De substantia

Invocatio: Q.F.F.Q.E.J.S.S.T.

De legatis

Invocatio: I.N.J.

Ruokohelven käytön lisääminen Joensuun voimalaitoksen kattilassa – käytettävyys, hyötysuhde ja taloudellisuus

Ruokohelpi soveltuu ympäristöystävällisyyden ja korkean lämpöarvon vuoksi hyvin energiantuotantoon. Fortumin Joensuun voimalaitoksella ruokohelpi on syötetty kattilaan tähän asti pääasiassa pääpolttoaineisiin, turpeeseen tai hakkeeseen seostettuna pieninä energiaosuuksina. Pääpolttoaineisiin verrattuna ruokohelvellä on alhaisempi irto- ja energiatiheys, korkeampi klooripitoisuus ja kattilaa likaavampi tuhka, mikä asettaa rajoitteita sen käytön lisäämiselle voimalaitoksella. Alhaisesta irto- ja energiatiheydestä johtuvan holvautumisen sekä tukoksien lisääntymisen ja Joensuun voimalaitoksen nykyisten kuljettimien kapasiteettiongelmien vuoksi ruokohelven osuuden lisääminen suuremmaksi kuin 5 % polttoaine-energiasisällöstä on riskialtista ja edellyttää täten investointia erilliseen ruokohelven käsittely- ja syöttöjärjestelmään. Yksi vaihtoehto on murskata ruokohelpipaalit joko sähkökäyttöisellä, puolikiinteällä ja nopeakäyntisellä Haybuster H1130 tilt -murskaimella tai kiinteällä ja hidaskäyntisellä Raumaster-murskaimella ja ohjata ruokohelpisilppu joko pitkän mekaanisen kuljettimen ja sen perässä olevien lyhyiden pneumalinjojen tai pelkkien pitkien pneumalinjojen kautta suoraan kattilapesään. Työssä tutkitut investoinnit ovat taloudellisesti sitä kannattavampia mitä enemmän ruokohelpeä voidaan vuositasolla polttaa voimalaitoksella. Ruokohelven käyttömäärää voimalaitoksella kannattanee lisätä kuljetusmatkaa pidentämällä. Investointien valinta ei ole itsestäänselvyys. Nopeakäyntinen murskain on hidaskäyntistä murskainta edullisempi investointi, tosin hidaskäyntisen murskaimen käyttövarmuus on parempi kuin nopeakäyntisen murskaimen. Kattilan käytettävyyden kannalta ruokohelven käytön lisääminen edellyttää kattilan palamistekniikan analysointia laskennallisesti virtausmallinnuksella ennen kuin lopullisia päätöksiä investointien suhteen voidaan tehdä.

Biogeochemistry in acid sulphate soil landscapes and small urban centres in Western Finland

