Metsäntutkimuspäivä Kannuksessa 10.12.2012 (tässä kuusi esitystä) Jyrki Hytönen: Energiapuun korjuun vaikutukset puuston ravinnetilaan ja kasvuun suometsissä Antti Wall: Energiapuun korjuun riskit puuntuotoskyvylle Paula Jylhä: Ensiharvennuspuu selluksi vai energiaksi? Ron Store: Missä sijaitsevat maisemallisesti herkät metsäalueet? Hanna Lappi: Metsäbiomassan jalostusprosessit Tommi Räisänen: Metsäbiomassan saatavuus biojalostukseen
Energiapuun korjuun vaikutukset puuston ravinnetilaan ja kasvuun suometsissä Jyrki Hytönen Metla 95 v. Tutkimuspäivä Kannuksessa 10.12.2012
Sisältö Turpeen ja puuston ravinnemäärät Kalium Kenttäkokeet Tulokset Hakkuutähteiden määrä Hakkuutähteiden ravinnemäärät Neulasten ravinnepitoisuudet Puuston kasvu Päätelmät
Suot Keski-Pohjanmaalla Keski-Pohjanmaan metsätalouden maasta on soita 49 %. Puuston kasvu on lähes kaksinkertaistunut 1970-luvun tasoon nähden. Nyt puustot soilla ja kangasmailla samanlaisia Keskitilavuus 100 m 3 /ha (suot 97 m 3 /ha, kivennäismaat 101 m 3 /ha) ja Kasvu 5 m 3 /ha/v
Turpeen pintakerroksen (0-20 cm) ja puuston sisältämät ravinnemäärät hakkuupoistuma mukaanluettuna (Moilanen, Piiroinen & Karjalainen 1996) 2000 Typpi 100 Fosfori 100 Kalium kg ha -1 0-2000 -4000-6000 Ruoho Suursara Piensara Turve Puut kg ha -1 0-100 -200-300 Ruoho Piensara Suursara kg ha -1 50 0-50 Ruoho Piensara Suursara -8000-400 -100 kg ha -1 200 0-200 -400-600 -800-1000 Kalsium Ruoho Piensara Suursara kg ha -1 50 0-50 -100-150 Magnesium Ruoho Piensara Suursara kg ha -1 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1-0,2-0,3 Boori Ruoho Piensara Suursara -1200-200 -0,4
Kaliuminpuutoksen riskialueet Paksuturpeiset avosuolähtöiset suometsät Alunperin märistä saraisista ja ruohoisista sekatyypin soista syntyneet suometsät Tällaisia soita on noin 500 000 ha (Hökkä ym. 2002)
Kaliumin puutos Kaliumin puutos kuusella edellisen vuoden neulaset kellertäviä Kaliumin puutos männyllä neulasten kärjet kellertäviä
Kaliumin puutos
Kokopuukorjuukokeet harvennus- metsissä 6 koetta mäntyvaltaisissa ensiharvennuspuustoissa suolla Koneellinen puunkorjuu Perustettu 2002-2010 Turpeen paksuus yli 30 cm Kasvupaikka: Puolukkaturvekangas II Muhos 2003 Himanka, Tokola 2003 Sievi, Nevajärvi 2002 Sievi, Saarivesi 2008 Kinnula, Tikkaneva Alajärvi, Puukkoaho 2009
1. A: Ainespuukorjuu Käsittelyt Lohkottain arvotut käsittelyt, 3-6 toistoa 2. A-: Ainespuukorjuu + polttoranka 3. K: Kokopuukorjuu Ruutukoko 700-2000 m 2 4. K-: Kokopuukorjuu täydennettynä käsinkeruulla
Mittaukset Puuston kuutiomäärä (m 3 /ha) ennen harvennusta harvennuksen jälkeen 5 vuoden kasvut (Himanka 2, Sievi Saarivesi 1) Hakkuutähteen (kg/ha) määrä ravinnemäärät (kg/ha) Turpeen paksuus ravinnemäärät Neulaset näytteet > käsittelyn vaikutus neulasten ravinnepitoisuuksiin
Hakkuutähteen mittaus Linjoittainen otanta joka koealalla (15 suorakaidetta, 3 m 2 /kpl) Kosteusnäytteet ja näytteet ravinneanalyysiä varten
Turpeen ravinnemäärät 0-20 cm kerroksessa Koealue Kokonaisravinteet, kg ha -1 Käsittely N P K Ca Mg B Himanka 7060 398 127 1239 209 1.0 Sievi, S 8800 551 118 552 101 0.7 Sievi, N 6620 386 88 469 68 1.2 Alajärvi 3874 154 63 1381 154 0.6 Muhos 3460 152 45 345 77 0.3 Kinnula 4545 144 57 623 73 0.4
6 Neulasten K-pitoisuus ennen hakkuuta* 5 K sopiva 4 K, mg kg -1 3 2 K alhainen 1 0 Himanka Sievi S Sievi N Alajärvi Muhos Kinnula Koealaue * Himanka ja Sievin N vuosi hakkuun jälkeen
Hakkuutähteiden määrä, kg/ha Kasvupaikalle jääneet hakkutähteet (verrattuna ainespuukorjuuseen) Kokopuu Kokopuu- Himanka 47% 16% Sievi 35% 12% Alajärvi 43% 9% Muhos 67% - Kinnula 28% 10%
Hakkutähteiden kaliumin määrä, kg/ha Arvio K:n poistumasta kokopuu- korjuussa 10-15 kg ha -1 (Kaunisto 1995)
Neulasten kaliumpitoisuudet
