Metsätieteen alaan kuuluva väitöskirja tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa Joensuun kampuksella. Tilaisuutta voi seurata myös verkossa.
Mikä on väitöstutkimuksesi aihe? Miksi aihepiiriä on tärkeää tutkia?
Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi EU on asettanut ilmasto- ja energiapolitiikkatavoitteet energiatehokkuuden parantamiseksi. Kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen edellyttää myös metsäteollisuuden puunhankinnan energiatehokkuuden parantamista. Viimeaikaiset poliittiset konfliktit maailmalla ovat tuoneet keskusteluun energian riittävyyden ja kotimaisen energian huoltovarmuuden.
Samanaikaisesti metsäteollisuuden odotetaan kasvavan vuoteen 2035 mennessä 175 miljardilla eurolla. Tätä kasvua vauhdittavat verkkokaupan kasvun, digitalisaation, väestön kasvun ja kaupungistumisen myötä kasvava puupohjaisten pakkausmateriaalien kysyntä, sekä yleisesti muovipakkauksista siirtyminen kestävästi valmistettuihin puupohjaisiin pakkausmateriaaleihin. Energiatehokkuuden avulla voidaan vähentää kokonaisenergiankulutusta ja kasvihuonekaasupäästöjä, mutta myös lisätä energiavarmuutta. Energiatehokkuuden parantaminen voi olla energian kokonaiskulutuksen pienentämistä, mutta myös tuottavuuden nostamista nykyisellä energian kokonaiskulutuksella.
Tutkimukseni aiheena oli puunhankinnan energiatehokkuuden parantaminen Suomessa. Tavoitteena oli selvittää puunkorjuussa energiatehokkuuden lähtötilanne, polttoaineen kokonaiskulutus ja siitä aiheutuvat päästöt, sekä arvioida energiatehokkuutta parantavat toimenpiteet.
Puunkorjuussa energiaa kuluttavat korjuuseen käytettävät koneet, mutta välillisesti myös puunkorjuukoneiden siirtoon käytettävät kuorma-autot sekä henkilöautot, joilla esimerkiksi koneenkuljettajat siirtyvät työmaille. Luotettavien päästölaskentojen laadinta edellyttää ajantasaista tietoa puunkorjuukoneiden polttoaineen kulutuksen määrästä sekä siitä, mitkä tekijät vaikuttavat kulutukseen. Polttoaineenkulutuksen, päästöjen ja energiatehokkuuden lähtötason selvittäminen on tärkeää, jotta voidaan luotettavasti vertailla asetettujen päästö- ja energiatehokkuustavoitteiden parantumista vertailuajanjaksoon nähden, sekä kohdentaa oikein tarvittavat toimenpiteet energiatehokkuuden parantamiseksi.
Selvitin puunhankinnan energiatehokkuuden puunkorjuuyrittäjien asennetta liittyen energiatehokkuuteen, sekä kuvasin yrittäjien energiatehokkuuteen ja sen parantamiseen liittyviä tulevaisuuden tarpeita, toimenpiteitä ja tulevaisuudennäkymiä. Määritin myös puunkorjuun energiatehokkuuden hakkuutapojen ja korjuukoneiden moottoritehon suhteen, sekä laskin puunkorjuun, eli hakkuukoneiden, metsätraktoreiden ja kuorma-autoilla tapahtuvien puunkorjuukoneiden siirtojen aiheuttamat polttoaineenkulutukset ja kasvihuonekaasupäästöt.
Lisäksi kuvasin ja mallinsin puutavaralajimenetelmällä tehtävää puunkorjuukoneiden polttoaineenkulutusta, sekä laskin vuotuisen kokonaispolttoaineenkulutuksen ja hiilidioksidiekvivalenttipäästöt. Selvitin myös kuorma-autoilla tapahtuvien puunkorjuukoneiden siirrot, sekä kuljettajien, huoltohenkilöiden ja työnjohdon kulkemat matkat henkilöautoilla korjuukohteille.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tulokset tai havainnot?
Valtaosin puunkorjuuyrittäjien asenne energiatehokkuutta kohtaan oli positiivinen. Puunkorjuuyrittäjien energiatehokkuuteen vaikuttivat eniten koneenkuljettajien ammattitaito, sekä koneiden kuljettajien asenteet ja motivaatio. Tulosten mukaan vuonna 2016 yli 30 prosenttia ensiharvennuksista korjattiin moottoriteholtaan suurimmilla hakkuukoneilla, kun taas moottoriteholtaan pienillä ja keskikokoisilla koneilla korjattiin noin puolet päätehakkuista.
