Metsähaketta polttavissa voimalaitoksissa tasapainoillaan jatkuvasti raaka-aineen laadun ja hinnan sekä polttoprosessin toimivuuden välillä. Polttoaineen koostumus ja laatu nimittäin vaihtelevat väistämättä.

Jyväskylän ammattikorkeakoulun (Jamk) biotalousinstituutissa asiantuntijana työskentelevä Kimmo Puolamäki hälytetään usein apuun, kun lämpölaitoksilla on ongelmia.

”Yhdeksänkymmentä prosenttia laitosten käyntihäiriöistä johtuu vaihtelusta polttoaineen laadussa ja kosteudessa”, hän tiivistää.

Polttoaineen laadun merkitys ymmärretään Puolamäen mukaan yleensä parhaiten niissä yrityksissä, jotka sekä tekevät että käyttävät itse metsähaketta.

”Huono hake voi olla ostettaessa vähän halvempaa kuin laadukas tavara, mutta voi tulla lopulta käyttäjälleen todella kalliiksi polttoprosessin ongelmien vuoksi.”

Mitä pienemmässä kattilassa puu poltetaan, sitä parempaa ja tasalaatuisempaa polttoainetta tarvitaan. Voimalaitoskokoluokan kattilat eivät ole yhtä herkkiä esimerkiksi polttoaineen kosteuden vaihtelulle.

”Jokainen kattila vaatii säätämistä polttoaineen mukaan. Tämä unohtuu yllättyvän usein isoissakin yrityksissä.”

Tuoksu kertoo laadusta

Metsähakkeen laatuun vaikuttaa olennaisesti se, kuinka kauan raaka-ainetta on varastoitu metsätien varressa tai terminaalissa.

”Mitä tuoreempaa puu on, sitä parempi on sen lämpöarvo. Esimerkiksi hakkuutähdehakkeen lämpöarvosta voi pitkän varastoinnin seurauksena kadota kymmenenkin prosenttia”, kuvailee biotalousinstituutissa tutkijana työskentelevä Miia Jämsén.

Hakkeen laadusta kertovat muun muassa palakoko, hienoaineksen määrä ja kosteus.

”Helppo konsti hakkeen laadun tutkimiseen on haistaminen. Laadukas hake tuoksuu ihmisen nenään hyvälle”, Jämsen sanoo.

Tuoreen puun kosteus on noin 55 prosenttia. Karkeasti voidaan sanoa, että kun puun kosteus puolittuu, lämpöarvo nousee noin 50 prosenttia. Jos metsähakkeen lämpöarvo on 43 prosentin kosteudessa noin 2,7 megawattituntia tonnilta, nousee se 21,5 prosentin kosteudessa neljään megawattituntiin tonnilta.

”Isoon laitokseen alle 45 prosentin kosteus on jo hyvä, omakotitalojen hakekattiloissa hakkeen kannattaa olla kosteudeltaan alle 30 prosenttia. Kuivemmalla hakkeella myös päästöt pienenevät merkittävästi”, Puolamäki sanoo.

Energiapuun tuoreus ja kosteus sanelevat lämpöarvon

Erilaisten energiapuujakeiden lämpöarvojen mittaaminen vahvistaa, että energiapuu kannattaa kuivata hyvin ja toimittaa polttoon mahdollisimman nopeasti. Jyväskylän ammattikorkeakoulun laboratorion tutkija Miia Jämsén mittasi Metsälehden toiveesta laboratorioon satunnaisesti valittujen hakkuutähdehakkeen, rankahakkeen ja sahanpurun lämpöarvot pommikalorimetriksi kutsutulla laitteella.

Pommikalorimetrimääritystä varten näytteet jauhetaan. Jauheesta tehdään pienet pelletit, jotka räjäytetään palamaan puhtaalla hapella ladatussa metallisäiliössä eli pommissa.

Sytytysjohtoihin kytketty pommi upotetaan vesikannuun, jossa on vakioitu määrä vettä. Kannu puolestaan asetetaan pommikalorimetriin, jossa on valmiina sisäinen vakiolämpötilassa oleva vesivaippa.

Kun pelletti palaa, mittaa laite palamisen aiheuttamaa lämpötilamuutosta. Lämpötilamuutoksen suuruuden ja pelletin painon avulla voidaan määrittää näytteen kalorimetrinen lämpöarvo ja sen jälkeen laskea teholliset lämpöarvot.

Jämsénin suorittama mittaus osoitti, että kun puu on tuoretta, erilaisten jakeiden teholliset lämpöarvot ovat kuiva-aineesta mitattuina hyvin lähellä toisiaan. Rankahakkeen kuiva-aineesta mitattu lämpöarvo oli 5,25 megawattituntia tonnilta, hakkuutähdehakkeen 5,45 ja sahanpurun 5,24.

