Puun käyttö yleisesti
Puita käytetään Suomessa tehokkaasti. Suurin osa puun rungosta on tukkia (35 %). Se on metsätalouden päätuote. Muita puun osia ovat latva, oksat ja kanto. Kuitupuuosa käytetään selluteollisuudessa. Jäljelle jäänyt puu voidaan käyttää energiana. Kokonaisuudessaan puolet puusta käytetään erilaisten tuotteiden valmistuksessa ja puolet energiana.
Puu on monipuolinen uusiutuva raaka-aine. Siitä on valmistettu pitkään paperia, pahvia ja rakennusmateriaalia. Nykyään sitä hyödynnetään myös lääketeollisuudessa, kosmetiikassa ja elintarviketeollisuudessa. Nykyteknologia mahdollistaa sen, että puusta saatavia ainesosia voidaan hyödyntää monipuolisesti myös vaatteiden, eläinten rehun, muovin ja liikennepolttoaineiden valmistuksessa. Tavoitteena on lisätä puun käyttöä monipuolisesti.
Puun käyttö alentaa rakentamisen hiilijalanjälkeä, kun tarkastellaan puun koko elinkaarta. Puun käyttö rakentamisessa auttaa saavuttamaan energia- ja ilmastotavoitteen vuoteen 2030 mennessä. Ympäristöministeriön johdolla toteutetaan Puurakentamisen ohjelmaa vuosina 2016–23. Ohjelman tavoitteena on lisätä puunkäyttöä rakentamisessa niin kaupunkiolosuhteissa kuin myös isoissa halleissa ja siiloissa.
Puuteollisuus on iso työllistäjä ja sillä on merkittävä vaikutus Suomen talouteen. N. 30 000 ihmistä työskentelee puuteollisuuden parissa ja vuonna -2021 se toi n. 3,9 miljardin euron vientitulot Suomeen.
Puun käyttö polttoaineena
Puuta käytetään lämpö- ja voimalaitoksissa sekä pienpoltossa kodeissa ja maatiloilla. Tyypillisimmillään puuta käytetään sähkön ja lämmön yhteistuotannossa (CHP). Yhteistuotanto tarkoittaa, että sähköä ja lämpöä tuotetaan samanaikaisesti. Tämä on tehokkain polttoaineiden käyttöön perustuva energiantuotantotapa. Näissä laitoksissa käytetään puun lisäksi muuta biomassaa sekä jätteitä. Puu on uusiutuvaa energiaa ja sitä pidetään hiilineutraalina, koska päästöinä syntyvä hiili sitoutuu uuden metsän kasvuun.
Kun puuta jalostetaan, tästä syntyy sivutuotteita kuten mustalipeää, kuorta ja purua ja näitä hyödynnetään lämmön- ja sähköntuotannossa. Lähes puolet laitoksissa poltetusta puusta tuleekin juuri metsäteollisuudessa syntyneistä sivutuotteista. Sähkön- ja lämmöntuotannossa käytetään metsähaketta, puunkuorta, puutähdehaketta, purua, kierrätyspuuta ja puupellettejä ja brikettejä.
Mustalipeä on merkittävin yksittäinen puupolttoaine Suomessa. Sitä syntyy sellutuotannossa. Sellutehtaat ovatkin omavaraisia, eli ne tuottavat itse oman energiansa ja usein energiaa tuotetaan enemmän, kuin tehtaat tarvitsevat. Pienpoltossa käytetään yleensä klapeja, halkoja ja haketta. Valtaosa (74 % v. 2019) uusiutuvasta energiasta on puuperäistä biomassaa.
Puuenergian käyttö lisääntyy eri puolilla Suomea uusien puuenergiaa käyttävien lämpö- ja voimalaitosten rakentamisen myötä. Metsää ei kasvateta erikseen energiapuuksi, mutta puolet käytetystä puusta päätyy energiaksi. Puu on hyvä korvaaja fossiilisille polttoaineille ja kustannustehokkain uusiutuva energia. Se turvaa kotimaista energiatuotantoa ja energiasaannin huoltovarmuutta.
