METSÄNTUTKIMUSLAITOS THE FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE HELSINKI 1993 803 Pentti Hakkila & Hannu Kalaja KETJUKARSINTA ENSIHARVENNUSMÄNNIKÖN KORJUURATKAISUNA Flail delimbing in the first commercial thinning of Scots pine FOLIA FORESTALIA Julkaisija — Publisher Metsäntutkimuslaitos The Finnish Forest Research Institute Toimitus — Editors Päätoimittaja — Editor in chief: Erkki Annila Toimittaja — Editor: Seppo Oja Toimittaj a — Editor: Tommi Salonen Unioninkatu 40 A, SF-00170 Helsinki, Finland tel. +358-0-857 051, fax +358-0-625 308 Toimituskunta — Editorial Board Erkki Annila (pj. — chairman), Pentti Hakkila, Seppo Kaunisto, Jari Kuuluvainen, Juha Lappi, Eino Mälkönen Tavoitteet ja tarkoitus — Aim and Scope Sarjassa julkaistaan tutkimuksia, tilastoja ja kirjallisuuskatsauksia, joilla on ensi sijaisesti kotimaista merkitystä. Julkaisukielenä on kotimainen kieli, mutta julkaisut sisältävät englanninkielisen selosteen tärkeimmistä tutkimustuloksista. Folia Forestalia publishes research reports, statistics and literature reviews rele vant to Finnish forestry. Tilaukset — Subscriptions Tilaukset j a tiedustelut pyydetään osoittamaan Metsäntutkimuslaitoksen kirjastolle. Subscriptions and orders for back issues should be addressed to the Library of the Institute. FOLIA FORESTALIA 803 Metsäntutkimuslaitos. Institutum Forestale Fenniae. Helsinki 1993 Pentti Hakkila & Hannu Kalaja KETJUKARSINTA ENSIHARVENNUSMÄNNIKÖN KORJUURATKAISUNA Flail delimbing in the first commercial thinning of Scots pine Approved on 17.3.1993 SISÄLLYS ESIPUHE 1 KETJUKARSINTAMENETELMÄ 3 1.1 Ketjukarsintamenetelmän kehitys 4 1.2 Peterson Pacific DDC 5000 4 1.3 Menetelmän suomalainen sovellus 5 2 TUTKIMUSAINEISTO 7 3 ENSIHARVENNUSMÄNNIKÖN BIOMASSAKOOSTUMUS 9 4 TÄHTEEN MÄÄRÄ JA KOOSTUMUS 11 4.1 Metsätähde 11 4.2 Prosessitähde 14 5 SELLUHAKKEEN LAATU 15 5.1 Hakkeen palakokojakauma 15 5.2 Hakkeen kuoripitoisuus 17 6 MENETELMÄN RAAKA-AINETASE 18 6.1 Selluhakkeen kertymä 18 6.2 Runkopuun tilavuuden arvioiminen hakemitasta 19 7 TUOTTAVUUS JA KUSTANNUKSET 21 7.1 Karsinta-kuorinta-haketustyön tuottavuus 21 7.2 Ketjujen kestävyys ja kustannukset 23 8 MENETELMÄN SOVELTUVUUS SUOMEN OLOIHIN 26 KIRJALLISUUS -REFERENCES 28 SUMMARY 30 2 Hakkila, P. & Kalaja, H. Hakkila, P. & Kalaja, H. 1993. Ketjukarsinta ensiharvennusmännikön koijuuratkaisuna. Summary: Flail delimbing in the first commercial thinning of Scots pine. Folia Forestalia 803. 31 p. Tutkimuksen kohteena oli ensiharvennusmännyn korjuu ketjukarsinta-kuorinta-haketustekniikkaa käyttäen. Suo messa kehitetyssä koijuuratkaisussa metsuri kaataa puut moottorisahalla siirtelykaatomenetelmällä. Kuormatrak tori katkoo puut kuormauksen yhteydessä 5-m osapuuksi siten, että alle 5-7 cm:n latvaosa jää oksineen metsään. Karsinta, kuorinta ja haketus tehdään amerikkalaisella Peterson Pacific DDC 5000 yksiköllä välivarastolla tai terminaalissa. Koneeseen on tehty Suomen olosuhteitten edellyttämiä muutoksia. Kun