Metsäbiomassojen poltto

Metsäbiomassojen poltossa rajoitutaan lähinnä metsähakkeen hyödyntämiseen. Metsä-haketta pystytään korjaamaan nuorten metsien ja varttuneiden taimikoiden kunnostus-kohteilta sekä uudistushakkuualoilta. Nuorten metsien ja varttuneiden taimikoiden tapa-uksessa puhutaan myös pienpuuhakkeesta. Uudistusaloilta kerättävästä hakkuutähteestä käytetään myös nimitystä latvusmassa ja käytännössä myös irtorisu. Harvennuksesta ei kannata hankkia hakkuutähteitä eikä hakettaa suuressa mittakaavassa, koska kertymä on vähäinen. (Lauhanen ja Laurila 2007, 14.)

Kannot ja juurakot sopivat myös metsäenergian lähteiksi. Juurakko käsittää rungon kaa-toleikkauksen alapuolelle jäävän kannon, sen maanalaisen jatkeen sekä sivujuuret. Juu-rakoita ei kivien, hiekan ja muiden epäpuhtauksien takia voi hakettaa, vaan ne murska-taan kantomurskeeksi. Hehtaarilta voidaan saada jopa 200 MWh kanto- ja juurak-koenergiaa, mutta käytännössä se jää noin 120 – 140 MWh hehtaaria kohden. Kannot voidaan nostaa kaivinkoneeseen kytketyllä muokkaimella. Suuret kannot paloitellaan osiin ja siirretään kuivumaan kasaan. Kantojen korjuulla on metsähygieenisiä etuja, sillä se auttaa maanousemasienen ja tukkimiehentäin torjunnassa. Kantojen korjuun aiheut-tama maanmuokkaus myös vähentää uudistamiskustannuksia. Kantojen metsäkuljetus hoituu metsätraktorilla ja kaukokuljetus umpiautolla tai junalla. (Lauhanen ja Laurila 2007, 20.)

Metsähakkeen korjuumenetelmiä on haketuspaikan mukaan keskitetty ja hajautettu ha-ketus. Käyttöpaikalle tai terminaaliin keskitetyllä haketuksella mahdollistetaan suuret vuosituotokset, korkeat koneiden käyttöasteet ja alemmat haketuskustannukset. Ongel-mana tässä haketustavassa on se, että käsittelemättömän latvusmassan, kokopuun sekä kanto- ja juuripuun kuormakoot jäävät pieniksi, mikä aiheuttaa kuljetuskustannusten kasvua pitkillä matkoilla. Kustannuksia voidaan vähentää tiivistämällä latvusmassaa risutukeiksi. Hajautettu hakkeen tuotanto tarkoittaa välivarastolla tai palstalla tapahtu-vaa haketusta. Välivarastohaketuksessa haketus tapahtuu suoraan hakeautoon. Hakkurin ja hakeauton toiminnan ovat linkittyneinä toisiinsa ja odotusaikoja tulee kuljetusmat-koista riippuen jommallekummalle. Välivarastohaketuksessa auton kantavuus ja

kuor-makoko pystytään hyödyntämään paremmin ja menetelmä sopii myös pidemmille kau-kokuljetusmatkoille. Välivarastohaketus on hakkeen tuotannon perusratkaisu. Palstaha-ketuksessa haketuksen ja metsäkuljetuksen tekee sama kone. Hakkeen tuotantomäärä on tällöin pieni ja palstahaketuksella on merkitystä korkeintaan metsähakkeen paikallisessa tuotannossa. (Kuusinen ja Ilvesniemi (toim.) 2008, 10 – 11.)

Metsäenergian varastointitavoista polttohakkeen pitkäaikainen varastointi aiheuttaa merkittäviä kuiva-ainetappioita, energiasisällön alenemista ja jopa terveyshaittoja. Tuo-reen metsäbiomassan haketus ja murskaus varastoon luo suotuisat olosuhteet puusoluk-koa hajottavalle mikrobitoiminnalle. Kokopuun, hakkuutähteen tai kantojen varastointi on tämän takia polttohakkeen pitkäaikaiseen varastointiin verrattuna järkevämpää. Hak-kuutähteen varastoinnissa on järkevää palstalla kesän yli varastointi ja korjuu ennen syyssateita. Tällöin neulasista varisee 75 % pois ja ne jäävät kasvupaikalle metsän ra-vinnekierron osaksi eivätkä neulasten sisältämät kloridi ja alkalimetallit aiheuta korroo-sio-ongelmia polttokattiloissa. Energiapuu kannattaa varastoida korkeisiin peitettyihin kasoihin, jolloin kosteuskin saadaan alenemaan. Yhden kesän varastointi riittää, eikä toisen ja kolmannen kesän välillä enää tapahdu juurikaan kosteuden vähenemistä. Va-rastopaikat kannattaa olla tienvarressa, jotta pystytään varmistamaan haketuskaluston, murskainten ja kaukokuljetusten toimivuus. Energiapuun kaukokuljetuksesta suurin osa tapahtuu autokalustolla maanteitse ja autokuljetusta tarvitaan myös rautatie- ja vesikul-jetuksen alku- ja loppupäässä. Energiapuukuljetuksissa ongelmana on, että kuljetettava materiaali vaatii paljon tilaa painoonsa nähden. (Lauhanen ja Laurila 2007, 22 – 23.)