Sellutehdas
Vuonna 2021 mustalipeällä tuotettiin 46 TWh (terawattituntia) energiaa. Kokonaistuotanto puupolttoaineilla oli 112 TWh. Mustalipeä on selluntuotannon sivutuote. Energiaa syntyy, kun sellunkeitossa syntynyttä mustalipeää kuumennetaan ja siitä syntyvä höyry pyörittää turbiinia, jolla taas tuotetaan sähköä.
Sellutehtaan toimintaperiaate: Esimerkkinä käytetään Oulun Stora Enson tehdasta (YMPÄRISTÖVAIKUTUSTEN ARVIOINTIOHJELMA Stora Enso Oyj Oulun tehtaan tuotantosuunnan muutos)
Sellutehtaaseen kuuluvat puunkäsittely, kuitulinja, lipeälinja, jätevesilaitos ja voimalaitos.
- Puunkäsittelyssä puu mitataan, kuoritaan ja siitä tehdään haketta. Hake varastoidaan ja seulotaan. Myös jäteveden puhdistamosta tuleva primääri- ja bioliete käsitellään puunkäsittelyssä.
- Kuitulinjalla keitetään hake ja valmistetaan sellumassa. Kuitulinjalla otetaan talteen soodakattilassa kuumennettava mustalipeä.
- Lipeälinjan osaprosessiin kuuluu soodakattila. Linjalla otetaan talteen ja kierrätetään mustalipeän sisältämät kemikaalit sekä hyödynnetään sen sisältämän orgaanisen aineen lämpöenergia. Mustalipeän haihduttamisen sivutuotteena syntyy metanolia, jota sellutehdas käyttää polttoaineena.
- Tehtaan jätevesilaitokselle johdetaan prosessivedet ja jätevesijakeet.
- Voimalaitoksella tuotetaan lämpöä ja sähköä.
| Hinta €/m3 | |
|---|---|
| KOKO MAA | 28,57 |
| Etelä-Suomi | 30,13 |
| Keski-Suomi | 24,62 |
| Savo-Karjala | 24,24 |
| Kymi-Savo | 27,27 |
| Etelä-Pohjanmaa (2011-) | 28,38 |
| Kainuu-Pohjanmaa (2011-) | 25,04 |
| Lappi | 29,61 |
Kuinka paljon puuta käytetään?
Puun osuus yksittäisenä energianlähteenä on Suomessa suurempi kuin öljyn, hiilen ja maakaasun. Metsien runkopuun hakkuiden kokonaismäärä oli 75 miljoonaa kuutiometriä vuonna 2022. Selluteollisuus käyttää suurimman osan raakapuusta.
Vuonna 2022 puuta poltettiin yhteensä 30 miljoonaa kuutiometriä eli 60 terawattitunnin edestä. Tästä pienpolton osuus oli 6,9 miljoonaa kuutiometriä eli 15,3 terawattituntia. Kiinteitä puupolttoaineita käytettiin 22,9 kiintokuutiometriä eli 45 TWh. Metsähaketta poltettiin 10,2 miljoonaa kuutiometriä. Kiinteitä puupolttoaineita kului eniten Etelä-Karjalan maakunnan alueella (2,2 milj. m3), jossa paloi myös eniten metsäteollisuuden sivutuote- ja tähdepuuta (1,8 milj. m3). Metsähaketta poltettiin eniten Uudellamaalla (1,3 milj. m³). Vuonna 2020, kuiva-aineena mitattuna, Suomessa käytettiin puuta 36,8 miljoonaa tonnia.