puitten rinnankorkeusläpimitta oli 10-12 cm, hak kuupoistuman maanpäällisestä biomassasta jäi metsätäh teeksi 19 % ja prosessitähteeksi terminaalilla 18 %. Sel luhakkeen osuus oli 63 % hakkuupoistuman biomassasta ja 86 % sen kuorettomasta runkopuusta. Selluhake täytti sulfaattiprosessin palakokovaatimukset, mutta kuoripi toisuus ylitti erityisesti talvella 1 %:n rajan selvästi. Kar sinta-kuorinta-haketustyön tuottavuus oli kolmella eri kuljettajalla terminaalioloissa 10,1-18,5 kuivatonnia te hotuntia kohti. Perinteiseen ensiharvennusmännyn kor juutekniikkaan verrattuna kuitupuun kertymä kasvaa mer kittävästi ja korjuukustannukset alenevat. Flail delimbing-debarking-chipping techniques were studied in the harvesting of small-sized trees from the first commercial thinning of Scots pine (Pinus sylvestris). In the system developed in Finland, trees are felled mo tor-manually by chainsaw using a felling-piling method. Trees are bucked into approximately 5 m sections and simultaneously topped at a diameter of 5-7 cm, and then subsequently hauled into 4 m-high road-side piles, by a forwarder. Delimbing, debarking and chipping are car ried out at a landing site or terminal with a Peterson Pacific DDC 5000 unit, equipped with a feeding table to allow the processing of 5 m sections. When the breast height diameter was 10-12 cm, 19 % of the above-ground biomass of the logging removal was left as forest residue at the site, and 18 % was left as processing residue at the terminal. Pulp chip recovery was 63 % of the total biomass and 86 % of the bark-free stemwood mass of the initial logging removal. The par ticle size distribution of chips met the requirements of the sulfate process, whereas the content of bark exceeded the limit of 1 %, especially in the winter. The productivity of three machine operators in the delimbing-debarking-chip ping work at the timber terminal was 10.1-18.5 tonnes of dry mass per productive hour. As compared with the traditional log-length system in the early thinning of Scots pine, the recovery of pulpwood increases significantly and costs are reduced. Tampere 1993. Tammer-Paino Oy ISBN 951-40-1288-7 ISSN 0015-5543 Authors' address: The Finnish Forest Research Institute, Department of Forest Production, Unioninkatu 40 A, SF-00170 Helsinki, Finland. Keywords: flail delimbing, whole-tree harvesting, first thinning, Pinus sylvestris, Scots pine. FDC 333 + 174.7 Pinus sylvestris 3 Folia Forestalia 803 Esipuhe Puuntuotantojäijestelmämme kriittinen lenkki on 25-35 vuoden iällä toteutettava ensimmäinen kaupallinen harvennus. Metsiemme ikäluokka jakauma edellyttää ensiharvennushakkuitten li säämistä, mutta metsäteollisuus on kustannus syistä siirtänyt hakkuitten painopistettä päinvas toin kohti järeämpiä puustoja. Ensiharvennuslei mikot uhkaavat muuttua markkinakelvottomik si, ellei korjuu- ja kuljetuskustannuksia kyetä supistamaan. Ratkaisun avainta etsitään pienten puitten jouk kokäsittelystä (Siren 1991). Lupaava