CO2 Laser Cutting of Particleboard, HDF and MDF

The purpose of this thesis is to reveal how the laser cutting parameters influence lasercutting of particleboard, HDF and MDF. The literature review introduces the basic principle of CO2 laser, CO2 laser equipment and its usage in cutting of wood-based materials. The experimental part focuses on the discussion and analysis ofthe test data and attempts to draw conclusions on the influence of various parameters, including laser power, focal length of the lens and cutting gas, on the cutting speed and kerf quality. The tested materials include various thicknesses of particleboard, HDF and MDF samples. A TRUMPF TLF2700 HQ laser equipment was used for the experiments. To obtain valid data, the test samples must be completely cut through without any bonding of wood fibre. The maximum cutting speed is linear dependent on the laser power in thecondition that the other parameters are constant. For each thickness of a specific material type, there is a minimum laser power for cutting. Normally, the topand bottom kerf widths increase with the enhancement of laser power. There may be a critical laser power which can generate the minimum cross-sectional kerf width. Lens of larger focal length may achieve higher cutting speed. As the focal length becomes larger, the top kerf width tends to increase while the bottom andcross-sectional kerf widths to the opposite. Of all cutting gases, oxygen can help achieve higher cutting speed. The gas pressure of nitrogen does not seem to have strong influence on the cutting result. Generally, 2 bar air is more preferable for higher cutting speed. For particleboard and MDF samples of larger thickness than 12 mm, 2 bar argon can be used to reach remarkably higher cutting speed than the 5 bar. Generally, the 190.5 mm lens can produce smallest total kerf width. The kerf sides of thicker samples are darker than the thinner ones. The sample darkness tends to be lower as laser power increased. 63.5 mm lens seemed tocause more darkness than other lens. 5 bar cutting gases can produce less dark side kerfs than 2 bar ones. Oxygen normally causes darker kerfs than other gases. No distinct differences were found between nitrogen and argon.

Laminaatin toiminnallisten ominaisuuksien hallinta

Lattialaminaatti on kerrosrakenteinen levymateriaali. Tässä työssä tutkittiin laminaatin epäsymmetrisen kerrosrakenteen aiheuttamaa taipumusta käyristymiseen. Työn tavoitteena oli kehittää lattialaminaatin käyristymän hallintaan käytettävää taustapaperia niin, että käyristymää ei tapahtuisi tai käyristymä olisi lievästi alapintaa kohden heti puristuksen jälkeen ja säilyisi samanlaisena varastoinnissa. Kehityksessä huomioitiin taustan ulkonäkö. Taustapapereita valmistettiin sekä pilot- että tuotantomittakaavassa. Lisäksi työssä tutkittiin laminointiolosuhteiden vaikutusta lattialaminaatin käyristymään. Työn kirjallisuusosassa käsitellään lattialaminaatin valmistusta huomioiden ulkonäköön vaikuttavat tekijät sekä lattialaminaatin käyristymiseen vaikuttavia tekijöitä.Lattialaminaatin käyristymään vaikuttavat laminointiolosuhteet. Puulevyä vasten puristettavat kalvot kutistuvat laminoinnissa, erityisesti puristuslämpötilan kasvaessa. Laminaatin puristuksen jälkeinen käyristymä määräytyy lähinnä ylä- ja alapinnan kalvojen kutistuman erolla.Lattialaminaatin käyristymään varastoinnissa vaikuttaa ylä- ja alapinnan kalvojen dimensiostabiliteettikerroin. Yläpinnan kalvon dimensiostabiliteetti on huonompi kuin alapinnan, jolloin yläpinnan kalvo kutistuu enemmän kuivissa olosuhteissa käyristäen samalla laminaattia positiiviseen suuntaan.Taustapaperin ominaisuuksista merkittävimmin laminaatin käyristymään vaikuttaa kuituraaka-aine. Lattialaminaatin ulkonäköön vaikuttavat pinnassa olevat kuopat. Laminaatin taustan ulkonäköä voidaan parantaa lisäämällä taustapaperiin pehmitintä. Vääräntyyppisellä pehmittimellä menetetään taustan vastavetovoimaa.

