INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) Raffaele Spinelli, IVALSA & Johanna Routa, Luke (Editors) DEMO REPORTS 8-23 – D4.5 Dissemination Level Public X Restricted to other programme participants (including the Commission Services) Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services) Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services) DEMO REPORTS 8-15 – D4.5 14.8.2015 Preface Natural Resources Institute Finland (Luke) is coordinating a research and development project ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU – INFRES’. The project is funded from the EU’s 7th framework programme. INFRES aims at high efficiency and precise deliveries of woody feedstock to heat, power and biorefining industries. INFRES concentrates to develop concrete machines for logging and processing of energy biomass together with transportation solutions and ICT systems to manage the entire supply chain. The aim is to improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy consumption and the material loss during the supply chains. New hybrid technology is demonstrated in machines and new improved cargo-space solutions are tested in chip trucks. Flexible fleet management systems are developed to run the harvesting, chipping and transport operations. In addition, the functionality and environmental effects of developed technologies are evaluated as a part of whole forest energy supply chain. This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2012-2015] under grant agreement n°311881. In particular, Deliverable 4.5 reports about the demonstrations conducted between month 25 and month 36. During this period, contributors to Work Package 4 organized and performed 16 main demonstrations, as follows: stump drill in Finland; mountain technology (winch, forwarder, cable yarder and smart chipper) in Italy; energy wood terminal in Sweden; extra large chip truck in Sweden; Active drying in Finland; extra large chip semi-trailer with electronic steering in Finland; synthetic rope in Spain; multi-tree energy wood harvester in Austria; feller- bundler in Sweden; semi-Automated Process Analysis demonstration in Austria; large nine axle chip truck-trailer unit and the hybrid chipper in Finland; un-motorized full suspension carriage in Italy; transport logistic software demonstration in Germany; wood chip drying using biogas heat in Germany; synthetic cable for wood and biomass extraction in Spain; press Collector in Spain and terminal logistics demonstration in Sweden. Raffaele Spinelli & Johanna Routa Joensuu, August 2015 The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information contained therein. INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 1     DEMO REPORTS 8‐15 – D4.5 17.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  2    Title  Title  Author(s)  Johanna  Routa  ,Antti  Asikainen,  Juha  Laitila,  Jukka  Antikainen,  Robert  Prinz,  Mikko  Nivala,  Jiri  Gol,  Sami  Lamminen,  Yrjö  Nuutinen,  Raffaele  Spinelli,  Natascia  Magagnotti,  Carolina  Lombardini,  Johanna  Enström,  Henrik von Hofsten, Örjan Grönlund, Lars Eliasson, Dimitris Athanassiadis, Mikael Öhman, Dan Bergströn, Fulvio  Di Fulvio, Gernot Erber, Franz Holzleitner, Maximilian Kastner,  Josep M. Tusell,  Jordi Canals, Diego Almenar,  Judit Rodríguez, Isart Gaspà, Pere Navarro, Matti Tuukkanen, Matthias Dees, Juliana Walkiewicz, Eric  Jessup,  Jyrki Raitila, Matti Virkkunen, Francesca Ziller, Daniele Valentini, Kari Kokko, Petri Kaksonen, Jussi Suutarinen,  Janne Immonen, Esa Mononen & Lena Jonsson.  Abstract  The 16 demonstrations conducted within the third year expanded the work conducted earlier on within WP4  and allowed exploring the main trends already described back then with further tests on new machines.  The stump drill demonstrated in Finland showed that is possible to minimize soil disturbance during root wood  recovery, possibly relieving the strong concerns about heavy metal leaching. At the same time, minimum‐ impact root wood harvesting would prove suitable to the introduction of root recovery to selection cuts  (thinning or maturity harvest), where conventional root recovery techniques are not viable. The demonstrated  machine still needs some fine tuning, but the principle is proven and the technology is definitely viable.   The demonstrations organized in Italy and Spain showcased a number of new technologies for energy wood  recovery in mountain forest operations. These included: synthetic rope for forestry winches, a new high‐speed  forwarder for two‐stage extraction, a highly‐mobile tower yarder, an agile chipper trucks for constrained space  landings. These technologies are new to mountain operations and especially suited to the close‐to‐nature  forestry management traditionally adopted in the mountains. The environmentally‐friendly technologies shown  in Italy and Spain can help introduce residue harvesting to sensitive forest habitats, to the benefit of increased  financial sustainability.  Much work was also devoted to logistics. The extra‐large truck demonstrations conducted in Sweden and  Finland showed that special new trucks are a viable option to cut energy wood transportation costs and  decrease negative impacts on the environment and the traffic. Adoption of extra‐large trucks entails a  reduction in the number of loads needed to transport a given volume of energy wood, which will be beneficial  to other road users as the roads between the terminal and the CHP‐plant are heavily trafficked. The technical  challenges associated with maneuvering these large convoys on forest roads can be solved with an ETS  (Electronic Trailer Steering) system. This enables controlled hydraulic steering of the trailer’s rearmost axles, to  improve maneuverability and mobility in small forest roads. Equipping these machines (and regular trucks) with  air‐suspension systems offers additional benefits, such as a smoother ride for the driver and a weight scaling  solution. The air suspension gauge can be used by the driver to monitor the weight of the load in real time, thus  helping to maximize load size during chipping and make sure that the truck is always running with maximum  payload.   The demonstrations on logistics also covered inter‐modal transportation and the use of terminals for storage  and trans‐loading. A new terminal was investigated, with a triangular connection to the main track that enabled  trains coming from any direction to leave towards any chosen direction as well. The research associated to this  demonstration showed that in many instances the number of terminal is too large, and it would be rational to  merge terminals and locate them in strategically important places to create sufficient volumes for investments.  A further demonstration concerned the use of active drying. To reduce immobilization and weather  dependency, wood chips can easily be dried in driers connected to a heating plant. Investment and running  costs of a dryer determine how feasible such a drying method is as part of the wood fuel supply chain. Dryers  can be quite simple and be obtained by modifying old freight containers or barns.   The harvesting of small trees for energy use was demonstrated in Austria and Sweden, using a multi‐tree small‐ scale harvester head and a feller‐bundler. Both machines were designed to achieve the very same benefit:  increasing the bulk density of bunched whole‐trees, either by a cross‐cutting the bunches (multi‐tree harvester)  or by compacting and bundling the trees (feller‐bundler).   The numbers of these new demos showed a further progress in the capacity of INFRES to attract large  audiences. Three demonstrations counted over 100 participants, which was the record number obtained in the  second year and was registered only once. In fact, one of the demonstrations of this third year of activity  recorded 400 registered participants, witnessing to the ability now achieved by the INFRES partners in  conceiving, organizing and advertising their Demos.    Date  April  2015  Language  English  Pages  243 p.   Name of the project  INFRES ‐ INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU  (311881)  Financed by  European Commission – FP7 programme  Keywords  forest technology, demonstrations, stump harvesting, mountain forestry, logistics, harvesting of small trees  Publisher                                                                 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)     Robert Prinz, Mikko Nivala, Otto Läspä & Jiri Gol  Finnish Forest Research Institute    Demo report 8‐ Stump drilling demo in Finland – D4.5      Dissemination Level Public  X  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)      Joensuu, 26.08.2014      DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  1    Content    PREFACE ............................................................................................................................................................. 2  1  INTRODUCTION........................................................................................................................................... 4  2  MATERIALS AND METHODS ......................................................................................................................... 4  2.1  STUMP DRILLING HEAD ..................................................................................................................................... 4  2.2  STUDY STAND ................................................................................................................................................ 5  2.3  STAND CHARACTERISTICS .................................................................................................................................. 6  2.4  TIME STUDY ................................................................................................................................................... 6  3  STUDY RESULTS ........................................................................................................................................... 7  4  GENERAL EVALUATION ............................................................................................................................. 10  5  DEMO RESULTS ......................................................................................................................................... 11  6  ACKNOWLEDGEMENTS ............................................................................................................................. 11  REFERENCES ..................................................................................................................................................... 12                                  DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  2    Preface  Finnish Forest Research Institute (Metla) is coordinating a research and development project  ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU – INFRES’. The project is funded from the EU’s 7th framework programme. INFRES aims at high  efficiency and precise deliveries of woody feedstock to heat, power and biorefining industries.   INFRES concentrates to develop concrete machines for logging and processing of energy  biomass together with transportation solutions and ICT systems to manage the entire supply  chain. The aim is to improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy  consumption and the material loss during the supply chains. New hybrid technology is  demonstrated in machines and new improved cargo‐space solutions are tested in chip trucks.  Flexible fleet management systems are developed to run the harvesting, chipping and transport  operations. In addition, the functionality and environmental effects of developed technologies  are evaluated as a part of whole forest energy supply chain.  This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has  received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015]  under grant agreement n°311881.  This report describes the results of a stump drilling demonstration conducted in Finland. The  study and demonstration were organized by the Finnish Forest Research Institute (Metla) in  cooperation with SLU, IVALSA, Ellettari and a local entrepreneur in Western Finland, near  Evijärvi.    Robert Prinz, Mikko Nivala, Otto Läspä & Jiri Gol, Joensuu, August 2014      This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has received funding from the European  Union Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881.    The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the  European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information  contained therein.            DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  3    Title  Demo report 4‐ Stump drilling demo in Finland  Author(s)  Robert Prinz, Mikko Nivala, Otto Läspä & Jiri Gol  Abstract  The Ellettari stump drill mounted on New Holland excavator demonstrated in Finland represents an alternative  solution for stump harvesting of Scots pine (Pinus sylvestris) in peatland areas under Nordic winter conditions.  Under these circumstances, harvesting with conventional heavy‐duty machinery is difficult, calling for a  machine capable of pine stump extraction despite the frozen ground surface.   The tested and demonstrated method with innovative technology works under the given condition, however,  the machine will need certain technical updates to make the operation more reliable with the given conditions.  In general, the productivity of 2.8 solid m3/E0h without site preparation seems to be lower compared to other  methods. However, the limited amount of data collected within this trial does not allow making wider long‐ term conclusions.  Nevertheless, it was demonstrated that the new machine can offer the possibility to harvest formerly unutilized  stump biomass resources for energy, as postulated by the original project application.  Date  August 2014  Language  English  Pages  14 p.   Name of the project  INFRES ‐ INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU  (311881)  Financed by  European Commission – FP7 programme  Keywords  Stump drilling, Stump lifting, Productivity, Time Study  Publisher          DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  4    1 Introduction  As overall aim, INFRES concentrates to develop concrete machines for logging and processing of  energy biomass to improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy  consumption and the material loss during the supply chains. In addition, the functionality and  environmental effects of developed technologies are evaluated as a part of whole forest energy  supply chain. The increasing interest on extractives from Scots pine (Pinus sylvestris) stumps  and the increased biomass availability of forest energy to achieve the goal of 2020 are other  main overall targets (Anttila et al. 2014).   The conducted and described demonstration was organized in Western Finland, near Evijärvi.  The study and demonstration was organized by the Finnish Forest Research Institute (Metla) in  cooperation with SLU, IVALSA, Ellettari and a local entrepreneur. The former organized the  study layout, sites and the logistics, while the latter provided the technology. Ellettari S.P.L. was  the guest manufacturer, and IVALSA accompanied Ellettari in order to act as a liaison and assist  with communication.  The demonstration and trials were conducted on the 10th of April 2013 at a peatland site,  characterized by difficult accessibility under Nordic winter conditions. UPM Kymmene clear  cutting sites in the area of Western Finland close to Evijärvi and Lappajärvi were used for the  trials.    2 Materials and Methods  2.1 Stump drilling head  The machine on trial was the Ellettari stump drill. This machine was installed on a 22 tonnes  New Holland Kobelco E 200 SR excavator (Figure 1). The Ellettari drill was used with a diameter  of 40 cm. This drill was specifically designed for drilling of stumps, mainly with tractor based  machinery. Under the Finnish conditions, the drill was mounted to a New Holland excavator  which made mechanical adjustments, also of the hydraulic systems, necessary.         DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  5      Figure 1. Ellettari stump drill mounted on New Holland excavator in Finnish sites.     2.2 Study stand  In total, 7 plots with the size of 75 m x 20 m were prepared for the trial. Within each plot, all  stumps were tree species identified and marked. All stumps were given Cartesian coordinates  with the help of a Trimble GPS data collector and stump diameters were determined by cross  measurement in two directions (Figure 2).        Figure 2. Study preparation and plot set‐up.     Thereby, a total of 611 stumps (478 pine, 69 spruce, 63 birch and 1 other species) were  marked, however, due to technical reasons only a total of 49 stumps were considered for time  study analyses described in the following chapters.         DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  6    2.3 Stand characteristics  This chapter describes the stand characterisists utilized during the time study with the  described machinery. Therefore, a total of 49 stumps were considered for the calculation of the  processed stump volume (Figure 3). The average diameter of processed stumps was 24.4 cm  (Table 1).    Table 1. Characteristics of time study plot in the trial     Range Diameter of stumps on the plot (cm) 15 to 35 Average stump diameter on the plot (cm)  24  Volume of stumps on time study plot (l)  8 to 52  Average volume of stumps on the plot (l) 25 Number of lifted stumps on the plot  49  Number of stumps on the plot   80  Number of stumps per hectare  533   For the calculation of processed stump volumes, the dry mass for each extracted stump was  calculated. The function used for volume calculations was the following (Hakkila 1972):  ࢟ ൌ െ૛ ൅ ૙. ૙૜ૢ ൈ ࢞૛  whereby:  ࢟ = dry mass of Scots pine stump,kg  ࢞ = Stump diameter, cm    The conversion from dry mass to volume in cubic meters was calculated using the bulk density  of pine stumps of 476 kg/m3 for the proper stump according to Hakkila's definition (Hakkila  1975). The calculated total stump volume was then multiplied by 0.53 to represent the drilled  core of the stump without side roots. The core stump share of 53% for Scots pine was obtained  from Hakkila 2004. This method gives in principle the same results as a cylinder estimation  assuming a cylinder shape of the extracted stump with a cylinder length of 0.5 meters.       2.4 Time study  Time study material was collected using video recording and a subsequent analysis of material  using a continuous time study method. The A_TimeStudies application Version 1.03 (Ari Laurén)      DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  7    was used for the analysis of time elements. Cycle time was divided into the following elements  without overlaps between the elements:  – Moving base machine: excavator moving towards the stumps  – Crane movement: movement of excavator crane to navigate the drilling head into  drilling position  – Drilling: extraction head drilling  – Stump extraction: excavator crane movement after the drilling with removal of stump  from drilling head (hydraulic push of stump out from drilling head)  – Other: other time elements including delays related to unproductive work  Effective time consumption is the sum of all main work elements, as follows: moving of base  machine, crane movement, drilling and stump extraction.  3 Study results  The trial lasted approximately 2 hours, including transfers between plots, delays and  preparation, in total approximately 30 min of time study material was video recorded. During  this period the machine processed 53 stumps, although only 49 stumps were considered for  further analysis due to the breakdown of the machine. There were no significant differences  between the studied plots for what concerned stump diameter. The lifted stumps were pine:  other species could not be processed during the trial due to the machine breakdown (Figure 3).      Figure 3. Study and technology testing map included drilled stumps in plots 1 and 2 (part of  Figure 2).       DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  8      Figure 4. Pine stumps extracted with the Ellettari stump drill.     Table 2 shows the result of the volume calculations comparing different methods. For the  further analysis and calculation of productivity, results from the volume calculation were used  with a total harvested volume of 1.25 m3.          DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  9      Actual work represented 0.44 E0 hours. The average productivity (m3/Eoh) for this trial was 2.8  solid m3 of extracted stumps per hour, or 111 stumps per hour.   Figure 5 shows the breakdown of main work elements of the machine´s effective working time  in the time study conditions. Delays during the trial represented 0.6% of total worksite time  and were not considered in the further analysis of data. Delay times related to machine  breakdowns were not considered for the trial, as the trial did not continue thereafter.      Figure 5. Relative time consumption by main work elements of the machine´s effective working  time in the study conditions.    The function describing the time consumption of pine stump processing using the Elletari  stump drilling head as a function of stump diameter can be described as follows (see figure 6):  ࢟ ൌ ૟. ૠ૟૙ૠ࢞૙.૜ૠ૞ૡ  (R² = 0.40)  whereby:  ࢟ = stump processing time, s/stump  ࢞ = stump diameter, cm    moving of base  machine 10 % crane  movement 27 % drilling 48 % stump  extraction 15 %     DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  10      Figure 6. Time consumption (E0) of pine stump processing using the Elletari stump drilling head  as a function of stump diameter.      Due to the limitations of available data further statistical analyses and characterization of the  model were not conducted.  Fuel consumption was estimated by the operator at around 13 liters of Diesel fuel per working  hour, with the described machine set‐up.    4 General evaluation  The  machine  represents  an  alternative  solution  for  stump  harvesting  of  Scots  pine  (Pinus  sylvestris)  in  peatland  areas  under  Nordic  winter  conditions.  Under  these  circumstances,  harvesting with conventional heavy‐duty machinery is difficult, calling for a machine capable of  pine stump extraction despite the frozen ground surface.     The tested and demonstrated method with innovative technology works under the given  condition, but, the machine will need certain technical updates to make the operation more  reliable with the given conditions. It should be mentioned that the machine was Originally  designed for farm tractor or similar base machines, most likely the drill used was not designed  for the heavy vertical forces from an excavator, and that it was not designed for the high  hydraulic pressure that an excavator has. However, these results are also closely related to the  limited experience of the operator with this type of machine. Substantial productivity increases  are expected as a result of operator adaptation and learning. With a share of 48% of the total  effective working time the drilling of pine stumps has the highest potential to improve the  current extraction time with the system demonstrated. In general, the productivity of 2.8 solid  m3/E0h without site preparation seems to beon a similar level compared to a pine stump lifting  0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 50 60 70 Pr oc es in g t im e,  s/ st um p Stump diameter, cm     DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  11    study from Sweden for similar average stump diameters (Athanassiadis et al. 2011) and  approximately 25‐35% of the productivity achieved by other methods in spruce stump  extraction (Laitila et al. 2008, Kärhä 2012). The results during the conducted study are slightly  lower when comparing the results with a study shown by Skogforsk using a stump drilling  approach on mineral soil (von Hofsten & Nordén 2007). However, the limited amount of data  collected within this trial does not allow making wider long‐term conclusions. Nevertheless, it  was demonstrated that the new machine can offer the possibility to harvest formerly unutilized  stump biomass resources for energy, as postulated by the original project application.    5 Demo results  Despite all the efforts with the machine and technology, a demonstration to a wider audience  was not implemented due to the break‐down of the equipment. Instead, the demonstration  took place during the testing and time study of the used technology with five persons visiting at  the site during the drilling study. Overall, valuable feedback was collected during the  demonstration and testing.     6 Acknowledgements  The authors wish to thank the following people & organizations for their support with the study  and demo: Prof. Antti Asikainen, Dr. Juha Nurmi (Finnish Forest Research Institute), Prof. Tomas  Nordfjell, Mr.  Simon  Berg  (SLU),  Dr.  Raffaele  Spinelli  (IVALSA), Mr.  Ellettari  (Ellettari  S.R.L.),  UPM Kymmene and entrepreneur Paavola.     The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh  Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881. The sole  responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect  the opinion of the European Communities. The European Commission is not responsible for any  use that maybe made of the information contained therein.      DEMO REPORT 8    10.12.2014   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  12    References  Anttila, P., Nivala, M., Laitila, J., Flyktman, M., Salminen, O. & Nivala, J., 2014. Metsähakkeen  alueellinen korjuupotentiaali ja käyttö vuonna 2020. Metlan työraportteja / Working Papers of  the Finnish Forest Research Institute 313. 55 s. (In Finnish)  Athanassiadis, D., Lindroos, O., Nordfjell, T. 2011. Pine and spruce stump harvesting  productivity and costs using a Pallari KH 160 stump‐lifting tool. Scand. J. For. Res 26: 437‐445.  Hakkila, P., 2004. Puuenergian teknologiaohjelma 1999‐2003 (Wood energy technology  programme 1999‐2003). Loppuraportti. Teknologiaohjelmaraportti 5/2004. 135 p. (In Finnish)  Hakkila, P., 1975. Kanto‐ ja juuripuun kuoriprosentti, puuaineen tiheys ja asetoniuutteitten  määrä. Folia Forestalia 224. 14 p. (In Finnish)  Hakkila, P., 1972. Mechanized harvesting of stumps and roots. A sub‐project of the joint Nordic  research programme for the utilization of logging residues. Communicationes Instituti  Forestalis Fenniae 77, pp. 1‐71.  Kärhä, K. 2012. Comparison of Two Stump‐Lifting Heads in Final Felling Norway Spruce Stand,  Silva Fennica 46(4): 625‐640.  Laitila, J., Ranta, T., Asikainen, A. 2008. Productivity of Stump Harvesting for Fuel, International  Journal of Forest Engineering 19(2): 37‐47.  von Hofsten, H. & Nordén, B. 2007. Stubbfräsen‐ en anorlunda metod att lyfta stubbar.  Skogforsk Resultat Nr.18 2007. 4 p. (In Swedish)                                                                 INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Finnish Forest Research Institute (METLA), Finland  antti.asikainen@metla.fi, johanna.routa@metla.fi                    Researcher Robert Prinz  Finnish Forest Research Institute (METLA), Finland  robert.prinz@metla.fi                                                               INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)     Raffaele Spinelli, Natascia Magagnotti & Carolina Lombardini  CNR IVALSA    Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests –D4.5    Dissemination Level  Public  X Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)      Firenze, 07.09.2014          Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   1   1 CONTENT: 2  PREFACE ..................................................................................................................................................... 2  3  INTRODUCTION........................................................................................................................................... 4  4  SYNTHETIC CABLE ....................................................................................................................................... 5  5  CABLE YARDING .......................................................................................................................................... 6  6  FORWARDING ............................................................................................................................................. 7  7  SMART CHIPPER .......................................................................................................................................... 9  8  CONCLUSIONS ........................................................................................................................................... 10  9  ACKNOWLEDGEMENTS ............................................................................................................................. 11                          Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   2   2 Preface  Finnish Forest Research Institute (Metla) is coordinating a research and development project  ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU – INFRES’. The project is funded from the EU’s 7th framework programme. INFRES aims at high  efficiency and precise deliveries of woody feedstock to heat, power and biorefining industries.   INFRES concentrates to develop concrete machines for logging and processing of energy  biomass together with transportation solutions and ICT systems to manage the entire supply  chain. The aim is to improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy  consumption and the material loss during the supply chains. New hybrid technology is  demonstrated in machines and new improved cargo‐space solutions are tested in chip trucks.  Flexible fleet management systems are developed to run the harvesting, chipping and transport  operations. In addition, the functionality and environmental effects of developed technologies  are evaluated as a part of whole forest energy supply chain.  This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has  received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015]  under grant agreement n°311881.  This report describes the results of an articulate demonstration on the recovery of forest  biomass (residues) in mountain operations. The demonstration was organized in Italy by CNR,  Pezzolato and Valentini, with the support of other Italian partners, including the Regione  Veneto, the regional Loggers Association and a local SME (Bernardi Macchine), which saw the  merit of the initiative and joined it their own cost. The demonstration was held on August 29  and 30 2014, at Malga Mezzomiglio near Farra d’Alpago in the Belluno Province (Northeastern  Italian Alps).    Raffaele Spinelli, Natascia Magagnotti & Carolina Lombardini  Firenze, August 2014      This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has received funding from the European  Union Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881.    The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the  European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information  contained therein.            Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   3   Title  Demo report 9‐ Forest biomass recovery in Alpine forests  Author(s)  Raffaele Spinelli, Natascia Magagnotti & Carolina Lombardini  Abstract  CNR organized a demonstration on the recovery of forest biomass (residues) together with Pezzolato and  Valentini. The demonstration was joined and supported also by other Italian partners, including the Regione  Veneto, the regional Loggers Association and a local SME (Bernardi Macchine), which saw the merit of the  initiative and joined it on their own cost. The demonstration was held on August 29 and 30 2014, at Malga  Mezzomiglio near Farra d’Alpago in the Belluno Province (Northeastern Italian Alps). The demonstration  showed a range of innovative equipment at work in a typical Alpine forest. The technologies on show were: a   tractor winch equipped with synthetic cable; the new Valentini cable yarder with remote‐controlled chokers;  the Pezzolato smart chipper; the newest Alpine forwarder developed by Bernardi in Italy, equipped with a  biomass cradle specifically designed for the extraction of forest residues; an innovative forestry trailer for farm  tractors, also deployed for the extraction of forest residues. The demonstration was visited by 380 registered  participants, including 2 reporters for the Italian and French press. Just before the demonstration and during its  preparation, data were collected for estimating the benefits of the on‐board moisture‐meter installed on the  Pezzolato smart chipper. Measurements clearly showed the advantages of the new device and prompted a new  study campaign to further improve its accuracy.      Date  September 2014  Language  English  Pages  14 p.   Name of the project  INFRES ‐ INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU  (311881)  Financed by  European Commission – FP7 programme  Keywords  Chipping; Forwarding; Moisture content; Yarding; Cable extraction  Publisher          Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   4   3 Introduction  On August 29 and 30 a new forest machine demonstration was held in Northeastern Italy, with  the purpose of showcasing new technologies for Alpine logging operations.   The demonstration was organized by a CNR, Pezzolato and Valentini, with the support of other  Italian partners, including the Regione Veneto, the regional Loggers Association (COGEFOR) and  a  local SME  (Bernardi Macchine), which  saw  the merit of  the  initiative and  joined  it on  their  own cost.   Synergy  was  developed  with  another  important  EU  project,  namely:  Manfor  CBD  (www.manfor.eu). This was obtained through the direct  involvement of Regione Veneto, who  are  one  of  the  Italian  partners  for  MANFOR.  As  a  result,  resources  and  address  lists  were  pooled, to the benefit of a larger and more visible initiative (Figure 1).       Figure 1. The banner with the logs of all organizers and sponsors of the demonstration.    The  program  was  geared  to  attracting  primarily  active  loggers,  forest  owners  and  certified  foresters, making sure that the focused remained on cost‐effective forest biomass technology.  For  this reason,  the event spanned over  two days – Friday and Saturday –  to make sure  that  loggers had an opportunity to visit the worksite over the festive day. That must have worked,  because  the  registered  participants were  close  to  400, which  is  the  highest  attendance  yet  recorded in Italy for a focused Demo. Participant came from all of Northern Italy, and also from  neighboring Austria and Slovenia (Figure 2). Part of this large success was probably due to the  good choice of  the demo site and the strong technical content of the program.   The demo was run inside a real logging site, where a 130 year‐old, over‐mature silver fir (Abies  alba L.) stand had been targeted for a selective regeneration cut, aimed at removing the aged  fir and make space for the beech advanced regeneration, as in the typical beech‐fir succession.  Most  of  the  stand  grew  on  steep  terrain,  and  therefore  extraction was performed by  cable  yarding.  However,  part  of  the  crop  grew  on  moderate  slopes,  which  also  allowed  some  forwarding.  Therefore,  the  Demo  program  included  five  separate  stops,  all  at  actual  work  stations near the main forest road, where COGEFOR loggers were busy extracting their wood.       Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   5       Figure 2. An image from the demo (Friday 29th August, morning).      4 Synthetic cable  First  of  all,  the  public  observed  a  two‐man  crew winching  trees with  a  Fendt  farm  tractor,  equipped with the new Bernardi B 850 EH winch (Figure 3). Bernardi have been selling winches  for many years now, but the new line is entirely built at their new facility, which allows better  control on product quality. The new winches are characterized by an innovative gear reduction  in a  sealed  transfer box and a patented cable  spooler, designed  for maximum  simplification.  The winch was  fitted with  the  same Amsteel Blue  synthetic  cable used by CNR  for  repeated  testing over the past 10 years, with the purpose of showing the durability of the new material,  when properly handled. At  the end of  the demo,  the public could stop and handle  the cable  themselves, while CNR experts explained pros and cons of the new synthetic cable. Large trees  were cross‐cut and partly delimbed  in  the stand  in order  to  reduce damage  to  residual  trees  during  extraction.  However,  whole  tops  were  winched  to  the  roadside,  which  were  then  collected by a farm tractor with a forestry trailer and moved to the chipper.            Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   6     Figure 3. Winch equipped with synthetic cable mounted on a farm tractor.  5 Cable yarding  Further ahead the new Valentini V600/1000 M3 B10 tower yarder was stationed, operated by a  two‐man crew. The new machine  is mounted on a tracked carriage and features a  larger new  engine and  re‐designed drums, which are now equipped with a  store  section, where unused  cable  is accumulated  in order to reduce cable wear and maximize mainline pull (Figure 4). On  most yarders, a  store  section  is only available on  the  skyline drum, not on  the mainline and  haulback  drums.  In  contrast,  this  new  Valentini  design  offers  store  sections  on  all working  drums,  to  the benefit of  lower maintenance and stronger pulls.  In  its basic configuration, the  new machine offers 1000 m skyline in the 22 mm swaged version, and a maximum mainline pull  of 56 kN. The machine on show was also equipped with radio‐controlled chokers,  in order to  make unloading faster and safer.      Figure 4. The compact V 600 track‐mounted yarder being loaded on its transport.      Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   7       6 Forwarding  A further demo site was devoted to forwarding of  logs and forest biomass. Working on close‐ loop trail, visitors could observe the new Alpine Forwarder, produced  in  Italy by Bernardi and  demonstrated  here  for  the  first  time  (Figures  5  and  6).  It was  however  visible  at  Interforst  exhibition this year, but not at work.   The new machine  is an 8‐wheel model, with a 12‐t  load capacity.  It  is powered by 6 cylinder  IVECO engine, delivering a maximum power of 180 kW (248 PS) through a classic Sauer‐Danfoss  hydrostatic  transmission.  What  is  more,  the  new  6‐liter  engine  is  Tier  IVi‐compliant,  and  satisfies the stricter emission regulations that will be enforced in the next coming years.  Bernardi are certainly planning ahead, because their new machine is built on a cell designed to  satisfy  future  specifications,  not  just  current  ones. Not  only  the  engine  complies with  strict  future  regulations, but  the  solid  structure  is already designed  for  future upgrades. The  solid  frame  is built on 20 mm‐thick steel plate, and  it may be extended and  fitted with  the  larger  1500 mm  inter‐axle bogies,  instead of  the current 1300 mm  inter‐axle model  (all  sourced at  NAF). The sturdy frame is quite heavy, which makes the machine very stable, despite its short  2.47 m maximum width. That clearly showed during  loading, when the empty machine frame  did not budge an inch, as the loader lifted heavy fir logs. Machine width is limited within 2.5 m  in order  to make  it road‐legal,  thus enabling  independent relocation between work sites. For  this reason, the Bernardi forwarder features a new gear box, allowing a maximum road speed  of 40 kph. The specimen on show  in August carried an  Italian‐made  ICAR  loader, but the new  machine accepts a wide  range of  forestry  loaders, according  to  customer  specifications. The  forwarder  was  demonstrated  with  its  detachable  biomass  metal‐sheet  cradle,  designed  to  contain bulky branch loads and prevent dropping branches when moving forest residues along  public roads.      Figure 5. The Bernardi forwarder loading forest residues during the Demo        Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   8     The  new  forwarder  was  shown  alongside  with  a  160  kW  (118  PS)  Massey‐Ferguson  farm  tractor,  equipped with  an hydrostatic  transmission  forestry  trailer. That  is  an older Bernardi  design, which has pushed the capability of forestry trailers to their upper limits.   Now dating about 10 years, this older design consists of a sturdy trailer structure fitted with a  pair of NAF bogies  in the 1300 mm  inter‐axle class. Power  for the bogies  is sourced  from the  tractor power take‐off, which connects to a variable‐displacement hydraulic pump. In turn, the  pump powers a hydraulic motor, connected to the bogies through the classic transmission shaft  and differential box.         Figure 6. The farm tractor‐forestry trailer unit with a load of forest residues.    Basically, the Bernardi forestry trailer is just a forwarder rear train, connected to a farm tractor.  The difficult part is to coordinate the separate transmissions of the two units: hydrostatic trailer  in the rear and mechanical tractor in the front. That is done through a patented system, where  sensors on the tractor and trailer wheels read the respective speeds and send this information  to a microprocessor, which acts on the hydrostatic pump plate in order to adjust the speed of  the  trailer bogies. A dedicated  software allows manipulating  trailer  speed,  so  that  the driver  can  increase or reduce trailer speed relative to tractor speed, when that may help  improving  machine mobility. Typically,  trailer speed  is  reduced during downhill movements, so  that  the  loaded trailer “holds” the tractor, contributing to machine stability. In contrast, trailer speed is  increased  on  uphill  grades,  allowing  the  trailer  to  “push”  the  tractor  uphill  and  improve  its  mobility. The hydrostatic trailer is road‐legal and approved for a 14 t gross weight, which leaves  an 8 t payload, after discounting 6 t for the trailer own weight (including the loader). The trailer  project was used by Bernardi as a  launch pad for their forwarder, because  it allowed them to  gain  substantial  experience  with  hydrostatic  transmission  design,  construction  and  maintenance. Over the past 10 years, the Bernardi hydrostatic trailer has met with remarkable  success  among  Italian  loggers  and  is  still  one  of  their  top  products.  This machine was  also  demonstrated while moving forest residues.        Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   9   7 Smart chipper  Besides handling heavy  logs, both  the  forwarder  and  the  tractor‐trailer unit delivered  forest  residues  to  the Pezzolato smart chipper, an  innovative chipper‐truck specifically designed  for  mountain operations. In this new machine, a massive Pezzolato drum chipper (width 1200 mm,  diameter 820 mm) is mounted on a compact MAN truck and is powered by the 412 kW (560 PS)  engine of  the  truck  itself. The  truck  features  a 6x6  transmission  and  a  reduced width  (2300  mm),  which  allows  trafficking  narrow  low‐standard  roads.  The  goal  is  to  take  a  highly  productive  industrial  operation  as  close  as  possible  to  the  forest,  despite  the  challenging  conditions  of  mountain  road  networks.  The  smart  chipper  is  equipped  with  a  number  of  innovative devices, including disposable knives, swing‐away counter‐knife and a new on‐board  moisture meter.       Figure 7. The smart chipper demonstrated at Farra d’Alpago.    Tests were conducted just before the Demo in order to gauge the measurement error incurred  by  the on‐board moisture meter,  as well  as  the  sampling  errors  incurred with both  the on‐ board and  the  conventional method. To  this end, 20  samples were  collected  from each of 9  loads. Sampling was performed by a  researcher, who collected 1 kg of chips  from under  the  chipper  discharge  at  1  minute  intervals.  The  corresponding  moisture  meter  readings  were  collected and associated with each sample. The samples were then taken to the laboratory and  their moisture content was determined with extreme accuracy, using the gravimetric method.  Normally,  one  sample  is  taken  from  each  load,  and  its  moisture  content  is  accurately  determined with the gravimetric method. However, such standard procedure incurs a very high  sampling error, because the whole load is represented by one sample only – however carefully  that  can  be  taken.  The  hypothesis  is  that  by  representing  each  load  with  one  single      Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   10   measurement one risks to incur a very high sampling error, which can be gauged by comparing  the  two  extreme measurements  in our 20  samples.  In  contrast, by multiplying  the  sampling  interval  through  the on‐board moisture meter, one may  incur  relatively  small measurement  and sampling errors. The results of this preliminary test are reported in Table 1.    Table 1. Sampling and measurement errors for the on‐board moisture  meter                    This preliminary test showed that the measurement error introduced by the on‐board moisture  meter  is  much  smaller  than  the  reduction  in  sampling  error  achieved  through  intensified  sampling. Normally, the moisture content of a chip load delivered at the plant is determined on  a single sample, which entails a sampling error between 20 and 100% In contrast, the on‐board  moisture meter allows multiplying the number of samples, drastically reducing sampling error.  As  a  result, on‐board moisture meter  readings  can deviate between 5  and 20% off  the  real  value  as  the  combined  result  of  measurement  and  sampling  errors,  with  a  potential  improvement over current practice. That may offer significant benefits in terms of supply chain  optimization. Further  test campaigns have been planned  for  the coming Autumn,  in order  to  better gauge the potential of this new device, and to produce more accurate calibration curves,  which will further enhance its accuracy.     8 Conclusions  As required by law and good practice, all work stations were enclosed with red‐and‐white tape,  and the public could enjoy the Demos in absolute safety. A whole tour lasted about one and a  half hour, including all explanations. CNR researchers conducted two tours per day, one in the  morning and the other in the afternoon. Between tours, ad‐hoc demos were conducted, often  on demand. At the centre of the Demo area the organizers adapted the local hunters’ hut into a  comfortable  rest  station, where  visitors  received  free  food  and  beverages.  Each  participant  received  a  bag  containing  machine  descriptions,  brochures  and  the  INFRES  flyer.  Informal  chatting with visitors provided much positive feedback, and so did the correspondence with the  Load  Error % Error % Error % #  Control Humimeter Humimeter   Sampling Sampling Measurement 1  30  13  11  2  60  9  36  3  105  18  5  4  21  21  10  5  21  21  17  6  22  22  11  7  72  6  3  8  57  10  8  9  90  9  7      Demo report 9 ‐ Forest biomass recovery in Alpine forests – WP4 D4.5 10.12.2014   11   other  organizers  after  the  Demo,  since  all  were  quite  enthusiastic  and  many  suggested  to  repeat the initiative on a regular basis. It may be safely stated that the Demo in Farra was very  successful,  thanks  to  the  synergy developed within  the organizing group and  the very dense  technical content, which covered some of the main new trends in mountain logging operations.  The rapid development of the bioenergy sector and the increasing demand for biomass fuel has  made forest biomass a very important subject, capable of attracting forest owners and logging  contractors alike. That  is  clearly  shown  in  the attendance  list, where  these  two professional  profiles represnet a clear majority. Most of the participants had already heard about some of  the proposed  innovation  (e.g.  synthetic  cable,  radio‐controlled  chokers  and  forwarders), but  they had no direct experience of that. On the other hand, few have ever heard about chipper‐ trucks or on‐board moisture metering. For  this  reason,  the Demo was  instrumental  in  raising  awareness of the technical options available for biomass recovery under mountain conditions,  and may  favour  the modernization a sector  that  is strategic  in  terms of  local development  in  mountain  regions. With  this  goal,  INFRES  collaborated with  the  local  and  regional  actors  in  order to achieve a strong synergistic effect, so as to reach the largest possible audience at the  lowest cost.  9 Acknowledgements  The authors wish  to  thank  the  following people & organizations  for  their support with  the demo  and the study: Dr. Antonio Bortoluzzi (COGEFOR) and Mr. Lorenzo De Col (COGEFOR); Dr. Antonio  Carraro and Dr. Maurizio Dissegna (Regione Veneto); Mr. Giancarlo Bernardi, Raffaele Bernardi and  Luca Bernardi  (Bernardi Macchine);  Ing.  Ilario Valentini  (Valentini  Snc); Mr.  Stefano  Laugero  and  Daniele Bertoglio  (Pezzolato  SpA);  the  volunteers of  the  Local Associazione Nazionale Alpini;  the  municipality of Farra d’Alpago.         The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh  Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881. The sole responsibility  for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the  European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made  of the information contained therein.                                                                  INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Finnish Forest Research Institute (METLA), Finland  antti.asikainen@metla.fi, johanna.routa@metla.fi                Contact information for this publication     Raffaele Spinelli  CNR IVALSA  Via Madonna del Piano 10  I‐50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy  Phone: +39 055 5225641  E‐ ‐mail: spinelli@ivalsa.cnr.it       INFRES  –  Innovative  and  effective  technology  and  logistics  for  forest  residual  biomass supply in the EU (311881)    Johanna Enström, Örjan Grönlund (Skogforsk)  Dimitris Athanassiadis, Mikael Öhman (SLU)    Demo Report 10 – Success factors for  forest fuel terminals – D4.5    PHOTO: Stockarydsterminalen    Dissemination Level    Public  X  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)   Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)    Uppsala, September 1, 2014 Demo Report  10 – Success factors for forest fuel terminals      9.12.2014 2   1.  