo on ilmoitettava (SFS-EN ISO 17225-1 ja 4) Tuhkan sulamiskäyttäytyminen (opastava) Opastava SFS-EN ISO 17225-1, ei vaatimusta SFS-EN ISO 17225-4:lle muodonmuutoslämpötila (DT, o C) ilmoitettava hapettavissa olosuhteissa, mutta suositellaan kaikkien lämpötilojen ilmoittamista Kutistuminen SST Muodonmuutos DT Puolipallo HT Sulaminen FT 20 Analyysi CEN/TS 15370-1
Lämpöarvon laskenta (SFS-EN ISO 17225-1) Tehollinen lämpöarvo saapumistilassa (Q) minimiarvo on ilmoitettava (laskenta polttoaineen kosteuden ja kuiva-aineen tehollisen lämpöarvon (vakiopaineessa) avulla) q p, net, ar 100 M ar qp, net,d ( ) 0, 02443 100 q p,net,ar tehollinen lämpöarvo saapumistilassa, (MJ/kg) q p,net,d kuiva-aineen tehollinen lämpöarvo vakiopaineessa (MJ/kg) M ar kosteus (p-%) 0,02443 veden (kosteuden) höyrystymisentalpian korjaustekijä (vakiopaineessa) 25 C:ssa [MJ/kg 1 p-% kosteutta kohti] Tulos ilmoitetaan 0,10 MJ/kg tarkkuudella Laskentakaavat SFS -EN ISO 17225-1:n liitteessä D. M ar Kalorimetripommissa määritetään kalorimetrinen lämpöarvo menetelmällä SFS-EN 14918/SFS EN ISO 18125 ja kuiva-aineen tehollinen lämpöarvo lasketaan. 21 Kuva: Labtium/ENAS Oy
Puuhake ja murske opastava (SFS-EN ISO 17225-1) ja velvoittava SFS- EN ISO 17225-4) Irtotiheys, BD (kg/m 3 ) Luokat BD150; BD200; BD250; BD300; BD350; BD400 ja BD450+ (minimiarvo ilmoitettava) Suositellaan ilmoitettavan, jos kauppa käydään tilavuuden perusteella. 50 litran astia pudotetaan kohtisuoraan 15 cm:n korkeudelta 3 kertaa ja punnitaan. 22 Irtotiheys menetelmällä SFS-EN 15103/EN ISO 17828)
Hakkeen ja murskeen palakoon luokittelu SFS-EN ISO 17225-1 ja 4 - velvoittava Luokka Pääfraktio (vähintään 60%) mm Karkea fraktio (mm) Maksimipituus ylisuurille kappaleille, mm P16S 3.15 <P < 16 <6% >31,5 mm <45 mm <2 P16 3,15 <P < 16 <6% >31,5 mm <150 mm P31S 3,15 <P< 31,5 <6% >45 mm <150 mm <4 P31 3,15 <P< 31,5 <6% > 45 mm <200 mm P45S 3,15 <P < 45 <10% >63 mm <200 mm <6 P45 3,15 < P < 45 <10% >63 mm <350 mm P63 3,15 <P < 63 <10% >100 mm <350 mm P100 3,15 <P < 100 <10% >150 mm <350 mm P200 3,15 <P < 200 <10%>200 mm <400 mm P300 3,15 <P < 300 ilmoitettava Poikkileikkaus-pintaala, cm 2 vain SFS-EN ISO 17225-4 standardille 23 Analyysi SFS-EN ISO 17827-1/EN ISO 17827-1 menetelmällä Keltaisella merkityt luokat vain SFS-EN ISO 17225-4 standardille
Hienoaineksen määrä (<3,15 mm) Hienoaineksen määrä (< 3,15 mm), SFS-EN ISO 17225-1 SFS-EN ISO 17225-4 F05 < 5 % - F10 < 10 % F15 < 15 % P31S ja P45S- luokan vaatimus P16S luokan vaatimus F20 < 20 % - F25 < 25 % - F30 < 30 % F30+ > 30 (maksimiarvo on ilmoitettava) - - 24 SFS-EN ISO 17225-1 standardissa F-luokka ilmoitetaan erikseen. SFS-EN ISO 17225-4 hienoaines on osana P-luokkaa
