Effect of forest-based biofuels production on carbon footprint, Case: Integrated LWC paper mill

International energy and climate strategies also set Finland’s commitments to increasing the use of renewable energy sources and reducing greenhouse gas emissions. The target can be achieved by, for example, increasing the use of energy wood. Finland’s forest biomass potential is significant compared with current use. Increased use will change forest management and wood harvesting methods however. The thesis examined the potential for integrated pulp and paper mills to increase bioenergy production. The effects of two bioenergy production technologies on the carbon footprint of an integrated LWC mill were studied at mill level and from the cradle-to-customer approach. The LignoBoost process and FT diesel production were chosen as bioenergy cases. The data for the LignoBoost process were obtained from Metso and for the FT diesel process from Neste Oil. The rest of the information is based on the literature and databases of the KCL-ECO life-cycle computer program and Ecoinvent. In both case studies, the carbon footprint was reduced. From the results, it can be concluded that it is possible to achieve a fossil-fuel-free pulp mill with the LignoBoost process. By using steam from the FT diesel process, the amount of auxiliary fuel can be reduced considerably and the bark boiler can be replaced. With a choice of auxiliary fuels for use in heat production in the paper mill and the production methods for purchased electricity, it is possible to affect the carbon footprints even more in both cases.

On Value Creation at an Industrial Intersection – Bioenergy in the Forest and Energy Sectors

The traditional forest industry is a good example of the changing nature of the competitive environment in many industries. Faced with drastic challenges forestindustry companies are forced to search for new value-creating strategies in order to create competitive advantage. The emerging bioenergy business is now offering promising avenues for value creation for both the forest and energy sectors because of their complementary resources and knowledge with respect to bioenergy production from forest-based biomass. The key objective of this dissertation is to examine the sources of sustainable competitive advantage and the value-creation opportunities that are emerging at the intersection between the forest and energy industries. The research topic is considered from different perspectives in order to provide a comprehensive view of the phenomenon. The study discusses the business opportunities that are related to producing bioenergy from forest-based biomass, and sheds light on the greatest challenges and threats influencing the success of collaboration between the forest and energy sectors. In addition, it identifies existing and potential bioenergy actors, and considers the resources and capabilities needed in order to prosper in the bioenergy field. The value-creation perspective is founded on strategic management accounting, the theoretical frameworks are adopted from the field of strategic management, and the future aspect is taken into account through the application of futures studies research methodology. This thesis consists of two parts. The first part provides a synthesis of the overall dissertation, and the second part comprises four complementary research papers. There search setting is explorative in nature, and both qualitative and quantitative research methods are used. As a result, the thesis lays the foundation for non-technological studies on bioenergy. It gives an example of how to study new value-creation opportunities at an industrial intersection, and discusses the main determinants affecting the value-creation process. In order to accomplish these objectives the phenomenon of value creation at the intersection between the forest and energy industries is theorized and connected with the dynamic resource-based view of the firm.

Container logistic innovations in forest-energy sector: Markets, future service concepts and technical improvements

The report presents the results of the commercialization project called the Container logistic services for forest bioenergy. The project promotes new business that is emerging around overall container logistic services in the bioenergy sector. The results assess the European markets of the container logistics for biomass, enablers for new business creation and required service bundles for the concept. We also demonstrate the customer value of the container logistic services for different market segments. The concept analysis is based on concept mapping, quality function deployment process (QFD) and business network analysis. The business network analysis assesses key shareholders and their mutual connections. The performance of the roadside chipping chain is analysed by the logistic cost simulation, RFID system demonstration and freezing tests. The EU has set the renewable energy target to 20 % in 2020 of which Biomass could account for two-thirds. In the Europe, the production of wood fuels was 132.9 million solid-m3 in 2012 and production of wood chips and particles was 69.0 million solidm3. The wood-based chips and particle flows are suitable for container transportation providing market of 180.6 million loose- m3 which mean 4.5 million container loads per year. The intermodal logistics of trucks and trains are promising for the composite containers because the biomass does not freeze onto the inner surfaces in the unloading situations. The overall service concept includes several packages: container rental, container maintenance, terminal services, RFID-tracking service, and simulation and ERP-integration service. The container rental and maintenance would provide transportation entrepreneurs a way to increase the capacity without high investment costs. The RFID-concept would lead to better work planning improving profitability throughout the logistic chain and simulation supports fuel supply optimization.

