Jari Korhonen Jukka Lintu HAKE POLTTOAINEENA Käyttöpaikat Keski-Savossa Opinnäytetyö Metsätalouden koulutusohjelma Toukokuu 2006
KUVAILULEHTI Opinnäytetyön päivämäärä 11.5.2006 Tekijä Jukka Lintu Jari Korhonen Koulutusohjelma ja suuntautuminen Metsätalouden koulutusohjelma Metsätalous Nimeke Hake polttoaineena - Käyttöpaikat Keski-Savossa Tiivistelmä Työssä kartoitimme polttohakkeenkäyttöpaikkoja Keski-Savon metsänhoitoyhdistyksen alueelta ja sen lähiympäristöstä. Tarkoituksena oli selvittää, onko alueella mahdollisuuksia hakkeen käytön lisäämiseen ja lämpöyrittäjyyteen. Kysely tehtiin sähköposti- ja puhelinkyselynä. Kysely lähetettiin 19 käyttäjälle, joista 15 vastasi kyselyyn. Kyselyiden vastaukset käsittelimme Excel-taulukkolaskentaohjelmalla. Kyselyyn vastanneista laitoksista vain neljä sijaitsi toimialueella ja suurimman osan laitoksista omistivat osakeyhtiöt. Toimialueeseen kuuluu Joroinen, Varkaus, Leppävirta, Heinävesi ja Kangaslampi. Eniten laitoksia omisti Savon Voima Lämpö, jolla laitoksia oli kolmella paikkakunnalla. Suuren osan laitoksista muodostivat pienet lämpöyrittäjän ylläpitämät laitokset. Hakkeentoimittajia oli monenkokoisia ja niiden valintaan vaikutti etenkin hinta ja laatu. Hakkeen laadulla on varsin suuri merkitys varsinkin pienille laitoksille. Tuloksista selviää, että tulevaisuudessa hakkeen käyttö tulee lisääntymään ja kasvattamaan asemaansa muihin polttoaineisiin nähden. Suuret laitokset tekevät investointeja hakkeen käytön lisäämiseksi ja ottavat samalla huomioon eri toimittajavaihtoehdot. Myös pienille toimittajille on kysyntää. Samalla voidaan lisätä kilpailua alalla. Asiasanat (avainsanat) Bioenergia, energiapuu, hake, haketus Sivumäärä Kieli URN 39 s. + liitt.2 s. Suomi URN:NBN:fi:mamk-opinn200610212 Huomautus (huomautukset liitteistä) Ohjaavan opettajan nimi Timo Antero Leinonen Opinnäytetyön toimeksiantaja Keski-Savon Metsänhoitoyhdistys
DESCRIPTION Date of the bachelor's thesis May 11, 2006 Author Jukka Lintu Jari Korhonen Degree programme and option Degree Programme in Forestry Forestry Name of the bachelor's thesis Woodchips for fuel- Places of use in Keski-Savo Abstract In this bachelor s thesis we searched places which use woodchips in Keski-Savo forestry society s working area and its immediate surroundings. Our objective was to investigate the possibilities to increase woodchip use and the number of heat entrepreneurs. The research based on e-mail and phone surveys. The questionnaire was sent to 19 users; 15 users answered. The answers were analysed by Excel spreadsheet program. Only four of the plants which answered to the questionnaire were local in the working area and most of them were owned by private companies. The working area included Joroinen, Varkaus, Leppävirta, Heinävesi and Kangaslampi. Most of the plants were owned by Savon Voima Lämpö, which had plants in three different localities. Small plants which were taken care of by heat entrepreneurs were important. There were also many different sized woodchip suppliers and choosing them depended on price and quality. Woodchips quality had a big effect especially for small plants. This thesis proved that in future the use of woodchips will increase. Big plants will make investments to increase the use of woodchips and at the same time they will take different supplier alternatives into account. Also small suppliers will be successful and competition will increase. Subject headings, (keywords) Bioenergy, energywood, woodchips, chipping Pages Language URN 39 p. + app. 2 p. Finnish URN:NBN:fi:mamk-opinn200610212 Remarks, notes on appendices Tutor Timo Antero Leinonen Employer of the bachelor's thesis Keski-Savo forestry society