Kosteudella suuri merkitys

Käytännössä polttolaitoksille ohjautuvien energiajakeiden kosteus ja tuoreus vaihtelevat. Pääsääntöisesti voidaan sanoa, että mitä pidempään ja mitä heikommissa olosuhteissa energiapuuta varastoidaan, sitä enemmän lämpöarvosta katoaa kuiva-ainetappioiden takia.

Käytännön erot jakeiden lämpöarvoissa tulevat esiin, kun tarkastellaan näytteiden lämpöarvoja saapumistilassa eli huomioidaan myös kosteuden vaikutus.

Näytteistä ylivoimaisesti paras lämpöarvo saapumistilassa oli hakkuutähdehakkeella: 4,30 megawattituntia tonnilta. Hakkuutähdehakkeen kosteusprosentti oli vain 18,7 eli se oli tuoreudestaan huolimatta erittäin kuivaa. Tämä osoittaa, että jos hakkuutähde saadaan kuivattua nopeasti palstalla ja varastolla, on se erinomaisen hyvää polttoainetta.

Rankahakkeen lämpöarvo oli 43 prosentin kosteudessa 2,72 megawattituntia tonnilta ja sahanpurun 54 prosentin kosteudessa 2,06 megawattituntia tonnilta.

Tuloksia tarkastellessa on kuitenkin syytä muistaa, että isot lämpölaitokset on optimoitu toimimaan erilaisissa kosteuksissa toimitetuilla energiapuujakeilla. Joillekin voimalaitoksille polttoaine, jonka kosteusprosentti on 18,7, on jo liian kuivaa. Näin on esimerkiksi silloin, jos laitokset on optimoitu polttamaan puuta, jonka kosteusprosentti on keskimäärin 40.

Näin mittaat hakkeen kosteuden kotikonstein

Pienehköjen hakelämmityskattiloiden toimintavarmuuden ja tehokkuuden kannalta on ratkaisevan tärkeää, että polttoaine on laadukasta. Metsähakkeen laatuun vaikuttaa eniten kosteus, jonka vaikutuksista polttoprosessiin hakelämmittäjän on hyvä olla tietoinen. Siksi polttoaineen kosteutta on hyvä seurata säännöllisesti.

Kosteuden määrittämiseen on tarjolla kaupallisia palveluita, mutta hakenäytteen kosteuden voi periaatteessa määrittää myös kotikonstein, kun noudattaa Jyväskylän ammattikorkeakoulun biotalouslaboratorion tutkijan Miia Jämsénin neuvoja. Jämsén huomauttaa, että kuivaamisesta aiheutuu hajua, mikä kannattaa huomioida, kun toimitaan kotitalouksissa.

Kosteuden mittaamiseen tarvitaan vaaka, kaksi alumiinista valmistettua näyteastiaa ja tavallinen sähköuuni.

• Ota hake-erästä mahdollisimman edustava näyte esimerkiksi ämpäriin.
• Punnitse alumiiniset näyteastiat ja merkitse painot ylös paperille.
• Kaada näyte jollekin tasolle ja sekoita se hyvin esimerkiksi muurauslastalla tai rehukauhalla.
• Jaa näytteestä yhtä suuri osuus (vähintään 300 grammaa) molempiin alumiiniastioihin.
• Laita näytteet 105-asteiseen uuniin.
• Pidä näytteitä uunissa vähintään 16 tuntia mutta enintään 24 tuntia.
• Ota näytteet kuivauksen jälkeen uunista ja punnitse ne.

Näytteiden kosteus lasketaan kuivauksen aikana tapahtuvasta massanmuutoksesta näin:

Mar = (me – mj) / (me – a) x 100 = _ %

Mar = märkäpainoa kohti laskettu kosteus saapumistilassa

me = märän näytteen ja näyteastian yhteenlaskettu massa, g

mj = kuivatun näytteen ja näyteastian yhteenlaskettu massa, g

a = näyteastian massa, g

Lopputulos on kahden rinnakkaismäärityksen keskiarvo. Tulos ilmoitetaan 0,1 yksikön tarkkuudella.

Esimerkki: Märkä hakenäyte painaa 300 grammaa ja näyteastia 20 grammaa eli yhteensä ne painavat 320 grammaa. Kuudentoista tunnin kuivauksen jälkeen hakenäyte ja näyteastia painavat 182 grammaa.

Näytteen kosteus lasketaan näin: (320 – 182) / (320 – 20) x 100 = 46,0 %

Menetelmä sopii myös esimerkiksi klapien kosteuden määrittämiseen, kun klapien keskiosista leikataan riittävän ohuita, maksimissaan kolmen sentin paksuisia näytesiivuja.

Jos ajankohtaiset metsäasiat kiinnostavat, tilaa Metsälehti tästä.