The overall purpose of this thesis was to increase the knowledge on the biogeochemistry of rural acid sulphate (AS) soil environments and urban forest ecosystems near small towns in Western Finland. In addition, the potential causal relationship between the distribution of AS soils and geographical occurence of multiple sclerosis (MS) disease was assessed based on a review of existing literature and data. Acid sulphate soils, which occupy an area of approximately 17–24 million hectare worldwide, are regarded as the nastiest soils in the world. Independent of the geographical locality of these soils, they pose a great threat to their surrounding environment if disturbed. The abundant metal-rich acid drainage from Finnish AS soils, which is a result of sulphide oxidation due to artificial farmland drainage, has significant but spatially and temporally variable ecotoxicological impacts on biodiversity and community structure of fish, benthic invertebrates and macrophytes. This has resulted in mass fish kills and even eradication of sensitive fish species in affected waters. Moreover, previous investigations demonstrated significantly enriched concentrations of Co, Ni, Mn and Al, metals which are abundantly mobilised in AS soils, in agricultural crops (timothy grass and oats) and approximately 50 times higher concentrations of Al in cow milk originating from AS soils in Western Finland. Nevertheless, the results presented here demonstrate, in general, relatively moderate metal concentrations in oats and cabbage grown on AS soils in Western Finland, although some of the studied fields showed anomalous values of metals (e.g. Co and Ni) in both the soil and target plants (especially oats), similar to that of the previous investigations. The results indicated that the concentrations of Co, Ni, Mn and Zn in oats and Co and Zn in cabbage were governed by soil geochemistry as these metals were correlated with corresponding concentrations extracted from the soil by NH4Ac-EDTA and NH4Ac, respectively. The concentrations of Cu and Fe in oats and cabbage were uncorrelated to that of the easily soluble concentrations in the soils, suggesting that biological processes (e.g. plant-root processes) overshadow geochemical variation. The concentrations of K and Mg in cabbage, which showed a low spread and were strongly correlated to the NH4Ac extractable contents in the soil, were governed by both the bioavailable fractions in the topsoil and plant-uptake mechanisms. The plant´s ability to regulate its uptake of Ca and P (e.g. through root exudates) seemed to be more important than the influence of soil geochemistry. The distribution of P, K, Ca, Mg, Mn and S within humus, moss and needles in and around small towns was to a high degree controlled by biological cycling, which was indicated by the low correlation coefficients for P, K, Ca, Mg and S between humus and moss, and the low spread of these nutrients in moss and needles. The concentration variations of elements in till are mainly due to natural processes (e.g. intrusions, weathering, mineralogical variations in the bedrock). There was a strong spatial pattern for B in humus, moss and needles, which was suggested to be associated with anthropogenic emissions from nearby town centres. Geogenic dust affected the spatial distribution of Fe and Cr in moss, while natural processes governed the Fe anomaly found in the needles. The spatial accumulation patterns of Zn, Cd, Cu, Ni and Pb in humus and moss were strong and diverse, and related to current industry, the former steel industry, coal combustion, and natural geochemical processes. An intriguing Cu anomaly was found in moss. Since it was located close to a main railway line and because the railway line´s electric cables are made of Cu, it was suggested that the reason for the Cu anomaly is corrosion of these cables. In Western Finland, where AS soils are particularly abundant and enrich the metal concentrations of stream waters, cow milk and to some extent crops, an environmental risk assessment would be motivated to elucidate if the metal dispersion affect human health. Within this context, a topic of concern is the distribution of multiple sclerosis as high MS prevalence rates are found in the main area of AS soils. Regionally, the AS soil type in the Seinäjoki area has been demonstrated to be very severe in terms of metal leaching, this area also shows one of the highest MS rates reported worldwide. On a local scale, these severe AS soil types coincide well with the corresponding MS clustering along the Kyrönjoki River in Seinäjoki. There are reasons to suspect that these spatial correlations are causal, as multiple sclerosis has been suggested to result from a combination of genetic and environmental factors.

Itse tehty moderni. Gramofoni, polkupyörä ja valokuvaus suomalaisten elämässä 1880-luvulta 1940-luvulle

Tässä tutkimuksessa tarkastellaan aineellista modernia ja materiaalisen kulttuurin muutosta Suomessa 1880-luvulta 1940-luvulle tutkimalla sitä, miten kolme kansainvälistä teknologiaa, gramofoni, polkupyörä ja valokuvaus, otettiin Suomessa käyttöön ja millaisia paikallisia ilmiöitä niiden ympärille kehittyi. Tutkimus koostuu johdanto- ja yhteenveto-osan lisäksi kuudesta artikkelista, joissa käsitellään seuraavia alateemoja: itse tehtyjä polkupyöriä, käyntikorttikuvien käyttöä maalaiskodeissa, maaseudun pyöräilyä ja sen muistelemista, vuoden 1929 gramofonikuumetta, valokuvausta teknisenä harrastuksena sekä maalaisia gramofonin käytön tapoja. Tutkimuksen lähteinä on käytetty laajoja muistitietoaineistoja, sanoma- ja aikakauslehtiaineistoja, arkistoaineistoja, aikalaiskirjallisuutta ja museoesineitä. Lähteistä on etsitty mikrohistoriallista lukutapaa noudattaen johtolankoja gramofoniin, polkupyörään ja valokuvaukseen liittyneihin käytäntöihin. Esitän, että muistitietolähteet, muiden lähteiden kanssa ristiinluettuina, antavat hyvän mahdollisuuden sellaisten arjen käytäntöjen tarkasteluun, joiden tutkiminen muiden lähteiden perusteella olisi vaikeaa tai mahdotonta. Tutkimuksessa käytetyistä teoreettisista kehyksistä niin teknologian sosiaalinen rakentuminen, arjen historia, materiaaliseen kulttuuriin liittyvä teoriapohja, kulutuskulttuurin tutkimus kuin käytäntöteoriatkin kannustavat tarkastelemaan sitä, miten käyttäjien toiminta muokkaa ja määrittää teknologiaa. Näiden teoriasuuntausten pohjalta olen tätä tutkimusta varten kehittänyt itse tehdyn modernin ja kansankeksinnön käsitteet, jotka tarkentavat katseen ajallisesti ja paikallisesti tyypillisiin teknologian muokkauksen ja määrittelyn tapoihin sekä paikalliseen teknologiseen kekseliäisyyteen. Itse tehdyn modernin käsite auttaa hahmottamaan materiaalisia muutoksia ja pysyvyyksiä ajanjaksolla 1800-luvun lopulta toiseen maailmansotaan. Suomalaiset muovasivat omanlaisensa modernin, jossa uutuudet ja muutokset sulautuivat osaksi sitkeinä jatkuvia ja hitaasti muuttuvia maalaisyhteiskunnan toimintatapoja ja muokkasivat niitä vähitellen. Itse tehty moderni sekoitti omavaraisuutta ja kulutuskulttuuria, käsillä tekemiseen perustuvaa taitavuutta ja kursseilla sekä koulutuksessa saavutettua teknistä tietoa, paikallisia aineksia ja kansainvälisiä vaikutteita. Puhumalla kansanomaisista keksinnöistä olen halunnut korostaa tällaisten yhdistelmien mahdollisuutta ruohonjuuritasolla ja massatuotettujen laitteiden sovittamista osaksi pitkälti itse tehtyä ja omavaraista esinemaailmaa.

