ENERGIANKULUTUS JA ENERGIANKA YTO TEHOSTAMINEN BROILERINTUOTAN- NOSSA 2.10.2013 Mari Rajaniemi Helsingin yliopisto Maataloustieteiden laitos Agroteknologia
Sisällysluettelo 1 Broilerintuotanto Suomessa ja maailmalla... 3 2 Energiamittaukset esimerkkikasvattamossa... 5 3 Broilerintuotannon energiankulutus... 6 4 Energiankulutuksen seuranta... 9 5 Valaistus...10 5.1 Linnun näkökyky...10 5.1.1 Valon aallonpituudet (värit)...10 5.1.2 Valaistusvoimakkuus...11 5.1.3 Valojakson pituus, valo-ohjelma ja valaistusvaatimukset...11 5.2 Valaistuksen energiankulutus...12 6 Ilmanvaihto...14 6.1 Ilmanvaihdon energiankulutus...14 7 Lämmitys...15 7.1 Lämmitysenergiankulutus ja lämpöhäviöt...16 7.2 Lämmöntalteenottoteknologia...17 7.3 Bioenergia...18 8 Ruokinta ja rehut...19 9 Johtopäätökset ja yhteenveto...21 1
Alkusanat Helsingin yliopiston Maataloustieteiden laitos - Agroteknologia, Seinäjoen ammattikorkeakoulun maa- ja metsätalouden yksikkö ja Jyväskylän ammattikorkeakoulun teknologiayksikkö ovat saaneet Maaseudun energia-akatemia -nimiselle hankkeelle rahoituksen EU:n maaseuturahastosta. Hankkeen tutkimuskohteita ovat: maatalouden energiankäyttö, energiatehokkuuden parantaminen sekä uusiutuvien energioiden käyttöönotto. Hanke on tuottanut kattavan maatalouden energiainformaatioaineiston ja tämä raportti on yksi niistä. Raportit ovat saatavissa hankkeen kotisivuilta osoitteesta: www.energia-akatemia.fi. Tässä yhteydessä haluaisin esittää erityiskiitokset viljelijälle, joka mahdollisti energiankulutuksen mittaamisen broilerikasvattamossaan. Lisäksi suuret kiitokset Suomen broileriyhdistyksen puheenjohtaja Hanna Haminalle ja muille tätä raporttia kommentoineille. Kiitokset myös tutkimusteknikko Marko Kajoskivelle, joka avusti energiamittauksissa. 2
1 Broilerintuotanto Suomessa ja maailmalla Siipikarjalihantuotanto on maailman toiseksi suurin lihantuotantosektori heti sianlihantuotannon jälkeen. Suurin osa siipikarjanlihasta tuotetaan Yhdysvalloissa, Kiinassa ja Brasiliassa. (Faostat 2011.) Siipikarjanlihantuotannon arvioidaan ylittävän sianlihantuotannon vuoteen 2021 mennessä. Tuotannon kasvusta suurin osa tulee tapahtumaan kehitysmaissa. (OECD-FAO 2012.) Suomessa broilerinlihan tuotantomäärä on kasvanut noin kolminkertaiseksi vuoteen 1990 verrattuna (kuva 1). Tänä päivänä broilerinlihantuotanto onkin toiseksi suurin lihantuotantosektori heti sianlihantuotannon jälkeen. Suomessa tuotettiin vuonna 2012 107 miljoonaa kiloa siipikarjanlihaa, josta 98 miljoonaa kiloa broilerinlihaa. Suomessa siipikarjanlihasta reilu 90 % on broilerinlihaa. (Tike 2013.) 70000 60000 120.00 100.00 Lintumäärä, 1000 kpl 50000 40000 30000 20000 80.00 60.00 40.00 Lihantuotanto, milj. kg Lintumäärä (1000 kpl) Lihantuotanto (milj. kg) 10000 20.00 0 0.00 Kuva 1. Broilerimäärä ja broilerinlihan tuotantomäärä vuosina 1990 2012 (Tike 2013). Broilereiden kasvatustapa vaihtelee eri puolella maailmaa hyvin intensiivisestä tuotannosta laajaperäiseen tuotantoon. Hyvin laajaperäisessä tuotannossa linnut kasvavat vapaina, kun taas intensiivisessä tuotannossa linnut kasvatetaan kasvattamoissa, joissa on useita tuhansia lintuja. Suomessa broilerit kasvatetaan vapaina kuivikepohjaisissa, täysin suljetuissa, eristetyissä ja pitkälle automatisoiduissa kasvattamoissa. Useissa maissa, kuten Suomessakin broilereiden kaupallinen kasvatus on pitkälti erikoistunutta ja perustuu sopimustuotantoon. Suomessa broilereita kasvatetaan noin 190 tilalla (Siipikarjaliitto 2010). Tuotanto on keskittynyt lähinnä Etelä-Pohjanmaan, Satakunnan ja Varsinais-Suomen ELY-keskusten alueille (Tike 2012b). Tilat kasvattavat vuodessa 6 8 lintuerää. Maailmalla on käytössä kaksi kasvatusmenetelmää: all in - all out- ja lintujen harvennusmenetelmä. Suomessa broileritiloilla noudatetaan alan kansallisesti sopimaa all in - all outkasvatusmenetelmää. Tässä menetelmässä tilan jokainen kasvattamo on tyhjillään samaan aikaan. Lintuerien välillä on tauko, jolloin kasvattamo puhdistetaan, pestään, desinfioidaan ja valmistellaan uutta lintuerää varten. Tämän menetelmän tavoitteena on ylläpitää korkeaa tuotantohygieniaa. Maailmalla on kui- 3
tenkin käytössä myös harvennusmenetelmä, jossa linnut viedään teuraaksi kahdessa tai useammassa erässä. Tällöin ongelmaksi voivat muodostua hygieniariskit ja tautien kulkeutuminen kasvattamoon (mm. Broilerin sopimustuottajien kilpailukyvyn parantaminen hanke, 2010). Untuvikot saapuvat tiloille muutaman tunnin ikäisinä ja 35 45 gramman painoisina. Lintujen kasvatusaika vaihtelee Suomessa tilakohtaisesti noin 32 päivästä 39 päivään. Kuvassa 2 on esitetty lintujen keskimääräiset teuraspainot vuosina 1990 2012. Vuonna 2012 linnut saavuttivat keskimäärin 1,6 kg:n teuraspainon, kun teuraspainot olivat vielä vuonna 1990 1,1 kg. Teuraspainot vaihtelevat tilakohtaisesti noin 1,3 kilosta 1,9 kiloon mm. kasvatusjakson pituudesta riippuen. 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Ruhopaino, kg/lintu Kuva 2. Broilereiden keskiteuraspainot vuosina 1990 2012 (Tike 2013). Kotimaisessa broilerintuotannossa käytetään tällä hetkellä Ross-hybridi 308 ja 508 rotuisia lintuja (Siipikarjaliitto 2006). Ross-broilerin kasvukäyrä on esitetty kuvassa 3. Kasvukäyrän mukaan broilerikukot saavuttavat maksimikasvunsa noin 42 päivän iässä ja kanat noin 35 päivän iässä. Tämän jälkeen lintujen päiväkasvu hidastuu. Kanojen päiväkasvu on keskimäärin hieman pienempää kuin kukkojen. Kuva 3. Ross-broilerien kasvukäyrä (Marcato ym. 2008). 4