Puun pienpoltto
Puun pienpoltosta ei löydy kovinkaan tuoretta tietoa. Luken sivuilta löytyy tietoa lämmityskaudelta 2016/17:
”Polttopuusta 6,5 miljoonaa kuutiometriä oli tehty suoraan metsästä tulleesta runkopuusta. Siitä oli klapeja kaksi kolmasosaa eli 4,7 miljoonaa kuutiometriä, halkoja kuudesosa, 1,2 miljoonaa kuutiometriä, ja haketta kymmenesosa, 0,6 miljoonaa kuutiometriä. Lisäksi poltettiin erilaista muuta puuta 0,4 miljoonaa kuutiometriä.
Puuta poltettiin eniten varaavissa takoissa ja uuneissa, yhteensä noin kaksi miljoonaa kuutiometriä eli 28 prosenttia kokonaismäärästä. Erilaisissa klapi- ja hakekattiloissa kului polttopuusta 27 prosenttia, saunan tulisijoissa 19 ja leivinuuneissa 14 prosenttia. Pientaloissa käytetyn polttopuun energiasisältö oli 15,3 terawattituntia. Tilasto perustuu noin 4 100 pientalon asukkaiden tai omistajien antamiin tietoihin.”
Kuva 8. Puupolttoaineiden osuus energian kokonaiskulutuksesta oli 30 % vuonna 2021. Lähde: Suomen virallinen tilasto (SVT): Energian hankinta ja kulutus.
Kuva 9. Puupolttoaineiden osuus korostuu erityisesti lämmöntuotannossa. Lähde: Suomen virallinen tilasto (SVT): Energian hankinta ja kulutus.
Puun riittävyys
100 vuoden aikana puuston määrä ja puustoon sitoutunut hiilivarasto on kasvanut 70 %. Puuston vuotuinen kasvu on kaksikertaistunut. Puuston kokonaistilavuus on 2,5 mrd. m3. Metsää kasvaa Suomessa enemmän kuin sitä kaadetaan (kuva 5). Tästä löytyi myös eriävää tietoa. Vuonna 2019 julkaistun YLEn uutisen mukaan suunnitteilla on useita puuta polttoaineenaan käytättäviä erilaisia laitoksia. Jos nämä kaikki suunnitellut laitokset toteutuisivat, on uutisen mukaan aiheellista miettiä, onko puuta riittävästi. Tampereen sähkö teki ”puuselvityksen”, jossa se arveli, että puun kysyntä jatkaa kasvuaan 2024 asti.
Energiapuun riittävyys on sidoksissa siihen, kuinka paljon muu metsäteollisuus käyttää puuta. Eli kuinka paljon tähteitä jää esimerkiksi sahateollisuudesta. Nykyisellään juuri mitään sivuvirtoja ei mene hukkaan. Jos metsäteollisuuden sivuvirrat pysyvät entisellään ja bioenergian käyttö kasvaa, joudutaan puuta kaatamaan enemmän myös pelkästään energiakäyttöön. Kuitenkin kun tarkastellaan pitkällä aikavälillä, energiapuun kysyntä näyttää laskun merkkejä. Venäjän sota vaikutti kriittisesti myös puun riittävyyteen Suomessa. Lämmityskaudella 2022–23 kotimainen puu riitti kattamaan kysynnän, mutta on epävarmaa riittääkö se seuraavalle kaudelle.
Jotta puuta riittäisi myös tulevaisuudessa, täytyy metsiä hoitaa. Vuonna 2018 tehdyn selvityksen mukaan Suomessa oli 460 000 hehtaaria metsäkohteita, joiden harvennushakkuusta saataisiin nimenomaan energiapuuta. Suomessa on jäänyt karkeasti arvioiden niin paljon metsänhoitorästejä, että jos ne saataisiin hoidettua, riittäisi niistä pelkästään energiapuuta 11 vuodeksi. Murheena on, että jos metsänhoito laiminlyödään ja hoitovelka kasvaa, hidastuu metsien kasvu ja tätä myöten puu ei riitä tulevaisuudessa kaikkeen tarpeelliseen.