Puuston kasvu 8 Himanka F 0-5a = 1.690, p =0.215; F 5-10a = 1.500, p = 0.258 Kasvu 0-5 vuotta Kasvu 5-10 vuotta 8 Sievi Saarivesi F 0-5a = 0.648, p =0.606; Kasvu 0-5 vuotta 6 6 m 3 ha -1 a -1 4 m 3 ha -1 a -1 4 2 2 0 A A- K K- A A- K K- 0 Ainespuu Rankapuu Kokopuu Kaikki pois Hakkuukäsittely Hakkuukäsittely Ero ainespuukorjuu vs. kaikki pois 0-5 v = -0,2 m 3 /ha/vuosi 5-10 v = + 0,1 m 3 /ha/vuosi Ero ainespuukorjuu vs. kaikki pois 0-5 v = -0,8 m 3 /ha/vuosi Varianssianalyysissä alkutilavuus kovariaattina
Puuston kasvu Sievi Sievi Nevajärvi F F 0-5a = 0.134, p =0.888; F 0-5a = 2.778, p =0.344; F 6-10a = 2.303, p = 0.422 6-10a = 0.415, p = 0.636 8 10 Kasvu Kasvu 0-05 - vuotta 5 vuotta Kasvu Kasvu 6-10 6 - vuotta 10 vuotta 6 8 m 3 ha -1 a -1 m 3 ha -1 a -1 4 6 4 2 2 00 A A K KK+Khiven AA K KK+Khiven Hakkuukäsittely Ero ainespuukorjuu kokopuukorjuu vs. kokopuukorjuu + K hiven 0-5 v = 0,3-0,5 m 33 /ha/vuosi 6-10 v = 2,8-0,3 m 3 /ha/vuosi 3
Päätelmät Kaikkia hakkuutähteitä ei saada korjattua koneellisessa kokopuukorjuussa 30 % latvusmassasta jää kasvupaikalle (talvikorjuu) Täyttää suosituksen (2010) kokopuukorjuun intensiivisyydestä Ravinnepoistumat kokopuukorjuussa Pienempiä kuin aikaisemmissa tutkimuksissa Kokopuukorjuu lisäsi K poistumaa 4-12 kg/ha verrattuna ainespuukorjuuseen (6-11 % turpeen K varoista) K laskeuma 20 vuodessa = 6 12 kg/ha Neulasten ravinnepitoisuudet ja puuston kasvu Ei merkitseviä vaikutuksia neulasten K-pitoisuuksiin (5 koetta) tai puuston kasvuun (2 koetta) 1-5 vuoden aikana Jatkotutkimukset Tarvitaan pidempi seuranta-aika (puuston kasvu, ravinnetalous) Kaliumin huuhtoutuminen hakkuutähteistä? K lannoitus (tuhka) puutosalueilla
Kiitos
Energiapuun korjuun riskit puuntuotoskyvylle Antti Wall
Energiapuun korjuun mahdolliset vaikutukset maan ominaisuuksiin Fysikaaliset ominaisuudet - Lämpötila, vesipitoisuus, ilmatila Kemialliset ominaisuudet - Ravinnevarastot, ravinteiden saatavuus Biologiset ominaisuudet - Orgaanisen aineksen hajoaminen, mineralisaatio
Puunkorjuun vaikutusten arviointimenetelmiä 1. Ravinnetaselaskelmat Puunkorjuussa kasvupaikalta poistuvia ravinnemääriä verrataan maan ravinnevaroihin tiettynä ajankohtana - Kokopuunkorjuu saattaa vaarantaa maan typpi- ja erityisesti kalsiumvarat pitkällä ajalla - Erityisesti vähäravinteiset kasvupaikat ovat alttiita ravinnevarojen köyhtymiselle
2. Takautuvat tutkimukset Verrataan maan ravinnemääriä tai puuston kasvua eri tavoin korjattujen alojen kesken muutamia vuosia puunkorjuun jälkeen - Kokopuun korjuu on johtanut maan kalsiumvarojen köyhtymiseen verrattuna runkopuun korjuuseen - Ei eroja maan orgaanisen aineksen määrässä
3. Matemaattiset mallit Dynaamisia kasvupaikkatekijöitä käyttävät simulaatiomallit arvioitaessa muutoksia puuston kasvua rajoittavissa kasvupaikkatekijöissä - Kokopuun korjuu johtaa pienenpään puuston kasvuun ja suurempaan ravinnevarojen menetykseen verrattuna runkopuun korjuuseen
4. Järjestetyt kenttäkokeet Kokeen järjestäjä määrittää koejärjestelyt ja käsittelyt Menetelmän etuna tulosten luotettavuuden arviointi Tutkimusten kokonaismäärä oli 86, joissa yhteensä 293 kenttäkoetta 18 1 Eurooppa Pohjois-Amerikka 27 40 Oseaania Afrikka
Riskianalyysi Riski määrittelee vastaukset kysymyksiin: - Mitä voi tapahtua? - Kuinka todennäköistä se on? - Mitkä ovat sen seuraukset? Riski = Tapahtuman esiintymistiheys Merkitys
Riskianalyysin peruskäsitteet ja sovellus puunkorjuun vaikutusten arviointiin Puuntuotoksen muutoksen esiintymisen todennäköisyys - puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen esiintymistiheys kokopuukorjuussa verrattuna runkopuukorjuuseen Puuntuotoksen muutoksen merkitys - puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen suuruus kokopuukorjuussa verrattuna runkopuukorjuuseen
Havaintojen lukumäärä, kpl Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen esiintymistiheys kokopuukorjuun jälkeen päätehakkuissa 45 40 83% Ei vaikuttanut Vähensi Lisäsi 35 30 25 72% 78% 20 15 10 5 0 15% 2% 23% 5% 72% 28% 56 % 33 % 11 % 56% 40% 4% 52% 44% 4% 54% 38% 8% 22 %