Ekologisen kuorilevyn valmistaminen puunjalostusteollisuuden sivutuotteista

Puunjalostusteollisuudessa syntyy huomattavia määriä sivutuotteita, joiden hyödyntäminen on vielä vajavaista. Sahajauhon ja puukuoren pääasiallinen käyttö rajoittuu energiantuotantoon eli polttamiseen voimalaitoksissa. Selostettavassa tutkimustyössä, joka on tehty Lappeenrannan teknillisen yliopiston puunjalostustekniikan levylaboratoriossa, on pyritty selvittämään kotimaisten kuusi-, mänty- ja koivukuorten käyttömahdollisuuksia raaka-aineina lastulevyn tapaan ns. ekologisen kuorilevyn valmistamisessa, mutta ilman liimaa. Tutkimusmateriaalina käytettiin puunjalostusteollisuudesta hankittua tuoretta kuusen ja männyn rumpukuorintajätettä sekä koivun roottorikuorintajätettä, joista kukin raaka-aine pienennettiin kahteen eri partikkelikokoon käyttäen oksasilppuria ja vasaramyllyä. Raaka-ainemäärät mitattiin ja kaadettiin viiran päällä olevaan puusta valmistettuun muottiin ja muotin poisnostamisen jälkeen levyaihio puristettiin 1-välikuumapuristimessa sykleittäin. Valmistetut kuorilevyt olivat 1 -kerroksisia. Koelevyistä tutkittiin kosteuspitoisuus, tilavuuspaino, taivutuslujuus ja Brinell -kovuus.Saadut tulokset osoittavat, että kuusen, männyn ja koivun kuoresta voidaan valmistaa kuorilevyä ilman liima-ainetta, sillä puukuoren sisältämät omat liimaavuutta parantavat uuteaineet antavat riittävän vaikutuksen kuorilevyn rakenteen stabiloimiseksi. Tällaisen kuorilevyn taivutuslujuus on kuitenkin huomattavasti heikompi kuin puulastulevyllä. Kaikki jauhetusta raaka-aineesta sekä pelkästään silputusta koivuraaka-aineesta valmistetut kuorilevyt täyttävät taivutuslujuuden osalta kuitenkin huokoiselle, A-lujuusluokan standardi-kuitulevylle asetetut vaatimukset. Tarkasteltaessa eri raaka-aineista valmistettujen levyjen ominaisuuksia, voidaan todeta, että tilavuuspainoltaan suurinta sekä kovuudeltaan ja taivutuslujuudeltaan parasta levyä saadaan valmistettua jauhetusta koivukuoresta. Jokaisen valmistetun kuorilevyn kovuusarvo ylittää Suomen johtavan lastulevyn valmistajan lastulevyn kovuusarvon lukuun ottamatta pelkästään silputuista kuusi- ja mäntykuorista valmistettuja levyjä.Vaikka tulokset ovat suuntaa-antavia, osoittavat ne selvästi millaisia mahdollisuuksia tarjoaa puun kuoren tai sahajauhon käyttäminen lastulevyn tapaan valmistettavien levyjen raaka-aineena. Koko tutkimuskenttä on tässä käsiteltävänä olevalla alueella varsin laaja, ja tässä tutkimuksessa selvitetyt asiat ovat siitä vain pieni osa antaen kuitenkin suunnan useille tärkeille jatkossa selvitettäville asioille. Näistä mainittakoon mm. ekologisen levyn jatkojalostus ja tuotesuunnittelu, levyn valmistuksen taloudellisuus ja tuotteiden markkinointi, kuorilevyn valmistusprosessin kehittäminen sekä eri raaka-aineyhdistelmien kokeilu kuorilevyn raaka-aineena.

Suuren kapasiteetin paloittelusahakonseptin kehittäminen

Asiakkaat vaativat lisää kapasiteettia ja joustavuutta eli levylinjan paloittelusahan tapauksessa pieniä palakokoja. Vaatimukseen on lähdetty vastaamaan tuotekehitysprojektilla, jonka yksi osa-alue on uuden paloittelusahan konseptin kehitys. Konseptin kehityksen lähtökohtana on ajatus terien lukumäärän lisäämisestä, terien suunnan kääntämisestä levypinkan liikesuunnan myötäiseksi, sekä terien pitämisestä paikallaan levypinkan liikkuessa niiden läpi. Tässä työssä konseptin kehitykseen kuuluu purunpoistojärjestelmä, sahattujen hukkapalojen käsittely, murskaus ja poisto, sekä levypinkan siirtomenetelmä sahauskokonaisuuden läpi. Kirjallisuusosassa on paneuduttu puulevyjen ja pyörösahauksen teoriaan. Diplomityössä on tutkittu eri pohjaratkaisujen vaikutusta kapasiteettiin, sekä vaihtoehtoja paloittelusahan eri osa-alueiden ratkaisuiksi. Lisäksi on tutkittu murskauksen tehovaatimusta vertaamalla mitattuja arvoja laskettuihin arvoihin. Tutkimuksen otannan puitteissa todettiin laskettujen arvojen johtavan reiluun moottoreiden ylimitoitukseen.