SISÄLTÖ KUVAILULEHDET 1 JOHDANTO...1 2 PUUENERGIANKÄYTTÖ SUOMESSA...1 2.1 Historia...1 2.2 Puuenergiankäytön nykytila...2 2.3 Biopolttoaineiden käyttötavoite...3 3 ENERGIAPUUN TUOTANTO...4 3.1 Korjuu...4 3.3 Haketus...6 3.3.1 Palstahaketus...7 3.3.2 Tienvarsihaketus...7 3.3.3 Terminaalihaketus...9 3.3.4 Käyttöpaikkahaketus...9 4 HAKE...10 4.1 Hake polttoaineena...10 4.2 Metsähakkeet...10 4.2.1 Hakkuutähdehake...10 4.2.2 Kokopuu- ja rankahake...11 4.2.3 Kantohake...11 4.3 Hakkeen laatu...13 5 METSÄTEOLLISUUDEN SIVUTUOTTEET...15 5.1 Yleistä...15 5.2 Puumassateollisuus...16 5.3 Sahaus ja jatkojalostus...16 5.4 Vaneriteollisuus...17 5.5 Kierrätyspuu...17
6 METSÄHAKKEEN TOIMITTAJAT...18 7 METSÄENERGIAN KÄYTTÖKOHTEET...19 7.1 Maatilat ja pientalot...19 7.2 Pienet hakelämpölaitokset...20 7.3 Suurteollisuus...21 8 METSÄHAKKEEN TUOTANNON SEURANNAISVAIKUTUKSET...23 8.1 Vaikutukset ympäristöön...23 8.2 Vaikutukset talouteen...23 8.3 Vaikutukset työllisyyteen...24 9 TUTKIMUKSEN TOTEUTTAMINEN...25 9.1 Tutkimuksen kohderyhmä...25 9.2 Tutkimusmenetelmä...25 10 TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU...26 10.1 Laitosten sijaintipaikat ja omistuspohjat...26 10.2 Laitosten hakkeen käyttömäärät sekä lämmitettävät kuutiot...27 10.3 Muut polttoaineet...29 10.4 Hakkeen laatuvaatimukset...30 10.5 Hakkeen toimittajat ja hankinta-alueet...31 10.6 Varastointimahdollisuudet ja purkutekniikat...33 10.7 Tulevaisuuden näkymät...34 11 POHDINTA...36 11.1 Hakkeen käytöllä lupaava tulevaisuus...36 11.2 Tutkimuksen onnistuminen...37 LÄHTEET...38 LIITTEET...40
1 1 JOHDANTO Puuenergian käyttäminen on voimakkaassa kasvussa koko valtakunnan tasolla. Valtio lisää panostuksiaan alan kehittämiseen. Tavoite vuoteen 2010 mennessä on lisätä metsähakkeen tuotanto 5 milj. i-m 3. Myös Keski-Savon metsänhoitoyhdistys on päättänyt lähteä mukaan energiapuun liiketoiminnan kehittämiseen toimi-alueellaan. Keski- Savon metsänhoitoyhdistyksen toimi-alueeseen kuuluu Heinävesi, Joroinen, Varkaus, Kangaslampi ja Leppävirta. Päätavoitteena on päästä mukaan Keski-Savon alueen metsäenergiabisnekseen, toimittamaan metsähaketta asiakkaille lämpö- ja voimalaitoksiin sekä mahdollisesti myöhemmin harjoittamaan lämpöenergian myyntiä toimialueellaan. Samalla pyritään myös luomaan markkinahintaa energiapuulle. Energiapuun hyödyntäminen vaikuttaa myös korjuuolosuhteisiin ja sitä kautta leimikon markkinointimahdollisuudet paranevat. Tämä vaikuttaa kuitupuun kantohintaan ja edistää markkinahinnan muodostumista myös metsäenergialle. Työssämme olemme selvittäneet puuenergian käyttökohteita Keski-Savon metsänhoitoyhdistyksen alueelta. Lisäksi olemme selvittäneet suurimmat haketta käyttävät laitokset alueen ulkopuolelta, jotka sijaitsevat kuitenkin järkevän kuljetusmatkan päässä toimialueelta. Olemme selvittäneet hakkeen käyttömääriä, laatuvaatimuksia ja laitoksien tulevaisuuden näkymiä. 2 PUUENERGIANKÄYTTÖ SUOMESSA 2.1 Historia Ennen teollistumista Suomen metsien puusato käytettiin pääasiallisesti lämmitykseen. Puuta kului paljon, koska muita polttoaineita ei ollut ja rakennusten lämpöeristykset olivat puutteellisia. Toisaalta myös lämmitystekniikat olivat alkeellisia. Noihin aikoihin puuta käytettiin tervan ja puuhiilen valmistamiseen. Puuta kului myös kaskenpoltossa. Viime vuosisadan toisella neljänneksellä ainespuu ohitti käyttömäärissä polttopuun, vaikkakin puu säilyi edelleen keskeisenä energianlähteenä. Vielä talvisodan kynnyksellä puun osuus kaikista polttoaineista oli 70 %. (Hakkila 2004, 1.)