2 Energiamittaukset esimerkkikasvattamossa Energia-akatemia ja ENPOS -hankkeiden aikana tutkittiin yhden eteläsuomalaisen broilerikasvattamon energiankulutusta. Taulukossa 1 on esitetty tarkemmat tiedot lintumäärästä ja kasvattamosta. Tutkimuksessa mukana ollut broilerikasvattamo on viisi vuotta vanha, betonielementtirakenteinen (seinien eristepaksuus 12 cm) kasvattamo. Perusilmanvaihto hoidetaan kahdella säätyvänopeuksisella (halkaisija 0,80 m, moottoriteho 0,91 kw) ja kolmella vakionopeuksisella (halkaisija 0,80 m, moottoriteho 1,09 kw) puhaltimella. Lisäksi lämpimimpinä aikoina käytetään kasvattamon päätyseinillä olevia hihnavetoisia tunneliilmanvaihtopuhaltimia. Kasvattamo valaistaan 84 himmennettävällä loisteputkella (36 W/loisteputki). Kasvattamoa lämmitetään pääsääntöisesti uusiutuvalla energialla. Lämmön jakeluun käytetään kasvattamon seinillä olevia putkipattereita. Lisäksi kasvattamossa on neljä vesikierrolla ja puhaltimella varustettua lämmönvaihdinta. Taulukko 1. Tietoja mitattavan kasvattamon lintumäärästä ja osastosta. Määrä Yksikkö Lintumäärä 26 000 teurastettua lintua/erä Erät 6 erää/vuosi Osaston pinta-ala 1 600 m 2 Keskiteuraspaino 1,8 kg/lintu Broilerikasvattamon lämmitysenergiankulutusta alettiin mitata vuoden 2010 lopulla. Tuloksia luettaessa on huomioitava, että lämmitysenergiankulutus on mitattu suoraan broilerikasvattamosta ja se ei näin ollen sisällä esimerkiksi kanavahäviöitä (häviöihin vaikuttavat eristys ja kanavan pituus) tai uunin hyötysuhdetta. Näin ollen kokonaislämmitysenergiankulutus on todellisuudessa suurempi kuin kasvattamosta mitattu kulutus. Sähkön kokonaiskulutusta alettiin mitata kesällä 2012. Sähkön kokonaiskulutuksen lisäksi mitattiin erikseen puhallinten ja valojen sähkönkulutus. Kun näiden laitteiden kulutukset vähennettiin kokonaiskulutuksesta, saatiin jäljelle jäävästä energiasta muu sähkönkulutus. Lisäksi kasvattamossa seurattiin sisä- ja ulkolämpötilaa sekä kasvattamon hiilidioksidipitoisuutta ja kosteutta. Esimerkkikasvattamon sähkön- ja lämmönkulutus on esitetty taulukossa 2. Mittauksessa käytetyt laitteet ja mittausväli on esitetty liitteessä 1. Jokaisesta lintuerästä saatiin myös tiedot kulutetuista rehu- ja vesimääristä. Rehujen energiapanos laskettiin sen perusteella, kuinka paljon tuottamiseen kuluu Suomessa keskimäärin energiaa (mm. kasvinsuojeluaineet, lannoitteiden valmistus, polttoaineet). Taulukko 2. Esimerkkikasvattamon keskimääräinen sähkön ja lämmön kulutus. Määrä Yksikkö Huomioitavaa Sähkö 3 800 kwh/erä Sisältää 6 lintuerän tiedot. Sähkönkulutus ennen erää ja erän aikana. Sähkö 0,08 kwh/teuraskilo Sisältää 6 lintuerän tiedot. Sähkönkulutus ennen erää ja erän aikana. Lämmitys 64 800 kwh/erä Sisältää 12 lintuerän tiedot. Sisältää esilämmityksen ja kasvatusjakson aikaisen kasvattamossa mitatun lämmitysenergian. Kulutuksessa ei ole huomioitu lämmityskanavan tai uunin häviöitä. 5
Lämmitys 1,35 kwh/teuraskilo Sisältää 12 lintuerän tiedot. Sisältää esilämmityksen ja kasvatusjakson aikaisen kasvattamossa mitatun lämmitysenergian. Kulutuksessa ei ole huomioitu lämmityskanavan tai uunin häviöitä. 3 Broilerintuotannon energiankulutus Vuonna 2010 maa- ja puutarhatalouden suoran energiankulutuksen (10,4 TWh) osuus oli vajaa kolme prosenttia Suomen energian kokonaiskulutuksesta. Sähkön kulutuksen osuus (1,67 TWh) oli noin kaksi prosenttia kokonaissähkönkulutuksesta. Kuvassa 4 on esitetty siipikarjatalouden suoran energiankulutuksen jakautuminen energialähteittäin. Siipikarjatalouden suora energiankulutus oli 0,717 TWh vuonna 2010. (Tike 2012b.) Tämä energiankulutus sisältää mm. tilojen lämmitykseen käytetyn energian, sähkön ja peltotöissä käytetyn polttoaineen. Siipikarjatuotannossa suurin osa suorasta energiasta oli lämmitykseen käytettyä puuta. Kuva 4. Siipikarjatalouden suoran energiankulutuksen jakautuminen tiloilla vuonna 2010 (Tike 2012a). Broilerintuotannossa energiaa kuluu suorina energiapanoksina sähköön (mm. ilmanvaihto, valaistus, ruokinta) ja polttoaineisiin (mm. lämmitys, lannankäsittely) sekä epäsuorina energiapanoksina rehujen tuotantoon, untuvikkojen tuottamiseen (mm. nuorikkokasvatus, munitus, munien haudonta), kuivikkeiden tuottamiseen, rakennusmateriaaleihin sekä rakennuksen kunnossapitoon (kuva 5). Kun tiedetään kasvattamoon tulevien tuotantopanosten ja sieltä lähtevien tuotosten energiapanokset, on mahdollista laskea tuotannon energiasuhde (tuotosten energia/panosten energia = energiasuhde). Energiasuhde kertoo sen, kuinka tehokkaasti tuotantopanosten energia pystytään hyödyntämään tuotannossa. Broilerintuotannon energiasuhde on yleensä 0,1 0,4 (mm. Qotbi ym. 2011, Heidari ym. 2011, Barber ym. 1989). Tämä kertoo sen, että tuotantoon on käytetty enemmän energiaa kuin mitä tuotteessa on. Kasvintuotannossa päästään korkeampaan energiasuhteeseen (3 5 viljoilla), koska kasvien kasvuun vaikuttavaa auringon säteilyenergiaa ei yleensä lasketa energia-analyyseissä energiapanokseksi. Lihantuotannossa käytetään rehuna viljaa ja sen muuttaminen lihaksi alentaa aina energiasuhdetta. Auringon energia katsotaan ympäristöpalveluksi, joka 6
on käytettävissä, viljeltiinpä kasveja tai ei. Mitä alhaisempi energiasuhde on, sitä enemmän kuluu energiaa suhteessa tuotteesta saatavaan energiaan. Energiasuhdetta voidaan parantaa esimerkiksi lisäämällä tuotosta panosten pysyessä ennallaan tai vähentämällä energiapanosten käyttöä tuotoksen pysyessä ennallaan. Kuva 5. Broilerikasvattamon energiapanokset ja tuotokset. Kuvassa 6 esitetty yhden broilerikasvattamon energiankulutuksen jakautuminen (kuusi lintuerää) osoittaa, että broilerintuotannon suurimpia energiapanoksia ovat rehujen viljelyyn tarvittava energia ja lämmitykseen käytetyt polttoaineet. Laskelmassa ei ole huomioitu lannanpoiston, kuivikkeiden tuotannon tai rakennusmateriaalien energiapanosta. Rehujen tuotannon energiapanos on noin 70 % broilerintuotannon kokonaisenergiankulutuksesta. Rehut ovat myös suurin taloudellinen kustannuserä broileritilalle, joten rehuntuotannon energiatehokkuuden parantaminen alentaa useimmiten myös kustannuksia. Rehujen korkea energiapanos johtuu lähinnä lannoitteiden valmistuksen energiankulutuksesta. Etenkin typpilannoitteen valmistusprosessi on hyvin energiaa kuluttavaa. Vaikka viljelijä ei voi omilla toimillaan vaikuttaa teollisten lannoitteiden valmistuksen energiapanoksiin, voi hän pienentää omalla tilalla tuotettujen rehujen energiapanosta tekemällä energiantehostamistoimenpiteitä viljelyketjussa ja rehun säilönnässä (lisää kohdassa 8). Broilerijalostuksella on myös parannettu energiatehokkuutta jalostamalla rotuja, joiden rehunhyötysuhde on parempi kuin aiemmin. Lämmitysenergiankulutuksen osuus on kuvan 6 esimerkissä noin 30 % kokonaisenergiankulutuksesta. Lämmitysenergiankulutuksessa on huomioitu vain mitattu energia, koska emme selvittäneet uunin ja kanavien lämpöhäviöitä. Lämmitysenergiankulutuksen suhteellinen osuus kokonaisenergiankulutuksesta vaihtelee paljon lintujen kasvuvaiheen ja vuodenajan mukaan. Lämmitysenergian käytön tehostamistoimenpiteiden tulisi kohdistua tulevaisuudessa lähinnä lämmön talteenottoon (lisää kohdassa 7.2). Lämmöntalteenottolaitteita pitäisi kehittää edelleen, jotta ne toimisivat broilerikasvattamon oloissa Suomessa. Sähkön osuus on vain muutaman prosentin luokkaa kokonaisenergiankulutuksesta. Esimerkkikasvattamon sähkönkulutus pysyi melko tasaisena ympäri vuoden. Eri laitteiden kulutusosuus sähkön kokonaiskulutuksesta vaihteli kuitenkin kylmimpinä ja lämpimimpinä ajanjaksoina. Kesällä ilmanvaihdon osuus sähkönkulutuksesta kasvoi, kun linnuille pyrittiin luomaan viileämmät olosuhteet ilmanvaihtomäärää lisäämällä. Talvella taas muun kulutuksen osuus sähkönkulutuksesta kasvoi. Tämä johtui todennäköisesti siitä, että lämmi- 7