Metsähakkeen energiakäyttö on lisääntynyt 2000- luvulla ja vuonna 2005 metsähaketta käytettiin 3 miljoonaa kuutiometriä. Eniten on lisääntynyt hakkuutähdehakkeen käyttö.

Suurin osa (lähes 90 %) metsähakkeesta käytetään kaupallisessa energiantuotannossa ja suurimpana käyttökohteena on käyttö sähkön- ja lämmön yhteistuotannossa. Päästö-kauppatilanteessa metsähakkeella korvataan ensisijaisesti turvetta, vaikka ne ovat myös toisiaan täydentäviä polttoaineita. Pelkkää puuta polttavasta voimalaitoksesta ei voida rakentaa kovin suurta, sillä taloudellinen kuljetusmatka on lyhyt. Pelkkää puuta poltta-malla myös kattilan korroosio-ongelmat ovat merkittäviä. Turpeen taloudellinen kulje-tusmatka on pidempi, joten yhteispolttolaitoksen koko voi olla suurempi. Turpeen

käy-töllä voidaan vähentää myös korroosio-ongelmia. Rikki- ja hiilidioksidipäästötkin ovat pienempiä, kuin jos poltettaisiin pelkkää turvetta. (Vasara 2006, 9 – 17.)

Hakkuutähde soveltuu kosteana suurten monipolttoainelaitosten käyttöön, mikäli laitos on suunniteltu märälle puupolttoaineelle. Polttoturpeelle mitoitetussa laitoksessa ei voi-da polttaa pelkästään puuta, koska puulla ei voivoi-da saavuttaa kattilassa riittäviä tehoja.

Pienemmillä laitoksilla hakkuutähteen käyttö onnistuu yleensä vain kesäaikana, jolloin ei ole jäätymisvaaraa ja laitosta käytetään vain osateholla. (Alakangas 2000, 57.)

Tuhkan koostumuksella ja ominaisuuksilla on vaikutusta metsähakkeen poltto-ominaisuuksiin. Koostumus riippuu hakkeen sisältämistä puulajeista ja puun eri osista.

Ominaisuudet vaihtelevat sen mukaan onko mukana puun ylimmät hienot osat sekä on-ko kyseessä neulaset sisältävä viherhake vai ruskea hake, josta neulaset sekä osa hie-noimmista oksista on karissut. Ylimmät osat ja kuori nimittäin sisältävät runsaammin tuhkaa ja niihin on konsentroitunut ravinteita ja hivenaineita runsaammin kuin runko-puuhun. (Orjala ja Ingalsuo 2001.) Ravinnepitoisuudella on tuhkan sulamislämpötilaa alentava vaikutus. Tuhkan sulamiskäyttäytymisellä on erityisesti silloin vaikutusta, mi-käli tuhkan sulaminen voi estää esimerkiksi palamisilman kulkeutumisen. (Alakangas 2000, 57.)

Puun poltossa tuhkan käyttäytymisestä aiheutuvat ajonaikaiset ongelmat ja lisääntynyt huollon tarve voivat lisätä energian tuotannon kustannuksia merkittävästi. Lisäksi nuo-hous- ja puhdistuskerrat lisääntyy ja pahimmassa tapauksessa tulistimet joudutaan uu-simaan sekä kattilan hyötysuhde huononee eristävien tuhkakerrostumien muodostuessa lämpöpinnoille. Omakäyttötehon tarve kasvaa ja puupolttoaineet lisäävät varastointitar-vetta. Leijupoltossa myös petihiekan vaihtotiheys lisääntyy. (Alakangas ja Holviala (toim.) 2004, 140.)

