Risutukkien laadun hallinta ja varastointi

Projektissa tutkittiin päätehakkuualojen hakkuutähteistä tehtyjen risutukkien

kohdan ja varastointitavan vaikutusta hakkuutähteistä saatavan polttoaineen laatuun. Tehtävänä oli selvittää kuinka risutukkitekniikkaan perustuvassa hak-kuutähdepolttoaineen tuotannossa voidaan täyttää käytön asettamat polttoaineen laatuvaatimukset sekä liittyykö eri tavoin varastoidun polttoaineen käsittelyyn terveysriskejä. Tutkimus kuului osatehtävänä laajempaan Pohjolan Voima Oy:n Risutukkitekniikan edellytykset suurimittaisessa puupolttoainehankinnassa -hankkeeseen. VTT Prosessit suunnitteli risutukkien varastointikokeet, teki polttoaineen kosteus-, tuhka- ja kloorianalyysit sekä aineiston käsittelyn ja ra-portoinnin. Kenttäkokeiden järjestelystä, risutukkien ja varastokasojen teosta ja peittämisestä, vastasi UPM-Kymmene Metsä Pohjanmaan hankinta-alue. Poltto-aineesta ja hengitysilmasta otetut mikrobinäytteet analysoitiin Kuopion aluetyö-terveyslaitoksessa.

Risutukkien varastointikokeet tehtiin viidessä eri kohteessa ja yhteensä varasto-kasoja oli 18 kpl. Osa varastokasoista oli ladottu tiiviisti ja osa harvakseen risti-kolleen. Varastokasoista puolet oli peitetty peittopaperilla. Varastokasoja tehtiin eri vuodenaikoina ja varastointiaika oli 3–10 kuukautta.

Tuoreiden hakkuutähteiden kosteus on n. 55 %. Kuivaamalla hakkuutähteitä polttoaineen lämpöarvoa voidaan kasvattaa tilavuusyksikköä kohden noin 10 %.

Toisaalta varastoinnin aikana tapahtuu kuiva-ainetappioita, jolloin hakkuutäh-teitä ei kannata varastoida liian pitkään. Vaikka kesän 2001 kuivumisjakson aikana haihduntasumma oli lähes 25 % pienempi verrattuna pitkän aikavälin keskiarvoon, kuivuivat risutukit parhaimmillaan alle 40 %:n kosteuteen. Hyvissä kuivumisolosuhteissa risutukit kuivuvat 40 %:n kosteuteen noin kolmessa kuu-kaudessa. Kuivumista on mahdollista nopeuttaa edelleen hakkuutähteiden takuivatuksella ennen risutukkien paalausta. Kuivattaessa hakkuutähteitä pals-talla ennen varastokasan tekoa, optimikuivatusaika on yhdestä kolmeen viikkoa sääoloista riippuen. Tänä aikana myös hakkuutähteiden klooripitoisuus pienenee puoleen.

Varastokasan peittäminen suojaa tehokkaimmin ylimpien risutukkien kastumis-ta, mutta koska kasan ylimmät risutukit suojaavat myös alimpia risutukkeja sateelta, on peittämisen merkitys kasan keskellä ja alaosassa vähäisempi. Peitetyt kasat olivat n. 4,5 prosenttiyksikköä kuivempia (vesimäärä noin 15 % pienempi

Kasan ladontatavalla ei ollut merkitystä risutukkien loppukosteuteen, jos kasat oli peitetty. Peittämättömässä tapauksessa ristikkäin ladotuissa kasoissa risutuk-kien loppukosteus oli 1 %-yksikön alhaisempi kuin tiiviisti ladotuissa kasoissa.

Koska varastokasan peittokustannukseksi arvioitiin n. 0,27 €/MWh (1,6 mk/MWh) ilman työvaihekustannuksia, tehokkain ja taloudellisesti järkevin tapa varastoida risutukit on latoa ne normaaliin tapaan päällekkäin korkeaksi pinoksi ja peittää kasa peittopaperilla. Varastokasan peittäminen ei ole välttämätöntä, jos risutuk-kien paalaus suoritetaan keväällä ja risutukit on tarkoitus murskata ja polttaa ennen talvea.

Varastointijakson aikana tapahtuu kuiva-ainetappiota, joka osaltaan alentaa varaston energiasisältöä. Tämän johdosta varastointiaika tulisi pitää mahdolli-simman lyhyenä. Kuiva-ainetappioiksi on muissa yhteyksissä arvioitu n. 1 % kuukaudessa. Tällöin kun risutukkeja varastoidaan talven yli, on risutukit kui-vattava riittävän kuiviksi (alle 40 %:n kosteuteen), jotta varastointijakson aikai-nen energiasisällön pieaikai-nenemiaikai-nen ei ylittäisi kuivauksesta saatua hyötyä. Yli talven risutukkeja varastoitaessa on tärkeää myös peittää varastokasa huolella kostumisen estämiseksi.