Puun polton ympäristövaikutukset
Kun puhutaan puun polttamisen ilmastovaikutuksista, myös sillä on väliä mitä puun jakeita poltetaan. Kuori, puru ja oksat hajoavat muutenkin nopeasti muutamassa vuodessa luonnossa, joten ne eivät vaikuta merkittävästi hiilitasapainoon. Kantojen ja juurien hajoaminen saattaa kestää vuosikymmenen, joten niiden polttaminen ja käyttäminen energiaksi vaikuttaa huomattavasti enemmän hiilitasapainoon, koska hiili vapautuu välittömästi. Ympäristövaikutuksia pystyy vähentämään, jos puu kaadetaan läheltä paikkaa, jossa se myös jalostetaan. Täytyy muistaa, kun pohditaan puusta kivihiilen korvaajaa, että jos puuta joudutaan tuomaan ulkomailta tai Itä- ja Pohjois-Suomesta Etelä-Suomeen, niin pitkän matkan aiheuttamat kustannukset ja kasvihuonepäästöt kumoavat puun ilmastohyötyjä.
Metsien kaato ja hoitaminen vaikuttaa myös siellä asuviin eliölajeihin ja luonnon monimuotoisuuteen. Nämä seikat tulisi ottaa huomioon, kun puita kaadetaan. Tämä täytyisi tehdä harkiten niin, että metsän erilaisia rakennepiirteitä on olemassa myös metsänhakkuun jälkeen. Pitkällä aikavälillä metsänhoito saattaa aiheuttaa jopa luontotyyppien uhanalaistumista.
Puun pienpolton ympäristö- ja terveysvaikutukset
Puun palamisen päästöihin voidaan vaikuttaa käyttämällä kuivaa ja laadukasta puuta sekä kiinnittämällä huomiota tulisijojen rakenteeseen sekä ilmansyöttöön. Hyvä ilmansyöttö mahdollistaa täydellisemmän ja puhtaamman palamisen. Kiukaissa tai takoissa ei ole tällä hetkellä standardoituja ympäristömerkintöjä.
Paras sää sytyttää takka on leuto ja tuulinen. Silloin ilmakehässä on paksu rajakerros tai sekoituskerros. Mitä paksumpi sekoituskerros on, sen enemmän siinä on ilmamäärää, johon haitalliset hiukkaset sekoittuvat. Tieteen Kuvalehdessä viitataan tanskalaistutkimukseen, jossa todettiin, että takan polttaminen lisää pienhiukkasten määrää pientaloalueella 20 %.
THL:n mukaan samaan aikaan kun teollisuuden, liikenteen ja energialaitosten päästöt ovat vähentyneet, on puun pienpolton merkitys ilmansaasteiden lähteenä lisääntynyt. Jos pienpoltto jatkuu nykyisenlaisena, syntyy seuraavia päästöjä:
- ”40 % Suomen kaikista pienhiukkaspäästöistä (PM2.5)
- 55 % kaikista mustan hiilen (BC) päästöistä, jotka lämmittävät alailmakehää erityisesti pohjoisilla alueilla
- Yli 80 % soluille myrkyllisten ja syöpävaarallisten PAH-yhdisteiden päästöistä
- 30 % haisevien ja limakalvoja ärsyttävien haihtuvien orgaanisten hiilivetyjen (VOC) päästöistä
- 25 % hiilimonoksidin (CO) päästöistä.”
PAH-yhdisteet ovat polysyklisiä aromaattisia hiilivetyjä. Erityisesti Bentso(a)pyreeni on vaarallinen, koska se on yksi karsinogeenisimmistä PAH-yhdisteistä. THL muistuttaa, että on yleinen väärinkäsitys, että puun pienpoltto olisi hiilineutraali ympäristöteko. Poltosta muodostuu syöpävaarallisia yhdisteitä sekä se voi pahentaa sydän- ja hengityssairauksien oireita tai jopa aiheuttaa niitä. Puun poltossa syntyvät pienhiukkaset ovat niin pieniä, että ne kulkeutuvat syvälle hengitysteihin.