vaihtoehto on Pohjois-Amerikassa kehitetty menetelmä, jos sa puitten karsinta ja kuorinta tapahtuvat teräs ketjuilla piiskaamalla. Karsintaan ja kuorintaan voidaan yhdistää myös haketus. Pertti Szepaniak Oy, jolla on ainutlaatuinen kokemus hakealan menetelmäkehittäjänä ja käy tännön yrittäjänä, toi amerikkalaisen karsinta kuorinta-haketusyksikön syksyllä 1991 Suomeen. Pohjois-Amerikkaan verrattuna menetelmää jou dutaan täällä soveltamaan koijuuteknisesti vai keammissa ja pienipiirteisemmissä oloissa, min kä vuoksi koneeseen oli tehtävä mittavia muu toksia, ennen kuin se oli valmis käytännön toi miin Enso-Gutzeit Oy:n koijuutyömailla ja Vuok senlaakson ja Uimaharjun puutavaravarastoilla. Pertti Szepaniak Oy, Enso-Gutzeit Oy ja Imat ra Steel Oy:n Loimaan yksikkö käynnistivät yh dessä Metsäntutkimuslaitoksen ja Metsätehon kanssa koe- ja tutkimussarjan menetelmän so veltuvuudesta ja kehitysmahdollisuuksista suo malaisissa ensiharvennusmänniköissä. Tässä yh teistyössä Metsätehon tutkimustoiminnan paino piste on menetelmän tuottavuudessa ja kustan nuksissa, kun taas Metsäntutkimuslaitoksen oh jelmassa ovat keskeisessä asemassa menetelmän biomassatase ja raaka-aineen tekniset ominai suudet. Käsillä oleva julkaisu pohjautuu Metsän tutkimuslaitoksen marraskuun 1991 ja syyskuun 1992 välisenä aikana keräämään aineistoon. Kirjoittajat ovat kiitollisuudenvelassa toimi tusjohtaja Pertti Szepaniakille, joka toisaalta on kantanut riskin ja vastuun kalliin kaluston hank kimisesta ja sen mukauttamisesta uudenlaiseen metsätalousympäristöön ja toimintakulttuuriin sekä toisaalta aina suhtautunut tavattoman myön teisesti kehitystyöhön liittyvään tutkimukseen. Samoin kiitämme Enso-Gutzeit Oy:n Karjalan hankinta-alueen päällikkö Matti Kaijulaa, jonka ansiosta uusi menetelmä on voitu ottaa Suomes sa käyttöön ennen kaikkia muita Euroopan mai ta. Hän on myös ideoinut menetelmän kehittelyä ja luonut työmaajäijestelyjen ja muitten toimin tojen kautta erinomaiset edellytykset tutkimuk selle. Myös lukuisat muut henkilöt ovat edistäneet ja tukeneet tutkimusta. Enso-Gutzeit Oy:n puolesta ovat arvokasta apua antaneet erityisesti metsäta lousinsinööri Jukka Huovinen ja työnopastaja Asko Laatikainen kenttätöitten järjestelyssä sekä tekn. lis. Veikko Jokela hakenäytteitten käsitte lyssä Tainionkosken tutkimuskeskuksessa. Pert ti Szepaniak Oy:n puolesta tutkimukseen osallis tuivat Pekka Szepaniak, Timo Szepaniak, Jarmo Rautio ja Erkki Salmi. Piiskausketjujen kehitte lystä OFA Oy:ssä (31.12.1992 saakka Imatra Steel Oy) vastasi tehtaanjohtaja Heikki Helmi nen. Metsät, yo. Pasi Niemeläinen teki runko puun hukkaa koskevan osaselvityksen professori Pertti Harstelan johdolla Joensuun yliopistossa. Rinnakkaista Metsätehon tutkimusta johti met sänhoitaja P-J. Kuitto. Metsäntutkimuslaitoksen metsänkasvatuksen tutkimusosaston puolesta kenttätöihin osallistui vat Tapio Järvinen, Kari Kautto, Juha Metros, Tapio Nevalainen, Erkki Saloja Veijo Salo. Maija Tuuri ja Essi Puranen