Seed production characters and germination performance of reed canary grass in Finland

Selostus: Ruokohelven siementuotanto-ominaisuudet ja itävyys Suomessa

Variation in biomass related variables of reed canary grass

Selostus: Ruokohelven biomassan tuotantoon vaikuttavien ominaisuuksien vaihtelu

Evaluation of reed canary grass for different end-uses and in breeding

Selostus: Ruokohelven soveltuvuus non-food-, rehun- ja siementuotantoon

Nuori vertaisryhmässä : tekeekö seura kaltaisekseen?

Summary: The adolescent in the peer group : like breeds like?

Ensimmäisen ja toisen sukupolven nestemäisten liikennebiopolttoaineiden kasvihuonekaasupäästöjenvertailu

Elinkaariarviointia voidaan käyttää ensimmäisen ja toisensukupolven nestemäisten liikennebiopolttoaineiden kasvihuonekaasupäästöjen ja primäärienergian kulutuksen vertailuun. Elinkaariarviointia käyttämällä pyritään tuottamaan luotettavaa tietoa koko elinkaaren ajalta. Nestemäisiä liikennebiopolttoaineita käsittelevissä tutkimuksissa elinkaari jaetaan yleensä kahteen osaan,joista suurempi painoarvo on elinkaaren alkuosalla. Tässä diplomityössä tehdään yksinkertaistettu elinkaariarviointi selluloosaetanolin ja Fischer-Tropsch-dieselin elinkaaren alkuosalle ja verrataan niitä sitten ohraetanoliin ja rypsimetyyliesteriin. Tässä työssä keskitytään primäärienergian kulutukseen sekä hiilidioksidi-, metaani- ja dityppioksidipäästöihin. Selluloosaetanolin raaka-aineena tarkasteltiin ruokohelpeä, Fischer-Tropsch-dieselin raaka-aineena metsätähdettä. Diplomityö osoitti, että toisen sukupolven nestemäisten liikennebiopolttoaineiden tuotannossa kuluu vähemmän primäärienergiaa ja syntyy vähemmän kasvihuonekaasupäästöjä kuin ensimmäisen sukupolven nestemäisten liikennebiopolttoaineiden tuotannossa. Sama tulos on saatu myös muissa aihetta käsittelevissä tutkimuksissa.