Havaintojen lukumäärä, kpl Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen esiintymistiheys kokopuukorjuun jälkeen harvennushakkuissa Ei vaikuttanut Vähensi Lisäsi 14 12 100 % 100 % 87 % 80 % 80 % 100 % 10 84 % 8 88 % 6 4 2 12 % 8 % 8 % 13 % 20 % 20 % 0
Havaintojen lukumäärä, kpl Havaintojen lukumäärä, kpl Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen esiintymistiheys kokopuukorjuun jälkeen Ei vaikuttanut Vähensi Lisäsi Ei vaikuttanut Vähensi Lisäsi 60 Uudistushakkuu 82 % 50 Harvennushakkuu 85% 50 45 40 84% 40 65 % 35 30 71 % 30 25 20 31 % 20 10 0 27 % 14 % 2 % 4 % 4 % Pituus Läpimitta Tilavuus 15 10 5 0 14 % 13% 100% 2 % 2 % Pituus Läpimitta Tilavuus
Kekimääräinen alenema, % Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen suuruus kokopuukorjuun jälkeen päätehakkuissa 120 100 80 60 40 20 0
Keskimääräinen alenema, % Puuntuotoskyvyn indikaattorissa ilmenneen muutoksen suuruus kokopuukorjuun jälkeen 45 40 35 Päätehakkuut Harvennushakkuut 30 25 20 15 10 5 0 Pituus Läpimitta Tilavuus
Energiapuun korjuun riskianalyysi Päätehakkuu Harvennushakkuu Esiintymistiheys Voimakkuus Riskitaso Esiintymistiheys Voimakkuus Riskitaso Org. aines 15% (2) -17% (2) 4 0% (1) -17% (2) 2 Typpi kok 23% (2) -18% (2) 4 0% (1) -18% (2) 2 Typpi min 28% (2) -23% (2) 4 12% (2) -23% (2) 4 Fosfori 33% (3) -17% (2) 6 8% ( 1) -17% (2) 2 Kalium 40% (3) -25% (2) 6 13% (2) -25% (2) 4 Kalsium 44% (3) -24% (2) 6 20% (2) -24% (2) 4 Magnesium 37% (3) -17% (2) 6 20% (2) -17% (2) 4 ph 22% (2) -58% (4) 8 0% (1) -58% (4) 4 Pituus 27% (2) -16% (2) 4 0% (1) 0% (1) 1 Läpimitta 31% (3) -17% (2) 6 14% (2) -15% (2) 4 Tilavuus 14% (2) -29% (2) 4 13% (2) -12% (2) 4
Tulosten yhteenveto Suurempi riskitaso päätehakkuissa: Maan fosfori, kalium, kalsium, magnesium varat, maan happamuus ja puuston tilavuus Harvennushakkuissa pieni riskitaso Onko riskitaso niin suuri että on tarvetta riskinhallinnan toimenpiteisiin?
Riskin hallinnan vaihtoehdot: 1) Riskin poistaminen lopettamalla energiapuun korjuu 2) Riskin hyväksyminen osana energiapuun korjuu kustannuksia 3) Riskin pienentäminen kehittämällä korjuutekniikkaa, joka vaikuttaa kasvupaikalle jäävän biomassan määrään, laatuun ja tilajakaumaan
Riskiluokka 1A, 1B, 2A: hyväksyttävä, ei toimenpidetarvetta Riskiluokka 1C, 1D, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 4A, 4B: ei toivottu, toimenpidetarve. Riskiluokka 3D, 4C, 4D: ei hyväksyttävä, ei korjuuta. Esiintymistiheys Voimakkuus Pieni 1-9% Heikko 10-29% Huomattava 30-50% Voimakas >50% Harvinainen 0-9 % Satunnainen 10-29% Tavallinen 30-50% Yleinen >50% 1A (1) 2A (2) 3A (3) 4A (4) 1B (2) 2B (4) 3B (6) 4B (8) 1C (3) 2C (6) 3C (9) 4C (12) 1D (4) 2D (8) 3D (12) 4D (16)
Kiitos
Ensiharvennuspuu selluksi vai energiaksi? MMT Paula Jylhä Perttu Anttila, Kari T. Korhonen & Juha Laitila
Esityksen sisältö Tausta Keskipohjalaisen kuitupuun kilpailukyky energian ja sellun tuotannossa Päätelmät
Ensiharvennustarve vs. toteuma Lähteet: Metla/Metinfo, Korhonen ym. 2007, KMO 2010
Ensiharvennusrästien syitä Korkeat korjuukustannukset Pieni rungon koko Pieni hakkuukertymä Prosessihävikit Puun laatu
Logging cost, /m³ Rungon koon vaikutus korjuukustannuksiin (hakkuu + metsäkuljetus) 160 Korjuukustannus, /m 3 140 120 100 80 60 40 20 Ranka Delimbed longwood Kokopuupaalit Whole-tree bundles Kokopuu Whole-trees 0 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Diameter at 1,3 m height, cm Rinnankorkeusläpimitta, cm Lähde: Laitila & Väätäinen 2011
Ainespuukertymä, m 3 /ha Ensiharvennusten korjuuolot Mäntyvaltaiset leimikot 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 Leimikon rungon keskikoko, dm 3 D = 11 cm D = 13 cm Lähde: Metsäteho Oy
Metsähakkeen käyttö 13,5 milj. m 3 v. 2020 Keski-Pohjanmaalla 235 000 m 3 v. 2011 Lähde: Metla/Metinfo
Metsäteollisuuden tuotantomäärät 16 14 12 Milj. tonnia/m 3 Paperi & kartonki Massa Havusahatavara Puulevyt 10 8 6 4 2 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 Lähde: Metsäteollisuus ry
Riittääkö puu?