Introduction Southern Sweden was hit by two major storms in 2005 and 2007, respectively. These storms caused massive windfalls  and the timber had to be stored until the industry could process it. This caused a significantly increased use of terminals  and consequently an increased number of terminals for forest biomass storing and refining. Many terminals for storage  of storm wood became permanent. Storing forest biomass for energy at a terminal can also enable long‐distance  transport by rail in case the terminal has a railway connection. Such terminals play an important role in facilitating  business between regions. Storage and comminution at sending terminals also offer a solution to the problem of lack of  storage space and environmental restrictions at the recipients. With an increasing number of large customers in the  market more cost effective logistics solutions for terminal handling and railway transportation are demanded.  Approximately 30% of forest fuel in Sweden passed through some sort of terminal 2011 (Eriksson 2012).   Open terminals, owned by logistics companies for the handling and storage of goods, have long been a well‐known  phenomenon, but when it comes to forest products open terminals have been few in Sweden. However, in resent years,  some open terminals have been very successful. This fact, along with structural changes in Sweden such as new  regulations for measurements of forest fuel, have triggered a need to find out more about what makes a terminal  successful. A review of the current terminal structure for handling forest fuel was also required.  The study, from which results were shown during the demonstration, was carried out in cooperation between Skogforsk  and SLU. The study consists of an interview part and a map analyze. Thirteen respondents representing different  companies participated in the interview study. One of them were Stockarydsterminalen AB where the demonstration  was held. The company runs an open railway terminal for forest products in South Sweden (figure 1) since 2008. Around  200 trains are loaded at the terminal yearly. The establishment is an efficient terminal for forest fuel that is continuously  developing.   The aim of the demonstration was to spread knowledge and good practice about terminals for forest fuel by showing a  successful terminal and presenting the results of the study.     Figure 1. An overview of Stockarydsterminalen. The left track belongs to Stockarydsterminalen AB and the right to Stora  Enso. The ditch in the middle separates the two parts. A triangular track is visible at the top of the photo and a  measuring station that is used to measure incoming materials is seen at the bottom. PHOTO: Stockarydsterminalen AB.  Demo Report  10 – Success factors for forest fuel terminals      9.12.2014 3   2. Materials and Methods Structured in‐depth interviews were held with respondents from 5 forestry companies, 4 energy companies and 4  logistic companies (who were running open terminals). Each interview took between 2‐3 hours. The interviews  concerned the following matters:  • What factors lie behind successful establishment of terminals?  • When is it advantageous to own a terminal, and when is it better to make use of an open terminal?  • What do forestry companies think about their ownership of terminals?  The study also contained the question:   What are the possibilities for new establishments of terminals for forest fuel (possibly in combination with other  products) and if so, which regions would be of highest interest?   The fourth question were tackled by a geographical analyse comparing the catchment areas of existing terminals with  locations of forest resources in Sweden. The amount of logging residues and stumps that could potentially be available  within 75 km of existing forest fuel terminals was calculated in order to identify areas for establishing new terminals.  The calculation was based on the amount of logging residues and stumps falling out as a result of regeneration felling  carried out in the reference (Business as usual) scenario in SKA ‐VB 08 for the period 2010 ‐ 2019. The potentials used  are after deductions for ecological, technical and economic restrictions (Skogsstyrelsen 2008; Athanassiadis et al. 2009).   A separate availability‐analysis were made for terminals with access to railroad.  The demonstration of results were organized as an open exhibition at the terminal in Stockaryd parallel to the World  Bioenergy conference, held by Svebio (the Swedish Bioenergy Association) in Jönköping June 3‐5 2014. At the exhibition  on the terminal posters presenting results from the project, Infres as well as hand outs could be found. On the 3rd of  June a bus‐tour from the World Bioenergy conference was organised together with Svebio and oral presentations of the  results was made at the terminal. The demo in Stockaryd was advertised on the Stockaryd terminals webpages and the  bus tour was advertised in the programme of the World Bioenergy conference.         Demo Report  10 – Success factors for forest fuel terminals      9.12.2014 4   Results & Discussion  Location was clearly chosen as the most important success factor by all respondents and also by literature (Anon. 2006;  Bergqvist et al., 2007). It is closely related to the volume passing through the terminal. A larger forest fuel terminal for  seasonal storage holds around 50 000 – 100 000 m3 of chipped material, but a railroad terminal with big investments  must revenue that volume many times per year. Still, seasonal storage are often requested by the terminals customers  (normally forest companies). At Stockarydsterminalen this contradiction between high revenue and long time storage  has been solved by offering customers a long time storage space nearby the loading terminal. This area is also suitable  for chipping operations.   The criterions for a good location can vary depending on the purpose of the terminal and the view of different  respondent groups (figure 2). Locations close to forest resources create value by making onward transport and  comminution more efficient, while location close to industry allows joint utilization of resources and possibly return  transports. For the energy companies, control and proximity to their own furnaces is most important. Therefore a  location close to the energy plant is preferred by this group. For some logistic companies, access to railroad remained  the base of their entire business model, but also forest companies that didn’t have present use for railroad valued  railroad access as strategically important. The aspect of strategic localization between forestry resources and customers  were mentioned, since terminals lengthen road transports if they are not optimally located in the supply chain. Figure 2  describes the different strategies for localization conceptually.     Figure 2. The orange boxes at the top describe different purposes for a terminal and the blue boxes below describe the  different strategies for localization. The left column represents the view of ether a logistic company or a forest company.  The middle column represents the view of a forest company with an own industry to supply. The right column represents  a common view of an energy company.     Four additional success factors are listed below. The comparative importance between them could not be determined  from the study.    Facilities for measurements, such as scale for trucks, a measuring bridge or a drying oven. New requirements for  measuring chipped material necessitates new technology, collaboration or merging of smaller terminals.   Asphalt surface for chips handling is an important factor for ensuring quality by avoiding contaminants such as  stones or gravel. However, chipped material is sometimes handled on gravel surfaces since end‐customers rarely  demanding or paying extra for chips stored on asphalt.     Skilled, flexible and customer‐oriented personnel is an aspect frequently mentioned by the logistic companies  running open terminals where forest companies are customers.   Efficient onward transport. Efficient comminution. Seasonal storage. Control over stock. Direct delivery to boiler. Control over mix of material to the boiler. Storage for specific customer. Cooperation around measurement facilities. Return transports. Close to the forest resources. Access to good infrastructure. Away from built-up areas. Close to the customer (in many cases an industry with the same owner). Close to the energy plant.     Demo Report  10 – Success factors for forest fuel terminals      9.12.2014 5    Good internal logistics and order on the terminal is important for many reasons. Old material should not be locked  in by new, drivers should easily find their way to the right location on the terminal, cautions against fires should be  taken and rail road loading should be organized in order to minimize loading time with available resources. This was  also mentioned by Enström & Winberg (2009). Some of the open terminals used signs and marked up spaces very  effectively to help the drivers and avoid mixing of materials.         All forest companies described terminal use in general as a necessary evil. But railroad terminals enabling new  possibilities for business were exceptions from this opinion. Several forest companies mentioned that they want to stop  using smaller terminals, especially in regions far from costumers and instead deliver more material directly to customer.  In worst case, they had terminals located in the wrong direction with respect to the customer which cause unnecessary  transport of the biomass. Such terminals were naturally the least wanted.   The map analysis showed that approximately 95 % of the Swedish forest fuel were to be found within the catchment  areas of existing terminals. It also showed that 65 % of the fuel resources were found within the catchment area of a  railroad terminal, although there are no guaranties that the listed terminals have suitable conditions for chips handling.       3. General evaluation Both the interviews and the map analysis indicate that forestry companies often use too many terminals. The map  analysis showed that approximately 95 % of the Swedish forest fuel were to be found within the catchment areas of  existing terminals. It should be noted that many of the terminals are owned by a specific forest company and they may  not grant other companies access to it. Hence the real coverage might be lower if we consider actual accessibility to a  terminal. But since most of the raw material are not passing through a terminal at all, it is likely to believe that there are  actually too many terminals, at least in some regions. This conclusion is also supported by the interviews.   Consequently, new initiatives would primarily involve mergers of terminals to strategically important places (often with  railroad connection) to create sufficient volumes for investments.    Railroad terminals are rarely built for fuel handling alone. In most cases timber is the main product and forest fuel may  be stored where there is capacity. But in order to create an efficient internal logistic one should be aware that moving  chips is costly and that a good plan when material arrives could minimize the total driving distance and increase the  total profit of the terminal (Enström & Winberg 2009, cf. figure 3). The configuration of tracks at the terminal also  effects the shunting cost (cf. Frosch & Thorén 2010). The terminal in Stockaryd has a triangular connection to the main  track that enables trains that come from any direction to leave in any chosen direction as well (figure 4). Trains can  easily turn around there. The loading track is 550 m which is normally long enough for a full train to be loaded. The  electrification goes all the way to the loading track. These factors are important for the terminals attraction of  customers. They also prioritize service and try to offer more than just train‐loading services       Demo Report  10 – Success factors for forest fuel terminals      9.12.2014 6         Figure 3. General sketch over a combined terminal for forest products. There are loading space on both sides of the track  which enables short driving distances. Electrification goes all the way to the terminal and ends by the two dots in the  sketch so the train (with electric engine) can reverse onto the loading track without the need for a diesel engine.                   Figure 4. A triangular track connects the terminal in Stockaryd with the main track (named Södra stambanan). The  picture is taken from the terminal looking in the direction of Södra stambanan.  PHOTO: Stockarydsterminalen        Demo Report  10 – Success factors for forest fuel terminals      9.12.2014 7   4. Demo results The poster exhibition were shown at the terminal in Stockaryd June 3rd to5th, and during this time there was 95‐100  visitors according to the staff at the terminal. In addition to the poster exhibition several manufacturers of equipment  demonstrated products aimed at terminal handling and biomass comminution at the terminal (figure 5). The visitors at  the World Bioenergy conference were fewer than expected and even tough the bus tour were well announced it was  competing with 3 other tours and several indoor sessions. Thus, only one person showed up for the bus‐tour from  World Bioenergy to Stockarydsterminalen. The participant were a Finnish researcher with a high interest in terminals.     Figure 5. Several manufacturers of equipment demonstrated there products at Stockaryd. Here a chipper‐truck, built by  OP System, chipping into the trailer.      5. Acknowledgements The authors wish to thank Per‐Henrik Evebring and Mats Haapala from Stockarydsterminalen AB, and SVEBIO for their  support with the study and demo. The research leading to these results has received funding from the European Union  Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881. The sole responsibility for the  content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Communities.  The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information contained therein.      Demo Report  10 – Success factors for forest fuel terminals      9.12.2014 8   6. References Anon. (2006). Inland container terminal analysis. Final report. British Columbia. IBI Group. Electronic version available:  http://www.th.gov.bc.ca/PacificGateway/documents/061215_Inland_Container_Terminal_Analysis.pdf (2013‐04‐26)  Athanassiadis, D., Melin, Y., Nordfjell, T & Lundström, A. (2009). Harvesting potential and procurement costs of logging  residues in Sweden. In M. Savolainen (Ed.), 4th International Bioenergy conference, Bioenergy 2009 ‐ Sustainable  Bioenergy Business (pp 293‐300). Jyväskylä: FINBIO publication 44. ISBN 978‐952‐5135‐43‐5.  Bergqvist, R, Falkemark, G & Woxenius, J. (2007). Etablering av kombiterminaler [Establishing intermodal terminals]  Göteborg: Division of Logistics and Transportation, Chalmers University of Technology. (In Swedish)  Enström, J & Winberg, P (2009). Systemtransporter av skogsbränsle på järnväg [Systems for transporting forest fuel on  rail] Uppsala: Skogforsk (Arbetsrapport 2009:678). (In Swedish)  Eriksson, U. (2012). Inventering bränsleterminaler 2011. [Inventory of forest fuel terminals 2011] Electronic version  available: http://ny.sdc.se/admin/Filer/Inventering%20br%C3%A4nsleterminaler%202011.pdf (In Swedish)  Frosch, M. & Thorén, P. (2010). Järnvägstransport av biobränslen  [Rail transportation of bio fuel.] Värmeforsk report  1138. Electronic version available: http://www.varmeforsk.se/rapporter?action=show&id=2541  (In Swedish)    Skogsstyrelsen. 2008. Skogliga konsekvensanalyser och virkesbalanser, SKA‐VB 08. Rapport nr 25. Jönköping, Sverige (In  Swedish)  Demo Report  10 – Success factors for forest fuel terminals      9.12.2014 9   INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Finnish Forest Research Institute (METLA), Finland  antti.asikainen@metla.fi, johanna.routa@metla.fi         Contact information for this publication       Johanna Enström  Skogforsk, The Forestry Research Institute of Sweden  Uppsala Science Park  SE‐751 83 Uppsala  Phone: +46 18 18 85 02  E‐ ‐mail: johanna.enstrom@skogforsk.se      INFRES –  Innovative and effective technology and  logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)    Johanna Enström, Henrik von Hofsten (Skogforsk)    Demo Report 11 – Demonstration of a High Capacity Vehicle for  chips transport at Political week in Almedalen – D4.5      Uppsala, September 12, 2014   Dissemination Level  Public X Restricted to other programme participants (including the Commission Services) Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services) Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)         Demo Report 11 – Demonstration of HCT‐vehicle for chips transport at Political week in Almedalen   13.2.2015  2   1.  Introduction Background to the objective  Forest products offers a rich source of renewable energy and is an important part of the Swedish and Finish  energy budgets. Most of this is based on forest biomass, mainly in the form of industrial residues and by‐ products from the forest industry. These sources are almost fully utilised today, and therefore also primary  forest fuels are used, mainly in the form of tops and branches from final felling, a.k.a. logging residues  (Björheden 2011).   The economical margins for forest fuel is lower than for any other forest product and the product‐value  concentrated on a single truck‐load is among the lowest compared to all other transports. This brings an  enormous challenge to cut the logistic costs in order to enable long distance transport and use of forest fuel as  an energy source. Efficiency in transport plays an important role in tackling that challenge.   Since studies of High Capacity Transport vehicles (further on mentioned as HCT‐vehicles) has shown great  potential in lowering transport costs along with emissions of CO2, the aim of this demonstration was to inform  decision‐makers but also the general public about these possibilities and to meet questions and concerns that  many people have about heavy vehicles.     High capacity vehicles in forestry ‐the current situation   Swedish legislation today allows vehicle combinations of maximum 25.25 m and a maximum gross vehicle  weight (GVW) of 60 tonnes. However, research on heavier and in some cases longer vehicles is going on in  Sweden since 2006. This is made possible by exemptions from the weight and length regulations given to test  vehicles by the traffic authorities. The project ETT (En Trave Till in English One More Pile) is a research project  lead by Skogforsk, which goal is to collect knowledge around High Capacity Transports (HCT) within the forestry  sector in order to facilitate a broad implementation of HCT vehicles in Sweden. The research project is following  the long term performance of 20 test vehicles used in different parts of the country. Two of these vehicles are  longer vehicle combinations of 30 m length and 90 tonne GVW, the other 18 vehicles stays within the current  length limit but has a maximum GVW of 74 tonne. There are also 33 other HCT vehicles being tested within  different transport segments in Sweden in other research projects.        Figure 1. The figure shows the active HCT vehicles in Sweden and within the ETT project 09‐09‐2014. The subject  for the demonstration was a tilting truck working for the energy company Söderenergi in Södertälje.   In Finland 76 ton GVW is generally allowed since October 2013. In Sweden, the possibility to allow 74‐ton on  part of the road‐network is currently debated. The research that has been going on since 2006 has shown that a  raise of total weight would be economically profitable as well as for beneficial to the environment since fuel  consumption per transported tonne of goods decreases. Safety aspects have been evaluated as well and no  increased risks, compared to vehicles within the current regulation, has been noted.        Demo Report 1   13.2.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  3    The vehicle demonstrated in Almedalen was a 74‐ton chip truck transporting forest chips for the energy  company Söderenergi in Södertälje (photo on front page). Söderenergi produces heat and electricity at their  CHP plant Igelstaverket located south of Stockholm. Igelstaverket is connected to the Stockholm network of  district heating and provides heat for around 300 000 citizens, as well as for offices and industries. Söderenergi  also provide electricity for 100 000 households. In their production Igelstaverket use around 1.7 TWh of fuel  yearly, i.e. approximately 2 million m3 of forest chips. The main sources are bioenergy from forest, forest  industries and recycled wood. (www.soderenergi.se)  Södertälje is a densely populated city and most of the 1.7 TWh fuel must be found outside the closest region.  The company has a harbour where they receive around 50 % of the material. For the other half Söderenergi  uses trucks and trains on a fairly equal basis. They have a receiving train terminal located at Nykvarn, 20 km  west of Igelstaverket. The terminal was built in 2009 for storage, comminution and reloading from train to  truck. The terminals location was chosen since no closer location that could fulfil all requirements. Three tilting  chip trucks are shuttling chipped fuel from the train terminal to the plant. The trucks are owned by Ove  Lindkvist Åkeri, who recently invested in the new 74‐ton truck for chips.              Figure 2. The rout between the terminal in Nykvarn (Mörbyvägen) and the CHP‐plant (Nynäsvägen).   Almedalen  Every summer in Sweden, a political‐week is arranged in the medieval town Visby, on the Island of Gotland. It is  often mentioned as Sweden´s biggest political meeting place, as this year was an election year it was more than  30 000 visitors. The eight political parties in the Swedish parliament have at their disposal one day each  containing speeches by the party leader and intense media coverage. Skogforsk together with Söderenergi were  one of 1459 organisations participating in the event and seeking the attention of visitors in general and decision  makers in particular. For the demo, Söderenergi’s 74 ton chip‐truck were transported to Visby were Skogforsk  and Söderenergi demonstrated it during 4 days of the political week (Sunday till Wednesday). Representatives  from Skogforsk and Söderenergi held presentations every day about the ETT and Infres‐projects and were  available for meeting visitors. Seminars were also arranged (in the open trailer) where politicians and  representatives from a number of organizations were invited as speakers. See the attached program with  speakers in appendix 1.                  2. Materials and Methods At the time of the demonstration, the first 74‐ton truck for chips had just been built, so naturally, the presented  results had had to be based on the extensive research material gathered during 8 years of studies of 74‐tonne  Demo Report 11 – Demonstration of HCT‐vehicle for chips transport at Political week in Almedalen   13.2.2015  4   timber trucks. A second demo of the 74 tonne chip truck is planned for 2015, where results from the current  fuel measurements on the chip trucks will be presented.     Data on comparisons of 60 and 74 ton vehicles under equal conditions has been taken from Skogforsk’s report  Focus Weeks 2013 – Monitoring fuel consumption of two rigs in the ETT demo project, ST‐crane and ST‐group  (Edlund et.al. 2013). The ABba‐method was used for the comparison, which means that the trucks drive loaded  one way and unloaded the other way back, hence fuel consumption is an average of the loaded and unloaded  transport. The monitoring of fuel consumption was made through the trucks built in computer (Scania’s Fleet  management system). The manufacturer and hauler companies have given the researcher group access to this  information. The loaded weights were provided by the driver for each load. Here, a summary of the results of  the 74 ton vehicle without crane (ST‐group) will be presented, since that is the most similar concept to the chip‐ truck.       Data for ST‐group and the reference vehicle is shown in table 1. The truck called Reference, is the actual ST‐ group vehicle loaded to only 60 ton and with one axle lifted (lifting 2 axles were not possible). Compensation in  fuel consumption has been made for the extra axel and 2.8 ton of the vehicle weight have been counted as load  to compensate that the unloaded weight of the ST‐group vehicle is that much higher than that of a normal 60‐ ton vehicle. The truck was a Volvo with a 16 litre engine (Euro 5, 700 hp).        ST‐group  Reference  Max GVW (ton)  74  60  Number of axels  9  8  Vehicle weight (ton)  19.0  16.2*  Table 1. Data of ST‐group and the reference vehicles. (*after compensation)    The measurement ml/ton*km (millilitre per tonne*kilometre) is used to compare the fuel efficiency per  transported unit between vehicles with different capacities. Hence tonne refers to the actual weight of the  transported timber, here maximum 55 tonnes without breaking the law.     3. Results & Discussion  The studies have shown that a 74 tonne roundwood vehicle, without crane, significantly reduces fuel  consumption per tonne transported goods by around 13% compared to if a 60‐ton vehicle was used (Edlund  et.al. 2013). This figure should be seen as a potential since it is only measured on one truck under one set of  circumstances, but the study do use the same driver for both trucks. Control vehicles were used to assess the  influence of external factors between replications.        Average fuel consumption  ST‐group savings  ST‐group  19.6  ml/ton*km  13.2 %  Reference  22.6  ml/ton*km     Table 2. Fuel consumptions and fuel savings according to (Edlund et.al. 2013).   A similar comparison study for the 90 ton truck have been published earlier in the synthesis report ETT –  Modular System for Timber Transport (Löfroth & Svenson 2011). It shows that a 90 tonne truck saves 20 % in  fuel consumption and around 20 % in costs per transported unit. This report also include technical descriptions  of the vehicles and results from road wear studies, performance and safety studies in addition to the fuel  consumption and effectivity studies. The cost savings per transported unit lies around 10% (Löfroth & Svenson  2011). The increased load capacity is between 20‐25 % compared to a traditional timber truck without crane.  The manoeuvrability, and safety aspects in general, are comparable to a conventional 60‐tonne vehicle (Hjort &  Sandin 2012).        Demo Report 1   13.2.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  5    The Swedish National Road and Transport Research Institute (VTI) has been responsible for studies of safety  aspects and has given out the reports Traffic safety effects due to an introduction of longer and heavier vehicles  – a literature overview, (Hjort & Sandin 2012) and The effects of long and heavy trucks on the transport system ‐  Report on a government assignment, (Vierth et.al. 2008). Vierth include analysis of the competition between  road and rail transportation and the economic assessment of present‐day vehicle regulations in Sweden  compared to the EU‐standard. The safety aspect has also been studied by Wåhlberg 2008. The report is a  quantitative analysis of the international research of the effects of increased vehicle size on traffic safety. It  concludes that a shift towards heavier vehicles would at worst have no safety impact at all, and in the best case  a clear positive effect on traffic safety. Although, there might still be road types and environments less  appropriate for heavier vehicles.    Skogforsk is currently monitoring fuel consumption and load weights for all vehicles within the ETT‐project,  currently 18 vehicles of which 8 have been studied long enough to be included in the latest report Continual  monitoring of fuel consumption and load utilization, (Widinghoff 2014). The average consumption for vehicles  without crane (three vehicles) were 25.03 ml/ton*km. This figure is not comparable with the 19.6 ml/tonne*km  in (Edlund et.al. 2013) since that study was performed only on public roads (on asphalt) in a special region. In  (Widinghoff 2014) two of the three trucks had problems in reaching the maximum load weight because the  volume were limiting. After what is known about the density of the material transported to Söderenergi, this is  not expected to be a problem for the chip‐truck.     The results from studies of roundwood vehicles are assumed to be well applicable also on chip trucks. The same  kind of monitoring and studies of fuel consumption and loaded weight are currently being carried out for them  and the results will be presented during 2015.      4. General evaluation The presented results had to be based on earlier studies of 74‐ton timber trucks. However given the weights  and measurements of the new chip trucks, the increase in efficiency should be slightly higher compared to the  timber trucks so there is reason to believe that the environmental benefits would be larger. The short driving  distances (20 km) on the other hand holds a challenge on the economic side since loading time will have a high  percentage of the total time. Economic gain is still expected but further studies will show in which range. The  reduction in the number of loads needed to transport a given volume of fuel will probably be beneficial to other  road users as the roads between the terminal and the CHP‐plant are heavily trafficked. Hence, the project has a  great potential for both environmental and economic benefits.   Even though we had to lean on the timber trucks results, this was the best possible time for a demonstration  with decision makers in focus since a political decision were to be expected very soon based on current  knowledge. It was especially important to point out the central role that efficient transport have in order to  increase the use of biofuel. The cooperation with Svebio (Swedish bioenergy association) strengthened this  message. Another point was to show that road and rail transport are not contrary. Both are needed in the  transportation chain and should be performed as efficient as possible.                 5. Demo results  A reflection from participation in Almedalsveckan is that it was difficult to find people who were not  representing an organization there. Hence “general public” were mainly addressed through media. Our  demonstration managed to be published three times in media: The papers Svensk Åkeritidning (Swedish haulers  magazine) http://www.akeritidning.se/svensk‐akeritidning/nyheter/2014/06/29/almedalsveckan‐2014‐tyngst‐i‐ almedalen, the magazine Trailer http://www.trailer.se/news.php?id=10172 and a web‐interview in the ATL  (Agricultural Business Paper) http://www.atl.nu/atl‐play/se‐s‐derenergis‐nya‐74‐tonsbil .   Demo Report 11 – Demonstration of HCT‐vehicle for chips transport at Political week in Almedalen   13.2.2015  6   A number of decision makers and opinion makers were invited as speakers, others showed up to get some  information on HCT vehicles. Among the speakers (appendix 1) were Karin Svensson Smith, the current  chairman of the parliamentary committee on transportation. We also met a representative from Swedish  Association of Local Authorities and Regions, which are one of the referral organizations for the government in  questions about new traffic legislation.   The political week in Almedalen had over 30 000 visitors. Around 55 persons participated in the events around  the truck. Söderenergi and Skogforsk are pleased with the results.            6. Acknowledgements The authors wish to thank the following organizations for making this demonstration possible: Söderenergi for  their huge engagement in both preparations for and performance in Almedalen, Owe Lindkvist Åkeri for  providing the truck and for personal engagement, Svebio for their cooperation with the program which  attracted more people to the demonstration. We also thank all of our speakers during the four days in  Almedalen.     The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh Framework  Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881. The sole responsibility for the content of this  report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Communities. The  European Commission is not responsible for any use that may be made of the information contained therein.          Demo Report 1   13.2.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  7    7. References Björheden, R. 2011. Growing Energy – the development of forest energy in Sweden. In: Efficient forest fuel  supply systems. Composite report from a four year R&D programme 2007‐2010. Skogforsk, Uppsala. ISBN: 978‐ 91‐977649‐4‐0.    Edlund J., Asmoarp V., Jonsson R., 2013. Focus Weeks 2013 – Monitoring fuel consumption of two rigs in the ETT  demo project, ST‐crane and ST‐group. Skogforsk Arbetsrapport 803 ‐2013.  Hjort M. & Sandin J. 2012. Traffic safety effects due to an introduction of longer and heavier vehicles – a  literature overview. VTI (National Road and Transport Research Institute), Linköping, Sweden         Löfroth C. & Svenson G. 2012. ETT – Modular system for timber transport – One More Stack (ETT) and Bigger  Stacks (ST). Skogforsk Arbetsrapport nr. 758 2012. Available in English at:  http://www.skogforsk.se/english/projects/ettdemo‐‐‐en‐vag‐till‐ett‐biobaserat‐samhalle/ (2014‐11‐24)    Vierth I., Berell H., McDaniel J., Harldsson M., Hammarström U., Yahya M., Lindberg G., Carlsson A., Ögren M.,  Björketun U. 2008. The effects of long and heavy trucks on the transport system. Report on a government  assignment. VTI (Swedish National Road and Transport Research Institute).    Widinghoff J. 2014. Continual monitoring of fuel consumption and load utilization of ETT‐ and ST‐vehicles.  Skogforsk Arbetsrapport nr. 831‐2014.    af Wåhlberg, A. E. 2008. Meta‐analysis of the difference in accident risk between long and short truck  configurations. Journal of Risk Research, 11:3, 315 ‐ 333    Webpage:  http://www.soderenergi.se/web/Foretaget.aspx (2014‐11‐24)                Demo Report 11 – Demonstration of HCT‐vehicle for chips transport at Political week in Almedalen   13.2.2015  8             Appendix 1.        Demo Report 1   13.2.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  9      Demo Report 11 – Demonstration of HCT‐vehicle for chips transport at Political week in Almedalen   13.2.2015  10     INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources  Institute Finland,Luke  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi           Contact information for this publication       Lars Eliasson  Skogforsk, The Forestry Research Institute of Sweden  Uppsala Science Park  SE‐751 83 Uppsala  Phone: +46 18 18 85 25   E‐ ‐mail: Lars.Eliasson@skogforsk.se                            INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)     Jyrki Raitila, VTT      DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer                Dissemination Level Public  X  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)      Jyväskylä, Finland, 20 January 2015      DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  1    Content    PREFACE ............................................................................................................................................................. 2  1  INTRODUCTION........................................................................................................................................... 3  2  AIM ............................................................................................................................................................ 3  3  MATERIALS AND METHODS ......................................................................................................................... 4  3.1  DRYING MODEL .............................................................................................................................................. 4  3.2  SEMINAR ...................................................................................................................................................... 4  3.3  DRYING DEMONSTRATION ................................................................................................................................. 4  4  RESULTS AND DISCUSSION .......................................................................................................................... 7  4.1  DRYING DEMONSTRATION ................................................................................................................................. 7  4.2  CALCULATION MODEL .................................................................................................................................... 10  4.3  COMPARISON WITH CONVENTIONAL SUPPLY CHAINS ............................................................................................. 10  4.3.1  How moisture affect supply costs of wood chips in biomass heat production ................................... 10  4.3.2  Profitability of drying wood chips at a heating plant ........................................................................ 12  5  ACKNOWLEDGEMENTS ............................................................................................................................. 14  REFERENCES ..................................................................................................................................................... 15        DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  2    Preface  Natural Resources Institute Finland(Luke) is coordinating a research and development project  ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU –INFRES’.  The project is funded from the EU’s 7th framework programme. INFRES aims at high efficiency and  precise deliveries of woody feedstock to heat, power and biorefining industries.   INFRES concentrates to develop concrete machines for logging and processing of energy biomass  together with transportation solutions and ICT systems to manage the entire supply chain. The aim is to  improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy consumption and the  material loss during the supply chains. New hybrid technology is demonstrated in machines and new  improved cargo‐space solutions are tested in chip trucks. Flexible fleet management systems are  developed to run the harvesting, chipping and transport operations. In addition, the functionality and  environmental effects of developed technologies are evaluated as a part of whole forest energy supply  chain.  Moisture is the most important quality factor of fuelwood. It affects both, profitability of supplying  wood chips and economy of running a heating plant. Most fuelwood is seasoned outdoors. Although  this method is cheap, it depends on the weather and therefore a desired moisture level of wood cannot  always be reached.   To get rid of weather dependency, wood chips can easily be dried in driers connected to a heating plant.  Investment and running costs of a dryer determine how feasible such a drying method is as part of the  wood fuel supply chain. This report contains a simple feasibility analysis of drying chips at a small or  medium scale heating plant. Drying was also demonstrated in practise and the main principles of  artificial drying were explained in a seminar.  This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has received  funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant  agreement n°311881.      Jyrki Raitila   Jyväskylä, 20/1/2015      The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the  European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information  contained therein.            DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  3    1 Introduction  The most important quality factor of fuelwood is moisture. In order to increase the calorific value of  fuelwood, regardless the form, wood has to be dried. Besides, most boilers and combustion devices  cannot combust wet wood efficiently. Traditionally fuelwood is seasoned in outdoor storages until the  desired moisture level has been reached. These storages, often simple stockpiles at a landing, serve also  as a buffer for high fuel demand in winter. The moisture content of fresh wood varies from 45% to 55%,  depending on the species and the logging time (Erber et al. 2014). In average drying conditions moisture  can decrease to 30% at the end of the first drying period (Apr‐Sep) in the Nordic countries. However,  after that the average moisture of stacked fuelwood tends to increase in the fall and winter by 5‐10%  (Nurmi & Hillebrand 2007).  Most fuelwood supply chains follow the same principles. First trees are felled, delimbed and forwarded  to a landing where they are stacked for storage or transported to a specific storage site such as a wood  yard or terminal (Routa et al. 2013). Then they are seasoned long enough to ensure moisture has  decreased to a desired level. Finally after six to twelve months storage periods wood stacks are chipped  and wood chips are transported to a heating or power plant for energy generation. Some suppliers may  chip semi‐dried logs and store these chips at the plant. Naturally variations of these supply chains and  methods occur depending on harvesting circumstances such as the terrain and machines as well as  types of fuelwood to be harvested. For example, in Nordic countries logging residues and wholes trees  are used much more extensively than in Central and Southern Europe (Routa et al. 2013).   Although the most common contemporary supply methods of fuelwood originate from experience and  good practices, they all have some significant weaknesses with regard to quality management. Outdoor  seasoning is always very weather dependent and therefore only estimates can be provided for moisture.  Because of constantly changing drying conditions, moisture of delivered wood chips inevitably  fluctuates. In a rainy year wood fuel may never reach a desired moisture level and the end‐user has to  therefore combust wet wood (Heiskanen et al. 2014). If too wet wood is used, the efficiency of a boiler  decreases, malfunctions increase and the highest output cannot be reached. Besides, much more wood  is needed to produce the needed amount of energy. Small heating plants and boilers require much dryer  wood chips (<30% moisture) compared to large power plants that can combust wood chips containing  water as much as 50% (Otepka et al. 2014). In any case, it is always more economical to use dryer wood  chips.  Another challenge of seasoning wood outdoors is related to general storage management and costs.  The larger the end‐user, the more wood has to be stored in advance in order to meet high demand in  winter. This may make storage management complicated if wood stacks are distributed at many  landings around the end‐user. In any case, keeping large amounts of wood in storages for a long time is  costly and involves a risk of losing some value of stored wood because of a decreased quality or material  losses for example by natural biodegrading (Heinek et al. 2012).   One possibility of drying wood chips is to do it in a warm air dryer built next to a heating plant. Small‐  and medium‐sized heating plants have significant excess heating capacity most of the year. Their  utilization rate is less than 50% on average. Only during a couple of winter months do they work close to  their full capacity. Therefore, fuel wood dryers could use this excess capacity to dry wood chips to be  used in these heating plants. (Raitila & Heiskanen 2014)  2 Aim  This drying study and demo aimed to show possibilities and benefits of drying wood chips in warm air  dryers as part of a fuel supply chain. It also aimed to provide calculation tools and practical examples for      DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  4    entrepreneurs and other fuelwood suppliers for understanding the basics of warm air drying. This  understanding is needed for either building or buying such a dryer.  3 Materials and methods  3.1 Drying model   In order to understand some of the physics of drying and how to size a fuelwood dryer, an Excel based  calculation model was created. Using such a calculator is simple. The user fills in certain basic values  according to which the model calculates corresponding parameters. Variations of the result parameters  can be tested by inserting different basic values. A sample calculation is provided in Annex 1.  3.2 Seminar  A full day drying seminar was organized in connection with a dryer demonstration at Bioeconomy  Institute of JAMK (Jyväskylä University of Applied Sciences) in Saarijärvi, Central Finland. This seminar  was conducted by Metsäkeskus (Forestry Centre), JAMK, POKE (Vocational Institute of Northern Central  Finland) and VTT. The seminar was attended by 35 people, of which most were entrepreneurs. Some  students and researchers participated part of the day. The following topics were discussed:   Drying of wood – delimbed stems and wood chips (VTT)   Drying wood chips and firewood on asphalt (SeAMK)   Basics of warm air drying (VTT)   Introduction to JAMK’s dryers   Study on market potential of high quality wood chips (JAMK)   Enhancing economy of firewood business (JAMK)   Combustion study of wood chips with different moisture contents (JAMK)  3.3 Drying demonstration  After the seminar it was possible to visit two dryers and biomass combustion laboratory at Bioeconomy  Institute. One of the dryers was built in an old freight container and another in a barn type storage. The  institute has a wood chip firing boiler (250 kW) that can be used as a heating source for both dryers as  well. It is also possible to use a separate boiler (80 kW) to heat drying air used in the dryers. For testing  and in summer it is more economical to use the small boiler.   Building a biomass dryer is reasonably easy but several aspects should be considered carefully:   Annual drying volumes, amount of wood chips   Volume of the dryer, size of one batch   Initial moisture of wood   Target moisture of wood   Source of heat, available output   Temperature of heating air   Ambient conditions   Size and amount of blowers   Circulation of drying air   Heat exchangers and heat recovery  In simple and inexpensive dryers drying air is blown into the dryer from one end and led out from the  opposite side. Without circulating warm air in the drying chamber and without controlling temperature  and moisture levels of outgoing air the dryer works inefficiently, however. When wood chips are being      DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  5    dried, it is important to use a reasonable amount of wood chips in the drying batch, the thickness of the  wood chip layer corresponding to the size and output of the air blower. The back pressure of one meter  thick wood chip layer and how to choose a corresponding blower are illustrated in Figure 1.  Figure 1. Left: Back pressure (Pa) caused by the wood chip layer as a function of air flow and chip size (d).  Right: The required blower output and diameter of the blower as a function of back pressure and air  volume flow.   In the container used for the demonstration (Figure 2), warm air is led into the chamber through a heat  exchanger placed on top of the container. In such a small dryer one 2.5 kW blower provides more than  enough drying air for wood chip batches of 15 to 20 loose‐m3. Warm air is blown through wood chips  and led out into a discharge tunnel from the bottom through a perforated floor. Before going out warm  wet air is circulated through the walls of the dryer to heat the container. It is also possible to circulate  some of this warm air back into the chamber if so desired, for example when air is not fully saturated  with water and still has drying capacity left.       DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  6      Figure 2. The demonstrated warm air dryer was built into an old freight container (left). A separate 80  kW boiler and control system were placed in another container (right).      DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  7    For a short drying demonstration the drying chamber was divided into two boxes where wood chips  made from pine whole trees and stem wood were put. This way it was possible to compare whether  whole tree chips would dry differently from stem wood chips. For the drying model, two different chip  layer depths, 0.5 and 1 m, were tested (Figure 3).      Figure 3. The drying chamber was divided in two boxes so that it was possible to test and demonstrate  the drying of two different wood chip types.     4 Results and discussion  4.1 Drying demonstration  Because all chip batches were relatively small (3.2 m3) compared to the capacity of the dryer (15‐20 m3),  all wood chips dried very fast and evenly. The main measurements and results are summarized in Table  1. Usually wood chips made from whole trees contain more fines and therefore require more output  from the air blower to ensure sufficient air flow through wet wood chips. In this demo, however,  particle sizes of both wood chip types did not differ very much from each other, and therefore air flow  through both chip layers was very similar (see air pressure differences). In general, this demo showed  that this kind of inexpensive freight container dryer is suitable for drying both types of wood chips. It  has also proved to work nicely for log wood in previous tests.        DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  8    Table 1. Main measurements of the drying demo in which 3.2 m3 of both whole tree and stem wood  chips were dried. The wood chip layer was 1 m thick.    