Purettaessa varastokasa talvella, osa ylimpiin risutukkeihin tarttuneesta lumesta tulee aina risutukkien mukaan. Tämä lisää hakkeen kosteutta ja pienentää siten sen lämpöarvoa. Vastaavaa kastumista voi tapahtua merkittävässä määrin myös leudon talven aikana, jolloin aiemmin satanut lumi voi sulaa ja kastella varasto-kasan. Tällöin peittämättömässä varastokasassa suurin osa lumen sulamisvedestä imeytyy alla oleviin tähteisiin ja voi nostaa kasan kosteutta jopa 10 prosenttiyk-sikköä. Talven yli varastoiduissa risutukeissa oli havaittavissa myös käytetyn sidontanarun haurastuminen, joka hankaloitti varastokasojen purkua

Risutukkien murskauksen yhteydessä otetuista näytteistä määritettiin kosteuden lisäksi myös tuhka- ja klooripitoisuudet. Risutukkien keskimääräinen tuhkapitoi-suus oli 2,4 %, joka on samaa luokkaa kuin aikaisemmin tuoreista hakkuutäh-teistä määritetyt tuhkapitoisuudet (2,1 %). Klooria tuoreessa hakkuutähteessä on puolestaan 200–350 mg/kg. Se on lähes kokonaan neulasissa, josta sitä vapautuu varastoinnin aikana lähinnä neulasten varisemisen myötä. Mitatut risutukkien klooripitoisuudet olivat keskimäärin 190 mg/kg.

Mikrobipitoisuuksia mitattiin sekä polttoaineesta että hengitysilmasta. Polttoai-neesta pitoisuudet mitattiin murskatusta materiaalista ja hengitysilman mikrobi-pitoisuus varastokasojen purun yhteydessä kuormaimen hytistä ja murskauksen yhteydessä näytteenottajan hengitysilmasta. Polttoaineesta mitatut mikrobipitoi-suudet olivat suuruudeltaan 1 x 10⁶ – 30 x 10⁶ cfu/g. Mikrobipitoisuudet eivät juurikaan nousseet varastoinnin aikana. Merkitsevää eroa peitettyjen ja peittä-mättömien kasojen välillä ei ollut. Mesofiilisten sienten pitoisuus tiiviisti lado-tuissa kasoissa oli noin kaksinkertainen verrattuna harvaan ladottuihin kasoihin.

Termotoleranttien sienten pitoisuuteen ei kasojen ladontatavalla havaittu olevan vaikutusta, kuten ei myöskään mesofiilisten bakteerien ja termofiilisten ak-tinobakteerien pitoisuuksiin. Varastokasojen purkamisen yhteydessä ilmasta mitatut mibrobipitoisuudet kuormaimen hytissä olivat alhaiset, 36 x 10³ cfu/ilma-m³. Sen sijaan risutukkien murskauksen yhteydessä mitattu pitoisuus näytteenottotilanteessa oli 2 x 10⁶ cfu/ilma-m³, joka tulee ottaa huomioon ar-vioitaessa työntekijälle aiheutuvaa terveydellistä riskiä. Haketuksen yhteydessä on suositeltavaa käyttää P3-luokan suodatinta, joka suojaa myös mikrobeilta, jos työntekijällä on riski altistua ko. haittavaikutuksille.

30 35 40 45 50 55 60

1.08.2000 1.10.2000 1.12.2000 1.02.2001

Kosteus, %

Peittämätön Peitetty

44,8

40,2

44

40,1

30 35 40 45 50

Peittämätön Peitetty Peittämätön Peitetty

Kasan kosteus, %

Tiivis ladonta Harva ladonta

Kuva 7. Erilaisten risutukkivarastokasojen loppukosteudet laskettuna koko tutki-musaineistosta.

3.3 Murskainkokeet

Alholmaan sopivan hakkuutähdemurskaimen löytämiseksi tehtiin murskausko-keita hakkuutähdepaaleilla CBI:n, Diamond Z:n, Lundvikin, Saalastin ja Sveda-lan murskaimilla sekä LHM-Hakkureiden hakkurilla.

Palakooltaan kaikki kokeillut laitteet tekivät riittävän pientä lopputuotetta.