Puunkorjuukoneiden polttoaineenkulutus oli matalin päätehakkuissa, kun vastaavasti ensiharvennushakkuissa se oli suurin korjattua kiintokuutiometriä kohden. Keskimääräinen kiintokuutiometripohjainen polttoaineenkulutus ja kasvihuonekaasupäästöt olivat ensiharvennuksella yli kaksinkertaiset päätehakkuuseen verrattuna. Puunkorjuuresurssien paremmalla suuntaamisella olisi mahdollista vähentää polttoaineen kulutusta ja kasvihuonekaasupäästöjä. Vuonna 2020 puunkorjuun laskennallinen polttoaineenkulutus oli 126,6 ML (keskimäärin 2,16 Lm-3) ja kasvihuonekaasujen kokonaispäästöt olivat 334 209 tonnia CO2 ekv. (keskimäärin 5,70 kgCO2 ekv. m-3), kun puunhankinta Suomen metsäteollisuudessa oli 58,7 Mm3 (kuoren päältä).
Koneyksiköiden välillä havaittiin suuria eroja kiintokuutiometrikohtaisessa polttoaineenkulutuksessa (L/m3). Tuntikohtaiseen polttoaineenkulutukseen vaikuttavat eniten metsäkoneiden moottoritehot ja puunkorjuuolosuhteet. Kiintokuutiometrikohtaiseen polttoaineen kulutukseen puunkorjuussa vaikuttavat eniten puunkorjuuolosuhteet ja koneyksiköt. Laskennallinen energiatehokkuus oli suurin päätehakkuissa. Energiatehokkuusyhtälössä polttoaineen kulutusta (panos) merkittävämpi tekijä on korjatun puun määrä (tuotos).
Kun saatuja tuloksia verrataan 2000-luvun alussa tehtyyn tutkimukseen (Rieppo ja Örn, 2003), voidaan havaita, että koneiden tuntikohtainen polttoaineen kulutus on noussut kuluneen 20 vuoden aikana, mutta kiintokuutiometripohjainen polttoaineen kulutus on pysynyt lähes samalla tasolla. Puunkorjuun tuottavuus on siten noussut merkittävästi, ja työtuntia kohti puuta katkotaan ja kuljetetaan tienvarsivarastolle isompia määriä.
Tässä tutkimuksessa puunhankinnan energiatehokkuutta tarkasteltiin kilowattitunti-energiayksiköillä. Puunkorjuussa energiatehokkuus on kulutetun polttoaineen energiasisällön ja korjatun puun energiasisällön välinen suhde. Puunkorjuun laskennallinen energiatehokkuus (kWh/kWh) oli suurin päätehakkuilla, kun tuottavuus on suurempaa ja polttoaineenkulutus pienempää kuin harvennushakkuilla. Tulosten mukaan puunkorjuu on Suomessa hiilineutraalia, koska teollisuus käyttää vain uusiutuvaa puuta.
Miten väitöstutkimuksesi tuloksia voidaan hyödyntää käytännössä?
Tulokset osoittivat, että puunkorjuukoneiden paremmalla suuntaamisella ja käytön suunnittelulla voitaisiin parantaa työn tuottavuutta, pienentää polttoaineen kulutusta ja kasvihuonekaasupäästöjä, sekä parantaa puunkorjuun energiatehokkuutta tulevaisuudessa. Energiatehokkuuden parantamiseksi kuljettajille tulisi järjestää koulutusta. Puunkorjuukoneiden siirtojen määrää tulisi minimoida, sekä toiminta- ja resurssisuunnittelua kehittää.
Tulevaisuudessa polttoaineenkulutuksen ja kasvihuonekaasupäästöjen tarkastelu tulisi laajentaa koko puunkorjuuketjuun, mukaan lukien kaukokuljetus ja puukauppa, sekä esimerkiksi kuljettajan vaikutusta tulisi selvittää tarkemmin. Tässä tutkimuksessa esitetyt tulokset tarjoavat strategisen suunnan toimenpiteiden ja kehitystavoitteiden suunnittelulle asetetun 100 prosentin hiilineutraaliuden tavoitteen saavuttamiseksi, joka perustuu uusiutuvien metsävarojen hyödyntämiseen.