2 Sotaa seuranneen pulakauden aikana polttopuun merkitys kasvoi entisestään. Polttopuuhuollon toimivuus oli yhtä tärkeää kuin peruselintarvikkeiden saannin turvaaminen. Kansanhuoltoministeriöön perustettiin puu- ja polttoaineosasto hankintapiireineen. Polttopuun saannin turvaamiseksi säädettiin halkolaki. Metsänomistajille asetettiin halonhakkuuvelvoitteita, toteutettiin pakkohakkuita ja takavarikoitiin ainespuuvarastoja. Perustettiin Rautatiehallituksen Puutavaratoimisto, josta kehittyi nykyinen Vapo Oy. (Hakkila 2004, 2.) Polttopuun arvostus kääntyi laskuun 1950-luvulla kun polttoaineiden tuonti vapautettiin. Sen seurauksena maahan alkoi virrata hiiltä ja öljyä. Puun energiakäyttöä vähensi myös se, kun pinotavarakoivua alettiin käyttää puumassateollisuuden raaka-aineena 1960-luvulla. Puun osuus energian kokonaiskulutuksesta oli 1970-luvulla enää 14 %. (Hakkila 2004, 2.) Valtiovalta havahtui yleismaailmallisen energiakriisin puhjetessa 1970-luvulla ja ryhtyi edistämään puun sekä turpeen energiakäyttöä. Kotimaisten polttoaineiden käyttö lisääntyi terävöityneen energiapolitiikan ansiosta. Toisaalta siihen vaikutti myös puuperäisten prosessitähteiden tuotannon kasvu, mikä oli seurausta metsäteollisuuden laajenemisesta. Siitä seuranneen nousun vuoksi puuperäisten polttoaineiden osuus oli vuosituhannen vaihteessa jo 20 % kokonaiskulutuksesta. (Hakkila 2004, 2.) 2.2 Puuenergiankäytön nykytila Puulla oli korkea hinta muihin polttoaineisiin verrattuna 1990-luvulla. Se olikin puuenergiakäytön edistymisen esteenä lämmön ja sähkön yhteistuotannossa. Myös suuret investointikustannukset ja polttoaineen epävarma saatavuus vähensivät kiinnostusta energiakäytön lisäämiseen. Puuenergiakäytön lisäämiseksi onkin tehty vuosien kuluessa lukuisia toimia. Tärkeimmät kilpailukykyyn vaikuttavat tekijät ovat puupolttoaineen yksikköhinta käyttöpaikalla ja puuta käyttävien kattilavoimalaitoksien investointikustannukset tehoyksikköä ja tuotettua energiayksikköä kohden. (Puun energiakäyttö ja sen edistäminen 1998, 17.) Suomi on johtomaita biopolttoaineiden käytössä EU:ssa ja tärkein biopolttoaineistamme on puu. Puuperäisillä polttoaineilla tuotettiin vuonna 2003 maamme energiankulutuksesta noin 20 % ja sähköstä 11 %. Puuta kului siis vuoden aikana energiantuo-
3 tantoon 40 milj.m 3. Metsähakkeen osuus puuenergian käytöstä on 5 % ja vuonna 2003 sen käyttö ylitti 2 milj.m 3 rajan. Tuosta määrästä valtaosa eli 80 % käytettiin energialaitoksissa. Suomessa on yli 400 energialaitosta, jotka käyttävät metsähaketta pää- tai sivupolttoaineenaan ja sen lisäksi melkein 13 000 maatilaa tai suurkiinteistöä käyttää metsähaketta. (Kuitto 2005c, 56 57.) Suurin osa metsähakkeesta saadaan hakkuutähteistä. Sen osuus koko raakaainemäärästä on noin 60 %. Nuorista metsistä saatavan rankahakkeen osuus on vain noin 25 %. Hakkuutähteiden käytön suuri osuus johtuu siitä että se on helpoiten korjattavissa ja viime vuosina sen korjuuteknologia on kehittynyt voimakkaasti. (Ylitalo 2004, 2.) Energiapuun käyttö on tuonut paljon lisäarvoa monille eri tahoille. Yhä useampi koneyrittäjä korjaa tänä päivänä ainespuun lisäksi myös energiapuuta. Lisäksi kuljetusyrittäjät kuljettavat päivittäin kotimaista energiaa lämpövoimaloihin. Kotimaisen energian edut ovat huomattavat paikallisessa energiantuotannossa. Monella paikkakunnalla se turvaa myös työpaikkoja ja energiaomavaraisuutta. (Kuitto 2005c, 57 58.) Biopolttoaineiden ansiosta maahamme on syntynyt aivan uusi yrittäjäkunta. Nimittäin lämpöyrittäjät. Tänä päivänä Suomessa on jo lähes 200 lämpöyrittäjää. Yleensä kunta tekee lämpölaitos- tai kattilainvestoinnin ja lämpöyrittäjä hankkii biopolttoaineen. Yrittäjä vastaa polttoaineen toimituksen lisäksi laitoksen käytöstä ja sen vaatimista huoltotoimenpiteistä. (Kuitto 2005c, 58.) 2.3 Biopolttoaineiden käyttötavoite Vuonna 1999 Suomessa laadittiin uusiutuvien energialähteiden edistämisohjelma, joka uusittiin vuonna 2002. Uudistetussa ohjelmassa on annettu tavoitteet sekä keinot uusiutuvien energioiden käytön lisäämiseksi. Tavoitteena on mm. nostaa metsähakkeen käyttö nelinkertaiseksi vuodesta 2001 vuoteen 2010 mennessä (kuvio 1). Edistämisohjelman tavoitteet ovatkin varsin korkeat, ja jotta niihin päästään on metsähakkeen vuosittaisen käytön noustava 0,5 milj.m 3 vuodessa. Olemassa olevien laitosten tulisi suosia enemmän metsähaketta polttoainevalinnoissaan, jotta tavoitteet saavutettaisiin. (Ylitalo 2004, 1,3.)