Tuottavuus oli suurin CBI:llä, jonka mobiilimurskaimella saavutettiin kuivilla paaleilla 156 kiinto-m³:n tehotuntituottavuus. Saalastin murskaimesta ei suoraa kapasiteettia päästy mittaamaan koemurskaimen kuilusyöttöisyyden vuoksi, mutta mitatun energiankulutuksen, murskaustuloksen ja murskaimen rakenteen perusteella voidaan päätellä Saalastin tuottavuuden olevan samaa luokkaa kuin samankokoisen CBI:n.

Irtotähteen murskauskokeet jätettiin vähälle, koska tehokkaalla kuormaimella varustettu auto ei ehtinyt valmistua riittävän aikaisin ja tavallisella kuormaimella

murskaimesta. Diamond Z -kaukalomurskainta syötettiin kuitenkin sen omalla, suurella kuormaimellaan myös irtotähteellä, jolloin tehoaikatuottavuus oli noin 68 kiinto-m³ tunnissa. Saman murskaimen tehoaikatuottavuus paaleilla oli 93 kiinto-m³ tunnissa. Vaakasyöttölaitteellisilla murskaimilla ero olisi todennä-köisesti pienempi tai olematon, jos syöttönopeuden säätö on kunnossa.

Millään laitteella ei pitkistä narunpätkistä päästy kokonaan eroon. FG-hakkurin tekemässä hakkeessa oli yli metrin mittaisia narunpätkiä vähemmän kuin murs-keissa. Toisaalta hakkeessa oli enemmän alle 40 cm:n narunpätkiä. Jos narut aiotaan kaikki saada muun palakokovaatimuksen edellyttämään alle 80 mm:n pituuteen, vaaditaan erillinen jälkimurskain, joka oheislaitteineen nostaa hintaa useilla miljoonilla markoilla. Näin ollen katsottiin parhaaksi ottaa riski narujen suhteen.

Hakkurista ei kokeiden mukaan ole muuta mainittavaa hyötyä murskaimeen nähden kuin pienempi pitkien narunpätkien osuus. Hakkuri vaatii kuitenkin niin paljon enemmän terähuoltoa murskaimeen nähden, että murskain on tässä ta-pauksessa suositeltavampi vaihtoehto.

Kokeiden perusteella tehtyjen laitemäärittelyjen ja saatujen tarjousten perusteella oli mahdollista hankkia laitteisto, jonka tuottavuus hakkuutähdepaaleilla on kaikissa olosuhteissa, myös kuluneilla murskaushampailla, yli 160 kiinto-m³ tunnissa. Tällä tuottavuudella paalit ja irtotähde voidaan purkaa suoraan autosta murskaimeen siten että murskain pysyy syötön tahdissa.

Jatkotarkasteluihin valittiin kaksi laitetoimittajaa. BMH Wood Technologyn toimittamassa laitteistossa käytettäisiin Saalastin murskainta ja Roxonin lait-teistossa CBI:n murskainta.

Saalastin ja CBI:n murskaimet ovat hyvin samankaltaisia toimintaperiaatteel-taan, joten murskeen laadussa, epäpuhtauksien kestossa yms. ei liene suurta eroa. Molempiin murskaimiin sopii kaksi ehjää paalia rinnakkain, mutta Saalas-tin syöttöaukko on leveämpi kuin CBI:llä, joten irtotähteellä tai rikkinäisillä paaleilla saattaa Saalastin murskain olla tuottavuudeltaan suurempi helpomman syötettävyytensä vuoksi.

BMH ja Roxon ovat kumpikin kokeneita kuljettimien ja vastaavien materiaalin-käsittelylaitteistojen valmistajia eikä niiden referensseissä ole merkittävää eroa.

CBI:llä on kokemusta ennen kaikkea mobiilimurskaimista, mutta Suomessa CBI:n murskaimia ei ole kuin yksi. Saalastilla ei ole kokemusta vaakasyöttölait-teen rakentamisesta, sen sijaan Saalastin kuorimurskaimia on Suomessa ja maa-ilmalla kymmeniä. Kaikkiaan CBI ja Saalasti ovat nekin samalla tasolla refe-rensseissä.

Laitteiston hinta perustuksineen ja sähköistyksineen on alustavasti noin 1,5 M€.

Käyttö- ja huoltokustannukset on arvioitu olevan 0,35 €/MWh. Kaikkiaan murs-kauksen omakustannushinta mainituilla investoinneilla, 300 GWh:n vuosimää-rällä, 10 vuoden poistoajalla, 6 % korolla ja 0,4 % vuotuisella vakuutusmaksulla on 1 €/MWh.