Puutuoteteollisuuden raaka-aineen laadun näkymät ja kilpailukyky Erkki Verkasalo, Harri Kilpeläinen, Antti Ihalainen, Olli Salminen PUUN VUODET PUU-ohjelman loppuseminaari Luontokeskus Haltia, 18.3.2014
PUU-ohjelman tutkimushanke Männyn ja kuusen raakaaine-potentiaalit, ominaisuudet, soveltuvuus ja kilpailukyky puutuoteteollisuudessa (2008-2012) Osahanke Nimi Tutkijat 1 Viljelymännyn raaka-aine- ja puutuotetutkimukset 2 Viljelykuusen raaka-aine- ja puutuotetutkimukset 3 Viljelyhavupuun eurooppalainen benchmarking Lisäksi: Nordic pine ja Suomi-Venäjä havupuututkimusten loppuun vieminen 4 Havupuutavaralajien koko- ja laatujakaumat Lisäksi: VMI-tarkastelut viljely- ja luonnonmetsien määristä, laadusta ja puutavaralajeista 5 Harvennusmänty sahauksessa ja jatkojalostuksessa Lisäksi: Pienpuuhun perustuvien liimattujen rakennetuotteiden ja piharakentamisen tuotteiden ominaisuudet 17.3.2014 Erkki Verkasalo, Martti Venäläinen & projektitutkijoita Erkki Verkasalo, Henrik Heräjärvi & projektitutkijoita Erkki Verkasalo & Tuula Packalén Mika Grekin Sanna Hautamäki Olli Salminen & MELA-ryhmä Harri Kilpeläinen, Antti Ihalainen & Erkki Verkasalo Reeta Stöd Reeta Stöd, Henrik Heräjärvi, Veikko Möttönen & Keijo Heikkilä 2
Muita tutkimus- ja kehittämishankkeita (Metlassa) Nimi Tutkijat Kumppaneita Metsätalouden mallintaminen ja analyysit hakkuumahdollisuuksien analyysit ja selvitykset (ns. jatkuva hanke) Puunkäytön, metsänkäsittelymenetelmien ja omistajuuden vaikutukset alueellisiin hakkuumahdollisuuksiin ja metsävarojen kehitykseen (2012-2016) Maan käytön rajoitusten tunnistaminen metsien käytössä (2012-2013) Metsien käyttörajoitusten vaikutukset puun hankintamahdollisuuksiin - puun jalostajan näkökulma (2008-2011) Puutaseskenaariot (2012-2014) Eri-ikäisrakenteisten ja monijaksoisten metsien käsittely / Puuaineen ja tuotteiden laatu (2012-2016) 17.3.2014 Olli Salminen & MELA-ryhmä Olli Salminen, Hannu Hirvelä, Kari Härkönen Tuula Nuutinen, Hannu Hirvelä, Helena Mäkelä Tuula Nuutinen, Leena Kärkkäinen Tuula Nuutinen, Reetta Lempinen Riikka Piispanen, Pekka Saranpää, Harri Mäkinen Julkisia ja yksityisiä tahoja Julkisia ja yksityisiä tahoja Mo-liitto Länsi-Suomi: Toimivuutta puumarkkinoille ; ELY-keskukset 3 kpl (rahoittajina) Helsingin yliopisto, EFI; Suomen metsäsäätiö (rahoittajana) 3
MILLAISISTA METSISTÄ PUUTUOTETEOLLISUUDEN RAAKA-AINE TULEVAISUUDESSA Skenaariolaskelma Suurin kestävä hakkuukertymä (Metsäntutkimuslaitos / MELA-ryhmä 19.06.2012 www.metla.fi/metinfo/mela) Laskettu metsäkeskuksittain 4 % tuottovaatimuksella Laskelmilla saadaan Etelä- ja Pohjois-Suomea koskevia tuloksia puulajeittain kokonaisuutena, hakkuutavoittain ja puuston läpimittaluokittain Ainespuun, tukkipuun ja pikkutukkipuun kokoisen puun hakkuukertymät keskimäärin tukkipuuta / hakattava tukkirunko ja tukkiosuus luontaisesti syntyneiden ja viljeltyjen puustojen tukkiosuus hakkuutavoittain (alustavia tuloksia) Tekijät: Olli Salminen, Erkki Verkasalo 17.3.2014 4