4 TWh 160 140 120 100 80 60 40 20 0 toteutunut 2001 tavoite 2005 tavoite2010 tavoite 2025 *Ilman metsähaketta **Kierrätyspolttoaineet,peltobiomassat, biokaasu, biopolttonesteet, aurinko-, tuulija vesivoima sekä maalämpö Uusiutuvat energialähteet puupolttoaineet metsähake teollisuuden sivutuotepuu metsäteollisuuden jäteliemet pientalokiinteistöjen polttopuu* muut uusiutuvat energialähteet** KUVIO 1. Uusiutuvien energialähteiden käyttötavoitteet (Ylitalo 2004, 2). Tavoitteena on säilyttää biopolttoaineiden tuomat edut ja niihin liittyvä osaaminen. Suomen tavoite on vuonna 2010 tuottaa ja käyttää metsähakkeita 5 milj.m 3. Metsähakkeen käytölle onkin asetettu suuria kasvutavoitteita. Myös Keski-Savon metsänhoitoyhdistys on asettanut kasvutavoitteita. Vuonna 2004 se asetti tavoitteekseen nostaa hakkuutähteen vuosituotosta kolmen vuoden sisällä 75 000 80 000 irtokuutiometriin. Kotimaiset biopolttoaineet, kuten biokaasu sekä peltobiomassat tulevat markkinoille ja vahvistavat asemaansa varmasti tulevaisuudessa. (Kuitto 2005c, 58.) 3 ENERGIAPUUN TUOTANTO 3.1 Korjuu Energiapuun korjuuta on yritetty lisätä harvennusten ja metsänhoitotoimenpiteiden yhteydessä valtion tukitoimien avulla. Nuorten metsien hoitokohteissa voidaan järeimmät rungot korjata ainespuuna ja pienet rungot energiapuuna. Joissakin kohteissa voi olla hyödyllistä korjata kaikki puut energiaksi. Metsähoitotöiden laiminlyönnin seurauksena on nykyään yhä enemmän tällaisia kohteita. (Uusitalo 2003, 104 105.)
5 Metsähakkeen raaka-aine korjataan yleensä kohteilta, joilta korjataan ainespuuta teollisuuden käyttöön. Hakkuutähteen talteenotosta sovitaan puukaupan yhteydessä. Metsäenergian korjuu vaikuttaa ainespuun korjuun järjestelyihin sekä metsän tuottavuuteen. (Asikainen 2004, 26.) Hakkuutähteeseen pohjautuvan energiapuun korjuu on viime vuosina lisääntynyt. Nykyisen ajattelun mukaan hakkuutähteen korjuu on kannattavaa ainoastaan silloin, kun se voidaan suorittaa suurikokoisten päätehakkuitten korjuun yhteydessä. Hakkuutähteiden kertymä alueelta riippuu puulajisuhteista, puuston kokojakaumasta ja alueen pinta-alasta. Hakkuutähteiden keräyspäätös tulee tehdä ennen varsinaisen korjuun aloittamista, jotta hakkuukoneen työskentelyssä voidaan ottaa se huomioon. Normaalissa hakkuukoneen työskentelytekniikassa hakkuutähde asetellaan ajouralle maanpinnan suojaksi, kun taas hakkuutähteen talteenottoon tähtäävässä tekniikassa rungot karsitaan ajouran sivulle, josta hakkuutähde on helppo kuljettaa tienvarsivarastoon (kuva 1). (Uusitalo 2003, 99 100.) KUVA 1. Hakkuutähde tienvarsivarastossa (Korhonen 2006).
6 Nuoren metsän kunnostuskohteilla voidaan korjuu hoitaa perinteisillä menetelmillä eli miestyönä tai koneellisena korjuuna. Energiapuunkorjuun helpottamiseksi on kehitetty hakkuukoneeseen tai maataloustraktoriin liitettäviä energiapuukouria. Energiapuukourilla on mahdollista katkaista ja niputtaa jopa kymmenen puuta kerrallaan. Nippu katkaistaan keskeltä kahtia, minkä jälkeen latvaosa nostetaan tyviosan päälle lähikuljetuksen helpottamiseksi. (Uusitalo 2003, 105 106.) Kantojennostokohteilla kannot nostetaan kaivinkoneen kauhalla tai tarkoitukseen suunnitellun kantoharvesterin avulla. Kantoharvesteri on kaivinkoneen päähän asennettava laite, joka kantojen noston lisäksi ravistelee kannoista kivet ja maa-aineksen pois. Lopuksi sillä voidaan pilkkoa kanto. Kantojen noston yhteydessä voidaan suorittaa maanmuokkaus ja säästää näin kustannuksissa. (Uusitalo 2003, 103 104.) 3.3 Haketus Hakkuutähteet ja energiapuukasat on haketettava ennen polttoa hakkeeksi. Olosuhteista riippuen ne voidaan hakettaa palstalla, tievarsivarastolla, terminaalissa tai käyttöpaikalla. (Uusitalo 2003, 100.) Haketukseen on kehitetty erilaisia haketus- ja kuljetusmenetelmiä (kuva 2). KUVA 2. Kuljetus ja haketus voidaan hoitaa samalla kalustolla (Mykkänen 2006).