hoitivat konekirjoituksen, piirrokset ja toimitustyön taidolla ja kärsivälli sesti. Professori Pertti Harstela Joensuun yliopis tosta, metsänhoitaja P-J. Kuitto Metsätehosta sekä professori Esko Mikkonen Helsingin yliopistos ta tarkastivat käsikirjoituksen ja tekivät lukuisia varteen otettuja parannusesityksiä. Lausumme kaikille hankkeeseen osallistuneille parhaat kiitoksemme. Helmikuussa 1993 Hannu Kalaja Pentti Hakkila 4 Hakkila, P. & Kalaja, H. 1 Ketjukarsintamenetelmä 1.1 Ketjukarsintamenetelmän kehitys Piiskaavia teräsketjuja kokeiltiin karsinta- ja kuo rintavälineenä ensimmäisen kerran jo 1940-lu vulla Yhdysvalloissa. Silloisen tekniikan tasolla menetelmä ei kuitenkaan osoittautunut kilpailu kykyiseksi. Kun hakkuutyötä ryhdyttiin 1970- luvulla toden teolla koneellistamaan, tämäkin vaihtoehto otettiin uudelleen esille. Pohjois-Ame rikassa ja Uudessa Seelannissa tuli hetkeksi käyt töön laahustraktorin eteen tai taakse kiinnitettyjä ketjukarsintalaitteita, joilla välivarastolle tuotuja puita karsittiin niitten yli rungon suunnassa aja malla (Cossens 1989). Ruotsissa ketjukarsintaa suorittavia prototyyppilaitteita asennettiin trak torin kuormatilaan ja kokopuuhakkurin eteen (Jonsson 1989, Watson & Twaddle 1990 a). Suo messa koneyrittäjä Pertti Szepaniak rakensi 1970- luvun lopussa palstahakkuriin yksirumpuisen ketjukarsijan (Ylä-Hemmilä 1980). Mikään edellä mainituista ratkaisuista ei kuitenkaan jäänyt py syvään käyttöön. Viime vuosikymmenen jälkipuoliskolla kehi tys johti Yhdysvalloissa entistä monin verroin järeämpiin ketjukarsintayksiköihin, joissa puut kulkeutuvat piiskaavilla ketjuilla varustetun rum puparin lävitse yksitellen tai joukkona (Baugh man ym. 1989,Gingras 1989 ja b, Stephenson 1989). Käsittely voi tähdätä karsintaan, kuorin taan tai samanaikaisesti kumpaankin. Näin toi mivia ketjukarsinta-kuorimakoneita valmistavat Yhdysvalloissa ainakin seuraavat yritykset: Ma nitowoc Engineering Company Wisconsinissa, Peterson Pacific Corporation Oregonissa sekä MacMillan Machine Works Louisianassa. En sinmainitussa rummut ovat pystyasennossa ja kahdessa jälkimmäisessä vaaka-asennossa. Myös Bruks Mekaniska AB Ruotsissa on rakentanut siirrettävän ketjukarsintalaitteen, mutta se ei ole saavuttanut vakiintunutta asemaa konemarkki noilla. Suomalaisen metsäkoneteollisuuden tuo tevalikoimaan ketjukarsijat eivät toistaiseksi si sälly. Uudentyyppiset ketjukarsijat tulivat Yhdysval loissa markkinoille vuonna 1988. Kevääseen 1992 mennessä niitä oli valmistettu jo yli 200 kappa letta. Yhdysvaltain kaakkoisvaltioissa käytetystä kuitupuusta karsittiin ja kuorittiin vuonna 1991 tällä menetelmällä 2 %. Pääosa koneista vain karsii ja kuorii, mutta monesti ne liittyvät työket juun, johon kuuluu myös erillinen hakkuri ja jonka päätuotteena on siis kuoreton selluhake. Viime aikoina on tullut käyttöön myös yhdistel miä, joissa sama yhden miehen käyttämä kone suorittaa niin karsinnan, kuorinnan kuin hake tuksenkin. Ketjukarsintamenetelmillä on suuri potentiaali nuorten metsien harvennushakkuissa, ja ne ke hittyvät Yhdysvalloissa ja Kanadassa edelleen ripeästi (Edman 1989, Twaddle ym. 1989, Wat son 1992). Pohjois-Amerikan ulkopuolelle ket jukarsijoita on toimitettu esimerkiksi Australi aan, Japaniin, Venäjälle sekä useaan Etelä-Ame rikan maahan (Watson 1992). Euroopassa oli syksyllä 1992 vasta kaksi yksikköä: yksi Rans kassa (Wood Supply Research Group 1991) ja yksi Suomessa. 