Metsäenergian liiketoimintojen kehittäminen ja käytön kasvun vaikutukset Kaakkois-Suomessa

Kaakkois-Suomen alueella uusiutuvan energian käyttö ja erityisesti metsäenergian käyttö on kasvanut merkittävästi 2000-luvulla. Tulevaisuudessa metsäenergia nähdään edelleen potenti-aalisimpana vaihtoehtona korvattaessa fossiilisia polttoaineita lämpö- ja voimalaitoskokoluo-kassa. Muita uusiutuvan energian vaihtoehtoja ovat mm. tuuli- ja aurinkovoima, biokaasu sekä erilaiset kiinteät ja nestemäiset polttoainejalosteet. Tulevaisuudessa alueella voi olla mahdollis-ta tuottaa niin kansalliseen kuin kansainväliseen vientiin esim. biopolttonesteitä, biokaasua ja biohiiltä. Tutkimushankkeen tavoitteena oli selvittää metsäenergia-alan alueelliset toimijat sekä metsä-energian soveltuvuus ja liiketoimintamahdollisuudet Kaakkois-Suomen alueen energian tuo-tannossa. Tutkimus koostui seuraavista osatehtävistä: metsäsektorin toimijakentän kartoitus, metsäenergian alueelliset liiketoimintamahdollisuudet, puuperäisten polttoainejalosteiden käyttö- ja liiketoimintamahdollisuudet, muiden uusiutuvien energialähteiden käyttömahdolli-suudet ja vaikutukset Kaakkois-Suomessa. Tutkimuksessa arvioitiin myös Kaakkois-Suomen metsäenergian hankinnan työllisyysvaikutuksia. Tutkimuksen ohjausryhmänä toimi Kaakkois-Suomen metsäenergianeuvottelukunta. Tutkimuksessa kyselytutkimuksella selvitettiin metsäenergian tuottajien ja käyttäjien mielipi-teitä ja kehittämiskohteita toimialalta. Kaakkois-Suomessa hyödynnettävistä uusiutuvista energialähteistä selvitettiin nykyinen käyttö sekä arvioitiin tulevaisuuden hyödyntämismah-dollisuuksia vuonna 2020. Nämä tulokset esitettiin Kaakkois-Suomen energiataseen avulla. Kaakkois-Suomessa uusiutuvista energialähteistä puupolttoaineilla on merkittävin rooli metsä-teollisuuden johdosta ja alueen metsäenergian käyttö voi kasvaa jopa 1,7 TWh:in, mikäli fos-siilisia energialähteitä korvataan edelleen voimalaitoksissa ja lämpökeskuksissa. Metsäenergian käytön kasvussa alueen kunnilla on merkittävä rooli. Viime vuosina erityisesti tuulivoiman tuotanto on kasvanut ja tulee kasvamaan edelleen. Samoin aurinkoenergian hyödyntäminen kiinteistökokoluokassa on lisääntynyt voimakkaasti. Lisäksi maakuntaan on suunnitteilla kiin-teiden, nestemäisten ja kaasumaisten polttoainejalosteiden tuotantolaitoksia. Toteutuessaan laitokset voivat lisätä metsäenergian käyttöä merkittävästi.

Metsäenergian käytön kasvun liiketoimintamahdollisuudet Kaakkois-Suomessa

Kaakkois-Suomessa (Kymenlaakson ja Etelä-Karjalan maakunnat) metsäenergian käytön kasvaessa on tullut tarve tarkastella käytön kasvua eri käyttäjien näkökulmasta sekä arvioida kasvaneen käytön luomia liiketoimintamahdollisuuksia alueen toimijoille. Tutkimuksen tavoitteena on selvittää metsäenergian nykyinen käyttö ja käytön kasvumahdollisuudet alueella. Metsäenergian käytön kasvumahdollisuuksia voidaan arvioida nykyisen energian tuotantorakenteen sekä energian tarpeen perusteella. Näiden tietojen pohjalta voidaan arvioida metsäenergian riittävyyttä, käytön laajentamista ja laajentamisen yhteydessä syntyviä liiketoimintamahdollisuuksia alueen metsäenergian hankinnassa mukana oleville toimijoille ja energian tuotannon pk-yrittäjille (mm. energiayrittäjät ja -osuuskunnat). Hankkeen toteutuksen yhteydessä valmistellaan laajempaa hankekokonaisuutta uusiutuvien paikallisten energiamahdollisuuksien hyödyntämiseksi ja liiketoiminnan kehittämiseksi alueella. Tutkimusten tavoitteena on luoda hyvinvointia ja liiketoimintamahdollisuuksia alueelle. Etelä-Karjalan ja Kymenlaakson maakuntien osalta tutkimus sisälsi seuraavat osatehtävät: metsäenergian nykyisen käytön selvittäminen käyttökohteittain ja polttoainelajeittain (hakkuutähteet, kannot, pienpuu), metsäenergian potentiaalisten käyttökohteiden selvittäminen, metsäenergian kuntakohtaisen saatavuuden selvittäminen polttoainelajeittain, metsäenergian käytön suhde saatavuuteen, metsäenergian ympärille liittyvien liiketoimintamahdollisuuksien tunnistaminen ja kartoittaminen sekä tulosten raportointi. Tutkimuksen tuloksina saatiin Etelä-Karjalan ja Kymenlaakson maakuntien kuntakohtaiset taseet metsäenergian kysynnän ja tarjonnan määristä sekä alaan liittyvistä työllisyys- ja liiketoimintamahdollisuuksista. Tutkimuksen toteutuksessa on tehty tiiviisti yhteistyötä Kaakkois-Suomen metsäkeskuksen kanssa. Tutkimuksen seurantaryhmänä toimi Kaakkois-Suomen metsäenergianeuvottelukunta. Tutkimuksessa on luotu toimintamalli alueellisen ja paikallisen metsäenergian käytön ja saatavuuden tarkastelua varten. Toimintamallilla voidaan esittää paikalliset mahdollisuudet metsäenergian hyödyntämiseksi ja liiketoimintamahdollisuuksien arvioimiseksi.

Tapaustutkimus aineettoman pääoman merkityksestä puupolttoaineiden liiketoiminnassa

Tutkimuksessa selvitetään yhden puupolttoaineorganisaation aineettoman pääoman keskeisimmät tekijät ja niiden välinen dynamiikka laadullisilla tutkimusmenetelmillä. Selvityksen teoreettisen taustan muodostaa tietojohtamisen kirjallisuus, jonka perusteella tietopääoman tekijät on jaettu kolmeen ryhmään: inhimillisiin, rakenne- ja suhdetekijöihin. Puupolttoaineiden liiketoiminta perustuu yksinkertaisen raaka-aineen eli puun hankkimiseen ja toimittamiseen voimalaitoksille eri muodoissa. Liiketoiminnan kannattavuus ja yrityksen asema markkinoilla pohjaa pääosin aineettoman pääoman laaja-alaiseen hyödyntämiseen ja kehittämiseen. Tutkimuksen kohteena on suuren metsäteollisuusyrityksen puunhankintaorganisaatio ja sen puupolttoaineiden liiketoimintayksikkö, jonka arvonmuodostusta ja aineettoman pääoman tekijöitä tutkimuksessa analysoidaan. Tutkimustulokset osoittavat, että puupolttoaineiden liiketoiminnan kannattavuus perustuu henkilöstön vahvaan osaamiseen ja organisaation dynaamisiin johtamismalleihin, joilla voidaan vahvistaa aineettomien tekijöiden yhteisvaikutusta. Haasteena puupolttoainetoiminnassa on aineettoman pääoman tekijöiden suhteuttaminen nopeasti kehittyviin operatiivisiin toimintamalleihin sekä valtiollisiin tukimekanismeihin.

Energiantuotannossa talteenotetun hiilidioksidin hyötykäyttö

Hiilidioksidilla on merkittävä vaikutus ilmastoon ja suurin osa ihmisten käyttämästä energiasta perustuu hiilipohjaisiin polttoaineisiin. Energiantuotannossa talteenotetun hiilidioksidin hyötykäyttö tarjoaa erinomaisen mahdollisuuden ilmastonmuutoksen vai-kutusten vähentämiseen vaikuttamatta kuitenkaan merkittävästi käytettyihin energialäh-teisiin. CO2:n talteenottotekniikat voidaan jakaa neljään periaatteeltaan erilaiseen tyyppiin: pol-ton jälkeiseen talteenottoon, ennen polttoa tapahtuvaan talteenottoon, happipolttoon ja kemialliseen kiertoon perustuvaan palamiseen. Polton jälkeinen ja ennen polttoa tapah-tuva talteenotto edustavat eniten tutkittua ja käytettyä tekniikkaa. Hyötykäyttökohteita CO2:lla on useita, joista nykyiset merkittävimmät ovat öljyn tuo-tannon tehostus ja elintarviketeollisuus. Tulevaisuudessa merkittäviä käyttökohteita tulee todennäköisesti olemaan uusiutuvan energian varastointi synteettiseen metaa-niin/metanoliin, kemian-, paperi- ja selluteollisuuden prosessit ja vedenkäsittely.

Biodiesellaitteiston hankintaprosessi

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut selvittää opetuskäyttöön tulevan biodiesellaitteis-ton hankintaprosessi sekä toteuttaa laitteiston hankinta ja käyttöönotto. Ensiksi on pereh-dytty Euroopan Unionin ja Suomen kansallisiin uusiutuvien polttoaineiden käytön tavoit-teisiin. Toiseksi on perehdytty julkisten hankintojen hankintaprosessiin ja koulutuskun-tayhtymän hankintamenettelyyn. Tarjousmenettelyn päätteeksi on valittu vaihtoesteröinti-menetelmään perustuva kasvi- tai kalaöljyä raaka-aineena käyttävä biodiesellaitteisto, jonka toimintaan ja tuotantoprosessiin on perehdytty opetuksellisesta näkökulmasta. Työssä on kiinnitetty erityistä huomioita työturvallisuuteen ja biodiesellaitteiston käyttöturvalli-suuteen.

Susteinable steelmaking by process integration

Environmental issues, including global warming, have been serious challenges realized worldwide, and they have become particularly important for the iron and steel manufacturers during the last decades. Many sites has been shut down in developed countries due to environmental regulation and pollution prevention while a large number of production plants have been established in developing countries which has changed the economy of this business. Sustainable development is a concept, which today affects economic growth, environmental protection, and social progress in setting up the basis for future ecosystem. A sustainable headway may attempt to preserve natural resources, recycle and reuse materials, prevent pollution, enhance yield and increase profitability. To achieve these objectives numerous alternatives should be examined in the sustainable process design. Conventional engineering work cannot address all of these substitutes effectively and efficiently to find an optimal route of processing. A systematic framework is needed as a tool to guide designers to make decisions based on overall concepts of the system, identifying the key bottlenecks and opportunities, which lead to an optimal design and operation of the systems. Since the 1980s, researchers have made big efforts to develop tools for what today is referred to as Process Integration. Advanced mathematics has been used in simulation models to evaluate various available alternatives considering physical, economic and environmental constraints. Improvements on feed material and operation, competitive energy market, environmental restrictions and the role of Nordic steelworks as energy supplier (electricity and district heat) make a great motivation behind integration among industries toward more sustainable operation, which could increase the overall energy efficiency and decrease environmental impacts. In this study, through different steps a model is developed for primary steelmaking, with the Finnish steel sector as a reference, to evaluate future operation concepts of a steelmaking site regarding sustainability. The research started by potential study on increasing energy efficiency and carbon dioxide reduction due to integration of steelworks with chemical plants for possible utilization of available off-gases in the system as chemical products. These off-gases from blast furnace, basic oxygen furnace and coke oven furnace are mainly contained of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen and partially methane (in coke oven gas) and have proportionally low heating value but are currently used as fuel within these industries. Nonlinear optimization technique is used to assess integration with methanol plant under novel blast furnace technologies and (partially) substitution of coal with other reducing agents and fuels such as heavy oil, natural gas and biomass in the system. Technical aspect of integration and its effect on blast furnace operation regardless of capital expenditure of new operational units are studied to evaluate feasibility of the idea behind the research. Later on the concept of polygeneration system added and a superstructure generated with alternative routes for off-gases pretreatment and further utilization on a polygeneration system producing electricity, district heat and methanol. (Vacuum) pressure swing adsorption, membrane technology and chemical absorption for gas separation; partial oxidation, carbon dioxide and steam methane reforming for methane gasification; gas and liquid phase methanol synthesis are the main alternative process units considered in the superstructure. Due to high degree of integration in process synthesis, and optimization techniques, equation oriented modeling is chosen as an alternative and effective strategy to previous sequential modelling for process analysis to investigate suggested superstructure. A mixed integer nonlinear programming is developed to study behavior of the integrated system under different economic and environmental scenarios. Net present value and specific carbon dioxide emission is taken to compare economic and environmental aspects of integrated system respectively for different fuel systems, alternative blast furnace reductants, implementation of new blast furnace technologies, and carbon dioxide emission penalties. Sensitivity analysis, carbon distribution and the effect of external seasonal energy demand is investigated with different optimization techniques. This tool can provide useful information concerning techno-environmental and economic aspects for decision-making and estimate optimal operational condition of current and future primary steelmaking under alternative scenarios. The results of the work have demonstrated that it is possible in the future to develop steelmaking towards more sustainable operation.

Behavior of black liquor nitrogen in combustion : formation of cyanate

The Kraft pulping process is the dominant chemical pulping process in the world. Roughly 195 million metric tons of black liquor are produced annually as a by-product from the Kraft pulping process. Black liquor consists of spent cooking chemicals and dissolved organics from the wood and can contain up to 0.15 wt% nitrogen on dry solids basis. The cooking chemicals from black liquor are recovered in a chemical recovery cycle. Water is evaporated in the first stage of the chemical recovery cycle, so the black liquor has a dry solids content of 65-85% prior to combustion. During combustion of black liquor, a portion of the black liquor nitrogen is volatilized, finally forming N2 or NO. The rest of the nitrogen remains in the char as char nitrogen. During char conversion, fixed carbon is burned off leaving the pulping chemicals as smelt, and the char nitrogen forms mostly smelt nitrogen (cyanate, OCN-). Smelt exits the recovery boiler and is dissolved in water. The cyanate from smelt decomposes in the presence of water, forming NH3, which causes nitrogen emissions from the rest of the chemical recovery cycle. This thesis had two focuses: firstly, to determine how the nitrogen chemistry in the recovery boiler is affected by modification of black liquor; and secondly, to find out what causes cyanate formation during thermal conversion, and which parameters affect cyanate formation and decomposition during thermal conversion of black liquor. The fate of added biosludge nitrogen in chemical recovery was determined in Paper I. The added biosludge increased the nitrogen content of black liquor. At the pulp mill, the added biosludge did not increase the NO formation in the recovery boiler, but instead increased the amount of cyanate in green liquor. The increased cyanate caused more NH3 formation, which increased the NCG boiler’s NO emissions. Laboratory-scale experiments showed an increase in both NO and cyanate formation after biosludge addition. Black liquor can be modified, for example by addition of a solid biomass to increase the energy density of black liquor, or by separation of lignin from black liquor by precipitation. The precipitated lignin can be utilized in the production of green chemicals or as a fuel. In Papers II and III, laboratory-scale experiments were conducted to determine the impact of black liquor modification on NO and cyanate formation. Removal of lignin from black liquor reduced the nitrogen content of the black liquor. In most cases NO and cyanate formation decreased with increasing lignin removal; the exception was NO formation from lignin lean soda liquors. The addition of biomass to black liquor resulted in a higher nitrogen content fuel mixture, due to the higher nitrogen content of biomass compared to black liquor. More NO and cyanate were formed from the fuel mixtures than from pure black liquor. The increased amount of formed cyanate led to the hypothesis that black liquor is catalytically active and converts a portion of the nitrogen in the mixed fuel to cyanate. The mechanism behind cyanate formation during thermal conversion of black liquor was not clear before this thesis. Paper IV studies the cyanate formation of alkali metal loaded fuels during gasification in a CO2 atmosphere. The salts K2CO3, Na2CO3, and K2SO4 all promoted char nitrogen to cyanate conversion during gasification, while KCl and CaCO3 did not. It is now assumed that cyanate is formed when alkali metal carbonate or an active intermediate of alkali metal carbonate (e.g. -CO2K) reacts with the char nitrogen forming cyanate. By testing different fuels (bark, peat, and coal), each of which had a different form of organic nitrogen, it was concluded that the form of organic nitrogen in char also has an impact on cyanate formation. Cyanate can be formed during pyrolysis of black liquor, but at temperatures 900°C or above, the formed cyanate will decompose. Cyanate formation in gasifying conditions with different levels of CO2 in the atmosphere was also studied. Most of the char nitrogen was converted to cyanate during gasification at 800-900°C in 13-50% CO2 in N2, and only 5% of the initial fuel nitrogen was converted to NO during char conversion. The formed smelt cyanate was stable at 800°C 13% CO2, while it decomposed at 900°C 13% CO2. The cyanate decomposition was faster at higher temperatures and in oxygen-containing atmospheres than in an inert atmosphere. The presence of CO2 in oxygencontaining atmospheres slowed down the decomposition of cyanate. This work will provide new information on how modification of black liquor affects the nitrogen chemistry during thermal conversion of black liquor and what causes cyanate formation during thermal conversion of black liquor. The formation and decomposition of cyanate was studied in order to provide new data, which would be useful in modeling of nitrogen chemistry in the recovery boiler.

Effects of the partial removal of wood hemicelluloses on the properties of kraft pulp

The objective of this work was to study the effects of partial removal of wood hemicelluloses on the properties of kraft pulp.The work was conducted by extracting hemicelluloses (1) by a softwood chip pretreatment process prior to kraft pulping, (2) by alkaline extraction from bleached birch kraft pulp, and (3) by enzymatic treatment, xylanase treatment in particular, of bleached birch kraft pulp. The qualitative and quantitative changes in fibers and paper properties were evaluated. In addition, the applicability of the extraction concepts and hemicellulose-extracted birch kraft pulp as a raw material in papermaking was evaluated in a pilot-scale papermaking environment. The results showed that each examined hemicellulose extraction method has its characteristic effects on fiber properties, seen as differences in both the physical and chemical nature of the fibers. A prehydrolysis process prior to the kraft pulping process offered reductions in cooking time, bleaching chemical consumption and produced fibers with low hemicellulose content that are more susceptible to mechanically induced damages and dislocations. Softwood chip pretreatment for hemicellulose recovery prior to cooking, whether acidic or alkaline, had an impact on the physical properties of the non-refined and refined pulp. In addition, all the pretreated pulps exhibited slower beating response than the unhydrolyzed reference pulp. Both alkaline extraction and enzymatic (xylanase) treatment of bleached birch kraft pulp fibers indicated very selective hemicellulose removal, particularly xylan removal. Furthermore, these two hemicellulose-extracted birch kraft pulps were utilized in a pilot-scale papermaking environment in order to evaluate the upscalability of the extraction concepts. Investigations made using pilot paper machine trials revealed that some amount of alkalineextracted birch kraft pulp, with a 24.9% reduction in the total amount of xylan, could be used in the papermaking stock as a mixture with non-extracted pulp when producing 75 g/m2 paper. For xylanase-treated fibers there were no reductions in the mechanical properties of the 180 g/m2 paper produced compared to paper made from the control pulp, although there was a 14.2% reduction in the total amount of xylan in the xylanase-treated pulp compared to the control birch kraft pulp. This work emphasized the importance of the hemicellulose extraction method in providing new solutions to create functional fibers and in providing a valuable hemicellulose co-product stream. The hemicellulose removal concept therefore plays an important role in the integrated forest biorefinery scenario, where the target is to the co-production of hemicellulose-extracted pulp and hemicellulose-based chemicals or fuels.

Suomen kasvihuonekaasupäästöt Kioton pöytäkirjan ensimmäisen sopimuskauden lopussa – kokonaistilanne ja vähentämistoimenpiteet

Tämä diplomityö on läpileikkaus kasvihuonekaasupäästöistä sekä niitä koskevista vähennystoimenpiteistä Suomessa Kioton pöytäkirjan ensimmäisen sopimuskauden lopussa. Työ on toteutettu kirjallisuustutkimuksena ja siihen on käytetty painettuja sekä sähköisiä lähteitä. Huoli ilmastonmuutoksesta on saanut aikaan sen, että kasvihuonekaasupäästöjä rajoitetaan tänä päivänä kansainvälisillä sopimuksilla. Vaikka kaikki suuretkaan päästäjämaat eivät ole sopimuksia ratifioineet, ovat EU-maat Suomi mukaan lukien sitoutuneet YK:n ilmastonmuutosta koskevaan puitesopimukseen ja sen noudattamiseen. Puitesopimusta tarkentavassa Kioton pöytäkirjassa EU sitoutui vähentämään kuuden eri kasvihuonekaasun kokonaispäästöjä yhteensä 8 prosenttia ajanjaksolla 2008–2012 vuoteen 1990 verrattuna. Kasvihuonekaasut, joita rajoitukset koskivat, olivat hiilidioksidi, metaani, dityppioksidi, fluorihiilivedyt, perfluorihiilivedyt ja rikkiheksafluoridi. EU:n sisäisessä taakanjaossa Suomen tavoite oli pitää päästöt vertailuvuoden 1990 tasossa ja Suomi alitti tämän noin viidellä prosentilla. Vuoden 2012 jälkeen Suomen kasvihuonekaasupäästöjen vähennystavoite on kiristynyt. Vuosille 2013–2020 Suomen tavoite on vähentää kasvihuonekaasupäästöjä 20 prosenttia alle perusvuoden 1990 tason. Työssä tutustutaan myös keinoihin, joilla aiempien ja tulevien päästöjenvähennystavoitteiden saavuttaminen on mahdollista. Näitä keinoja on mm. erilaisten biopolttoaineiden sekoittaminen fossiilisten polttoaineiden sekaan, energiatehokkuuden parantaminen ja biokaasun käytön lisääminen. Lisäksi työssä käsitellään eräitä merkityksellisiä käsitteitä, kuten EU:n päästökauppajärjestelmä ja hiilidioksidin talteenotto ja varastointi.

Potential for Greenhouse Gas Emission Reductions by Using Biomethane as a Road Transportation Fuel

The aim of this thesis is to study whether the use of biomethane as a transportation fuel is reasonable from climate change perspective. In order to identify potentials and challenges for the reduction of greenhouse gas (GHG) emissions, this dissertation focuses on GHG emission comparisons, on feasibility studies and on the effects of various calculation methodologies. The GHG emissions calculations are carried out by using life cycle assessment (LCA) methodologies. The aim of these LCA studies is to figure out the key parameters affecting the GHG emission saving potential of biomethane production and use and to give recommendations related to methodological choices. The feasibility studies are also carried out from the life cycle perspective by dividing the biomethane production chain for various operators along the life cycle of biomethane in order to recognize economic bottlenecks. Biomethane use in the transportation sector leads to GHG emission reductions compared to fossil transportation fuels in most cases. In addition, electricity and heat production from landfill gas, biogas or biomethane leads to GHG reductions as well. Electricity production for electric vehicles is also a potential route to direct biogas or biomethane energy to transportation sector. However, various factors along the life cycle of biomethane affect the GHG reduction potentials. Furthermore, the methodological selections have significant effects on the results. From economic perspective, there are factors related to different operators along the life cycle of biomethane, which are not encouraging biomethane use in the transportation sector. To minimize the greenhouse gas emissions from the life cycle of biomethane, waste feedstock should be preferred. In addition, energy consumption, methane leakages, digestate utilization and the current use of feedstock or biogas are also key factors. To increase the use of biomethane in the transportation sector, political steering is needed to improve the feasibility for the operators. From methodological perspective, it is important to recognize the aim of the life cycle assessment study. The life cycle assessment studies can be divided into two categories: 1.) To produce average GHG information of biomethane to evaluate the acceptability of biomethane use compared to fossil transportation fuels. 2.) To produce GHG information of biomethane related to actual decision-making situations. This helps to figure out the actual GHG emission changes in cases when feedstock, biogas or biomethane are already in other use. For example directing biogas from electricity production to transportation use does not necessarily lead to additional GHG emission reductions. The use of biomethane seems to have a lot of potential for the reduction of greenhouse gas emissions as a transportation fuel. However, there are various aspects related to production processes, to the current use of feedstock or biogas and to the feasibility that have to be taken into account.

Biopolttoaineiden ongelmat

Biopolttoaineilla on tärkeä rooli tulevaisuuden energiahuollossa. Biopolttoaineiden käyttöä pyritäänkin lisäämään monin keinoin. Ensimmäisen sukupolven biopolttoaineet ovat jo olleet aikansa markkinoilla ja toisen sukupolven polttoaineet ovat saapumassa markkinoille. Tässä työssä tutkitaan eri biopolttoaine vaihtoehtoja ensimmäisestä toiseen sukupolveen sekä tutkitaan niiden käytön ongelmia. Biopolttoaineiden käyttö on lisääntynyt huomattavasti viime vuosien aikoina, jonka myötä on tullut esiin monia ongelmia. Ongelmia aiheuttavat niin ilmastolliset, taloudelliset, teknologiset kuin valtapoliittiset asiat.

Biohiilen teknillistaloudelliset käyttömahdollisuudet meesauuneissa

Diplomityön tavoitteena oli tutkia biohiilen teknillisiä ja taloudellisia käyttömahdollisuuksia meesauunien polttoaineena. Suomessa meesauunit käyttävät polttoaineinaan yleensä maakaasua ja polttoöljyä. Näiden polttoaineiden käytön korvaamisessa ja vähentämisessä halvemmilla biopolttoaineilla on saatavilla suuret säästöt ja päästöjen vähennykset. Työssä keskityttiin erityisesti tutkimaan biohiilen mahdollisia polttotapoja, biohiilen polton tuottamien vierasaineiden määrää ja biohiilen käytön taloudellista kannattavuutta meesauunien polttoaineena. Työn pohjalta voidaan sanoa, että biohiilen käyttö meesauunien polttoaineena on mahdollista ja kannattavaa. Biohiiltä voidaan käyttää polttoaineena meesauuneissa samoilla polttotavoilla, mitä on käytetty sellu- ja sementtiteollisuudessa polttamaan biohiilen kaltaisia polttoaineita. Biohiilen polton tuottamien vierasaineiden määrä on samaa suuruusluokkaa kuin puun pölypolton tuottamien vierasaineiden määrä. Vierasaineiden pitoisuuksia voidaan hallita avaamalla kemikaalikiertoa. Biohiilen kanssa kilpaileviin puun pölypolttoon ja kaasutukseen nähden biohiilelle löydettiin etuja.

Thermal reactions of the major hydrocarbon components of biomass gasification gas

Gasification of biomass is an efficient method process to produce liquid fuels, heat and electricity. It is interesting especially for the Nordic countries, where raw material for the processes is readily available. The thermal reactions of light hydrocarbons are a major challenge for industrial applications. At elevated temperatures, light hydrocarbons react spontaneously to form higher molecular weight compounds. In this thesis, this phenomenon was studied by literature survey, experimental work and modeling effort. The literature survey revealed that the change in tar composition is likely caused by the kinetic entropy. The role of the surface material is deemed to be an important factor in the reactivity of the system. The experimental results were in accordance with previous publications on the subject. The novelty of the experimental work lies in the used time interval for measurements combined with an industrially relevant temperature interval. The aspects which are covered in the modeling include screening of possible numerical approaches, testing of optimization methods and kinetic modelling. No significant numerical issues were observed, so the used calculation routines are adequate for the task. Evolutionary algorithms gave a better performance combined with better fit than the conventional iterative methods such as Simplex and Levenberg-Marquardt methods. Three models were fitted on experimental data. The LLNL model was used as a reference model to which two other models were compared. A compact model which included all the observed species was developed. The parameter estimation performed on that model gave slightly impaired fit to experimental data than LLNL model, but the difference was barely significant. The third tested model concentrated on the decomposition of hydrocarbons and included a theoretical description of the formation of carbon layer on the reactor walls. The fit to experimental data was extremely good. Based on the simulation results and literature findings, it is likely that the surface coverage of carbonaceous deposits is a major factor in thermal reactions.