7 3.3.1 Palstahaketus Palstahaketuksessa haketettava puu korjataan hakkuun yhteydessä palstalle kasoihin. Puu haketetaan suoraan konttiin haketukseen sopivalla palstahakkurilla. Käytettävät hakkurit ovat maastokelpoisia ja kevyempiä kuin muissa menetelmissä. Palstahaketuksessa ei tarvita erillistä metsäkuljetusta, vaan se tehdään samalla koneella kuin varsinainen haketus. Palstahaketusmenetelmää käytetään yleensä hakkuutähteiden haketuksessa (kuva 3). (Kainulainen 2001, 18.) KUVA 3. Palstahaketusjärjestelmä. Raaka-aineena hakkuutähde (Hakkila 2004, 42). Palstahaketuksen hyviä puolia on, että se ei vaadi erillistä varastotilaa hakepuulle. Etuna on myös, että samalla koneyksiköllä voidaan hoitaa useita työvaiheita, kuten haketus, metsäkuljetus ja hakesäiliön tyhjennys. Palstahakkuri ei sovi kivisille, pehmeille tai kalteville maastoille. Parhaimmillaan palstahakkuri on suurilla haketuskohteilla, missä on lyhyet kuljetusmatkat. (Kainulainen 2001, 18.) 3.3.2 Tienvarsihaketus Tienvarsihaketus on yleisimpiä Suomessa käytettyjä hakkuutähteen haketusmenetelmiä. Menetelmässä hakkuutähteet korjataan hakkuualueelta tienvarteen ainespuun korjuun yhteydessä (kuva 4). Hakkuutähdekasat haketetaan suoraan hakeautoon, joka vie ne suoraan lämpölaitokselle. (Alakangas 2000, 50.) Tienvarsivarasto tehdään mahdollisimman suuriksi tuottavuuden maksimoimiseksi. Varaston tulee olla tilava sekä kantava, koska täysperävaunulliset hakeautot saattavat painaa jopa 60 tonnia. (Kuitto 2005b, 96.)
8 KUVA 4. Tienvarsihaketusjärjestelmä. Raaka-aineena hakkuutähde, haketus hakkuriautolla (Hakkila 2004, 41). Tienvarsihaketusmenetelmä on tehokas, koska se mahdollistaa suurten työmaiden keskittymät ja kaluston ympärivuotisen käytön. Käytettävät hakkuriyksiköt ja hakeautot muodostavat niin sanotun kuuman ketjun (kuva 5), koska ne kytkeytyvät kiinteästi toisiinsa ja ovat alttiita keskeytyksille. Tämä menetelmä vaatii hyvää organisointia ja suunnittelua. (Kuitto 2005b, 96.) KUVA 5. Autoalustainen hakkuri hakettamassa rankakasaa (Korhonen 2006).
9 3.3.3 Terminaalihaketus Terminaalihaketuksessa energiapuu kuljetetaan puskuri- tai kausivarastoihin, joissa se haketetaan. Voidaankin sanoa että terminaalihaketus on tienvarsihaketuksen ja käyttöpaikkahaketuksen välimuoto. Haketuksen jälkeen hake kuljetetaan lopullisille käyttöpaikoille. (Kuitto 2005b, 96.) Haketukseen voidaan käyttää erisuuruisia ja siirrettäviä tai kiinteitä hakkureita ja murskaimia. Terminaalissa hake voidaan ohjata kekoon, eikä sitä tarvitse välttämättä siirtää suoraan hakeautoon. Terminaalissa voidaan myös sekoittaa erilaisia metsähakelaatuja keskenään. Menetelmä on ollut käytössä hakkeen käytön alkuajoista asti. (Kuitto 2005b, 96 99.) 3.3.4 Käyttöpaikkahaketus Käyttöpaikkahaketuksessa hakettamaton energiapuu kuljetetaan käyttöpaikalle, jossa se haketetaan tai murskataan (kuva 6). Energiapuu kuljetetaan irtotavarana tai tiivistettynä paaleina. Irtotavarana kuljetus soveltuu lyhyille kuljetusmatkoille ja paaleina kuljetus pitkille välimatkoille. KUVA 6. Käyttöpaikkahaketusjärjestelmä. Raaka-aineena kanto- ja juuripuu (Hakkila 2004, 43).