Ensiharvennuspuun rooli metsäteollisuuden raaka-aineena Ensiharvennuspuun osuus 2000- luvulla noin 14 % kotimaisen raakapuun käytöstä Lähteet: Metla, Metsäteho Oy
Suurin kestävä energiapuukertymä Etelä- ja Keski-Pohjanmaalla Tavoite v. 2015 Lähde: Metla/Metinfo
Rangan hankintakustannukset Case Toholampi
Keskimääräinen autokuljetusmatka Case Toholampi
Laskuharjoituksia rankahakkeen kilpailukyvystä Laskelmat tehtiin Keski-Pohjanmaan vapaalle rankapotentiaalille, käyttöpaikkana Toholampi Lämmöntuotanto Vertailupolttoaineena jyrsinturve Kiinteä haketuskustannus 5 /m 3 (kiinto) Kantohinta 7 /m 3 Huomioon ei otettu muun muassa ilmaisia CO 2 -päästöoikeuksia
Metsähakkeen hinta terminaalissa Keski-Pohjanmaan vapaa rankapotentiaali Huom! Hakkuu yksin puin Kustannukset laskettu Toholammille suunniteltuun terminaaliin (VMI-aineisto, puunhankinnan kustannusmallit). Vertailupolttoaineena lämmöntuotannossa käytettävä jyrsinturve. Oletukset: Turpeen hinta käyttöpaikalla 12 /MWh, haketuskustannus 5 /m 3 (kiinto), puun kosteus 45 %
Kemera-kelpoisista leimikoista kertyvän puun osuus korjuumäärästä
Sellun ja metsähakkeen hintakehitys Valkaistu sulfaattisellu Metsähake / lämpö- ja voimalaitokset Vuosi Vuosi Lähteet: Metla/Metinfo, Tilastokeskus
Ensiharvennuspuun kantohinnat Lähde: MTK
Päätelmiä Pienpuun energiakäyttö lisääntyy Korjuu siirtyy järeämpiin leimikoihin, kuitupuuta ohjautuu energiantuotantoon Turpeen energiaveron nousu parantaa puun kilpailukykyä lämmöntuotannossa Päästöoikeuden hinnalla suuri vaikutus puun kilpailukykyyn
Puulla (ja turpeella) tuotetun energian oltava kilpailukykyistä Keski-Pohjanmaalla koivulla heikoin kilpailukyky sellun raaka-aineena Taimikot kuntoon, tähdättiinpä aines- tai energiapuun tuotantoon Hakkuukone on kallis raivaussaha!
Kiitos
Missä sijaitsevat maisemallisesti herkät metsäalueet? Ron Store ja Eeva Karjalainen Metsäntutkimuslaitos Metsäntutkimus 95 vuotta metsäntutkimuspäivä Kannuksessa 10.12.2012
Metsämaiseman herkkyysluokitus Tausta: Taloudellisesti ja maisemallisesti tarkoituksenmukaista tunnistaa maisemallisesti herkimmät alueet maisemanhoidon kohdentaminen näille aluille Tavoite: kehittää menetelmä maisemallisesti herkkien alueiden tunnistamiseen talousmetsissä Visuaalinen maisema, talousmetsät Maiseman herkkyys: Visuaalisen maiseman herkkyys muutoksille, kuten metsänkäsittelyille Maisemallisesti herkimpiä ovat kohteet joiden voimakas muuttaminen aiheuttaa vastustusta Paikkatietomenetelmiin ja asiantuntijatietämyksen mallinnukseen perustuva menetelmä
Osallistujat Metsäntutkimuslaitos, Suomen ympäristökeskus, Oulun yliopisto, Metsätalouden kehittämiskeskus Tapio, maa- ja metsätalousministeriö, Metsähallitus, Kainuun metsäkeskus, ProAgria Kainuu, Aalto yliopiston arkkitehtuurin laitos sekä Openspacetutkimuskeskus Rahoitus: MMM:n ja Metla sekä muut osallistujat Kuva: Erkki Oksanen/ Metla
Tutkimuksen vaiheet 1. Herkkyysmallin laadinta: kriteerien valinta, painokertoimien määrittäminen (Kainuun ja Kuusamon alue) 2. Mallin toteuttaminen paikkatietojärjestelmässä: aineistojen hankinta ja tuottaminen, herkkyysindeksin laskeminen tietylle alueelle (Sotkamo) 3. Tulosten arviointi
Maisemallisen herkkyyden kriteerit Valitaan maiseman herkkyyden arvioinnissa käytettävät kriteerit Maiseman yleispiirteet vaihtelevat eri puolilla Suomea Käytettävä kriteeristö on hienosäädettävä alueen mukaan Lähtökohtana maisemamaakuntajako Tässä tutkimuksessa kohteena Kainuun ja Kuusamon vaaramaan maisemamaakunta
Kriteerit ja päätöshierarkia Malli, jossa maisemalliseen herkkyyteen vaikuttavat tekijät kuvataan hierarkkisesti tarkentuvien pääkriteerien ja alakriteerien avulla Kriteerien valinta: aiemmat luokitukset, maisematutkimukset, asiantuntijanäkemys, löydyttävä paikkatietoa Puustoon liittyviä kriteerejä ei mallissa käytetä, vaan maisemallista herkkyyttä arvioidaan alueiden sijainnin näkökulmasta => mallilla ei ole jatkuvaa päivitystarvetta Mallin pääkriteerit: näkyvyys, käyttöpaine, maiseman vetovoimaisuus
Maiseman herkkyyskriteerit Visuaalisen maiseman herkkyys metsänkäsittelylle Näkyvyys Käyttöpaine Maiseman vetovoimaisuus Laki- ja rinnemetsät Reunametsät Näköalapaikkoihin näkyvät metsät Vapaaajan asutus Majoituspalvelut Tieliikenne Pienialaiset vetovoima -tekijät Vesistön läheisyys Metsien ulkoilureitit ja -rakenteet sekä ulkoharrastusalueet Vakituinen asutus Tunnistetut arvokkaat maisemat Vaihtelevuus
Herkkyysmallin painokertoimien määrittäminen Kriteerien painokertoimet asiantuntijatietämyksen mallinnuksella Kolmekymmentä metsä-, maisema- tai ympäristöalan asiantuntijaa pääosin Kainuun ja Kuusamon alueelta Painokertoimien laskenta ja mallinnuksen epävarmuusanalyysit Kuva: Erkki Oksanen/Metla