Energiapuuta Etelä-Savosta

Energiapuuta Etelä-Savosta hankkeessa tutkittiin ja kehitettiin energiapienpuun mahdollisuuksia osana suurimittakaavaista alueellista hankintaa. Energiapienpuun potentiaali suurimittakaavaisena polttoaineena on lupaava johtuen hyvästä biomassan saatavuudesta ja tarjontahalukkuudesta, korjuun teknologisesta edistyksestä ja logististen ratkaisujen monipuolisuudesta sekä käyttömäärien kasvusta. Hanke kokonaisuus sisälsi seuraavia osatutkimuksia: Etelä-Savon energiatase, metsänomistajakysely, asiantuntijahaastattelu, metsänkasvatussimulointi, metsäpolttoaineiden saatavuuslaskenta, puun kosteuden seurantatutkimus, logistiikan demonstraatioita sekä energiapuun hankintalogistiikan kustannusvertailuja. Hankkeessa käsiteltiin energiapienpuun arvoketjua metsänkasvatuksesta lopputuotteen käyttöön asti. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että energiapienpuulla on mahdollisuudet suurimittakaavaisessa hankinnassa, kunhan toimitusketjussa panostetaan tehokkuuden ja laadun jatkuvaan parantamiseen.

Diversification benefits for a Finnish non-industrial private forest investor: Real Estate Investment Trusts in the USA

This thesis examined both domestic and international forest investment options for a Finnish non-industrial private forest investor. The focus was on forest-based investment instruments. The influence of movements of currency exchange rates on foreign returns were also taken into account. Annual data from 1995 to 2011 was used. The main portfolio optimization model in this study was the Mean-Variance model but the results were also validated by using the Value at Risk and Expected Shortfall models. In addition, the exchange rate risk hedging was established by using one-week-maturity forward contracts. The results suggested that 75 % of the total wealth should be invested in Finnish private forests and the rest, 25 %, to a US REIT, in this case Rayonier. With hedging, the total return on the portfolio was 7.21 % (NIPF 5.3%) with the volatility of 6.63 % (NIPF 7.9%). Taxation supported US investments in this case. As a conclusion, a Finnish private forest investor may, as evidenced, benefit in diversifying a portfolio using REITs in the US.

Ympäristöjärjestelmän laatiminen kuljetusorganisaatiolle

Diplomityön päätavoitteena oli kehittää UPM-Kymmene Seaways Oy:lle ISO 14001 -standardiin pohjautuva ympäristöjärjestelmä. Lisäksi tavoitteena oli tuoda organisaatiolle tietämystä ympäristöjohtamisesta, sekä arvioida laaditun järjestelmän toimivuutta organisaation toiminnasta aiheutuvien ympäristöhaittojen vähentäjänä. Järjestelmän laatiminen käsitti suunnittelun, organisoinnin ja toteutuksen keskeisten dokumentointien osalta. Viime vuosina metsäteollisuusyrityksille on luotu paineita ympäristöasioiden hoitamisen tehostamisesta. Tämä on kohdistunut myös metsäteollisuuden kuljetuksiin, joten on ollut perusteltua kehittää myös kuljetusorganisaatioiden ympäristöjohtamista. UPM-Kymmene Seaways Oy:n ympäristöjohtamisen kehittämistyössä lähdettiin organisaation sidosryhmien odotuksista liikkeelle. Lisäksi tutustuttiin kuljetusten aiheuttamiin ympäristöhaittoihin ja selvitettiin organisaation vaikutusmahdollisuuksia haittojen vähentämiseen. Johtamisjärjestelmä pyrittiin luomaan luonnolliseksi osaksi jokapäiväistä toimintaa, joka ottaa ympäristöasiat huomioon myös toiminnan jatkuvassa kehittämisessä. Laadittu ympäristöjärjestelmä integroituna osaksi kokonaisvaltaista toimintajärjestelmää täytti organisaation sille asettamat tavoitteet melko hyvin. Järjestelmän mukana tuoma työn määrä ei kasvanut liian suureksi ja ympäristöasioista muodostui yksi merkittävä päätöksiin vaikuttavista tekijöistä.