Tehty tutkimus tuotti uutta ja ajantasaista tietoa polttoaineen kulutuksesta puunkorjuussa. Tietoa voidaan hyödyntää, kun laaditaan puunkorjuun päästölaskelmia. Lisäksi tutkimustulokset tarjoavat hyvän pohjan, josta voidaan lähteä parantamaan puunkorjuun energiatehokkuutta.
Mitkä ovat väitöstutkimuksesi keskeiset tutkimusmenetelmät ja -aineistot?
Väitöskirja muodostuu kolmesta tapaustutkimusartikkelista. Haastattelin kasvotusten 25 puunkorjuuyrittäjää vuoden 2017 lopulla. Tulosten pohjalta saatiin käsitys yrittäjien asenteesta energiatehokkuutta kohtaan. Toisessa vaiheessa selvitin laskennallisen puunkorjuukoneiden polttoaineenkulutuksen ja päästöt, sekä energiatehokkuuden vuonna 2016. Tutkimusaineisto koostui Stora Enson Wood Supply Finland vuoden 2016 puunkorjuun määrästä, joka oli 8,9 miljoonaa m3.
Tuottavuuden mallinnus pohjautui Erikssonin ja Lindroosin (2014) malliin. Tuntikohtainen polttoaineen kulutus pohjautui Brunbergin (2013) malliin, jossa puunkorjuukoneen moottorinteho on riippumaton muuttuja. Energiatehokkuus laskelmissa käytettiin Palanderin (2020) mallia, joka perustuu uusiutuvan puuenergian ja kulutetun fossiilisen energian hyötysuhteeseen. Lisäksi tuoreen puun lämpöarvo määritettiin käyttämällä Alakangas ym. (2016) yhtälö. Puunkorjuukoneiden siirtoja oli aineistossa 17 368 ja siirtomatka kuormattuna oli keskimäärin 26,3 km. Puunkorjuukoneiden kuorma-autoilla tehtyjen siirtojen laskemiseen käytettiin valtakunnallista Digiroad (2020) -verkkotietokantaa.
Selvitin myös seurantatutkimuksella hakkuukoneiden ja metsätraktoreiden polttoaineenkulutusta digitaalisilla virtaamamittareilla maaliskuusta 2018 huhtikuuhun 2019. Tutkimuksessa oli 16 hakkuukonetta, joilla korjattiin yhteensä 510 hakkuualuetta ja 13 metsätraktoria, joilla kuljetettiin puuta 306 hakkuualueelta. Kokonaispolttoaineen kulutus oli 309 770 litraa hakkuussa ja 156 230 litraa metsäkuljetuksessa. Ainespuuta työmailta tutkimuksessa hakattiin yhteensä 314 663 m3 ja kuljetettiin 222 678 m3. Tuotantoaikaa hakkuukoneilta kertyi yhteensä 20 418 tuntia ja 13 619 tuntia kuormatraktoreilta.
Selvitin laskennallisesti puunkorjuukoneiden siirtojen polttoaineen kulutuksen ja hiilidioksidipäästöjen määrän, ja lisäsin tarkasteluun henkilöautot, joilla koneiden kuljettajat, huoltohenkilöt ja työnjohto liikkuvat korjuualueelle. Hakkuukoneiden ja metsätraktoreiden polttoaineenkulutusta mallinnettiin regressioanalyysillä. Nämä kaikki tutkimukset olivat kvantitatiivisia tapaustutkimuksia. Päästölaskennoissa hyödynnettiin VTT:n LIPASTO tietokantaa (2017, 2021).
MMM Hanna Haavikon metsätieteen alaan kuuluva väitöskirja Improving the Energy Efficiency of Wood Harvesting in Finland (Puunkorjuun energiatehokkuuden parantaminen Suomessa) tarkastetaan luonnontieteiden, metsätieteiden ja tekniikan tiedekunnassa, Joensuun kampuksella ja verkossa. Vastaväittäjänä toimii dosentti Risto Lauhanen, Seinäjoen ammattikorkeakoulu, ja kustoksena professori Teijo Palander, Itä-Suomen yliopisto. Tilaisuuden kieli on suomi.
