Kuvapaikka (ei kehyksiä kuviin) Energiapuun kuivuminen rankana ja hakkeena Puun kuivauksen teemapäivä, Biolämpöhanke, Saarijärvi 4.4.2014 Jyrki Raitila, erikoistutkija VTT
Johdanto 3.4.2014 2
Kuivumiseen vaikuttavat tekijät Tärkeimmät kuivausaikaan ja puukappaleiden väliseen kosteuseroon vaikuttavat tekijät: Pilkkeen/hakkeen ominaisuudet Alkukosteus Pilkkeen mitat (tilavuus/pintaalasuhde, pituus/paksuussuhde) Kuoren peittämä osuus, halkaistun pinnan osuus Puulajikohtaiset ominaisuudet, erityisesti diffusiviteetti, muita: tiheys, lämmönjohtavuus, ominaislämpö) Ympäristö Kuivauslämpötila Ilman suhteellinen kosteus Ilman virtausnopeus Sade Mahdollinen auringon säteily Keinokuivaus: kuivausjärjestelyt Luonnonkuivaus: mm. rankakasan koko, aluspuut, peittäminen, kuivauspaikka 3.4.2014 3
Raaka-aineen vaikutus Puun luontainen kosteus Vaihtelee puulajeittain, kasvupaikoittain ja yksilöittäin Vaihtelee puun sisällä Vaihtelee vuodenaikojen mukaan Raaka-aineen kuivuminen Kuoren rikkominen selvästi edistää kuivumista 3.4.2014 Lähteet: Sikanen ym. 2008, Routa 2014 4
Rankojen kuivuminen 3.4.2014 5
Energiapuun kuivuminen välivarastossa 65 60 55 Kosteus, % 50 45 40 35 30 25 20 1.12.08 1.2.09 1.4.09 1.6.09 1.8.09 1.10.09 1.12.09 1.2.10 1.4.10 1.6.10 1.8.10 1.10.10 Hakkeen raaka-aineena käytettävän rangan, kokopuun ja hakkuutähteen yleinen kuivumistrendi 3.4.2014 6
Kuivumisympäristön ja peittämisen vaikutus kuivumiseen 65 Kosteus, % 60 55 50 45 40 35 Kasa 3 peitetty 28.8.2012 Kasa 4 peitetty kasan teon yhteydessä 30 25 3. Ranka (mänty), p 4. Ranka (mänty), p 20 1.4.12 1.5.12 1.6.12 1.7.12 1.8.12 1.9.12 1.10.12 Kuivumisympäristöllä suuri merkitys (7-17 %-yksikköä) kasojen kuivumiseen Peittämisen vaikutus kasojen kosteuteen; 6-10 %-yksikköä koko- ja rankapuulla, 10-15 %-yksikköä hakkuutähteillä 3.4.2014 7
Säätilan vaikutus puun kuivumiseen Vallinnut säätila on kaikkein ratkaisevin tekijä varastokasojen kuivumisessa Kasan sisään päässyt (ja sulanut) lumi voi myös aiheuttaa merkittävän kosteuspiikin varsinkin kuivaan kasaan 3.4.2014 8
Ranka- ja kokopuukasat avoimella varastopaikalla Kasat tehtiin Kolkanlahteen hiekkakuopalle huhtitoukokuussa 2013 ja seurattiin lokakuun loppuun asti Yhtä lukuun ottamatta (Ranka mä 90 %) kasat peitettiin kahdella rinnakkaisella paperilla Kosteusnäytteet noin kerran kuussa Säädata Ilmatieteen laitokselta 7 kasaa: n. 20 x 4 m Karsittu ranka, lehtipuu Karsittu ranka, havu 90 %, lp 10 % Karsittu ranka, mä 90 %, lp 10 % Karsittu ranka, mä 80 %, ko 20 % Lehtikokopuu, ko 60 %, ha/le 40 % Havukokopuu, mä 90 %, ku 10 % Voimakkaasti käsitelty ranka, mä 70 %, ko 30 % 3.4.2014 9
Saarijärven säätila Sadesumma lähellä keskiarvoa elokuulle asti, selvästi pienempi syys-lokakuussa Haihdunta keskimääräistä suurempi syys-lokakuussa 3.4.2014 10
Saarijärven rankatutkimuksen tulokset Kaikki kasat kuivuivat erittäin hyvin, lehtikokopuu huonoiten, karsittu lehtipuu parhaiten Karsittu ranka kuivui nopeammin kuin kokopuu Peittämisen vaikutus näkyi selvästi uudelleen kastumisessa 3.4.2014 11
Hakkeen varastointi - tutkimustuloksia 3.4.2014 12