Herkkyysluokituksen tuottaminen paikkatietojärjestelmässä Tuotetaan kriteerejä vastaavat tiedot paikkatietojärjestelmässä Kriteerejä kuvaavien karttatasojen yhteismitallistaminen asiantuntija-arvioiden perusteella Karttatasojen painottaminen painokertoimilla ja yhdistäminen Lopputuloksena herkkyyskartta, joka kuvaa maisemallisen herkkyyden vaihtelua tutkimusalueella (Sotkamo) Luokituksen yksikkönä 250 m ruutu
Aineistot ja paikkatietoanalyysit Aineistot (vektori ja rasteri) Maastotietokanta ja korkeusmalli Yhdyskuntarakenneaineisto ja digiroad Sotkamon kunnan toimittamat aineistot: virkistysreitit ja -rakenteet Tilastokeskuksen yritysrekisteri : majoituspalvelut Kunnittaiset metsävaratiedot (VMI), esim. maaperän viljavuus Luonnonsuojeluohjelmat Paikkatietoanalyysit Esim. näkyvyysanalyysi, naapurustoanalyysit ja läheisyysanalyysit Jokainen kriteeri voidaan esittää omana karttatasonaan
Alakriteeri: Näkyvyys maiseman tarkastelupisteistä Rukan pilottialue punainen näkyvin ja sininen vähiten näkyvin näkyvyys pääteiltä, asutuskeskuksista ja matkailukeskittymistä (max 5 km)
Esitysdian otsikko
Hankkeen tulokset Herkkyysluokitusmenetelmä, jota voidaan soveltaa toisiin maisemamaakuntiin Kriteerit ja herkkyysmalli Kainuun ja Kuusamon vaaramaan maisemamaakuntaan Herkkyysluokitus Sotkamon kunnan alueelle kartta, joka kuvaa talousmetsien herkkyyttä visuaalisen maiseman muutoksille luokitus paikkatietomuodossa Kuva: Erkki Oksanen/Metla
Tulosten hyödyntäminen Ei ole maisemallisen arvon kokonaismittari Työväline: voidaan kohdistaa esim. maiseman huomioon ottavien hakkuiden suunnittelu ja toteutus sekä tarkemmat maastoinventoinnit ja maisema-analyysit maisemallisesti tärkeille alueille Julkisrahoitteisen ohjauksen kustannustehokkuus: neuvonnan, maisemapainotteisen suunnittelun, viestinnän, metsäpoliittisten tukien kohdentaminen maisemallisen herkkyyden mukaan Potentiaalisten konfliktitilanteiden tunnistaminen ennakolta Tieto helposti liitettävissä esim. metsäorganisaatioiden paikkatieto- ja suunnittelujärjestelmiin: numeerisessa muodossa paikkatietoformaatissa (ArcGIS-shape, Mapinfo) ja kuvana
Jatkotutkimus (2012-2014) Kehitetään herkkyysluokitusmenetelmää Toteutetaan herkkyysluokitus koko Kainuun ja Kuusamon vaaramaan maisemamaakunnan alueelle Luokituksen hyödyntäminen käytännössä Kainuun ja Kuusamon alueella Metla, Oulun yliopisto, Metsähallitus, Metsäkeskus, Kainuun ELY-keskus, Kainuun maakunta-kuntayhtymä Rahoitus: osallistujat ja MMM Alueen metsänhoitoyhdistykset ja kunnat
Kiitos
Metsäbiomassan jalostusprosessit Hanna Lappi 10.12.2012
Puun kemiallinen koostumus Soluseinä mä Fibrilli Kuitus olu Hemiselluloosa, 25-35% Puun runko Selluloosa, 40-45% Uuteaineet, 2-5% Ligniini, 20-30% Muokattu lähteestä: http://www.ecn.nl/fileadmin/ecn/corp/nieuws/2011/thesis_pyrolyse_compleet_paul_de_wild.pdf
Historiallista taustaa ja nykypäivää Uuteaineiden hyödyntäminen Suomessa Terva: päävientituote 1570-1870 Mäntyöljy ja tärpätti 1910-luvulta lähtien Tärpätin käyttöä bensiinimoottorin voimanlähteenä kokeiltiin v. 1918 (Suomen ensimmäinen TkT Hintikka) Sitosteroli v. 1995 HMR lignaani v. 2006 Kuusen hartsista valmistettu salva, 2008 Kuusen oksan uuteaineet kosmeettisissa voiteissa ja shampoossa, 2009 UPM Oyj aloittanut raakamäntyöljyä biopolttoaineeksi jalostavan tehtaan rakentamisen v. 2012
Biojalostamon määritelmä Kaksi pääasiallista raaka-ainelähdettä: Viljelykasvit ( 1. sukupolven biojalostamot ) Tärkkelys- ja sokeripohjaiset kasvit, kasviöljyt Lignoselluloosa( 2. sukupolven biojalostamot ) Puubiomassa, metsäteollisuuden sivuvirrat Ruohokasvit Nykyisin puhutaan myös 3. ja 4. sukupolven biopolttoaineista 3. sukupolven biopolttoaineen raaka-aineina käytetään esim. biojätettä ja levää 4. sukupolven biopolttoaineet valmistetaan geneettisesti modifioiduista raaka-aineista (tavoitteena pienemmät CO 2 -päästöt kuin muilla biopolttoaineilla)
Yleisimmät metsäbiomassan jalostusprosessit Biomassa Pyrolyysi Kaasutus Poltto Happohydrolyysi tai entsymaattinen hydrolyysi Kemiallinen fraktiointi Bioöljy Synteesikaasu Lämpö Sähkö Sokerit (monosakkaridit) Uuteaineet (kasviöljyt) Jatkojalostus Katalyyttinen konversio Fermentointi Vaihtoesteröinti Nestemäinen polttoaine Hiilivedyt ( F-T-diesel) Metanoli ( dimetyylieetteri) Vety Etanoli Butanoli 1. Sukupolven biodiesel Lähde: Alén, R (2011). Principles of biorefining kirjassa R. Alén (Ed.) Biorefining of Forest Resources, Paperi ja Puu Oy, Helsinki, s. 55-114.