Puutuotteen markkinapotentiaalin arvioiminen kansainvälisillä markkinoilla, case Havesa

Tutkielman tavoitteena oli arvioida puutuotteen markkinapotentiaalia Saksassa, Ranskassa ja Hollannissa sekä tuottaa markkinainformaatiota case-yrityksen investointipäätösten pohjaksi. Teoreettista tietoa markkinapotentiaalin arvioimisesta ja kilpailun analysoimisesta sovellettiin tutkittavan tuotteen markkinoiden kartoittamiseksi. Työssä tutkittiin rakentamisessa käytettävien puutuotteiden markkinoihin vaikuttavia trendejä niiden markkinoiden tulevaisuuden kehityksen arvioimiseksi. Kyseessä oli soveltava case-tutkimus, joka toteutettiin kirjoituspöytä- ja haastattelututkimuksen yhdistelmänä. Primaaritutkimus suoritettiin puhelimitse ja henkilökohtaisella haastattelulla. Tutkimusaineistoa arvioitiin kvalitatiivisesti. Tutkimuksen avulla saatiin käsitys kyseisen puutuotteen markkinoiden koosta ja sen markkinoiden kehitykseen vaikuttavista tekijöistä. Tutkimuksessa arvioitiin myös korkean jalostusasteen puutuotteen markkinoijalta vaadittavia ominaisuuksia ja menestystekijöitä.

Polttoainekoostumuksen vaikutus lentotuhkan laatuun ja hyötykäyttömahdollisuuksiin UPM-Kymmene Oyj:n Kaukaan tehtailla

Tavoitteena tässä diplomityössä oli selvittää UPM-Kymmene Oyj:n Kaukaan tehtaiden lentotuhkan hyötykäyttömahdollisuuksia. Tarkastelussa olivat mukana metsälannoite-, maarakennus- sekä sementtiteollisuuskäytöt. Ensin työssä tarkasteltiin näitä vaihtoehtoja kirjallisuuden perusteella. Tämän jälkeen pohdittiin Kaukaan lentotuhkasta tehtyjen analyysien perusteella, mihin käyttökohteisiin lentotuhka soveltuu tällä hetkellä, sekä tulevaisuudessa uuden biopolttoainekattilan myötä. Lentotuhkan hyötykäyttöä lannoitteena ja maarakentamisessa säätelee lainsäädäntö. Lannoitteille on asetuksessa säädetty tietyille haitta-aineille enimmäispitoisuudet, jotka tuhkan tulee alittaa, jotta sitä voitaisiin hyödyntää. Maarakennuskäytölle on asetuksessa määritelty raja-arvot, jotka alitettaessa voidaan tuhkaa hyödyntää rakenteissa ilmoitusmenettelyllä. Tämä menettely helpottaa rakennusprojekteja huomattavan paljon, sillä tällöin ympäristölupaa ei tarvitse hakea jokaiselle projektille erikseen. Maarakennuskäyttö on mahdollista, vaikkei raja-arvoja alitettaisikaan, mutta tällöin ympäristöluvan hakeminen hankaloittaa projektien etenemistä ja aiheuttaa kustannuksia. Tuhkan on lisäksi oltava ominaisuuksiltaan riittävän hyvää, jotta hyötykäyttö olisi mahdollista. Kaukaan tuhkasta tehtyjen analyysien perusteella huomattiin, että se sopii hyvin metsälannoitteeksi ja todennäköisesti myös sementtiteollisuuskäyttöön. Maarakennuskäytön osalta tulokset osoittivat tuhkan olevan juuri rajoilla ilmoitusmenettelyn hyödyntämisen suhteen. Maarakennuskäytöstä tarvitaankin vielä lisäselvityksiä jatkossa. Uudessa polttolaitoksessa poltetaan myös turvetta puuperäisen lisäksi. Kirjallisuuden perusteella voitiin tehdä arvio, mihin suuntaan turve tulee tuhkaa todennäköisesti muuttamaan. Todettiin, että turpeen poltto parantaa todennäköisesti tuhkan laatua sementtiteollisuudessa käytön kannalta. Tuhkan lannoitekäyttöön turpeen poltolla todettiin taas olevan negatiivisia vaikutuksia. Maarakennuskäytön kannalta turpeella saattaa myös olla negatiivisia vaikutuksia. Tuhkaa kannattaisikin käyttää sementtiteollisuudessa silloin kun turvetta on polttoaineessa paljon ja muuhun käyttöön silloin kun turvetta on vähän.