Ionic liquid mediated biomass deconstruction: from analysis challenges to fermentable sugars

Ionic liquids, ILs, have recently been studied with accelerating interest to be used for a deconstruction/fractionation, dissolution or pretreatment processing method of lignocellulosic biomass. ILs are usually utilized combined with heat. Regarding lignocellulosic recalcitrance toward fractionation and IL utilization, most of the studies concern IL utilization in the biomass fermentation process prior to the enzymatic hydrolysis step. It has been demonstrated that IL-pretreatment gives more efficient hydrolysis of the biomass polysaccharides than enzymatic hydrolysis alone. Both cellulose (especially cellulose) and lignin are very resistant towards fractionation and even dissolution methods. As an example, it can be mentioned that softwood, hardwood and grass-type plant species have different types of lignin structures leading to the fact that softwood lignin (guaiacyl lignin dominates) is the most difficult to solubilize or chemically disrupt. In addition to the known conventional biomass processing methods, several ILs have also been found to efficiently dissolve either cellulose and/or wood samples – different ILs are suitable for different purposes. An IL treatment of wood usually results in non-fibrous pulp, where lignin is not efficiently separated and wood components are selectively precipitated, as cellulose is not soluble or degradable in ionic liquids under mild conditions. Nevertheless, new ILs capable of rather good fractionation performance have recently emerged. The capability of the IL to dissolve or deconstruct wood or cellulose depends on several factors, (e.g. sample origin, the particle size of the biomass, mechanical treatments as pulverization, initial biomassto-IL ratio, water content of the biomass, possible impurities of IL, reaction conditions, temperature etc). The aim of this study was to obtain (fermentable) saccharides and other valuable chemicals from wood by a combined heat and IL-treatment. Thermal treatments alone contribute to the degradation of polysaccharides (e.g. 150 °C alone is said to cause the degradation of polysaccharides), thus temperatures below that should be used, if the research interest lies on the IL effectiveness. On the other hand, the efficiency of the IL-treatment can also be enhanced to combine other treatment methods, (e.g. microwave heating). The samples of spruce, pine and birch sawdust were treated with either 1-Ethyl-3-methylimidazolium chloride, Emim Cl, or 1-Ethyl-3-methylimidazolium acetate, Emim Ac, (or with ionized water for comparison) at various temperatures (where focus was between 80 and 120 °C). The samples were withdrawn at fixed time intervals (the main interest treatment time area lied between 0 and 100 hours). Double experiments were executed. The selected mono- and disaccharides, as well as their known degradation products, 5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF, and furfural were analyzed with capillary electrophoresis, CE, and high-performance liquid chromatography, HPLC. Initially, even GC and GC-MS were utilized. Galactose, glucose, mannose and xylose were the main monosaccharides that were present in the wood samples exposed to ILs at elevated temperatures; in addition, furfural and 5-HMF were detected; moreover, the quantitative amount of the two latter ones were naturally increasing in line with the heating time or the IL:wood ratio.