Pellettien laatu ja ominaisuudet eri raaka-aineilla ja niiden seoksilla

Diplomityö tehtiin osana Vapon toteuttamaa monivuotista pelletin kehitysohjelmaa. Kehitysohjelma koostuu useista pienemmistä osaprojekteista, jotka täydentävät toinen toisiaan. Pellettien raaka-ainepohjan laajentaminen on eräs näistä osaprojekteista. Tutkimustyön tavoitteena oli selvittää erilaisten potentiaalisten bioraaka-aineiden soveltuvuutta pelletointiin joko sellaisenaan tai erilaisina seoksina. Raaka-aineiden pelletoitavuutta tutkittiin kenttäolosuhteissa mobiilipelletointilaitoksella. Laitoksen pääkomponentit muodostivat Kahl C 38–780 tasomatriisipuristin, jäähdytin ja täryseula. Pelletointikokeissa tutkittuja raaka-aineita olivat mäntysahanpuru, männynkuori, harvennusranka, haapa, koivu, jyrsinturve ja ruokohelpi. Raaka-aineiden irtotiheys käyttökosteudessa vaihteli välillä 73–244 kg/m3 ja keskimääräinen kosteuspitoisuus 6,5–15 %. Useissa tapauksissa säkitettyjä raaka-aineita säkkikostutettiin haluttuun kosteuspitoisuuteen ennen pelletointia. Säkkikostutettujen raaka-aineiden kosteuspitoisuudet vaihtelivat tällöin välillä 12–14 m- %. Valtaosa tutkituista raaka-aineista ja niiden seoksista pystyttiin pelletoimaan puristimen matriisilla 8/40 mm, jossa puristuskanavan halkaisija oli 8 mm ja kanavan suoran osan pituus 40 mm. Vaikeuksia tuotti ainoastaan pelkän koivupurun ja ruokohelven pelletointi. Käytetty matriisi oli kanavapituudeltaan liian pitkä koivupurun pelletointiin nostaen puristusvastuksen suureksi. Ruokohelven pelletoinnin vaikeudet johtuivat pääasiassa pelletointiin liian karkeasta raaka-aineesta. Myös matriisia 8/55 mm kokeiltiin, mutta se osoittautui liian ”tiukaksi” valtaosalle puuraaka-aineista. Ainoastaan jyrsinturpeen pelletointi onnistui tällä matriisilla. Männynkuoren pelletointia ei matriisilla 8/55 mm yritetty. Kenttäkokeissa valmistetuista pelleteistä määritettiin erilaisia ominaisuuksia, kuten keskipituus, kosteuspitoisuus, irtotiheys, hienoaineksen määrä ja käsittelykestävyys. Lujuus mitattiin sekä Ligno-testillä että CEN-rummutuslujuuden määrityksellä. Lisäksi pelleteille määritettiin alkuaineanalyysi, tuhkapitoisuus ja lämpöarvo ENAS Oy:n laboratoriossa Jyväskylässä. Ligno-testauksessa parhaimman luokan pelletin tulee yltää arvoon 97,5 %. Pelletoitaessa raaka-aineita ja niiden seoksia tasomatriisikoneella sopivalla matriisilla yllettiin usein näihin tai parempiin tuloksiin. Puumateriaaleilla raaka-aineen optimaalinen lähtökosteus oli välillä 12–14 m- % ja turpeella sekä ruokohelvellä 14–16 m- %. Pelletointi onnistui tällöin vaivattomasti, kunhan sopivat puristimen ajoparametrit oli löydetty. Pellettiä alkoi muodostua matriisin puristuskanavien lämpötilan kohotessa noin 70 ºC. Pellettien lämpötila stabiilitilanteessa heti pelletoinnin jälkeen oli useissa tapauksissa 80–90 ºC. Pelletoinnin aikainen tehontarve vaihteli välillä 90–150 kWh/t, ollen suurimmillaan irtotiheydeltään keveillä materiaaleilla. Raaka-aineen suuri partikkelikoko kasvatti puristimen tehontarvetta. Tämä havaittiin selvästi lisättäessä karkeaa ruokohelpisilppua eri raaka-aineiden joukkoon. Kestävyydeltään erinomaisia pellettejä saatiin, kun raaka-aineena oli jyrsinturve, harvennusranka tai mäntypuru. Varsinkin jyrsinturpeen ja harvennusrangan seoksesta valmistetut pelletit osoittautuivat erittäin kestäviksi. Myös jyrsinturpeen ja ruokohelven sekä mäntypurun ja ruokohelven seoksien pelleteille määritettiin hyviä kestävyysarvoja. Männynkuoresta valmistetut pelletit jäivät Ligno-testauksessa kestävyydeltään alle 97,5 % rajan. Pääsyynä tähän oli kuoren pelletointiin käytetyn matriisin 8/40 mm liian lyhyet puristuskanavat.

Biokaasun tuottaminen ja hyödyntäminen Lappeenrannassa

Lappeenrannassa kerätään ja hyödynnetään tällä hetkellä kaatopaikkakaasua 0,3 milj.m3 vuodessa. Biokaasua voitaisiin tuottaa Lappeenrannassa mädättämällä bioperäisiä jätteitä ja biokaasuntuotantoa varten kasvatettuja energiakasveja. Biokaasuntuotantoon soveltuvia jätteitä ovat erilliskerätty biojäte, jätevedenpuhdistamon jätevesiliete, puutarhajäte, lietelannat ja oljet. Kesannolla olevilla peltoaloilla voitaisiin kasvattaa ruokohelpeä. Biokaasun tuotantoon soveltuvia materiaaleja voitaisiin kerätä 143 000 t/a ja kasvattaa 68 000 t/a. Työssä tarkastellaan vaihtoehtoa, jossa mädätetään vain puhdistamoliete, sekä useita materiaaleja mädättävää yhteismädättämöä, johon liittyen tutkitaan kolmea eri vaihtoehtoa: kunnallisen jätteen mädätystä, kaiken jätteen mädätystä ja jätteen sekä energiakasvien mädätystä. Paras sijoituspaikka mädättämölle olisi jätevedenpuhdistamon läheisyydessä. Jätemateriaalista saataisiin kaasua enintään 12 milj. m3 ja energiakasveista enintään 16 milj. m3. Kaasusta voitaisiin tuottaa energiaa CHP-laitoksessa enintään 184 GWh. Mikäli biokaasun tuotannolla halutaan ensisijaisesti vähentää kasvi-huonekaasupäästöjä, kannattaa kaasu jalostaa ajoneuvopolttoaineeksi. Jalostettu kaasu on mahdollista myös syöttää maakaasuverkostoon. Suurimmat tulot on mahdollista saavuttaa yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa, mikäli biokaasulle suunniteltu syöttötariffi toteutuu. Muussa tapauksessa suurimmat tulot saadaan jalostamalla biokaasua ajoneuvojen polttoaineeksi.