Sertifioidun puuraaka-aineen ja sertifioitujen tuotteiden tietojärjestelmän määrittely

Asiakkaiden kiinnostus tuotteiden raaka-aineiden alkuperää kohden on kasvanut. Puuraaka-aineesta tehtyjen tuotteiden alkuperä voidaan todentaa sertifikaatilla, jos puu on peräisin sertifioidusta metsästä ja sen alkuperäketju tunnetaan. Tieto sertifioidusta tuotteesta kulkeutuu asiakkaalle leimaamalla tuotteita sertifioinnista kertovin merkein tai merkitsemällä esimerkiksi tuotteen asiakirjaan sertifioinnista kertova teksti. Tutkimus tehtiin Stora Enson Imatran tehtaalle, jolla oli tarve uudelle tietojärjestelmälle. Tutkimuksen tarkoituksena oli määritellä sertifioidun puuraaka-aineen käytön ja sertifioituina myytävien tuotteiden seurannan mandollistava tietojärjestelmä. Puun alkuperäketjun hallinnan standardit määiittävät, paljonko sertifioitua puuta kohdennettava tuotteelle, jos tuotteita halutaan myydä sertifioituna. Tietojärjestelmän määrittelyn lisäksi oli tarve selvittää prosessi, kuinka tuotteisiin ja asiakirjoihin saataisiin sertifioinnista kertova leima. Tutkimusta tehdessä selvisi, että tehtaan nykyiset myyntitoiminnot ja tietojärjestelmät asettavat rajoituksia tuotteiden ja asiakirjojen leimaukselle. Prosessia kartoitettiin mm. haastatt elemalla tehtaan ti etojärj estelmi en, myynti- ja varastotoimintojen parissa työskenteleviä ihmisiä. Haastattelujen perusteella koottiin myös tietojärjestelmän asiakasvaatimukset. Vaatimusmäärittelyä tehdessä huomioitiin myös alkuperäketjun hallinnan standardien vaatimukset. Määriteltävän tietojärjestelmän toimintaa pyrittiin havainnollistamaan tehtaan edustajille prototyyppien avulla. Lisäksi tutkimuksessa on pyritty havainnollistamaan järjestelmän toimintaa erilaisin kaavioin ja kuvin. Haasteena työssä oli tulkita standardeja ja kerätä yhteen toisistaan poikkeavia asiakasvaatimuksia.

Projektimarkkinoinnin haasteet ja suhteiden tunnistaminen

Tässä tutkimustyössä oli tavoitteena tutkia projektimarkkinointiin liittyviä haasteita, joita Andritz Oy Wood Processing on kohdannut yhdessä sellu- ja paperiteollisuuden projektissa ja kolmessa puupohjaisen biomassavoimalaitoksen projektissa. Työn tarkoitus oli nostaa esille millaisia yhteisiä haasteita näiden tutkittujen projektien välillä on olemassa ja mihin työn kohteena olevan yrityksen tulisi keskittyä projektimarkkinointiprosessissa. Teoriaosiossa käsitellään monipuolisesti projektiliiketoimintaan liittyviä teorioita. Ensimmäiseksi tarkastellaan projektimarkkinointi- ja projektimarkkinointiprosessimalleja. Näiden jälkeen tutkitaan D-U-C-mallia (epäjatkuvuus, ainutkertaisuus ja monimutkaisuus), joka esiintyy hyvin monen tutkijan tutkimuksissa, kun käsitellään projektiliiketoimintaa. Lopuksi teoriaosiossa tarkastellaan asiakassuhteita ja miljööanalyysia projektiliiketoiminnassa. Tutkimuksen empiirisessä ensimmäisessä osiossa käydään läpi projektimarkkinointiin liittyvät haasteet, jotka löytyivät tutkituista tapausesimerkeistä. Tämän jälkeen jokaisesta projektista on laadittu miljöökartoitus, jonka perusteella nähdään projektien miljöiden vaihtelevuus. Viimeisenä asiana empiirisessä osiossa käydään läpi perusteet, jotka vaikuttivat projektitoimittajan valintaan. Teoreettisen ja empiirisen aineiston pohjalta on laadittu yritykselle suosituksia, joiden uskotaan parantavan yrityksen kilpailukykyä projektiliiketoiminnassa. Esiin nousseet asiat projektimarkkinoinnissa ovat monille itsestään selvyyksiä, mutta niiden toteuttamisessa on vielä paljon kehitettävää.