10 Nykyään menetelmä on suosiossa hakkuutähdehakkeen ja kanto- ja juuripuun murskeen tuotannossa. Hakkurien ja murskaimien käyttöaste kasvaa koko ajan. Alussa käyttöpaikkahaketukseen käytettiin liikkuvia autohakkureita ja murskaimia. Nykyisin autohakkureiden tilalle ovat kuitenkin tulleet kiinteät suurtehomurskaimet. (Kuitto 2005b, 99.) 4 HAKE 4.1 Hake polttoaineena Hake on hakkurilla kokopuusta, rangasta, hakkuutähteestä tai muusta puuaineksesta tehtyä polttoainetta. Kokopuuhake tehdään karsimattomasta puusta ja rankahake karsituista rangoista. Hakkuutähteestä tehty hake tehdään puun latvoista sekä oksista, jotka ovat jääneet kun ainespuu on karsittu. Hakkuutähdehaketta tehdään myös raivauspuusta. Kantohaketta syntyy kun kantoja murskataan. Vaikka prosessi on murskaus, niin silti yleisesti puhutaan kantohakkeesta. Kantojen murskaamiseen käytetään murskainta, koska se ei ole niin herkkä epäpuhtauksille. Kantojen seassa on paljon epäpuhtauksia, kuten esimerkiksi kiviä. Sahahake on sahauksesta syntyvää sivutuotetta. (Alakangas 2000, 48.) Haketta käytetään talojen sekä rakennusten lämmityskattiloissa, lämpölaitoksilla ja teollisuuden lämpö- ja voimalaitoksilla. Hakkeen käyttö lämmön tuottajana on lisääntynyt viime vuosina huomattavasti, johtuen öljyn hinnan huomattavasta noususta. (Alakangas 2000, 48.) 4.2 Metsähakkeet 4.2.1 Hakkuutähdehake Hakkuutähteet muodostavat suuren ja merkittävän raaka-ainelähteen puupolttoaineiden tuotannossa. Ainespuun hakkuussa hakkuutähteen määrä ja koostumus vaihtelevat huomattavasti hakkuukohteittain. Koivikoiden harvennuksilla metsään jää hakkuutähteeksi lähinnä alle ainespuukokoisia latvoja sekä niissä olevat oksat, joten kertymä on hyvin pieni. Uudistushakkuilla hakkuutähdemäärä on huomattavasti suurempi. Uudistushakkuilla hakkuutähteet muodostuvat yleensä oksista ja niihin sitoutuneista neula-
sista. Joskus myös hylkypölkkyjen määrä on huomattava, mikäli hakkuukohteella on tyvilahoja runkoja. (Alakangas 2000, 49.) 11 Hakkuutähteet voidaan kerätä joko heti hakkuun jälkeen, jolloin ne ovat vielä tuoreita, tai kesäkauden jälkeen kuivahtaneina. Kuivuneen hakkuutähteen haketuksessa talteenotto pienenee, koska suurin osa neulasista karisee pois. Toisaalta kuivuneella hakkeella on paremmat palo-ominaisuudet. Ruotsissa hakkuutähteet kerätään neulasitta, jotta neulasten sisältämät ravintoaineet jäävät hakkuualueelle. (Alakangas 2000, 50.) 4.2.2 Kokopuu- ja rankahake Kokopuuhake valmistetaan karsimattomista rangoista, jotka ovat yleensä kelpaamattomia teollisuudelle. Kokopuuhaketta saadaan mm. vajaatuottoisista metsistä, taimikoista sekä ensiharvennuksilta. Koti- ja maatalouden lämpökattilat sekä pienet lämpökeskukset käyttävät kokopuuhaketta. Rankahake valmistetaan karsituista rungoista, jotka yleensä ovat runkohukkapuuta. Runkohukkapuu sisältää korjuun yhteydessä metsään käyttämättä jäävän runkopuun kuorineen. (Alakangas 2000, 59.) Kokopuu- ja rankahake ovat myös ominaisuuksiltaan erilaisia. Rankahake on tasalaatuisempaa, koska siihen ei ole haketettu mukaan oksia. Oksat varastoivat kosteutta joten kokopuuhake on näin ollen myös kosteampaa kuin rankahake. Rankahake onkin parempaa polttoainetta pieniin polttolaitteisiin, jotka asettavat hakkeelle tiukempia laatuvaatimuksia. (Mutikainen & Jouhiaho 2005, 110, 117 118.) 4.2.3 Kantohake Kantohaketta saadaan kantopuusta sekä yli 5 cm:n paksuisesta juuripuusta. Kantojen nosto onnistuu ainoastaan uudistushakkuualoilta ja kohteilla, joissa alueen maankäyttömuoto muuttuu ja kannot on sen vuoksi tarpeellista poistaa. Harvennuskohteilla kantojen nosto aiheuttaisi jäävän puuston juuristolle suuria vaurioita. (Vesisenaho 2003, 40.) Kantoja voidaan nostaa metsähakkeen raaka-aineeksi kivennäis- ja turvemailta. Turvemailta nostetut kannot ovat yleensä puhtaampia kuin kivennäismailta nostetut kannot. Kivennäismailta nostetut kannot pitää aina käsitellä murskaimella, mutta turve-
mailta nostetut kannot voidaan hakettaa myös rumpuhakkurilla. (Vesisenaho 2003, 40.) 12 Kantojen vuotuinen hankintamäärä riippuu uudistushakkuiden määrästä. Myös kantojen läpimitta vaikuttaa kertymään. Korkein kertymä saavutetaan kuusikoiden uudistusaloilta. Uudistuskypsissä havupuumetsissä kantoja sekä juuripuuta on männyllä 21 % ja kuusella 24 % runkopuun määrästä. (Vesisenaho 2003, 40.) Suuren energiasisältönsä takia kantohake on erinomainen polttoaine. Sitä käytetään suurissa laitoksissa varsinkin keskitalvella metsätähdehakkeen seassa, joka on usein märkää. (Alanen 2005.) Kannonnosto on hyväksi varsinkin maannousemasienen vaivaamilla alueilla. Noston ansiosta kantojen mukana lähtee huomattava osa sienien elämisalustoista pois ja uusien kuusentaimien tartuttaminen juuriyhteyksien avulla estyy. Myös tukkimiehentäin tuhoihin kantojen nostolla on positiivinen vaikutus, koska niiden toukkien lisääntymisalusta lähtevät kantojen mukana pois. Tautien torjunnan lisäksi metsänomistaja hyötyy kantojen nostosta myös muilla tavoin. Esimerkiksi noston yhteydessä uudistusala tulee samalla muokatuksi. Tästä työstä veloitetaan hinta, joka on normaalia muokkaustapaa alhaisempi. Näin ollen metsänomistaja saa korvauksen energiaksi antamistaan kannoista, vaikka varsinaista kantorahaa ei makseta. (Alanen 2005.) Kantojen noston haittapuolina voidaan pitää ravinnehäiriöitä, vaikka riittävää tutkimustietoa sen vaikutuksista ei vielä ole. Tähän mennessä tiedetään, että kantopuun mukana lähtevien ravinteiden menettämisellä ei ole varsinaista merkitystä, vaan ravinnehävikin määrää se, kuinka paljon maa-ainesta sekä humusta lähtee pienten juurien mukana. Joka tapauksessa kantojen noston vaikutus ravinnehäviöihin on alle puolet oksien ja latvusten korjuun vaikutuksesta. Kantojen noston yhteydessä paljastuu myös runsaasti kivennäismaata, jolloin voisi olettaa että vesakoituminen on runsaampaa kuin normaalisti. Valmista tutkimustietoa ei kuitenkaan ole, mutta asiaa tutkitaan parhaillaan. (Alanen 2005.)