Whole tree chips Stem wood chips  Initial moisture  38.2% 43.5% Average wood chip size  8‐16 mm (P16) 8‐16 mm (P16)  Moisture after drying, top  1.9% 2.4% Moisture after drying, bottom  5.5% 7.7% Average air flow  3.4 m/s = 1,000 m3/h 3.4 m/s = 1,000 m3/h  Demonstration time  120 h 120 h Air pressure difference between  top and bottom  28 Pa 30 Pa   Drying was monitored with several data loggers measuring the temperature of incoming and outgoing  air, water content of incoming and outgoing air and relative humidity of drying air. As seen in relative air  humidity curves (Figure 4 & 5), whole tree chips dried faster because their initial moisture was lower  than that of stem wood chips. In this demonstration wood chip were dried ‘too dry’ in order to get  enough data from the whole drying period. In fact, wood chips were bone dry already half way the  demo period. For more energy efficient drying, part of drying air should be circulated back into the  drying chamber or the process should be stopped when the humidity of outgoing air begins to decrease  rapidly.     Figure 4. The temperature (°C), relative air humidity (% rh) and corresponding dew point (°C) of the  outgoing drying air measured while drying whole tree chips.  ‐20 0 20 40 60 80 100 Te m pe ra tu re , C  &  hu m id ity , % Time Temperature(°C) Humidity(%rh) Dew point(°C)     DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  9        Figure 5. The temperature (°C), relative air humidity (% rh) and corresponding dew point (°C) of the  outgoing drying air measured while drying stem wood chips.    Figure 6. Temperatures (°C, blue & red) and water (vapor) content (g of water/kg of air) of incoming  (purple) and outgoing (green) air. No more drying takes place when purple and green curves cross  because then the water content is about the same in both air flows.  ‐20 0 20 40 60 80 100 Te m pe ra tu re , C  &  hu m id ity , % Time Temperature(°C) Humidity(%rh) Dew point(°C) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 W at er  in  air , g/ kg Time Warm air in C Air out C Air out water g/kg Air in water g/kg     DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  10    4.2 Calculation model  As mentioned before a calculation model was created to provide some basic parameters for designing  or testing a warm air dryer (an example in Annex 1). Fifteen different basic values are needed for the  calculation, such as:   Initial moisture and desired moisture of fuelwood after drying    Temperature and relative humidity of drying air before heating it    Efficiency of dryer   Desired drying time  Having inserted these basic values for which some defaults are provided, the calculator renders  parameters such as:   Temperature and relative humidity of drying air after heating    Temperature and relative humidity of drying air after drying   Amount of water to be evaporated   Amount of energy and output needed for drying  This calculation model was verified with parameters measured during the drying demonstration. The  model will be given to regional bioenergy advisors and key stakeholders to help them consider drying of  wood chips as part of an alternative supply chain to produce high quality chips.     4.3 Comparison with conventional supply chains  In order to evaluate benefits of drying wood chips for the whole supply chain of fuelwood in a relatively  small warm air dryer, costs of wood supply and possible drying costs were calculated.   4.3.1 How moisture affect supply costs of wood chips in biomass heat production  Pricing of different phases of supply chains can be done in many ways, depending on contracts. Often  the first parts of the chain such as logging, forwarding, chipping and transportation are priced based on  volumes or weight. On the other hand, sometimes the end user may only want to pay for delivered  wood chips based on their heating value. In practice, there are many pricing combinations, depending  on each case.   To make comparison easier, the supply costs of wood chip per produced energy (€/MWh) are calculated  based predominantly on volumes or calorific value of delivered wood chips. Costs used in this exercise  are from recent studies (Laitila et al. 2012) and from entrepreneur interviews. Two typical supply chains  typically used in rural areas in Finland were chosen. In the first supply chain fuelwood would be bought  at road side storages. The end user would then use subcontractors to do the chipping and  transportation (contractor model). In the other supply chain one supplier would take care of the whole  supply chain and deliver wood chips directly to the plant (one supplier model). In both cases wood chips  would be made from whole trees, either for a heating plant producing annually 5,000 MWh or 1,500  MWh of heating energy.   Plant 1 (energy production 5,000 MWh/a)  The following assumptions and costs were used in supply chain calculations for the contractor model:   Chipping with a mobile truck mounted chipper   Road transportation with 120 m3 chip truck   Road side price of whole trees; 12 €/MWh (3.3 €/GJ)   Chipping costs; 3.6 €/loose‐m3   Transportation costs; 3.6 €/km      DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  11     Combustion efficiency of boiler; 78‐88% depending on wood chip moisture (55‐20%)   Costs caused by heating system malfunction; 120 € each maintenance visit   Costs caused by extra heating oil used for heating; 14,000‐0 €/a depending on wood chip  moisture (55‐20%)    Bigger plants usually pay for the heating value of wood chips which is measured at the plant. Therefore  euros per heating value (€/MWh) was used for costs of wood chip raw materials. Moisture of wood  chips directly affects combustion efficiency and wood chip volumes needed for energy production  through chipping and transportation costs.   In the one supplier model cost calculation is simpler because the supplier is paid for delivered wood  chips for their heating value (€/MWh). Therefore the following costs were used:   Delivered wood chips; 20 €/MWh (5.6 €/GJ)   Combustion efficiency of boiler; 78‐88% depending on wood chip moisture (55‐20%)   Costs caused by heating system malfunction; 120 € each maintenance visit   Costs caused by extra heating oil used for heating; 14,000‐0 €/a depending on wood chip  moisture (55‐20%)  Figure 7 illustrates costs of both wood chip supply chains for produced heating energy in relation to  moisture of delivered wood chips.    Figure 7. Supply costs of wood chips for 5,000 MWh annual energy production in the one supplier and  contractor models.  Plant 2 (energy production 1,500 MWh/a)  The following assumptions and costs were used in supply chain calculations for the contractor model:   Chipping with a tractor powered chipper   Road transportation by tractor with 20 m3 trailer   Road side price of whole trees; 25 €/solid‐m3   Chipping costs; 4.5 €/ loose‐m3   Transportation costs; 2 €/loose‐m3   Combustion efficiency of boiler; 78‐88% depending on wood chip moisture (55‐20%)   Costs caused by heating system malfunction; 120 € each maintenance visit  0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 55 50 45 40 35 30 20 Su pp ly  co st s,  €/ M W h Moisture of chips, % Supply costs, €/MWh  contractors Supply costs, €/MWh one  supplier     DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  12     Costs caused by extra heating oil used for heating; 5,200‐0 €/a depending on wood chip  moisture (55‐20%)  In the one supplier model the corresponding costs were:   Delivered wood chips; 20 €/MWh (5.6 €/GJ)   Combustion efficiency of boiler; 78‐88% depending on wood chip moisture (55‐20%)   Costs caused by heating system malfunction; 120 € each maintenance visit   Costs caused by extra heating oil used for heating; 5,200‐0 €/a depending on wood chip  moisture (55‐20%)  It is important to notice that in the supply chain costs for wood, chipping and transportation are  purposely based on volumes because smaller plants find it easier to have just one way to measure and  pay for different costs. If different phases of the supply chain are paid for volumes, the cost difference  for delivered wood chips between contractor and one supplier models becomes significantly higher, the  wetter the raw material is (Figure 8). This is natural because for the same amount of wood less heating  energy is delivered.     Figure 8. Supply costs of wood chips for 1,500 MWh annual energy production in the one supplier and  contractor models.  These calculation examples show how moisture effects costs of supplying heating plants with wood  chips. The cost difference is the bigger the more supply costs are based on volumes. The total cost  difference also shows how much more the end user could pay for dryer wood chips for the same  amount of produced heating energy. In other words, the cost difference could be used for drying, either  natural or artificial.     4.3.2 Profitability of drying wood chips at a heating plant  One possibility to dry wood chips with warm air is to do it in a dryer built next to a heating plant. Small  and medium sized heating plants have significant excess heating capacity most of the year. Their  utilization rate is less than 50% on average. Only during a couple of winter months they work close to  their full capacity. Therefore fuelwood dryers could use this excess capacity to dry wood chips to be  used in these heating plants. Benefits of combusting dry wood chips (20‐30%) are undisputable: boilers  0 5 10 15 20 25 30 35 40 55 50 45 40 35 30 20 Su pp ly  co st s,  €/ M W h Moisture of chips, % Supply costs, €/MWh  contractors Supply costs, €/MWh one  supplier     DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  13    would work more efficiently, there would be fewer malfunctions of the system, boiler output would be  higher, less additional fuels are needed and less wood chips are needed.  Profitability of drying wood chips at Plant 2 was evaluated by calculating costs of drying and comparing  them with benefits from more economical heat production with wood chips containing water only 20%.  A drying example was calculated for a 25 m3 fuelwood dryer for 55% and 45% wood chips with the  following parameters:   Annual volume of dried wood chips; 2,100 loose‐m3   Annual heating energy used for drying, calculated with the drying model; 445 MWh (55%  moisture) and 268 MWh (45% moisture)   Heating costs for drying; 40 €/MWh including capital and running costs of the heating plant or  24 €/MWh without any other but fuel costs   Investment costs of dryer; 35,000 € according to a Finnish manufacturer   Electricity and maintenance costs; 1,300 €/a   Pay‐off period; 10 a   Interest rate; 5%  With these parameters drying costs were 9.3 €/loose‐m3 for 55% wood chips if drying heat was 40  €/MWh and 6.5 €/loose‐m3 if drying heat was 24 €/MWh. The corresponding costs for 45% wood chips  were 7.0 €/loose‐m3 and 4.8 €/loose‐m3.  When drying costs were compared with lower heating energy production costs the following benefits  were taken into consideration: less wood chips are needed, transportation and chipping costs are lower,  boiler efficiency increases, fewer malfunctions occur, and less additional fuels are needed.  Profitability of drying and drying investment was evaluated by using the net present value method. Net  present values of costs and benefits for a ten year pay‐off period were calculated for both contractor  and one supplier supply chains, using Plant 2 as the end user. Because dry wood chips cannot be stored  outdoors, an additional storage investment (35,000 €) was included in calculations too.  Table 2. Profitability of the dryer investment in chosen supply cases. Figures indicate the annual  difference between costs and benefits in net present values (€).  Drying heat 40 €/MWh Drying heat 24 €/MWh Drying heat 40 €/MWh + storage Drying heat 24 €/MWh + storage Initial moisture of wood chips Contractor model One supplier Contractor model One supplier Contractor model One supplier Contractor model One supplier 55% 14 792 -36 170 60 196 9 234 -775 -51 738 46 683 -6 334 45% -8 159 -37 222 19 407 -9 655 -23 727 -52 789 5 894 -25 223     DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  14      In the one supplier model investments would only be profitable when using a lower price for drying  energy (24 €/MWh) and fresh wood is dried without any pre‐seasoning. On the other hand, drying  investments would be profitable in most contractor cases. This is evident because in the contractor  model most supply costs of wood chips were based on volumes, and therefore drying decreases supply  costs of fuelwood more than in supply chains that charge for work units mainly based on the heating  value of wood.   In the previous comparisons it is assumed that the annual heat sales remain unchanged despite  increased heat production capacity due to better fuel. Profitability of drying increases remarkably if the  heating enterprise can increase its sales because of a higher boiler output.   Let us assume Plant 2 dries annually the drier’s maximum capacity of 2,500 loose‐m3 of wood chips  instead of 2,100 loose‐m3 needed to provide energy for annual heat sales of 1,500 MWh. Then the plant  could sell 300 MWh more heating energy. This would increase annual gross revenues 18,000 € if  customers pay 60 €/MWh.  This annual increase in revenues makes the drying investment profitable in  all options (Table 3).  Table 3. Profitability of the dryer investment in chosen supply cases if 300 MWh extra energy can be sold.  Figures indicate the annual difference between costs and benefits in net present values (€).   Drying heat 40 €/MWh Drying heat 24 €/MWh Drying heat 40 €/MWh + storage Drying heat 24 €/MWh + storage Initial moisture of wood chips Contractor model One supplier Contractor model One supplier Contractor model One supplier Contracto r model One supplier 55% 162 462 101 792 216 514 155 845 146 894 63 779 203 001 140 277 45% 135 139 100 541 167 956 133 358 119 571 61 724 154 443 117 790   In the least profitable option (one supplier, 40 €/MWh for drying heat and storage) gross revenues  should annually increase by 9,000 € to make the drying investment profitable. In practise this requires  drying 200 loose‐m3 more wood chips and using half of the increased boiler output. Correspondingly, in  the contractor model drying only 50 loose‐m3 of chips, and thus increasing revenues by 3,000 € would  guarantee profitability of the investment.  The calculated examples show that drying of wood chips in a warm air dryer can very well be a feasible  option for small and medium scale heating enterprises. Particularly, if such a heating plant can increase  annual heat sales because the increased heating output of the system.  5 Acknowledgements  The author wish to thank Bioeconomy Institute of Jyväskylä University of Applied Sciences (JAMK) and  Suomen Metsäkeskus (Forestry Centre of Finland) for organizing the drying seminar and helping to  conduct the drying demos and tests.      DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  15    References  Erber, G., Routa, J., Wilhelmsson, L., Raitila, J., Toiviainen, M., Riekkinen, J. and Sikanen, L. 2014. A  prediction model prototype for estimating optimal storage duration and sorting. Metla working  papers 297. P.76.  Heinek, S., Mair, G., Huber, M.B., Hofmann, A., Monthaler, G., Fuchs, H.P., Larch, C., Giovannini, A. 2012.  Biomass conditioning: Minimization of the storage related loss of biomass. 20th European Biomass  Conference and Exhibition, 18‐22 June, Milan, Italy. Conference paper. Proceedings, pp. 116‐121.  Heiskanen, V‐P., Raitila, J. and Hillebrand, K. 2014. Varastokasassa olevan energiapuun kosteuden  muutoksen mallintaminen (Modelling of moisture changes of stacked fuelwood). VTT Research  Reports VTT‐R‐08637‐13. (in Finnish). 26 p.  Laitila, J. 2008. Harvesting technology and the cost of fuel chips from early thinnings. Silva Fennica 42(2),  s. 267–283.  Laitila,  J., Leinonen, A., Flyktman, M., Virkkunen, M. & Asikainen, A. 2011. Metsähakkeen hankinta‐  ja  toimituslogistiikan  haasteet  ja  kehittämistarpeet  (The  Challenges  and  Development  Needs  for  Forest Chips Procurement and Delivery Logistics). VTT Tiedotteita 2564. 143 pp. (In Finnish)  Nurmi,  J.  and  Hillebrand,  K.  2007.  The  characteristics  of  whole  tree  fuel  stocks  from  silvicultural  cleanings and thinnings. Biomass and Bioenergy 31(6). pp. 381‐391.  Otepka,  P.  (ed.). 2014. Guidebook on  Local Bioenergy  Supply Based on Woody Biomass.  Scientific &  Academic Publishing, USA. ISBN: 987‐1‐938681‐99‐8. 147 p.  Raitila, J. & Heiskanen, V‐P. 2014. Profitability of supplying wood chips dried at small or medium scale  heating  plants.  International  Journal  of  Engineering  Research  and Management.  1/9.  pp.  21‐27.  http://www.ijerm.com/index.php?page=issues&id=44  Raitila,  J.,  Virkkunen,  M  &  Heiskanen,  V‐P.  2014.  Metsäpolttoaineiden  varastoitavuus  runkoina  ja  hakkeena  sekä  lämmöntuotantoon  integroitu metsäpolttoaineiden  kuivaus.  (Storing  fuelwood  in  stems  and wood  chips  and drying wood  fuel  in  connection with heat  entrepreneurship). VTT‐R‐ 78266‐14. 55 p.  Routa, J., Asikainen, A., Björheden, R., Laitila, J. & Röser, D. 2013. Forest Energy Procurement – State of  the Art in Finland and Sweden. Energy & Environment 2(6): 602‐613.  Röser, D., Erkkilä, A., Mola‐Yudego, B., Sikanen, L., Prinz, R., Heikkinen, A., Kaipainen, H., Oravainen, H.,  Hillebrand, K., Emer, B. & Väätainen, K. 2010. Natural drying methods to promote fuel quality  enhancement of small energywood stems. Metlan työraportteja / Working Papers of the Finnish  Forest Research Institute 186. 60 s. ISBN 978‐951‐40‐2279‐1 (PDF). Saatavissa:  http://www.metla.fi/julkaisut/workingpapers/2010/mwp186.htm     DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  16    Annexes    Annex 1. An example of the developed calculation model for dimensioning a warm air dryer for  fuelwood.          DEMO REPORT 12 – Drying of wood chips in a warm air dryer 13.2.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  17                            INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources Institute Finland (Luke)  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi        Contact information for this publication   Mr. Jyrki Raitila Jyrki   VTT Technical Research Centre of Finland  Jyrki.raitila@vtt.fi                              INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)     Sami Lamminen, Luke  Janne Immonen, Antti Ranta ltd  Yrjö Nuutinen, Luke  Johanna Routa, Luke    Demo report 13   ̶ Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer  Equipped with Electronic Trailer Steering System – D4.5         Dissemination Level  Public  X  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)   Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)      Joensuu, Finland, January 2015      Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  1    Content    1 INTRODUCTION ............................................................................................................................................... 2  2 MATERIAL AND METHODS ............................................................................................................................... 3  2.1 TECHNICAL SPECIFICATIONS ..................................................................................................................................... 3  3 RESULTS AND DISCUSSION ............................................................................................................................... 8  4 CONCLUSIONS ............................................................................................................................................... 11  5 DEMONSTRATION .......................................................................................................................................... 11  REFERENCES ..................................................................................................................................................... 13                              Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  2    1 Introduction  European‐wide  political  decisions  and  attempts  to  decrease  the  use  of  fossil  fuels  and  to  increase the use of renewables in energy production have significant effects on the demand of  woody  biomass  (European  Commission  2008).  In  the  northern  countries  the  small  diameter  wood  and  the  logging  residues with  low  commercial  value  are  economically  the most  cost  competitive sources of bioenergy. The  importance of the wood chips will rise  in the  future  in  the  situation  where  the  European  Union  tries  to  increase  its  self‐sufficiency  in  energy  (Asikainen et al. 2008, Mantau et al. 2010).  The establishment of the new heat and power plants using the wood as a fuel will increase the  competition of the wood chips which will lead to the rising purchasing prices. The Competition  of  the wood chips will  increase  the size of  the raw material procurement area  for the power  plants. The  larger procurement areas will  lead to  longer transportation distances as well. The  longer  transportation  distances,  increasing  prices  of  the  transportation  fuel  and  higher  consumption of time of the transportation will increase the costs of the wood chips (Asikainen  et  al.  2002).    In  Finland,  in  2013,  the  total  domestic  land  based  wood  transportation  performance was 7294 milj.m3km of which 57 % was made by trucks, 37 % by railroads and 6 %  by water (Metsätehon katsaus 50, 2014) .  One solution to reduce the transportation costs is to increase the dimensions and compaction  of  the  transportation  vehicles.  The  European  regulation  restricts  the maximum  lengths  and  masses of the  loaded vehicles (Directive 96/53/EC).  In Finland,  in the  late 2013, was accepted  an  act which  permits  larger  and  heavier  trucks  in  the  road  transportation  (Valtioneuvoston  asetus 407/2013). The new act can be justified by the long transportation distances in Finland.  The  Conventional  chip  truck  consists  of  a  3‐axle  pulling  vehicle  and  4‐axle  trailer.  The  new  regulations raised the maximum mass of the pulling vehicle and the trailer from 60 tonnes to 64  tonnes. Respectively,  If the number of axles of the unit  is  increased to 9 within the maximum  length of 25.25 meters, the combined mass of the transportation units  is 76 tonnes:  in other  words the maximum mass of the whole unit is based on the axel masses (Korpilahti & Koskinen  2012).   Recently,  the  manufactures  started  to  offer  truck  –  trailer  concepts  of  8‐  or  9‐axles.  The  maximum mass of the 9‐axle concept has been raised from 60 to 69 tonnes. The Entrepreneurs  offering transportation services for the power plants have been  interested these bigger trucks  in reducing long distance transportation costs.   The launched truck ‐ trailer concepts with increased length and weight may cause problems for  the  chip  transportation  in  forest  roads with  limited  turning  space  and bearing  capacity. The  small diameter whole‐trees and delimbed  stems,  stumps and  logging  residues are  stored  for  drying in the forest roadside landing close to the actual harvesting site. Often the turn‐around  places of the forest roads are too small for the long 9‐axle transportation units. Also, they can  be  too narrow and windy  for  turning and  the  road  structure  can be  too weak  for  the heavy  vehicle. The long wheelbase between the front and rear axles of newest concepts require wider  turning  areas  than  the  traditional  trucks.  The  tight  turn with  heavy  load  is possible but not  recommended. The heavy load will strain the rear axles with massive forces and therefore the  risk for axle or wheel breakdowns increases and the total life span of the trailer decreases.        Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  3    Konepaja  Antti  Ranta  constructed  a  vehicle  concept  for  transportation  chips.  The  studied  concept  consists  of  long  semi‐trailer  equipped with  ETS  (Electronic  Trailer  Steering)  system  manufactured by Vehicle Systems Engineering (Figure 1). The system enables hydraulic steering  of the trailer’s rearmost axles. ETS is designed to improve maneuverability and mobility of the  concept in small forest roads. This study is an overview of the studied transportation solution.  Also the contractor’s and drivers’ feedback is described.    Figure 1.  The nine axle multipurpose chip truck constructed by Konepaja Antti Ranta, here loaded  directly with a chipper from the rear. Picture: Sami Lamminen, Luke       2 Material and methods  2.1 Technical specifications   The studied chip  transportation concept  is  the 9 axle multipurpose chip  truck constructed by  Konepaja  Antti  Ranta  (http://www.anttiranta.com/en/front+page/).  The  truck  is  Volvo  FH12  installed with a  load  space. The  trailer  is a 3‐axle  semi‐trailer with 2‐axle dolly. The  trailer  is  equipped with  ETS  system  supplied  by Vehicle  Systems  Engineering.  The  load  spaces  of  the  truck and trailer are equipped with hydraulic side tipping‐based unloading and embedded fixing  points for cargo. The total length of the concept unit is 25.25 meters and the maximum allowed  mass is 69 tons. The detailed dimensions and turning calculations are presented in the Figures  2, 3 and 4.         Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  4      Figure 2. Dimensions of the chip truck (Source:Janne Immonen, Konepaja Antti Ranta Oy).            Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  5      Figure 3. Outer and inner turning radius for a standard 13.6 m semi‐trailer with rigid axles  (above) and for a 13.6 m semi‐trailer with two steerable axles (below). (Source: Janne  Immonen, Konepaja Antti Ranta Oy)      The ETS system enables the steering the two rearmost axles of trailer (Figure 4). The axles can  be  steered  automatically  or  manually.  The  major  advantage  of  the  ETS  systems  is  smaller  turning circle of the vehicle unit. The automatic steering is based on the movements of pulling  vehicle. The required steering angle for rear axles is calculated by the information derived from  the angle of the dolly and the trailer. The electronics are able to compensate the off‐tracking  caused by the  long wheel base of the trailer by turning the axles. This  leads to the situations  where  the  truck  unit  is  able  to  perform  tighter  turns,  turn‐a  rounds  and  reversing  around  tighter corners than with rigid axles. The automatic steering is operational during the speed less  than 60 km/h. When the speed is faster than 60 km/h the rearmost axles must be set in fixed  position,  this  restriction  is  based  on  the  Finnish  national  transportation  regulations  (Valtioneuvoston asetus 407/2013).           Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  6      Figure 4. The overview of the Electronic Trailer Steering (ETS) system. (1) The system locker contains the  hydraulic  installation  for  controlling  the  cylinders on  the axles and  the Electronic Control Unit  (ECU).  Every knuckle‐steered axle is fitted with an ETS steering cylinder (2), connected to the system locker (1).  An angle sensor (4) is mounted on the steering knuckle at one end of each steered axle. The kingpin of  the trailer  is  fitted with an angle sensor  (3) that measures the angle between the truck  (or dolly) and  trailer. (Source: Vehicle Systems Engineering, modified by Sami Lamminen)    The driver has a possibility  to switch off  the automatic steering and control  the  trailer’s  rear  axles manually, wherein  adjusting  of  the  steering  angle  of  the  rearmost  axles  is  performed  using the portable remote control (Figure 5).    Figure 5. Manual remote control of the ETS: It is possible to control manually the angles of the rearmost  axles of  the  trailer. The mobile  remote control enables  second person  to  steer  the  rear of  the  trailer  around a blind corner.      Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  7        Figure 6. Axle load monitoring device.    The vehicle and the trailer were equipped with air‐suspension which is rarely used in low level  road network and on forest roads in Finland. For drivers, driving the vehicle is much smoother  with air‐suspension compared  to conventional  steel  leaf  springs. The other advantage of  the  air‐suspension system is embedded weight scaling solution: the driver can monitor the weight  of  the  load  in  real  time.  This  ensures  the  possibility  to  maximize  the  load  size  during  the  chipping  operation  and which  reduces  the  transportation  costs.  The  driver  can  observe  the  individual  axle  loads  of  the  vehicle  and  the  trailer  by  using  the  separate monitoring  device  (Figure 6).      The  field  demonstrations  of  the  LIPE  chip  truck with  long  semi‐trailer  equipped  ETS  system  were carried out in October 2014. The demonstrations were organized as a follow up observing  of the normal chipping and transportation operations. The operations were organized with two  separate companies. Company Oulun Bioenergia was the main contractor and the official fuel  supplier for the Oulun Energia heat and power company. Oulun Bioenergia was responsible for  the  fuel  supply  to  the power plants.  Furthermore, Oulun Bioenergia was  responsible  for  the  chipping  operations  and  managing  the  chipping  machines  and  related  equipment.  The  transportation company Muhoksen Biokuljetus was responsible of  transportation  the chips  to  the power plant. Muhoksen Biokuljetus had in total four trucks for the transportation of wood  chips. Two of them were equipped with ETS system assembled by under the brand LIPE.   The  normal  chipping  ‐  transportation  chain  included  two  transportations  trucks  and  one  chipping truck. During the demonstrations, the chain  included two transportation trucks both  equipped with  ETS  system.  It  was  not  possible  to  demonstrate  or  study  the  differences  in  maneuverability  between  the  ETS  system  and  rigid  axle  systems.  During  the  four  day  demonstrations  one  researcher was  observing  operations  in  one  of  the  two  transportation  trucks. Since there was no possibility to compare two different axle systems the results of the      Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  8    demonstrations  are  users’  experiences  based  on  the  the  transportation  truck  drivers’  interviews during the operations.  3 Results and discussion  Demonstrations  were  organized  in  the  region  of  Oulu  in  Northern  Finland.  In  the  demonstrations were two chip trucks equipped with ETS trailers and one chipper unit. Also the  raw material storage areas were  in  the Oulu region and  they were  located relatively close  to  each other. Each of the storage areas consisted of several smaller piles of  logging residues or  whole trees. The total number of the storage areas was four and the transportation distance to  the power plant was 140 km on average. Due  to  the rather  long  transportation distance,  the  trucks were able to deliver on two loads per day.    Three  demonstration  landings  lied  by  narrow  forest  road  and  their main  raw material was  logging  residues.  The  payload  for  logging  residue  chips  based  on  weight  was  low  due  to     significant  proportion  of  fines.  Therefore  the  maximum  legal  mass  of  the  transportation  concept is not exceeded when increasing the volume of load space. During the chipping it was  crucial to fill the load spaces of the truck and the trailer at same time in order to minimize the  transportation costs. However,  it was not possible to place the chipper and  the truck side by  side  on  the  narrow  forest  road.  Therefor  the  chipping  operations  had  to  be  performed  in  several series of actions. Firstly the chipper and the truck or the trailer had to be one after the  other along the forest road  in order to get close enough to the pile. Secondly the  long trailer  needed to be filled both from the front and from the rear to maximize the volume of the chips  in load. Thirdly to maximize the payload of the trailer it was occasionally disconnected from the  truck and connected to the chipping truck during the chipping. However, these actions lowered  the productivity of  the chipping but ensured  the possibility  to  transport  full  loads of chips  to  power plant.  The  storage  areas  in  general  were  classified  as  easy  working  locations.    Furthermore  the  chipping  operations  would  have  been  possible  to  conduct  in  all  storage  areas  using  the  conventional  rigid axle  trailers as well. According  to  the  truck drivers  the  trailer without ETS  presented  in  the demonstrations would have been slower  to operate  in narrow  forest  roads.  The driver switched the ETS of into manual control only three times during the demonstrations.  This occurred every time when turning the vehicle unit by reversing it around a corner through  a narrow  forest road  junction. Two  times  the chipper operator was using  the remote control  (Figure  7)  and  in  one  case  the  researcher  of  the  demonstrations  had  possibility  to  try  the  remote control while  truck driver was  reversing  the  truck. The manual control was easy and  straight to use. The steering angle was adjusted only by pressing two  large buttons showed in  the Figure 6 (labeled as “L” and “R”). Instructions from the truck driver were also simple: “Keep  it in the middle of the road”!       Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  9      Figure 7. The truck is reversing and the chipper operator is manually steering the rear axles of the trailer  by  using  the  remote  control  (Figure  6).  The  communication  between  the  truck  driver  and  chipper  operator was performed by mobile phone.      After using one year  the ETS  system  in chipping operations  the chipper operator’s and  truck  driver’s opinion was that in narrow forest roads the system enables to use larger transportation  units also in challenging terrains.  Usually the truck driver has to operate in four control points  of the truck and the trailer (Figure 8). While driving forward and turning with rigid axle trailer  the driver requires a wide space for front of the truck (green dot on Figure 8) to compensate  the  long wheelbase  of  the  trailer.  However,  the  ETS  system  reduces  the  space  needed  for  turning by increasing the turning circle of the rearmost axles of the trailer (blue dot on Figure 8).  For example, when driver is turning tight turn to the right the ETS system steers the rear axles  of the trailer to the left.   Reversing the truck‐trailer concept around a corner is more complex. With rigid axle trailer the  driver manipulates  in  front of  the  truck  (green dot)  the positions of  the  three control points  (red and blue dots) (Figure 8). Respectively the ETS system steers the rear control point of the  trailer (blue dot) automatically or manually wherein the driver has only two control points (red  dots)  to manipulate  in  front of  the truck  (green dot). This reduces the space and movements  needed  in front of the truck (green dot) significantly. Also,  it reduces the time needed for the  operation.  In  forest  roads,  for  the  long  trailers  the  space needed  for  the  front  of  the  truck  (green dot) limits often the turning radius and therefore the space required (Figure 8).        Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  10        Figure 8. The four control points of the truck and the trailer.    The ETS system eases also the operations  in small chip terminals. During unloading the driver  can manually steer the rear axles of the trailer away from the chip pile and in that way prevent  driving over the chips (Figure 9).         Figure 9. During the unloading the driver steers the rear axles of the trailer away from the chips.     During  the  summer  2014  on  high  demand  construction  season  these  trucks were  used  for  transporting prefabricated  elements of  the  small detached houses  from  the  factories  to  the  construction  sites.  In  the  construction  sites,  the  steering  conditions  for  the  truck‐trailer  concepts can be even more challenging than on forest roads and the lack of open space sets up      Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  11    high  demands.  The  transportation  distances  for  building  elements  were  even  longer  than  normal distances for transportation of wood chips. Therefore to reduce costs the trucks were  used also for transportation of mail on the return trip.    The VSE system has functioned well during one year. Only one bigger service was required. VSE  systems´ control unit and  the EBS‐unit  (Electronic Braking System) malfunctioned, everything  but the batteries and the wiring had to be replaced for the VSE control unit. It was unclear what  caused the malfunctioning. System manufacturers´ warranty covered for all the damage in this  case. The VSE system locks the axles as rigid axles if the system is in failure mode. So the trailer  is still usable.     4 Conclusions  The demonstrations and user feedbacks that were gathered during the demonstration revealed  a potential of the long trailers equipped with ETS system for the transportation of wood chips.  However,  it was not possible to determine actual differences between the rigid axles and ETS  system. To get the answer for that, a controlled test should be conducted. Also, for the future  studies, the vehicle features for the wood chip roadside landings should be taken into account.  Other possible wood chip transportation could be chipper truck, short truck without load space  and  two  long  semi‐trailers  equipped  with  ETS  systems.  For  this  transportation  chain,  the  chipper truck must to be equipped with additional axle and a fifth wheel for coupling the semi‐ trailer to the chipper truck.    5 Demonstration  In total 73 people from international COST Action FP0902 Final Conference participated the  demonstration in Joensuu harbour terminal area at 29.08.2013. There, Antti Ranta`s new  innovative truck prototype was introduced to the international Researchers group (Figure 11).       Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  12                      Figure 10. Demonstration in Joensuu harbour terminal.                        Demo report 13  ̶  Lipe Multipurpose Chip Truck and Semi‐trailer Equipped with Electronic Trailer  Steering System  12.3.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  13    References  Asikainen, A., Björheden R. and Nousiainen I. 2002. Costs of wood energy. In: Richardson J.,  Björheden, R., Hakkila P., Lowe A.T., Smith C.T. (Eds). Bioenergy from Sustainable Forestry –  Guiding Principles and Practice. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, Boston,  London. p. 125–155.    Asikainen, A., Liiri H., Peltola S., Karjalainen T. and Laitila J. 2008. Forest energy potential in  Europe (EU 27). Working Papers of the Finnish Forest Research Institute 69. 33 p.    Directive 96/53/EC. Road weights and dimensions. [Internet site]. Available at:  http://ec.europa.eu/transport/modes/road/weights‐and‐dimensions_en.htm/. [Citied on Feb.  2015].    European Commission 2008. Combating climate change The EU  leads the way. Europe on the  move series 2008. European Commission. Brussels, Belgium. 24 p.    Korpilahti,  A.  &  Koskinen,  OH.  2012.  Puutavaran  autokuljetus  tehokkaammaksi.  Metsäteho  tuloskalvosarja  1/2012.  Available:  http://www.metsateho.fi/files/metsateho/Tuloskalvosarja/Tuloskalvosarja_2012_01_Puutavaran_autokuljetus_te hokkaammaksi_ak.pdf.  (In Finnish).     Mantau  H.,  Saal,  U.,  Prins,  K.,  Steierer,  F.,  Lindner,  M.,  Verkerk,  H.,  Eggers,  J.,  Leek,  N.,  Oldenburger, J., Asikainen, A., Anttila P. 2010. EUwood – real potential for changes  in growth  and use of EU forests. Final report. University of Hamburg. Centre of Wood Science. Hamburg,  Germany. 160 p.    Metsätehon katsaus nro 50. 2014. Puunkorjuu  ja kaukokuljetus vuonna 2013  [Harvesting and  long‐distance transportation 2013]. 4 p. (In Finnish with summary in English).    Valtioneuvoston  asetus  407/2013  ajoneuvojen  käytöstä  tiellä  [The  Finnish  government  regulation  for  road  vehicles].  Available  at:  http://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2013/20130407#Pidm1799696/. [Citied on Feb. 2015].                          INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources Institute Finland (Luke), Finland  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi        Contact information for this publication     Yrjö Nuutinen, Johanna Routa, Sami Lamminen  Natural Resources Institute Finland (Luke), Finland  Yliopistokatu 6, 80101 Joensuu, Finland  Phone: +358 50 391 3257  Email: yrjo.nuutinen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi            Janne Immonen  Antti Ranta ltd  Pajapolku 10, 80400 Ylämylly, Finland  Phone: +358 207 210 900  Email: janne.immonen@anttiranta.com      INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) Gernot Erber & Franz Holzleitner (BOKU Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 Dissemination Level Public x Restricted to other programme participants (including the Commission Services) Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services) Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services) Vienna, 14.04.2015 Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 1 Content 1 INTRODUCTION ............................................................................................................................................. 4 2 MATERIALS AND METHODS ........................................................................................................................... 8 3 STUDY RESULTS AND DISCUSSION ............................................................................................................... 13 4 DEMO IMPRESSIONS – 7TH NOVEMBER 2014 ............................................................................................... 18 REFERENCES ........................................................................................................................................................ 20 Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 2 Preface Natural Resources Institute Finland (Luke) is coordinating a research and development project ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU – INFRES’. The project is funded from the EU’s 7th framework programme. INFRES aims at high efficiency and precise deliveries of woody feedstock to heat, power and biorefining industries. INFRES concentrates to develop concrete machines for logging and processing of energy biomass together with transportation solutions and ICT systems to manage the entire supply chain. The aim is to improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy consumption and the material loss during the supply chains. New hybrid technology is demonstrated in machines and new improved cargo-space solutions are tested in chip trucks. Flexible fleet management systems are developed to run the harvesting, chipping and transport operations. In addition, the functionality and environmental effects of developed technologies are evaluated as a part of whole forest energy supply chain. This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2012-2015] under grant agreement n°311881. In this demo report, the execution and the results of Naarva EF28 felling head test, which took place in October and November 2014 in Austria, are documented. For the first time the felling head was employed in hardwood dominated stands. Additionally, a demo of the felling head was organized for professional audience on November 7th 2014. Impressions of the demo are included in the report. Gernot Erber & Franz Holzleitner, Vienna, April 2015 The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information contained therein. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 3 Title Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 Author(s) Gernot Erber & Franz Holzleitner Abstract The objectives of this study were to test the Naarva EF28 energy wood felling head in hardwood dominated stands and to show the capabilities of the head to a professional audience within a demonstration. The Naarva EF28 is an accumulating harvester head having a cutting guillotine instead of a saw bar, delimbing knives, feeding rollers and offering length measurement. Three mature stands separated by younger stands and composed of broadleaved (Fagus sylvatica, Quercus ssp., Carpinus betulus, Tilia ordata and Castanea sativa) and coniferous (Pinus sylvestris, Larix decidua and Picea abies) species, were the area of operation. Study sites silvicultural target was to establish natural regeneration. Therefore the thick undergrowth had to be removed. The dominating species in the undergrowth was hornbeam (Carpinus betulus L.). The head was attached to on a Komatsu 911 harvester and the time studies took place on four days and at three different sites between 18.11.2014 and 04.12.2014. Nineteen time study plots measuring 20 m x 20 m were situated in the stand. In total 598 work cycles were recorded with an average cycle time of 0.7 min. Most time of the operation was spent cutting and processing. A wide variation in harvesting conditions between the plot areas in terms of trees to cut, mean plot diameter and therefore consumed harvesting time, was observed. Overall mean productivity on cycle data basis was 2.40 tonnes dry matter/PSH0 (2.93 m³/ PSH0), maximum productivity was 6.84 tonnes dry matter/PSH0 (8.34 m³/PSH0) and minimum productivity was 0.53 tonnes dry matter/PSH0 (0.65 m³/PSH0). A productivity model was developed from time study data with the mean DBH as explanatory variable for use within the valid range of 3.2 cm to 15 cm mean DBH. Employing multi tree operations (cutting and handling) improved the overall productivity and can therefore be recommended when carrying out small diameter operations. The smaller the mean diameter of the trees per grapple, the more could be accumulated and processed at once. As the driver was able to handle many trees at the same time for trees below 7 cm, productivity did not decline significantly. Harvesting in hardwood dominated stand proved to work well, as long as the cutting diameter did not exceed 20 cm. It is expected that the overall harvesting operation productivity will improve significantly due to the cut to length-capability of the EF28 head and therefore much easier forwarding operation. Concluding, the EF28 can be considered a feasible option in hardwood dominated stands. There’s still room for improvements concerning resistance and solidity of the frame and moving parts, as well as blade wear in hardwood cutting. The demonstration was executed on November 7 th 2014 with about 100 participants from all fields of forest business including small scale farmers, forest owners, harvesting entrepreneurs, machine manufacturers, interest representatives, researchers and students. Early thinning operations in hardwood dominated were demonstrated and extensively discussed. Date February 2015 Language English Pages 21 p. Name of the project INFRES - INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) Financed by European Commission – FP7 programme Keywords harvesting, thinning, energy wood felling head, multi tree handling, Naarva EF28 Publisher Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 4 1 Introduction Fully mechanized harvesting of small diameter trees with harvester and forwarder for energy purposes has been documented in detail throughout the last decade, especially in the Nordic countries, where this technology originates. The number of available machinery and equipment, employing different approaches is growing. Innovative improvements and further developments pushed these specially constructed heads into Central Europe too. Currently, the market offers a wide range of energy wood felling heads for variable use. Cutting elements range from special designed saw bars to guillotines, which enable different solutions for felling and cross cutting. Feed rollers included sensors offer the possibility to produce high quality logs through an integrated length measurement system. Some heads are equipped with alternating fingers at the top of the head for multi-tree handling. Steady supply of bioenergy plants with regional material for combustion purposes cost effectively is of major interest. Cascade use of raw material from forestry is a topic more and more discussed. Therefore material coming from first thinning operations with low quality or otherwise not marketable specifications offers an opportunity to satisfy both energetic utilization and pulp and paper production without negative mutual impact. Furthermore, these types of heads offer an opportunity to counteract reduced and postponed pre-commercial thinnings, if it is possible to produce energy wood (Hakkila 2005, Heikkilä et al. 2007). Recent international studies show the potential of special developed machinery, especially in first thinning operations (Karhä 2006, Laitila & Asikainen 2006, Ovaskaenen et al. 2008, Belbo 2010, Fulvio et al. 2012, Laitila & Väätäinen 2013, Fulvio & Bergström 2013 and 2014). Austrian entrepreneurs and forest owners were pushing this new harvesting technology, using specially designed heads for their purpose and started to introduce them in recent years. They were mainly interested in the performance of the machinery under varying conditions and in different stands. Recent Austrian studies on energy wood heads by Affenzeller (2007), Rottensteiner (2008) and Elmer (2011) covered tractor and forwarder mounted heads. The tractor mounted, non multi stem handling head (Naarva Grip 1500-25) was employed in a thinning operation in a stand composed of pine, oak and larch. The material was directly loaded on and forwarded with a tractor trailer. An average productivity of 1.33 m³/PSH15 for felling and extracting was achieved. In the first forwarder (head Moipu 400E) operation, conducted in a pine-oak-broadleaf thinning operation, trees on the strip road were cut and piled along the strip road. After finalizing the strip road, they were forwarded to the storage area. Then both sides of the strip road were thinned. Full length trees exceeded forwarders storage length, thus backwards driving was out of question. An average productivity of 3.30 m³/PSH15 for felling and extracting was achieved. The second forwarder based thinning operation (head Moipu 300ES) was conducted in a pine-oak stand. In the first scenario only energy wood was harvested, in the second both energy wood and pulp wood were harvested. Again, first the strip road was cleared and then thinning was conducted on both sides. In the first case, the productivity for harvesting and extracting was 3.94 m³/PSH15. By additional harvesting of pulp wood the productivity rose to 4.05 m³/PSH15 due to the higher load volume. An overview on both Nordic and central European studies on multi tree handling energy wood heads since 2000 is provided Table 1. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 5 Within INFRES project, one task is to test new, innovative solutions for energy wood supply. The felling head Naarva EF28 was tested at a demonstration in a hard wood dominated stand, mounted on a standard Komatsu harvester. A major advantage of this head is the cutting blade instead of a cross cut saw as it is used in standard harvester heads. It allows easier cutting of low diameter stems and also cutting of more than one stem at the same time. Alternating fingers allow easy multi-tree handling which is extremely useful in small diameter stands. A length measurement system controlled by the feed rollers is an additional benefit and also offers the possibility to produce high quality logs. The head has been tested before under Nordic conditions by Laitila & Väätäinen (2013), mounted on an excavator in a thinning operation. In this operation, both energy wood and pulp wood were produced. An average multi stem productivity of 12.8 m³ per E0h was achieved. Extensively use was made of the heads multi stem handling capacity. The aim of this study was to assess the heads performance under central European hardwood conditions and to determine the heads capability to form a feasible alternative for replacing non cost effective manual pre-commercial thinning operations. A special focus was placed on the impact of multi tree operations in small diameter stands. Table 1 –Overview on detailed studies of multi tree handling energy wood felling heads from 2000 onwards published in Europe. M a n u f a c t u r e r H e a d t y p e C u t t i n g d e v i c e B u n c h i n g c a p a b i l i t y F e e d r o l l e r s D e l i m b i n g c a p a b i l i t y L e n g t h M e a s u r e m e n t B a s e m a c h i n e T r e a t m e n t T r e e s p e c i e s P r o d u c t i v i t y R e f e r e n c e Allan Bruks Abab Klippen 250 elliptical shear blade x Logman 801 Forwarder thinning birch, alder, poplar 2.0-5.5 m³/E0h (felling) Kärhä, 2006 Bracke Forest AB C16 disk saw with chain x Ecolog 560 D thinning pine, spruce, birch 8.2 m³/PMH15 (harvesting) 19.2 m³/ PMH15 (forwarding) Bergström & Fulvio, 2014 Bracke Forest AB C16 disk saw with chain x Valmet 911.1 thinning willow 3.5 ODt /PMH15 (harvesting) 7.2 ODt /PMH15 (forwarding) Fulvio et al., 2012 Bracke Forest AB MAMA disk saw with chain x x x Ecolog 560 D thinning pine, spruce, birch 9.5 m³/PMH15 (harvesting) 13.2 m³/ PMH15 (forwarding) Bergström & Fulvio, 2014 Moisio- forest Moipu 300ES 2 blades x x x x HSM 208f Harvester thinning pine, oak 3.94 m³/PSH15 (felling & extracting) Elmer, 2011 Moisio- forest Moipu 400E 2 blades x John Deere 1110D Forwarder thinning pine, oak, beech 3.16 m³/PSH15 (felling & extracting) 3.30 m³/PSH0 (felling & extracting) Laitila & Asikainen, 2006 Rottensteiner et al., 2008 Nisula Forest Nisula 280E 2 blades x Valmet XM Tractor thinning spruce, birch 3.0 m³/E0h (felling & extracting) Belbo, 2010 Pentin Paja Oy Naarva EF28 guillotine- blade x x x x New Holland Kobelco E 135 B SR LC D Excavator thinning pine dominated 12.8 m³/E0h (harvesting) Laitila & Väätäinen, 2013 Pentin Paja Oy Naarva 1500-40 guillotine- blade x Farm tractor clear-cut platanus 3.8 t/hour gross productivity (felling) Spinelli et al., 2006 Pentin Paja Oy Naarva Grip 1600-40 guillotine- blade x Pro Silva Ässä 810 Harvester thinning spruce 4.7-8.5 m³/h (felling) Ovaskaenen et al., 2008 Pentin Paja Oy Naarva Grip 1500-25 guillotine- blade Valtra 8050 Tractor thinning pine, oak, larch 1.33 m³/PSH15 (felling & extracting) Affenzeller & Stampfer, 2007 Pentin Paja Oy Naarva Grip 1500-25e guillotine- blade x Valtra 120e Tractor thinning spruce 3.9 m³/PSH15 (felling & extracting) Eberhardinger, 2007 Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 7 M a n u f a c t u r e r H e a d t y p e C u t t i n g d e v i c e B u n c h i n g c a p a b i l i t y F e e d r o l l e r s D e l i m b i n g c a p a b i l i t y L e n g t h M e a s u r e m e n t B a s e m a c h i n e T r e a t m e n t T r e e s p e c i e s P r o d u c t i v i t y R e f e r e n c e Ponsse Ponsse EH 25 elliptical shear blade x Ponsse HS16 Ergo Forwarder thinning birch, alder, poplar 2.0-5.5 m³/ E0h (felling) Kärhä, 2006 Ponsse Ponsse EH 25 elliptical shear blade x Ponsse Buffalo Dual thinning pine, spruce, birch 4.1-5.0 m³/PMH (felling & extracting) Fulvio & Bergström, 2013 Ponsse Ponsse H 53e saw bar x x x x Ponsse Buffalo Dual thinning pine, spruce, birch 4.1-5.0 m³/PMH (felling & extracting) Fulvio & Bergström, 2013 Timberjack TJ720 elliptical shear blade x Timberjack 870A Harvester thinning/ clear-cut various stands 2.9-4.4 green tonnes/h gross productivity (felling) Spinelli et al., 2007 Timberjack TJ730 elliptical shear blade x Timberjack 870A Harvester thinning/ clear-cut various stands 3.8 green tonnes/h gross productivity (felling) Spinelli et al., 2007 2 Materials and Methods Employed Machinery The Naarva EF28 produced by Pentin Paja Oy is an accumulating harvester head having a cutting guillotine instead of a saw bar, delimbing knives and feeding rollers. Length measurement for producing assortments is solved via a sensor in the feeding rollers. Weight of the head is 700kg and could be handled via the harvester´s own control system or using the Naarva-automatic radio control system. The maximum cutting diameter of 28 cm is approximately 30 % lower for hard wood species. Further technical details are displayed in Table 2 and Figure 1. Table 2 – Technical specification of the multi-tree handling energy wood felling head EF28. Picture: Holzleitner, F. Factory code EF28 Weight 700 kg Height in felling position 116 cm Grapple opening 83 cm Delimbing diameter 4-42 cm Feeding speed 4 m/s Feeding force 13 kN Feeding diameter 2-39 cm Cutting diameter force and time Max cutting diameter: 28 cm Cutting force: 240 kN Cutting time (200 l/min oil flow): 0.7 s Cutting device Shear for felling and bucking Required pressure 240 bar Required oil flow 170 l/min Control system Harvesters own control system or Naarva-automatic with radio control Voltage 12V or 24V The base machine was a standard 2003-model Komatsu (former Valmet) harvester 911. Maximum boom reach was 10m and machine weight was 18,000 kg. Due to the terrain conditions no chains or tracks had to be attached (Figure 2). Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 9 Feeding rollers Cutting arms Guillotine blade Rotator Accumulation arms Delimbing knives Figure 1: EF 28 head main parts. Figure 2 – The energy wood harvesting head EF28 (left) and the base machine Komatsu 911 harvester (right). Picture: Holzleitner, F. Study site description The study site was located at Moschendorf (47° 2'53.12"N, 16°27'8.88"E), in the south of the Burgenland province and owned by the Austrian Federal Forests. Terrain was flat and without obstacles. Due to the stagnogley soil wet spots occurred here and there but did not hinder soil trafficability. Three mature stands separated by younger stands and composed of both broad leaf (Fagus sylvatica, Quercus ssp., Carpinus betulus, Tilia ordata and Castanea sativa) and coniferous (Pinus sylvestris, Larix decidua and Picea abies) species. The dominating species in the undergrowth was hornbeam (Carpinus betulus L.). Basal area weighted DBH in undergrowth at the tree stands ranged from a mean of 1.8 cm to a mean of 6.4 cm. Minimum diameter was 1 cm, maximum diameter 23 cm and the respective heights were 3.8 m and 25.9 m (Figure 3). Undergrowth basal area ranged from 27.8 m² to 67.9 m². Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 10 Figure 3 – Study site with remaining mature stand before (left) and after harvest (right) of undergrowth. Picture: Holzleitner, F. Silvicultural objective Study sites silvicultural objective was to establish natural regeneration. Therefore the thick undergrowth had to be removed fully, whereas all the mature trees, except manually cut mature hornbeam trees, remained standing. Harvesting procedure Undergrowth was harvested from strips along both sides of skid trails defined by the driver, with an approximate width 20 m. Trees were cut with the shear, collected and moved to the skid for processing. Then the packed trees were delimbed and cut to length with the shear blade. Along the skid trail, four to five meters long stems were piled with each pile of a two to three forwarder grapples volume. Tops were left on the skid trail for soil protection. Time study description The time studies took place on four days and three different sites between 18.11.2014 and 04.12.2014. Nineteen time study plots measuring 20 m x 20 m (400 m²) were situated in the stand. Plot boundaries were marked by colored ribbons strapped around the peripheral trees (Figure 4). Within each plot tree DBHs were recorded and marked on the stem using a pre-defined color and number code (1 cm steps; code for below 10 cm, figures for lager diameters), facing the estimated location of the strip road. Thus the diameter could be allocated exactly during the time study. The employed harvester operator is used to run harvesters and forwarders and had more than one month of work experience with the EF28 head under different conditions. Parallel to the manual time study on a hand held computer, the whole time study was recorded with an onboard video documentation device (Figure 5). Thus accurate repeatability of all time study activities afterwards, especially detailed post-processing of all recorded data is guaranteed. Video data was used for error correction and at site B, plot 6 to 9, the time study was carried out wholly based on the captured video material. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 11 Figure 4 – Time study layout at three different sites. Figure 5 – The time studies were recorded using video equipment for error correction in post- processing and partly for replacing classic field studies. Picture: Holzleitner, F. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 12 The time study was carried out manually with ALGIZ 7 handheld computer. Working time was recorded employing continuous timing method. Effective working time phases were defined and recorded (Table 3). Table 3 – Defined working time phases and respective starting and end points. Work element Starting point Ending point Priority moving machine moving forward or backward wheels stopped turning 2 cutting head is tilt into upright position and starts cutting head is tilt into horizontal position 1 processing head is tilt into horizontal position head is tilt back into upright position 1 delay neither moving, cutting or processing 3 Estimating dry mass per tree was done according to the Sterba and Nachtmann (2006) method for coppice species in eastern Austria. Moisture content was assessed for 12 wood disks in accordance with the European standard CEN/TS 14774-2. Multi tree operations Employing of the multi tree capacity of the head was recorded twice. First, whenever there was more than one tree handled per cycle, multi tree handling was marked positive. Secondly, whenever more than one tree was cut with one cut (due to the physical neighborhood), this action was recorded. The effect of these operations on the overall productivity was analyzed. 3 Study results and discussion In total 598 cycles were recorded with an average cycle time of 0.7 min. The average moisture content of the material was 41.5 % ± 3.2 %. The recorded data was aggregated by plot (Table 4). Removal of trees per ha ranged from 1900 to 3725 with an average DBH between 3.7 cm and 9.6 cm. The number of trees per grapple varied between 1.6 cm and 6.4 cm. A mean of 0.8 t of dry matter per plot was harvested with a productivity of 2.30 t dry matter per PSH0 (equivalent to E0h). Most working time was spent on cutting (49.7 %] and processing (42.9 %). Less time was spent on driving and delays (Figure 6). Table 4 –Harvest parameters aggregated by plot. p lo t cy cl e s ca p tu re d re m o v e d t re e s p e r h a h a rv e st e d d ry m a tt e r to n n e m e a n D B H tr e e s p e r g ra p p le m in p e r p lo t to n n e d ry m a tt e r p e r P S H 0 A_1 31 2575 0.8 5.4 3.3 21.6 2.22 A_2 41 2625 0.9 5.9 2.5 24.6 2.20 A_3 36 2475 0.8 6.1 2.6 22.6 2.12 A_4 28 2400 0.7 6.3 2.9 19.4 2.16 A_5 33 1900 0.8 7.6 2.1 22.2 2.16 B_1 47 2750 1.1 7.2 2.1 29.5 2.24 B_2 34 3225 0.8 5.2 3.2 22.3 2.15 B_3 33 2700 0.7 5.6 2.9 19.5 2.15 B_4 23 2825 0.7 4.7 4.7 18.9 2.22 B_5 28 3725 0.8 4.8 4.6 21.9 2.19 B_6 22 2300 0.6 4.6 4.2 13.8 2.61 B_7 18 2900 0.6 3.7 6.4 16.5 2.18 B_8 24 2925 0.7 4.5 4.9 20.3 2.07 B_9 25 3375 0.9 4.7 5.2 20.9 2.58 C_1 19 1900 0.5 5.4 3.6 13.4 2.24 C_2 28 2000 0.7 7.0 2.5 19.5 2.15 C_3 51 2225 1.3 9.6 1.6 30.7 2.54 C_4 48 2875 1.3 8.0 2.3 30.0 2.60 C_5 29 3075 1.0 5.4 4.2 23.9 2.51 Mean 31.5 ± 9.6 2672 ± 492 0.8 ± 0.2 5.9 ± 1.5 3.5 ± 1.3 21.7 ± 4.77 2.30 ± 0.18 Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 14 Figure 6 – Distribution of working phases. Multi tree handling (more than one tree per grapple and cycle) and multi tree cutting (more than one tree cut at once) were analysed concerning their effect on the system productivity. It showed that, the smaller the trees in a cycle, the more likely were multi tree operations. From a mean diameter of 8 cm per cycle upward, a decline in the share of multi tree operations showed. From a diameter of 14 cm upwards, the share of multi tree operations was zero, which corresponds with the maximum cutting diameter of the EF28 (Table 4). A higher productivity was observed when multi tree operations were carried out. If more than one tree was cut with one move of the shear blade, mean productivity rose by 0.22 tonnes dry matter/PSH0, whereas a rise of 0.12 tonnes dry matter/PSH0 was observed for handling more than one tree per cycle. Figure 7 – The share of multi tree handling and multi tree cutting depends on the mean diameter per grapple. If diameters are small a large number of multi tree operations is carried out (“yes”; green). For diameters above 14 cm almost never a multi tree operation is carried out (“no”; red). A curved borderline was observed for the relation of mean cycle DBH to number of trees harvested per cycle. For a mean DBH of 2 cm, up to 13 trees were accumulated in the grapple, Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 15 whereas from a mean cycle DBH of 16 cm upward not more than one tree fit into the grapple (Figure 8). Figure 8 – The number of trees handled per cycle depends on the mean DBH per cycle. Overall mean productivity on cycle data basis was 2.40 tonnes dry matter/PSH0, the maximum productivity was 6.84 tonnes dry matter/PSH0 and minimum productivity was 0.53 tonnes dry matter/PSH0. For comparison reasons a volume productivity can be calculated. With an average dry density of hornbeam (820 kg/m³), the mean volume productivity is 2.93 m³/ PSH0 (maximum productivity was 8.34 m³/PSH0 and minimum productivity was 0.65 m³/PSH0). Figure 9 – Boxplots of EF28 productivity. Dry matter tonnes per PSH0 (left) and converted m³ per PSH0 (right).Thick black bar shows median, box 25 th and 75 th quartile, whiskers on top and bottom represent data in 1.5 x interquartile range, whereas the points represent outliers. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 16 An efficiency model was developed from time study data with the mean DBH as explanatory variable (Table 5 and Figure 10) shall be used within its valid range, defined by the 5th and 95th quantile. Table 5 – Parameters of the developed efficiency model for the EF28. Target variable Explanatory variable R² adj Standard Error Valid range 5 th quantile Valid range 95 th quantile time consumption [min/tonne dry matter] DBH mean [cm] 0.14 12.5 [min] 3.2 [cm] 15 [cm] Figure 10 – Developed model for the time consumption per tonne harvested dry matter with the EF28 depending on the mean diameter per cycle. From this model, a productivity model was derived (Model 1 and Figure 11). Model (1) - Developed productivity model for the EF28.         60 18.819  50.193  !"#$%&.' Figure 11 – Developed model for the productivity in tonnes of dry matter per PSH0 with the EF28 depending on the mean diameter per cycle. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 17 Most time of the operation was spent cutting and processing. Driving without any simultaneous harvesting or processing activities only accounted for about 7 % of the recorded time. A wide variation in harvesting conditions between the plot areas in terms of trees to cut, mean plot diameter and therefore consumed harvesting time, was observed. Productivity in tonne dry matter/PSH0 varied from 2.12 to 2.61 for the plots. Compared to other studies, a unique feature is the small average tree volume of 10 dm³ (Laitila and Asikainen 2013: 57 dm³, Fulvio and Bergström 2013: 30-40 dm³, Affenzeller 2007: 46 dm³, Elmer 2011: 77 dm³), which explains the low productivity. Other, similar equipped heads showed higher productivities, but also under better conditions concerning tree volume. Employing multi tree operations (cutting and handling) improved the overall productivity and can therefore be recommended when carrying out small diameter operations. Here the multi tree handling and aggregation capacity shows its potential. After all that’s what the EF28 head has been designed for. Harvesting in hardwood dominated stand proved to work well, as long as the cutting diameter did not exceed 20 cm. Therefore the manufacturer’s estimation, a reduction of the maximum cutting diameter of 28 cm by one third, proved to be accurate. An interesting fact is the curved borderline that was found for the number of trees per grapple. It showed that for a mean diameter above 15 cm, only one tree could be handled at a time. The smaller the mean diameter of the trees per grapple, the more could be accumulated and processed at once. It showed that there’s a wide variation in the productivity of the EF28 head on cycle level, where productivity largely depends on the mean diameter per cycle. Contrary, if taking a look at the productivity on plot level, there’s only a very small variation. Finally, this is what matters. As the driver was able to handle many trees at the same time for trees below 7 cm, productivity did not decline significantly. If the EF28 is employed in small diameter hardwood stands, from a practical point of view, the developed model can be considered sufficient enough to estimate productivity and harvesting costs beforehand. It is expected, as pointed out in Bergström and Fulvio (2014) that the overall harvesting operation productivity will improve significantly due to the cut to length-capability of the EF28 head and therefore much easier forwarding operation. Concluding, the EF28 can be considered a feasible option in hardwood dominated stands. There’s still room for improvements concerning resistance and solidity of the frame and moving parts, as well as blade wear under hardwood conditions. It can be expected that, as observed at the demo site, a significantly higher productivity can be achieved in a stand with larger diameters. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 18 4 Demo impressions – 7 th November 2014 The demo with more than 100 participants was executed on November 7th 2014 near Lockenhaus, province of Burgenland, Austria. Participants from all fields of forest business including small scale farmers, forest owners, harvesting entrepreneurs, machine manufacturers, interest representatives, researchers and students. Early thinning operations in hardwood dominated were demonstrated and extensively discussed. The harvesting site was a slightly sloped (20 %) and north-east-east exposed. The operation carried out was the first thinning at an age of 30 to 40 years. Total volume at the stand was about 250 m³ per ha. Figure 12 – Assembling and mounting the head at Komatsu Austria by Juha Korhonen (left) and head mounted on the Komatsu 911 at the demo site. Picture: Holzleitner, F., Kanzian C. Figure 13 –The hardwood dominated stands at the demo site before (left) and after treatment (right) Picture: Kanzian, C. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 19 Figure 14 – Visitors at the demo day, Friday, 7/11/2014 – Walking to the site (left) and examining the treated stand (right). Picture: Kanzian, C. Figure 15 – Visitors at the demo day discussing and receiving detailed information on the machine and site. Picture: Kanzian, C. Additional impressions from the whole Demo-Day are available under the following links: Demo Day English Version! Demo Day German Version! Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 20 References Affenzeller, G., Energieholzbereitstellung mit Traktor und Krananhänger mit Fallbeilklingenaggregat, Project report - Institut für Forsttechnik (FT), BOKU-Universität für Bodenkultur, 2007, 33 p. Belbo, H., Comparison of two working methods for small tree harvesting with a multi tree felling head mounted on farm tractor, Silva Fennica 44(3), 2010, 453-464. Bergström, D. & Di Fulvio, F., Comparison of the cost and energy efficiencies of present and future biomass supply systems for young dense forests, Scandinavian Journal of Forest Research 29(8), 2014, 793-812. Eberhardinger, A., Schwarze Zahlen in der Schwachholzernte?, Forst & Technik, 5/2007: 2-6 Elmer, G., Evaluierung des Fäller-Sammlers Moipu 300ES, Master thesis - Institut für Forsttechnik (FT), BOKU-Universität für Bodenkultur, 2011, 51 p. Fulvio, Di F. & Bergström, D., Analyses of a single-machine system for harvesting pulpwood and/or energy-wood in early thinnings, International Journal of Forest Engineering 24(1), 2013, 2-15. Fulvio, Di F., Bergström, D., Kons, K. and Nordfjell, T., Productivity and Profitability of Forest Machines in the Harvesting of Normal and Overgrown Willow Plantations, Croatian Journal of Forest Engineering 33(1), 2012, 25-37. Hakkila, P., Fuel from early thinnings, International Journal of Forest Engineering 16(1), 2005, 11-14. Heikkilä, J., Siren, M. and Ärjälä, J. O., Management alternatives of energywood thinning stands, Biomass and Bioenergy 31(5), 2007, 255-266. Kärhä, K., Whole-tree harvesting in young stands in Finland, Forestry Studies 45, 2006, 118-134. Laitila, J. and Asikainen, A., Energy Wood Logging from Early Thinnings by Harwarder Method, Baltic Forestry, 12 (1), 2006, 94-102 Laitila, J. & Väätäinen, K., The cutting productivity of the excavator-based harvester in integrated harvesting of pulpwood and energy wood, Baltic Forestry 19(2), 2013, 289-300. Ovaskaenen, H.; Palander, T.; Jauhlaenen, M.; Lehtemäki, J.; Tekkanen, L. & Nurmi, J., Productivity of energywood harvesting chain in different stand conditions of early thinnings, Baltic Forestry 14(2), 2008, 149-154+225. Rottensteiner, C.; Affenzeller, G. & Stampfer, K., Evaluation of the feller-buncher moipu 400E for energy wood harvesting, Croatian Journal of Forest Engineering 29(2), 2008, 117-128. Spinelli, R.; Cuchet, E. & Roux, P., A new feller-buncher for harvesting energy wood: Results from a European test programme, Biomass and Bioenergy 31(4), 2007, 205-210. Spinelli, R.; Nati, C. & Magagnotti, N., Biomass harvesting from buffer strips in Italy: Three options compared, Agroforestry Systems 68(2), 2006, 113-121. Sterba, H., Nachtmann, G., Biomassefunktionen für Ausschlagwaldbaumarten im Osten Österreichs, In: Nagel, J.: Sektion Ertragskunde: Beiträge zur Jahrestagung 2006, 29.- Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 21 31.05.2006, Staufen, Deutscher Verband forstlicher Forschungsanstalten, Göttingen; ISSN 1432-2609, 2006, 184-189. Demo Report 14: Harvesting operations in hard wood dominated stands using the energy wood felling head Naarva EF28 14.4.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 22 INFRES PROJECT CONTACTS Coordinator Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa Natural Resources Institute Finland, Finland antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi Contact information for this publication Gernot Erber, BOKU University of University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna gernot.erber@boku.ac.at Franz Holzleitner, BOKU University of University of Natural Resources and Life Sciences, Vienna franz.holzleitner@boku.ac.at             INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)    Dan Bergström (SLU), Fulvio Di Fulvio (SLU/IIASA),   Yrjö Nuutinen (LUKE),   Lena Jonnson (Swedish Forest Technology Cluster)     Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a  bundle‐harvester system in early fuel wood thinnings      Dissemination Level  Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)   Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)   Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)     Umeå, April 24th, 2015      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  1       1. Introduction  In order to reach high cost efficiency in forest fuel supplies high payloads in terrain and road  transportations are crucial. Therefore the biomass could be compressed into ca 2.5‐3.5 m  long bundles with densities of 270‐780 kg/m3 already in the stand or at roadside before  being further handled and transported (Nordfjell & Liss 2000). Such systems has been  analyzed in the past and it was concluded that if the bundles can be made in such way that  they can be transported on conventional roundwood trucks, the logistical advantages are  severe throughout the supply chain (Johansson et al. 2006). The bundles are easy to handle  when being re‐loaded, dry out during storage, and the comminution can effectively be done  using large scale systems. However, the technologies studied for bundling are costly and  new technologies with higher cost efficiency are required. Bergström and Di Fulvio (2014)  show that if bundle‐harvester systems for young dense thinnings are developed further,  their cost efficiencies when including transportations to the end users will be significantly  lower than for conventional tree‐parts systems.   A first prototype of whole tree bundler for small trees was tested in Finland in 2007 (Jylhä &  Laitila 2007), the early study shown that the bundling productivity was limited by the fact  that simultaneous harvesting and bundling phases were only 8–18% of effective working  time in the study. Therefore, it was concluded that the studied concept was not competitive  with the conventional harvesting systems, however having a great potential for future  development. A second prototype was studied in 2009 (Kärhä et al. 2009, Nuutinen et al.  2011), the productivity increased by 38‐77% compared to the first prototype, and the  improvement was due to a higher cutting‐accumulation capacity and the improved bundling  hydraulics, which increased the possibility to perform simultaneous harvesting and bundling.  A third version of the “Fixteri” bundling system was launched in 2013 and its efficiency  (time/bundle) when implemented in a bundle‐harvester concept has been further increased  by 90‐160% in comparison to previous versions (Björheden & Nuutinen 2014).  The systems  productivity has however not been extensively studied in stands with an average tree size  harvested below 30 dm3. In these stands, the share of disturbing under‐growth trees can be  significantly and might decrease cutting productivities (cf. Kärhä 2006).  Objectives  The objective was to study the effect of harvested tree size and density of undergrowth on  the operational efficiency of a whole tree bundle‐harvester in early fuel wood thinnings in  the North of Sweden.     2. Materials and Methods  A stand containing patches dominated by broad leaves and conifers of various  characteristics was selected. The study area was located in Holmsund (N 63°43’, E 20°25’) in  the costal area of north of Sweden. The forest was 30‐35 years old and contained mostly of  Scots pine, Norway spruce and birch. The ground had in generally a good bearing capacity,  the surface had no obstacles and the slope was slight. In total 26 units were marked out for  harvesting with an average surface of 1215 m2, and a total surface of 3.2 ha (Table 1). In 10      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  2      of the 26 units a pre‐cleaning was carried out, meaning that trees with a DBH ≤2.5 cm (i.e.  undergrowth trees) were cut with a cleaning saw and left on the ground prior to the thinning  with the bundler‐harvester.  Table 1. Characteristics of the 26 harvesting units after pre‐clearance (in 10 of the units) and  before thinning.    DBH1  DBH  basal2  Stem  volume  Density3 Height  Stem  volume  Biomass  Undergrowth  density  Stats  (cm)  (cm)  (dm3) (trees/ha) (cm) (m3/ha) (OD t/ha)  (n/ha) Mean  7.1  8.0  26.5  5406 8.2 133.9 92.3  4523 Min  5.5  6.3  15.0  2765 7.0 91.0 54.0  134  Max  8.5  9.9  43.0  9302 9.7 206.0 148.0  11951 Median  7.0  8.0  24.5  5200 8.1 131.0 91.0  3648 SD  0.9  1.0  8.1  1583 0.7 28.9 24.9  3509 1Arithmetic DBH for tree-sizes ≥ 2.5 cm DBH; 2DBH weighed by basal area; 3Including all tree sizes. The machine system studied was a harwarder equipped with a bundling unit able to cut the  trees and bundle them into 2.6‐m long cylinders with a diameter of ca 60‐70 cm (Figure 1).  The base machine was a 8‐wheeled Logman 811FC (Logman, Oy) with engine power of 125  kW, a mass of 15 t, a width of 2.8 m and ground clearance of 65 cm. It was equipped with a  10 m reach Logfit FT100 crane (Logfit AB) integrated on a rotating cabin with endless  turning. The crane was equipped with a Nisula 280E+ (Nisula Forest Oy) accumulating felling  head with a mass of 0.33 t and a maximum cutting diameter of 28 cm.      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  3      Figure 1. The Fixteri FX15 bundle‐harvester system  The bundling unit was a Fixteri FX15 with a mass of about 6.5 t, a width of 240 cm, a length  of 410 cm, and height 280 cm. The systems total mass was 23.5 t. The bundling unit it  featured with two feed rollers, a cut‐to length guillotine and a compression and bundling  compartment. The bundling chamber has a fixed length of 260 cm and is featured with three  sets of chains used for compression and a vertically sliding frame. On the right side of the  compression chamber are two plastic net rolls mounted, each roll containing 4000 m of  wrapping net. On the opposite side of the chamber are two mobile arms mounted for  integrating scaling and dropping‐off of bundles.   The bundling unit is powered by the base  machine´s electrical and hydraulic system (Fixteri Ltd 2014).    Whole trees were cut, accumulated and fed to the bundling unit for processing (Figure 2).  The guillotine installed at the chamber gate bucks the stems in the feeding chamber into 260  cm lengths. Once the compartment contained sufficient material for producing one bundle  (i.e. 450‐500 kg of fresh mass), the bunch of trees was lifted up to a compaction chamber  where the bundle was compressed by revolving chains and tied up by means of a plastic net,  at the same time the lower compartment could be fed with other trees. Once the bundle  reached a sufficient density it was automatically unloaded from the compaction chamber to  two side arms, the bundle was automatically scaled and information on time of production  and mass were recorded on the base machine computer. Then the bundle was dropped on  the ground from the arms and a new bundling cycle started. The bundling process is  completely automated and the operator can use the crane for cutting and feeding trees to  the bundling unit while the bundle compaction is continuously performed. No residual  biomass excesses the bundling process, i.e. the whole trees feed to it are bundled.      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  4      Figure 2. Flow chart of the work processes for the studied bundle‐harvester. Notations A and  B indicates that the several trees can be cut in one crane‐cycle before delivered to the  bundling unit.  The thinning was carried out selectively from below on a strip road pattern with a 20 m  spacing between the roads. Removing priority was given to broadleaved species and the  target was to leave at least 1200‐1500 future crop trees/ha (i.e. trees with DBH > 6‐7 cm).  The time study was conducted between 5th and 14th of May 2014, and the total duration of  the study was 29.4 hours. The productive work time (PMH0) consumption was continuously  recorded and delays were recorded apart. The highest priority in the recording of time  elements was given to the crane work, i.e. if the crane work and bundling were performed at  the same time, the crane was prioritized and recorded. During the harvesting the number of  felled trees per crane cycle (DBH > 2.5 cm) was also recorded (the threshold was visually  estimated). At the same time, the machine computer created a dataset for each harvesting  unit which contained the time (hour: minute: second) when each bundle was expelled from  the bundler and its fresh mass (kg), as acquired from the integrated scale.  After the time study, the remaining stand’s characteristics were inventoried again by using  permanent transects used for the inventory of the stand characteristics prior to the thinning.      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  5      The oven‐dry (OD) biomass content of stems, branches and needles was calculated using  Marklund’s (1987) functions. For conversion to solid volume, Hakkila’s (1978) basic density  values for crown biomass were used. The bundle mass was acquired directly from the  machine database as a fresh mass and was converted to oven dry (OD) mass by using the  moisture content (MC) recorded in each harvesting unit. Immediately after harvesting, in  each of the harvesting units, one bundle was randomly sampled from which a 10 cm thick  slide was cut off (in the middle of its length) by using a chainsaw for MC determination. The  average MC for the pine, spruce and birch dominated harvesting units were 53.4 (SD =2.5),  58.7 (SD =1.3) and 52.6% (SD =3.0), respectively.  3. Study result  There were no differences between treatments (pre‐clearance vs. no pre‐clearance of  undergrowth) on the remaining stands’ properties (i.e. stand density, damage, strip road  spacing). The remaining stands had in average 1852 trees/ha and consisting of of 39% pine,  20% spruce and 41% birch, by number. The strip‐road width was in average 4.5 m and the  distance between strip‐roads 19.8 m.  The bundles had in average a fresh weight of 439 kg  (SD 24.1 kg) with a minimum and maximum value of 391 and 493 kg, respectively.  The  corresponding dry mass was 203.4 OD kg (SD 17.3).   The number of undergrowth trees had no significant effect on the harvester and bundling  work time consumption. The felling crane was standing idle 7.4% of the effective work time,  mostly due to feeding large trees and moving droppedbundles . In average 4.1 trees/crane  cycle were harvested and there were no statistically significant differences between  treatments. In average each crane cycle took 44.6 seconds and in average 5.5 crane cycles  were required to produce a bundle. Hence, in average 4.1 min of work time were required  per bundle.  The productivity reached in average 3.1 OD t/PMH0 (SD 0.6 t/PMH0) (6.6 fresh t/PMH0 (SD  1.2 t/PMH0 )) .The independent variable, harvested tree size (stem volume), explained most  of the variability in the productivity (67%) and was used as single variable for modeling the  harvester‐bundler productivity (OD t/PMH0), since all other combinations of independent  variables gave lower prediction values and/or were biased with multicollinearity (Figure 3).   In average 15.1 bundles/PMH0 (SD 2.7) were produced with a minimum and maximum  production rate of 10.8 and 20.3, respectively. The productivity in terms of bundles/PMH0  was also mostly explained by the harvested stem volume, and in this case it explained a  slightly higher degree of variability compared the productivity in term of mass (74% vs. 67%).      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  6      3025201510 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 Stem volume (dm3) Pr od uc ti vi ty ( O D t /P M H 0) NO PCT PCT Treatment Figure 3. Productivity of the bundle‐harvester system as a function of average harvested  stem volume and treatments, PCT=pre‐cleaned, NO PCT=not pre cleaned.       Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  7      4. Chain level comparison with conventional supply chains  The cutting efficiency of the system  is  in  line with previous studies (Björheden & Nuutinen  2014) and  in  line with conventional  loose tree‐parts harvesters.  In average 4.1 trees/crane  cycle were  cut.  Iwarsson Wide  (2010)  stated  that  the number of handled  trees per  crane  cycle  is a critical parameter  for multi‐tree handling  in small diameter stands. Belbo  (2011)  showed  through a  simulation  that  the optimal number of accumulated  trees  in multi‐tree  cutting  is  from 4  to 5  trees per  crane  cycle. Thus,  it  seems  that  the  cutting  capacity was  highly utilized in present study. As bundles achieve higher payloads than loads of loose tree  parts the overall productivity of bundle supply systems are therefore higher. However, the  operational  cost  of  the  bundle  harvester  is  higher  than  for  conventional  harvesters,  therefore  the  systems  suitability  is  dependent  on  tree  size  harvested  and  transportation  distances.   Bergström and Di Fulvio  (2014) show  that bundle‐harvester systems, similar  to  the studied one, are competitive compared to conventional tree pert systems  in early  fuel  wood thinnings where the average stem volume harvested  is greater than ca 30 dm3. One  obvious  drawback  with  the  bundle‐harvester  system  is  its  high  mass,  which  limits  the  machines usability on weak grounds.    5. General evaluation  The following conclusions can be drawn from the field study:   The system efficiently produces high density bundles with high durability from whole  trees.   The efficiency of the system is limited by the cutting work speed, i.e. the efficiency of  the bundler exceeds the efficiency of which trees can be feed to the bundler.   The machine is relative heavy and its center of gravity is relatively high from the  ground which gives high ground pressure and limits its maneuverability in side  slopes.    In order to optimize the efficiency and potential of the bundle‐harvester system, the  following technical improvements/changes and future studies are suggested:    The system can reach higher efficiency if featured with an accumulating head able to  achieve higher cutting efficiency.   A reduction of the bundler‐harvester mass would render higher utilization (more  type of stands could be harvested).     6. Demo results  In May 16th 2015, 80 persons gathered in Holmsund (10 km from Umeå) in north of Sweden  for a field demonstration. The participants were researchers, machine manufacturers,  machine developers, representatives from refining industries,  forest companies and forest  owners associations.  The in‐field demonstration included the entire supply system for small  tree bundles (Figures 4‐9): 4 & 5) cutting and production of bundles; 6) forwarding of  bundles; 7) building of a storage pile; 8) truck transportation of bundles; 8) chipping of      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  8      bundles. The main event was the demonstration of the “Fixteri FX15” bundling system which  was attached to a Logman811FC equipped with a Nisula Forest 285 head (Figure 4). This  system has previously been studied in Finland by the Metla (i.e. currently “Luke”), the  Swedish Forest Research Institute (Skogforsk), Metsäteho and Pöyry Management  Consulting. The Finnish study results show that the system is effective and competitive in  comparison to conventional systems, and therefore it was interesting to study and  demonstrate also in the Swedish conditions. The system was demonstrated while thinning a  young dense stand. During the demonstrations, the audience had the possibility to ask  questions both to the machine operators and machine owners/manufacturers.            Figure 4. The Bundle harvester system demonstrated.      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  9        Figure 5. Strip road with produced bundles.        Figure 6. Forwarding of bundles with a Komatsu Forest 865 forwarder equipped with a slash  grapple (E36) and a crane‐scale system (Intelweigh XW 50PS).      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  10        Figure 7. Building of a storage pile. Bundles are laid in cross sections for higher wind  penetration.         Figure 8. Bundles are loaded on a conventional timber truck.      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  11        Figure 9. Chipping of bundles with a Doppstadt DH‐910 drum chipper.      Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  12        7. Acknowledgements  The authors wish to thank the colleges at SLU (Raul Fernandez‐Lacruz, Mikael Öhman, Erik  Andersson)  and Norra  Skogsägarna  (Mikael  Forsman &  Jenny  Lindgren)  for  their  support  with the field study and demo. The results reported herein are a part of a manuscript that  will be submitted to Croatian Journal of Forest Engineering.    8. References  Belbo,  H.  2011.  Efficiency  of  Accumulating  Felling  Heads  and  Harvesting  Heads  in  Mechanized  Thinning  of  Small  Diameter  Trees.  Doctoral  thesis.  Linnaeus  University  Dissertations No. 66/2011. 42 p.    Bergström, D. & Di Fulvio, D. 2014. Comparison of the cost and energy efficiencies of  present and future biomass supply systems for young dense forests. Scandinavian Journal of  Forest Research, DOI:10.1080/02827581.2014.976590.    Björheden, R. & Nuutinen, Y. 2014. Study of Fixteri FX15a small‐tree bundling unit. Swedish  Forest Research Institute, Report no. 819–2014.     Hakkila, P. 1978. Harvesting small‐sized trees for fuel. Folia Forestalia, 342, 38 p. (In Finnish  with English abstract).     Iwarsson Wide, M. 2010. Technology and Methods for Logging in Young Stands. In: Efficient  forest fuels supply systems (Thorsén, Å., Björheden, R. & Eliasson, L. Eds.) Skogforsk, 2010.    Jylhä, P. & Laitila, J. 2007. Energy wood and pulpwood harvesting from young stands using a  prototype whole‐tree bundler. Silva Fennica 41(4): 763–779.    Jirjis, R. 1995. Storage and drying of wood fuel. Biomass and Bioenergy, 9 (1‐5): 181‐190.    Johansson, J., Liss, J.‐E., Gullberg, T. & Björheden, R. 2006. Transport and handling of forest  energy bundles—advantages and problems. Biomass and Bioenergy 30 (4): 334–341.    Kärhä,  K.,  2006.  Effect of  undergrowth  on  the harvesting of  first‐thinning wood.  Forestry  Studies 45:101‐117.    Kärhä K, Laitila J, Jylhä P, Nuutinen Y. & Keskinen S. 2009. Kokopuun paalaus ‐tuotantoketjun  tuottavuus ja kustannukset [Productivity and costs of the whole‐tree bundling supply chain].  Metsäteho Report 211. ISSN 1459‐773X. (In Finnish)    Marklund L.G. 1987. Biomassafunktioner för tall, gran och björk i Sverige. Biomass functions  for  pine,  spruce  and  birch  in  Sweden.  Sveriges  lantbruksuniversitet,  Institutionen  för  skogstaxering, Rapport 45, 79p (in Swedish with English Summary).        Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  13      Nordfjell,  T.,  &  Liss,  J.‐E.,  2000.  Compressing  and  Drying  of  Bunched  Trees  from  a  Commercial Thinning. Scandinavian Journal of Forest Research, 15(2):284‐290.    Nuutinen  Y., Kärhä, K.,  Laitila,  J.,  Jylhä, P. & Keskinen  S. 2011.  Productivity of whole  tree  bundler in energy wood and pulpwood harvesting from early thinnings, Scandinavian Journal  of Forest Research, 26:4, 329‐338.                                                                                Demo Report 15: Studies and demonstration on the use of a bundle‐harvester system in early  fuel wood thinnings     27.4.2015     INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  14         INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources Institute Finland (Luke ), Finland  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi               Contact information for this publication     Dan Bergström SLU, Swedish University of Agricultural Sciences Department of Forest Biomaterials and Technology Skogsmarksgränd SE‐90183Umeå, Sweden Phone: +46 90 786 8225 E‐mail: dan.bergstrom@slu.se                                      INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)     Franz Holzleitner and Gernot Erber   BOKU    Demo report 16 ‐ Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip  Supply using a Fleet Management System – D4.5                Dissemination Level  Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)   Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)      Vienna, 30.04.2015      Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  1    Content    PREFACE ............................................................................................................................................................. 2  1  INTRODUCTION........................................................................................................................................... 4  2  MATERIAL AND METHODS .......................................................................................................................... 5  2.1  BUSINESS PROCESS MAPPING ............................................................................................................................. 5  2.2  DATA RECORDING CONCEPT FOR WOOD CHIP TRANSPORT ........................................................................................ 5  3  RESULTS ...................................................................................................................................................... 0  DISCUSSION ....................................................................................................................................................... 6  4  DEMO IMPRESSIONS – 7TH NOVEMBER 2014 ............................................................................................... 7  REFERENCES ....................................................................................................................................................... 8                                  Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  2    Preface  Finnish Forest Research  Institute  (Metla)  is coordinating a  research and development project  ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU – INFRES’. The project  is funded from the EU’s 7th framework programme.  INFRES aims at high  efficiency and precise deliveries of woody feedstock to heat, power and biorefining industries.   INFRES  concentrates  to  develop  concrete  machines  for  logging  and  processing  of  energy  biomass  together with  transportation solutions and  ICT systems  to manage  the entire supply  chain. The aim is to improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy  consumption  and  the  material  loss  during  the  supply  chains.  New  hybrid  technology  is  demonstrated  in machines and new  improved cargo‐space solutions are tested  in chip trucks.  Flexible fleet management systems are developed to run the harvesting, chipping and transport  operations. In addition, the functionality and environmental effects of developed technologies  are evaluated as a part of whole forest energy supply chain.  This  publication  is  a  part  of  the  INFRES  project.  The  research  leading  to  these  results  has  received  funding  from  the European Union Seventh Framework Programme  (FP7/2012‐2015]  under grant agreement n°311881.  A  fleet management  system, operation  in  trucks and chippers was  investigated  in  this  study.  Further,  entrepreneur’s  business  processes  were  mapped  and  starting  points  for  the  implementation of semi‐automated reporting and controlling system were identified.  Franz Holzleitner and Gernot Erber, Vienna, April 2015                          The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the  European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information  contained therein.          Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  3    Title  Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet  Management System  Author(s)  Franz Holzleitner, Gernot Erber   Abstract  Fleet management systems offering online process controlling have been used in other business fields such as  e.g. transportation of food or package shipment before, always seeking to optimize delivery both  in terms of  customer  satisfaction  and  cost  efficiency.  Supporting  supply‐chain  processes  from  the  forest  to  the  energy  plant by on‐board monitoring equipment has become more essential, especially in wood chip supply.  Data collection was carried out using a predefined process flowchart including also a detailed process mapping  covering all business activities along the whole wood chip supply chain at Holz Schwarz GmbH. Additionally the  main drivers regarding management of delivery notes from the start of a job until delivery and cash flow where  mapped, identified and analyzed.  All together 1,119 transport jobs were sent via the user frontend to the transport systems with installed fleet  management  system  from February 2014  to April 2015. After plausibility check 792  truckloads  remained  for  further  statistical analysis. Two  transport  systems both consisting of  truck and  trailer  transported 52,522 m³  loose over a distance of 55,186 km.  In average a tour took 3.1 hours from driving empty to the chipping site  until finishing unloading at the plant, having a tour  length of 70 km and consuming 36.3  liters diesel. Average  loading/chipping productivity was 100.5 m³ loose per hour.  As a benefit for the entrepreneur, an automated, browser based reporting system was implemented based on  pre‐processed fleet management data. By selecting a date from the calendar with delivery note, a daily statistic  of transport or chipping was generated. Furthermore details on time consumption and fuel use on process level  are displayed. Thus efficiency in job administration could be increased significantly.  Date  April 2015  Language  English  Pages  18 p.  