Asiakkuudenhallinnan kehittäminen

Opinnäytetyön toimeksiantaja on suomalainen maatalouskonekaupan moniosaaja, jonka pääasiallisiin liiketoimiin kuuluu maatalouskoneiden maahantuonti, niiden myynti edelleen Suomessa sekä kannattavan rehuntekoketjun tarjoaminen asiakkailleen periaatteella ”nurmesta maitolasiin”. Työn tavoitteena oli avustaa perheyritystä sen asiakashallintaohjelmiston käyttöön ottamisessa. Työn ensimmäinen tavoite oli määrittää yrityksen asiakkuudenhallintaohjelmiston vaatimukset. Toinen tavoite oli selvittää yrityksen asiakashallinnan tämänhetkinen tila. Kolmas tavoite oli selvittää jo nykyisin käytössä olevan ohjelmiston taipuisuutta ja sen soveltuvuutta asiakkuudenhallintaohjelmistona. Työ on toteutettu kvalitatiivista tutkimusta apuna käyttäen, ja analyysiaineisto on kerätty sekundaarisista lähteistä, lähinnä kirjallisista teoksista sekä internetistä. Yrityksen henkilöstö on ollut sisäisen tiedon lähteenä. Opinnäytetyö auttaa toimeksiantajayritystä CRM – projektin tavoitteiden, mahdollisuuksien sekä mahdollisten hidasteiden selvittämisessä. Työn tuloksien avulla projektijohto voi määrittää ohjelmiston CRM – osuuden käyttöönottoon sekä aikatauluun vaadittavat resurssit.

Lytrodoxia Jesu 23

Invokaatio: Immanuel!

De substantia

Variantti A.

Trophic cascades in boreal landscapes: top predator protection on tree seedlings and forest grouse

Changes in the abundance of top predators have brought about notable, cascading effects in ecosystems around the world. In this thesis, I examined several potential trophic cascades in boreal ecosystems, and their separate interspecific interactions. The main aim of the thesis was to investigate whether predators in the boreal forests have direct or indirect cascading effects on the lower trophic levels. First, I compared the browsing effects of different mammalian herbivores by excluding varying combinations of voles, hares and cervids from accessing the seedlings of silver birch (Betula pendula), Scots pine (Pinus sylvestris) and Norway spruce (Picea abies). Additionally, I studied the effect of simulated predation risk on vole browsing by using auditory cues of owls. Moving upwards on the trophic levels, I examined the intraguild interactions between the golden eagle (Aquila chrysaetos), and its mesopredator prey, the red fox (Vulpes vulpes) and the pine marten (Martes martes). To look at an entire potential trophic cascade, I further studied the combined impacts of eagles and mesopredators on the black grouse (Tetrao tetrix) and the hazel grouse (Tetrastes bonasia), predicting that the shared forest grouse prey would benefit from eagle presence. From the tree species studied, birch appears to be the most palatable one for the mammalian herbivores. I observed growth reductions in the presences of cervids and low survival associated with hares and voles, which suggests that they all weaken regeneration in birch stands. Furthermore, the simulated owl predation risk appeared to reduce vole browsing on birches in late summer, although the preferred grass forage is then old and less palatable. Browsing by voles and hares had a negative effect on the condition and survival of Scots pine, but in contrast, the impact of mammalian herbivores on spruce was found to be small, at least when more preferred food is available. I observed that the presence of golden eagles had a negative effect on the abundance of adult black grouse but a positive, protective effect on the proportion of juveniles in both black grouse and hazel grouse. Yet, this positive effect was not dependent on the abundance foxes or martens, nor did eagles seem to effectively decrease the abundance of these mesopredators. Conversely, the protection effect on grouse could arise from fear effects and also be mediated by other mesopredators. The results of this thesis provide important new information about trophic interactions in the boreal food webs. They highlight how different groups of mammalian herbivores vary in their effects on the growth and condition of different tree seedlings. Lowered cervid abundances could improve birch regeneration, which indirectly supports the idea that the key predators of cervids could cause cascading effects also in Fennoscandian forests. Owls seem to reduce vole browsing through an intimidation effect, which is a novel result of the cascading effects of owl vocalisation and could even have applications for protecting birch seedlings. In the third cascade examined in this thesis, I found the golden eagle to have a protective effect on the reproducing forest grouse, but it remains unclear through which smaller predators this effect is mediated. Overall, the results of this thesis further support the idea that there are cascading effects in the forests of Northern Europe, and that they are triggered by both direct and non‐lethal effects of predation.