Häiriöaineiden vaikutus käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia mekaanisen massan peroksidivalkaisussa

Nykypäivänä ympäristön suojelu ja erityisesti jätevesipäästöjen pienentäminen vaikuttavat yhä enemmän metsäteollisuuden toimintatapoihin. Lisäksi veden käytön vähentyessä ja prosesseja suljettaessa silikaatteihin väistämättä liittyvät saostumat ovat kasvava ongelma. Magnesiumhydroksidin on havaittu olevan potentiaalinen natriumhydroksidin korvaava alkali mekaanisen massan peroksidivalkaisussa. Lisäksi magnesiumhydroksidilla voidaan saavuttaa lähes yhtä korkea vaaleus, jopa ilman silikaattia, kuin natriumhydroksidilla natriumsilikaatin kanssa. Magnesiumhydroksidin orgaanista ainesta liuottava vaikutus on myös noin puolet verrattuna natriumhydroksidiin. Työssä selvitettiin, miten häiriöaineet vaikuttavat mekaanisen massan peroksidivalkaisuun käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia. Laboratoriokokeiden tulokset osoittivat, että magnesiumhydroksidi kesti paremmin valkaisussa käytettyjä häiriöaineita. Pienillä metallilisäyksillä ei ole vaikutusta massan vaaleuteen käytettäessä magnesiumhydroksidia. Korvattaessa laimennusvettä viirapuristimen suodoksella peroksidi kului lähes loppuun käytettäessä natriumhydroksidia, mikä näkyi myös vaaleuden heikkenemisenä. Valkaisukokeiden perusteella magnesiumhydroksidialkalilla jäädään jopa kolme prosenttiyksikköä natriumhydroksidin kanssa saadusta vaaleudesta, peroksidiannoksen olleessa kolme prosenttia. Mutta käytettäessä magnesiumhydroksidialkalia liuenneen orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC) sekä biologinen (BOD7) että kemiallinen (CODcr) hapenkulutus pienenivät lähes puolella.

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.

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.

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.

The effects of location, feedstock availability, and supply-chain logistics on the greenhouse gas emissions of forest-biomass energy utilization in Finland

Forest biomass represents a geographically distributed feedstock, and geographical location affects the greenhouse gas (GHG) performance of a given forest-bioenergy system in several ways. For example, biomass availability, forest operations, transportation possibilities and the distances involved, biomass end-use possibilities, fossil reference systems, and forest carbon balances all depend to some extent on location. The overall objective of this thesis was to assess the GHG emissions derived from supply and energy-utilization chains of forest biomass in Finland, with a specific focus on the effect of location in relation to forest biomass’s availability and the transportation possibilities. Biomass availability and transportation-network assessments were conducted through utilization of geographical information system methods, and the GHG emissions were assessed by means of lifecycle assessment. The thesis is based on four papers in which forest biomass supply on industrial scale was assessed. The feedstocks assessed in this thesis include harvesting residues, smalldiameter energy wood and stumps. The principal implication of the findings in this thesis is that in Finland, the location and availability of biomass in the proximity of a given energyutilization or energy-conversion plant is not a decisive factor in supply-chain GHG emissions or the possible GHG savings to be achieved with forest-biomass energy use. Therefore, for the greatest GHG reductions with limited forest-biomass resources, energy utilization of forest biomass in Finland should be directed to the locations where most GHG savings are achieved through replacement of fossil fuels. Furthermore, one should prioritize the types of forest biomass with the lowest direct supply-chain GHG emissions (e.g., from transport and comminution) and the lowest indirect ones (in particular, soil carbon-stock losses), regardless of location. In this respect, the best combination is to use harvesting residues in combined heat and power production, replacing peat or coal.

Comparison of model-based above ground biomass predictions from LiDAR

In order to reduce greenhouse emissions from forest degradation and deforestation the international programme REDD (Reducing Emissions from Deforestation and forest Degradation) was established in 2005 by the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). This programme is aimed to financially reward to developing countries for any emissions reductions. Under this programm the project of setting up the payment system in Nepal was established. This project is aimed to engage local communities in forest monitoring. The major objective of this thesis is to compare and verify data obtained from di erect sources - remotely sensed data, namely LiDAR and field sample measurements made by two groups of researchers using two regression models - Sparse Bayesian Regression and Bayesian Regression with Orthogonal Variables.

Improving Satellite Image Based Forest Inventory by Using A Priori Site Quality Information

Summary