Name of the project  INFRES ‐ INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU  (311881)  Financed by  European Commission – FP7 programme  Keywords  fleet manager, process analysis, chipping, transport, process mapping  Publisher          Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  4    1 Introduction  Effectively  running  and  organizing wood  chip  supply  for  energy  purposes  is  a  complex  task  under  constant  cost  pressure.  Detailed  analysis  and  optimization  of  the  main  business  processes and trip times requires knowledge of every process and  its attributes, such as time  and  fuel  consumption, within  the work  flow. Based on  recorded  and  analyzed process data,  productivity and utilization of each machinery and transport systems can be investigated easily  (Holzleitner,  2013).  Detailed  business  process  mapping  and  analysis  offer  the  possibility  to  identify main cost drivers and starting points for re‐engineering of a defined wood chip supply  system  (c.f.  Windisch  2013).  Decision  support  systems  and  strategic  planning  activities  in  forestry strongly depend on high‐quality data (Holzleitner, 2013).  Fleet  management  systems  offering  online  process  controlling  have  been  used  in  other  business fields such as e.g. transportation of food or package shipment before, always seeking  to  optimize  delivery  both  in  terms  of  customer  satisfaction  and  cost  efficiency.  Supporting  supply‐chain  processes  from  the  forest  to  the  plant by on‐board monitoring  equipment  has  become  more  essential,  especially  in  wood  chip  supply.  The  use  of  mobile  devices  in  combination with GPS for controlling the transport of wood chips was analyzed by Sikanen et  al.  (2005).  It showed  that state of  the art  information  technology  is capable of  fulfilling basic  requirements in controlling within the wood chip supply chain. However, there’s still a need for  improvements  in  terms of  user‐friendly hardware  and  software  as well  as  in  data  exchange  systems (Holzleitner, 2013).  Fleet management  systems  support  the entrepreneur  through  combined  analysis of delivery  notes, engine and  location data. Data  from transport activities can be recorded automatically  over  a  long  period, without  detaining  the  driver  from work. Data  storing  and  reporting  for  managing  delivery  notes  or  controlling  the  fuel  efficiency  is  then  done  automatically  by  database procedures without any further effort by users (Holzleitner, 2013)  On‐demand and automatically derived process data can support the strategic and operational  decision  making  processes  within  a  company.  In  particular,  accurate  costing  for  new  investments and post calculations for reengineering purposes can easily be done. Development  of multicriteria decision support tools for supporting the process of selecting the most efficient  timber harvesting  system depends on data  like  these  (c.f. Kühmaier  and  Stampfer 2010 and  2012).  There’s  still  plenty  of  room  for  improvement  in  existing  supply  chains  for wood  chips.  Cost  management,  organizational  effort  and  adaptability  under  varying  conditions  thus  demand  technical  improvements  based  on  these  data.  Until  now,  data  recording  and  analyzing  are  normally done manually  in  infield  time studies, which cover only a certain, short  time  frame,  and are therefore of limited significance compared to long‐term studies (Holzleitner, 2013)  This  demo  aims  to  analyze  the  main  processes  of  wood  chip  supply  based  on  long‐term  machine data. Starting with a focus on all business processes needed for delivering wood chips  from the forest road side storage to the plant. Delivery note based reporting will be set up for  supporting  entrepreneur’s  decisions  in  a  second  step.  Further,  the  existing  data  base  on  biomass supply processes will be improved for future research activities.        Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  5    2 Material and Methods  2.1 Business process mapping  Using  predefined  process  schemes,  the  entrepreneur’s  business  processes  from  getting  in  contact with the forest owner until wood chips are delivered and accounted were mapped. The  main processes were  identified  in  interviews with  the  responsible persons and  subsequently  mapped in a chronological and thematic manner.  2.2 Data recording concept for wood chip transport  Data  collection was  carried  out  between  February  2014  and  April  2015  using  a  predefined  process flowchart, as presented in Holzleitner et al. (2013). The transport cycle for wood chips  was divided into several work phases. Cut‐off point between two loads was the start of a new  cycle starting with the process of driving empty to the chipper. Details on the vehicles involved  in  the  supply  chain are displayed  in Table 1.In  total,  three  chipper  systems  (one  truck‐,  two  tractor‐based) and three transport systems, (two truck‐, one tractor‐based) were employed.      Figure 1 – Data recording concept example for wood chip transport using a fleet management  system at Holz  Schwarz GmbH. Data  recorded either automatically or based on  input by  the  driver (either pre‐defined work phases or additional information).       Driving empty Loading/ Chipping Time stamp [hh:min] Position [lon/lat] Speed [km/h], Fuel [l] Driving loaded Trailer Destination, Load Waiting for acceptance Unloading Time stamp [hh:min] Position [lon/lat] Speed [km/h], Fuel [l] Time stamp [hh:min] Position [lon/lat] Speed [km/h], Fuel [l] Time stamp [hh:min] Position [lon/lat] Speed [km/h], Fuel [l] Time stamp [hh:min] Position [lon/lat] Speed [km/h], Fuel [l] Delivery note Time stamp [hh:min] Position [lon/lat] Speed [km/h], Fuel [l] Reason Driver´s input Predifined work phase– driver´s input Automatically recorded Delay Predifined work phase– driver´s input Legend     Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  6    Table 1: Holz Schwarz GmbH’s vehicles equipped with a fleet manager device.  Nr.  Vehicle  Type  Year of construction  Power [kW]  Purpose  Transport  capacity   1  IVECO truck  IVECO Trakker  2009  truck: 320  transport  75 m 3 loose with  trailer  2  IVECO truck  IVECO Trakker  2009  truck: 320  transport  75 m 3 loose with  trailer  3  IVECO truck  Rudnick & Enners  chipper  IVECO Trakker & RE‐ MTH 600*1000/10  2009  truck: 320; Chipper: 420  chipping  no transport  4  Steyr tractor & Mus‐Max  Steyr 6230 & WOOD‐ TERMINATOR 9 XL   tractor:2013  chipper: 2012  tractor: 170  chipping  no transport  5  Case tractor & Mus‐Max chipper  Case 370 &  WOOD‐TERMINATOR 11  tractor: 2015  chipper: 2014  tractor: 260  chipping  no transport  6  Steyr tractor & trailer  Steyr 6215 &  miscellaneous  tractor: 2013  tractor: 160  transport  40 m³loose    Hardware and software used for recording data within this demonstration were obtained from  Funkwerk  eurotelematik  GmbH,  a  German  manufacturer  specialized  in  fleet  management  applications.  The  used  version  included  an  installed  database  with  already  pre‐configured  reporting and data management tools. Core of the data management system is a database that  runs on a server at the  Institute of Forest Engineering, Vienna, where all collected raw data  is  stored, prepared and merged for further analyses (Holzleitner, 2013).       Figure 2 – Hardware (touch display) of the fleet management system used at the entrepreneur  Holz Schwarz GmbH. Drivers use this to document working processes and additional information  (Poier & Holzleitner).  Hardware  installed  in  the  driver’s  cabin  consists  of  a  terminal  for  handling  navigation,  documenting  the  progress  of  the  delivery  notes  and  additional  driver  input  (Figure  2).  Positioning is done by an integrated GPS antenna. Data transmission to the server is conducted  via  a GSM network module  (Figure  3).  Engine  related  data were  directly  recorded  from  the  Fleet Management Systems  Interface  (FMS) of each vehicle. The  interval  for capturing data  is  flexible and was set to one minute for the study. Datasets contain following information: time  stamp,  vehicle  ID,  position  and  additional  engine  related  data,  which  depend  on  the  FMS      Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  7    version and data availability. The costs per oven dry ton before taxes for the fleet management  amount to 0.72 € (Holzleitner, 2013)   Due to different vehicles types such as trucks and farm tractors, not all engine data types were  available via FMS  from every vehicle. Therefore,  fuel consumption was analyzed only  for  the  transport trucks with trailer and, in case the truck mounted chipper had an extra engine, for the  trucks engine only. Information on transported volumes was gained from a digital delivery note  database of the entrepreneur, which was linked to the rest of the data for the analysis period  February 2014 to July 2014.  Creation and processing of delivery notes, as well as the progress controlling were conducted at  the Institute of Forest Engineering. GSM network connection allowed adjustment of settings on  the institute’s desktop.    Figure 3 – Data recording principle example for wood chip transport using a fleet management  system  at Holz  Schwarz GmbH. Data  from  the  onboard  units  (OBU)  is  transferred  via GSM‐ network to a server, where data is stored, processed and available for clients.   Internet Backup Productiv System Failover System Client Client GSM Network Onboard Unit (OBU) Onboard Unit (OBU) Onboard Unit (OBU) Server                     3 Results  The  main  processes  from  getting  in  contact  with  the  forest  owner  until  wood  chips  are  delivered  and  accounted were  identified  and mapped  (Figure  4  and  Figure  5). All processes  were  then  arranged  in  a  chronological  and  thematic  manner  to  provide  an  overview  on  responsibilities, information and material flow.  Core of the whole process flow is a hand written control slip. The driver of the chipper counts  the number of truck  loads going from the chipping site to the customer and documents  it on  the  control  slip.  The  slip  further  contains  information  about  the  transport  vehicle´s  license  plate, their driving distance, date and customer information. If chipping is finished, the control  slip  is  handed  over  to  the  office  for  accounting  and  controlling  activities.  Based  on  this  information a spreadsheet data base  is set up for adding additional  information about scaling  data  from  the  customer. Based on  the developed process map, potential  starting points  for  software  based  solution  integration  were  sketched.  The  fleet  management  system  could  provide  important  data  for  delivery  note  management  and  abbreviate  administrational  processes. Especially an up‐to‐date controlling of  finished orders  is  impossible  in  the  current  situation.  Another  issue  is  the  rudimental  state  of  development  in  data  management.  All  accounting  and  controlling  activities  are  done  in  a  self‐developed  spread  sheet,  linked  to  external data. Altogether, from February 2014 to April 2015, 1,119 transport jobs were sent to  the transport systems via the user frontend with the installed fleet management system (Table  2).  After  a  plausibility  check  792  truckloads  remained  for  further  statistical  analysis.  Two  transport  systems,  both  consisting  of  truck  and  trailer,  transported  52,500 m³  loose  over  a  distance of 55,200 km. An average tour took 3.1 hours from driving empty to the chipping site  till  finishing  unloading  at  the  plant,  covering  a  distance  of  70  km  and  consumed  38.3  liters  diesel. Average loading and thus chipping productivity was 100.5 m³ loose per hour.  Table 2: Overview of main transport parameters for wood chip supply covering the whole  recording period and all loads.    To ur  len gt h  To ur  len gt h  Fu el  co ns um pt io n  pe r to ur   Fu el  co ns um pt io n  pe r 1 00  km   Fu el  co ns um pt io n  pe r m ³ lo os e  Lo ad in g /  ch ip pi ng   tim e  Lo ad in g /  ch ip pi ng   pr od uc tiv ity     [km]  [h]  [liters]  [liters]  [liters]  [h]  [m³/h]  n  792  792 792 792 792  792  792 mean  69.7  3.1 38.3 57.1 1.0  0.8  100.5 std.dev  53.8  1.2 24.8 15.1 0.6  0.4  55.0 min  3.0  0.5 2.0 5.6 0.1  0.3  15.0 max  381.0  9.0 165.0 150.0 6.0  4.8  750.0 sum  55,186  2,436.8 28,756 ‐ ‐  650.8  ‐ median  57.5  3.0 32.0 54.5 0.8  0.8  80     Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  1    For  process  based  analysis  of  transport  and  chipping  activities  73  truckloads were  selected  within period from February 2014 to July 2014. These were those loads which were covered by  scaling  data  and  delivery  notes. Due  to  the  availability  of  this  information,  load weight  and  moisture content of these truckloads were known. Thus wet tonne could be used as reference  unit. Though representing only 10% of the total recorded data,  it showed that these data did  not differ significantly from the whole data set (Table 3). When transporting broad  leaf wood  chips with a mean moisture content of 35 %  (3.613 MJ per m³ of wet material), 0.29  litres of  diesel are consumed per GJ of delivered energy content.  Table 3: Overview of main transport parameters for wood chip supply for the period February  2014 to July 2014.    To ur  len gt h  To ur  len gt h  Fu el  co ns um pt io n  pe r to ur   Fu el  co ns um pt io n  pe r 1 00  km   Fu el  co ns um pt io n  pe r w et  to nn e  Fu el  co ns um pt io n  pe r m ³ lo os e  Lo ad in g /  ch ip pi ng   tim e   Lo ad in g /  ch ip pi ng   tim e p er  we t to nn e   Lo ad in g /  ch ip pi ng   pr od uc tiv ity     [km]  [h]  [liters]  [liters]  [liters]  [liters]  [h]  [h]  [m³/h]  n  73.0  73.0  73.0 73.0 73.0 73.0 73.0  73.0 73.0 mean  85.4  3.3  41.3 51.6 2.6 0.8 0.9  0.1 93.6 std.dev  54.1  1.1  23.5 10.6 0.9 0.2 0.4  0.1 49.2 min  7.0  1.5  5.0 29.4 1.2 0.4 0.3  0.1 33.3 max  280.0  7.0  119.0 90.0 5.9 1.2 2.3  100.4 300.0 sum  6,233.0  240.8  3,017.0 ‐ ‐ ‐ 67.8  ‐ ‐ median  81.0  3.3  42.0 50.0 2.2 0.7 0.8  25.5 75.0 Additionally,  based  on  preprocessed  fleet management  data,  an  automated,  browser  based  reporting system was implemented. By selecting a date from the calendar with a delivery note  a  daily  statistic  of  transport  or  chipping  was  generated.  Furthermore,  details  on  time  consumption and fuel use on process level are displayed (Figure 6).          Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System   4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  2      Figure 4 – Business process map for wood chip supply of the entrepreneur Holz Schwarz GmbH, (Poier & Holzleitner). Order inflow (forest owner -Schwarz) volume quality operation location Assignment of order number marking piles order list per billing unitPrice determination Buying decisionno yes Order control (Schwarz) quality operation location chipper need Utilizationforest store chip sa les transport to storelogwood chips acess- ability Submit offer price per billing unit Order inflow (customer- Schwarz) Order control volume operation location delivery location Order allocation worker delivery locationmachine Quantity registration Billing billing unit billing type CANBUS GPS-Data driver’s input Material source store external store Order creation machinery selection chipper transport coordination date operation location O p e r a t i o n p l a n n i n g Wood purchase Chip sales Services O p e r a t i o n e x e c u t i o n O f f i c e / A d m i n i s t r a t i o n Direct data access time/process date order number operations location delivery location cut number chipping rate delivery number weight dry basis weight wet basis transport license plate with/without trailer transport distance (km) note moisture content Order folder (Scans) Scanning/ Documentation weight dry basis weight wet basis loose volume m³ machine hours Control slip order number date customer operations location delivery location chipping rate name haulier license plate with/without trailer transport distance (km) Arrival delivery location Approach starts Loading ends Beginn Laden Unloading starts Departure operations location Unloading ends empty run Arrival operations location loading loaded run unloading Delay starts delay Delay ends Waiting starts waiting Waiting ends Waiting starts waiting Waiting ends Transport Vehicle parameters delivery number position time with/without trailer volume (m³) Weighing slip Schwarz Sample Schwarzsmall customer big customer Weighing slip customer Sample customer Notification date weighing slip number weight dry basis customer wood type haulier store Delivery location Delivery note date delivery number chipping rate license plate with/without trailer Approach starts approach Arrival operations location Chipping starts chipping Chipping ends Departure operations location departure Departure ends Delay starts delay Delay ends Waiting starts waiting Waiting ends Chipper Control slip Delivery note Weighing slip Notification date weighing slip number moisture content Bill Credit Order end Quantities (Excel) Office Office Office Office Order income (customer-Schwarz) volume quality delivery location delivery date Crediting Order creation Order list (Excel) order number order inflow date billing date customer contact person operations location machines in operation delivery location Open items Open bills (Excel) Open credits (Excel) billing/credit number billing/crediting date sum order number transaction date Controlling Control slip Delivery note Weighing slip Notification     Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System   4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  3      Figure 5 – Business process map for wood chip supply of the entrepreneur Holz Schwarz GmbH, focusing on administration and the support  potential of automated data recording via fleet management system (Poier & Holzleitner).  Order folder (Scans) Office/Administration Scanning/ Documentation Billing Crediting billing unit billing type weight dry basis weight wet basis loose volume m³ MWh machine hours Bill Credit Quantity registration Quantities (Excel) GPS data GPS data GPS data driver’s input driver’s input driver’s input GPS data driver’s input driver’s input driver’s input date order number operations location delivery location cut number chipping rate delivery number weight wet basis weight dry basis transport license plate with/without trailer transport distance (km) note moisture content driver’s input driver’s input Conventional data provisionImproved data provision Notification Delivery note Weighing slip Delivery note Delivery note Delivery note Control slip Notification Control slip Delivery note Control slip Delivery note Control slip Delivery note Control slip Delivery note Control slip Delivery note Control slip Delivery note Control slip Order list (Excel) GPS data GPS data CANBUS driver’s input office/ administrationorder number order inflow date billing date customer contact person operations location machines in operation delivery location driver’s input Order creation Improved data provision Note billing/crediting date Note Delivery note Control slip Delivery note Delivery note Control slip Delivery note Control slip Delivery note Control slip Conventional data provision Control slip Delivery note Weighing slip Notification Controlling Open items Open bills (Excel) Open credits (Excel) billing/crediting number billing/crediting number date sum order number transaction date Order end billing/crediting date office/ administration office/ administration office/ administration     Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System   4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  4      Figure 6 – Automated, process based  reporting based on  fleet management data  for wood chip supply of  the entrepreneur Holz Schwarz  GmbH (Höller & Holzleitner).      Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  5    Additionally, the main drivers regarding management of delivery notes from the start of a  job  till  delivery  and  cash  flow were mapped,  identified  and  analyzed. Altogether  administration  takes more  than 4.6 hours per  chipping  site. Driving, phone  calls and  inspection account  for  most  of  the  required  time  (Figure  7).  Documenting  and  accounting  in  the  office  represent  almost 50 % of the required time per chipping operation (Figure 8).      Figure 7: Business processes needed for operational planning activities for wood chip supply by  the entrepreneur Holz Schwarz GmbH. (Poier & Holzleitner).      Figure 8: Business processes needed for administration activities for wood chip supply by the  entrepreneur Holz Schwarz GmbH (Poier & Holzleitner).        Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  6    Discussion  The  demo  of  semi‐automated  process  analysis  clearly  showed  the  need  for  active  and  on‐ demand  controlling  in  an  entrepreneurs  daily  business.  From  a  technical  point  of  view  the  employed equipment proved to work flawlessly.    In  a  first  step,  together  with  the  entrepreneur,  a  detailed  pre‐study  process  analysis  was  conducted. It showed that the fleet management system is not able to cover all processes but  could strongly support daily business activities on the operational level, especially chipping and  transport  activities.  Other  detected  processes  can  benefit  from  data  provided  by  the  fleet  management system.   Further, process mapping provided  the entrepreneur with enlarged  knowledge on his needs  when  it  comes  to decide which  commercial management  system  to  introduce  in  the  future.  Such  a  system  should  be  capable  of  handling  all  detected  processes  and  provide  detailed  reports,  like  those,  then  custom‐made, within  the  demo.  Such  a  system  could  increase  the  efficiency  in  job  administration  significantly.  Especially  switching  from  a  paper‐based  to  an  electronic control slip would be an important step.  Based on the long term study data the entrepreneur is now able to redesign organisation and  recalculate pricing scheme. On a tactical level this data base will support him in determining the  geographical limits of operation in terms of cost efficiency.     From a  scientific point of view  the gained data and  results are of priceless value  for  further  research  activities  and  identifying  the most  important  starting  points  for  reengineering  and  redesign of wood  chip  supply on both, organisational  and  technological  level. Naturally,  this  report  is  only  able  to  offer  a  small  glimpse  of  the whole  data  volume  and  its  potential  for  different additional analyses.    Concluding, semi‐automated fleet management data recording can be considered a more than  able approach in process analysis and a handy tool, both in terms of daily business and research  activities.      Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  7    4 Demo impressions – 7th November 2014  The demo with more  than 100 participants was conducted on November 7th 2014 after  the  demo  of  the  felling  head  near  the  entrepreneur´s  headquarter  at  Pilgersdorf,  province  of  Burgenland, Austria. Participants from all fields of forest business including small scale farmers,  forest  owners,  harvesting  entrepreneurs,  machine  manufacturers,  interest  representatives,  researchers and students attended the demo. Chipping operations including transport activities  together with the fleet management system and the framework of INFRES were demonstrated  and extensively discussed.  Figure 9 – Visitors at the demo day – Discussing and receiving detailed information on the fleet  management system used for semi‐automated process analysis. Pictures: Lorenz, R.  Figure  10  –Participating  vehicles  equipped  with  the  fleet  management  system.  Pictures:  Holzleitner, F.        Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  8    References  Holzleitner,  F.,  Analyzing  time  and  fuel  consumption  of  timber  harvesting  and  transport  processes  based  on  long‐term  machine  data,  Dissertation,  Institute  of  Forest  Engineering,  University of Natural Resources and Life Sciences Vienna, 2013, 60 p.  Kühmaier,  M.  and  K.  Stampfer,  Development  of  a  multi‐attribute  spatial  decision  support  system  in  selecting  timber harvesting  systems, Croatian  Journal of Forest Engineering 32  (2),  2010, 13 p.  Kühmaier, M. and K. Stampfer, Development of a multi‐criteria decision support tool for energy  wood supply management, Croatian Journal of Forest Engineering 33 (2), 2012, 17 p.  Poier,  A.,  Geschäftsprozessanalyse  bei  der  Waldhackgutbereitstellung  am  Beispiel  der  Holz  Schwarz GmbH, Master Thesis, Institute of Forest Engineering, University of Natural Resources  and Life Sciences Vienna, 2015, 42 p.  Sikanen, L., A. Asikainen, and M. Lehikoinen, Transport control of forest fuels by fleet manager,  mobile terminals and gps, Biomass and  Bioenergy 28(2), 2005, 8 p.  Windisch,  J.,  Röser,  D.,  Mola‐Yudego,  B.,  Sikanen,  L.  and  Asikainen,  A.,  Business  process  mapping and discrete‐event simulation of two forest biomass supply chains, 2013, Biomass and  Bioenergy 56, 12 p.        Semi‐Automated Process Analysis of Wood Chip Supply using a Fleet Management System    4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  9      INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources Institute Finland, Finland  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi      Contact information for this publication   Gernot Erber, BOKU University of University of Natural Resources and   Life Sciences, Vienna  gernot.erber@boku.ac.at     Franz Holzleitner, BOKU University of University of Natural Resources and   Life Sciences, Vienna  franz.holzleitner@boku.ac.at                                                                                  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)       Juha Laitila, Jukka Antikainen and Antti Asikainen, Luke                                          Janne Immonen and Esa Mononen, Konepaja Antti Ranta Oy                                   Petri Kaksonen, Kari Kokko and Jussi Suutarinen, Kesla Oyj                                        Demoreport 17 ‐ JOINT DEMONSTRATION OF THE LARGE NINE AXLE CHIP  TRUCK‐TRAILER UNIT AND THE HYBRID CHIPPER– D4.5      Dissemination Level Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)     Joensuu, July 2015      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  1    Content    PREFACE ............................................................................................................................................................. 2  1  INTRODUCTION........................................................................................................................................... 4  1.1  WOOD FLOWS FROM FORESTS ........................................................................................................................... 4  1.2  TRANSPORT EFFICIENCY OF WOOD BIOMASS .......................................................................................................... 4  1.3  PRODUCTION OF FOREST CHIPS .......................................................................................................................... 5  1.4  AIM AND IMPLEMENTATION OF THE STUDY ........................................................................................................... 6  2  MATERIAL AND METHODS .......................................................................................................................... 6  2.1  KESLA C 860 HYBRID CHIPPER ........................................................................................................................... 6  2.2  THE NINE AXLE LIPE TRUCK‐TRAILER UNIT ............................................................................................................. 8  2.3  TIME STUDY OF CHIPPING ............................................................................................................................... 11  2.4  TIME AND FOLLOW UP STUDY OF TRANSPORTING ................................................................................................. 14  2.5  MEASURING DEGREE OF FILLING ....................................................................................................................... 14  3  STUDY RESULTS ......................................................................................................................................... 17  3.1  THE CHIPPING EXPERIMENTS ............................................................................................................................ 17  3.2  THE TRUCK TRANSPORTING EXPERIMENTS ........................................................................................................... 19  3.3  THE DEGREE OF FILLING EXPERIMENT ................................................................................................................. 20  4  GENERAL EVALUATION ............................................................................................................................. 21  5  DEMO RESULTS ......................................................................................................................................... 22  6  ACKNOWLEDGEMENTS ............................................................................................................................. 23  7  REFERENCES .............................................................................................................................................. 24                                  LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  2    Preface  Natural Resources Institute Finland (Luke) is coordinating a research and development project  ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU – INFRES’. The project  is funded from the EU’s 7th framework programme.  INFRES aims at high  efficiency and precise deliveries of woody feedstock to heat, power and biorefining industries.   INFRES  concentrates  to  develop  concrete  machines  for  logging  and  processing  of  energy  biomass  together with  transportation solutions and  ICT systems  to manage  the entire supply  chain. The aim is to improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy  consumption  and  the  material  loss  during  the  supply  chains.  New  hybrid  technology  is  demonstrated  in machines and new  improved cargo‐space solutions are tested  in chip trucks.  Flexible fleet management systems are developed to run the harvesting, chipping and transport  operations. In addition, the functionality and environmental effects of developed technologies  are evaluated as a part of whole forest energy supply chain.  This  publication  is  a  part  of  the  INFRES  project.  The  research  leading  to  these  results  has  received  funding  from  the European Union Seventh Framework Programme  (FP7/2012‐2015]  under grant agreement n°311881.  This  report  describes  the  performance  of  the  nine  axle  truck‐trailer  unit  constructed  by  Konepaja Antti Ranta Oy  and  Kesla  C  860 H  hybrid  chipper  in  the  supply  systems  based  on  chipping at the terminal or the roadside  landing. The study defined the fuel consumption and  productivity  levels of  the Kesla C 860 H hybrid chipper  for processing  large sized  roundwood  and logging residues as well as the payloads, unloading times and fuel consumptions of the nine  axle  truck‐trailer unit  for  transporting  fuel chips  from  the chipping place  to  the CHP plant.  In  addition,  the  quality  and  bulk  density  of  the  chips  produced  from  roundwood  and  logging  residues  were  analysed.  In  the  follow  up  study  were  recorded  the  payloads  and  fuel  consumption of  the nine axle  truck‐trailer unit when  transporting wood  chips  from plywood  mill and sawmill to the BCTMP and sulphate pulp mill.    Juha Laitila, Jukka Antikainen, Antti Asikainen, Janne Immonen, Esa Mononen, Petri Kaksonen,  Kari Kokko and Jussi Suutarinen, Joensuu, July 2015    This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has received funding from the European  Union Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881.  The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the  European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information  contained therein.              LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  3    Title  PROTOTYPE OF HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D4.5  Author(s)  Juha Laitila, Jukka Antikainen, Antti Asikainen, Petri Kaksonen, Kari Kokko and Jussi Suutarinen.  Abstract  This report describes the performance of the nine axle truck‐trailer unit constructed by Konepaja Antti Ranta  Oy and Kesla C 860 H hybrid chipper  in the supply systems based on chipping at the terminal or the roadside  landing. The objectives of this study were to test the new hybrid technology chipper, Kesla C 860 H, with large  sized roundwood and logging residues and define payloads, unloading times and fuel consumptions of the nine  axle  truck‐trailer  unit  when  transporting  fuel  chips  from  the  chipping  place  to  the  CHP  plant.  Chipping  productivity, fuel consumption, quality and bulk density of the produced chips was analysed. In the follow up  study were recorded the payloads and fuel consumption of the nine axle truck‐trailer unit when transporting  wood chips from plywood and sawmill to the BCTMP and sulphate pulp mill.  During the time studies, both the chipper and hybrid system were working well and truck mounted chipper was  also capable of operating in constricted roadside landings. The large nine axle truck‐trailer unit was at its best  when transporting fuel chips from the terminal. The results of this study must be considered to be preliminary  because  the  amount  of  chipped  and  transported  wood  assortments  was  rather  small.  The  chipper  and  especially the hybrid system are under continuous development, and follow up‐study is needed for the precise  determination of the productivity, fuel consumption and operating costs. The bulk density of dry wood chips is  rather  low and thus  the payload  is usually  limited by the  frame volume rather than the mass capacity of the  modern truck‐trailer unit.  The average chipping productivity of Kesla C 860 H hybrid chipper unit was 11 936 kg (dry mass) per effective  hour (E0h), when chipping roundwood. The average chipping productivity with logging residues was 11 830 kg  E0h‐1. Fuel consumption of Kesla C 860 H hybrid chipper was 2.7  litres per chipped 1000 kg  (dry mass) when  chipping  roundwood  and  3.1  litres  for  logging  residues.  Bulk  density was  317−330  kg/loose‐m3  for  logging  residue chips and 255−271 kg/loose‐m3  for roundwood chips, when the moisture was 48−53 % and 33−44 %  respectively. During the time studies the average fuel consumption of the truck‐trailer unit was 52.7 litres per  100 km. According  to  follow up  study,  the average  fuel consumption of  the  truck‐trailer unit was 38.8  litres  when driving with empty load and 54.5 litres with full load.   Kesla  C  860  H  chipper  has  been  introduced  to  the  audience  in  first  time  at  FinnMetko  forest  machinery  exhibition on August 2014  in Central Finland, and  second  time  in Hakevuori Forest Energy Day   at Askola  in  Southern Finland in March 2015. The nine axle Lipe truck‐trailer unit constructed by Konepaja Antti Ranta were  introduced to the audience first time on 11– 13 June 2015 at Logistics ‐ Transport 2015 fair in Helsinki.  Date  July 2015  Language  English  Pages  28 p.   Name of the project  INFRES ‐ INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU  (311881)  Financed by  European Commission – FP7 programme  Keywords  Chipping; hybrid technology; chips; fuel consumption; transporting; logistics; truck; trailer; payload   Publisher  Natural Resources Institute Finland (Luke)        LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  4    1 Introduction  1.1 Wood flows from forests  Truck‐trailer units dominate the wood transportation of forest and energy industries in Finland  (Karttunen et al. 2013, Strandström 2015b). The transport  is unavoidable due to the distance  between  the  resource and  the end‐users and  truck  transportation  is used since  there are no  alternatives  for  the  transport wood material  from  the  forest  landings  (Wolfsmayr &  Rauch  2014,  Strandström  2015b).  Railway  or waterway  based  transportation modes  are  limited  to  long  distance  transports  from  terminals  to  the  end‐users  (Wolfsmayr  &  Rauch  2014,  Strandström 2015b). In last year 75% of the industrial roundwood transported was brought to  the mill directly by road (Strandström 2015b). Railway transportation accounted for 22% of the  industrial roundwood volume, and waterway transportation (by floating and barge combined)  accounted for 3% (Strandström 2015b).  In 2014 Finnish forest industries consumed 64.5 million  m3 of  roundwood  (Ylitalo 2015a). Moreover, 9.24 million m3 of sawmill chips and dust, were  utilized by the pulp and paper industries in the secondary wood consumption (Ylitalo 2015a).    Forest chips are transported by trucks to the power and heating plants and at the present time  there  are  only  a  few  large  CHP  installations  that  can  even  use  railway  or  waterway  transportation  in Finland  (Hakkila 2004, Tahvanainen & Anttila 2011, Karttunen et al. 2012a,  Karttunen et al. 2013). A solid  frame ordinary truck‐trailer system  is also the most commonly  used vehicle for peat and forest industry by‐product transport logistics (Hakkila2004, Karttunen  et al. 2012b, Karttunen et al. 2013). Forest industry by‐products consist of assortments such as  bark,  sawdust,  shavings,  cut  off  and  recycled wood  (Hakkila  2004,  Kons  et  al.  2014,  Ylitalo  2015b).  The  raw  material  of  forest  chips  consist  of  logging  residues,  tree  parts,  non‐ merchantable roundwood and stumps from timber harvesting operations and pre‐commercial  thinnings (Hakkila 2004, Kons et al. 2014, Ylitalo 2015b).   1.2 Transport efficiency of wood biomass  Comminuting  increases the density and homogeneity of forest residues (Eriksson et al. 2013),  which justifies its application early in the supply chain (Björheden 2008). Transport efficiency is  increased since each truck can carry more biomass as a result of higher solid content of volume  which has positive impact in terms of cost, CO2 emissions, need of manpower and traffic on the  roads  (Routa et al. 2012, Eriksson et al. 2014). Different wood biomass  types have different  characteristics  that  impact efficiency and economics of  transporting  logistics  (Uusvaara 1978,  Uusvaara & Verkasalo 1987, Talbot & Suadicani 2006, Ranta & Rinne 2006, Wolfsmayr & Rauch  2014,  Cambero  et  al.  2015).  For  dry  or  loose material,  the maximum  load  is  limited  by  the  volume  of  material,  whereas  the  weight  limits  the  maximum  load  for  wet  or  artificially  compacted chips (Talbot & Suadicani 2006, Ranta & Rinne 2006, Wolfsmayr & Rauch 2014).   The bulk density depends on the wood species basic density, particle size distribution, moisture  content  as well  as  the  loading method  and  applied  pressure when  loaded  (Uusvaara  1978,  Uusvaara & Verkasalo 1987, Lindblad & Verkasalo 2001,   Talbot & Suadicani 2006, Eriksson et  al. 2013, Wolfsmayr & Rauch 2014). The solid volume to comminuted volume  is affected by a  number  of  factors  which  include  the  size  and  shape  of  comminuted  material  and  the  heterogeneity of the particle sizes, where larger heterogeneity will usually result in higher bulk      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  5    density, as airspaces are less regular and filled by smaller particles (Uusvaara 1978, Uusvaara &  Verkasalo 1987, Talbot & Suadicani 2006, Eriksson et al. 2013, Wolfsmayr & Rauch 2014).    In  many cases forest chips and forest industry by‐products are rather light and volume demanding  and could benefit of bigger  load spaces when  transported by  road  (Korpilahti 2015). Utilizing  modern vehicle designs such as a moveable axle group or liftable axles or steering axles at the  rear end of trailer, even a maximum dimensioned truck‐trailer unit can be well maneuverable  on forest roads and turnarounds (Korpilahti 2015).   Permissible  payloads  are  governed  by  the  legal  gross  mass  and  the  allowable  axle  mass.  Measures  and weight  limits  for heavy  vehicles were  changed  by  the  statute  that  came  into  force  the 1st of October  2013  in  Finland  (Valtioneuvoston  asetus  407/2013,  Karttunen  et  al.  2013, Korpilahti 2015). New  legislation enables higher gross weights as well as 20 cm higher  vehicles which means bigger load spaces (Karttunen et al. 2013, Korpilahti 2015). The changes  in  legislation  have  been  motivated  by  reductions  in  logistical  costs  and  greenhouse  gas  emissions.  According  to  the  new  statute  two  new  vehicle  types  such  as  8‐axle  truck‐trailer  unit  with  maximum gross weight of 68 tonnes and 9‐axle truck‐trailer unit up to 76 tonnes are accepted  (Valtioneuvoston  asetus  407/2013,  Korpilahti  2015).  Prerequisite  is  that  65%  of  trailer  axles  having twin tyres, otherwise maximum weights are 64 and 69 tonnes (Valtioneuvoston asetus  407/2013, Korpilahti 2015). Current  legislation on  the physical dimensions of  the  truck‐trailer  combination  limits  total  length  to  25.25  m,  width  to  2.55  m  and  height  to  4.4  m  (Valtioneuvoston  asetus  407/2013,  Karttunen  et  al.  2013,  Korpilahti  2015).  Maximum  load  spaces  are  for  truck  about 60 m3  and  for  a  trailer 100 m3  (Korpilahti 2015). Earlier  the  chip  truck‐trailer unit consists of a 3‐axle  truck and 4‐axle  trailer  resulting  in 60  tonne  legal gross  weight (Karttunen et al. 2012b, Karttunen et al. 2013). Typical frame capacities for conventional  truck‐trailer  units  range  between  120 m3  and  140 m3  and  tare weights  between  20  and  25  tonnes (Karttunen et al. 2012b, Karttunen et al. 2013). Semitrailers are not common in Finland  (Karttunen et al. 2012b).  1.3 Production of forest chips  Chipping is a central part of forest energy supply chain and it may take place on the logging site,  at the road side  landing, at a terminal, or at the plant. Machines operating at terminals, road  side landings or logging sites are run using diesel engines while grinders and chippers operating  at industrial sites can be powered with electric engines (Di Fulvio et al. 2015). A third option is  to use hybrid systems, which store excess energy from the diesel engine during low periods of  loading for use during peak loading times (Sun et al. 2010, Einola 2013, Eriksson et al. 2013, Di  Fulvio et al. 2015). Fuel costs are 30‐33% of total comminuting costs (Laitila et al. 2015a) and  fuel prices have been  rising  remarkably  (Einola 2013). Therefore more  and more  interest  to  novel  solutions  reducing  the  fuel  consumption  is  brought  to  discussion  and  hybrid  systems  capable of evening out the power peaks of the work cycle are of great interest among machine  manufactures.   In the year 2014, Finnish heating and power plants consumed 18.7 million m³ solid wood fuels,  of which 10.2 m³ million were forest industry by‐products and 7.6 million m³ comprised forest  chips  (Ylitalo 2015b). About 49% of  forest chips were made of small diameter  thinning wood  produced in the tending of young stands and 36% was produced from logging residues of final      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  6    fellings  (Ylitalo 2015b). The  share of  the  stump and  root wood was 11%, while 6% of  forest  chips  were  produced  from  large  non‐merchantable  roundwood  (Ylitalo  2015b).  Majority  of  delivered forest chips were chipped at roadside landings (Strandström 2015a).  About 29 % of  the  forest chips were produced at the terminals and 14 % were comminuted at  the end‐use‐ facilities (Strandström 2015a). Roadside chipping is the predominant supply system for logging  residue  and  thinning wood  chips  (Strandström  2015a).  Comminuting  at  the  terminal  is  the  leading  method  for  producing  fuel  chips  from  stumps  or  non‐merchantable  roundwood  (Strandström  2015a).  Comminuting  in  the  terrain  is  a  seldom‐used  harvesting  method  in  Finland (Kärhä 2011, Strandström 2015a).    1.4 Aim and implementation of the study  This  report describes  the performance of  the  large nine  axle  truck‐trailer unit optimized  for  transportation of chips and other biomaterials between  terminals and  large end use  facilities  constructed by Konepaja Antti Ranta Oy and Kesla C 860 H hybrid chipper in the supply systems  based  on  chipping  at  the  terminal  or  the  roadside  landing.  The  study  defined  the  fuel  consumption and productivity  levels of  the Kesla C 860 H hybrid chipper  for processing  large  sized  roundwood  and  logging  residues  as  well  as  the  payloads,  unloading  times  and  fuel  consumptions of the large truck‐trailer unit for transporting fuel chips from the chipping place  to the CHP plant. In the follow up study were recorded the payloads and fuel consumption of  the nine axle truck‐trailer unit when transporting wood chips from plywood mill and sawmills to  the Joutseno BCTMP and sulphate pulp mill.  The quality and bulk density of the chips produced from roundwood and logging residues were  analysed.  The  degree  of  filling  is  normally  determined  using  a measurement  stick  or  visual  evaluation. In this study we tested a novel 3D‐scanning device called Microsoft Kinect to obtain  3D‐model of wood chip  load  from  the  truck container.  In addition  the  fuel consumption and  chipping productivity were compared to findings from previous study examining Kesla C 860 H  hybrid chipper (Laitila et al. 2015b).  The  field  studies  were  conducted  in  cooperation  with  Kesla  Oyj,  Konepaja  Antti  Ranta  Oy,  Kuljetus Matti  J. Salminen Oy, Konnekuljetus Oy, Vapo Oyj and  Jyväskylän Energia Oy  in  June  2015  in  the  municipalities  of  Jyväskylä  and  Uurainen.  The  chipping  study  in  Jyväskylä  and  Uurainen  was  hosted  by  Vapo  Oyj.  Kesla  Oyj  provided  the  chipper  and  Kuljetus  Matti  J.  Salminen Oy an operator for chipping experiments. Konepaja Antti Ranta Oy provided the Lipe  truck‐trailer  unit  and  Konnekuljetus  Oy  drivers  for  the  chip  transporting  studies.    Natural  Resources  Institute  Finland  was  responsible  for  field  studies  and  reporting  of  these.  The  produced chips of the chipping experiments were transported to the Keljonlahti power plant of  Jyväskylän Energia Oy.     2 Material and Methods  2.1 Kesla C 860 hybrid chipper      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  7    The Kesla C 860 H hybrid chipper is mounted on a three‐axle Volvo FM 440 truck chassis (Figure  1) and the raw material are fed into the chippers feeding table with Kesla 2112T timber loader.  The width and height of intake opening are 800 mm x 600 mm.  There are eight angled blades  in a novel rotor that are positioned in a   two rows of drum and a square mesh sieve  is placed  beneath the drum to avoid that oversized chips leave the drum casing. During the time study,  the hybrid chipper was equipped with a 100 mm x 100 mm sieve. The Kesla C860 hybrid chipper  weighs 8200 kg.    Figure 1 – Chipping non‐merchantable roundwood (top) and logging residues (down) with the  Kesla C 860 H hybrid chipper during time studies (Photos: Petri Kaksonen/Kesla).  The Kesla C 860 H hybrid chipper is powered by an inline four‐cylinder Volvo Penta TAD572VE  diesel engine powers in a hybrid arrangement with an electric motor. The engine provides 160  kW at 2300 r/min and a maximum torque of 910 Nm. It has a bore and stroke of 110 x 135 mm  and displacement of 5.1  litres. The wet weight of the engine  is 583 kg. The diesel engine only      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  8    powers  a  generator  providing  electricity  for  the  electric  drivetrain  (Figure  2).  The  electric  generator and motors are from Visedo’s PowerDRUM XSe and XXS frames. Visedo also provides  the PowerMASTER M‐frame inverter for the generator and motor control.                                                The electric drivetrain powers not only  the wood  chipper but  all  equipment needed  for  the  chipping operation, including the Kesla 2112T crane used for feeding the wood into the chipper  (Figure  2).  The  needed  energy  is  generated  by  the  diesel  engine with  the  support  of  super  capacitor energy storage  (Figure 2). The motors driving  the chipper and hydraulic pumps are  permanent‐magnet motors, and  the  total  system minimizes  loss of energy and provides high  energy  efficiency. There  is no mechanical  connection between diesel engine  and  chipper.  In  future there is an option to connect the hybrid chipper to the power network, which enables it  to run on electricity alone (Figure 2)   Figure 2 – The system diagram of the the Kesla C 860 H hybrid chipper (Source: Petri  Kaksonen/Kesla Oyj).    2.2 The nine axle Lipe truck‐trailer unit  The studied nine axle truck‐trailer unit, which brand name is Lipe, was constructed by Konepaja  Antti Ranta Oy  (Figure 3). The tractor of the Lipe truck‐trailer unit was completely new Volvo  FH16 HP 8*4 Rigid Tag Tridem having an engine power of 552 kW. The vehicle consisted of a 4‐ axle truck and 5‐axle trailer. The truck‐trailer unit was designed especially for transporting by‐ products  of  forest  industries  and  wood  chips  from  terminals,  because  the  long  wheelbase  between  the  front  and  rear  axles of novel  vehicle  concept  require wider  turning  areas  than  traditional  trucks. The detailed dimensions and  turning  radius are presented  in  the Figures 4  and 5.       LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  9    The weight of  the  truck‐trailer unit was 24 500 kg and  the  legal gross weight were 69 000 kg  (for the truck 35 000 kg and for the trailer 34 000 kg). Total number of tyres were 22 (for the  truck 12  tyres and  for  the  trailer 10  tyres). The  load space of  the  truck was 57.4 m3 and  the  trailer 100 m3. The floor and wall of the load spaces were thermo insulated and unloading was  based  on  hydraulic  side‐tipping.  