Hakkeen varastointi - kasat No Hakelaatu Alkukosteus, % Varastointipaikka Peitetty 1 Kokopuuhake 42 Avoin kenttä Puolet 2 Kokopuuhake 42 Katoksessa Ei 3 Kokopuuhake 32 Avoin kenttä Puolet 4 Kokopuuhake 32 Katoksessa Ei 5 Rankahake 42 Avoin kenttä Puolet 6 Rankahake 42 Katoksessa Ei 7 Rankahake 32 Avoin kenttä Puolet 8 Rankahake 32 Katoksessa Ei 9 Tuore rankahake n. 50 Avoin kenttä Ei 10 Tuore rankahake n. 50 Avoin kenttä Ei katetta, sekoitus Kokopuu- ja rankahakkeesta (havu) tehtiin verrokkikasat kosteuden ja varastopaikan suhteen (kasat 1-8 6/2012, 9-10 5/2013) Kuivempi hake jouduttiin kuivaamaan kentällä Ulkona olleista kasoista puolet peitettiin Kasojen koko: 200-300 irto-m 3 (10-15 x 7 x 3 m) Hakelajeille tehtiin myös seula-analyysi 3.4.2014 13
Varastotutkimus: hakekasat Kasoihin asennettiin dataloggerit putken päähän (4 kpl/kasa), jotka tallensivat kasan lämpötilan, kasan sisäisen ilmankosteuden ja kastepisteen tunnin välein Seuranta heinäkuu 2012-toukokuu 2013 Säätä seurattiin omalla sääasemalla ja verrattiin Ilmatieteen laitoksen keskimääräisiin arvoihin Kasoista otettiin säännöllisesti kosteusnäytteet kairalla 3.4.2014 14
Tutkimusalueen säätila Kesä ja syksy olivat keskimääräistä sateisempia ja varsinkin haihdunta jäi alhaiseksi 29.6.-28.9. kumulatiivinen haihdunta jäi yli 230 mm alle pitkäaikaisen keskiarvon 3.4.2014 15
Peittämättömien hakekasojen kosteuden muutos ulkona ja sisällä Kosteus, % 80 70 60 50 40 30 Hakkeen varastointi, ulkona vs. sisällä Kokopuu (tuore), ulkona, peittämätön Kokopuu (kuivattu), ulkona, peittämätön Ranka (tuore), ulkona, peittämätön Ranka (kuivattu), ulkona, peittämätön Kokopuu (tuore), sisällä, peittämätön 20 10 Kokopuu (kuivattu), sisällä, peittämätön Ranka (tuore), sisällä, peittämätön 0 1.7.12 1.8.12 1.9.12 1.10.12 1.11.12 1.12.12 1.1.13 1.2.13 1.3.13 1.4.13 1.5.13 1.6.13 Ranka (kuivattu), sisällä, peittämätön Ulkona varastoidut peittämättömät hakekasat kastuivat läpikotaisin kesän aikana Kylmässä hallissa varastoidut hakkeet kuivuivat kesän aikana ja jopa lisää syksyllä 3.4.2014 16
Peittämisen vaikutus hakekasojen kosteuteen 80 Hakkeen varastointi ulkona, peittämätön vs. peitetty 70 Kosteus, % 60 50 40 30 20 10 Kokopuu (tuore), ulkona, peittämätön Kokopuu (kuivattu), ulkona, peittämätön Ranka (tuore), ulkona, peittämätön Ranka (kuivattu), ulkona, peittämätön Kokopuu (tuore), ulkona, peitetty Kokopuu (kuivattu), ulkona, peitetty Ranka (tuore), ulkona, peitetty Ranka (kuivattu), ulkona, peitetty 0 Peittäminen esti pahimman kastumisen kesällä, mutta silti kasojen keskimääräinen kosteus oli seuraavana keväänä noin 50 % ja sen yli Lähtökosteudella ei näyttäisi olevan paljon merkitystä kosteuden muutokseen 3.4.2014 17