VERTAILU: TOTEUTUNEET HAKKUUT 2007-2011 VS. SUURIN KESTÄVÄ HAKKUUKERTYMÄ 2009-2038 Lähde: VMI-tulosten julkistus 19.6.2012, METLA / MELA-ryhmä 17.3.2014 5
Tukkipuun hakkuukertymä 2009-2038, Etelä-Suomi 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Tukkikertymä, m³/a Uudistushakkuu Kasvatushakkuu Mänty Kuusi Rauduskoivu Hieskoivu 0,500 Tukkirungon tukkiosan keskikoko, m³/runko 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 Uudistushakkuu Kasvatushakkuu 17.3.2014 6 Mänty Kuusi Rauduskoivu Hieskoivu
Tukkipuun hakkuukertymä 2009-2038, Pohjois-Suomi Tukkikertymä, m³/a 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Uudistushakkuu Kasvatushakkuu Mänty Kuusi Rauduskoivu Hieskoivu Tukkirungon tukkiosan keskikoko, m³/runko 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 Uudistushakkuu Kasvatushakkuu 17.3.2014 7 Mänty Kuusi Rauduskoivu Hieskoivu
Tukkiosuus 2009-2038 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Etelä-Suomi Uudistushakkuu Kasvatushakkuu Mänty Kuusi Rauduskoivu Hieskoivu 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Pohjois-Suomi Uudistushakkuu Kasvatushakkuu Mänty Kuusi Rauduskoivu Hieskoivu 17.3.2014 8
VILJELY- JA LUONNONPUUSTOJEN MÄÄRÄ JA LAATU VMI 10 -AINEISTOIHIN PERUSTUVIA TULOKSIA TEHTÄVÄT 1) Kartoittaa nykyisten mänty- ja kuusivaltaisten viljelymetsien pinta-alat, puustojen määrät ja keskitilavuudet kehitysluokittain 2) Laskea männyn ja kuusen läpimittaluokittaiset dimensiotunnukset ja saatavissa olevat ulkoisen laadun tunnukset VMI-koepuuaineiston perusteella D1.3 -läpimittaluokittain 3) Laskea männyn ja kuusen tärkeimpien puutavaralajien kertymät VMIkoepuuaineiston perusteella ja siihen apteerauksen simulointia soveltaen läpimittaluokittain VMI-koepuuaineiston perusteella D1.3 -läpimittaluokittain Laskelmat tehty erikseen neljälle suuralueelle kasvupaikka-ryhmittäin kaikissa tapauksissa luonnonsyntyisiin metsiin vertaillen Tekijät: Harri Kilpeläinen, Antti Ihalainen, Erkki Verkasalo 17.3.2014 9 17.3.2014 9
TULOKSET JA NIIDEN HYÖDYNTÄMINEN 1) Tietoa männyn ja kuusen viljelymetsien nykyisestä merkityksestä ja käsitys seuraavan 10-20 vuoden potentiaalista tukki- ja pikkutukkipuun lähteenä suuralueittain puuston määrä- ja laatutietojen perusteella 2) Tietoa viljelymännyn ja -kuusen tukki- ja pikkutukkipuukokoisen puuston ominaisuuksista ja laadusta tärkeimmillä puuntuotantoalueilla nykypuuston perusteella koskee kuitenkin vain runkojen dimensioita, ulkoista laatua ja niiden perusteella laskettavissa olevia puutavaralajijakaumia 3) Tulokset antavat pohjaa tulevien empiiristen tutkimusten suuntaamiselle alueittain sekä laatututkimusten tavoitteiden asetannalle, fokusoinnille ja priorisoinnille 17.3.2014 10