Puupohjaisten kuitukomposiittien materiaalitekniset mahdollisuudet veneteollisuudessa

Tämän diplomityön tavoitteena oli selvittää puupohjaisten kuitukomposiittimateriaalien soveltuvuutta veneteollisuuden valmistusmateriaaliksi. Huviveneiden rakennusta säätelee huvivenedirektiivi ja lukuisat standardit. Standardien mukaan uusien materiaalien käyttö veneenrakennuksessa on mahdollista, mikäli materiaalin ominaisuudet todetaan muun muassa laboratoriotesteissä soveltuviksi kyseiseen käyttötarkoitukseen. Tutkimusta varten valmistettiin kuusi erilaista kuitukomposiittimateriaalia. Tutkimuksessa käytettiin myös neljän kaupallisen puumuovikomposiittivalmistajan materiaalia. Vertailumateriaaleiksi valittiin puuraaka-aineista mänty, saarni ja mahonki sekä muoviraakaaineista ABS – muovi. Tarkisteltaville materiaaleille määriteltiin standardien mukaisin testein taivutuslujuus, vetolujuus, Charpy – iskulujuus, Brinell – kovuus, veden absorptio sekä paksuusturpoama. Saatuja arvoja vertailtiin vertailumateriaalien kirjallisuudessa mainittuihin arvoihin. Puupohjaisten kuitukomposiittien ominaisuudet jäivät vertailumateriaalien vastaavista lukuun ottamatta Brinell – kovuutta. Taivutus- ja vetolujuuden osalta eräiden kaupallisten puumuovikomposiittivalmistajien ilmoittamat lujuusarvot olivat lähellä veneenrakennuksessa käytettyjen materiaalien vastaavia. Suurimpana yksittäisenä haasteena puukuitupohjaisilla kuitukomposiiteilla havaittiin Charpy – iskulujuus. Myös veden absorption saattaminen alhaiseksi havaittiin tärkeäksi veneilysovelluksissa. Ominaisuuksien kehittäminen on kuitenkin käytettävissä olevan tutkimustiedon perusteella mahdollista. Diplomityössä saatujen tulosten perusteella on puupohjaisilla kuitukomposiiteilla potentiaalia veneteollisuudessa. Jatkotutkimusta tulisikin kohdistaa materiaalin ominaisuuksien kehittämiseen.

Puulevystä valmistettujen kalusteosien pintakäsittelyn kehittäminen UV-telalinjalla