Esimerkki P45S, P45 ja P63 analyyseistä 25 Luokassa P45S ilmoitetaan myös poikkileikkauksen pinta-ala, < 6 cm 2 ja hienoainesta sallitaan vain < 10 p-% (F10) SFS-EN ISO 17225-4
Esimerkki Hakkuutähde P31, F25 Seulan koko Määrä, p-% Mitattu fraktio vaatimus) Luokka 1 Kumulatiivinen kertymä < 3,15 mm 24,2 24,2 % (F25) F25 24,2 3,15 8 mm 34,2 8 16 mm 29,8 64 % ( < 60 %) P16 88,2 16 31,5 mm 8,3 96,5 31,5 45 mm 0,7 3,5 % (< 6 % yli 45 mm) P16 97,2 45 63 mm 2,8 63 100 mm 0 kaikki alle 150 mm P16 100 < 100 mm 0 100 1 Valitaan pienin palakokoluokka, joka täyttää laatuvaatimukset, joka nimetään pääfraktion mukaan. Esimerkin hakkuutähde soveltuu palakokoluokkaan P16 ja hienoaines F25 standardin SFS-EN ISO 17225-1 mukaan. 26 Esimerkin luvut: INFRES (www.infres.eu) 58,4 100
Kumulatiivinen kertymäkäyrä P31 120 Kumulatiivinen kertymä, p-% 100 F25 80 60 40 Hienoaines 24,2 % (<3,15 mm), pohjaseulan massa P31 20 0 Pääfraktio 73 % (seulojen 3,15-31,5 mm) yhteenlaskettu massa Karkea fraktio 3,5 % (seulojen 31,5-100 mm yhteenlaskettu massa) Kaikki alle 200 mm < 3,15 3,15 8 mm 8-16 mm 16-31,5 mm 31,5 45 mm 45-63 63-100 > 100 27 Esimerkin luvut: INFRES (www.infres.eu)
Hakkeen tuotestandardi pienkäyttöön SFS-EN ISO 17225-4 - velvoittavat Hakeluokat A1 ja A2 vain puhtaalle luonnonpuulle Ei lyhytkiertoviljelypuuta, jos lannoitettu jätevesilietteillä tai epäillään että on kasvatettu saastuneella maalla (luokkaan B1) Hakeluokat B1 ja B2 sisältää myös kemiallisesti käsiteltyä tai käytöstä poistettua puuta Raja-arvot myös typelle (N1.0), rikille (S0.1), kloorille (Cl0.05) p-% kuiva-aineesta 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) Luokat A1 (BD150, BD200 ja BD250), A2 (BD150, BD200, BD250 ja BD300) B1 ja B2 sovitaan erikseen Kosteus (M) Luokat A1 (M10 ja M25), A2 (M35), B sovitaan erikseen Tuhka (A) Luokat: A1 (A1.0), A2 (A1.5) ja B1 ja B2 (A3.0) 28
Opastavat Velvoittavat Tuoteseloste - hakkuutähdehake Tuoteseloste perustuen standardiin SFS-EN ISO 17225-1 Ominaisuus Yksikkö Laatuluokat Raaka-aine - 1.1.4.2 Tuore/vihreä, hakkuutähde, havupuu Sijainti Forssa Palakoko, P mm P 31, F 25 Kosteus, M p-% M 55 Tuhka, A p-% kuivaaineesta A 5.0 Irtotiheys, BD kg/m 3 BD 350+ (408) Tehollinen lämpöarvo, MJ/kg Q 7.00 saapumistilassa, Q 29
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. 30 Lue: Järvinen, T. & Impola, R.. Näytteenottostandardin soveltamisohje. Näytteenotto- ja näytekäsittelystandardien (SFS-EN 14778 ja SFS-EN 14780) soveltamisohje metsäpolttoaineille Suomessa. VTT-R-03522-12.
Ratkaisuja metsäenergian koko tuotantokäyttöketjuun Myös polttoaineen laatuun ja laadun seurantaan 12.12.2013 Eija Alakangas, VTT 31