1.2 Peterson Pacific DDC 5000 Peterson Pacific DDC 5000 on ohjaamolla va rustetun telialustaisen puoliperävaunun päälle rakennettu karsinta-kuorinta-haketusyksikkö. Va kiovarusteisena sen massa on 361, pituus 11,3 m, leveys 3,0 m, kuljetuskorkeus ohjaamo alas las kettuna 4,1 m sekä maavara 25 cm. Se on varus tettu 515 kW:n Cummins KTTA 19-P-700 die selmoottorilla, valmistajan omalla karsinta-kuo rintalaitteella, Precision laikkahakkurilla ja Pren tice 180 C nivelpuomikuormaimella, jonka ulot tuvuus on 7,6 m ja kääntökulma 340°. Kesäkuu hun 1992 mennessä valmistaja oli myynyt kaik kiaan 16 yksikköä (Favreau 1992). Ketjukarsintalaite sijaitsee perässä ohjaamon alapuolella. Puut saatetaan kuormaimella ylä- ja alasyöttörullien väliin, mistä ne kulkeutuvat 58 x 122 cm:n syöttöaukon kautta edelleen kahden vaakasuuntaisen karsinta-kuorintarummun piis kattaviksi. Tässä tutkimuksessa käytetyillä rum muilla ketjut sijaitsivat 6 rivissä, kussakin 9 tai 10 ketjua, niin että piiskaavien ketjujen koko naismäärä oli 111 kappaletta. Syöttönopeus on 38 m/min ja piiskaavien rumpujen pyörimisno peus 525-626 rpm. Oksa- ja kuorijäte poistetaan rumpujen alapuolelta koneen sivulle hydraulisy linterin työntämällä kolalla, jonka toimintasyldi on 10 s. Kuorettomiksi piiskatut rungot jatkavat syöt törullien ajamina kolmiteräiseen laikkahakkuriin, jonka pyörimisnopeus on 600 rpm. Läpimital 5 Folia Forestalia 803 taan 168 cm:n laikan yhteydessä on erottelija, joka estää runkojen mukana irrallisina kulkeutu via puun ja kuoren palasia ohittamasta laikkaa ja siten pääsemästä selluhakkeen joukkoon. Näin eroteltava hylkyjae purkautuu hakkurin sivulle omaan kasaansa. Pertti Szepaniak Oy toi vakiovarusteisen Pe terson Pacific DDC 5000 yksikön syksyllä 1991 Suomeen. Ratkaisu on alunperin tarkoitettu run kojuontoon perustuvan kuuman koijuuketjun yh teyteen suomalaista ensiharvennusmäntyä jä reämmille puille, eikä se siten sellaisenaan so vellu pienikokoisen katkaistun puutavaran käsit telyyn. Teleskooppimainen hakeputki on suun niteltu täyttämään puoliperävaunua amerikkalai sen käytännön mukaisesti perästä eikä yläpuolel ta. Siksi koneen perään lisättiin viisimetrisille puunosille mitoitettu syöttöpöytä, ja hakeputki muutettiin täysperävaunullista kuljetuskalustoa silmällä pitäen kuormatilan yläpuolelta purka vaksi. Näin varustettuna yksikön kokonaismassa on vetoauto mukaan luettuna 521. Koneen hankintahinta liikevaihtoveroineen oli syksyllä 1991 Suomeen tuotuna 2 232 000 mark kaa. Lisäksi muutokset ovat maksaneet suunnit telu mukaan lukien 300 000 mk. Kun vielä ote taan huomioon siirtelyyn tarvittavan käytetyn kuorma-auton hinta 320 000 mk, on yksikön ko konaiskustannus 2 852 000 mk. Valuuttakurssi en muutosten vuoksi hinta olisi vuoden 1993 tilanteessa merkittävästi korkeampi. 1.3 Menetelmän suomalainen sovellus Jo 1970-luvun alussa pienpuun hyväksikäytön ongelmaan ryhdyttiin etsimään ratkaisua koko puuhaketukseenperustuvasta teknologiasta, jos sa selluhake erotetaan energiaj äkeestä vasta ha ketuksen jälkeen. Epäpuhtauksien erottaminen hakkeesta on kuitenkin osoittautunut hyvin vai keaksi. Kokopuuhakkeen kuoripitoisuus voidaan kyllä puhdistaa sulfaattimassateollisuuden vaati musten mukaiseksi, mutta ongelmina ovat suuri puunhukka ja kuidutukseen tarkoitetun puuai neen hiertyminen tulitikkumaiseksi neulahak keeksi. Riittämätön kapasiteetti on aiheuttanut lajittelulaitoksissa ylivoimaisia kustannusongel mia (Hakkila 1989). Kokopuuhakkeen puhdis tustekniikkaa kehitellään kyllä edelleen (Seppä nen ym. 1992), mutta niin Yhdysvalloissa, Ka nadassa, Ruotsissa kuin Suomessakin metsäteol lisuuden kiinnostuksen painopiste on siirtynyt prosessiratkaisuihin, joissa energiaraaka-aine ero tetaan kuituraaka-aineesta ennen haketustapah tumaa. Enso-Gutzeit Oy soveltaa ketjukarsinta-kuo rinta-haketusmenetelmää ensiharvennusmänni köissä. Nyt käytössä olevassa koijuuketjussa metsurin tehtävänä on lähinnä vain puitten kaa to. Kuljetustraktorin kuormaustyötä helpottaak seen metsuri kuitenkin samalla ohjaa puita suun tausta ja siirtely kaadon tekniikkaa hyväksi käyt täen kasamuodostelmiin. Siirtely rajoittuu pui hin, joitten rinnankorkeusläpimitta on alle 12,5 cm. Osa metsureista käyttää moottorisahassaan kaatokehikkoa, joka mahdollistaa työskentelyn selkä suorana. Puut jätetään karsimatta, mutta perinteisen tavaralajimenetelmän mukaisesti ne katkaistaan joko kaatotyön yhteydessä moottori sahalla tai metsätraktorin kuormauksen yhtey dessä kourasahalla noin viisimetrisiksi puunosik si. Metsämaan ravinnetasapainon varjelemiseksi ja hakkeen laadun parantamiseksi 5-7 cm ohuem pi latvaosa jätetään samalla tähteenä metsään. Kuljetus kannolta tienvarsipinoihin tehdään va kiovarusteisella kuormatraktorilla. Tästä korjuu menetelmästä käytetään nimitystä osapuunakor juu. Osapuuraaka-aine karsitaan, kuoritaan ja ha ketetaan Peterson Pacific DDC 5000 yksiköllä, jonka asemapaikkana Enso-Gutzeit Oy:n kehit tämässä korjuujärjestelmässä on joko metsäpään välivarasto tai Vuoksenlaakson tai Uimaharjun puutavaraterminaali (kuva 1). Välivarasto-ja ter minaalityöskentelyn keskinäinen edullisuus riip puu vallitsevista olosuhteista. Jälkimmäisessä vaihtoehdossa raaka-aine kuljetetaan keskusase malle karsimattomana perävaunullisella puuta varakuorma-autolla. Ulos työntyvien oksien es teeksi auto varustetaan aluminista tai metalliver kosta rakennetuilla kevyillä sivulaidoilla, mutta tiivistyslaitteita ei käytetä (kuva 2). Kuormaka pasiteetin vajaakäytön vuoksi kaukokuljetuskus tannukset nousevat