Hakkeiden säilyvyys varastoaumoissa Säilyvyyttä tutkittiin seuraamalla aumojen lämpötilaa, sisäistä ilmankosteutta ja kastepistettä Kenttäkelpoisen menetelmän puutteesta kuiva-ainetappioita ei pystytty määrittämään Kuiva-ainetappiot johtuvat mikrobitoiminnasta ja orgaanisen aineen kemiallisesta hajoamisesta Mikrobitoiminnalle otolliset olosuhteet, kun lämpötila on yli 20 o C ja kosteus yli 30 % Ruotsalaisen tutkimuksen (Thörnkvist 1990) mukaan hakkuutähdehakkeen kuiva-ainepitoisuus laski 28 viikon aikana noin 11 %, ensimmäisen viikon aikana kuitenkin lähes 4 % - auman lämpötilat pysyivät korkeina neljä kuukautta varastoinnin aloittamisesta Metla (Routa 2014): hakkuutähteet 18-23 %, ranka 3-4 % - ei vielä haketettu 3.4.2014 18
Ulkona varastoitu kostea kokopuuhake, peitetty vs. peittämätön Lämpötila nousi yli 60 o C, mutta lähti laskemaan jo viikon kuluessa 30 o C taso jo parissa viikossa Peittäminen ei juurikaan vaikuttanut kasojen lämpötiloihin 3.4.2014 19
Kokopuuhake ulkona, peitetty vs. peittämätön kuivempi hake Peitetty kokopuuhake lämpeni alussa enemmän kuin peittämätön Lämpötilaero oli suurin kasan yläosassa Lämpötilat laskivat kuivalla hakkeella kuitenkin nopeasti 3.4.2014 20
Kokopuuhake varastohallissa, eri kosteudet Kosteampi kokopuuhake lämpeni hieman enemmän ja säilyi kuumana kauemmin kuin kuiva kokopuuhake Noin kuukauden kuluttua kosteammankin kokopuuhakkeen lämpötila oli laskenut 30 o C 3.4.2014 21
Rankapuuhake varastohallissa, eri kosteudet Rankapuuhake ei lämmennyt läheskään yhtä paljon kuin kokopuuhake Lämpötilat jo alle viikossa alle 30 o C 3.4.2014 22
Hakekasojen sekoituksen vaikutus lämpenemiseen Rankahakeaumat tehtiin toukokuun lopussa tuoreesta hakkeesta Toinen auma sekoitettiin levitettiin kentälle ja kasattiin uudelleen kerran kesäkuun alussa Seuranta päättyi syyskuun lopussa 3.4.2014 23
Hakekasojen sekoituksen vaikutus lämpenemiseen, mp. ylhäällä Korkein lämpötila oli kasan yläosassa jäi selvästi alle 50 o C Sekoituksen jälkeen lämpötila kuitenkin nousi pian lähelle samaa huipputasoa 3.4.2014 24
Hakekasojen sekoituksen vaikutus lämpenemiseen, mp. keskellä Myös kasan keskellä lämpötila nousi nopeasti lähes samalla tasolle kuin ennen sekoitusta Kasan keskellä enemmän lämpötilan sahaamista 3.4.2014 25
Johtopäätöksiä rangan kuivuminen Tärkeimmät kuivumiseen vaikuttavat tekijät Sääolot ± 15 % Varastopaikka 7-17 % Peittäminen 6-10 % (lumen vaikutus huomioiden) Koko- ja rankapuu kuivuvat hyvin aukealla paikalla, peittäminen estää tehokkaasti uudelleen kastumista Ranka kuivuu paremmin kuin kokopuu varsinkin lehtipuuranka 3.4.2014 26
Johtopäätöksiä hakkeen varastointi Suhteellisen pieniä hakekasoja ei pitäisi varastoida ulkona, koska ne kastuvat nopeasti, jos sää on huono peittäminenkään ei auta Sen sijaan katetussa varastossa oleva rankahake näyttäisi säilyvän erittäin hyvin, lämpötilan nousu jäi selvästi pienemmäksi kuin kokopuulla se jopa kuivui lisää syksyn aikana Ainakaan rankahakkeen lämpötilat varastoaumassa ei näyttäisi nousevan liian korkealle aiheuttaakseen itsesyttymisvaaraa Hakekasan sekoitus alentaa auman lämpötilaa vain lyhyeksi ajaksi eikä sillä kokonaisuuden kannalta ole suurta merkitystä Pienehköt koko- ja rankapuuhakekasat lämpenevät selvästi vain suhteellisen lyhyeksi aikaa, joten merkittävät kuiva-ainetappiot rajoittunevat vain ensimmäiseen pariin viikkoon 3.4.2014 27
VTT luo teknologiasta liiketoimintaa 3.4.2014 28