tystarpeen kasvaessa, vesikierrolla ja puhaltimella varustellut lämmönvaihtimet kuluttivat enemmän sähköä. Valaistukseen kuluvan sähkön osuus oli melko tasaista lintuerästä toiseen. Valaistuksen sähkönkulutus oli suurinta ensimmäisellä viikolla, kun valaistusvoimakkuus oli suurinta. 2 % 29 % 69 % Sähkö Rehut Lämmitys Kuva 6. Sähkön, rehujen ja lämmitysenergian osuus broilerikasvattamon energiankulutuksesta. Broilerintuotannon energiankulutus vaihtelee broilerierien, tilojen ja eri maiden välillä. Energiankulutuksen eroja aiheuttavat mm. erilaiset sääolosuhteet, laitteet (mm. laitteiden energiatehokkuus ja varustelu), toimintatavat (mm. valo-ohjelmat), tuotantotapa (luomutuotanto vai tavanomainen, kasvattamotyyppi) ja eristeet. Seuraavissa kappaleissa on kuvattu tarkemmin kulutuseroja aiheuttavia tekijöitä. Jos halutaan vertailla energiankulutusta tilojen välillä, tulisi huomio kiinnittää kokonaisenergiankulutuksen sijasta energian ominaiskulutukseen eli siihen, kuinka paljon esimerkiksi suoraa energiaa (kwh tai MJ) kuluu tuotettua elopaino- tai teuraskiloa kohden. Tilakohtainen energiankulutus ei kerro tuotannon energiatehokkuudesta juuri mitään. Kahdella samanlaisella tilalla voi kulua lämmitysenergiaa ja sähköä saman verran, mutta toisella tilalla tuotetaan samoilla panoksilla enemmän lihaa. Tämä voi tapahtua esimerkiksi siten, että tuotanto-olot ja ruokinta on optimoitu lintujen kasvun kannalta paremmiksi kuin toisella tilalla. Laskelmien välisiä kulutuseroja aiheutuu etenkin silloin, kun laskelmissa on otettu huomioon suoran energiankulutuksen lisäksi epäsuora energiankulutus. Epäsuoran energian laskennassa eroja laskelmien välille aiheuttavat muunnoskertoimet, rajaukset ja allokoinnit. Katajajuuri ym. (2006) selvittivät broilerintuotantoketjun energiankulutusta elinkaariarvioinnin näkökulmasta. Tulokset oli ilmoitettu hunajamarinoitua broilerin fileesuikaletonnia kohden. Untuvikkojen- ja broilerintuotannon osuus oli noin 49 % koko ketjun energiankulutuksesta. Loppuosa tästä energiasta kuluu tuotteen valmistukseen, jakeluun ja kauppaan. Tuotettua hunajamarinoitua broilerin fileesuikalekiloa kohden untuvikkojen tuotannon energiapanos oli 3,4 MJ ja broilerintuotannon 17,4 MJ. Untuvikkojen tuotanto koostui nuorikkojen rehuketjusta, nuorikkokasvatuksesta, emojen rehuketjusta, munituksesta ja munien haudonnasta. Taulukossa 3 on esitetty esimerkkejä broilerikasvattamon sähkön ja lämmitysenergiankulutuksesta elopainokiloa kohden. Luvut ovat eri maista ja erityyppisistä broilerikasvattamoista. 8
Taulukko 3. Sähkön ja lämmitysenergiankulutuksia broilerintuotannossa. Lähde Sähkö kwh/elopaino kg Lämpö kwh/elopainokilo Katajajuuri ym. 2006 0,138 0,96 (vaihteluväli 0,059 (vaihteluväli 0,69 1,20) 0,256) Muuta huomioitavaa Luvut oli alun perin ilmoitettu teuraskiloa kohti. Luvut muutettu elopainokiloa kohti käyttäen 73,25 teurasprosenttia. Tiedot oli saatu haastattelujen ja täydentävien kysymysten avulla. Esimerkkitila 0,06 0,99 Sisältää vain broilerikasvattamossa mitatun lämmitysenergian kulutuksen, ei esimerkiksi kanavan lämpöhäviöitä. Liang ym. 2009 0,102 0,41 Energiankulutus Luoteis- Arkansasissa, USA:ssa. Lämmitysenergiankulutus ilmoitettu alun perin propaanina. Neljä täysin suljettua broilerikasvattamoa. Liang ym. 2009 0,08 0,48 Neljä verhoseinäkasvattamo Luoteis-Arkansasissa, USA:ssa. Hörndahl 2008 0,070 Tulokset ilmoitettu alun perin lintua kohden. Yhden linnun tavoitepaino 1,5 kg. Broilerikasvattamo sijaitsee Ruotsissa. Hörndahl 2008 0,088 0,51 Tulokset ilmoitettu alun perin lintua kohden. Yhden linnun tavoitepaino 1,5 kg. Broilerikasvattamo sijaitsee Ruotsissa Energiankulutuksen seuranta Miksi energiankulutusta tulisi seurata? Useimmiten suora energiankulutus kiinnittää siinä vaiheessa huomiota, kun sähkölasku nousee yllättävän suureksi tai tilalla käytetään ostoenergiaa broilerikasvattamoiden lämmitykseen. Energian kulutukseen kiinnitetään enemmän huomiota, kun tiedetään milloin energiaa kuluu ja mihin sitä kuluu. Tämän jälkeen useimmiten jo pelkillä toimintatapojen muutoksilla ja pienillä investoinneilla voidaan vähentää ja tehostaa energiankäyttöä. Miten energiankulutusta voidaan seurata? Suoran energiankulutuksen (esim. sähkö, lämpö) mittaaminen on helpompaa kuin epäsuoran energiankulutuksen (esim. rehujen valmistukseen kulunut energia). Osalla tiloista on käytettävissä vain yksi tilakohtainen sähkömittari, jolloin broilerintuotantoon käytetyn sähkön kulutuksen seuranta on hankalaa. Joillain tiloilla voi olla käytettävissä erillinen etäluettava sähkömittari tuotantorakennuksissa, jonka tarkempia kulutustietoja voidaan seurata sähköyhtiön verkkosivuilta. Tällainen seuranta antaa jo tarkemman kuvan broilerikasvattamoiden sähkön kokonaiskulutuksesta. Lämmitysenergiankulutus on helppo laskea, jos käytettävissä on ulkopuolelta ostettua energiaa (esim. öljy) ja tarkat ostomäärät ovat tiedossa. Sen sijaan omalla tilalla tuotetun hakkeen kulutusseuranta on hieman haastavampaa, eikä siihen kiinnitetä samalla tavalla huomiota, kun se on useimmiten hinnaltaan edullisempaa kuin fossiilinen energia. 9
Jos halutaan kuitenkin paneutua tarkemmin energiankulutukseen ja sen jakautumiseen, on broilerikasvattamoon asennettava erillinen lämmön- ja sähkönkulutusmittari tai jopa useampi sähkönkulutusmittari mittaamaan eri laitteiden energiankulutusta. Useimmiten suurimpia yksittäisiä energiankuluttajia ovat kasvattamon puhaltimet ja valaistus, joten näiden kulutusta kannattaa mitata erikseen. Kun näiden kohteiden sähkönkulutus vähennetään kasvattamon sähkön kokonaiskulutuksesta, saadaan selville muun sähkönkulutuksen osuus. Energiamittarit ja niiden asennuttaminen on investointi, joka todennäköisesti maksaa itsensä takaisin pidemmällä aikavälillä, kun energian käyttöön aletaan kiinnittää enemmän huomiota. Energiamittareiden asentaminen on myös hyödyllistä mietittäessä uusia laiteinvestointeja. Tiloilla on myös mahdollisuus osallistua vapaaehtoiseen maatilojen energiaohjelmaan ja teettää energiasuunnittelijalla selvitys energiankulutuksesta ja mahdollisista tehostamiskeinoista. Lisätietoa energiaohjelmasta löytyy osoitteesta www.mavi.fi/maatilojenenergiaohjelma. Esimerkkikasvattamon lämmitysenergiankulutusta seurattiin asentamalla broilerikasvattamoon lämmitysenergiankulutusmittari (FC ECHO II). Mittari mittaa tulo- ja lähtöveden virtausta ja lämpötilaeroa ja laskee mm. näiden tekijöiden perusteella energiankulutuksen. Energiankulutus on helppo lukea laitteen näytöltä jokaisen lintuerän jälkeen. Valaistus 5.1 Linnun näkökyky Valaistuksella voidaan vaikuttaa lintujen tuottavuuteen, terveyteen ja hyvinvointiin (esim. Alvino ym. 2009). Jotta voisimme tietää, mitä broilerikasvattamon valaistuksessa tulisi ottaa huomioon, meidän on oltava ensin perillä siitä, miten linnut aistivat valon. Lintujen näkökyvyn uskotaan poikkeavan ihmisen kyvystä nähdä. On arvioitu, että linnut kykenevät näkemään osan ultraviolettisäteilystä, jota ihmissilmä ei näe. Tästä johtuen, linnut todennäköisesti näkevät värit hieman eri tavalla kuin ihmiset. On myös viitteitä siitä, että linnut näkevät herkemmin (spektriherkkyys) tietyt aallonpituudet, jonka seurauksena linnut aistivat joidenkin valaisimien valot kirkkaampina kuin ihmiset. (Lewis & Morris 2006.) Valaistusvoimakkuuden yksikkönä käytetty luksi (lux) tarkoittaa neliön pinta-alalle lankeavaa valovirtaa (lux = lumen/m 2 ) (Halonen & Lehtovaara 1992). 5.1.1 Valon aallonpituudet (värit) Valon värien vaikutusta lintujen kasvuun ja käyttäytymiseen on tutkittu mm. valoilla, jotka sisältävät vain yhtä aallonpituutta (monokromaattinen valo). Näitä tuloksia luettaessa tulee kuitenkin ottaa huomioon, että useimmat broilerintuotannossa käytettävät lamput sisältävät laajemman aallonpituuden kirjon kuin monokromaattiset valot. Lewis & Morris (2006) totesivat, että linnut kasvavat monokromaattisista valoista paremmin sinisessä tai vihreässä valossa kuin valkoisessa tai punaisessa. Valon värien on todettu vaikuttavan kasvuun eri tavalla linnun eri ikävaiheissa. Vihreän valon on todettu stimuloivan kasvua varhaisella iällä ja sinisen valon myöhäisemmällä iällä (mm. Rozenboim ym. 2004, Cao ym. 2012). Värien on myös todettu vaikuttavan lintujen käyttäytymiseen siten, että valkoisessa ja punaisessa valossa linnut ovat aktiivisempia kuin sinisessä ja vihreässä valossa. Ghuffar ym. (2009) tutkivat eri lamppujen (hehkulamppu, loistelamppu, monimetallilamppu ja korkeapainenatriumlamppu) vaikutusta lintujen elopainoon, rehunkulutukseen, rehunmuuntosuhteeseen (feed conversion ratio), päivittäiseen vedenkulutukseen, kuolleisuuteen ja immuunivasteeseen (humoral immune response) Pakistanissa. Tulokset osoittivat, että monimetallilampulla 10
saavutettiin mm. parhain kasvu, rehunmuuntosuhde ja alhaisin kuolleisuus. Kuolleisuusprosentti oli selvästi suurempi käytettäessä korkeapainenatriumlamppuja. Tutkijat totesivat, että suureen kuolleisuusprosenttiin vaikutti todennäköisesti se, että korkeapainenatriumlampun värin spektri oli kelta-oranssi. 5.1.2 Valaistusvoimakkuus Intensiivisessä broilerintuotannossa lintuja on kasvatettu yleisesti melko hämärässä, koska tämän on oletettu lisäävän lintujen tuottavuutta. Tämä oletus on perustunut siihen, että linnut ovat hämärässä vähemmän aktiivisia kuin kirkkaassa valossa (mm. Alvino ym. 2009). Viime aikoina huomiota on alettu kuitenkin kiinnittää yhä enemmän eläinten hyvinvointiin, sillä liian hämärässä valaistuksessa lintujen jalkaongelmat ja häiriöt näkökyvyssä lisääntyvät sekä käyttäytymisrytmit häiriintyvät (mm. Alvino ym. 2009). Valojen intensiteetillä on voimakas vaikutus lintujen käyttäytymiseen ja sen myötä myös kasvuun. Voimakkaammalla valaistuksella voidaan lisätä lintujen aktiivisuutta, kun taas valoja himmentämällä voidaan kontrolloida lintujen aggressiivista käytöstä ja sen myötä kannibalismia. (Olanrewaju 2006.) Linnut todennäköisesti suosivat eri valaistusvoimakkuuksia eri ikävaiheissa. Davis ym. (1999) tutkivat mm. lintujen käyttäytymistä eri ikävaiheissa erilaisissa valaistusvoimakkuuksissa. Käytetyt valovoimakkuudet olivat 6, 20, 60 ja 200 luksia. Valaistusohjelmaan siirryttiin lintujen ollessa neljän päivän ikäisiä. Kahden viikon iässä linnut viettivät mieluummin aikaa 200 luksin valaistuksessa kuin 6 luksin valaistuksessa. Tämä kuitenkin kääntyi toisinpäin lintujen ollessa kuusiviikkoisia. Tällöin linnut suosivat enemmän hämärää (6 lux) ympäristöä kuin kirkkaampaa. Alviano ym. (2009) selvittivät lintujen käyttäytymistä 5, 50 ja 200 luksin valaistuksessa. Valoohjelma sisälsi 16 tuntia valoisaa ja 8 tuntia pimeää (1 lux) aikaa. Linnut, jotka kasvatettiin 5 luksin valointensiteetillä, nukkuivat enemmän. Linnut myös käyttivät vähemmän aikaa ruuan etsimiseen ja sukimiseen kuin verrokkiryhmän linnut. Toisaalta hämärämmässä kasvaneet linnut olivat pimeäjakson aikana aktiivisempia kuin verrokkiryhmän linnut. 5.1.3 Valojakson pituus, valo-ohjelma ja valaistusvaatimukset Valaistus on voimakas ulkoinen tekijä kontrolloidessa lintujen fysiologisia- ja käyttäytymisprosesseja (Olanrewaju ym. 2006). Valaistuksen on todettu vaikuttavan broilereilla mm. rehun syöntiin, kasvuun, rehunmuuntotehokkuuteen ja hyvinvointiin. Kuolleisuus, äkilliset sydänkuolemat (sudden death syndrome) ja jalkaongelmat kasvavat lineaarisesti, kun päivänpituutta kasvatetaan. Aiemmin broilerintuotannossa olikin yleistä, että linnuille käytettiin jatkuvaa tai lähes jatkuvaa (23 h valoa - 1 h pimeää) valaistusta. Tavoitteena oli näin maksimoida lintujen rehunsyöntiä ja kasvua. (Lewis & Morris 2006.) Jatkuvan tai lähes jatkuvan valaistuksen varjopuolena tulevat esille kuitenkin lintujen hyvinvointi- ja terveysongelmat (mm. Jiang ym. 2012). Yhä lisääntyvä huomio lintujen hyvinvointiin ja energian säästöön on saanut aikaiseksi sen, että linnuille käytetään lyhyempää päivänpituutta tai vaihtoehtoisia valaistusohjelmia (Lewis & Morris 2006). Vaikka jatkuva tai lähes jatkuva valaistus on käytössä vielä eri puolilla maailmaa, Suomessa se ei ole lainsäädännön puitteissa mahdollista, eikä eläinten hyvinvoinnin kannalta järkevää. Suomessa broilerikasvattamon valaistuksen vähimmäisvaatimukset on määritelty broilereiden suojelusta annetussa valtioneuvoston asetuksessa 375/2011 (Vna 2011). EU:ssa eläinten hyvinvointivaatimukset ovat tiukemmat kuin monessa EU:n ulkopuolisessa maassa. Tämän vuoksi eri tilojen valo-ohjelmaa määrittelee jo pelkästään asetuksen vähimmäisvaatimukset. Broilereiden hyvinvoinnista annettu valtioneuvoston asetus 375/2011 (Vna 2011) määrittelee mm. vähimmäisvalotehon ja valaistusrytmityksen: 11