ESIMERKKEJÄ SUOMALAISISTA VILJELYPUUSTOISTA LOPPI HARTOLA PUNKAHARJU SAARIJÄRVI 17.3.2014 11
Metla / VMI10 Metla / VMI10 Mänty- ja kuusivaltaisten metsien pinta-alat puuston kehitysluokan ja syntytavan mukaan Etelä-Suomi - puuntuotannon metsämaa pl. aukeat / VMI10 25000 Mäntyvaltaisten metsien pinta-ala (km 2 ) Kylvö Istutus Luontainen 12000 Viljely Kuusivaltaisten metsien pinta-ala (km 2 ) 20000 10000 Luontainen 15000 8000 6000 10000 4000 5000 2000 0 Pieni taimikko Varttunut taimikko Nuori kasvatusmetsä Varttunut Uudistuskypsä kasvatusmetsä Suojus- tai siemenpuusto 0 Pieni taimikko Varttunut taimikko Nuori kasvatusmetsä Varttunut Uudistuskypsä kasvatusmetsä Suojus- tai siemenpuusto 17.3.2014 12
Metla / VMI10 Metla / VMI10 Mänty-, kuusi- ja lehtipuuvaltaisten metsien puuston tilavuus kasvupaikkaluokittain ja puuston kehitysluokittain vallitsevan puulajin mukaan Etelä-Suomi - puuntuotannon metsämaa pl. aukeat / VMI10 Kokonaistilavuudet (milj. m 3 ) kasvupaikoittain 300 250 200 Mäntyvaltainen Kuusivaltainen Lehtipuuvaltainen 300 250 200 Kokonaistilavuudet (milj. m 3 ) kehitysluokittain Pieni taimikko Varttunut taimikko Nuori kasvatusmetsä Varttunut kasvatusmetsä Uudistuskypsä Suojus- tai siemenpuusto 150 150 100 100 50 50 0 OMT+ MT VT- Ojittamaton Ojitettu 0 Mäntyvaltainen Kuusivaltainen Lehtipuuvaltainen 17.3.2014 13
Mäntytukkipuiden tekninen vikaisuus (VMI-koepuut) Etelä-Suomi Pohjois-Suomi 17.3.2014 14
Kuusitukkipuiden tekninen vikaisuus (VMI-koepuut) Etelä-Suomi Pohjois-Suomi 17.3.2014 15
Mäntytukkipuiden puutavaralajijakaumat syntytavan mukaan d 1,3 -luokittain Etelä-Suomi Luontainen Istutettu Kylvetty 17.3.2014 16
Mäntytukkipuiden tukkiprosentti ja tukki- ja pikkutukkiprosentti syntytavan mukaan d 1,3 -luokittain Etelä-Suomi 17.3.2014 17
Kuusitukkipuiden puutavaralajijakaumat syntytavan mukaan d 1,3 -luokittain Etelä-Suomi Luontainen Istutettu 17.3.2014 18
Kuusitukkipuiden tukkiprosentti ja tukki- ja pikkutukkiprosentti syntytavan mukaan d 1,3 -luokittain Etelä-Suomi 17.3.2014 19
TAPAUSTUTKIMUS 1: Nopeakasvuisen männyn laatukasvatus ja erikoissahaus Pystykarsinta MT-OMT Läpisahaus + pinnanmyötäinen sahaus Lustonleveys 3-6 mm Ikkunanpuiteaihiot Tekijät: Esko Sirparanta, Mitch Baker, Erkki Verkasalo 17.3.2014 20
TAPAUSTUTKIMUS 2: Istutuskuusen pystykarsinta Läpisahaus + pinnanmyötäinen sahaus Koemetsikkö, OMT Saheiden visuaalinen laatuluokkajakauma Potentiaalisia tuotteita: pinnoitusviilu, sisustaminen, sisäovet ja -ikkunat kaikilla ilmeisen kapeat mutta maksukykyiset markkinat Tekijät: Harri Mäkinen, Erkki Verkasalo, Aili Tuimala 17.3.2014 21