terminaalivaihtoehdossa kar simatonta osapuuta kuljetettaessa korkeammiksi kuin välivarastovaihtoehdossa haketta kuljetet taessa, mutta kuuman ketjun organisatoriset häi riöt vältetään, huoltoja hakkeen laaduntarkkailu helpottuvat, koneitten toiminnallinen käyttöaste kasvaa ja prosessitähteen hyödyntäminen ener giakäytössä helpottuu ratkaisevasti. Menetelmä kehittelyssä päähuomio on toistaiseksi kiinnitet ty kuituteollisuudelle kelvolliseen puhtaaseen hakkeeseen, kun taas oksa- ja kuoritähteen hyö dyntäminen etsii vielä ratkaisuaan. Amerikkalaisessa kuumassa korjuujärjestel mässä puut juonnetaan laahustraktorilla väliva rastolle kokonaisina prosessin edistymisen myö tä ja syötetään karsinta-kuorinta-haketuskonee seen kuormaimen vetoliikkeellä. Suomalaisessa järjestelmässä taas viisimetrisistä osapuista koos 6 Hakkila, P. & Kalaja, H. Kuva 1. Peterson Pacific DDC 5000 ketjukarsinta-kuorinta-haketusyksikkö Enso-Gutzeit Oy:n Vuoksenlaakson puu tavaravarastolla. Figure 1. Peterson Pacific DDC 5000 flail delimber-debarker-chipper at the Vuoksenlaakso timber terminal of Enso- Gutzeit Oy. Kuva 2. Osapuun kuljetukseen varustettu puutavara-auto. Figure 2. A timber truck equipped for the transport of 5 m tree sections. 7 Folia Forestalia 803 tuva taakka siirretään koneen perässä sijaitseval- le syöttöpöydälle etukäteen tehdyiltä korkeilta varastopinoilta. Konetta joudutaan tällöin aika ajoin siirtämään varastopinon suunnassa, ja taak kaa joudutaan kääntämään 90°, mikä hidastaa kuljettajan työskentelyä. 2 Tutkimusaineisto Tutkimuksen kohteena olevassa kehittämishank keessa on kysymys uuden teknologian siirrosta Pohjois-Amerikasta Suomeen. Siirtoon liittyy myös syvällinen laite- ja menetelmäkehittelyn elementti, sillä metsätalouden ja koko yhteis kunnan puunkäytölle asettamat odotukset samoin kuin puunkorjuun olosuhteet ovat Suomessa ver rattomasti vaativammat. Samalla hankkeessa on mukana vahva tutkimuselementti, jossa Metsä tehon ja Metsäntutkimuslaitoksen yhteistyönä ar vioidaan menetelmän teknistä, taloudellista, or ganisatorista ja ekologista soveltuvuutta ensihar vennusmänniköitten korjuuratkaisuksi ja etsitään osviittaa menetelmän edelleen kehittämiseksi. Hankkeen kehitysluonteesta johtuen aineisto koostuu useista peräkkäisistä kenttäkokeista ja mittauksista, joista osa on jo menettänyt kiinnos tavuutensa menetelmän kehittymisen myötä. Seu raavassa kuvataan lyhyesti niitä osa-aineistoja, joihin tämä Metsäntutkimuslaitoksen raportti pe rustuu. Puuston biomassakoostumus Ensiharvennusmänniköitten biomassakoostu muksesta on käytettävissä Metsäntutkimuslaitok sen aikaisempia selvityksiä (Kanninen ym. 1979, Hakkila 1991). Menetelmän raaka-ainetaseen ja vaihtoehtoisten korjuuratkaisujen ympäristövai kutusten arvioimiseksi tehtiin kuitenkin syyske sällä 1992 täydentäviä mittauksia Itä-Suomessa kolmessa Enso-Gutzeit Oy:n osoittamassa leimi kossa, joista kustakin analysoitiin 10 poistetta vaa puuta. Tavanomaisten tunnusten lisäksi niis tä mitattiin