Valaistusteho vähintään 20 luksia linnun silmän tasolla. Valaistava vähintään 80 % käytettävästä pinta-alasta. Valaistuksessa 24 tunnin rytmi. Rytmiin siirryttävä seitsemän päivän kuluessa, kun linnut ovat saapuneet halliin ja se voidaan lopettaa aikaisintaan kolme päivää ennen arvioitua teurastusaikaa. Jokaisen 24 tunnin on pidettävä sisällään vähintään 6 tuntia pimeää aikaa. Jos aika jaetaan jaksoihin, on siinä oltava vähintään yksi 4 tunnin yhtenäinen pimeä jakso. 5.2 Valaistuksen energiankulutus Valaistuksen energiankulutukseen vaikuttavat 1) lamppujen energiatehokkuus ja elinikä, 2) valaistusohjelma, 3) toimintatavat, 4) lamppujen sijoittaminen ja 5) pintamateriaalit ja pintojen puhtaanapito. Lampun energiatehokkuus voidaan laskea jakamalla lampun luumenina (lm) ilmoitettu valovirta lampun teholla (W). Mitä suurempi tämä luku on, sitä energiatehokkaampi lamppu on eli mitä pienemmällä teholla saadaan suurempi valontuotto, sitä energiatehokkaampi lamppu on. Onkin huomioitava, että lampun wattimäärä kertoo vain sähkönkulutuksesta, ei lampun valomäärästä. Lamppujen energiatehokkuudella on suuri vaikutus broilerikasvattamon valaistuksen energiankulutukseen ja valaistuksen osuuteen kokonaissähkönkulutuksesta. Lamppujen energiatehokkuus on parantunut viime vuosina, kun lamppujen tehokkuudelle määriteltiin tiukemmat rajat. Esimerkiksi komission asetuksessa 244/2009 (Komission asetus 2009) on annettu määräyksiä lamppujen energiatehokkuudelle. Tämän asetuksen myötä hehkulamppujen valmistus EU:ssa ja maahantuonti EU:n loppuivat käytännössä syksyllä 2012. Myös lampun eliniällä on merkitystä mm. huoltoväliin ja takaisinmaksuaikaan. Lampun valoteho alenee lampun eliniän kasvaessa. Koska valoteho alenee, voidaan lamput joutua vaihtamaan jo ennen kuin ne palavat loppuun. Alla on kuvattu kotimaisissa broilerikasvattamoissa käytettävien eri lampputyyppien ominaisuuksia ja energiankulutusta. Hehkulamppu Hehkulamppujen energiatehokkuus on heikko, koska vain noin 5 10 % lampun tehosta muuttuu näkyväksi valoksi. Loppuosa tehosta säteilee lämpönä. Hehkulampulle on myös tyypillistä voimakas puna-keltainen valo ja se toistaa värit hyvin (Halonen & Lehtovaara 1992). Hehkulamppu myös syttyy heti ja se on täysin himmennettävissä. Hehkulampun virrankulutus ei laske ihan samassa suhteessa himmentämisen kanssa. Hehkulampun elinikä (noin 1 000 h) on huomattavasti lyhyempi kuin esimerkiksi loisteputkien tai LED-lamppujen. Yksittäisten lamppujen elinikä vaihtelee laatuhajonnan vuoksi (Halonen & Lehtovaara 1992). Jännite vaikuttaa lampun polttoikään siten, että jo 5 %:n ylijännite lyhentää hehkulampun polttoiän noin puoleen ja 5 %:n alijännite pidentää sen noin kaksinkertaiseksi (Halonen & Lehtovaara 1992). Näin ollen lampun himmentäminen lisää sen elinikää. Liang ym. (2009) tutkimus havainnollistaa hehkulamppujen suurta energiankulutusta muihin lampputyyppeihin verrattuna. Kun broilerikasvattamon hehkulamput vaihdettiin himmennettäviin loistelamppuihin ja kylmäkatodilamppuihin (cold cathode fluorecent lamp) energiankulutus väheni 60 75 % aikaisempaan tilanteeseen verrattuna. Samaan aikaan valaistuksen osuus kokonaissähkönkulutuksesta väheni 43 %:sta 20 %:iin. Hehkulamput ovat poistumassa EU:n markkinoilta, koska niiden valmistus ja maahantuonti loppuivat syksyllä 2012. Loistelamppu Loisteputket ovat hehkulamppuja huomattavasti energiatehokkaampi broilerikasvattamon valaistusvaihtoehto. Broilerikasvattamoissa tyypillisesti käytettävät loisteputket ovat kaksikantaisia lois- 12
telamppuja. Kaksikantaisen loistelampun taloudellinen polttoikä vaihtelee noin 8 000 10 000 tuntia. Se on hehkulampun polttoikään verrattuna moninkertainen. Lampun valotehokkuus riippuu ympäristön lämpötilasta. Yleensä lyhyt polttoaika sytytyskertaa kohden lyhentää lampun polttoikää. Erot lamppujen polttoiässä vaihtelevat kuitenkin melko paljon lampputyyppien ja valmistajien mukaan. Pienet käyttöjännitteen muutokset eivät juuri vaikuta loistelampun polttoikään (Halonen & Lehtovaara 1992). Liitäntälaitteen ja sytyttimen ominaisuuksilla on asiaan suurempi vaikutus. Loistelamput sisältävät pienen määrän elohopeaa ja ovat siksi ongelmajätettä. LED-lamppu Broilerikasvattamon yhtenä valaistusvaihtoehtona ovat hyvin energiatehokkaat ja pitkäikäiset LEDlamput. Ne ovat kokeneet paljon kehitystä viime vuosina ja niiden kehitystyö jatkuu edelleen. Lamppujen laatu ja elinikä vaihtelevat paljon, joten lamppujen hankinnassa kannattaa olla tarkkana. Hinta todennäköisesti korreloi myös LED-lampuissa laadun osalta. Ledien polttoikä on noin 50 000 tuntia, joskin vaihtelua lamppujen väliltä löytyy. LED-lamput menettävät valotehonsa vähitellen. Koska niiden polttoikä on pitkä, niin huoltotarve on vähäisempi kuin esimerkiksi hehkulamppujen tai loisteputkivalaisimien. LED-lamput ovat himmennettävissä, mutta ne vaativat erillisen liitäntälaitteen. Ledeillä virrankulutus laskee himmennettäessä melko lineaarisesti. Ne voidaan kuitenkin himmentää vain noin 5-10 % valotehokkuudesta toisin kuin hehkulamput, jotka ovat kokonaan himmennettävissä. (mm. lampputieto.) Valaistuksen vaikutus energiankulutukseen riippuu suoraan valojen himmennyksestä sekä valoisan ja pimeän jakson pituuksista. Kuvassa 7 on esitetty esimerkki valo-ohjelmasta. Valaistuksessa on käytetty loisteputkivalaisimia. Valot ovat päällä ensimmäiset pari vuorokautta, jotta linnut löytävät juoma- ja ruokapaikat ja asettuvat uuteen tilaan. Tämän jälkeen valoja himmennetään asteittain ja linnuilla on vuorokauden aikana vähintään 6 tunnin pimeä jakso joka on jaettu kahteen osaan. Kuva 7. Esimerkki broilerikasvattamon valaistusohjelmasta (Rajaniemi & Ahokas, 2012). Valoja himmentämällä ja ajastamalla voidaan pienentää valaistuksen energiankulutusta. Himmentämisen energiansäästövaikutukseen vaikuttavat lampputyyppi ja himmentimen laatu. Broilerikasvattamon valaistuksen lisäksi huomiota kannattaa kiinnittää myös pihavalaistukseen ja broilerikasvattamon muiden tilojen 13
valaistukseen. Pihavalaistukseen käytettävät lamput kannattaa ajastaa esim. aika- ja hämäräkytkimen avulla. Kytkimen säädöt on kuitenkin tarkistettava säännöllisesti (mm. päivän piteneminen). Suomessa broilereiden hyvinvoinnista annettu valtioneuvoston asetus 375/2011 (Vna 2011) säätää tietyt vaatimukset broilerikasvattamoissa toteutettavalle valo-ohjelmalle. Pimeän jakson pituuden on oltava vähintään 6 tuntia ja se voidaan jakaa kahteen osaan siten, että 24 tunnin aikana on vähintään yksi yhtenäinen 4 tunnin pimeä jakso. Aiemmissa tutkimuksissa on todettu, että vuoroittaisella (pimeä/valojakso) valaistuksella voidaan lisätä lintujen rehunhyötysuhdetta. Pimeän jakson pituudella on suora vaikutus sähkönkulutukseen. Ilmanvaihto Broilerikasvattamoissa ilmanvaihto perustuu useimmiten alipaineilmanvaihtoon, jossa koneellisella ilmanpoistolla kasvattamoon saadaan aikaiseksi alipaine. Ilmanvaihtoa ohjataan useimmiten kasvattamon lämpötilan ja kosteuden perusteella. (Mikkola ym. 2002.) Valtioneuvoston asetus broilereiden suojelusta 375/2011 (Vna 2011) antaa mm. seuraavat vaatimukset broilerikasvattamon jäähdytys- ja lämmitysjärjestelmälle, kun eläimiä on yli 33 elopainokiloa neliömetriä kohden: Ammoniakkipitoisuus saa olla enintään 20 ppm ja hiilidioksidipitoisuus enintään 3000 ppm lintujen pään tasolta mitattuna. Sisälämpötila ei saa olla yli 3 C korkeampi kuin ulkolämpötila, kun lämpötila varjossa mitattuna on yli 30 C. Kasvatusosaston suhteellinen kosteus ei 48 tunnin aikana ylitä 70 %:a, kun ulkolämpötila on alle 10 C. Lintujen kasvaessa niiden tuottamien kaasujen määrä kasvaa. Alkuvaiheessa pitoisuudet pystytään pitämään hyvin rajoissaan, mutta kasvatusjakson loppuvaiheessa etenkin talviaikaan esim. hiilidioksidipitoisuusvaatimusten täyttäminen on haasteellista (katso lisää esim. Heimonen ym. 2009, Mannfors & Hautala 2011). Hiilidioksidin tuotossa on myös nähtävissä selkeä vuorokausirytmi (esim. Mannfors & Hautala 2011). Eläinten nukkuessa hiilidioksidin tuotto laskee ja lintujen ollessa aktiivisempia, hiilidioksidin tuotto kasvaa. Hiilidioksidin mittaaminen voisi mahdollistaa ilmanvaihdon tarkemman säätymisen eläinten vuorokausirytmin mukaan. 6.1 Ilmanvaihdon energiankulutus Broilerikasvattamon ilmanvaihto on valaistuksen ohella suurimpia yksittäisiä sähkönkuluttajia. Ilmanvaihdon tarve lisääntyy lintujen kasvaessa ja painon lisääntyessä, koska lintujen lämmön ja kaasujen tuotto lisääntyvät (esim. Mannfors & Hautala 2011). Energiankulutuksessa on nähtävissä selkeä ero lämpimien ja kylmien ajanjaksojen välillä. Kesällä ilmanvaihdontarve lisääntyy, jonka seurauksena myös puhallinten sähkön kulutus kasvaa. Suurimmassa osassa aiempia tutkimuksia, broilerikasvattamon ilmanvaihdon energiankulutusta ei ole erikseen esitetty erää tai tuotettua kiloa kohden. Ruotsalaisessa Hörndahlin (2008) tutkimuksessa ilmanvaihdon energiankulutus oli keskimäärin 3 340 kwh/erä (100 000 lintua), joka on noin 0,0334 kwh/lintu (tavoitepaino 1,5 kg/lintu). Kuvassa 8 on esitetty esimerkkitilan seitsemän kasvatuserän puhallinten energiankulutus. Kuvassa ei ole mukana pääsääntöisesti kesällä käytettävien tunneli- 14
ilmanvaihtopuhallinten energiankulutusta. Kasvatusjakson pituudesta johtuen, viikko 6 ei ole täysimittainen vaan se pitää sisällään vain noin 4 päivää. Puhallinten energiankulutus oli seitsemän broilerierän aikana keskimäärin 1 200 kwh/erä ja 0,025 kwh/teuraskilo. Tämän lisäksi tunneli-ilmanvaihtopuhaltimet kuluttivat keskimäärin 200 kwh/broilerierä. kwh 700 600 500 400 300 200 100 0 1 2 3 4 5 6 Viikko Marras-joulukuu 2011 Helmi-maaliskuu 2012 Huhti-toukokuu 2012 Kesä-heinäkuu 2012 Heinä-elokuu 2012 Syys-lokakuu 2012 Joulu-tammikuu 2012 2013 Kuva 8. Seitsemän broilerierän säätyvien ja on-off puhallinten energiankulutus kasvatusviikkoa kohden. Broilerintuotannon ilmanvaihdon energiankulutukseen vaikuttavat puhallinten energiatehokkuus, puhaltimen varustelu, puhallintyyppi sekä puhallinten huolto ja kunnossapito. Puhaltimen energiatehokkuudella tarkoitetaan sitä, kuinka suuri ilmamäärä saadaan vaihdettua tietyllä teholla. Puhallinten energiatehokkuus vaihtelee hyvin paljon eri puhallinten välillä. BESS laboratorion testeissä todettiin puhallinten energiatehokkuuden vaihtelevan suuresti eri valmistajien puhallinten välille. Läpimitaltaan 0,9 m puhallintenenergiatehokkuuden vaihteluväli oli 4,89 10,96 m 3 /h/w:iin ja läpimitaltaan 1,2 m puhallinten 2,7 12,6 m 3 /h/w (Ford ym. 2001). Tehokkaimmilla puhaltimilla voidaan vaihtaa moninkertainen määrä ilmaa samalla teholla kuin heikoimmin testissä pärjänneillä puhaltimilla. Puhallinten energiatehokkuudella on pidemmällä aikavälillä suuri vaikutus sähkönkulutukseen ja sen myötä puhallinten käyttökustannuksiin. Ongelmana kuitenkin on, ettei yllä mainittuja lukuja ole välttämättä saatavilla. Puhaltimen energiankulutukseen vaikuttavat myös tulo- ja poistoaukkojen muotoilu ja puhaltimen muu varustelu (suojaritilät, sulkijat, ilmanjakokanavisto). Etenkin tunneli-ilmanvaihtopuhaltimissa käytettävät suojaritilät ja sulkijat lisäävät ilman virtausvastusta. Tämän seurauksena puhallinten ilmavirta ja tehokkuus heikkenevät. Ford ym. (2001) totesivat, että puhaltimen sulkijat vähentävät tyypillisesti ilmavirtaa ja tehokkuutta noin 10 25 % ja suojaritilät alle 5 %. Likaiset, heikosti toimivat sulkijat voivat vähentää ilmavirtaa jopa 40 % (Ford ym. 2001). Tämä osoittaa, että puhallinten säännöllinen puhdistaminen ja kunnossapito vaikuttavat omalta osaltaan puhallinten energiankulutukseen. 7 Lämmitys Linnut ovat tasalämpöisiä, joka tarkoittaa sitä, että ne pyrkivät pitämään kehon lämpötilan tasaisena ympäristön lämpötilanmuutoksista huolimatta. Linnun kehon normaali lämpötila on noin 41 43 C. Eri eläimille on määritelty ylin ja alin lämpötila-alue, jossa eläimiä voidaan kasvattaa ilman, että niiden perusaineen- 15