Evaluating land-use related environmental impacts of biomass value chains for decision-support : Comparison and testing of methodologies proposed for environmental life cycle assessment

Life cycle assessment (LCA) is one of the most established quantitative tools for environmental impact assessment of products. To be able to provide support to environmentally-aware decision makers on environmental impacts of biomass value-chains, the scope of LCA methodology needs to be augmented to cover landuse related environmental impacts. This dissertation focuses on analysing and discussing potential impact assessment methods, conceptual models and environmental indicators that have been proposed to be implemented into the LCA framework for impacts of land use. The applicability of proposed indicators and impact assessment frameworks is tested from practitioners' perspective, especially focusing on forest biomass value chains. The impacts of land use on biodiversity, resource depletion, climate change and other ecosystem services is analysed and discussed and the interplay in between value choices in LCA modelling and the decision-making situations to be supported is critically discussed. It was found out that land use impact indicators are necessary in LCA in highlighting differences in impacts from distinct land use classes. However, many open questions remain on certainty of highlighting actual impacts of land use, especially regarding impacts of managed forest land use on biodiversity and ecosystem services such as water regulation and purification. The climate impact of energy use of boreal stemwood was found to be higher in the short term and lower in the long-term in comparison with fossil fuels that emit identical amount of CO2 in combustion, due to changes implied to forest C stocks. The climate impacts of energy use of boreal stemwood were found to be higher than the previous estimates suggest on forest residues and stumps. The product lifetime was found to have much higher influence on the climate impacts of woodbased value chains than the origin of stemwood either from thinnings or final fellings. Climate neutrality seems to be likely only in the case when almost all the carbon of harvested wood is stored in long-lived wooden products. In the current form, the land use impacts cannot be modelled with a high degree of certainty nor communicated with adequate level of clarity to decision makers. The academia needs to keep on improving the modelling framework, and more importantly, clearly communicate to decision-makers the limited certainty on whether land-use intensive activities can help in meeting the strict mitigation targets we are globally facing.

Brazilian version of the Berg balance scale

The purpose of the present study was to translate and adapt the Berg balance scale, an instrument for functional balance assessment, to Brazilian-Portuguese and to determine the reliability of scores obtained with the Brazilian adaptation. Two persons proficient in English independently translated the original scale into Brazilian-Portuguese and a consensus version was generated. Two translators performed a back translation. Discrepancies were discussed and solved by a panel. Forty patients older than 65 years and 40 therapists were included in the cultural adaptation phase. If more than 15% of therapists or patients reported difficulty in understanding an item, that item was reformulated and reapplied. The final Brazilian version was then tested on 36 elderly patients (over age 65). The average age was 72 years. Reliability of the measure was assessed twice by one physical therapist (1-week interval between assessments) and once by one independent physical therapist. Descriptive analysis was used to characterize the patients. The intraclass correlation coefficient (ICC) and Pearson's correlation coefficient were computed to assess intra- and interobserver reliability. Six questions were modified during the translation stage and cultural adaptation phase. The ICC for intra- and interobserver reliability was 0.99 (P < 0.001) and 0.98 (P < 0.001), respectively. The Pearson correlation coefficient for intra- and interobserver reliability was 0.98 (P < 0.001) and 0.97 (P < 0.001), respectively. We conclude that the Brazilian version of the Berg balance scale is a reliable instrument to be used in balance assessment of elderly Brazilian patients.