Pyrolyysi Pyrolyysi on korkeassa lämpötilassa tapahtuva biojalostusprosessi, jossa orgaaninen aine hajotetaan hapettomissa olosuhteissa Kuva lähteestä: https://ciweb.chydenius.fi/project_files/highbio%20projekti%20info/info%20highbio%20f27.pdf
Kaasutus Kaasutus eroaa pyrolyysistä siten, että kaasutuksessa käytettävät lämpötilat ovat yleensä korkeampia ja prosessin aikana happea on läsnä Kuva lähteestä: https://jyx.jyu.fi/dspace/bitstream/handle/123456789/27058/978-951-39-4313-4.pdf?sequence=1
Termisen prosessoinnin tuotteita Biomassa Kiinteä tuhka Nestemäiset tuotteet Kaasut Alifaattiset karboksyylihapot Alkoholit Aldehydit, ketonit Anhydrosokerit Furaanit and pyraanit Fenolit Uuteaineet Hiilivedyt N 2 H 2 O CO 2 H 2 CH 4 (C x H y ) Metanoli Dimetyylieetteri Formaldehydi C x H y Lähde: Alén, R (2011). Principles of biorefining kirjassa R. Alén (Ed.) Biorefining of Forest Resources, Paperi ja Puu Oy, Helsinki, s. 55-114.
Fermentointi Kuva lähteestä: http://www.kainuu.fi/userfiles/kylateemaohjelma/file/11%20u_%20lassi.pdf
Lisää esimerkkejä fermentointiprosessin tuotteista Glukoosi Alkoholit Karboksyylihapot Muut tuotteet Etanoli Isopropanoli Butanoli 2,3-Butaanidioli Glyseroli Etikkahappo Propaanihappo Voihappo Maitohappo Glukonihappo Fumaarihappo Itakonihappo Omenahappo Sitruunahappo Asetoni Aminohapot Antibiootit Entsyymit Hormonit Glukoosi Fermentointituotteet Monomeerit Polymeerit Etanoli Butanoli 2,3-Butaanidioli Etikkahappo Maitohappo Asetoni Eteeni Vinyylikloridi Styreeni Akrylonitriili Butadieeni Kloropreeni Vinyyliasetaatti Akryylihappo Metyylimetakrylaatti Bisfenoli A Polyeteeni Polyvinyylikloridi Polystyreeni Polyackrylonitriili Polybutadieemni Neopreeni Polyvinyyliasetaatti Akryylihartsit Epoksihartsit Polykarbonaattihartsit Lähde: Alén, R (2011). Principles of biorefining kirjassa R. Alén (Ed.) Biorefining of Forest Resources, Paperi ja Puu Oy, Helsinki, s. 55-114.
Vaihtoesteröinti Puun uuteaineissa esiintyvät rasvahapot, esim. mäntyöljystä Kasviöljyt Käytetty kasviöljy Alkoholi, yleensä metanoli tai etanoli Lämp ö Katalyytti (esim. KOH) Biodiesel Glyseroli Kuva muokattu lähteestä: http://sgth2.com/bio-diesel_faq
Teollisuuslaitokseen integroitu biojalostamo Yhdistetty olemassaolevaan teollisuuslaitokseen tai prosessiin Hyödynnetään jätevirrat sekä myös raaka-aine tehokkaammin tuotteiden valmistuksessa Seuraavia vaihtoehtoja voidaan harkita: Kuoren ja hakkuujäännöksen tehokkaampi hyödyntäminen, jne. Kemikaalien uuttaminen hakkeesta ennen massan valmistusta Kehitetään edelleen kemikaalien erottamista sellutehtaan jäteliemestä, mustalipeästä
Esimerkki sellutehtaan yhteydessä toimivasta biojalostamosta Sellutehdas Mustalipeä - Kiinteä polttoaine Erittäin laaja valikoima erilaisia kemikaaleja Muokattu lähteestä: http://www.smy.fi/renewableresources/2006/files/rrsf-tiinapursula.pdf - Kiinteät/nestemäiset polttoaineet - Sähkö
Arvokkaiden bioaktiivisten uuteaineiden lähteet Mäntyöljy Sitosteroli Konjugoidut linolihapot Sulfaattisellun valmistus Oksat Kuori Kannot, juuret? Paperin valmistus Lignaanit Terveysruoat Flavonoidit Stilbeenit Lisäravinteet Lääkkeet Stilbeenit Betulinoli Kosmetiikka Tanniiinit Tek.antioksidantit Muokattu lähteestä: Course material, Åbo Akademi, Wood Extractives in Pulping and Papermaking, Bjarne Holmbom, 2008.
Puun kuori kemikaalien raaka-aineena Kuoripitoisuus puussa tyypillisesti 10% Uuteaineita enemmän kuoressa kuin runkopuussa Useita bioaktiivisia yhdisteitä Huomattavat määrät kuorta (kuorijätettä) syntyy metsäteollisuuden sivutuotteena Pääasiallinen käyttö nykyisin poltto Abilar pihkasalva Joitakin kemikaaleja kuoresta eristetään nykyisin, mutta paljon hyödyntämätöntä potentiaalia Käytetään ihon haavojen paranemista edistävänä, antimikrobisena salvana. Tieteellisesti tutkittu vaikutus toimii niin vaikeissa tulehtuneissa painehaavoissa sekä säärihaavoissa kuin kotikäytössä tulehtuneella ja ärtyneellä iholla. Salvalla on todettu myös oireita helpottavaa vaikutusta palohaavoissa ja psoriasiksen oireissa.
Lisäarvoa uuteaineista: kuusen sisäoksan uuteaineet Oksien poisto ennen mekaanisen massan valmistusta vähentää häiriöitä sekä energian ja kemikaalien kulutusta. Parantaa myös massan laatua. Markkinoilla vuodesta 2006 Ehkäisee hormonaalisia syöpiä, kuten rintasyöpää. Vähentää myös eturauhas- ja vatsasyöpään sairastumisen riskiä. 70-85% lignaaneista Ehkäisee sydän- ja verisuonitauteja. Hydroksimatairesinoli (HMR) Lievittää osteoporoosia sekä www.hmrlignan.com vaihdevuosivaivoja. Muokattu lähteestä: Aalto University, Biorefinery luentosarja, Products based on extractives, Bjarne Holmbom, 2011.
Lisäarvoa uuteaineista: kuusen sisäoksan uuteaineet Kuusen sisäoksan uuteaineet: Suojaavat ihoa vanhenemisen merkeiltä XZ tervashampoo tasapainottaa ja rauhoittaa hiuspohjaa sekä vähentää hilseenmuodostumista Muokattu lähteestä: Aalto University, Biorefinery luentosarja, Products based on extractives, Bjarne Holmbom, 2011.
Metsäbiomassan hyödyntämätöntä raaka-ainepotentiaalia Nykyiset teknologiat hyödyntävät lähinnä viljelykasveja (esim. sokeriruoko) glukoosin lähteenä fermentoinnissa, eivätkä puuperäistä biomassaa Ligniinissä esiintyy runsaasti fenolisten uuteaineiden kaltaisia rakenneyksiköitä Ligniinin prosessoinnin kehittyminen voisi avata runsaasti uusia mahdollisuuksia Erikoiskemikaalit, kuten hartsikomponentit ja polyfenolit omaavat potentiaalia erittäin arvokkaiden tuotteiden valmistukseen
Metsäbiomassan hyödyntämätöntä raaka-ainepotentiaalia Tulevaisuuden biojalostamoissa kannattaisi hyödyntää myös puun uuteaineet. Puissa on suurempi määrä arvokkaita bioaktiivisia yhdisteitä, kuin muissa kasveissa. Kuori ja muut jätefraktiot ovat houkutteleva vaihtoehto bioaktiivisten yhdisteiden raaka-aineeksi Bioaktiivisia yhdisteitä on helposti saatavilla erilaisilla uuttoprosesseilla Kontrolloitu bioaktiivisten yhdisteiden uutto ja talteenotto ennen jätefraktion polttoa tai muuta prosessointia kannattavuuden parantamiseksi Mahdollisuus löytää sovelluksia korkean tuoton sovelluskohteista, kuten ravintolisät ja lääkkeet
Tulevaisuuden tuotteita? Pohjoismaiset mäntyöljyt, etenkin Pohjois-Suomessa ja Ruotsissa valmistetut, sisältävät eräitä rasvahappoja, joita saatettaisiin voida hyödyntää ravintolisissä ja lääkkeissä Raakamäntyöljyn tuotanto pohjoismaissa 400 000 t/vuosi Uudet lignaanituotteet? HMR funktionaalisissa elintarvikkeissa Lisäaineina kosmetiikassa Teknisissä antioksidanteissa Biosideissä
Tulevaisuuden tuotteita? Kuusen kuoresta saatavat stillbeenit: Resvatroli: lukuisia erilaisia terveysvaikutuksia, mm. syöpää ja verisuonitauteja ehkäiseviä vaikutuksia. Pidentää myös solujen elinikää! Koivun kuoresta saatavat tuotteet: Koivun ulkokuoressa jopa 30 % betulinolia Mm. antibakteerisia ja antimykoottisia vaikutuksia Käytetään nykyisin Yhdysvalloissa, Venäjällä ja Saksassa kosmetiikassa sekä ravintolisissä
Miksi lisää tutkimusta tarvitaan? Metsäteollisuudessa syntyy suuret määrät sivuvirtoja vuosittain Merkittäviä määriä hyödyllisiä ja potentiaalisesti hyödyllisiä yhdisteitä saatavilla sivutuotevirroista Sekä bulkkikemikaaleja, että erikoiskemikaaleja Ei kilpailua ravintokäytön kanssa (vrt. esimerkiksi kasviöljyt biodieselin valmistuksessa) Kasvava kysyntä luonnonaineista valmistetuille tuotteille (synteettisten kemikaalien korvaamiseksi)
Miksi lisää tutkimusta tarvitaan? Merkittävää kasvua etenkin luonnosta saatavien terveystuotteiden kysynnässä teollisuusmaissa Puun uuteaineet eivät ole geneettisesti modifioituja! EU kieltää GM tuotteiden käytön ravinto- ja lääkevalmisteissa Haasteita riittää potentiaalisesti arvokkaiden tuotteiden tunnistamisessa, uuttamisessa sekä puhdistamisessa. Haasteellista on myös löytää arvokkain sovelluskohde arvokkaille yhdisteille.