Diplomityö tehtiin Kidex Oy:lle, joka on Kiteellä sijaitseva Martela-konsernin tytäryhtiö. Kidex Oy toimii sopimusvalmistajana Martelalle sekä muille valituille levykalusteasiakkaille, ja tuotteet ovat pääasiassa toimisto- ja keittiökalusteita. Kevättalvella 2008 yritykseen siirrettiin Nummelasta pintakäsittelyosasto, jolla on tehty petsaus- ja lakkaustöitä. Näiden lisäksi tehtaalla on pohdittu mahdollisuuksia maalaustöihin, jotta UV-telalinjan kapasiteetti saataisiin paremmin käyttöön Työssä selvitettiin, mitä muutoksia UV-kovettuvilla aineilla maalaaminen vaatii linjaan ja luotiin edellytykset maalaustoiminnan aloittamiselle. Muutokset pyrittiin pitämään niin vähäisinä kuin mahdollista. Lisäksi määritettiin maalattavien tuotteiden laadun kriteerit ja todennusmenetelmät, jotka voidaan viestiä asiakkaille väärinkäsitysten välttämiseksi. Laadun todentamista varten valmistettiin sarja koekappaleita, joista mitattiin asiakkaan kannalta tärkeimmät maalikalvon ominaisuudet. Työssä tarkasteltiin myös pintakäsittelylaitoksia koskevaa VOC-asetusta ja verrattiin liuottimien kulutusta asetuksen määrittämiin rajoihin. Puulevystä valmistettujen kalusteosien pintakäsittely UV-telalinjalla eroaa oleellisesti perinteisistä menetelmistä esimerkiksi tuotantonopeuden osalta, joka johtuu pääasiassa pinnoitekalvon hetkessä tapahtuvasta kovettumisesta UV-valon vaikutuksesta. UV-aineet ovat käytännössä täysin kiinteistä aineista koostuvia, eivätkä näin sisällä vaarallisia haihtuvia liuottimia. UV-kovettuvilla tuotteilla maalaaminen on viime vuosina runsaasti tutkittu alue, joka eroaa tietyiltä osin myös pintakäsittelystä UV-kirkaslakoilla. Pigmentoitujen kalvojen kovettuminen vaatii erilaista UV-säteilyä ja levitysmäärien seuranta on huomattavasti tarkempaa.

Lämpötilan vaikutus kalvojen likaantumiseen erityisesti adsorptiolla

Työssä tutkittiin lämpötilan vaikutusta kalvon likaantumiseen mustalipeällä ja puuperäisellä hydrolysaatilla lämpötiloissa 20, 45 ja 70 °C:tta. Työn tavoitteena oli löytää lämpötila, jossa tutkimuksessa käytetyt puuperäiset liuokset likasivat kalvoja mahdollisimman vähän. Tutkimuksessa käytettiin Alfa Lavalin UFX5-ultrasuodatuskalvoa sekä Microdyn-Nadirin ultrasuodatuskalvoa UP010 ja nanosuodatuskalvoa NP010. Ennen puuperäisten liuosten adsorboimista kalvoihin säilöntäaineet poistettiin kalvoista sekä kalvojen toiminta stabiloitiin esikäsittelemällä kalvot. Esikäsittelyssä kalvoja pestiin alkalisella pesuaineella, puristettiin 8 bar:n paineessa sekä huuhdeltiin vedellä ja etikkahapolla. Esikäsitellyt kalvot karakterisoitiin mittaamalla malliaineliuoksen vuo ja malliaineiden retentiot suodattamalla polyetyleeniglykoliliuosta kolmikennosuodattimella paineissa 2, 4 ja 6 bar. Tämän jälkeen kalvot altistettiin lämpötiloissa 20, 45 ja 70 °C:tta mustalipeälle ja hydrolysaatille. Altistuksen jälkeen karakterisointi tehtiin uudelleen, jotta vuoarvoja ja retentioita vertaamalla voitiin arvioida altistuksen aikana tapahtunutta kalvojen likaantumista. Adsorboituneen lian puhdistusta kalvoista tutkittiin pesemällä kalvoja alkalisella pesuliuoksella 20 °C:ssa tehdyn altistuksen jälkeen. Mustalipeälle altistettujen kalvojen likaantuminen oli vähäisintä kokeissa, joissa lämpötila oli 20 °C. Alfa Lavalin UFX5-kalvolla 70 °C:ssa tehdyssä kokeessa kalvon likaantuminen oli myös erittäin vähäistä, sillä permeabiliteetti pieneni mustalipeäaltistuksen seurauksena alle 5 %. Hydrolysaatille altistetut kalvot likaantuivat adsorptiolla vähiten Alfa Laval UFX5-kalvoilla 20 °C:ssa tehdyissä kokeissa ja 45 °C:ssa Microdyn-Nadir NP010-kalvoilla tehdyissä kokeissa. Kokeiden perusteella tutkituista vaihtoehdoista korkein tutkimuksessa käytetty lämpötila 70 °C ja Alfa Lavalin UFX5-kalvo soveltuvatkin parhaiten mustalipeän kalvosuodatukseen adsorptiivisen likaantumisen kannalta.