TAPAUSTUTKIMUS 3: Istutuskuusi sahatavaran raaka-aineena Huom! Vuosina 1916 1949 istutettuja kuusikoita Vuosilustot ovat 1960-luvulta lähtien istutetuissa kuusikoissa yleisesti leveämmät kuin tässä tutkimuksessa, esimerkiksi 5 10 millimetriä. Näin nopeakasvuisesta raaka-aineesta saatavat saha- ja sorvituotteet poikkeavat paljon tähän asti käytetystä raaka-aineesta saatavista tuotteista. Tämä koskee sekä rakennustuotteita, rakennuspuusepäntuotteita että hyvää ulkonäkölaatua edellyttäviä sisäkäyttötuotteita. Laadukkaan kuusen vuosiluston leveyden ylärajana on esimerkiksi rakennusliimapuun ja kattotuolien valmistuksessa nykyisin yleisesti 6 mm. Tekijät: Tuomas Ropponen, Erkki Verkasalo 17.3.2014 22
JOHTOPÄÄTÖKSIÄ VILJELYPUUSTA Tukkilaatu ja saanto heikompi sekä keskimääräisissä että samankokoisissa viljelypuustoissa verrattuna luontaisesti syntyneisiin puustoihin, varsinkin istutusmännyllä ja osittain myös kuusella. Puustojen laatuerot ovat olennaisesti pienemmät nuoremmissa ikäluokissa verrattuna vanhempiin näkyy tulevissa päätehakkuupuustoissa Tulokset koskevat nykyisiä tukki- ja pikkutukkipuustoja. Tutkimuksen haasteena ennakoida miten nykyisten nuorten viljelypuustojen laatu kehittyy niiden järeytyessä ja miten metsänviljelyn parantuminen ja laatukasvatuksen soveltaminen näkyvät jatkossa viljelymetsien puuraaka-aineen ominaisuuksissa ja arvossa. Viljelymetsistä peräisin olevaa mäntytukkia ja -pikkutukkia on tulossa hakkuisiin nykyistä enemmän koko Väli-Suomessa ja kuusitukkia ennen kaikkea Itä- ja Etelä-Suomessa. Saatavilla olevan puuraaka-aineen ominaisuudet ja tuotteiden valmistuskustannukset sekä kysyntänäkymät ja kilpailukyky markkinoilla ratkaisevat lopulta, mihin tuotteisiin ja millaisilla valmistustekniikoilla viljelypuuta kannattaa käyttää, miten sitä kannattaa lajitella ja mitä siitä voidaan maksaa. Nopeakasvuisellakin viljelypuulla on todettu tapaustutkimuksissa hyvä jalostusarvo oikein kasvatettuna ja oikeisiin tuotteisiin suunnattuna. 17.3.2014 23
HARVENNUSPUU JA PUUTUOTTEET Harvennushakkuista peräisin arviolta 15 % isojen sahojen tukista ja 20-30 % keskisuurten sahojen tukista Määrät kasvussa: metsänkuva, kuitupuun käytön väheneminen (joissakin maakunnissa), pikkutukkien sahalinjat yleistyneet Raaka-aineesta ja tuotteista runsaasti tutkimuksia 8-15 v. sitten, joille muutamia jatkotutkimuksia tämän jälkeen: Mäntysahatavaran ominaisuuksia (Reeta Stöd) Ilmakuivatiheys, kg/m 3 Kimmokerroin, GPa Taivutuslujuus, MPa Kutistumisen ansiotropia Ensiharvennus 467 10 42 1,80 Muu harvennus 495 13 53 1,67 Päätehakkuu 482 12 46 1,84 17.3.2014 24
HARVENNUSPUU JA PUUTUOTTEET Perustuotteiden ja jatkojalosteiden mahdollisuudet yllättävän monipuoliset ja arvosaantokin kohtuullinen Tuotantokustannukset silti lähes aina tavallista korkeammat Sahapuun kertymät yleensä valitettavan pieniä Mäntytukkien ja pikkutukkien kertymät harvennushakkuista teknisten vikojen rajoitusten mukaan (Wall et al. 2005. MT 754) Mäntysahatavaran laatuluokkajakauma harvennushakkuista lauta- ja sydäntavara-asetteilla sahattaessa 17.3.2014 25
HARVENNUSPUU JA PUUTUOTTEET 17.3.2014 26