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.

Kirja-arvostelu

Kirjallisuusarvostelu

Of milquetoasts and daredevils : personalities in female eiders

Traditionally biologists have often considered individual differences in behaviour or physiology as a nuisance when investigating a population of individuals. These differences have mostly been dismissed as measurement errors or as non-adaptive variation around an adaptive population mean. Recent research, however, challenges this view. While long acknowledged in human personality studies, the importance of individual variation has recently entered into ecological and evolutionary studies in the form of animal personality. The concept of animal personality focuses on consistent differences within and between individuals in behavioural and physiological traits across time and contexts and its ecological and evolutionary consequences. Nevertheless, a satisfactory explanation for the existence of personality is still lacking. Although there is a growing number of explanatory theoretical models, there is still a lack of empirical studies on wild populations showing how traditional life-history tradeoffs can explain the maintenance of variation in personality traits. In this thesis, I first investigate the validity of variation in allostatic load or baseline corticosterone (CORT) concentrations as a measure for differences in individual quality. The association between CORT and quality has recently been summarised under the “CORT-fitness hypothesis”, which states that a general negative relationship between baseline CORT and fitness exists. I then continue to apply the concept of animal personality to depict how the life-history trade-off between survival and fecundity is mediated in incubating female eiders (Somateria mollissima), thereby maintaining variation in behaviour and physiology. To this end, I investigated breeding female eiders from a wild population that breeds in the archipelago around Tvärminne Zoological Station, SW Finland. The field data used was collected from 2008 to 2012. The overall aim of the thesis was to show how differences in personality and stress responsiveness are linked to a life-history context. In the four chapters I examine how the life-history trade-off between survival and fecundity could be resolved depending on consistent individual differences in escape behaviour, stress physiology, individual quality and nest-site selection. First, I corroborated the validity of the “CORT-fitness hypothesis”, by showing that reproductive success is generally negatively correlated with serum and faecal baseline CORT levels. The association between individual quality and baseline CORT is, however, context dependent. Poor body condition was associated with elevated serum baseline CORT only in older breeders, while a larger reproductive investment (clutch mass) was associated with elevated serum baseline CORT among females breeding late in the season. Interestingly, good body condition was associated with elevated faecal baseline CORT levels in late breeders. High faecal baseline CORT levels were positively related to high baseline body temperature, and breeders in poor condition showed an elevated baseline body temperature, but only on open islands. The relationship between stress physiology and individual quality is modulated by breeding experience and breeding phenology. Consequently, the context dependency highlights that this relationship has to be interpreted cautiously. Additionally, I verified if stress responsiveness is related to risk-taking behaviour. Females who took fewer risks (longer flight initiation distance) showed a stronger stress response (measured as an increase in CORT concentration after capture and handling of the bird). However, this association was modulated by breeding experience and body condition, with young breeders and those in poor body condition showing the strongest relationship between risktaking and stress responsiveness. Shy females (longer flight initiation distance) also incubated their clutch for a shorter time. Additionally, I demonstrated that stress responsiveness and predation risk interact with maternal investment and reproductive success. Under high risk of predation, females that incubated a larger clutch showed a stronger stress response. Surprisingly, these females also exhibited higher reproductive success than females with a weaker stress response. Again, these context dependent results suggest that the relationship between stress responsiveness and risk-taking behaviour should not be studied in isolation from individual quality and that stress responsiveness may show adaptive plasticity when individuals are exposed to different predation regimes. Finally, female risk-taking behaviour and stress coping styles were also related to nest-site choice. Less stress responsive females more frequently occupied nests with greater coverage that were farther away from the shoreline. Females nesting in nests with medium cover and farther from the shoreline had higher reproductive success. These results suggest that different personality types are distributed non-randomly in space. In this thesis I was able to demonstrate that personalities and stress coping strategies are persistent individual characteristics, which express measurable effects on fitness. This suggests that those traits are exposed to natural selection and thereby can evolve. Furthermore, individual variation in personality and stress coping strategy is linked to the alternative ways in which animals resolve essential life-history trade-offs.