Puun palamisen kemia
Puu koostuu selluloosasta, hemiselluloosasta ja ligniinistä. Puun palaminen perustuu näiden aineiden lämpöhajoamiseen. Käytännössä nämä aineet kaasuuntuvat ja muodostunut kaasu palaa ilman mukana. Jäljelle jäänyt hiillos on palamatonta ainesta.
On tärkeää, että puu on palaessaan kuivaa. Mitä märempi puu on, sitä enemmän siitä vapautuu palamisen seurauksena hiilimonoksidia (häkä) ja pienhiukkasia. Paras palamislämpötila on 850 ° C. Märkä puu ei saavuta tätä lämpötilaa. Kuiva puu tuottaa myös enemmän lämpöä. Palamistulokseen vaikuttaa myös se, kuinka paljon puu saa happea palaessaan. Mitä vähemmän happea, sen enemmän häkää, nokea ja pienhiukkasia ja heikompaa palamista. Koivu on paras puu polttamiseen. Se tuottaa palaessaan vähiten pienhiukkasia ja sen energiatiheys on korkein.
Puun palaessa syntyy nokea, jota voidaan pitää hiilidioksidin jälkeen toiseksi haitallisimpana päästönä ilmastonmuutoksen kannalta. Nokipäästöt ovat Suomessa erityisen vaarallisia ilmastonmuutoksen kannalta, koska Suomi sijaitsee niin pohjoisessa. Noki kulkeutuu jäätiköille ja värjää niitä. Tällöin jäätiköt eivät pysty heijastamaan valoa ja lämpöä takaisin. Mustunut jäätikkö absorboi valon ja lämmön itseensä ja sulaa nopeammin. Jos palamisessa syntyy paljon nokea, tarkoittaa tämä sitä, että puu on ollut liian märkää ja se on saanut liian vähän happea.
Tuhka on hyvän palamisen päätuote. Tulipesään jäävä tuhka voidaan kierrättää. Tuhkapartikkelit sisältävät tyypillisesti kaliumia, rikkiä, happea ja sinkkiä. Niitä syntyy, kun lähtöaineet haihtuvat kuumuudessa muodostaen hiukkasia savukaasun jäähtyessä. Tuhka on hyvä lannoite, mutta ravinnearvoon vaikuttaa käytetty puulaji ja palamisprosessin luonne. Paras tulos saadaan, kun poltetaan vain yhtä puulajia eikä mukaan sekoiteta esim. paperia.
Savun mukana ympäristöön pääsee lentotuhkaa, jos savukaasujen puhdistus ei ole riittävän tehokasta. Lentotuhkassa on kadmiumia, kuparia, kromia, lyijyä ja arseenia. Tämän takia lentotuhkaa ei voi kierrättää. Vielä ei ole löydetty keinoja ympäristölle haitallisten raskasmetallien poistoon. Erotusprosesseja, stabilointia ja lämpökäsittelyä on ehdotettu lentotuhkan käsittelyyn, mutta näiden tutkimus ja kehittäminen on vielä vaiheessa. Alustavia lupaavia vastauksia on löydetty kaoliinin lisäämisestä kaliumsorbaattina puun polton yhteydessä. Tämä vakauttaa tuhkan rakennetta ja vähentää ympäristöongelmia. Menetelmällä ei ole vaikutusta tuhkan ravinnearvoon ja lannoitekäyttöön.
Kun puu palaa, syntyy savua. Savu on päästö, joka sisältää esim. häkää ja erilaisia hiilivetyjä. Palamisen puhtautta voi seurata savun väristä. Mitä värittömämpi savu, sen puhtaampi palaminen. Selluloosan hajotessa syntyy häkää. Polttotapahtuman riittävä happimäärä vähentää hään muodostumista.
Tämä on yksi viidestä energia- ja ympäristötekniikan monimuoto-opiskelijoiden Uusiutuvat energiat -kurssin harjoitustyön yhteydessä tuotetuista jutuista.
Muut jutut:
