Savuna ilmaan vai hyötykäyttöön – polttohakkeen kosteus ja lämpöarvo
Miten polttohakkeella tuotettava energiamäärä tuplataan tämän vuosikymmenen aikana? Kosteudella ja sen aiheuttamalla hukkaenergialla on tässä energiarallissa yllättävän suuri rooli.
- 7,6 miljoonaa kuutiota
- 15 terawattituntia
- korvaa lämpöarvollaan 600 miljoonaa litraa polttoöljyä
Yllä on listattu metsähakkeen osuutta Suomessa vuonna 2020 lämpö- ja voimalaitoksilla tuotetusta energiasta. Häkellyttäviä energiamääriä, jotka ovat kuitenkin vielä kaukana EU:n ilmastopoliittisista tavoitteista (25 TWh vuonna 2020, 29 TWh vuonna 2030). Tämän lisäksi polttohakkeesta kaavaillaan, myöskin ilmastopoliittisista syistä, korvaajaa energiaturpeelle.
Kosteus ja energia-arvo
Polttohakkeen kosteus on suurin sen energia-arvoon vaikuttava muuttuja. Kosteaa haketta poltettaessa veden haihduttaminen kuluttaa lämpöenergiaa 0,7 kWh/kg vettä. Toisin sanoen vesilitran haihduttamiseen hukatulla energialla voitaisiin käyttää 700 watin pölynimuria tunnin ajan. Jos imurointi ei innosta, niin sama energia kuluu televisiota katsellessa noin kolmessa tunnissa.
Energiahäviö johtuu puun neliportaisesta palamisprosessista, jonka vaiheet ovat alkulämpeneminen, kosteuden haihtuminen, pyrolyysi ja hiilen palaminen. Näistä kaksi ensimmäistä vaihetta kuluttavat energiaa, ja vasta 200–300 °C:een lämpötilassa puuaines syttyy ja lämpöenergiaa syntyy.
Energiaturve historiaan
Marinin hallitusohjelman mukaan turpeen energiakäyttö vähintään puolitetaan vuoteen 2030 mennessä. Turpeen energiaveroa korotettiinkin viime vuonna 3 eurosta lähes 6 euroon megawattituntia kohden. Kysynnän laskettua Suomen suurin energiaturpeen tuottaja Neova ilmoitti lopettavansa jyrsinpolttotuotannon. Pian yhtiö kuitenkin perui lopullisen päätöksensä, mutta oli ehtinyt jo sulkemaan osan tuotantoalueista.
Metsähakkeen riittävyyttä energiaturpeen korvaajaksi tarkasteltiin hypoteettisesti vuoteen 2030 mennessä. Suurimmallakin ylläpidettävällä hakkuiden tasolla jäätiin kuitenkin laskelmissa yli 9 miljoonaa kuutiota miinukselle. Puolet turpeesta kuitenkin laskettiin voitavan korvata polttohakkeella. Hakkeen tuotantoa on siis syytä lisätä, ja siitä saatua hyötysuhdetta varjella.
Polttohakkeen säilytys
Hake säilytetään valtaosin avoterminaaleissa, peittämättöminä vallitsevan säätilan mukaan vaihtelevissa olosuhteissa. Energiapuun säilytys vaatii hehtaarikaupalla tilaa, joten sisätiloissa säilytys ei tästä syystä ole vaihtoehto suuressa mittakaavassa. Kosteuden kerääntymistä pyritään minimoimaan muodostamalla varastokasoista terävähuippuisia. Tästä huolimatta kosteuspitoisuus kasvaa niin, että lämpöarvo laskee kolmen kuukauden varastoinnin aikana jopa 19 %. Muutosta tutkittiin talviaikaan, jolloin energiantarve on Suomessa suurimmillaan.
Kaupallinen näkökulma
Kosteudessa, ja sen kautta polttohakkeen lämpöarvossa piilee myös haketuottajan kannalta oleellinen porkkana. Nimittäin energiapuun hinta määräytyy yleisesti siitä saadun lämpöarvon mukaan, eli toisin sanoen puun kosteus näkyy suoraan hakkeen hintalapussa. Tämän jos jonkin luulisi motivoivan haketuottajia vaalimaan tuota rahanarvoista lämpöarvoa.
Hukkaenergia hyötykäyttöön
Varastoimalla puu mahdollisimman isoina kappaleina ja hakettamalla vasta juuri ennen polttoa voitaisiin siis käyttää hyödyksi 19 % enemmän energiaa. Jos vuoteen 2030 mennessä tavoiteltu 29 TWh käyttöaste saavutetaan, voitaisiinkin aiemmin mainitulla imurilla siivota jo 7,86 miljardia tuntia. Taitaa tosin mennä tuokin energia television katseluun.
Vainio-Ketola, Elmeri 2022: Terminaaliolosuhteiden vaikutus polttohakkeen energia-arvoon. Opinnäytetyö (AMK) Prosessi- ja materiaalitekniikka, Turun ammattikorkeakoulu