vaihdunnassa tapahtuisi muutoksia. Tätä lämpötila-aluetta kutsutaan termoneutraaliksi alueeksi. (Bucklin ym. 1992.) Lintu saavuttaa parhaimman kasvun tällä lämpötila-alueella. Näin ollen oikeanlainen kasvattamon lämpötila onkin yksi merkittävimmistä linnun kasvuun vaikuttavista tekijöistä. Nykypäivän linnut saavuttavat korkeita teuraspainoja ja niiden rehunkäyttösuhde on hyvä, joka tekee ne herkemmäksi lämpöstressille kuin aiemmin (Lin ym. 2006). Liian lämpimissä oloissa linnut kärsivät lämpöstressistä, jolloin niiden kuolleisuus lisääntyy, rehunkulutus vähenee ja tuottavuus kärsii. Tämä korostuu etenkin lämpimissä ja kuumissa kasvatusoloissa. Liian kylmissä olosuhteissa linnut taas tarvitsevat enemmän energiaa ruumiin lämmön ylläpitämiseksi, joka lisää rehunkulutusta. Linnun lämmön tuntemiseen vaikuttaa ympäristön lämpötilan lisäksi kasvattamon suhteellinen kosteus. Mitä kosteampaa ilma on, sitä lämpimämmäksi lintu sen tuntee. Ross-broilerin oppaassa kasvattamon suhteelliseksi kosteudeksi suositellaan 60 70 %:a. Sisäilman kosteutta voidaan säädellä ilmanvaihdon ja lämmityksen avulla. (Ross 2009.) Broilerikasvattamon lämpötila on noin 33 astetta, kun untuvikot saapuvat kasvattamoon. Kasvatusjakson lopussa lämpötila lasketaan noin 20 asteeseen. Kuvassa 9 on esitetty esimerkki yhden linnun (elopaino lopussa noin 2,4 kg) lämmöntuotosta 39 päivän kasvatusjakson aikana. Lintu tuottaa kasvatusjakson loppuvaiheessa lämpöä reilun 12 watin teholla. Broilereiden lämmöntarve vaihtelee paljon lintujen eri ikävaiheessa. Untuvikkojen lämmöntuotto kasvatusjakson alussa on hyvin vähäistä ja tämän vuoksi lämmöntarve suurta. Kuva 9. Broilerin suora lämmöntuotto 39 päivän kasvatusjakson aikana. Broilerihallit lämmitetään tavanomaisesti keskuslämmityksellä, jossa lämpö jaetaan halliin putkipattereiden avulla. Lisäksi käytössä on jonkin verran puhaltimella ja vesikierrolla toimivia lämmönvaihtimia. (Mikkola ym. 2002.) 7.1 Lämmitysenergiankulutus ja lämpöhäviöt Lämmitykseen käytettävät polttoaineet ovat suurin broilerikasvattamon suora energiapanos. Lämmitysenergiankulutus vaihtelee eri vuodenaikoina ja linnun eri kasvuvaiheissa. Pääsääntöisesti lämmitysenergiankulutus on suurinta linnun kasvun alkuvaiheessa ja se pienenee kasvatusjakson loppuvaihetta kohden. Broilerikasvattamon eristeet ja tiiviys vaikuttavat kasvattamon lämmönhukkaan ja lämmitystarpeeseen. Suomessa suurin osa kasvattamon lämpöhukasta tapahtuu ilmanvaihdon kautta. Ilmanvaihdon osuus ko- 16
rostuu etenkin kylmimpinä kausina, kun ulko- ja sisälämpötilan väliset erot kasvavat. Kylmimpinä kausina myös potentiaali lämmön talteenoton osalta olisi suurin, joskin nykyisellään jäätymis- ja pölyyntymisongelmat rajoittavat lämmönvaihtimien käyttöönottoa suomalaisissa broilerikasvattamoissa. Esimerkkikasvattamon viidelle broilerierälle laskettiin teoreettinen lämmöntuotto (lintujen lämmöntuotto ja lämmitys) ja lämpöhäviöt (rakenteiden ja ilmanvaihdon kautta). Laskennassa ei otettu huomioon valaistuksessa syntyvää lämpöä, koska sen osuus kokonaislämmöntuotosta on hyvin vähäinen. Kokonaislämmöntuotosta (lämmitys ja linnut) hukkaantui ilmanvaihdon kautta energiaa keskimäärin 60 85 %. Lämpöhukka vaihteli vuodenaikojen mukaan (kuva 10). Ilmanvaihdon lämpöhäviöt korostuivat etenkin kasvatusjakson loppuvaiheessa, kun ilmanvaihdon tarve kasvoi. Lintujen kasvun alkuvaiheessa (noin 1 2 viikkoa) talvella lämmönhukka rakenteiden kautta oli suurempaa kuin ilmanvaihdon kautta. kwh 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 Lämpöhäviö ilmanvaihdon kautta Lämpöhäviö rakenteiden kautta Kasvatuserä Kuva 10. Viiden broilerierän aikainen lämpöhäviö ilmanvaihdon ja rakenteiden kautta. Broilerikasvattamon lämmitykseen kuluu huomattava määrä lämpöenergiaa. Esimerkkikasvattamon kahden vuoden (tammikuusta 2011 tammikuuhun 2013) mitattu lämmitysenergiankulutus (esilämmitys ja lämmitys erän aikana) vaihteli broilerierän aikana 16 100 kwh:sta 124 800 kwh:iin (keskiarvo 64 800 kwh/erä). Tämä tarkoittaa keskimäärin 1,35 kwh:n energiankulutusta tuotettua teuraskiloa kohden. Todellinen kulutus on vielä tätä suurempaa, koska energiaa hukkaantuu mm. lämpöputkissa ja uunin lämpöhäviöinä. Kasvattamoa joudutaan käytännössä lämmittämään myös kesällä, koska alussa kasvattamon lämpötilan on oltava noin 33 astetta. Lintujen oma lämmöntuotto on kasvatusjakson alussa pieni ja sen vuoksi tarvitaan lisälämpöä. Kasvatuskauden loppupuolella lintujen oma lämmöntuotto on kasvanut suureksi, mutta samaan aikaan myös ilmanvaihdontarve on kasvanut, jonka seurauksena suurin osa tästä lämmöstä hukkautuu ilmanvaihdon kautta. Vuodessa kasvattamon lämmitykseen kului keskimäärin 335 000 kwh. Esimerkkikasvattamon lämmitysenergiankulutus antoi samansuuntaisia tuloksia kuin Katajajuuren ym. (2006) tutkimuksessa (taulukko 3). 7.2 Lämmöntalteenottoteknologia Lämmön talteenottoteknologiaa on käytetty asuinrakennuksissa ja teollisuudessa vuosikymmenien ajan, mutta kotieläinrakennuksissa niiden käyttö ei ole vielä juurikaan yleistynyt (Liang ym. 2011). Kotieläinra- 17
kennusten vaativammat olosuhteet (kaasut, kosteus, lämpötila, pöly) aiheuttavat omat haasteensa lämmöntalteenottoteknologialle. Huomion kiinnittäminen kotieläinrakennuksien lämmönhukkaan on kuitenkin tärkeää, sillä esimerkiksi broilerikasvattamon ilmanvaihdon kautta poistuu huomattava määrä lämpöenergiaa. Lämpöhukka kasvaa etenkin talvisin, kun sisä- ja ulkolämpötilan ero on suurimmillaan. Tällöin lämmön talteenotosta olisi eniten hyötyä. Untuvikkojen oma lämmöntuotto on alussa vähäistä (kuva 9) ja sen vuoksi lisälämmityksen tarve suurta. Lintujen kasvaessa niiden oma lämmöntuotto kasvaa nopeasti ja lisälämmityksentarve vähenee. Esimerkiksi 25 000 broilerin kasvatuserä tuottaa lämpöä viikon iässä reilun 70 kw:n teholla ja kolmen viikon ikäisinä noin 180 kw:n teholla. Lämmönvaihtimien avulla pystyttäisiin ottamaan talteen osa ilmanvaihdon kautta hukkaantuvasta energiasta ja näin vähentämään lämmitysenergiankulutusta. Katajajuuren ym. (2006) mukaan jo yksinkertaisilla lämmönvaihtimilla pystyttäisiin vähentämään energiankulutusta ja kasvihuonekaasujen määrää. Lämmönvaihtimet vaativat kuitenkin säännöllistä puhdistamista pölyisissä olosuhteissa toimittaessa. Lisäksi Suomessa ongelmaksi muodostuu lämmönvaihtimien mahdollinen jäätyminen talviaikaan. Liang ym. (2011) selvittivät lämmönvaihtimien käyttöä broilerikasvattamossa. Heidän mukaansa ilman sopivaa suodatinta lämmönvaihtimet menettävät tehokkuuttaan ja tukkeutuvat pahimmassa tapauksessa. Lisäksi suodattimet vaativat säännöllistä vaihtoa, joka työllistää jonkin verran. Suomessa ongelmaksi muodostuu myös talviaikaan jäätyminen, kun kondenssivesi jäätyy poistoputkeen. Katajajuuri ym. (2006) totesivat tutkimuksessaan ongelmiksi broilerikasvattamon poistoilman pölypitoisuuden, kondenssiveden käsittelyn ja hygieniaongelmat. 