Produktivitet och bränsleförbrukning för olika maskintyper vid flisning

Under 2022 använde värmeverk, kraftvärmeverk och skogsindustrin 17,1 TWh flis från stamved, grot och träddelar för energiändamål. Detta är den högsta förbrukningen av biobränslen från skogen sedan 2014. Trots denna utveckling finns en betydande potential att ytterligare öka utnyttjandet av skogsbränslen på ett hållbart sätt. Under 2022 användes 9,7 TWh grotflis, och i SKA22 bedömer Skogsstyrelsen att potentialen för grot från föryngringsavverkning är 24 TWh årligen fram till 2035. Då de skogliga biobränslena huvudsakligen har svenskt ursprung, utgör de en strategisk del av den svenska energiförsörjningen.

En huvudanledning till att potentialen inte utnyttjas är att lönsamheten i försörjningskedjan från skog till energianvändare är låg. De främsta orsakerna till den låga lönsamheten är höga hanteringskostnader och det relativt låga värdet på den producerade biomassan. I Sverige betalades ett högre pris för primära skogsbränslen under 2011 än under åren fram till 2022 på grund av konkurrens från andra bränslen, till exempel återvunnet trä och hushållsavfall. Därefter har energipriserna ökat snabbt på grund av den europeiska energisituationen. Kostnaderna i försörjningskedjan domineras av sönderdelnings- och transportkostnader, vilka ofta är beroende av varandra.

Det har genomförts många studier av olika typer av sönderdelningsutrustning, dels av flishuggar som använder vassa verktyg för att hugga virket till flis, dels av krossar som slår sönder virket till krossflis. Flishuggarna kan delas upp i trum- och skivhuggar, medan det finns en uppsjö av olika tekniska lösningar för krossar. Även om ett flertal sammanställningar av de publicerade studierna gjorts för att ta fram generella funktioner för produktiviteten hos olika typer av sönderdelningsutrustning, så utgör olikheter i hur den producerade mängden flis mätts i de inkluderade studierna en källa till osäkerhet.

Under perioden 2009 till 2016 genomförde Skogforsk en serie tidsstudier av sönderdelningsutrustning med en standardiserad metod där den producerade mängden flis vägdes och fukthaltsbestämdes. Vid studierna mättes även maskinernas bränsleförbrukning. Genom att lägga ihop datamaterialet från dessa studier kan en metaanalys av generella prestations- och bränsleförbrukningssamband göras. Utifrån dessa insamlade data kan energiinnehållet i den producerade flisen beräknas, vilket möjliggör analyser av energieffektiviteten i sönderdelningen, det vill säga hur stor del den förbrukade energin i sönderdelningen utgör i relation till energin i den producerade flisen.

Syftet med studien var att presentera funktioner för att beräkna produktivitet, bränsleförbrukning och energieffektivitet för professionell sönderdelningsutrustning baserat på typ av sönderdelningsutrustning, råvara och målfraktionen för den flis som produceras. Resultaten kan användas för benchmarking av sönderdelningsutrustning och systemanalyser av skogsbränsleförsörjning.

Resultat

Resultaten visar att skivhuggar är mer produktiva och mer bränsle- och energieffektiva jämfört med trumhuggar och krossar med samma motoreffekt vid flisning av stamved. Däremot tappar skivhuggarna i effektivitet och producerar flis av låg kvalitet vid flisning av grot och träddelar. Trumhuggarna är mer mångsidiga och producerar godtagbar flis från alla oförorenade skogsbränslen, även om bränsleförbrukningen är något högre vid flisning av stamved. Krossarna kan hantera alla typer av material, inklusive förorenade material som exempelvis stubbar, men bränsleförbrukningen är hög. Det analyserade materialet är dock så obalanserat att närmare analyser per maskintyp behövs.

För trumhuggar ökar produktiviteten när man producerar en grövre flis från stamved, det vill säga rötved, massaved eller träddelar (Figur 1), samtidigt som bränsleförbrukningen per producerat ton minskar. Detta förbättrar energieffektiviteten, det vill säga relationen mellan förbrukad energi och producerad energi minskar. Dessa samband återfinns inte vid sönderdelning av grot, antagligen eftersom fraktionsfördelningen i den producerade grotflisen beror mer på egenskaperna hos den grot som sönderdelas än av trumhuggens konfiguration. Generellt ger trumhuggar med en högre motoreffekt en något lägre bränsleåtgång per ton Ts än de med en lägre motoreffekt, vilket minskar andelen av energin i flisen som åtgår för flisningsarbetet.

De studerade krossarna hade en högre motoreffekt än huggarna, vilket är nödvändigt då mer energi åtgår för att krossa skogsbränslet till flis än för att hugga det. Krossarna hade en klart högre produktivitet vid krossning av stamved (rötved, massaved eller träddelar) än vid krossning av grot eller stubbar. Även om produktiviteten vid krossning av stamved och grot är relativt likvärdig med den för trumhuggar är bränsleåtgången avsevärt högre (Figur 1). För skogsbränslen som förorenats med mineraljord är dock krossar det bästa alternativet, då trumhuggarnas prestation sjunker och bränsleförbrukningen ökar när knivarna blir slöa.

Figur 1. Produktivitet, bränsleförbrukning och energieffektivitet för trumhuggar (vänster kolumn) vid flisning av grot och stamved till olika flisfraktioner, samt för krossar (höger kolumn vid flisning av grot, stamved och stubbar.

Det insamlade materialet var för litet för att ta fram funktioner för skivhuggarna. Även här ökade produktiviteten kraftigt då motoreffekten ökade. Vid flisning av rundved var produktiviteten hög, liksom fliskvaliteten. Produktiviteten var avsevärt lägre vid flisning av grot eller träddelar, och den producerade flisen höll inte en acceptabel kvalitet.

Fukthalten i det flisade materialet påverkade inte trumhuggarnas produktivitet nämnvärt och ingick därför inte i produktivitetsmodellerna. Däremot ökade bränsleförbrukningen med ökande fukthalt. Detta har, tillsammans med det faktum att den tillgängliga energin i den producerade flisen minskar med fukthalten, negativ effekt på energieffektiviteten. Den ökade bränsleförbrukningen kan vara en effekt av hur fukten påverkar skärkrafterna när flisen kapas, men också av det enkla faktum att fuktigare flis är tyngre och därför kräver mer energi för att slungas ut från maskinen. Det kan vara värt att notera att de flesta material som studerades hade lagrats, och att vedegenskaperna för ett fuktigt lagrat material inte är likvärdiga med egenskaperna för färsk ved med samma fukthalt.

Trädslagsblandningen i det flisade materialet påverkade varken produktiviteten eller bränsleförbrukningen nämnvärt. Detta beror förmodligen på två saker: 1) Mängden flis/skogsbränsle mättes i ton TS, vilket till stor del eliminerar effekten av olika veddensiteter, och 2) Det mesta av det flisade materialet utgjordes av blandningar dominerade av tall och gran med en viss inblandning av asp och björk. Andra lövträd var sällsynta i det studerade materialet.

I arbetsrapporten återfinns funktioner för att beräkna produktivitet, bränsleförbrukning och energieffektivitet för trumhuggar och krossar baserade på ursprungsmaterial, producerad flisfraktion, motoreffekt och fukthalt. Dessa funktioner är användbara till exempel som underlagsdata vid simuleringar, optimeringar och LCA-studier, men även vid jämförelser av olika maskinsystem och teknikval.