In  addition  the  load  space was  equipped with  hydraulically  opening  and  locking  waterproof  covers  (Figure  3)  and  hydraulically  raising  sidewalls.  The  unloading and cover functions were controlled with the electric control system from the truck  cabin.   The  versatile  load  space  can be  easily  customized  for use  in different  transportation  tasks, which enables e.g.  backhauling of baled pulp or sawn timber and thus minimizes vehicles  driving distances with empty load.         Figure 3 – The nine axle Lipe truck‐trailer unit at the Tikkakoski roundwood terminal during the  chipping/loading experiment (Photos: Petri Kaksonen/Kesla).      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  10      Figure 4 – Dimensions of the nine axle Lipe truck‐trailer unit constructed by Konepaja Antti  Ranta Oy (Source: Janne Immonen/Konepaja Antti Ranta Oy).         Figure 5 – Outer and inner turning radius for the nine axle Lipe truck‐trailer unit (Source: Janne  Immonen/Konepaja Antti Ranta Oy).                 LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  11    The  truck and  the  trailer were equipped with air‐suspension which  is rarely used  in  low  level  road network and on forest roads in Finland. For drivers, driving the vehicle is much smoother  with air‐suspension compared  to conventional  steel  leaf springs. The other advantage of  the  air‐suspension system is embedded weight scaling solution: the driver can monitor the weight  of  the  load  in  real  time.  This  ensures  the  possibility  to  maximize  the  load  size  during  the  chipping/loading operation and which reduces the transportation costs. The driver can observe  the individual axle loads of the vehicle and the trailer by using the separate monitoring device  (Figure 6).      Figure 6 – The axle mass monitoring device (Photo: Antti Asikainen/Luke).     2.3 Time study of chipping    The chipping study of non‐merchantable roundwood was carried out in 15th June 2015 at wood  terminal  in  Tikkakoski,  Central  Finland.  Logging  residues were  chipped  in  16th  June  2015  at  roadside  landing  in Uurainen, Central Finland.   Both  the experiments were carried out under  natural light during the daytime (8:00–19:00), with the same experienced chipper operator. The  temperature was +10–16  °C during  the study.   The chipped material were non‐merchantable  Norway spruce (Picea abies), Scots pine (Pinus sylvestris) and Downy birch (Betula pubescens)  roundwood  from  thinnings  and  final  fellings  (Figure  7),  and    Norway  spruce  (Picea  abies)  dominant logging residues (tops and branches) from final felling (Figure 7). The storing times of  both materials were about one year.        LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  12        Figure 7 – Chipping non‐merchantable roundwood with the Kesla C 860 H hybrid chipper at the  wood terminal in Tikkakoski (top) and logging residues (down) at  the roadside landing in  Uurainen (Photos: Petri Kaksonen/Kesla).    The length of roundwood logs was 3 m and they had a minimum top diameter of 6 cm and the  diameters of the butt ends ranged from 10 to 60 cm. The observation unit for roundwood chips  was the Lipe truck‐trailer unit with a 157.4 m3 gross cargo volumes. Due to restrictions of the  road network,  the observation unit  for  logging  residue  chips was a  Lipe  truck  container unit  with a 57.4 m3 gross cargo volumes.   Each  load was measured with a certified weight scale at  the  plant,  and  both  filled  and  empty  weights  of  the  containers/trucks  were  recorded.  The  effective hourly productivity (E0h) of the chipping operation was presented per dry mass (kg) of  the  forest chips. The chipping machinery was positioned parallel  to pile and during chipping,  the chips were blown directly  into container either  from the side or  from the rear  (Figure 7).  During the study 49.5 odt (80.4 green tonnes) of roundwood and 18.2 odt (36.9 green tonnes)  of logging residues were chipped with Kesla C 860 H chipper.       LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  13    The fuel consumption of the chipper units was measured at a  local fuel station after chipping  trial. Chipper units were parked  in exactly same place  in the beginning and at the end of the  shift and  tank were  refilled  to  full. The accuracy of  the  fuel pump was 0.1  litres and  the  fuel  consumption was presented per dry mass (1000 kg) of the produced forest chips.   The  working  time  was  recorded  through  the  application  of  a  continuous  timing  method  wherein a  clock  ran  continuously and  the  times  for different elements were  separated  from  each other under distinct numeric codes  (e.g. Harstela 1991, Magagnotti et al. 2013). During  the experiment the researcher observed the work performance outside the risk zone so that he  was  not  disturbing  the work  of  the  operator  (Figure  7).  The  operation  time  of  the  studied  chippers  was  recorded  manually  with  a  Rufco‐900  field  computer,  and  working  time  was  divided into work elements in order of priority:  Boom out: Boom movement from the chipper to the piled material  Grip: Gripping of material  Boom in: Boom movement from the pile to the feeding table   Feeding: Placing the material into the feed orifice and release of the grapple load  Adjustment: Possible adjustments of the material on the feeding table   Chipping: Chipping while the timber loader is idle  Moving and preparation: Repositioning of the chipper to next pile and preparing the  chipper ready for chipping work  Delays: Time not related to chipping work, but for which the reason for the interruption was  recorded.  The  data  analysis was  conducted  for  direct  chipping  time  only  (E0h),  in  order  to  avoid  the  confounding effect of delay and preparation  time, which  is  typically erratic  (e.g. Spinelli and  Visser 2009, Eliasson et al. 2012, Holzleitner et al. 2013). The  studies were also  too  short  to  record  representative  delay  times.  To  the  effective  working  time  (E0h)  included  the  work  phases of boom out, grip, boom in, feeding, adjustment and chipping.  The number of grapple  loads for each truck load was counted, in order to calculate the average weight of the grapple  load in feeding.  The  chip  samples  were  taken  directly  from  the  arriving  truck  loads  as  part  of  the  normal  delivery process at  the Keljonlahti power plant, after unloading chipped wood  to  the ground  (Uusvaara 1978, Uusvaara  and Verkasalo 1987).  Samples were  taken  to define  the moisture  content, basic density, particle size distribution, ash content, and net calorific value of chipped  wood, and samples were analysed in the laboratory of the Natural Resources Institute Finland  according to the following standards: EN 14780, EN 14774‐1, EN 14774‐2, EN 14774‐3, SCAN‐ CM 43:95, EN 15149‐1, EN 14775, EN 14918.  Five  samples were  taken  for each  truck  load, and wood  samples were  stored  in plastic bags,  which were  carefully  closed  and marked. Moisture  samples were  packed  in  double  bags  in  order to minimise the risk of bag outbreak or evaporation. The dimensions of the plastic bags  were 35 x 35 cm  (volume 8  litres), and the raw material, date, and time were written on the  label.  In addition, plastic bags were wrapped  in a plastic sack, and each  load was packed  in a  corrugated paperboard box of its own.      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  14    2.4 Time and follow up study of transporting  The transporting research was carried out as a combination of time study and follow‐up study.  The time study was integrated with the chipping experiments and during that were transported  two  truck‐trailer  loads of roundwood chips and  two pure  truckloads  (truck without  trailer) of  logging  residue  chips  to  the  Keljonlahti  power  plant  via  forest,  asphalt  and  unpaved  gravel  roads. Due  restrictions of  the  turn‐around place,  the  logging  residue  chips were  transported  without trailer.  Two  professional  truck  drivers  participated  to  the  time  study  and  the  time  study  analyst  observed the transportation work while sitting in the truck’s cabin. The unloading times of the  truck‐trailer unit at the Keljonlahti power plant were recorded manually with a Rufco‐900 field  computer. Driving distances were measured using  the  truck’s odometer, with an accuracy of  100  m.  The  fuel  consumptions  loaded  and  unloaded  were  recorded  with  the  on  board  computer of Volvo truck. Each load was measured with a certified weight scale at the plant, and  both filled and empty weights of the containers/trucks were recorded.  To  the  follow‐up  study  participated  three  professional  truck  drivers.  Drivers were  asked  to  independently  complete  a  form,  on  which  they  recorded  information  about  the  driving  distances  loaded and unloaded, payloads and fuel consumption with empty and full  load. The  truck drivers worked in three‐shift system and the follow up study took the time five days. The  follow  up  study  data  compromised  13  full  truck‐trailer  loads  of wood  chips  transported  via  asphalted highway from Central Finland to Joutseno BCTMP and sulphate pulp mill  located  in  South‐East Finland.     2.5 Measuring degree of filling   The  degree  of  filling  (Figure  8)  is  normally  determined  using  a measurement  stick  or  visual  evaluation. In this study we tested a novel 3D‐scanning device called Microsoft Kinect (Figures 9  & 10)  to obtain 3D‐model of wood chip  load  from  the  truck container. The main goal was  to  determine the degree of filling more efficiently and accurately than with current methods. The  Microsoft Kinect sensor (Figure 9) was originally developed for the gaming  industry but when  the Microsoft published  the software developer packages  (SDK)  for  the device  the usage has  rapidly expanded for different industrial fields as well.      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  15      Figure 8 – The loads were completely filled at the chipping place (Photo: Petri Kaksonen/Kesla).  The sensor includes several different components which are used at the measurement process  (Figure 9). The most important parts are the IR emitter and IR depth sensor which are used in  the depth map measurements. The depth map is calculated from known speckle pattern which  is  formed  using  a  diffractive  element  and  an  infrared  laser  (IR  Emitter).  The  laser  beam  is  scattered to dense point cloud which is projected on the surface of the target.   The  used  laser  is  on  an  infrared  region  so  it  cannot  be  detected  by  an  eye;  therefore  the  projected image is captured using an  infrared camera (IR Depth Sensor). The resolution of the  IR depth sensor is 640 x 480 pixels with 11 bits dynamics which defines the scanning accuracy  of the sensor. The final 3D object can be formed by registration of different depth maps using  the iterative closest point (ICP) method.   The sensor was developed  for  indoors use and  the power of  the  laser  is  relatively  low which  may cause a problem when  the sensor  is used outdoors. The  intensity  level of the direct sun  light is much higher than the laser can produce which will saturate the measurements. Cloudy  weather or some external shade will improve the measurement usability and accuracy.       Figure 9 – The structure of the Microsoft Kinect sensor (Source: Microsoft)      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  16    The measurements were planned to do at  the  terminal site using a  long rod. The sensor was  installed at  the end of  the  rod and  it was moved manually over  the container. However,  the  measurements were hard to complete because of handling problems of the  long rod, but the  most crucial limitations came from the weather conditions. The direct sunlight (measurements  were  saturated)  and  occasional  rain  (laptop  wasn’t  a  weather  proof)  disturbed  the  measurements. Therefore the measurement location was changed into the power plant where  the rod can be adjusted more easily over  the container  (Figure 10). The measurements were  done  from 5 meter high stairs where the top of the container was easily seen and measured  (Figure 11).    Figure 10 – The Microsoft Kinect sensor was  installed at the end of the rod and  it was moved  manually over the container (Photo: Antti Asikainen/Luke).    Figure 11 – The 3D‐scanning were done  from 5 meter high stairs at  the power plant  (Photo:  Antti Asikainen/Luke)      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  17    3 Study results  3.1 The chipping experiments   The average chipping productivity of Kesla C 860 H hybrid chipper unit was 11 936 kg (dry mass)  per  effective  hour  (E0h)  and  standard  deviation  (SD)  was  772  kg  E0h‐1,  when  chipping  roundwood (Figure 12). The average chipping productivity with logging residues was 11 830 kg  E0h‐1  (SD 989). The average chipping productivity  (dry mass, kg) per maximum engine power  (kW) was  75  kg  kW‐1 when  chipping  roundwood  and  74  kg  kW‐1 with  logging  residues.  The  average weight of the grapple load was 150 kg (SD 9) for roundwood (dry mass) and 81 kg (SD  16) for logging residues (Figure 12). Compared to previous experiment (Laitila et al. 2015b), the  productivity were at the same level (Figure 12).     Figure 12 – Chipping productivity of Kesla C 860 H hybrid chipper with logging residues and  roundwood. The results of the present study are marked with cross.     The average chipping  time per 1000 kg  (dry mass) was 304  seconds  for  roundwood and 301  seconds for logging residues (Figure 13). The study confirms that chipping time consumption is  inversely proportional to engine power when chipping roundwood. Chipping, while the timber  loader was idled, took 8–79 % of the effective working time. Loading (boom out, grip and boom  in)  accounted  for  15–38  %  and  feeding  (feeding  and  adjustment)  6–53  %  of  the  effective  working time when chipping roundwood and logging residues with Kesla C 860 H hybrid chipper  (Figure 13).   The fuel consumption of Kesla C 860 H hybrid chipper was 2.7  litres per chipped  1000  kg  (dry  mass)  when  chipping  roundwood  and  3.1  litres  for  logging  residues.  In  the  previous study, the fuel consumption of Kesla C 860 H hybrid chipper was 3.1 litres per chipped  1000 kg  (dry mass) when  chipping pulpwood and 2.9  litres  for  logging  residues  (Laitila et al.  2015b).    0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 0 50 100 150 200 250 Ch ip pi ng  pr od uc tiv ity , kg /E 0h  (d ry  m as s) Average weight of the grapple load, kg (dry mass) Kesla C 860 hybrid / logging residues Kesla C 860 hybrid / roudwood     LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  18      Figure 13 – Time consumption of work elements per chipped 1000 kg (dry mass) with Kesla C  860 H hybrid chipper when chipping roundwood and logging residues.      Figure 14 – Particle size distribution for logging residue and roundwood chips produced by the  Kesla C 860 H hybrid chipper.    Bulk density was estimated to be 317−330 kg/loose‐m3 for  logging residue chips and 255−271  kg/loose‐m3 for roundwood chips at the chipping place.  Particle size class (Figure 14) was P31  for  roundwood  chips  and  P63  for  logging  residue  chips  (Alakangas  and  Impola  2014).  The  average basic density of roundwood and logging residues were 402 kg m‐3 (SD 1.3) and 430 kg  0 50 100 150 200 250 300 350 Total Chipping Adjustment Feeding Boom in Grip Boom out Time consumption of work element, seconds per chipped 1000 kg (dry mass) Logging residues Roundwood 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% < 3.15 mm 3.15‐8 8‐16 16‐31.5 31,5‐45 45‐63 63‐100 Fr eq ue nc y Chip particle size, mm Logging residues Roundwood     LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  19    m‐3  (SD 14.3). The average moisture content of  roundwood chips was 39.6%  (SD 8.0) and  for  logging residues the average moisture content was 50.8% (SD 2.8). The average of net calorific  value of  roundwood  chips was 20.1 MJ  kg‐1  (SD 0.11)  and 20.9 MJ  kg‐1  (SD 0.02)  for  logging  residue chips. The average ash content was 0.7 % (SD 0.11) for roundwood chips and 4.2% (SD  0.89) for logging residue chips.      3.2 The truck transporting experiments   During the time study the fuel consumption of the truck‐trailer unit was 66.2 litres per 100 km  with full load and 39.2 litres per 100 km with empty load. The driving distance was 37 km and  the  payload  of  roundwood  chips were  40 000  kg.  Total weight  of  the  truck‐trailer  unit was  65 600 kg.  The fuel consumption of the pure truck loads (truck without trailer) was 41.5 litres  per 100 km and 37.4 litres per 100 km with empty load. The average payload of logging residue  chips were 18 450 kg and the total weight of the truck was 33 720 kg on average.   The average unloading  time of  the  truck‐trailer unit was 4.4 minutes with  the hydraulic side‐ tipping,  when  the  roundwood  chips  were  directly  unloaded  to  the  asphalted  yard  of  the  Keljonlahti power plant.      Figure 15 – Fuel consumption of the Lipe nine axle truck‐trailer unit when transporting wood  chips from plywood mill and sawmill to the BCTMP or sulphate pulp mill.     The average transporting distances in the follow‐up study were 129 km (SD 32) with empty load  and 265 km (SD 46) with full load. During the follow up study the average fuel consumption of  the truck‐trailer unit was 54.5 litres per 100 km (SD 1.1) with full load and 39.2 litres per 100 km  (SD 1.1) with empty  load  (Figure 15). To  the  follow‐up  study participated  three professional  truck drivers. The driver 1 had the average fuel consumption with full  load 55.4  litres per 100  km (SD 3.7). Correspondingly the driver 2 and the driver 3 had the fuel consumption 53.3 (SD  0 10 20 30 40 50 60 70 Fu el  co ns um pt io n w ith  fu ll a nd  em pt y lo ad ,  lit re s/ 10 0 k m Fuel consumption, full load Fuel consumption, empty load Driver 1. Driver 2. Driver 3.     LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  20    1.8) and 54.9  (SD 1.1)  litres per 100 km  (Figure 15).   The payloads were  in range of 31 700 –  48 154  kg  (Figure  16)  and  the  average  payload were  39 774  kg  (SD  5333).  The  two  of  the  heaviest  payloads  (Figure  16)  were  recorded  when  transporting  wood  chips  origin  from  sawmills.  Fuel  consumption  of  the  nine  axle  truck‐trailer  unit  increased  slightly  when  the  payload increased (Figure 16).     Figure 16 – Fuel consumption of the nine axle truck‐trailer unit as a function of the payload  when driving loaded.    3.3 The degree of filling experiment   Due  the  lack of  the computation power of  the used  laptop machine  the measurements were  done in small pieces. These separate pieces were merged to one model (Figure 17) afterwards  using  the  Meshlab  and  the  volume  analysis  is  done  using  the  netfabb  Studio  software.  Measurement experiments were done both for roundwood and  logging residue chips. Degree  of filling was determined by measuring the volume of the wood chip bed and compared that to  total volume of the truck container. For wood chips made from roundwood the degree of filling  was 82 % and for the logging residues 78 %.   It  should be noticed  that  the determined degree of  filling was obtained  after  the 30‐40  km  transportation so the wood chip level is compressed. In addition, the whole surface area of the  wood  chip  load  was  not  measured  and  evaluated  because  of  the  limited  measurement  conditions. Therefore, the surface area included into the analysis was only 60 – 80 % from the  truck container area.    0 10 20 30 40 50 60 70 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 Th e f ue l co ns um pt io n w ith  fu ll lo ad ,          lit re s/ 10 0 k m The payload of  wood chips, kg (wet mass) Fuel consumption, full load     LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  21      Figure 17 – Reconstructed model from the wood chip load. The model is formed from five  separate scans.  The experiment shows that the measurement method works well for the determination of  filling degree. However there are some limitations such as direct sunlight which will affect to  the measurements. Method will work better if the ambient illumination can be limited which  can be done by selecting the measurement location more carefully for example under covered  hovel or similar.     4 General evaluation  During the time studies, the truck‐trailer unit, the chipper and the hybrid system were working  well. The  truck mounted chipper was capable of operating  in a constricted  roadside  landings  and the  large nine axle truck‐trailer unit was at  its best when transporting fuel chips from the  terminal.  The  productivity  results  of  the  chipping  experiment  must  be  considered  to  be  preliminary  because  the  amount  of  chipped wood  and  assortments were  rather  small.  The  chipper and especially  the hybrid  system are under continuous development, and  follow up‐ study is needed for a more accurate determination of long term productivity, fuel consumption  and operating costs.   The versatile load space which enables e.eg. backhauling, is a clear benefit on long transporting  distances, because  larger procurement areas,  increasing prices of transporting fuel and higher  consumption of time of the transportation will increase the costs of the wood chips. The large  monthly  variation of energy wood demand poses  a  challenge  for  the  transport economy:  In  winter demand of fuels and their transport is peaking and in early autumn, spring and summer  there  is much  less  transport work  available  (Windisch  et  al  2015).  For  instance,  Jyväskylän  Energia  receives  190  loads/day  of  fuel  in  January  and  only  14  loads/day  in  August  (Ryymin  2015). Versatility of transportation equipment represents also one way of achieving year‐round  employment and ensuring the availability and stability of a professional workforce. Unloading  based on side‐tipping  is an efficient method, compared to methods based on walking floor or  chain unloading, if chip delivery systems are designed compatible also for side‐tippers.     Increased payload  is  a  key  economic  factor  in  reducing  transporting  costs.  The potential  for  artificial load densification is set by the initial bulk density of the chips and the volume capacity  and legal payload of the truck‐trailer units. The bulk density of dry wood chips is rather low and  thus the payload  is usually  limited by the  frame volume rather than the mass capacity of the      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  22    modern  large  truck‐trailer  unit.  Therefore  the  large  nine  axle  truck‐trailer  unit  having  a  69  tonnes maximum gross weight  is  a  smart  choice optimizing  the  load  space  and weight  ratio  when transporting e.g. ground stumps or roundwood chips from terminals or veneer chips from  plywood mills. With more heavy or wet materials  (e.g.  logging  residues),  the 76  tonnes nine  axle truck‐trailer unit equipped with twin tyres is the right choice.   The long wheelbase between the front and rear axles of newest concepts require wider turning  areas than the traditional trucks (Figure 18). The tight turn with heavy load is possible but not  recommended. The heavy load will strain the rear axles with massive forces and therefore the  risk  for  axle or wheel breakdowns  increases  and  the  total  life  span of  the  trailer decreases.  Utilizing modern vehicle designs such as a moveable axle group or  liftable or steering axles at  the  rear end of a  trailer  this size vehicle can be well manoeuvrable also on  forest  roads and  turnarounds.     Figure 18 – Benefits by using bigger trucks depend very much on the transported material and  restrictions of the road network in its operation region (Photo: Petri Kaksonen/Kesla).     5 Demo results  The  world  first  full  hybrid  wood  chipper  Kesla  C  860  H  were  presented  first  time  at  the  FinnMetko  forest  machinery  exhibition  on  August  28–30th  2014  in  Central  Finland.  The  exhibition had over 32 000 visitors. In spring 2015 Kesla`s hybrid chipper was introduced to the  audience,  including high  level policy makers and forest and energy professionals  in Hakevuori  Forest  Energy  Day    at  Askola  (Figure  19).  In  total  around  1000  people  participated  the  demonstration at 19.3.2015 in Askola in South Finland.       LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  23    The demonstrated nine axle Lipe  truck‐trailer unit constructed by Konepaja Antti Ranta were  introduced to the audience first time on 11– 13 June 2015  at Logistics ‐ Transport 2015 fair in  Helsinki (Figure 20).  The event had approximately 12 500 visitors and it is the biggest event for  logistics and transport in Nordic countries.  To  the  joint  demonstration  of  the  nine  axle  chip  truck‐trailer  unit  and  hybrid  chipper  in  Tikkakoski and Uurainen participated total three people from Finland and Sweden.       Figure 19 – Kesla C 860 hybrid chipper demonstration in Hakevuori Forest Energy Day in South  Finland (Photo: Kari Kokko/Kesla).    Figure 20 – Lipe truck‐trailer unit demonstration at Logistics ‐ Transport 2015 fair in Helsinki  (Photo: Janne Jokela/ Metsäalan Ammattilehti).  6 Acknowledgements  The authors wish to thank the following people for their support with the study and demo: Mrs   Niina  Albrecht  (Jyväskylän  Energia  Oy),  Mr  Ville  Hämäläinen,  Antti  Ala‐Fossi  &  Mikko  Höykinpuro  (Vapo  Oyj), Mr  Juha  Liimatainen, Mika  Liimatainen,  Villekalle  Liimatainen,  Sami  Toikkanen,  Matti  Grönmark  (Konnekuljetus  Oy)  and  Mr  Matti  Salminen  (Kuljetus  Matti  J.  Salminen Oy),       LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  24    The research leading to these results have received funding from the European Union Seventh  Framework Programme (FP7/2012‐2015) under grant agreement no 311881. The sole  responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not reflect the opinion  of the European Communities. The European Commission is not responsible for any use that  maybe made of the information contained therein.    7 References  Alakangas, E., Impola, R. 2014.  Puupolttoaineiden laatuohje [Quality norms for wood fuels].  VTT‐M–07608–13 – päivitys 2014. Bioenergia ry, Energiateollisuus ry and Metsäteollisuus ry. 66  p. (In Finnish).   Björheden, R. 2008. Optimal point of comminution in the biomass supply chain. In publication  Suadicani, K., Talbot, B. 2008 (Eds.): The Nordic‐Baltic Conference on Forest Operations–  Copenhagen September 23‐25, 2008. Forest & Landscape Working Papers no. 30‐2008. 92 p.  Cambero, C., Sowlati, T., Marinescu, M., Roser, D.  2015. Strategic optimization of a forest  residues to bioenergy and biofuel supply chain.  International Journal of Energy Research (39)4:  439–452. Published online of August 4, 2014. DOI: 10.1002/er.3233.  Di Fulvio, F., Eriksson, G., Bergström, D. 2015. Effects of wood properties and chipping length  on the operational efficiency of a 30 kW electric disc chipper. Croatian Journal of Forest  Engineering (36):1 85–100.  Einola, K. 2013. Prestudy on power management of a cut‐to‐length forest harvester with a  hydraulic hybrid system. The 13th Scandinavian International Conference on Fluid Power,  SICFP2013, June 3–5 2013, Linköping, Sweden: 71–83.  Eriksson A., Eliasson L., Jirjis R. 2014. Simulation‐based evaluation of supply chains for stump  fuel. International Journal of Forest Engineering 25(1): 23–36. http://dx.doi.org/10.1080/14  942119.2014.892293.  Eriksson, G., Bergström, D. & Nordfjell, T. 2013. The state of the art in woody biomass  comminution and sorting in Northern Europe. International Journal of Forest Engineering  24(3):194–215.  Hakkila, P. 2004. Developing Technology for Large‐Scale Production of Forest Chips. Wood  Energy Technology Programme 1999–2003. Technology Programme Report 6/2004. National  Technology Agency. 98 p.  Harstela, P. 1991. Work studies in forestry. University of Joensuu. Silva Carelica 18. 41 p.  Holzleitner F., Kanzian C., Höller N. 2013. Monitoring the chipping and transportation of wood  fuels with a fleet management system. Silva Fennica vol. 47 no. 1 article id 899. 11 p.  Karttunen, K., Väätäinen, K., Asikainen, A. & Ranta, T. 2012a. The operational efficiency of  waterway transport of forest chips on Finland’s Lake Saimaa. Silva Fennica 46(3): 395–413.  Karttunen K., Föhr J., Ranta T., Palojärvi K., Korpilahti A. 2012b. Puupolttoaineiden ja  polttoturpeen kuljetuskalusto 2010. [Transportation vehicles for wood fuels and peat in 2010].  Metsätehon tuloskalvosarja 2/2012. (In Finnish). 17 p.      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  25    Karttunen, K., Lättilä, L., Korpinen, O.‐J., Ranta, T. 2013. Cost‐efficiency of intermodal container  supply chain for forest chips. Silva Fennica vol. 47 no. 4 article id 1047. 24 p.  Kons, K., Bergström, D., Eriksson, U., Athanassiadis, D., Nordfjell, T. 2014. Characteristics of  Swedish forest biomass terminals for energy, International Journal of Forest Engineering, 25:3,  238‐246, DOI:10.1080/14942119.2014.980494  Korpilahti, A. 2015. Bigger vehicles to improve forest energy transport. Metsätehon  tuloskalvosarja 3/2015. 33 p.   Kärhä, K. 2011. Industrial supply chains and production machinery of forest chips in Finland.  Biomass and Bioenergy 35(8):3404–3413.   Laitila, J., Ranta T., Asikainen A., Jäppinen E., Korpinen O.‐J. 2015a. The cost competitiveness of  conifer stumps in the procurement of forest chips for fuel in Southern and Northern Finland.  Silva Fennica vol. 49 no. 2 article id 1280. 23 p.  Laitila, J., Prinz, R., Routa, J., Kokko, K., Kaksonen, P., Suutarinen, J., Eliasson, L. 2015b.  Prototype of hybrid technology chipper. INFRES demo report D4.6.19 p.    Lindblad, J., Verkasalo, E. (2001). Teollisuus‐ ja kuitupuuhakkeen kuivatuoretiheys ja  painomittauksen muuntokertoimet [Basic density and conversion factors for industrial and  pulpwood chips]. Metsätieteen aikakauskirja 3/2001:411–431. (In Finnish).  Magagnotti, N., Kanzian, C.,  Schulmeyer, F., Spinelli, R. 2013. A new guide for work studies in  forestry. International Journal of Forest Engineering (24)3: 249–253.  Ranta T., Rinne S. 2006. The profitability of transporting uncomminuted raw materials in  Finland. Biomass and Bioenergy 30(3): 231–237.  http://dx.doi.org/10.1016/j.biombioe.2005.11.012  Routa, J., Asikainen, A., Björheden, R., Laitila, J., Röser, D. 2013. Forest energy procurement ‐  state of the art in Finland and Sweden. WIREs Energy and Environment 2(6): 602–613.  Ryymin, R. 2015. Opening address. General Assebly Meeting of INFRES, Consiglio Nazionale  delle Ricerche, Piazzale Aldo Moro 7, Rome, Italy. 25 p.   Spinelli, R., Visser, R. 2009. Analyzing and estimating delays in wood chipping operations.  Biomass and Bioenergy 33(3):429–433.  Strandström, M. 2015a. Metsähakkeen tuotantoketjut Suomessa vuonna 2014 [Production  chains of forest chips in Finland in 2014]. Metsätehon tuloskalvosarja 8/2015. 20 p. (In Finnish).  Strandström, M. 2015b. Puunkorjuu ja kaukokuljetus vuonna 2014 [Harvesting and long‐ distance transportation in 2014]. Metsätehon tuloskalvosarja 7a/2015. (In Finnish). 33 p.   Sun, H., Yang, L., Jing, J. 2010. Hydraulic/electric synergy system (HESS) design for heavy hybrid  vehicles. Energy 35(12):5328–5335.  Tahvanainen, T., Anttila, P. 2011. Supply chain cost analysis of long‐distance transportation of  energy wood in Finland. Biomass & Bioenergy 35(8): 3360‐3375.  Talbot, B., Suadicani, K. 2006. Road transport of forest chips: containers vs. bulk trailers.  Forestry Studies (45): 11‐22.      LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  26    Uusvaara, O. 1978. Teollisuushakkeen ja purun painomittaus [Estimation of industrial chip and  sawdust weight]. Folia Forestalia 341. 18 p. (In Finnish with English summary).  Uusvaara, O., Verkasalo, E. 1987. Metsähakkeen tiiviys ja muita teknisiä ominaisuuksia [Solid  content and other technical properties of forest chips]. Folia Forestalia 683. 53 p. (In Finnish  with English summary).  Valtioneuvoston asetus 407/2013 ajoneuvojen käytöstä tiellä [The Finnish government  regulation for road vehicles]. Available at:  http://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2013/20130407#Pidm1799696/  Windisch, J., Väätäinen, K., Anttila, P., Nivala, M., Laitila, J., Asikainen, A., & Sikanen, L. 2015.  Discrete‐event simulation of and information‐based raw material allocation process for  increasing the efficiency of an energy wood supply chain. Applied energy, Volume 149: 315–325  Wolfsmayr, U.J., Rauch, P. 2014. The primary forest fuel supply chain: A literature review.  Biomass and Bioenergy (60):203–221.  Ylitalo, E. 2015a. Puun käyttö 2014: Metsäteollisuus [Forest industries' wood consumption in  2014] Available at: http://stat.luke.fi/metsateollisuuden‐puun‐kaytto (In Finnish).  Ylitalo, E. 2015b. Puun energiakäyttö 2014 [Solid wood fuel consumption in heating and power  plants 2014] Available at: http://stat.luke.fi/puun‐energiakaytto (In Finnish).                                            LARGE NINE AXLE TRUCK‐TRAILER UNIT  AND HYBRID TECHNOLOGY CHIPPER– D 4.5 4.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  27      INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources Institute Finland (Luke)  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi      Contact information for this publication:    Juha Laitila, Jukka Antikainen and Antti Asikainen  Natural Resources Institute Finland (Luke)  juha.laitila@luke.fi      Janne Immonen and Esa Mononen  Konepaja Antti Ranta Oy  esa.mononen@anttiranta.com    Petri Kaksonen, Kari Kokko and Jussi Suutarinen  Kesla Oyj  kari. kokko@kesla.com                                                                 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)     Raffaele Spinelli & Natascia Magagnotti (CNR IVALSA)  Gernot Erber & Maximilian Kastner (BOKU)  Francesca Ziller & Daniele Valentini,Valentini (Valentini Teleferiche)    Demo report 18  – Un‐motorized full suspension carriage for  increasing cable yarding efficiency – D4.5      Dissemination Level  Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services) Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services) San Michele all’Adige, 23.06.2015      Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  1    Preface  Finnish Natutal Resources  Institute (Luke)  is coordinating a research and development project  ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU – INFRES’. The project  is funded from the EU’s 7th framework programme.  INFRES aims at high  efficiency and precise deliveries of woody feedstock to heat, power and biorefining industries.   INFRES  concentrates  to  develop  concrete  machines  for  logging  and  processing  of  energy  biomass  together with  transportation solutions and  ICT systems  to manage  the entire supply  chain. The aim is to improve the competitiveness of forest energy by reducing the fossil energy  consumption  and  the  material  loss  during  the  supply  chains.  New  hybrid  technology  is  demonstrated  in machines and new  improved cargo‐space solutions are tested  in chip trucks.  Flexible fleet management systems are developed to run the harvesting, chipping and transport  operations. In addition, the functionality and environmental effects of developed technologies  are evaluated as a part of whole forest energy supply chain.  This  publication  is  a  part  of  the  INFRES  project.  The  research  leading  to  these  results  has  received  funding  from  the European Union Seventh Framework Programme  (FP7/2012‐2015]  under grant agreement n°311881.  This report describes the new carriage designed and produced by Valentini Teleferiche within  the scope of  INFRES, and the demonstration  jointly organized by Valentini,  IVALSA and BOKU.  The  demonstration was  held  on  June  19th  and  20th  2015,  in  Rumo  near  Cles,  in  the  Trento  Province (Italian Alps).      Raffaele Spinelli, Natascia Magagnotti, Gernot Erber, Maximilian Kastner, Francesca Ziller and  Daniele Valentini    San Michele all’Adige, Vienna and Cles, June 2015          This publication is a part of the INFRES project. The research leading to these results has received funding from the European  Union Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881.  The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the  European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information  contained therein.            Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  2    Title  Demo report 18‐ Un‐motorized full suspension carriage  Author(s)  Raffaele Spinelli, Natascia Magagnotti,  Gernot Erber, Maximilian Kastner, Francesca Ziller and Daniele Valentini   Abstract  Current yarding technology is penalized when attempting whole‐tree extraction on long distances. To compensate  for distance one should  increase yarding speed, which  is  too dangerous when a  long  load  is dangling under  the  carriage. That may cause excessive solicitation of the cable set up, and result in an accident if the load hits one of  the  standing  trees at  the  sides of  the yarding corridor. The obvious  solution consists  in  lifting  trees horizontally  under  the  carriage,  suspended  from  two  points.  That  requires  a  double  carriage,  composed  of  two  separate  elements working  in tandem, each with  its own  lift  line. Such carriages already exist, but they are all motorized.  This means that one of the carriage elements contains a diesel engine, which  is used for powering both  lift  lines  through a hydrostatic or electric  transmission.  Installing a diesel engine on a  carriage  incurs  several drawbacks,  such as: a marked increase of tare weight, a high purchase cost, the risk of fuel spills along the line and the higher  noise pollution. For this reason, Valentini developed a new carriage devised  for  full  load suspension without the  help of a diesel engine. The new carriage uses the power of the main winch for load lifting, like conventional self‐ clamping carriages, but  it  is designed  for use  in a  tandem configuration, which  is not possible with conventional  carraiges. Compared  to  the motorized alternative,  the new  tandem  carriage  is 40%  lighter and 33%  cheaper  to  purchase. Furthermore, by  removing  the on‐board diesel engine, overall  fuel consumption  is  reduced 20%. This  new  technical  solution  is  increasing  the  viability  of  biomass  recovery,  and  in  general  the  financial  and  environmental sustainability of wood harvesting from remote mountain forests. The carriage was demonstrated in  Northern Italy on June 2015, in an event jointly managed by Valentini, CNR IVALSA and BOKU.    Date  June 2015  Language  English  Pages  15 p.   Name of the project  INFRES ‐ INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU  (311881)  Financed by  European Commission – FP7 programme  Keywords  Yarding; Cable extraction; Biomass; Steep terrain; Mountain  Publisher          Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  3    1 Introduction  The  Alps  are  one  of  the  great  mountain  range  systems  of  Central  and  Southern  Europe,  stretching  1200  km  across  8  different  Countries.  Forest  cover  represents  40%  of  the Alpine  landscape, and forests have always played an important role in supporting the alpine economy,  which  is  especially  true  today  with  the  boom  of  engineered  wood  products  and  energy  biomass.     The  need  to  balance  cost‐effective  wood  production  with  careful  protection  makes  alpine  forestry  particularly  complex.  Continuous‐cover  forestry  is  popular,  as  it  offers  a  good  compromise between  these  two  vital  functions. However,  continuous‐cover  forestry  reduces  harvest  intensity  and  it may  constrain  operation  profitability.  Low  harvest  intensity  and  the  typical  access  constraints  of  the  Alpine  territory  hinder  the  introduction  of  modern  mechanization, which is the only solution to cost containment in the face of increasing fuel and  labor cost. Under these conditions, significant benefits can be obtained by modernizing cable  yarding, which is the back‐bone of steep slope harvesting worldwide.     On steep terrain, cable yarding is the cost‐effective alternative to building an extensive network  of  skidding  trails and  results  in a much  lower  site  impact compared  to ground‐based  logging  (Fig.  1).  On  the  other  hand,  cable  yarding  is  inherently  expensive  because  it  is  normally  deployed on difficult sites. For this reason, cable yarding offers lower profit margins compared  to ground‐based  logging. This  justifies a  stronger optimization effort,  supported by a deeper  knowledge of technical cost and market rates.        Figure 1: Modern cable yarding operation        Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  4    Cable yarding  is very popular  in  the  Italian Alps.  In 2012,  there were over 350  cable yarding  contractors in alpine Italy alone (Spinelli et al. 2013). North Italian loggers have a long tradition  with cable yarding, and several yarder manufacturers operate their plants in northern Italy. One  north‐Italian  logging  company  out  of  four  has  both  the  skills  and  the  equipment  for  cable  yarding. Thirty‐five percent of the machines are modern tower yarders, while the rest are sled‐ mounted  yarders.  Tower  yarders  are  increasingly  popular  and  they  are  often  paired with  a  processor. Tower yarders are the modern counterpart of the traditional sled‐mounted yarders,  and  they are generally half as old. On  the other hand,  sled mounted  yarders  can work with  longer skylines and are especially useful when no roads are available. In fact, new long‐distance  tower yarders are narrowing the gap between the two models.     In Northern Italy, companies equipped with a yarder harvest almost twice as much wood as the  other  companies  (mean 4,059  vs. 2,340 m3  year‐1; median 2,000 vs. 970 m3  year‐1), and  the  difference  is statistically significant (p<0.0001). They also target significantly  larger  lots (mean  678 vs. 565 m3; median 428 vs. 300 m3).            Figure 2: The yarding operation at the Demo site      Trentino  could be used  as  an  example, because  it  sticks out  from  the other  Italian Regions.  Companies  in Trentino have opted  for  increased mechanization and specialization. They have  the  largest proportion of modern  tower yarders and  the  largest processor  fleet  (Fig. 2). As a  consequence,  they  achieve  the  highest  productivity  and  confront  less  severe  problems with  labour recruitment, if the younger age of entrepreneurs and the lower incidence of immigrant  workers  can  be  taken  as  indicators.  Trentino  companies  have  also  changed  their  business  strategy  in  favour  of  subcontracting, which  allows  concentrating  all  efforts  on  the  technical  tasks  rather  than  splitting  forces between  actual  logging  and wood  trading.  Furthermore,  in      Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  5    Trentino the process of mechanization has been widely supported with public subsidies, thus  mitigating  the  strain  on  entrepreneurs.  All  of  that  explains  why  the  mountain  forest  demonstration was organized  in Trentino,  rather  than  in any other Regions. There, any new  ideas can have a stronger impact and spread quicker than they would do elsewhere.      2 Biomass recovery    Biomass recovery from yarding sites  is only viable  if whole trees are extracted (Fig. 3).  In that  case,  trees  are  processed  at  the  landing,  where  residual  biomass  accumulates,  ready  for  recovery as wood fuel. That is already done in many countries, including Italy.                        Figure 3: Long‐distance yarding      However, whole tree yarding is viable on relatively short distances only (300‐500 m). Therefore,  biomass production is currently restricted to forest areas with a good forest road network and  practically  excluded  from many  forests  in  the  less  accessible  areas  of  France  and  Italy,  for  instance.       Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  6      In order to compensate for extraction distance one should increase yarding speed, which is too  dangerous  when  a  long  load  is  dangling  under  the  carriage.  That  may  cause  excessive  solicitation of  the cable  set up, and  result  in an accident  if  the  load hits one of  the  standing  trees  at  the  sides  of  the  yarding  corridor.  Therefore,  long‐distance  whole‐tree  extraction  requires  special  technical  solutions.  Among  them,  the  most  logical  consists  in  lifting  trees  horizontally under  the carriage, suspended  from  two points. That  requires a double carriage,  composed of two separate elements working in tandem, each with its own lift line.         Figure 4: Full suspension achieved with a motorized twin‐carriage      Such  carriages  already  exist, but  they  are  all motorized  (Fig.  4).  This means  that one of  the  carriage elements contains a diesel engine, which is used for powering both lift lines through a  hydrostatic  or  electric  transmission.  Installing  a  diesel  engine  on  a  carriage  incurs  several  drawbacks,  such as: a marked  increase of  tare weight, a high purchase  cost,  the  risk of  fuel  spills along the line, and the higher noise pollution.    Furthermore,  a motorized  carriage  is much more  expensive  and  vulnerable  than  a  carriage  without a motor, which is going to result in a much more expensive repair bill in case of falling.  Finally, a motorized carriage will need  to be  taken down daily  (or more often)  for  refuel and  maintenance.        Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  7    To make an example,  the strongest and most effective  full‐suspension carriage developed so  far, the SEIK Skybull, has a weight of 2.8 tonnes and costs about 120,000 €, which are going to  make an eventual fall very expensive.     These same drawbacks affect smaller‐scale motorized carriages as well. Even if they are lighter  (and less powerful) than top‐of‐the‐range models, these carriages are still relatively heavy and  expensive (Fig. 5). While they may simplify line set‐up and make manoeuvring much smoother,  they present the same vulnerability issues as any other motorized carriages.                       Figure 5: One of the newest small‐scale motorized carriage        3 The new carriage  For  all  these  reasons,  Valentini  developed  a  new  carriage  devised  for  full  load  suspension  without  the  help  of  a  diesel  engine. With  the  new  carriage,  the  lift  line  is  powered  by  the  mainline, which wraps around a dedicated parabolic  capstan  co‐axial with  the  lift  line drum.  The mainline  then  exits  the  capstan  and  connects  to  the  haulback  line,  to  form  the  classic  closed  loop.  By  reeling  in  the  haulback  line  on  the  yarder  winch,  the  lift  line  spools  out.  Conversely, when  the mainline  is  reeled  in on  the  yarder winch,  then  the  lift  line  spools  in,  lifting the load. This system is not new, and has been adopted by several other manufacturers  for their products. However, the novelty of Valentini’s project  is that the  lift  line drum can be      Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  8    disconnected from the capstan and braked, so that  it  is now possible to operate two identical  carriages  in tandem. By alternately braking and disconnecting the two  lift  line drums, one can  use the lift lines independently, as required by effective work practice.           Figure 5: The un‐motorized full‐suspension carriage developed by Valentini (one element)      A schematic description of the new carriage  is presented  in figure 6, which depicts one of the  two  identical units designed  to work  in a  tandem configuration. The carriage has 4 hydraulic  valves, used to activate the  following  functions: swing  in and out the hydraulic clamp mount;  closing or opening  the hydraulic clamp; connecting or disconnecting  the  lift  line drum  to  the  capstan; engaging or disengaging the lift line drum ratchet block. Hydraulic pressure is provided  by a standard accumulator, which  is kept charged by an electrically operated hydraulic pump.  An alternator  is applied  to  the  skyline  rollers  through a gear  reduction,  so  that  the  compact  battery  lodged  into  the  carriage  is  kept  charged. As  the  carriage  travels  on  the  skyline,  the  alternator accumulates energy into the battery, which keeps the hydraulic accumulator loaded.  This  way,  one  obtains  a  double  energy  accumulation,  in  the  battery  and  in  the  hydraulic  accumulator.  That  allows  complex  manoeuvring  without  running  out  of  hydraulic  pressure,  even when  the carriage  is working on short distances, and provides energy  for operating  the  radio‐control system (transceiver on the carriage) .         Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  9    All actual work – lifting and travelling – is done through the yarder winches, so that the power  sources  in  the  carriage  are  kept  to  the  minimum  necessary  for  the  braking/releasing  and  connecting/disconnecting of the work gear (Fig. 7).              Figure 7: Power is sourced from the yarder winches, not from an on‐board engine      Compared  to  the  motorized  alternative,  the  new  tandem  carriage  is  40%  lighter  and  33%  cheaper  to  purchase.  Furthermore,  by  removing  the  on‐board  diesel  engine,  overall  fuel  consumption  is reduced 20%  (Table 1). These are dramatic  improvements, which are  likely to  increase  the  viability  of  biomass  recovery,  and  in  general  the  financial  and  environmental  sustainability of wood harvesting from remote mountain forests.     Furthermore, one can use  the  two carriage elements  separately,  just  to  replace a  traditional  self‐clamping carriage. That would accrue a clear benefit  in  terms of  reduced mainline wear.  