Poltto-ominaisuuksien kannalta on merkitystä poltetaanko puuta yksin vai käytetäänkö seospolttoa rikkipitoisten polttoaineiden kanssa. Metsähakkeen pienikin klooripitoisuus nimittäin aiheuttaa haitallisia alkalikloridikerrostumia. Poltettaessa esimerkiksi rikkipi-toisen turpeen kanssa ei vastaavaa kerrostumaa synny, koska kloori vapautuu

savukaa-sun mukana kloorivetynä. Myös päästöjen hallinnassa saavutetaan taloudellisia etuja.

Esimerkiksi typen oksidien ja rikkidioksidin ominaispäästöt voivat vähetä ja tällöin ri-kinsidontaan tarvittava kalkkimäärä vähenee, puun alkalisen tuhkan rikinsidontaa tehos-tavan vaikutuksen takia. (Alakangas ja Holviala (toim.) 2004, 140.) Lämpölaitoksissa sekä metsäteollisuuden ja yhdyskuntien voimalaitoksissa metsähake poltetaan yleensä tyypillisesti seoksena muiden polttoaineiden kuten turpeen, metsäteollisuuden puu- ja kuorijätteiden, lietteiden sekä hiilen kanssa (Orjala ja Ingalsuo 2001).

VTT on selvittänyt leijupetikattiloiden puun polton käyttökokemuksia ja ongelmia läm-pöteholtaan 100 – 300 MW:n kokoisilta puuta polttoaineena käyttäviltä laitoksilta.

Puunpoltto on voimalaitoksilla aiheuttanut polttoaineen käsittelylaitteiden tukkeutumis-ta, tulipesän lämpötilan laskua, tuhkan ominaisuuksien muuttumistukkeutumis-ta, lämpöpintojen kerrostumien lisääntymistä, savukaasupuhaltimen kapasiteetin vajaavaisuutta ja petiin liittyviä ongelmia, kuten sintraantumista. Lisäksi kattilaseisokkien työmäärä on lisään-tynyt, huipputehon saavuttaminen on vaikeutunut ja polttoaineen tasaisen jakautumisen on saavuttanut vain harvat toimijat. Toisaalta on myös huomattu edellä mainitut puun polton edut. (Alakangas ja Holviala (toim.) 2004, 142.)

VTT on myös tutkimuksessaan selvittänyt puupolttoaineiden kriittisiä ominaisuuksia voimalaitoksen käytettävyyden kannalta muun muassa pilotti-kokeilla. Tällaisia ominai-suuksia huomattiin olevan tuhkapitoisuus, tuhkan sulamislämpötila ja koostumus. Tuh-kan koostumuksella, esimerkiksi alkali-, fosfori-, kloori-, pii ja kalsiumpitoisuudella sekä yhdistekoostumuksella, on vaikutusta sulamiskäyttäytymiseen, sulanmuodostuk-seen reaktioiden kautta ja sitä kautta kattilan lämpöpintojen likaantumisulanmuodostuk-seen sekä materi-aalien kestoon. Leijupedin agglomeroimista aiheuttavana aineena löytyy petipartikke-leista kalsium-, kalium- ja piiyhdisteitä eli yhteenkiinnittävänä aineena toimi silikaat-tiseos. Polttoaineseoksista johtuvia lämmönsiirtopintojen likaantumisongelmia voidaan välttää pääasiallisesti polttoaineseoksen hallinnalla ja kattilaprosessin ohjauksella. (Ala-kangas ja Holviala (toim.) 2004, 151 – 152.)

Leijupedin palamislämpötilat ovat alhaisia, mutta tuhkan epätoivottu käyttäytyminen aiheuttaa silti monia ongelmia biopolttoaineita käytettäessä. Tyypillisimpiä näistä on

alkalimetallien taipumus muodostaa matalassa lämpötilassa pehmeneviä ja sulavia yh-disteitä, jotka kriittisinä pitoisuuksina aiheuttavat pedin agglomeroitumista ja kerrostu-mien muodostumista lämpöpinnoille. Puupolttoaineiden seassa olisikin hyvä polttaa 10 – 30 % turvetta tai vastaavassa suhteessa muuta rikkipitoista polttoainetta, jotta pedin agglomeroitumisongelmia ja alkalikloridien muodostumista tulistinpinnoille saadaan vähennettyä. Metsähakkeen poltossa turpeen osuuden pitäisi olla vielä korkeampi eli 30 – 40 %. (Orjala ja Ingalsuo 2001.)