Forest Biomass Resources and Technological Prospects for the Production of Second-generation Biofuels in Finland by 2020

Introduction of second-generation biofuels is an essential factor for meeting the EU’s 2020 targets for renewable energy in the transport sector and enabling the more ambitious targets for 2030. Finland’s forest industry is strongly involved in the development and commercialising of second-generation biofuel production technologies. The goal of this paper is to provide a quantified insight into Finnish prospects for reaching the 2020 national renewable energy targets and concurrently becoming a large-scale producer of forest biomass based second-generation biofuels feeding the increasing demand in European markets. The focus of the paper is on assessing the potential for utilising forest biomass for liquid biofuels up to 2020. In addition, technological issues related to the production of second-generation biofuels were reviewed. Finland has good opportunities to realise a scenario to meet 2020 renewable energy targets and for large-scale production of wood based biofuels. In 2020, biofuel production from domestic forest biomass in Finland may reach nearly a million ton (40 PJ). With the existing biofuel production capacity (20 PJ/yr) and national biofuel consumption target (25 PJ) taken into account, the potential net export of biofuels from Finland in 2020 would be 35 PJ, corresponding to 2–3% of European demand. Commercialisation of second-generation biofuel production technologies, high utilisation of the sustainable harvesting potential of Finnish forest biomass, and allocation of a significant proportion of the pulpwood harvesting potential for energy purposes are prerequisites for this scenario. Large-scale import of raw biomass would enable remarkably greater biofuel production than is described in this paper.

Developing markets of energy biomass – local and global perspectives

The thesis explores global and national-level issues related to the development of markets for biomass for energy. The thesis consists of five separate papers and provides insights on selected issues. The aim of Paper I was to identify methodological and statistical challenges in assessing international solid and liquid biofuels trade and provide an overview of the Finnish situation with respect to the status of international solid and liquid biofuels trade. We found that, for the Finnish case, it is possible to qualify direct and indirect trade volumes of biofuels. The study showed that indirect trade of biofuels has a highly significant role in Finland and may be a significant sector also in global biofuels trade. The purpose of Paper II was to provide a quantified insight into Finnish prospects for meeting the national 2020 renewable energy targets and concurrently becoming a largescale producer of forest-biomass-based second-generation biofuels for feeding increasing demand in European markets. We found that Finland has good opportunities to realise a scenario to meet 2020 renewable energy targets and for large-scale production of wood-based biofuels. The potential net export of transport biofuels from Finland in 2020 would correspond to 2–3% of European demand. Paper III summarises the global status of international solid and liquid biofuels trade as illuminated by several separate sources. International trade of biofuels was estimated at nearly 1 EJ for 2006. Indirect trade of biofuels through trading of industrial roundwood and material by-products comprises the largest proportion of the trading, with a share of about two thirds. The purpose of Paper IV was to outline a comprehensive picture of the coverage of various certification schemes and sustainability principles relating to the entire value-added chain of biomass and bioenergy. Regardless of the intensive work that has been done in the field of sustainability schemes and principles concerning use of biomass for energy, weaknesses still exist. The objective of Paper V was to clarify the alternative scenarios for the international biomass market until 2020 and identify the underlying steps needed toward a wellfunctioning and sustainable market for biomass for energy purposes. An overall conclusion drawn from this analysis concerns the enormous opportunities related to the utilisation of biomass for energy in the coming decades.