13 4.3 Hakkeen laatu Käytettäessä puuta polttoaineena on erityisen tärkeää tietää puun fysikaaliset sekä kemialliset ominaisuudet. Keskeisimpiä ominaisuuksia ovat hakkeen lämpöarvo ja kosteus sekä polttoaineen käsittelyyn vaikuttavat ominaisuudet. Näitä ovat esimerkiksi tiheys ja palakoko. Kun puupolttoainetta käytetään suuressa mittakaavassa, ominaisuudet määritetään laboratoriokokein ja polttoaine-erät punnitaan. Pienkaupassa ominaisuuksien arvioimiseksi voidaan käyttää taulukoita sekä graafisia kuvaajia puupolttoaineen keskimääräisistä ominaisuuksista ja ominaisuuksien välisistä riippuvuussuhteista. (Alakangas 2001, 5.) Puun tärkeimmät yhdisteet ovat ligniini, selluloosa ja hemiselluloosa. Männyn ja kuusen hemiselluloosapitoisuus on pienempi (25 28 %) kuin lehtipuiden, kuten koivun (37 40 %). Havupuiden ligniini pitoisuus on 24 33 % ja lehtipuiden 16 25 %. Ligniini on aine, joka sitoo puun kuidut yhteen ja antaa puulle tietyn mekaanisen lujuuden. Ligniinissä on myös paljon vetyä ja hiiltä, siis lämpöä tuottavia aineita. Puussa on myös uuteaineita (terpeenejä, rasva-aineita ja fenoleja), yhdisteitä, jotka voidaan uuttaa puusta erilaisilla orgaanisilla liuottimilla. Esimerkiksi pihka koostuu uuteaineista. Uuteaineita puussa on vain n.5 %, mutta kuoressa niitä voi olla jopa 30 40 %. Haihtuvia aineita puussa on jopa 90 %. Tämän vuoksi puu on pitkäliekkinen polttoaine ja vaatii suuren palotilan. (Alakangas 2000, 35.) Hakkeen tärkein laatuominaisuus on kosteus. Kosteus vaikuttaa hakkeen teholliseen lämpöarvoon, koska höyrystäminen vaatii energiaa. Kun hakkeen sisältämä kosteus alenee, laitoksen saama energiahyöty kasvaa. (Alakangas 2001, 5.) Kosteus vaikuttaa hakkeessa myös monella muulla tavalla. Esimerkiksi kuljetuskustannukset kasvavat varsinkin talvella, kun puu on märkää. Havupuussa on kuiva-ainetta 400 kg ja vettä jopa 500 kg kiintokuutiometriä kohti. Kosteus vaikuttaa myös polton hyötysuhteeseen, jolloin palaminen jää epätäydelliseksi, eikä lämpöarvoa pystytä hyödyntämään kokonaisuudessaan. Hakkeen kosteus vaikuttaa myös päästöihin, jolloin epätäydellinen palaminen merkitsee hiilimonoksidi-, hiilivety- ja hiukkaspäästöjen kasvamista. Liiallinen kosteus on haitaksi myös hakkeen säilyvyydelle sekä käsittelevyydelle. Jos hakkeen mukana on viherainesta tai muuta ravinteikasta biomassaa saattaa kemiallisten reaktioiden seurauksena syntyä ainetappioita tai homekasvustoja. Käsittelyongelmat
ovat yleisiä talvella, jolloin kostea hake jäätyy kuormassa ja näin ollen ongelmia syntyy purkupaikalla sekä syöttölinjalla. (Hakkila 2004, 68.) 14 Palakoko sekä sen tasaisuus ovat myös merkittäviä ominaisuuksia hakkeessa. Hakepalan tavoitepituus on normaalisti 30-40 mm. Hakepalojen joukossa olevat tikut ja muu hienoaines vaikeuttavat polttoaineen syöttöä kattilaan. (Alakangas 2001, 5.) Lämpöarvo määritetään kuiva-aineesta. Puuaineksen tehollinen lämpöarvo on täysin kuivana 5,1 5,5 kwh/kg. Latvojen, neulasten sekä oksien lämpöarvo on kuitenkin hieman suurempi kuin runkopuulla. (Kuitto 2005a, 298.) Kun hakkeen kosteus on korkea, niin pienenee myös sen lämpöarvo (Alakangas 2001, 7). Näin ollen eri hakelaatujen teholliset lämpöarvot vaihtelevat myös saapumistilassa (kuvio 2). kevyt öljy höylänlastu puupelletti pilke kantohake sahanpuru metsätähdehake 0 2 4 6 8 10 12 14 kwh/kg KUVIO 2. Polttoaineiden lämpöarvoja (Alakangas 2000, 152, 155). Puun tiheys vaihtelee puulajin, iän sekä kasvupaikan mukaan. Koivun tiheys on suurempi kuin männyllä ja kuusella. Kuiva-tuoretiheys vaihtelee puun eri osissa siten, että tiheys on suurempi oksissa kuin rungossa (kuvio 3). (Kuitto 2005a, 298.)