RAAKA-AINEEN OMINAISUUKSIEN JA KILPAILUKYVYN ALUEELLISET EROT Alueelliset ja toimittajakohtaiset laatuerot ja soveltuvuus erilaisiin tuotteisiin kiinnostavat jatkuvasti puutuoteteollisuutta jatkojalostajia ja asiakkaita. Laatu- ja arvoeroilla on vaikutusta puutuotteiden viennin ja tuonnin edellytyksiin asemoiduttaessa kilpailuympäristöön ja suuntauduttaessa tuote- ja asiakasryhmiin. Alkuperäalueilla on merkitystä myös siitä syystä, että ostajat haluavat varmistua raaka-aineen kestävän kehityksen mukaisesta taustasta ja suhteuttaa raaka-aine- ja tuoteominaisuuksia omien jalostusprosessiensa, tuotevalikoimansa ja asiakkaidensa vaatimuksiin. Metlassa tehtiin laajat yhteistutkimukset suomalaisen ja ruotsalaisen männyn erityisominaisuuksista puutuoteteollisuuden raaka-aineena vuosina 2002 2008 ja Suomen ja Luoteis-Venäjän mänty- ja kuusiraaka-aineen ja sahatavaran ominaisuuksista vuosina 2005 2009 (PKM-tutkimusohjelman loppujulkaisu, Verkasalo ym. 2012). PUU-ohjelmassa jatkettiin suomalaisruotsalaisen tutkimuksen tulosten analysointia, julkaisemista ja tiedonsiirtotoimintaa ja suomalais-venäläisen tutkimuksen pohjalta tehtiin jatkotutkimuksia. 17.3.2014 27
MÄNNYN TYÖSTETTÄVYYSOMINAISUUDET Materiaalin fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet ovat kriittisiä kaikessa työstössä. Puulla nämä ominaisuudet liittyvät myös visuaaliseen laatuun. Tutkimuksessa tarkasteltiin a) puuaineen leikkauslujuutta (syiden suunnassa), vetolujuutta (poikkisyysuunnassa), pinnan kovuutta, b) oksien kokoa, laatua ja oksakulmaa, oksaväliä (virheetön puuaine) ja puuaineen syysuoruutta sekä c) puuaineen tiheyttä ja vuosilustorakennetta (taustatekijöinä). Näillä ominaisuuksilla on merkitystä kaikissa puun mekaaniseen jalostukseen perustuvissa lopputuotteissa ja käyttökohteissa, mutta niiden painoarvo vaihtelee sisä- ja ulkokäyttötuotteiden (kosteusrasitus), mekaanisille rasituksille eri tavoin altistuvien tuotteiden sekä massiivipuutuotteiden ja mekaanisia ja liimattuja asennuksia ja jatkoksia sisältävien tuotteiden välillä. Pohjoismainen mänty on kokonaisuudessaan kilpailukykyistä materiaalia mekaanisilta työstöominaisuuksiltaan useimpiin muihin havupuulajeihin verrattuna. Etuna on erityisesti leikkauslujuus mutta myös vetolujuus kohtisuoraan syitä vastaan. Mänty on pehmeä puulaji, jolla on myös etuja työstön kannalta. Lapin mänty on muita pohjoisia alueita pehmeämpää. Männyn työstettävyys on tutkittujen visuaalisten ominaisuuksien perusteella suhteellisesti jopa parempi kuin mekaanisten ominaisuuksien perusteella. 17.3.2014 28