Sähkön tuotantokustannusvertailu

Työssä vertaillaan eri sähköntuotantovaihtoehtojen taloudellista kannattavuutta. Kannattavuusvertailu suoritetaan pelkkää sähköä tuottaville voimalaitoksille. Raportti on jatkoa aikaisemmille tutkimuksille, joista viimeisin julkaistiin 2008. Tutkittavat voimalaitostyypit ovat: ydinvoimalaitos, maakaasukombilauhdevoimalaitos, kivihiililauhdevoimalaitos, turvelauhdevoimalaitos, puulauhdevoimalaitos, tuulivoimala ja uutena aurinkovoimala. Kannattavuustarkastelu suoritetaan annuiteettimenetelmällä käyttäen 5 % reaalikorkoa ja maaliskuun 2012 hintatasoa. Laskelmien perusteella 8000 tunnin huipunkäyttöajalla ydinsähkön tuotantokustannus, kun laitos rakennetaan olemassaolevalle tontille olisi 43,7 €/MWh, täysin uuden ydinvoimalaitoksen 57,9 €/MWh, kaasusähkön 75,4 €/MWh, turvelauhteen 75,4 €/MWh ja hiilisähkön hiilidioksidin talteenotolla 64,4 €/MWh, kun hiilidioksidipäästöoikeuden hintana käytetään 23 €/t. Vastaavasti uusiutuvista puupolttoainelauhdesähkön tuotantokustannus olisi 70,2 €/MWh kun taas 2200 tunnin huipunkäyttöajalla maalla sijaitsevan tuulivoimalaitoksen sähkön tuotantokustannus 52,7 €/MWh ja merellä sijaitsevan tuulivoimalaitoksen 76,8 €/MWh. Erillistarkastelussa arvioitiin suurien keskittävää teknologiaa käyttävän aurinko-voimalaitoksen tuotantokustannuksen ylittävän 100 €/MWh ollen todennäköisesti lähempänä 150 €/MWh. Arvio piensähkön tuotantokustannuksista aurinkosähköisillä paneeleilla vaihtelee 90 – 130 €/MWh. Merkittävin kustannussäästö syntyy, jos aurinkosähköpaketteja voidaan tarjota kuluttajalle kokonaistoimituksena avaimet käteen. Aurinkosähkön tuottaminen kotikeräimillä näyttääkin olevan vaiheessa, jossa se on selkeästi pienkäyttäjälle edullista mikäli sijoitettava pääoma 6000 – 18000 € ei vaadi ulkopuolista rahoitusta.

Puuperäisten biomassahydrolysaattien likaamien membraanien pesu

Tässä diplomityössä tutkittiin biomassahydrolysaatilla liattujen ultrasuodatusmembraanien pesua. Työn kirjallisuusosassa käsitellään membraanien likaantumista ja pesua, puuperäistä biomassahydrolysaattia sekä biomassahydrolysaatin suodatusta membraaneilla ja membraanien karakterisointia. Kokeellisessa osassa tutkittiin pesuaineiden vaikutusta koivuhydrolysaatilla liattujen membraanien peseytyvyyteen. Käytetyt ultrasuodatusmembraanit olivat Alfa Lavalin UFX5 ja ETNA01PP. Membraanien pesussa käytettiin Ecolabin entsymaattisia P3-ultrasil 53 ja P3-ultrasil 67 pesuaineita yhdessä emäksisen P3-ultrasil 69 pesuaineen kanssa sekä hapanta P3-ultrasil 75 pesuainetta. Lisäksi emäksisiä P3-ultrasil 110, P3-ultrasil 112 ja P3-ultrasil 115 pesuaineita. Emäksisten pesujen tehokkuutta vertailtiin pelkällä natriumhydroksidilla tehtyyn pesuun. Membraanien likaantumista arvioitiin mittaamalla puhtaan veden vuota ennen ja jälkeen likaantumissuodatuksen ja laskemalla niiden vuoarvojen erotus. Samalla tavalla arvioitiin pesuaineiden vaikutusta membraanin peseytyvyyteen. Lisäksi peseytyvyyttä arvioitiin FTIR–analyyseillä, kontaktikulmamittauksilla ja membraanin sisältämän ligniinin värjäyksellä. Tutkimuksissa havaittiin, että koivuhydrolysaatilla liatuille UFX5 membraaneille vesivuon sekä FTIR–spektrin muuttumisen perusteella sopii parhaiten emäksisen ja happaman pesuaineen kaksivaiheinen pesu. Kontaktikulman palautumisen perusteella parhaiten sopi pelkällä emäksisellä P3-Ultrasil 115 tehty pesu. Ligniiniä parhaiten, mikroskooppiin liitetyllä kameralla otettujen kuvien perusteella, poisti entsymaattinen P3-ultrasil 67, mutta tämä samalla modifioi membraanin pintaa. Tässä tutkimuksessa havaittiin, että emäksinen ja entsymaattinen pesuaine pesevät melko hyvin koivuhydrolysaatilla liattuja membraaneja. Lisäksi havaittiin, että ligniini tunkeutuu suodatuksissa membraanin sisään, joten pelkkä pesuaineen kierrättäminen laitteistossa ei riitä vaan tarvitaan paineellista pesua.