Kiitos! http://www.fpl.fs.fed.us/news/events/nationalforestproductsweek.shtml
Metsäbiomassan saatavuus biojalostukseen Tommi Räisänen
Puuvirrat Suomessa Puuston kasvu 103,7 milj. m 3 Puuston runkotilavu us 2284 milj. m 3 Luonnonpoistuma 4,7 milj. m 3 Metsähukkapuu 8,4 milj. m 3 Poistuma 71,5 milj. m 3 Vienti 1,0 milj. m 3 Hakkuukert ymä 58,3 milj. m 3 Tuonti Raakapuun käyttö 70,8 milj. m 3 11,7 milj. m 3 Lähde: Metsätilastollinen vuosikirja 2011
Puuvirrat Suomessa Raakapuun käyttö 70,8 milj. m 3 Puutuoteteollisuus 26,4 milj. Massateollisuus m 3 37,9 milj. Pientalojen polttopuu 5,4 milj. m 3 m 3 Kuori Puru Hake Kannot ja latvusmassa 3,2 milj. m 3 Sivutuoteja jätepuuvar astot Energian tuotanto 14,3 milj. m 3 Lämpö- ja voimalaitosten polttopuu 3,0 milj. m 3 Jätepuun tuonti 0,5 milj. m 3 Lähde: Metsätilastollinen vuosikirja 2011
Metsäbiomassat biojalostukseen Nykyisten raaka-ainevirtojen uudelleen kohdentaminen Ainespuu (kuitupuu) Energiapuu (päätehakkuiden latvusmassa ja runkohukkapuu sekä kannot, pienpuu nuorista metsistä Käyttämättömien biomassaresurssien hyödyntäminen
Metsäbiomassat biojalostukseen Vaatimukset raaka-aineelle? Käytettävä jalostusprosessi Halutut lopputuotteet Kaasutus Pyrolyysi Etanolin tuotanto -Kivet, hiekka ja metallit haitallisia -Materiaalin homogeenisuus tärkeää -Herkkä kosteuden vaihtelulle -Kivet, hiekka metallit haitallisia -Ligniini ja uuteaineet pienentävät saantoa -Epäpuhtaudet eivät kovin haitallisia -Käymiskykyisten sokereiden suuri määrä eduksi - Ligniini ja uuteaineet pienentävät saantoa
energiapuu Metsäbiomassojen ominaisuuksista Biomassakomponenttien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet vaihtelevat Jakautuminen puussa Puulaji ja puun koko
Metsäbiomassojen ominaisuuksista Mänty Nuori puu Vanha puu
Metsäbiomassojen saatavuus Rajoitteet muun kuin runkopuun korjuussa Nykyisin enimmäkseen vain kuusen päätehakkuut ja pienpuu kivennäismailta Tapion suositukset kokopuun korjuuseen: Kokopuun korjuu harvennusmetsistä Mänty- ja lehtipuuvaltaiset kuivahkot kankaat ja niitä viljavammat kivennäismaat sekä vastaavat turvemaat Latvusmassan ja kantojen korjuukohteet Kuivahkot kankaat ja niitä viljavammat kivennäismaat sekä vastaavat turvemaat Pohjavesialueet, luokat 1-2 (pelkkä latvusmassa, ei kantoja)
Korjuurajoitteet
Energiapuupotentiaaleja Ylitalo E. (ed.) Wood Fuel Used for Energy Generation 2010. Finnish Forest Research Institute, Forest Statistical Bulletin ISSN 1797-3074; 2011, 7. Routa et al. WIREs Energy Environ 2012. doi: 10.1002/wene.24
Hakkuumäärät energiapuu Lähde: Metla / Mela-ryhmä 19.6.2012
Hakkuumäärät Suhdannevaihtelut ja metsäteollisuuden tuotantokapasiteetin muutokset heijastuvat suoraan hakkuumääriin Esim. vuosi 2010: kuitupuun hakkuut 83% hakkuumahdollisuuksista 385 000 m 3 vapaata potentiaalia Lähde: Metla/Metinfo
Hakkuumäärät Lähde: Metla / Mela-ryhmä 19.6.2012
Metsäbiomassat energiantuotannossa Puupolttoaineiden käyttö laitoksissa 2011, m 3 Koko maa Keski-Pohjanmaa Metsähake 6 846 683 113 813 Teollisuuden puutähdehake 859 219 Sahanpuru 1 925 068 Kuori 6 561 884 78 978 Kierrätyspuu 515 030 Pelletit ja briketit 67 889
Biomassapotentiaaleja Energiapuuksi saatavilla olevien puukomponenttien tilavuus nuorista kasvatusmetsistä ja päätehakkuilta (Keski- Pohjanmaa). Koko potentiaali m 3 /vuosi Pienpuu, rungot 314 500 ~ 157 000 Pienpuu, koko biomassa 411 156 ~ 162 000 Latvusmassa, Kuusi 174 118 ~ 60 000 Latvusmassa, kaikki puulajit 444 706 ~ 153 000 Kannot, kuusi 146 353 ~ 65 000 Kannot, kaikki puulajit 489 882 ~ 216 000 Rajoitettu potentiaali m 3 /vuosi Kaikki 634 971-1 345 744 ~ 282 000-531 000
Maanmittauslaitos MML/VIR/MYY/328/08 Biomassapotentiaaleja
Biomassojen saatavuus Alueelliset potentiaaliarviot melko hyödyttömiä, jos pyritään arvioimaan biomassojen saatavuutta tietylle laitospaikalle Maanmittauslaitos MML/VIR/MYY/328/08 Tiehallinto/Digiroad 2009
Lopuksi Raaka-ainetta runsaasti, mutta Ainespuuhakkuut? Latvusmassan ja kantojen saatavuus riippuu päätehakkuiden määrästä Pienpuun saatavuus riippuu osittain ainespuutarpeesta Laitospaikka/terminaalit? Mitä materiaaleja tarvitaan? Minkä verran raaka-aineesta voidaan maksaa?
Kiitos