Varastoimalla oikein metsähakkeesta ja puun kuoresta saadaan maksimaalinen hyöty

Luke tutki ”Raivauspuuston korjuuvaihtoehdot ja puubiomassan puskurivarastointi” -hankkeessa varastoinnin vaikutuksia polttoaineeksi käytettävän kuoren laatuun ja varastointiajan vaikutusta kuoren uuteainepitoisuuksiin. Kokeet tehtiin Kiteen ja Uimaharjun sahoilla Pohjois-Karjalassa.

– Energiakäyttöön menevän kuoren energiapitoisuus voidaan oikealla varastoinnilla saada kasvamaan varastoinnin aikana, väärällä menettelyllä energiapitoisuus voi vähentyä ja syntyy merkittäviä laatu- ja kuiva-ainetappioita, kertoo Luken erikoistutkija Johanna Routa.

– Uuteaineiden hyödyntäminen biojalostuksen raaka-aineeksi taas asettaa haasteita toimitusketjulle. Odotteluun ei ole varaa, koska uuteaineet alkavat haihtua ja hajota heti puun kaadon jälkeen.

Kahdeksan viikkoa kestäneessä kokeessa puun kuoren energiasisältö kasvoi hiukan, uuteainepitoisuudet laskivat huimasti

Kiteen ja Uimaharjun sahoilla varastoitiin kuusen ja männyn kuorta kahdeksan viikon ajan ja kuorikasoista otettiin näytteitä kahden, neljän ja kahdeksan viikon kuluttua kokeen alkamisesta. Näytteistä määritettiin kuoren kosteus, tuhkapitoisuus, lämpöarvo, energiasisältö ja uuteaineiden määrä.

Kuusen sahatukin kuoren kosteus laski varastoinnin aikana 5 ja männyn kuoren kosteus 16 prosenttia. Lämpötila kuusen kuorikasassa nousi nopeasti yli 50 asteeseen ja pysyi korkeana koko kokeen ajan, mikä indikoi korkeita kuiva-ainetappioita. Männyn kuorikasassa lämpötila nousi muutamassa päivässä 60 asteeseen, mutta laski niin, että kokeen loppuessa lämpötila oli enää noin 25 astetta.

Kuusen kuorikasan energiasisältö (MWh/m³) kasvoi varastoinnin aikana 1,5 prosenttia ja männyn kuorikasan 3 prosenttia. Kuusen kuorikasassa kuiva-ainetappiot olivat noin 6 ja männyllä noin 2 prosenttia kuukaudessa.

Asetoni-liukoisten uuteaineiden määrä laski molemmilla puulajeilla varastoinnin aikana merkittävästi. Suurimmat muutokset tapahtuivat ensimmäisen kahden viikon aikana. Kahdeksan viikon varastoinnin jälkeen männyn kuoren uuteainepitoisuus oli laskenut 44 ja kuusen 34 prosenttia. Erityisesti vesiliukoiset fenoliset uuteaineet, kuten tanniinit, hävisivät nopeasti puiden kuorinnan ja kuoren kasaamisen jälkeen.

Tulosten mukaan varastoinnilla voidaan lisätä kuoren energiasisältöä ja alentaa sen kosteutta, mikä on tärkeää, jos kuori käytetään energiaksi. Kuoren varastointi vähentää kuitenkin merkittävästi sen laatua, mikä heikentää käyttöä biojalostamojen raaka-aineeksi.

Kuoren jalostaminen biokemikaaleiksi ja energiaksi on haaste toimitusketjulle

Metsä- ja energiateollisuuden puunkäytön lisääntyessä metsähakkeen ja kuoren kuljetus ja varastointitarpeet kasvavat, koska polttojakeiden kysyntä ja tarjonta eivät ole alueellisesti eivätkä ajallisesti tasapainossa. Kausivaihtelun takia metsähakkeen ja kuoren laatu huononee varastoinnin aikana, mistä aiheutuu taloudellisia menetyksiä ja hiilidioksidipäästöjä.