Standard  self‐clamping  carriages  use  the  mainline  to  lift  their  loads,  which  results  in  an  accelerated wear of the lift end of the mainline. As a result, operators have to cut the worn end  of  the  mainline  at  regular  intervals,  in  the  order  of  one  or  two  weeks,  depending  on  use      Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  10    intensity. By doing so,  they end up making  the mainline  too short, which  leads  to premature  replacement the moment they have to tackle a long distance job and they lack enough mainline  length.      Table 1: Comparison between the innovative Valentini carriage and a motorized carriage with  the same approximate lifting capacity      4 The demonstration  On  June  the 19th and  the 20th  the new carriage was demonstrated  in a softwood  forest near  Rumo, in the Province of Trento, Northeastern Italy (Fig. 8). The demonstration was organized  by Valentini,  IVALSA and BOKU, with  the support of a  local entrepreneur, Paolo Vicenzi, who  provided access to his operation for the event.            Figure 8: The new carriage being tuned at the Valentini factory right before the Demo      Motorized New Valentini Pull kN 40 50 25% Weight t 2.8 1.7 -39% Diesel consumption l/h 15 12 -20% Price € 117000 80000 -32%     Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  11    At the time of the demonstration, the Vicenzi crew were harvesting spruce and fir trees from a  high‐elevation mixed conifer  forest. The  lower anchor was  located at an elevation of 1400 m  asl, whereas the upper anchor was about 300 m higher. The yarder was the newest Valentini  V600/1000 M3 B10  , the same model  launched almost one year earlier on occasion of  INFRES  Demonstration n° 9.    This machine is mounted on a tracked undercarriage and features a larger new engine (245 Hp)  and re‐designed drums, which are now equipped with a store section, where unused cable  is  accumulated  in order  to  reduce  cable wear  and maximize mainline pull. On most  yarders, a  store section is only available on the skyline drum, not on the mainline and haulback drums. In  contrast, this new Valentini design offers store sections on all working drums, to the benefit of  lower maintenance and stronger pulls. In its basic configuration, the new machine offers 1000  m skyline  in the 22 mm swaged version, and a maximum mainline pull of 56 kN. The machine  on show was rigged in the three cable configuration, for downhill extraction. It was operated by  a 3‐men crew, including the processor operator.         Figure 9: Taking the carriage to the demo site      The demo program was geared to attract primarily active  loggers, forest owners and certified  foresters, making sure that the focused remained on cost‐effective forest biomass technology  for  mountain  operations.  For  this  reason,  the  event  spanned  over  two  days  –  Friday  and  Saturday – to make sure that loggers had an opportunity to visit the worksite over the festive  day.  The  demo  site was  open  from  09:00  to  18:00  on  Friday,  and  from  09:00  to  17:00  on  Saturday: the last visitor arrived at 16:15 (Fig. 9).       Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  12      Total attendance numbered 63 registered participants, excluding those who did not sign the list  for  one  reason or  another.  Participant  came mostly  from  the  Province, but  also  from  other  regions in Northern Italy.         Figure 9: Acquiring video footage for the virtual demo      During the Demo days, BOKU researchers took video records of the operations. This was done  concurrently from a standard video station on the ground, and from a new action video camera  installed  on  the  yarder  carriage.  Additional  footage  was  shot  the  day  before,  during  preparations. The video material will be cut and assembled into a short virtual demo for posting  on  the  INFRES website, so  that people who could not attend  the  live demonstrations  in  June  will have the opportunity  to get essential  information about the new carriage. This video will  integrate  CAD  animations  provided  by  Valentini,  for  explaining  the working  principle  of  the  innovative carriage, which is difficult to visualize from conventional video images.    5 Conclusions  The Alps offer different work  conditions  compared  to most Nordic  countries, especially with  regards to terrain morphology and forest access. Forwarding can be applied to a relatively small  proportion of the productive area, and processors are best teamed with yarders. Under these  conditions, yarding capacity  is crucial  to effective harvesting, and  represents a main asset of  Alpine  logging companies. Yarding skills are more difficult to acquire than yarding equipment,  but  the  Alpine  logging  firms  seem  to  possess  these  skills  to  a  very  high  degree.  The      Demo report 18 – Un‐motorized full suspension carriage – WP4 D4.5 13.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU (311881)  13    maintenance,  improvement and expansion of the already pervasive Alpine yarding skill should  be supported by all available means.  Integrating timber production with wood fuel harvesting  can provide a vital  contribution  in  this area, and  it has already become quite popular. High‐ speed full suspension yarding is crucial to extending wood fuel harvesting to remote areas. This  Demonstration was instrumental in raising awareness of the new technical options available for  full  suspension  yarding  and  that  may  help  modernizing  a  sector  that  is  strategic  for  the  development of mountain regions.      6 Acknowledgements  The authors wish to thank the Fanti Legnami, Paolo Vicenzi and the operators at the Demo site  for their support with the demonstration and the study.     The  research  leading  to  these  results  has  received  funding  from  the  European  Union  Seventh  Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881. The sole responsibility  for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the  European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made  of the information contained therein.    7 References  Spinelli R., Magagnotti N., Facchinetti D. 2013. A survey of  logging enterprises  in  the  Italian Alps:  firm size and type, annual production, total workforce and machine fleet. Int J For Eng 24: 109‐120.                                                                      INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources Institute of Finland (LUKE), Finland  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi              Contact information for this publication     Raffaele Spinelli      Gernot Erber  CNR IVALSA        BOKU   Via Madonna del Piano 10      Peter Jordanstrasse 82/3  I‐50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy    A‐1190 Vienna, Austria  Phone: +39 055 5225641      Phone: +43 1 476544302  E‐ ‐mail: spinelli@ivalsa.cnr.it       E‐mail: gernot.erber@boku.ac.at                    INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)    Matti Tuukkanen (Ecomond)  Matthias Dees (ALU‐FR)    Demo Report 19 – Transport logistic software for wood chip firms,  demonstrated in Germany – D4.5        Dissemination Level Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)        Freiburg, June 25h, 2015      Demo Report 19 – TRANSPORT LOGISTIC SOFTWARE FOR WOOD CHIP FIRMS,  DEMONSTRATED IN GERMANY – D4.5   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)                                1    1. Introduction    There  are  numerous  Transport  Management  Software’s  (TMS)  as  well  as  Optimisation  software’s  on  the  market  which  are  used  in  standard  transport  applications.  These  software’s typically are designed for some industry and/or are very difficult to be converted  into  other  industries.  Developing  a  solution  to  bioenergy  business  would  be  extremely  expensive  and would  not  be  suitable  because  of  the  business  being  run mainly  by  small  companies. TCS product family, from  INFRES partner Ecomond OY,  is unique since  it  is non  industry  specific  solution with  very high  level of parametrisation making  it possible  to be  used  in  bio  energy  business  too  as well  as  in  small  companies.  On  this  background  the  objective was to demonstrate and evaluate the solution in such a company.  This kind of software will help companies greatly to  improve their efficiency  in many ways  from lowering the cost, improving service and also quality. Such software can contribute to  reduction of transport cost and utilization of resources, which are essential cost factor but  also offer a wide range of further optimization possibilities that lead to a reduction of costs  and  can  thus  contribute  to a  further mobilisation of biomass  that  is highly dependent on  transport and production costs.   The INFRES partner Ecomond OY is a Finnish company that has develop a Transport Control  System  (TCS),  a  unique  tool  for managing,  controlling  and  optimizing  various  operations  from Waste Management  to  Services  and  Logistics  to  Security.  TCS  contains Office  (ERP),  Mobile and Optimisation modules in one server based system making it unique. TCS OPTI is  a  unique  tool  to optimise  complex  logistics  since  it  is  capable of  not only  optimise  “milk  round” cases, but also demand based non‐stop routing.   In the course of the production of wood chips transport cost plays an important role. Wood  chip companies are mainly small scale companies. The management of transport logistics is  conventionally  done  using  direct  communication  and  exchange  of  information  by mobile  phones. Using advance  transport management  software  can offer  substantial  cost  savings  that substantially exceed hardware and software cost, both  in terms of saving of transport  and labour costs.  On this background INFRES partner Ecomond OY adopted and developed the TCS Transport  Control and Optimization software to the requirements of a wood chipping company.   The INFRES partner Fallert AG, a biomass wood chipping company was interested to test the  software,  explore  its  possible  benefits  in  utilizing  it  in  form  of  a  demonstration  to  the  company  and  to  explore  via  that  demonstration  its  scope  for  operational  use within  the  company.   The  INFRES partner University of  Freiburg  supported  the demonstration by providing and  preparing  the  street and  forest  road data, by  translating  software  terms and by  software  testing of  the demonstration version and by  training of Fallert AG staff and  for  facilitating  the communication to cope with translation issues.            Demo Report 19 – TRANSPORT LOGISTIC SOFTWARE FOR WOOD CHIP FIRMS,  DEMONSTRATED IN GERMANY – D4.5   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)                                2      2. Material and method     The demonstration uses the Fallert AG as an example. The Fallert AG is utilizing one chipper  and  4  trucks  for  transport  tasks.  Both  the  chipper  movements  from  chipping  place  to  chipping  place  as well  as  the  three  transport  tasks:  (1)  direct  delivery  of  chips  from  the  chipping  location to  large customers, (2) delivery of chips from the chipping location to the  central storage place and (3) delivery to the  large group of small scale customers from the  central storage place (See Figure 1).        Figure 1. Transport and chipper movements at Fallert AG        Demo Report 19 – TRANSPORT LOGISTIC SOFTWARE FOR WOOD CHIP FIRMS,  DEMONSTRATED IN GERMANY – D4.5   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)                                3    The  following  challenges  to organise  a  cost effective organisation of  the  transport  aspect  occur among many others. The chipper can chip at maximum 200  loose cubic meter wood  per hour, the distances to the company ground range from 5 to 200 km. Around 60  forest  storage places are chipped every month whereas the amount to be chipped per place varies  from below 50 to 600 loose m³. Thus a large number of chipper relocations are necessary as  well as of  truck movements  that have a  transport capacity  in  the  range of 70  loose cubic  metres.  During  winter  time  2  trucks  focus  on  delivery  to  customers.  The  large  scale  customers need to be delivered  in summer too. Thus the need to carefully coordinate and  optimize the transport  is a challenge that provides a huge scope  for a software based task  management and optimization.    Figure 2 and Figure 3 illustrate the chipper and one of the trucks in daily operations.       Figure 2. The chipper at the central storage place and chipping at a forest road        Figure 3. Delivery of chipps at the central storage place          Demo Report 19 – TRANSPORT LOGISTIC SOFTWARE FOR WOOD CHIP FIRMS,  DEMONSTRATED IN GERMANY – D4.5   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)                                4       Figure 4. Chipping at a storage place of a pellet factory        3. Features and functionalities and potentials benefits of the transport software    TCS  is an end‐to‐end  solution  for managing  logistics or almost any operations outside  the  offices. It is a modular server‐based software which consists of three main modules:   TCS Office  is  an ERP  (Electronic Resource Planning)for managing operations  in  the  field and is in almost always integrated to customer invoicing and/or other systems.  TCS Office solution is managing all information related to operations like:  o Customer address, type of services, frequencies, quantities etc.  o Real time monitoring, tracking, and dispatching  o Pricing based on actual services  o Reporting, emailing, picturing etc.  o Internal tasks   TCS Mobile is a mobile solution being used by the field workers to get their tasks, and  report  all  exceptions  and  work  done  to  Office.  It  can  be  used  in  PC,  Tablet  or  Windows Smart Phone   TCS OPTI  is state of art optimisation solution which can be used either as a part of  TCS  or  as  standalone  tool.  It  is  extremely  highly  parametrized  allowing  usage  in  various industries regardless of their business.   It is used in various levels in operations:  o Strategic  level  for management decisions, quotations, customer profitability  calculation  o Operational level to plan routes for foreseeable future like next day, week or  month      Demo Report 19 – TRANSPORT LOGISTIC SOFTWARE FOR WOOD CHIP FIRMS,  DEMONSTRATED IN GERMANY – D4.5   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)                                5    o Dynamic‐On Line optimisation on routes that have already been started, but  some changes occurred    4. Software customisations     Forest  based  biomass  has  quite many  challenges  and  industry  specific  demands  that  has  been developed during INFRES project. Unlike normal logistics where trucks are starting and  stopping at the same place driving same routes  for  long time  forest based biomass  is very  unstable. The deviation in volume is varying heavily between winter and summer, collection  points  and  volumes  are  changing  all  the  time.  The optimisation must be  able  to manage  demand  based  logistics where  the  driving  force  is  customer  demand.  There  are  typically  constraints like:   Pick  up  location  (road  side) with  coordinates,  volumes,  assortments,  pick  up  dates  for  not  before  and  not  after  dates  for  drying  and  also  quality issues   Number  of  trucks,  chippers,  their  working  hours,  capacities  etc  information which must be taken into account in optimisation   Customers  from  single  private  customer  to  big  power  plants  with  monthly, weekly, daily and hourly volumes, time windows and number  of trucks allowed per hour  All these kind of constraints have been developed during INFRES project to TCS.  5. The demonstration     The demonstration needed the following preparatory steps:     Provision of street and forest road data to Ecomond by University of Freiburg.   University  of  Freiburg  characterized  the  biomass  business  to  allow  an  adequate  customization and tested the customized software.   Translation of the menu text terms from English to German by University of Freiburg  followed by  integration  into  the  software by Ecomond. Virhe. Viitteen  lähdettä ei  löytynyt. shows the TCS data entry module in the German version   Training  of  University  of  Freiburg  of  using  the  software  by  Ecomond  via  internet  based communication.    Training of Fallert AG using the software by University of Freiburg at the Fallert AG  premises.    Utilization of the office component of the software by Fallert AG over 3 weeks.   General demonstration of the mobile software component by University of Freiburg  to  Fallert  AG  staff.  This  was  necessary,  since  there  was  only  one  mobile  tablet  available that could not well be fixed in the chipper. Due to these restrictions a test in  full operation in everyday business was not feasible.         Demo Report 19 – TRANSPORT LOGISTIC SOFTWARE FOR WOOD CHIP FIRMS,  DEMONSTRATED IN GERMANY – D4.5   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)                                6                      Figure 5  Customised German version of the task management software module    After  the  test  and  an  on‐site  visit  on  09.04.2015  the  experiences  and  the  scope  for  an  operational  utilisation  have  been  discussed.  Present  in  the  discussion  have  been:  Matti  Tukkanen  (Ecomond),  Matthias  Dees  (University  of  Freiburg),  Fallert  (Sen,)  and  Jürgen  Mergelsberg (Fallert AG) to discuss the experiences by the Fallert AG.         Demo Report 19 – TRANSPORT LOGISTIC SOFTWARE FOR WOOD CHIP FIRMS,  DEMONSTRATED IN GERMANY – D4.5   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)                                7    The Fallert AG has experienced the software and they have seen advantages in the material  flow control to customers and in excellent recording of all transport activities. But they see  as well see obstacles for an immediate introduction. The introduction of TCS would require a  complete  change  of  the  communication  on  transport  and  chipping  from  traditional  communication  towards TCS. Given  the moderate  IT skills of  the staff  this  is seen, besides  cost for hardware and software as the major challenge for an immediate introduction.     Based on Ecomond calculations and previous experience  the savings  in overall operational  costs  should  reach 20‐30%. There  is no  single and  simple  savings, but  they  consist of  the  following points:     Better planning with TCS OPTI   Less time needed for planning and distributing the tasks for drivers   Better  information  to drivers about  locations and all other relevant  information  for  them   Less hassle in the office since things are done as planned   Improvements in invoicing, salary payment and customer refunding   Better control of the whole process      6. Summary evaluation    The  Fallert  AG  showed,  based  on  the  demonstration,  a  high  interest  of  introducing  the  software in the midterm. Fallert sees the advantages that occur in the material flow control  to customers and  in excellent recording of all transport activities. Both aspects would from  their perspective  facilitate cost savings. The  introduction of TCS would  require a complete  change of the communication and information on transport and chipping flow via TCS. Given  the moderate IT skills of the staff this is seen, besides cost for hardware and software as the  major challenge for an introduction.     In Forest Based Bioenergy the biggest challenge is the scattered market where all players are  small  companies with  1‐5  trucks  and  very  limited  IT‐skills. All  operations  are manages  as  “good old way” and little time and money is spent on IT solutions like TCS.    To get TCS or any other similar solution widely used the companies should join their forces in  acquiring a solution like this. This would not only help them in managing their operation, but  also help  their profitability both on purchase and also  in  sales. As  long as  the  companies  remain small it is extremely difficult to sell this kind of solution. We have seen some changes  taking place on the market and remain optimistic.    7. Acknowledgements    The authors wish to thank the following people for their support with the study and demo:  Mr. Fallert & son (Fallert Holzenergie) and Mr. Jurgen Mergelsberger (Fallert Holzenergie).         Demo Report 19 – TRANSPORT LOGISTIC SOFTWARE FOR WOOD CHIP FIRMS,  DEMONSTRATED IN GERMANY – D4.5   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)                                8        INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural  Resources Institute Finland (Luke), Finland  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi         Contact information for this publication     Matthias Dees FELIS‐Albert‐Ludwigs‐Universität  Tennenbacherstr. 4 D‐79106Freiburg, Germany  Phone: (49) 0761 203 67657  E‐mail matthias.dees@felis.uni‐freiburg.de      Matti Tuukkanen  Ecomond Oy  Microkatu 1  P.O. Box 1188  70211 KUOPIO, FINLAND  Phone: +358 44 7005233  E‐mail matti.tuukkanen@ecomond.com                INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)    Juliana Walkiewicz, Eric Jessup, Matthias Dees (FELIS)  Raffaele Spinelli, Natascia Magagnotti (IVALSA)      Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany  Dissemination Level Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)          Freiburg, June 25h, 2015      Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  1    Preface    Natural  Resources  Institute  Finland  (Luke)  is  coordinating  a  research  and  development  project ‘Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply  in the EU –INFRES’. The project  is funded from the EU’s 7th framework programme.  INFRES  aims  at  high  efficiency  and  precise  deliveries  of  woody  feedstock  to  heat,  power  and  biorefining industries.     INFRES  concentrates  to  develop  concrete machines  for  logging  and  processing  of  energy  biomass together with transportation solutions and ICT systems to manage the entire supply  chain.  The  aim  is  to  improve  the  competitiveness  of  forest  energy by  reducing  the  fossil  energy consumption and the material loss during the supply chains. New hybrid technology  is demonstrated  in machines  and  new  improved  cargo‐space  solutions  are  tested  in  chip  trucks.  Flexible  fleet management  systems  are  developed  to  run  the harvesting,  chipping  and  transport  operations.  In  addition,  the  functionality  and  environmental  effects  of  developed technologies are evaluated as a part of whole forest energy supply chain.    This publication  is a part of  the  INFRES project. The  research  leading  to  these  results has  received  funding  from  the  European  Union  Seventh  Framework  Programme  (FP7/2012‐ 2015] under grant agreement n°311881.    This paper presents the results of a virtual demo  (video) designed to extend the results of  the German experience with active drying to the largest possible audience, through posting  the  video  on  the  INFRES  website  and  showing  it  to  selected  audiences  at  seminars,  workshops etc. The paper describes both the contents of the virtual demo and the results of  the first extension efforts.       Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  2        Title  Wood chip drying using biogas heat in Germany   Author(s)  Juliana Walkiewicz, Eric Jessup, Matthias Dees, Raffaele Spinelli & Natascia Magagnotti  Abstract  Active  drying  of  wood  chips is  the  most  effective  way  to  reduce  product  immobilization  and  weather  dependency, but  it has always been  too expensive  for commercial use. However,  the  increased value of  good  quality  chips  and  the  larger  availability  of  low‐cost  excess  heat  have  changed  the  game  and  are  making  active  drying  a  viable  technique  for  rapid  production of  quality  chips with  guaranteed moisture  content. Simple dryers can be obtained by modifying old freight containers or barns, and connecting them  to  a  heating  plant  for  absorbing  excess  heat.  Investment  and  running  costs  of  a  dryer  determine  how  feasible such a drying method  is as part of the wood  fuel supply chain. The operation  is especially viable  when using low‐cost residual heat from biogas plants and when drying fresh chips that have not been pre‐ seasoned in the field, otherwise the immobilization cost is raising the overall cost. Given the proliferation of  biogas  facilities  throughout  central  and  southern  Europe  (more  than  7500  facilities  in  Germany  alone),  active  drying  could  be  adopted  and  expanded,  resulting  in  significantly  lower  costs  of  production  and  increased markets for wood chip energy throughout Europe. By forcing hot air with a blower  into suitably  modified  containers,  the  moisture  level  of  wood  chips  reduces  from  approximately  50%  down  to  approximately 10% within 3 days in summer time, or 6 days in wintertime when the ambient temperature  reaches values below freezing.    Date  June  2015  Language  English  Pages  12 p.   Name of the project  INFRES ‐ INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the  EU (311881)  Financed by  European Commission – FP7 programme  Keywords  Drying; Heat; Quality;   Publisher          Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  3      1. Introduction    The wood  chip  energy market  continues  to  evolve  throughout  Europe  and  future  growth  largely depends upon both customer markets (CHP‐C and distributed heating), the trade‐off  associated with investment in alternative heating/electrical systems and the cost (economic,  environmental, and ecological) of alternative energy supply systems relative to existing fossil  fuel  based  systems.   A  significant  economic  cost  component  for  energy wood  chips  is  in  drying  freshly  chipped  material  in  order  to  target  energy  customers  which  have  higher  quality requirements and lower chip moisture needs.    In order  to  satisfy  the  growing demand  for  forest bioenergy  in  the  residential  and micro  combined  heat  and  power  (CHP) markets, wood  chip  energy must  satisfy  relatively  high  quality  requirements  (cleanness)  and  low  moisture  levels  and  be  cost  competitive  to  alternative energy carriers (both renewable and fossil) and comply with requirements of the  residential heat and CHP  installations. Being a waste‐product  in the past, wood chips  from  residuals are now recognized as a product which ‐ by standardization and conditioning ‐ can  enhance  the value added. This perception  is mainly driven  through  increased demand.  Its  diversity  and  therefore  the  differential use  of wood  chips  is  at best when  the product  is  processed in a way it can be included into standardized industrial processes (Kuratorium für  Waldarbeit und Forsttechnik e.V. 2013). This creates a challenge  for  the bioenergy  firm  in  order to increase processing activities while also lowering costs of production.     Fallert Holzenergie is a small‐medium size bioenergy firm (wood chips) that has developed a  partnership  with  an  area  agriculture  producer  with  an  existing  biogass  facility.  This  partnership has  allowed  Fallert  to develop  a  customized  trailer drying  system  in order  to  utilize  the excess heat  from  the biogass  facility  to dry wood  chips  in a  very  cost efficient  manner.   Given  the dramatic  increase  in biogass  facilities  throughout Europe, especially  in  Germany  (over 6,000  facilities) there exist a  large potential  for utilizing this excess heat to  dry wood chips.    This opportunity will be presented in the form of a video. The video introduces to the topic  and shows the practical implementation and ends with an explanation of the benefits of the  approach.     This  allows  a  presentation  of  the  method  at  local  events  for wood  chip  companies  and  biogas producers. With  this  approach  a  greater  audience  can be  reached  all over  Europe  since the need for traveling is not given.     The  video  can  be  accompanied  by  presenting  as  an  introduction  and  explanation  the  background  and  motivation  for  biogas  based  drying  that  is  presented  in  the  following  chapter.  This  opportunity was  used  in  Italy, where  the  virtual  demo was  held  twice,  on  occasion of two sector events, and namely: FORLENER 2013 and EIMA 2014.           Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  4        2. Background and material    The  demonstration  uses  the  Fallert  AG  as  an  example  where  the  demonstration  of  the  technological alternatives is subject to the video presentation.     Likewise  the  cost  information  presented  here  in  the  following  refers  to  this  one  single  medium  wood  chips  producing  enterprise  in  South‐West  Germany,  but  can  be  seen  as  exemplary  for  the  structure  of  the  wood  chips  producing  industry  of  central  Europe.  Nonetheless, one should be aware, that variations over such a large geographical region and  between enterprises do exist.    In order  to produce high quality chips,  the production process contains  several  steps  (see  Figure 1). After being  chipped  in  the  forest and  transported  to  the  terminal,  the material  needs to be dried to lower moisture content down to the degree needed by the customers.  Usually  small  scale  customers  as  private  households  or micro  combined  heat  and  power  plants (CHP) need clean wood chips of low moisture content, due to their facility conditions  and smaller boiler sizes, which are considerably less efficient burning high moisture chips.  After the drying process, chips are sieved in order to exclude non‐wooden components that  may cause damage to the facility and – if needed – separate wood chips by size in order to  satisfy different customer needs.       Figure 1: Supply chain for wood chips production    Drying  the woodchips  increases  the energy  that  can be gained  in  the  conversion process.  Therefore for chips used to produce energy it  is of great advantage to reduce the moisture      Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  5    content of wood that is in the range of 50‐60% when they originate from freshly harvested  wood.     Conventional drying methods    The conventional drying process  in Germany  is conducted mainly  in two ways. Either wood  chips are dried naturally or by a drying machine, i.e. a tube‐bundle dryer or drying conveyor.  Nonetheless other drying approach do exist (AEBIOM 2008).    In the natural air‐drying process, chips are piled onto a clean – often concrete – ground and  covered  with  a  fleece  or  similar  to  protect  the  material  against  rain,  snow,  wind  and  pollution.    Hereby the moisture content is reduced from about 50% to 35% within 3 months in summer  time. Because of the influence of the ambient temperature on the fermenting process inside  the pile, the drying time significantly increases  in winter. The cost of air‐drying depends on  different parameters as the choice of covering material, manpower, machines and space. In  the case of our project partner, an approximate value of 0.50 Euro per bulk meter is applied.    In the case of the tube bundle dryer – as used by the Fallert AG – the heat exchanging device  reaches a temperature up to 150°C and reduces the moisture content of one bulk meter of  wood chips  to 20% within an hour. According  to given  information  the drying cost by  this  machine is approximately 3 to 3.5 Euro per bulk meter, depending on filling volume, energy  cost, etc. Of course, with higher  inlet  temperatures more volume can be dried but at  the  expense of increased production costs due to the higher energy demand.    The major drawbacks of these two conventional drying techniques are the high dependency  of  seasonal  ambient  temperatures  for  natural  drying  and  the  low  output  per  hour when  chips are dried with the tube bundle dryer (approx. 1.5m³ per hour).       Biogas woodchip drying    The proposed drying concept requires a partnership between an agricultural producer that  runs a biogas  facility and a  forest bioenergy  firm, processing,  storing and delivering wood  chips in Southern Germany.     Given  the proliferation of biogas  facilities  throughout  central  and  southern Europe  (more  than 7500  facilities  in Germany alone, see Figure 2),  it could be adopted and expanded  in  other areas,  resulting  in  significantly  lower  costs of production and  increased markets  for  wood chip energy throughout Europe (Fachverband Biogas e.V.,2013).        Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  6       Figure 2: Biogas facilities in Germany    Due  to  the  amendment  to  the  “Renewable  energy  act”  (EEG)  from  2012  (BMWi,  2014),  operators of biogas‐facilities need  to  fulfill certain requirements  if  they wants  to receive a  premium on the combined heat and power production by using the excess‐heat. In order to  receive the premium, a minimum 60% capacity utilization of waste heat per year is required  of which maximally 25% may be used for fermentation purposes. 35 to 60% of the remaining  waste heat has to be used for ulterior functions as i.e. heating of buildings or drying of loose  material.     Since 1992  the number of biogas‐facilities  increased  from 139  to 7515  in Germany  alone  (Fachverband Biogas e.V. 2013). Therefore  it stands to reason that an alternative approach  of drying wood chips refers to the usage of waste heat of biogas‐facilities. During the process  of producing biogas for electricity and heat, outside air is used to cool the system. This air in  turn  heats  up  and  would  be  blown  as  excess  heat  into  the  atmosphere  if  not  used  for  heating of buildings or drying of grain, digestates, split  logs, wood chips, etc. (Thierer et al  2012).    Because  of  easy‐handling  and  relatively  low  investment  costs  drying  containers  are  commonly  used  for  this  purpose.  Generally  these  are  conventional  containers  with  a  capacity of 32‐35m³ which are modified by inserting a false floor with small holes or grooves  and connections  for  flexible  tubes. By conducting  the warm air with a blower  through  the  tubes into the container, the wood chips dry from the bottom to the top. The moisture level  of wood chips reduces from approximately 50% down to approximately 10% within 3 days in  summer  time,  while  output  may  decrease  by  50%  in  wintertime  when  the  ambient  temperature reaches values below freezing.      Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  7    For  the  container  solution with  the  false  floor  and  a  facility where  6  containers  can  be  connected, a monthly drying volume of approximately 1400 m³ can be reached  in summer  time and 1000 m³ in winter time.     One disadvantage of this so‐called vertical drying process is the unequal drying of chips from  the bottom and chips on top. The warm ascending air cools down and condensates at the  undried wood chips at the top. Since cool air absorbs less moisture, the container load must  dry  longer  in order to reach a certain moisture level for all chips or the whole pile must be  stirred. Both leads to higher production costs (Krämer 2013).     To reduce the drying time and  lower generation of condensate, an alternative approach  is,  instead of a false floor, to insert a perforated air‐supply duct in the middle of the container  for that the wood chips drying  is conducted horizontally from the middle of the pile to the  outside. An  additional  advantage  is  the equal drying of  chips  from  the bottom  and  chips  from  the  top and  the more energy‐efficient drying since  the drying distance  is  reduced by  leading  the warm air  through  the middle of  the pile horizontally  to  the  sides. Due  to  the  openings at the side, the container can be covered at the top against rainfall (See Figure 3)  (Krämer 2013).       Figure 3: Vertical and horizontal drying systems (Source: Krämer 2013)    The  biogas‐drying  option  offers  a  viable  alternative  to  conventional  tube  drying  of  conventional wood  chips, depending on  the  circumstance of each  firm,  their proximity  to  bio‐gas producers and the customer  location and demand. To be able to compare the cost  competitiveness of  the  alternative drying options, different  factors have  to be  taken  into  account, as  investment costs, machine  life and usage, operating costs, economies of scale,  etc.,  that differ  from  firm  to  firm  .    In  the  case of biogas‐drying, also  location enters  the  considerations  as  transportation  costs  increase  with  the  distance  between  the  biogas‐ producer and the wood chips‐producer.        Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  8    In  addition  to  that  it  has  to  be  taken  into  consideration  that  the  premium  for  biogas‐ producers works as a subsidy  to achieve  the political goal of promoting and strengthening  the  competitiveness  of  renewable  energy.  Therefore  it  is  ambiguous  how  future  policy  changes concerning the premium may favor or abate the competitiveness of this wood chips  drying approach.      3. The video     The video material was produced in 2013. It includes a brief presentation on motivation for  wood chip drying, presents conventional drying methods, air drying and tube bundle dying  and the innovative alternative biogas facilities excess heat based drying in special containers.  In  includes a  film sequences  from wood chipping  in  the  forest,  transport and of  the  three  mentioned  drying  methods.  The  film  has  a  sequence  of  short  and  easy  readable  text  passages  that present  the essence of  the  information of chapter 2. Examples are given  in  Figure 4. The video has a length of 9:15 minutes.         Figure 4: Scenes from the video        4. Presentations of the video    The video presenting  the virtual demo was shown  in  Italy, at  two separate occasions. The  first presentation was held on September 28, 2013 in Vercelli, on occasion of the FORLENER  2013 forest energy fair. The second was held on November 13, 2014 in Bologna on occasion      Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  9    of the EIMA agricultural machinery fair. In both cases, the presentation was integrated into  the seminar programme offered by the fair,  in order to obtain widespread visibility for the  INFRES initiative.     FORLENER is the most important wood energy fair in Italy and it matches the INFRES scope  for  covering  the  whole  chain  (FORLENER  stands  for  Forest‐Wood‐Energy).  On  the  other  hand, it is attended by a relatively small number of visitors, which in 2013 numbered about  9000.              Figure 5: The BiomassEIMA poster listing the INFRES virtual Demo        EIMA is the largest agricultural machinery fair in Italy, which broke all attendance records in  2014  by  totalizing  over  235.000  visitors.  This  is  one  of  the  large  European  agricultural      Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  10    machinery  fairs,  in  the same circuit as SIMA  in Paris and Agritechnica  in Hannover. Within  EIMA,  a  smaller  cluster  of  events  is  devoted  to  energy  biomass,  grouped  under  the  BiomassEIMA umbrella. The virtual demo was  included within  the BiomassEIMA events,  in  order to reach a different audience (more agricultural and less forestry) than at FORLENER.  That would make  much  sense,  considering  that  the  virtual  demo  deals  exactly with  the  interface between agriculture (biogas production) and forestry (wood chip production) and  therefore  it  can  raise  the  interest  of  biogas  producers,  which  were  unlikely  to  visit  FORLENER.         Figure 6: People attending the virtual Demo in Vercelli    At both events,  the virtual demo  consisted of a brief  introduction by R.  Spinelli,  then  the  projection of  the  video,  and  finally  a Questions  and Answers  sessions. Overall,  the  single  virtual Demo lasted about 25 minutes.      5. Results of the demo    The 2013 virtual Demo at FORLENER was attended by 22 participants, whereas  the Demo  held in Bologna one year later attracted 18 participants. These numbers are similar to those  registered by other seminars held on the same occasions and they may be taken to indicate  that Fair visitors are probably more attracted by  the  stands  than by  seminars,  in general.  Nevertheless,  the virtual demos were a good way  to  introduce entrepreneurs  to  the new  perspectives  offered  by  active  drying  with  waste  heat.  In  particular,  the  Bologna  demo  allowed touching a pool of potential users that  is relatively difficult to reach for the classic      Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  11    forester, i.e. farmers and biogas producers.      Acknowledgements    The authors wish to thank the following people for their support with the study and demo:  Mr. Fallert & son (Fallert Holzenergie) and Mr. Jurgen Mergelsberger (Fallert Holzenergie).     References    AEBIOM, 2008. Wood Fuels Handbook: Production ‐ Quality Requirements – Trading. Italian Agriforestry  Energy Association, Italy.  BMWi, Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, 2014. Das Erneuerbare‐Energien‐Gesetz.   http://www.erneuerbare‐energien.de/EE/Redaktion/DE/Dossier/eeg.html?cms_docId=73930, last  access 02.07.2014.  Fachverband Biogas e.V. German Biogas Association, 2013. Branchenzahlen – Prognose 2013/2014.  http://www.biogas.org/edcom/webfvb.nsf/id/DE_Branchenzahlen/$file/13‐11‐ 11_Biogas%20Branchenzahlen_2013‐2014.pdf, last access 02.07.2014.  Krämer, G, 2013. Mobiltrockner – Prüfergebnisse und Direktvergleich. IBT‐Krämer, Institut für  Brennholztechnik.  Kuratorium für Waldarbeit und Forsttechnik, 2013. Optimierte Stoffstromsteuerung und Aufbereitung von  Holzhackschnitzeln. LIGNA, 06. – 10. May 2013, Hannover, Germany.  Thierer, M.,Eberhard, G., Wessbecher, M. & Bayer, B.. 2012. Abwärmenutzung bei Biogasanlagen.  Länderspecial Bayern/ KWK‐Bonus.  http://www.energy20.net/pi/index.php?StoryID=1220&p=mJ3rC2nsGxWFBanjU.jGmQF3Ccl_ExJkccCln MfiMg3pRUO0SHWqEqIbac38SQ8.Cx8lac2daZO3AhCrER.9V9fgBb8pccYFCd‐ .TUeXpAOBf7WzQ_iqEhewO9jtW.TqquRvSfMwEC33, last access 02.07.2014.          Demo Report 20 – Wood chip drying using biogas heat in Germany   7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU (311881)  12        INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources Institute of Finland (LUKE), Finland  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi              Contact information for this publication     Matthias Dees FELIS‐Albert‐Ludwigs‐Universität  Tennenbacherstr. 4 D‐79106Freiburg, Germany  Phone: (49) 0761 203 67657  E‐mail matthias.dees@felis.uni‐freiburg.de     Raffaele Spinelli CNR IVALSA Via Madonna del Piano 10 I‐50019 Sesto Fiorentino (FI), Italy Phone: +39 055 5225641 E‐ ‐mail: spinelli@ivalsa.cnr.i               INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)    Josep M. Tusell, Jordi Canals, Diego Almenar, Judit Rodríguez  Cooperativa Serveis Forestals, SCCL  Forest Sciences Centre of Catalonia    Demo Report 21 – Using synthetic cable for wood and biomass  extraction in Catalonia (Spain)  Dissemination Level  Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)      Santa Coloma de Farners, 25th of March of 2015      Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  1    1. Introduction  The use of steel cable  is well  implemented  in the work of wood and biomass extraction by  yarding  in Catalonia. While  the use of  forwarders begins  to become evident,  the use of a  winch attached to adapted agricultural tractors and skidders are the main equipment of the  harvesting crews. In first place, there are adapted agricultural tractors, and  in second place  there are the skidders. According to Lliró & López (2014)  in Catalonia there are 24 skidders  owned by 21 companies. Both tractors and skidders use steel cable  for wood and biomass  extraction, because steel is a durable material that can withstand the continuous friction and  harsh conditions to which the yarding  is subjected. This resistance, however, gives a higher  weight  to  the  cable,  which  makes  more  difficult  the  handling,  lowering  the  yield  of  the  extraction,  and  requiring  considerable physical effort of  those operators  carrying out  this  operation.  Compared to the steel cable, a synthetic rope has these comparative advantages (Hamilton,  2008; Fanjul et al., 2011; Magagnotti & Spinelli, 2012; Domenjó et al., 2014):   Reducing  environmental  impact:  being  lighter,  it  makes  the  extraction  easier,  reducing friction and damage to the soil.   Improving working  conditions  and ergonomics of operators:  at  same  strength,  the  synthetic  rope weighs much  less  (between  eighth  and  tenth  compared  to  a  steel  cable) and has a higher flexibility, which facilitates operations and can increase work  rate. It also reduces the risk of injury in the hands due to broken wires.   Despite  the  difference  in  price  (14.9  €/m  synthetic  rope  vs.  2.5  €/m  steel  cable)  (Magagnotti & Spinelli, 2012), thanks to the increase in the productivity of work this  difference can be paid off.   They  are  little elastic  and  so  less prone  to backward movement when  they break.  Whiplash behaviour  is minimized because  the elasticity and weight of  the rope are  lower than traditional steel cables.   Tensile strength equivalent to a steel cable (at the same diameter).   For the same diameter, lighter weight (8 to 10 times lighter than steel wire)   In case of breakage, it’s easy to repair on site through proper link.  However, there are also disadvantages (Magagnotti & Spinelli, 2012) such as:   There  may  be  problems  with  the  movement  of  chokers by  the  string,  since  the  junction of two rope ends increases the diameter of the rope. This is easily solved by  putting also wider chokers.   When going downhill with  the synthetic rope,  the winch drum  is not easily unwind  given the little weight of this cable.   The  synthetic  cable  tends  to  wrap,  which  can  disrupt  the  normal  movement  of  chokers through the rope.   Problems of fire exposure.   Increased sensitivity to friction with stones.      Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  2     Easy to cut with sharp objects   High price:  synthetic  cable  is priced between 3  and 4  times higher  than  the  same  diameter steel cable.  Table 1: Price of steel and synthetic cable according to the diameter  Diameter (mm)  Steel cable price (€/m)  Synthetic rope price (€/m)  8  1.58  4.80  10  2.73  6.90  12  2.94  10.70  14  3.57  14.00    The introduction of synthetic rope in the harvesting chain can mitigate the shortcomings of  conventional  wire  cable,  although  it  raises  doubts  about  its  strength.  This  is  why  it  is  necessary  to  evaluate  the  extraction with  synthetic  rope  in  order  to  get  results  on  their  performance and the positive consequences that can contribute to the safety of operators  during the extraction phase.  Under  the  INFRES  project  the  use  of  synthetic  cable  instead  of  steel  cable  for  forest  extraction operations of wood and biomass  in Catalonia was tested. The resistance offered  by the synthetic cable, along with ergonomic improvements for forest workers should be the  necessary  arguments  to  forest harvesting  crews  implement  this equipment  for  their daily  work.  In the test performed, the strength and ability to mobilize of the synthetic cable in ordinary  conditions  was  assessed  and  also  possible  improvements  in  comfort  and  security  that  provides its daily use was evaluated.    2. Objectives  The aim of the experiment was to determine the productivity of the synthetic cable based  on  the  volume  of  wood  and  biomass  extracted  (EUR/t)  and  to  assess  the  ergonomic  improvements and sensorial quality of work for workers.    3. Materials and Methods  The demonstration was organized by the Cooperative Forestry Services (CSF) in the region of  Catalonia  in  collaboration with  the  Forest  Technology Centre  of Catalonia  (CTFC). Arpana  participated for the training of the crews that had to work with synthetic cable.  The  demonstration was  split  into  two  days.  The  first  demonstration  (8‐5‐2014) was  only  addressed to forest companies and forest crews, and reached an attendance of 18 persons.  The  second  day  (9‐05‐2015)  the  demonstration  was  addressed  to  a  wider  group:  forest  companies,  crews,  forest owners, managers,  technicians.  This  second day  the  attendance  raised to 33 persons.      Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  3      Figure 1: First demo day addressed to forest companies and forest workers with an  explanation on how to use the synthetic rope    After the demonstration days, during February and March of 2015 the use of the synthetic  cable was monitored  in  the  area  of Guilleries  ‐ Montseny, with  a  same  forest  crew  and  different forest types. The monitoring  included forests with holm oak (Quercus  ilex), beech  (Fagus sylvatica), chestnut (Castanea sativa) or radiata pine (Pinus radiata). All forests are in  the Arbúcies municipality, in the shire of La Selva, Girona province.  The  synthetic  cable was mounted  in  a Ventura winch with  remote  control  attached  to  a  Massey Ferguson tractor (MF 4255), with 95 HP power. A forestry Dyneema synthetic rope  of 12 mm diameter and 100 m length manufactured by Cordelería Hercules was used in the  tests.  The  crew  that  worked  with  synthetic  cable  consisted  of  four  people:  the  tractor  operator, the felling one, the delimbing one and the one that hooks the wood to the cable.  Before using the synthetic rope, the extraction with steel cable by the same extraction crew  in the holm oak plot was monitored during one week. This work was monitored in order to  allow a productivity comparison to the synthetic rope.  Regarding the ergonomic perception of operators, all members of the crew were separately  surveyed in order to obtain a valuation of the perception of ergonomic improvements while  using a synthetic rope compared to the steel cable.        Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  4    Specifically workers were asked about:  ‐ Improved comfort at work  ‐ Reduced muscle fatigue / effort  ‐ Ease to carry up / down the rope  ‐ Ease to use rope  ‐ Reduced injuries to hands  ‐ Reduction in "whip" effect  ‐ Improvement to wind up into the drum  ‐ Reduced damage to standing trees  ‐ Relevance of the material cost  ‐ What price would you be willing to pay?  Being 1 No improvement/none/much less; 2. Little /few; 3. Same as steel cable; 4. Some  improvement; 5. Greatly improved/much more.      Figure 2: Second day demonstration addressed to more general actors (forest managers,  forest owners, etc.)            Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  5    4. Study results  During the last January week and the first February week of 2015 the comparative extraction  works  took  place:  the  first  week,  a  steel  cable  was  used;  the  second  week,  it  was  the  synthetic rope.    Table 2: Production (tonnes) and time (work days) of one week works with steel cable and  synthetic rope  One week work  in  a  holm oak plot  Green tonnes Work days t/work days  Steel cable  104.34  19.5  5.351  Synthetic rope  132.87  26.5  5.014    According to these results, in this case there was no productivity increase due to the use of  synthetic  rope.  The  cost  would  be  equivalent  since  productivities  are  similar,  and  the  personnel, fuel and machinery expenses are the same.      Figure 3: Steel cable winch detail        Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  6    The whole experience of extraction with synthetic rope lasted from the first day of February  until the end of March 2015, which includes a total of 133.75 work days. During this period,  the synthetic cable mobilized 694.5 tons of wood of different species.    Table 3: Production (tonnes) and time (work days) with synthetic rope in different plots  Species  Work‐days  Extraction (fresh tones)  Holm oak  40.75  203.75  Holm oak  19.50  97.5  Chestnut  38  190  Beech  16  96  Pine  19.5  107.25  TOTAL  133.75  694.5    The  length of the cable at the end of the experience was 55 meters. Therefore during the  experience 45 meters of synthetic cable were used.  Therefore  to mobilize 107.25  tonnes of wood biomass 45 meters of  synthetic  cable were  spend, which represents a cost of 481.50 Euros. Therefore,  the cost of using  the synthetic  cable is 0.69 Euros/t of wood and biomass.    5. Demo results  As previously mentioned, the demonstration took place  in two days addressed to different  actors. The total attendance was 51 persons and some of the conclusions have been:  ‐ For  proper  operation  of  synthetic  cable,  operators  must  be  trained  with  basic  knowledge regarding maintenance and repair.  ‐ Since wearing or overstrains could cause a decreased lifetime of synthetic cable, the  execution of the extraction work has to be done paying attention to this constraint.  ‐ Numerous  studies  show  an  increase  in  productivity  using  synthetic  cable.  It  is  interesting to further evaluate this tool in Catalan forests, analyzing the work of the  cable  in different conditions (slopes, forest type and accessibility) with forest crews  more experienced in its use.  ‐ It has been mentioned a certain complexity when using  this cable downhill, but on  the  contrary  it  seems  to  be  very  interesting  uphill.  This  could  be  avoided  with  a  double  drum  winch,  where  synthetic  rope  can  be  used  uphill  and  steel  cable  downhill.              Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  7    6. General and perceptions evaluation  Regarding the performance and comparative data obtained along a week of using each type  of  cable  there were  no major  differences  regarding  the  productivity  (wood  and  biomass  mobilized). The small difference could be due to the  lack of practice and confidence  in the  early  days  of  working  with  synthetic  rope.  This  reason  have  reduced  the  productivity  significantly along these early days.    Figure 4: Whole stem yarding with synthetic cable    In a general sense, once passed the first days of  little knowledge of synthetic rope, making  trust its resistance, the operation with synthetic rope has been positive. Note that the cable  breaks often, on average once a day, usually by the end of the cable about an average of 0.5  meters  length  and  a maximum  of  5 meters  length.  The  higher  risk  of  breakage  at  rope's  choker end due to higher friction was not considered as a negative aspect, because repairing  the rope only took 3‐5 minutes.       Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  8      Figure 5: Breakage at the end edge of the synthetic rope  Regarding the valuations by operators, the answers to the different questions are shown in  table 4.  Table 4: Average rating of different improvements of the synthetic rope compared to the  steel cable according to the workers perception (values 1-5 mean: 5 = great improvement, 1=is not significant).   Question  Average valuation  Improved comfort at work  5  Reduced muscle fatigue / effort  5  Ease to carry up / down the rope  5/3  Ease to use rope  4  Reduced injuries to hands  5  Reduction in "whip" effect  3*  Improvement to wind up into the drum  4  Reduced damage to standing trees  4  Relevance of the material cost  5  What price would you be willing to pay?  3      Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  9    *: Although the assessment of Reduction in "whip" effect is in average same (3) as with steel  cable, it was mentioned that being a different material (synthetic instead of steel) makes it  less dangerous and no risky.    As conclusions of the experience, different positive and negative aspects can be mentioned  (table 5)  Table 5: Positive and negative aspects of using synthetic rope for wood and biomass  extraction  Positive aspects:   Flexibility   Weight   Possibility to work without gloves   No danger of "whip" effect   Negative aspects:   Price   Confidence   Not suitable for large trees   Not suitable for stony terrain   Minor durability    Finally, a possible increase in the productivity of the synthetic cable could be reached if  some improvements were used in the procedure:  ‐ Using a winch with remote control: in this case, the same operator has the winch  control can walk with the hauled stems, and react more quickly to stop the cable if  any of the logs gets stranded. This avoids additional efforts to the cable that can  damage it excessively and may even cause it to break.    Figure 6: Hauling with synthetic cable, strain situation with risk of breakage      Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  10    ‐ Using a double drum winch: in this case the synthetic rope can be used in less stony   terrain, and the steel cable can be used in can be used in stony terrain. This would  extend the life of the synthetic cable.  ‐ Improved results with adapted accessories (for instance chokers): the use of these  elements avoids a possible clamping of synthetic cable, which can cause premature  wear or even a rupture.    Figure 7: Chokers to be used with synthetic rope    7. Acknowledgements  We thank the collaboration of Forest Montseny SCP in the execution of the forest works and  results monitoring.            Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  11    8. References  Domenjó, I., Casals, S., López, I., Navarro, P.J. 2014. Treballs forestals innovadors: el  desembosc amb cable sintètic. Visita a la serradora Boix. In XXXI Jornades Tècniques Silvícoles Emili Garolera: 33‐39.  Fanjul, A., Sánchez, S., Alonso‐Graña, M., Álvarez, E., Canga, E., Majada, J. 2011. Sustitución  del cable de acero por cable sintético en el desembosque de castaño en Asturias. Progreso  Forestal, 25 p. 16‐20.  Hamilton,  P.S.  [ed.]  2008.  Life  expectancy  of  synthetic  fibre  mainlines  in  cable  skidding  applications. FP and Innovations. Vol. 10.  Lliró, O.  I  López,  I. 2014.  La maquinària  forestal a Catalunya: els  tractors arrossegadors o  skidders. Catalunya Forestal, 119:25‐26.  Magagnotti, N., Spinelli, R. 2012. Replacing steel cable with synthetic rope to reduce operator  workload during log winching operations. Small‐scale Forestry, 11, 2012 p. 223‐236.      Demo Report    7.8.2015   INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass  supply in the EU (311881)  12        INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Natural Resources Institute Finland (Luke), Finland  antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi       Contact information for this publication    Josep M. Tusell Armengol  Cooperativa SERVEIS FORESTALS SCCL  Jacint Verdaguer, 3  17430 Santa Coloma de Farners, Catalunya (Spain)  Phone: +34 972 842 708  E‐ ‐mail: josep.tusell@forestal.cat    Infres – Innovative and effective technology and logistics for forest  residual biomass supply in the EU    Isart Gaspà, Pere Navarro & Judit Rodriguez, CTFC   Jordi Canals & Josep Maria Tusell, SCCL    Demo Report 22 – Comparative study of a loading unit with  compression and a conventional forwarder at transportation of  bulky woody biomass  Dissemination Level Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)      Solsona, 14th of August of 2015 Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) Table of contents  1.  Introduction .................................................................................................... 3  2.  Materials and methods ................................................................................... 3  3.  Study results ................................................................................................... 5  4.  General evaluation ......................................................................................... 8  5.  Demo results ................................................................................................... 9  6.  Acknowledgements ...................................................................................... 10  7.  References .................................................................................................... 10  8.  Web references ............................................................................................. 10  The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh Framework Programme (FP7/2012‐2015) under grant agreement n°311881. The sole responsibility for the content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European Communities. The European Commission is not responsible for any use that maybe made of the information contained therein. Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) Introduction The biomass market in Catalonia continues rising as more biomass boilers are installed. The uses of biomass for heating and power are not only with the aim to increase the offer of renewable energy is due to the necessity to reduce the fire risk in large areas in the countryside and increase the resilience of the forest. The sustainability forest management in high density conifers forests allows the growth of youngest trees which are covered by a medium age trees. These areas are the result of a policy of afforested the marginal agricultural lands between 1940 and 1993 (Tolosana et al 2014). These forests consisting of conifer plantations or directly afforested areas are on terraces, which were earlier full of olive trees and vineyards Usually these areas burn in the summer and after that and to avoid insect attacks the extraction of the majority of dead trees is necessary. The Mediterranean forest has a low annual growth due to the high temperatures and low precipitation. This means that the extraction of biomass is less productive in contrast with northern forest. Other characteristics of the Mediterranean forest are high slopes which makes difficult the forest operations. In the past and with the aim of solve the high slopes the farmers constructed terraces to be able to work there, making forest operations difficult. These characteristics of the Mediterranean forest have slowed the development of biomass and other wood markets. Increase the yields of the operations of the supply chain in the forest is necessary to improve the market due to is needed to have better economic results in the harvesting works. The aim of compare two systems of forwarders in this demo is to reduce the cost of the forest operations and test if the new technologies and development are really useful, as Spinelli (2014) said “modernizations are still in progress”. In the thinning operations the objective is to reduce the mass helping the rest of the trees to have better growth in the future, therefore the result of the operation is to thin trees that do to meet the quality requirements of the wood industry. A good end use for this kind of trees is energy production but with a good economic result for the owner and the harvester, nowadays the economics of these operations is not good and efforts to reduce the prices of this operation are necessary. Bunch high quantity of trees in a forwarder is necessary to collect the highest amount of biomass by each transport and this with the least possible time for each sport where it is necessary stop to collect the piles done in the forest. By other hand the difficulty of some lands with terrace and also stoniness make the necessity to use forwarders when the slopes are not too high. The Press Collector is a forwarder able to compact and transport high amounts of biomass; moreover the biomass extracted is young tress with branches. The aim of this demonstration is to study if the Press Collector is able to increase the yield of the harvesting operations by compacting the biomass compared with the use of a conventional forwarder. 1. Materials and methods Two forwarders were used during in the demos, the Dutch Dragon Press Collector (PressC) with a capacity of 40-48 m³ bulk volume coupled in a John Deere 1710 eco III, and the John Deere 1510 (JD 1510) with a capacity of 15 metric tonnes which calculated with a density of 450kg/m³ are 33.34 m³, Figure 1. Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) Figure 1: John Deere 1510 on the left and Press Collector on John Deere 1710 on the right. Data from works were collected in three test, the two firsts plots were test of a single forwarder every time and the last test were in the same place and in the plot where the demos with public took place, there both forwarders were working. The first plots where the test took place were in Llers (PressC, Figure 2) and in Pla de l’Estany (JD 1510), both in Girona on 25/03/2014 and on 27/10/2014, respectively. The forest in Llers had burned in the last summer in the fire of Empordà. The forest had stones and terraces; moreover the terrain was wet due to the rain during the demo. In Pla de l’Estany there was mixed forest with Pinus halepensis and Quercus ilex without bush nor stones, the operation consisting of a thinning to improve the growth of the remaining trees. Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) Figure 2: Dutch Dragon Press Collector in Llers The last test was organized in Santa Eulàlia de Ronçana in Vallès Occidental on 28/03/2015. The forest had an event of strong winds in January in the same year, therefore in some places in this forest the trees had fallen. The times of operations were calculated noting the start for each operation, starting with loads, downloads, and travelling with and without the biomass. The periods without work were also noted. With the aim to get data for the tests, 16 completes series had taken for the JD 1510 and 13 completes series for the PressC. The distance driven by the forwarders was also calculated. 2. Study results In the tree demos the amount of biomass extracted was 139 tonnes of young trees with branches. Figure 3: Characterisation of biomass removed The Figure 3 and Figure 4 show the characterization of the trees by diameter classes. The piles of biomass were done near the road, but in 3 trips of the PressC there were not enough biomass to full it. Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 5 10 15 20 25 30 35 40 CD Tr ee s JD 1510 PressC Figure 4: Diameter class of trees extracted with the forwarders In the first plots the distances done by the forwarders were different due to the different places and conditions. The forest in Llers was with terraces, stones and the day before had been raining and the distance was 353 meters. However the forest in Pla de l’Estany had better accessibility conditions but the distance from the load and the download was 1589 meters. In the last test the distance average were 383 meters for JD 1510 and 480 for the PressC. The Table 1 show the speed of the forwarders in the different tests. Table 1: Forwarders speed Test Meters / minute JD 1510 PressC Llers 89.70 Pla de l’Estany 275.01 Santa Eulàlia de Ronçana 70.22 80.43 The speed result obtained is different in the cases of the two first demos but is similar in Santa Eulàlia de Ronçana. The forwarders obtained more similar results when the place and the conditions are the same. Otherwise is necessary to remark that the PressC is in a JD 1710 which have a higher power than the JD1510 but in the other hand the two panels of the PressC are heavier than the structure of the JD1510. This is an interesting aspect to consider also for the fuel consumption and prices of the machinery. For each load of material the JD 1510 had done an average of 34.31 grapples meanwhile the PressC had done 29.11. In this average there are 3 series for the PressC was not take due to there was not enough material to fill the forwarder. Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) The total of biomass processed in the test is shown in the Table 2 Table 2: Biomass processed in the tests Test JD 1510 PressC Biomass (t) Loading (min) Downloading (min) Biomass (t) Loading (min) Downloading (min) Llers 45 163 38 Pla de l’Estany 50 148.15 57.56 Santa Eulàlia de Ronçana 27.6 136.5 31.5 16.4 97.5 18 The Figure 5 shows the yields of the operations. Figure 5: Time for loading and unloading by forwarder As is it shown in the Figure 5 the load per minute in the PressC is higher than in the Jd 1510. This fact could be explained due to the diametric class, whereas in the PressC there were not tresses from diametric class 5, there were in the JD 1510. In contrast the download of the material were more quickly in the JD1510 Figure 6: Loading plus unloading of biomass, tonnes per minute Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) Summarizing both results the PressC show a productivity higher than J1510 which represents a 0.81% of yield in the process of loading and unloading as it is shown in the Figure 6. The last result is the number of cycles that each forwarder did in order to transport all the biomass. This is shown in the Table 3. Table 3: Tonnes per cycle Test J1015 PressC Biomass Trips Biomass Trips Llers 45 8 Pla de l’Estany 50 9 Santa Eulàlia de Ronçana 27.6 8 16,4 4 Total 4.54 tones/cycle 5.11 tones/cycle One remarkable data is the average amount of biomass (5.11 t) transported per cycle by the PressC compared to a conventional forwarder (4.54 t). It is also necessary to remark two aspects of these results, there are three trips of PressC without the total of biomass that the PressC is able to transport, and the second aspect is the moisture of the biomass in Pla de l'Estany. It is an important aspect due to the forest had been burned and the tresses ware dead. Considering that the dead wood have a moisture of 15% in wet basis, and the biomass recently harvested a moisture of 50% wb the results would be 7.8 tonnes by cycle. Taking the real results of the demos the PressC is able to transport a 12.55% more biomass in each cycle. 3. General evaluation Summarizing the results in the demonstrations indicate that either the PressC or JD15010 show similar results in the yields loading and downloading the biomass. The speed of the forwarders even having different power are quite similar, the higher power from the JD1710 of the PressC could be compensated by the weight of their panels. The difference with both forwarders is the capacity of collect biomass, the PressC demonstrate a 12.55% of higher capacity which means that their need less cycles to load the same biomass than the JD 1510. Considering the results obtained the conclusion is that both forwarders are similar in the yield aspect if the distances are little due to the trips are not very important, but if the distance increase then the time that the JD 1510 will use to travel implicate that the yield of all the process decrease. The PressC are bigger than the JD1510 and this could be an impediment to drive into the typical Mediterranean forest where there is high density of tresses. Regarding this impression the engineer who manage the operations in the forest explain that is necessary open spaces in the forest due to the PressC is bigger than a normal forwarder, Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) also he observed that the panels have a huge weigh and this could reduce the speed in the trips. 4. Demo results The demo took place in Santa Eulàlia de Ronçana in the centre of Catalonia on 27th of March on 2015. The 26 assistants mostly were forest workers, entrepreneurs and forest operators but also there are forest owners, technicians and people from administration too. The average of years of forest experience where 27 years. Figure 7: Assistants in the demonstration In the demos both machines were working continuously, so the assistants could see all the process of PressC and also the JD 1510, and the entire cycle, loading and unloading and the driving with and without biomass. The forest where the demo took place had an event of strong winds two months before and in some places all the trees had fallen. The assistants valorise the machinery with an 8.5 of 10, and valorise with a 7.5 of 10 the improvement that the machinery could provide to the harvesting works. The two aspects which they consider that where bottleneck were the price of the forwarder and the size. The assistants consider that it would be difficult to use the machine in the forest of Catalonia due to the slopes, the density of trees, and the social aspect related with machinery in the forest. The forwarder (both) needs a wide trail into the forest which means to extract stumps and the visual aspect of the forest after the works is considered a negative impact. The last question posed to the attendance was if they would buy the PressC and a 45% of them answered “yes”. It is important to consider that the people who said yes were forest workers whereas the entrepreneurs said no or depend in a 75%. The doubt that they have were if the quantity of forest where use it were enough to compensate the price. Technicians and entrepreneurs answered in the same manner. One consideration of the company who uses the PressC was that there is a lack of professionals who know how to use the forest machines properly. Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 5. Acknowledgements First at all thanks to the company Forestal Soliva S.L. who was using the forwarders to allow take data of the demonstrations and also receive the assistants of the demos with public and explain their conclusions. Secondly thanks to the Infres project and the people working on it to make this study possible and finally thanks at all the people who were working directly taking the data, processing it and the workers who manage the forwarders. 6. References Spinelli, R., Ebone, A.; Gianella, M. (2014) Biomass production from traditional coppice management in northern Italy. Biomass and Bioenergy. Volume 62. Pages 68- 73. Tolosana, E., Laína, R., Ambrosio, Y.; Martín, M. (2014). Residual biomass recovery from fully-mechanized delayed thinnings on Spanish Pinus spp. Plantations. Biomass and Bioenergy. Volume 71, Pages 98-105. 7. Web references  www.deere.es Demo report 22 – Comparative study of a loading unit with compression and a conventional forwarder at transportation of bulky woody biomass 17.8.2015 INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) INFRES PROJECT CONTACTS Coordinator Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa Finnish Forest Research Institute (METLA), Finland antti.asikainen@metla.fi, johanna.routa@metla.fi Contact information for this publication Isart Gaspà, Pere Navarro & Judit Rodriguez Forest Sciences Center of Catalonia - CTFC Ctra de Sant Llorenç (dir. Port del Comte) km 2 ES-25280 SOLSONA (Lleida) Spain Phone: +34 973 48 17 52 E- -mail: pere.navarro@ctfc.es Josep M. Tusell Armengol Cooperativa SERVEIS FORESTALS SCCL Jacint Verdaguer, 3 17430 Santa Coloma de Farners, Catalunya (Spain) Phone: +34 972 842 708 E- -mail: josep.tusell@forestal.cat DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  1      INFRES –  Innovative and effective technology and  logistics for forest residual  biomass supply in the EU (311881)    Johanna Enström, Henrik von Hofsten, Lars Eliasson (Skogforsk)  Jyrki Raitila, Matti Virkkunen (VTT)    Demo Report 23 – Demonstration of good terminal logistics and  high capacity transports at Söderenergi’s receiving biofuel terminal  in Nykvarn, Sweden – D4.5        Dissemination Level  Public  x  Restricted to other programme participants (including the Commission Services)    Restricted to a group specified by the consortium (including the Commission Services)    Confidential, only for members of the consortium (including the Commission Services)      DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  2              1. Introduction Forest products offers a rich source of renewable energy and is an important part of both Swedish and Finish  energy budgets. Most of this is based on forest biomass. However the economical margins for primary forest  fuels is lower than for any other forest product and the product‐value concentrated on a single truck‐load is  among the lowest of all product segments on our roads. As the large scale use of forest fuels in CHP plants are  concentrated to the larger urban areas and the forests are spread throughout the countries, there is an  enormous challenge to cut logistic costs in order to enable long distance transport and use of forest fuel as an  energy source. Efficiency in transport plays an important role in handling that challenge.   With an increasing number of large customers in the biofuel market, more cost effective logistic solutions for  truck and railway transportation as well as terminal handling and are needed. Both sending and receiving  terminals play an important role in enabling businesses between regions and thereby more available forest fuel.  In the Infres demo report “Success factors for forest fuel terminals” (Enström et al. 2014), we focused on the  sending terminal, whereas this demonstration focuses on a receiving terminal and the logistic around it. A lot of  research has been done in the field of terminal logistics within the Infres project. Therefore researchers within  the field were invited to come and share their results during the demonstration, as a complement to the  practical example given by Söderenergi.   Söderenergi, is a municipal owned production company that provides 300 000 citizens, offices and industries in  Södertälje and Stockholm with heat and around 100 000 households with electricity. Their production site  Igelstaverket use around 1.7 TWh of fuel yearly, i.e. approximately 2 million m3 of chips. The main sources are  biomass chips from forest, forest industries and recycled wood (www.soderenergi.se). Approximately one third  of the chips arrives by train. Due to lack of storage space and railway tracks at Igelsta these chips are delivered  to a receiving terminal in Nykvarn. Between the terminal and the CHP‐plant, materials are transported by a  chip‐truck. Since May 2014, a High Capacity truck with 74‐ton GVW performs this task. This truck was  demonstrated in a previous Infres demo in Almedalen (Enström & von Hofsten 2014). The 74‐ton truck was  studied for a year when the demonstration were made and the first results were presented for the first time at  the demonstration.             The aim of the demonstration was to show examples of good terminal logistics at a large receiving terminal for  forest fuel. This was achieved through presentation of all the parts in the fuelwood supply chain around the  terminal, which obviously included transportation with trains and big trucks but also biomass storage and safety  aspects to avoid self‐ignition of wood chips. This was complemented by analyses of the costs for internal  biomass terminal operations from Finland.               2. Materials and Methods The demonstration were held the afternoon May 26th, 2015, at Söderenergi’s fuel terminal in Nykvarn  (Sweden), 18 km from the CHP plant Igelsta in Södertälje. Researchers as well as operational public were  invited. Host for the demonstration were Söderenergi, the owner of the terminal at Nykvarn. Olle Ankarling,  head of logistic operations at Söderenergi, presented the companies fuel‐logistics and the role of the terminal  during a tour around it. Some topics of special interest were the train and truck logistic, the usage of building  blocks at the terminal and cautions against fire. A summary of this presentation is presented in the result  chapter.   DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  3    A general overview of terminals of different types were given by VTT, which is presented in the results of this  report. Skogforsk presented an ongoing project around 74‐ton chip‐trucks and the results from one year of fuel  studies from three such trucks. One of them were shown during the demo with both the owner of the truck  and one of the drivers present. The background of the project is described further in Demo report 11. Here we  present the study of fuel consumption and technical experiences from the first year of operation. The study of  fuel consumption is made by continuous monitoring of the consumption through Scandia’s fleet management  system along with weight data provided by the drivers of the trucks. The method is described in Widinghoff  2014.  Results from many different research projects were presented in the poster exhibition (figure 1).     Figure 1. Poster presentation at the terminal.  Poster presentations were held by eight researchers from Sweden, Finland and Holland. The posters are  appended to this report. Presenters names are underlined.     Multi‐functional biomass terminals. Dan Bergström. Dept. of Forest Biomaterials and Technology, SLU   Effects of covering chips during long term storage. Erik Anerud, Dept. of Energy and Technology, SLU   Supply of forest biomass to terminals/bioenergy combines in North Sweden. Dimitris Athanassiadis and  Martin Svanberg, Dept. of Forest Biomaterials and Technology, SLU.   Forest Biomass Terminal Properties and Activities. Kalvis Kons, Dan Bergström, Dimitris Athanassiadis &  Tomas Nordfjell. Department of Forest Biomaterials and Technology, SLU.   Biomass feedstock supply through terminals. Jyrki Raitila and Matti Virkkunen, VTT    Costs of Satellite terminal. Jyrki Raitila and Matti Virkkunen, VTT   Methods and applications for discrete‐event simulations of biomass feedstock supply chains in Finland  – three cases. Olli‐Jussi Korpinen1, Kari Väätäinen2, Robert Prinz2, Lauri Sikanen2 and Eero Jäppinen1.  1Lappeenranta University of Technology (LUT). 2Natural Resources Institute Finland (Luke).   Measurements at biomass terminals. Heikki Ovaskainen and Timo Melkas, Metsäteho Oy.   Improving wood harvesting logistics by a dedicated GIS‐based biomass module. Rik te Raa and Patrick  Reumerman, BTG Biomass technology Group BV.      DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  4        DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  5    3. Results & Discussion  The terminal in Nykvarn  The terminal in Nykvarn is Söderenergi’s feeding terminal for the CHP‐plant Igelstaverket in Södertälje. Around  170 000 ton biofuel are handled annually at the terminal and the storing capacity on the 9 hectare surface is  approximately 40 000 ton. Wood fuel from Sundsvall in the north to Varberg in the south arrives to the terminal  by train. The terminal receives approximately 125 trains per year. In addition some material also arrives with  truck to the terminal and if the storage area in Igelsta becomes to full some material is transported to Nykvarn  for long term storage. Each train replaces approximately 40 trucks (referring to a Swedish truck combination of  25.25 m and 60 ton).   The terminal is located in Nykvarn as there was no possibility of locating a terminal closer to the Igelsta plant  since Södertälje is a densely populated region. The plant is located next to the water with an own port, which  receives approximately a third of the fuel needed by the plant. Another third of the supply is being delivered by  train to the terminal in Nykvarn and approximately a third directly by truck to the plant or in some cases the  terminal. Storing opportunities at the plant are limited and thus material delivered by boat occasionally has to  be transported to the terminal in Nykvarn for storage. The advantage of buying and receiving large quantities of  biomass can outbalance the cost of extra handling. Ankarling describes the feeding terminal as a necessity for a  smooth logistical operation. Being able to handle fluctuations and disturbances of different kinds is critical for a  facility like Igelstaverket. This has been apparent at several occasions, e.g. if a boiler stops unplanned it is  important to be able to redirect incoming material to the terminal – hence it shouldn’t be full, but if the train  accidently derails and stops the incoming flow (which has happened even though it theoretically couldn’t) it  shouldn’t be empty either. Somewhere in between makes it perfect to balance the supply. The goal is to keep  around 15 000 ton fuel at the terminal, which equals 4 weeks consumption in the plant.   A problem for the terminal over the last years has been fires caused by self‐ignition of wood chips and the  difficulty to extinguish the smouldering material. Several actions have been taken to avoid this hazard. Heat  detecting cameras that measures the temperature of the surface material has been installed, but Söderenergi  still needs to work out at which surface temperature (approximately) the material inside the stack starts to  smoulder. A student project with this aim will soon be started. The possibility of digging down temperature  measuring equipment in the asphalt has been rejected as to costly. Lessons have also been learned on how to  separate the stored materials and in order to do so, building blocks (in concrete) has been stapled up at the  terminal. These walls do not only separate material, they also reduce the materials exposure to wind, which is  another important factor to reduce the fire hazard. Block walls are also built around the drainage ditch in the  middle of the terminal, and this has considerably increased the storage capacity (se figure 2).        Figure 2. Building blocks separating material from a ditch increases the terminals storing capacity.   DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  6    Since Söderenergi can’t eliminate terminal handling, they are working to improve its efficiency. The efficiency in  transport both to the terminal and from terminal to plant have been addressed by increasing the load capacity  of the trucks and trains used.              Efficient trucks  Skogforsk is currently leading the ETT‐project (One More Pile), which goal is to collect knowledge around High  Capacity Transports (HCT) within the forestry sector in order to facilitate a broad implementation of HCT  vehicles in Sweden. More about the ETT‐project and earlier results can be found in Enström & von Hofsten  (2014). An independent part of the project is a follow up study of the three first 74 ton chip‐trucks, of which  one, truck A, transport chips between Nykvarn and Igelsta. This truck was shown at the demonstration (see  figure 3 and figure 9).     Figure 3. Demonstration of the 74‐ton chip‐truck shuttling material between the terminal and plant.     The three trucks are Scania trucks with dolly and trailer combinations of a similar construction. They are 25.25m  long and have a loading capacity of 150 m3 or 49 metric ton. They all mainly use RME (Rapeseed Oil Methyl  Ester) as fuel, which in itself reduces emissions of fossil CO2 with around 60 %. But the type of transport work  performed varies a lot. Table 1 shows the average driving distance, fuel consumption and average percentage of  weight filling for each of the trucks. The fact that truck A stands out in terms of fuel consumption is not  surprising considered that the average transport distance is only 22 km, hence the share loading and unloading  time is very high as well. Truck A has also the highest use of RME (100 %), RME cause a slightly increased  consumption due to a slightly lower energy content than standard diesel fuel. The fact that the calculation only  take account of the loaded distance also causes vehicles with a high share of loaded distance in relation to the  total distance to look better in terms of fuel consumption per ton*km.        ݈݉/ݐ݋݊݇݉ ൌ Σ ݂ݑ݈݁ Σ ሺ݀݅ݏݐܽ݊ܿ݁ ݈݋ܽ݀݁݀ ൈ ݈݋ܽ݀ ݓ݄݁݅݃ݐሻ ൈ 1000   Table 1. Summary of production data for the three studied trucks.   Fuel consumption ml/(ton*km) Degree loaded distance Loading and unloading time Average speed A 32.7 50.7 % 39.2 % 27.5 km/h B 18.1 69.4 % 18.9 % 51.3 km/h C 17.9 58.6 % 15.4 % 52.5 km/h     DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  7    All three vehicles have proven to work very well in operation. The agility of the configuration is actually  somewhat better than for regular 60‐ton vehicles thanks to the axle‐configuration. Even though the EMS‐ regulation (European Modular System) for distance between axes provides great agility it also causes a long  overhang which increases the risk of overload on the last axle.    The construction with dolly and trailer (according to the EMS system) provides the opportunity to complement  with a link between the dolly and trailer, i.e. a similar configuration as the 90 ton GvW ETT roundwood vehicle.  A project to evaluate such a chip‐truck has recently started, and awaits approval from the authorities. The test‐ vehicle, the current truck A, will then measure 33.7m in total length and have a maximum total weight of 98  ton.     Terminal functions  While the terminal in Nykvarn serves as a transport hub for deliveries of comminuted fuelwood, it is sometimes  convenient and even necessary to process wood fuel raw materials at the terminal. This would often include  chipping or grinding, screening and storage. In any case, material handling through such a terminal causes some  extra costs compared to direct supply from forest to plant but can also lead to reduced costs for chipping  operations.   In the study of Virkkunen et al. (2015) three different developing terminal types, satellite terminal, feed‐in  terminal fuel and upgrading terminal, were identified. Satellite terminals with a throughput of 1 TWh, 0.7 TWh,  0.3 TWh and 0.1 TWh of fuelwood were selected for a cost analysis, as satellite terminals have a complex  structure that exhibits all required work phases and sources of terminal supply costs that must be considered,  and also due to the satellite terminal’s key role in long haul wood fuel supply chains. In this study the satellite  terminal referred to a biomass fuel processing and storage terminal near the biomass resources and far away  from the fuel users. It can also function as a transport hub of biomass fuels between large end‐users and  biomass resources (Raitila et al. 2015).  Figure 4 presents a breakdown (%) of the total terminal cost when delimbed stem are comminuted in 1 TWh  and 0.1 TWh terminals and the material is fed directly to comminution. In the 1 TWh option the total terminal  supply costs are 2.6 €/MWh and in the 0.1 TWh option 3.4 €/MWh. Measurement devices create additional  costs for the 1 TWh terminal. However, the lower costs in terminal operations offset the additional cost and in  total the fuel production costs are 31% lower in the 1 TWh terminal option (Virkkunen et al. 2015).        Figure 4. Terminal cost breakdown in percent for delimbed stems fed directly to comminution in 1 TWh and 0.1  TWh terminals (Virkkunen et al. 2015).  DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  8      Figure 5. Grinding on a satellite terminal.  Figure 6 presents the distribution (%) of terminal operation costs for delimbed stem in 1 TWh and 0.1 TWh  terminals in the direct feed option. The terminal operation costs are 2.2 €/MWh in 1 TWh terminals and 3.1  €/MWh in 0.1 TWh terminals (Virkkunen et al. 2015).  The grinder feeding costs are significantly higher in the 0.1 TWh terminal (0.25 to 0.4 €/MWh in the 1 TWh  terminal compared to 0.45 to 0.95 €/MWh in the 0.1 TWh terminal). This is mainly explained by the use of  trucks in grinder feeding in the smaller terminal and costs of moving the comminution machines within the  terminal. Additional wheel loader operations are also more costly in the 0.1 TWh terminal. This is due to the  fact that a greater terminal area has to be under maintenance per supplied unit of produced fuel. In total the  terminal operation costs are 41% lower in the 1 TWh terminal. The main explanation for this is the lower  comminution costs in the larger terminal: 1.8 €/MWh in the 1 TWh terminal versus the 2.3 €/MWh in the 0.1  TWh terminal (Virkkunen et al. 2015).  Figure 6. Cost breakdown of terminal operation costs in 1 TWh and 0.1 TWh terminals for delimbed stems,  direct feed to comminution (Virkkunen et al. 2015).      DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  9    Supply cost comparison: direct supply chain and terminal supply chain    Figure 7 summarizes an example of the total supply cost of chips from delimbed stems in a traditional supply  chain and a terminal supply chain. The direct chain consists of the standing wood price, the cost of felling and  forwarding, capital costs and costs of chipping and long distance transport (100 km by truck). The terminal  chain consists of the roadside price of wood (similar to standing price + harvesting cost), transport cost to the  terminal, terminal costs and long distance transport costs (>600 km by train) (Virkkunen et al. 2015).  The applied terminal costs are based on fuel supply through a 1 TWh terminal assuming a direct feed supply  option (2.6 €/MWh) and season storage supply (3.4€/MWh) option. This represents the most economical terminal  supply option for delimbed stem (Virkkunen et al. 2015). The presented cost at plant is 19.6 €/MWh in the direct  supply chain and 21.8–22.6 in the terminal supply chain (direct feed/season storage options through a 1 TWh  terminal). The figures indicate that fuel supply through a terminal is 12 to 15% more expensive compared to  direct fuel supply and 5–9% more expensive compared to the current average price of forest fuel in Finland  (20.7 €/MWh, Bioenergia‐lehti 04/2014). However, the studied terminal supply case is dedicated to long haul  (600km by railway) biomass supply from, for example North‐Eastern Finland to a large cogeneration facility  located in Finland’s Metropolitan area, and thus large scale wood biomass supply can be expected. With a 50%  shorter supply distance (300km) and with an estimated 45 % transport cost reduction (applied cost 3.41  €/MWh) the cost of fuel supplied through terminals would be 19–19.8 €/MWh, roughly equal to the supply  costs of a direct supply chain (Virkkunen et al. 2015). It is important to note that for the smaller terminals, the  terminal costs are significantly higher (up to 34% difference between the total supply costs in a 1 TWh and 0.1  TWh terminal) (Virkkunen et al. 2015).          Figure 7. An examplar summary of the total supply cost of delimbed stem  in a traditional supply chain and a  terminal supply chain (Virkkunen et al. 2015).      DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  10    4. General evaluation It is worth considering the importance of a feeder terminal for a large CHP plant in a populated region. A new,  even larger bio based CHP‐plant are being built in the northern parts of Stockholm (Värtan) with an even  smaller operational storage area. It is clear that the logistical challenges will remain an important issue for the  biofuel market and that the use of terminals to facilitate long distance transportation will most likely increase.    To enable a cost efficient supply of biomass to the metropolitan areas from remote forest areas it is crucial that  both the satellite (sending) and the feeder (receiving) terminals are operated in the best possible way. Satellite  terminal often have better possibilities for efficient comminution, since they can operate 24/7, which in many  cases not is possible in an urban environment due to noise regulations etc. Furthermore, for many biomass  assortments, e.g. logging residues and small trees, comminution improves the transport economy since chips  are less bulky than the loose materials. Truck transports are not an economically viable option for long distance  transports (>250 km) and reloading to railroad or sea transports necessitates a sending terminal, as enough  material to fill a train or ship has to be stored and available when the loading begins.  Opportunities of increasing efficiency in truck transportation by using High Capacity Vehicles is still debated in  Sweden, as in many countries within the EU. It is of high importance to spread present knowledge and to  continue to follow up the demonstrational vehicles, especially when new concepts such as a 98‐ton vehicle is to  be tested. There are not enough comparing studies between chip‐trucks of 60 versus 74 ton to draw sharp  conclusions of their comparative fuel consumption, but the potential of 13% reduction, as have been shown for  timber trucks could be expected (Edlund et.al. 2013). The conclusion that all three vehicles are working well in  daily operations, using RME as fuel, is an important result.      5. Demo results  27 persons participated in the demonstration (including the arranging companies) (see figure 8). The  participants were a mixed group of researchers and practitioners working with forest fuel operations, mainly  from Sweden and Finland, but also from Holland. The presentation of the terminal and the 74‐ton truck were  held in Swedish (with possibilities for questions in English) whereas the poster presentations were held in  English (with possibilities for questions in Swedish). The arrangers are pleased that several new research results  as well as practical experiences were presented during the event.    Figure 8. Presentation at the terminal.  6. Acknowledgements DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  11    The authors wish to thank Söderenergi and O. Lindkvist Transport for hosting the demonstration. We also thank  all the presenters of posters for sharing their research within terminal logistics.   This demonstration and the research presented, has received funding from the European Union Seventh  Framework Programme (FP7/2012‐2015] under grant agreement n°311881. The sole responsibility for the  content of this report lies with the authors. It does not necessarily reflect the opinion of the European  Communities. The European Commission is not responsible for any use that may be made of the information  contained therein.      Figure 9. A truck leaving the scales at the terminal.    7. References Edlund J., Asmoarp V., Jonsson R., 2013. Focus Weeks 2013 – Monitoring fuel consumption of two rigs in the ETT  demo project, ST‐crane and ST‐group. Skogforsk Arbetsrapport 803 ‐2013.  Enström, J. & von Hofsten, H. 2014. Demonstration of a High Capacity Vehicle for chips transport at Political  week in Almedalen. INFRES Demo Report 11 – D4.5  Enström, J., Grönlund, Ö., Athanassiadis, D., Öhman, M. 2014. Success factors for forest fuel terminals. INFRES  demo report 10 – D4.5  Palmer, C‐H. & Iwarsson Wide, M. Eds. 2015. Skogens energi – en källa till hållbar framtid. Sammanfattande  rapport från Effektivare Skogsbränsle System 2011‐2015. Skogforsk.    Raitila, J., Virkkunen, M & Korpinen, O‐J. 2015. Cost analysis of a satellite terminal for forest fuel supply in  Finland. Submitted to Scandinavian Journal of Forest Research.  Virkkunen, M., Kari, M., Hankalin, V. & Nummelin J. 2015. Solid biomass fuel terminal concepts and a cost  analysis of a satellite terminal concept. VTT Technology 211. 69 p. ISSN 2242‐122X.   Widinghoff J. 2014. Continual monitoring of fuel consumption and load utilization of ETT‐ and ST‐vehicles.  Skogforsk Arbetsrapport nr. 831‐2014.    Webpage:  http://www.soderenergi.se/web/Foretaget.aspx (2014‐11‐24)    DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  12              Appendix 1.    Posters      DEMO REPORT 23 – DEMONSTRATION OF GOOD TERMINAL LOGISTICS AND HIGH CAPACITY TRANSPORTS AT  SÖDERENERGI’S RECEIVING BIOFUEL TERMINAL IN NYKVARN, SWEDEN – D4.5                                      13.8.2015  INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881)  13      INFRES PROJECT CONTACTS  Coordinator  Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa  Finnish Forest Research Institute (METLA), Finland  antti.asikainen@metla.fi, johanna.routa@metla.fi         Contact information for this publication       Lars Eliasson  Skogforsk, The Forestry Research Institute of Sweden  Uppsala Science Park  SE‐751 83 Uppsala  Phone: +46 18 18 85 25   E‐ ‐mail: Lars.Eliasson@skogforsk.se    INFRES PROJECT CONTACTS Coordinator Prof. Antti Asikainen & Researcher Johanna Routa Natural Resources Institute Finland (Luke) antti.asikainen@luke.fi, johanna.routa@luke.fi Contact information for this publication : Johanna Routa, Luke Raffaele Spinelli, IVALSA Johanna Enström, Skogforsk Dimitris Athanassiadis, SLU Franz Holzleitner , BOKU Jyrki Raitila, VTT Janne Immonen, Antti Ranta Ltd Lena Jonsson, Swedish Forest Technology Cluster Francesca Ziller, Valentini Matti Tuukkanen , Ecomond DEMO REPORTS 8-15 – D4.5 14.8.2015 Matthias Dees, ALU-FR Pere Navarro, CTFC Josep M. Tusell, Cooperativa Serveis Forestals Kari Kokko, Kesla INFRES – Innovative and effective technology and logistics for forest residual biomass supply in the EU (311881) 1