SUOMALAINEN JA LUOTEIS-VENÄLÄINEN SAHATAVARA: LAATULUOKAT JA LAJITTELU Yhteensä 1162 kuusitukkia ja 1107 mäntytukkia, vähintään 44 tukkia per alue ja tukin läpimittaluokka (5 kpl). Puuaineen laadussa on eroja paitsi Venäjän ja Suomen myös eri alueiden välillä (kasvukauden pituus, kasvupaikkojen laatu ja varsinkin metsänkasvatuksen perinteet ja metsänhoidon taso). Tietoja ja ennusteita raaka-aineen odotettavissa olevasta laadusta voidaan hyödyntää myös sahojen ja havuvaneritehtaiden tukkien hankinnan suuntaamisessa alueittain ja jatkojalostajien sahatavaran ostojen suunnittelussa eri toimittajilta, kun painotetaan joko visuaalista laatua tai rakenteellista lujuutta ja jäykkyyttä. Kannattavia lopputuoteryhmiä ja tuotevalikoimia voidaan ennakoida käytettäessä erilaisia yhdistelmiä eri alueilta peräisin olevista ja eri kokoluokkia edustavista tukkisumista. Puuraaka-aineen laatupotentiaali on myös yksi perustekijä harkittaessa teollisia investointeja. 17.3.2014 29
NT-LAATULUOKAT JA VISUAALINEN LAJITTELU Tukkilajilla (tyvitukki vs. muu tukki, laatuluokka), sahatavaran oksikkuusmuuttujilla ja eräillä lisätunnuksilla voitiin ennustaa oikein visuaalinen NT-laatuluokka 40 50 prosentissa saheista, kuten myös visuaalisesti arvioitu T-lujuusluokka 44 59 prosentissa saheista. Alkuperäalueen vaikutus pieneni malleihin perustuvassa tarkastelussa jakaumien tasovertailuun nähden, mutta oli silti merkitsevä varsinkin männyllä. 17.3.2014 30
C-LUJUUSLUOKAT JA LUJUUSLAJITTELU (EN 338) C-lujuusluokittelua simuloiden voitiin ennustaa oikea luokka 53 54 prosentille saheista ilman kimmokertoimen määritystä ja 75 prosentille saheista kimmokertoimen määrityksen kanssa, kun käytettävissä olivat sekä tukki- että sahatavaraominaisuuksien mittaukset. C40 C50 saheista voitiin malleilla tunnistaa oikein 45 65 % ilman kimmokerrointa ja 85 % kimmokertoimen kanssa. Tarkimmin voitiin tunnistaa C18- ja C30-luokkien saheet. Alkuperäalueen vaikutus lujuusluokkajakaumaan oli malleihin perustuvassa tarkastelussa merkitsevä vain männyllä. 17.3.2014 31
POHJOINEN MÄNTY KILPAILUKYKYTEKIJÄT JA NIIDEN HYÖDYNTÄMINEN http://www.metla.fi/metinfo/northernpine /index.html 17.3.2014 32
POHJOINEN MÄNTY KILPAILUKYKYTEKIJÄT JA NIIDEN HYÖDYNTÄMINEN 17.3.2014 33
LÄHIVUOSIEN TUTKIMUSTARPEITA Viljelypuun tuotemahdollisuudet ja jalostusarvo, lajittelun ja hinnoittelun kehittäminen, strategiset tuoteratkaisut Saha- ja vaneripuun jalostusarvo ja metsänkasvatusohjeet (kiertoaika, kasvatustapa) Puutuotealan tulevaisuuden tuoteryhmästrategiat ja materiaalipohja sekä valmistusmenetelmien ja asiakassegmenttien kehittämisen tarpeet ja ratkaisut Materiaalisten resurssien ja energian käyttö ja ainevirrat puutuotealalla Puuteollisuuden sivuvirrat ja niiden hyödyntäminen Raakapuumarkkinat, arvonmuodostus ja laatukasvatus Rakentamisen optimaaliset puumateriaalit ja puurakentamisen kilpailukyky Puun ja muiden raaka-aineiden/materiaalien yhdistelmäratkaisut Puupohjaiset vs. vaihtoehtoiset materiaalit METLASSA KÄYNNISTYSVAIHEESSA: Puutuoteteollisuuden raaka-aineet, materiaalivirrat ja niiden hyödyntäminen. Contact: Erkki Verkasalo 17.3.2014 34
KIITTÄEN KUULIJOITA! Lisätietoja: erkki.verkasalo@metla.fi 3/17/2014 35 17.3.2014 35