Energiakäyttöön tarkoitettujen biomassojen tuotannossa ja varastoinnissa on pyrittävä mahdollisimman alhaiseen kosteuspitoisuuteen ja puhtauteen. Kuivumiseen vaikuttavat varastopaikan olosuhteet, myös oikeilla työmenetelmillä on suuri vaikutus energiabiomassojen kuivumiseen, puhtauteen ja kustannustehokkuuteen. Jos uuteaineita halutaan hyödyntää biojalostuksen raaka-aineena, on toimitusketjuja nopeutettava ja materiaali on toimitettava prosessoitavaksi heti kuorimisen jälkeen.

Kuoren kokonaisvaltainen hyödyntäminen vaatii koko toimitusketjun tehostamista ja nopeuttamista niin, että toimitusajat kannolta tehtaalle ovat mahdollisimman lyhyitä ja että kuoren hävikkiä pyritään välttämään myös kuljetuksen ja korjuun aikana.

Kuusen ja männyn kuori ovat kotimainen vaihtoehto biojalostusteollisuudelle

Havupuun kuorta saadaan metsäteollisuuden sivutuotteena noin 6–7 miljoonaa kiintokuutiometriä vuodessa. Tällä hetkellä kuori poltetaan pääosin sellu- ja paperitehtaiden sekä sahojen yhteydessä olevissa kuorikattiloissa lämmön ja sähkön tuottamiseksi.

Männyn ja kuusen kuoressa on runsaasti kondensoituneita tanniineja, joille on löydettävissä arvokkaita käyttökohteita. Tällä hetkellä kaupallisesti saatavilla olevien kondensoituneiden tanniinien pääasiallisia lähteitä ovat trooppiset puulajit: parkkiakaasian kuori ja quebracho-sydänpuu. Männyn ja kuusen kuori ovat metsäteollisuuden sivuvirta ja samalla vaihtoehtoinen kotimainen raaka-ainelähde biojalostusteollisuudelle. Tanniineille löytyy kysyntää myös kasvavilta kansainvälisiltä markkinoilta.

Tanniinien pääasialliset käyttökohteet ovat nahan parkitus, viininvalmistus ja rakennusmateriaalisovellukset. Tanniineille löytyy käyttökohteita myös lääke-, kosmetiikka- ja elintarviketeollisuuden sovelluksista. Lisäksi niistä voidaan valmistaa biohajoavia polymeerejä käytettäväksi jätevedenpuhdistukseen, niitä voidaan hyödyntää liimojen ja eristevaahtojen valmistuksessa ja eläinten rehutuotteissa.  Rasvaliukoisia uuteaineita voidaan hyödyntää esimerkiksi epoksihartsien, liimojen, maalien, musteiden, voiteluaineiden ja saippuoiden valmistuksessa.

Lukessa tutkitaan kuori- ja hakemateriaalin varastoinnin vaikutusten lisäksi myös sitä, miten hake- ja kuorikasojen sisällä tapahtuvia ilmiöitä voidaan hallita paremmin ja kääntää vääjäämättä tapahtuvat prosessit, kuten kasojen lämpeneminen, hyödyksi.

Lisätietoja:

• Haiku (Puuhakekasojen itselämpenemisen hyödyntäminen hakkeen kuivauksessa ja laadunhallinnassa) -hanke: Johanna Routa ja Lauri Sikanen
• Habu (Raivauspuuston korjuuvaihtoehdot ja puubiomassan puskurivarastointi -hanke: Juha Laitila ja Johanna Routa
• Ecopile (Innovative ecological pile cover for biomass chip storage) -hanke: Robert Prinz ja Johanna Routa.

Yläreunan kuva: Ecopile-hankkeen tutkimuskasat. Sellupohjaista peittomateriaalia on levitetty  pumppuautolla hakekasan pintaan. Kuva: Kuopion Energia, Essi Holopainen.