Metsähake polttoaineena

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tarkastella metsähaketta polttoaineena. Tarkastelun kohteina ovat koostumus ja ominaisuudet polttoaineena, hankintavarat, yleisimmät tuotantotekniikat hakkuualueelta tuotantolaitokselle, tuotantoon liittyvät tärkeimmät kustannukset sekä varastointi ja käsittely. Tarkastelussa käydään myös läpi metsähakkeelle sopivia käyttökohteita ja polttotekniikoita, tuotantoon liittyviä ongelmia sekä metsähakkeen merkitystä energiantuotannossa. Tarkoituksena on luoda tiivis tietokokonaisuus tutkimalla aiheeseen ja tarkastelukohteisiin liittyvää kirjallisuutta ja tutkimuksia. Metsähaketta tuotetaan erilaisesta puuaineksesta hakettamalla. Se on alkuainekoostumukseltaan suurimmaksi osaksi hiiltä, vetyä ja happea. Tuhkapitoisuus hakkeella on matala, mutta kosteus vaihtelee suuresti riippuen olosuhteista ja puun tuoreudesta. Kosteuden ollessa suurempaa, hakkeen lämpöarvo laskee. Tämän takia huolellinen varastointi ja kuivattaminen on tärkeässä roolissa energiatehokkuuden kannalta. Huomattiin myös, että energiatiheys kasvaa irtotiheyden kasvaessa. Irtotiheys taas kasvaa palakoon ollessa pienempää, joten energiantuotannollisesti pienemmän palakoon omaava hake, on tehokkaampaa. Tärkeimpiä tuotantotekniikoita ovat tienvarsihaketus, palstahaketus, paalaaminen, terminaalihaketus ja haketus tuotantolaitoksella. Hakkurityyppeinä yleisimpiä ovat laikka- ja rumpuhakkurit. Hakkuualueilta hakkeen kuljetus tapahtuu yleensä maanteitse rekoilla, mutta tarvittaessa myös rautateitse ja laivakuljetuksin. Kustannustehokkuutta voidaan lisätä käyttämällä lyhyellä kuljetusmatkalla rekkoja ja pitkällä matkalla junakuljetusta. Hakkeen käsittelyssä tärkeintä on sen kuivattaminen. Kuivattaminen on helpointa, kun puuaines on vielä hakettamatta ja sitä kuivatetaan kesän yli ulkona. Puuaineksen ollessa haketta, kuivattaminen kasassa tulisi kestää vähemmän aikaa pienempi palakokoiselle hakkeelle homevaurioiden, energiahäviöiden ja kuivamassahäviöiden minimoimiseksi. Kuivattamista voidaan tehostaa esimerkiksi aurinkopaneeleilla tai polttoyksiköiden hukkalämmöllä esilämmitetyllä ilmalla. Varastointi tuotantolaitoksella tapahtuu pitkäaikais- ja lyhytaikaisvarastoissa. Pitkäaikaisvarastoinnissa käytetään ulkovarastointia ja varastointia hallissa. Lyhytaikaisvarastot on tarkoitettu polttoaineelle, joka on menossa nopeasti poltettavaksi. Lyhytaikaisvarastot ovat yleensä polttosysteemin yhteydessä. Käyttökohteita metsähakkeella ovat esimerkiksi CHP-laitokset, rakennusten lämpökattilat ja lämpölaitokset. Polttotekniikoiksi hakkeelle soveltuu muun muassa erilaiset arinaratkaisut sekä suuremmille laitoksille leijukerrospoltto, johon kuuluu kupla- ja kiertopetikattilat. Nämä kattilat soveltuvat hyvin eri palakokoiselle ja kosteallekin hakkeelle. Kuitenkin hakkeen suurien kosteusvaihtelujen vuoksi polttaminen saattaa jäädä epätäydelliseksi tai tapahtua liian nopeasti huonontaen kattilan suorituskykyä. Puupolttoaineiden käyttö on ollut nousussa lähivuosina ja se kattaa nykyään noin 75 %:a uusiutuvien energialähteiden kulutuksesta Suomessa. Metsähakkeen kulutuksessa ei kuitenkaan ole tapahtunut merkittävää kasvua. Puupolttoaineiden nykyisen suuren käytön ja polttotekniikoiden kehittymisen ansiosta metsähakkeen kulutus tulee kuitenkin varmasti kasvamaan lähivuosina ja sillä tulee olemaan tärkeä merkitys energiantuotannon siirtyessä kohti hiilineutraalisuutta.