7.3 Bioenergia Usealla suomalaisella broileritilalla käytetään puuta broilerikasvattamon lämmityspolttoaineena. Tässä yhteydessä on hyvä muistaa se, että bioenergiasta puhutaan usein hieman väärin energiansäästön yhteydessä. Siirryttäessä esimerkiksi öljyn käytöstä hakkeen polttamiseen, energiankulutus voi kasvaa aikaisempaan tilanteeseen nähden. Tämä johtuu siitä, että palamisen hyötysuhde on alhaisempi puulla kuin öljyllä. Energiankäytön kannalta tärkeitä tekijöitä puupolttoaineella ovat mm. kosteus, kemiallinen koostumus, polttoaineen tiheys, tuhkapitoisuus ja lämpöarvo (Hakkila ym. 1998). Yksinkertainen keino parantaa polton tehollista lämpöarvoa ja polton hyötysuhdetta, on kuivattaa puupolttoaine riittävän kuivaksi (mm. Hakkila ym. 1998). Bioenergiankäytön etuna fossiiliseen polttoaineeseen nähden on se, että bioenergia on uusiutuvaa ja useimmiten viljelijälle taloudellisempaa käyttää. Puun poltto pienentää kasvihuonekaasupäästöjä fossiiliseen polttoaineeseen verrattuna. Tämä edellyttää kuitenkin kestävää metsätaloutta. Fossiilisten polttoaineiden poltossa syntyvä hiilidioksidi on yksi eniten ilmastoa lämmittävistä kasvihuonekaasuista. Fossiiliset polttoaineet ovat sitoneet itseensä miljoonien vuosien kuluessa hiilidioksidia, jota on vapautettu ihmisen toimesta ilmastoon viimeisen parin sadan vuoden aikana yhä kiihtyvämmällä tahdilla (CO 2 -raportti). Vaikka puun polttamisesta vapautuu hiilidioksidia, niin puun ominaispäästökerroin on käytännössä nolla, koska puun poltossa vapautuva hiilidioksidi on käytännössä sama kuin puun elinaikana ilmakehästä keräämä hiilidioksidimäärä. Näin hiili on jatkuvassa kierrossa toisin kuin fossiilisten polttoaineiden hiili. Käytännössä lähes sama määrä hiilidioksidia vapautuisi myös puun lahotessa metsässä kuin mitä poltossa vapautuisi. Puun korjuu ja hakettaminen kuluttavat vain vähän fossiilista energiaa ja varastointi vaatii suuremman tilan kuin esimerkiksi öljyllä. Puun palamisen yhteydessä syntyy useimmiten hiilidioksidin lisäksi jonkin verran haitallisia savukaasuja ja hiukkasia. Polttotekniikalla voidaan kuitenkin vaikuttaa näiden syntymiseen. 18
8 Ruokinta ja rehut Suomessa broilerin rehu koostuu tilalla tuotetusta tai ostetusta viljasta (vehnä) ja eri kasvatusvaiheen mukaisista useimmiten teollisista täydennysrehuista. Broilereiden ruokinnassa on yleistynyt kokonaisen viljan käyttö teollisen rehun lisänä ruokinnassa. Kokonaisen viljan osuus kokonaisrehumäärästä on noin parinkymmenen prosentin luokkaa. (MMM 2010.) Rehustrategiatyöryhmä (MMM2010) arvioi, että viljan osuus kokonaisrehumäärästä tulee vielä kasvamaan jonkin verran tulevina vuosina. Tämä tarkoittaisi sitä, että rehun energiapanos pienenisi hieman, kun rehua ei prosessoida tai kuljeteta edestakaisin rehutehtaan ja tilan välillä. Broilereille syötettävät teolliset rehut koostuvat mm. vehnästä, kuoritusta kaurasta, soijarouheesta, kivennäisistä, hivenaineita ja ruuansulatusta parantavista entsyymeistä. Eviran (2013) mukaan broilereille tarkoitettuja rehuseoksia valmistettiin vuonna 2012 yhteensä 213 miljoonaa kiloa. Suomessa on tällä hetkellä kolme broilereiden teollisia rehuseoksia valmistavaa yritystä (MMM 2010), joilta suurin osa broilereiden rehuista tulee. Lisäksi muutamalla tilalla on tilarehustamo, jossa täydennysrehu valmistetaan itse tilalla. Linnun rehunhyötysuhde on parhaimmillaan kasvun alkuvaiheessa, jonka jälkeen se vähitellen heikkenee. Broileri on kuitenkin yksi tehokkaimmista eläimistä muuntamaan rehun energian lihan proteiiniksi (mm. Pimentel 1980). Broilerin rehun käytön hyötysuhde lasketaan yleensä jakamalla rehun käyttömäärä broilerin elopainolla. Euroopassa tämä kuitenkin lasketaan usein toisinpäin. Leesons ja Sumerssin (2005) mukaan broilereiden rehunkäytön hyötysuhde oli vielä 1960-luvun alussa 2,2 ja nykypäivänä se on noin 1,75 (rehun käyttömäärä/broilerin elopaino). Mitä pienempi tämä luku on, sitä tehokkaammin lintu hyödyntää syömänsä rehun kasvuun. Näin ollen nykypäivänä pystytään tuottamaan suhteessa pienemmällä rehumäärällä vastaavanpainoinen lintu kuin noin 50 vuotta sitten. Mikkolan ym. (2002) mukaan broileri kuluttaa rehua 37 kasvatuspäivän aikana noin 3,4 kg. Veden käytöllä on tärkeä rooli lintujen hyvinvointiin ja kasvuun. Vesi vaikuttaa mm. lintujen aineenvaihduntaan, ruhon lämmön säätelyyn ja jätteiden poistamiseen elimistöstä. (Tabler ym. 2012.) Linnut kuluttavat keskimäärin 1,6 2-kertaisen määrän vettä verrattaessa rehun käyttömäärään. Veden kulutusmäärä lisääntyy melko tasaisesti lintujen kasvaessa. (University of Arkansas 2009.) Ross broilerioppaan mukaan lintujen vedenkulutus on 21 C lämpötilassa nippajärjestelmää käytettäessä 1,6 l/kulutettu rehukilo ja nippa/kuppijärjestelmää käytettäessä 1,7 l/kulutettu rehukilo. Vedentarve kuitenkin kasvaa noin 6,5 % jokaista 21 C lämpötilan ylittävää astetta kohden. (Ross 2009.) Rehut ovat broilerintuotannon suurin energiapanos ja suurin kustannuserä. Rehujen energiapanos kokonaisenergiankulutuksesta vaihtelee noin 60 %:sta 90 %:iin. Kuvassa 11 on esitetty esimerkki energiankulutuksen jakautumisesta vehnäntuotannossa. Kuva osoittaa, että rehujen energiapanoksesta suurin osa koostuu viljelyssä käytettävien lannoitteiden valmistamisesta. Lannoitteista etenkin typen valmistamisprosessissa kuluu energiaa. Kasvinsuojeluaineiden osuus kokonaisenergiankulutuksesta on vähäinen (mm. Helsel 1992). Vaikka viljelijä ei voi vaikuttaa lannoitteiden valmistamisen energiapanokseen, voi hän omilla toimillaan vaikuttaa lannoitteiden käyttömääriin ja niiden tehokkaaseen hyödyntämisen. Lannoitteiden aiheuttamaa energiapanosta voidaan pienentää mm. kasvien biologista typensidontaa hyödyntämällä. Vaikka biologinen typensidonta kuluttaa moninkertaisen määrän energiaa verrattuna synteettisen typen valmistamiseen, tämä energia on uusiutuvaa, sillä se saadaan fotosynteesin avulla kasvin muuttaessa auringon säteilyenergian kemialliseksi energiaksi (mm. Helsel 1992). Synteettisen typen valmistamisessa taas käytetään pääsääntöisesti maakaasua, joka luokitellaan fossiiliseksi polttoaineeksi 19