15 700 600 kg/m 3 500 400 300 runko oksat 200 100 0 koivu kuusi mänty KUVIO 3. Eri puulajien kuiva-tuoretiheydet (Kuitto 2005, 298). Metsähakkeella on alhainen energiatiheys. Tällä tarkoitetaan ajoneuvon kuormatilassa mitatun polttoaineen irtokuutiometrin tehollista lämpösisältöä. Metsähakkeen energiatiheys vaihtelee 0,7 0,85 MWh/i-m 3. (Kuitto 2005a, 298.) 5 METSÄTEOLLISUUDEN SIVUTUOTTEET 5.1 Yleistä Metsäteollisuus tuotti vuonna 2001 puuperäistä energiaa sivutuotteistaan 58,1 TWh eli n. 19 % eri energialähteiden kokonaiskulutuksesta Suomessa. Valtaosa metsäteollisuuden tuottamasta puuenergiasta on peräsin mustalipeästä, jota syntyy kemiallisen massanvalmistusprosessin yhteydessä. Loput puuenergian raaka-aineista saadaan kemiallisen ja mekaanisen metsäteollisuuden kiinteistä puusivutuotteista. (Verkasalo 2003, 41.)
16 5.2 Puumassateollisuus Kemiallinen massanvalmistus vaatii paljon energiaa, mutta se myös tuottaa sen ja ylikin mustalipeästä ja kuoresta. Nykyaikaisella sulfaattisellutehtaalla yli 85 % puuperäisestä energiasta saadaan mustalipeästä. Mustalipeä saadaan sulfaattikeiton jäteliemestä kemikaalien talteenoton ja ylimääräisten nesteiden haihduttamisen jälkeen. Se sisältää keittoprosessin aikana puusta liuenneet kemialliset yhdisteet eli ligniinin, uuteaineet, hemiselluloosaa ja selluloosaa. Jäteliemeä poltetaan soodakattilassa lämpöenergian ja sähkön tuottamiseksi. Vuonna 2001 mustalipeän osuus metsäteollisuuden sivutuotteista tuotetusta puuenergiasta oli 68 % ja sen energia-arvo oli 39,5 TWh. (Verkasalo 2003, 41 42.) Mekaanisessa kuidutuksessa ei ole edellytyksiä samantasoiseen energiantuotantoon kuin kemiallisessa, koska siinä puumassan saanto on jopa yli 90 %. Saanto on selvästi enemmän kuin kemiallisessa massanvalmistuksessa. Sen lisäksi hakkeen esilämmitykseen sekä hiontaan että hiertoon käytetään paljon sähköenergiaa, vaikka osa saadaankin talteen lämpöenergiana. (Verkasalo 2003, 42.) 5.3 Sahaus ja jatkojalostus Havupuun sahauksessa pohjoismaissa kuorellisista tukeista saadaan sahatavaraa noin 45 50 %, haketta 28 32 %, purua 10 15 % ja kuorta 10 12 %. Käyttösuhteet vaihtelevat sahoittain. Suurimpia vaikuttavia tekijöitä ovat raaka-aineen koko ja laatu sekä sahan kokoluokka, tuotantostrategia ja tekninen taso. Sahanhakkeesta menee kemialliselle metsäteollisuudelle yli 95 % ja energiakäyttöön jää ehkä 5 %. Energiakäyttöön menevä hake on lähinnä selluhakkeen kaupalliset laatuvaatimukset alittavaa seulontajätettä. Sahanpurusta yli puolet menee kuitenkin energiakäyttöön. Yleensä se käytetään seoksena kuoren ja hakkeenseulontajätteen kanssa. Sahalla syntyvät puutähteet ovat lähes tuoreita, mikä alentaa niiden muuten varsin korkeaa lämpöarvoa. Korkein lämpöarvo on purulla, (2,36 MWh/tonni). Hakkeella ja seulontajätteellä lämpöarvo on lähes yhtä korkea (2,31 MWh/tonni). Kuoren lämpöarvo on kaikista alhaisin (mänty 1,83 ja kuusi 1,67 MWh/tonni). Näissä tapauksissa purun ja hakkeen kosteus oli 50 %, kun taas kuoren kosteus oli 60 %. (Verkasalo 2003, 42 43.) Sahatavaran jatkojalostuksen sivutuotteiden käytöstä ei ole tehty kattavaa selvitystä Suomessa. Kuitenkin sivutuotteista käytetyin on höylänlastu, jonka energia-arvo on