punnitsemalla paksuudeltaan alle 5 cm:n rungonosa ja erikseen siitä karsittu latvus massa, 5-7 cm:n rungonosa ja siitä karsittu lat vusmassa sekä yli 7 cm:n rungonosasta karsittu latvusmassa. Kuivat oksat jätettiin vähäisen mer kityksensä vuoksi punnituksista pois. Koko rungon kuivamassa määritettiin mänty runkojen kuivapainotaulukoitten avulla (Hakki la 1979). Muitten biomassakomponenttien kui vamassa saatiin punnitustuloksista kosteusnäyt teitä hyväksi käyttäen. Metsätähde Edellä mainituista kolmesta leimikosta mitattiin myös metsätähteen todellinen määrä sen jälkeen, kun karsimaton osapuu oli kuljetettu kuormatrak torilla tien varteen. Metsään jätettyjen latvojen keskimääräinen tyviläpimitta oli noin 7 cm. Metsätähteen määrä mitattiin kussakin leimi kossa ajourien poikki vinottain suunnatuilta ar viointilinjoilta 20 yhden aarin ympyräkoealalta. Kuorellinen runkopuu, runkopuuhun kiinnitty neet oksat sekä irralliset tuoreet oksat punnittiin ympyräkoealoittain. Jos latvus sijaitsi koealalla vain osaksi, siitä punnittiin koealan sisäpuolelle langennut osa. Irrallisia kuolleita oksia ei punnit tu. Tuorepainot muunnettiin kuivapainoiksi kos teusnäytteillä, joista määritettiin myös neulasten osuus kuivamassasta. Runkopuun poistuman laskemiseksi ympyrä koealoilta määritettiin myös kaadettujen puitten kantoläpimitat. Prosessitähde Karsinta-kuorinta-haketuskäsittelyssä syntyvän prosessitähteen määrää seurattiin Vuoksenlaak son puutavaravarastolla. Mittauksen kohteina oli vat syöttöpöytätähde, karsinta-kuorintalaitteen piiskaustähde, hakkurin separaattoritähde sekä talteen saatu selluhake. Ositteista selvitettiin ko konaismassan lisäksi myös kuorettoman runko puun osuus. Mittaus tapahtui jälleen punnitse malla, ja tulokset muunnettiin kuivamassaksi kosteusnäytteitten avulla. Karsimatonta osapuu ta käsiteltiin seurannan aikana helmi-maaliskuus sa 1992 yhteensä 161 t ja kesäkuussa 1992 yh teensä 184 t kuivamassana. Runkopuun hävikki Sen lisäksi mitä edellä on kerrottu prosessitäh teen yhteydessä, erillisellä 50 m 3 :n aineistolla selviteltiin puun hävikin riippuvuutta rungon koosta. Puut lajiteltiin ennen prosessia neljään 8 Hakkila, P. & Kalaja, H. rinnankorkeusläpimittaluokkaan: alle 5 cm, 6- 10 cm, 11-15 cm sekä 16-20 cm. Kukin luokka jaettiin edelleen kolmeen erään, joista yhdessä puut otettiin talteen kokonaisuudessaan, toisessa latva poistettiin 5 cm:n läpimittaa myöten ja kol mannessa 7 cm:n läpimittaa myöten. Eristä mää ritettiin hukkarunkopuun osuus kiinnittäen huo miota erityisesti piiskauksessa katkeileviin lat voihin. Tämän osa-aineiston on kuvannut tar kemmin Niemeläinen (1992). Hakkeen palakoko ja kuoripitoisuus Hakkeen palakokojakauman ja kuoripitoisuuden seuranta tapahtui pääasiassa helmi-maaliskuussa 1992, jolloin lämötila vaihteli +6 asteen ja -18 asteen välillä. Aineistoon sisältyi 63 hakekuor maa, joista kustakin tutkittiin yksi kuivamassal taan 800-900 g:n hakenäyte. Seurannan kohtee na oli myös terien kunnon vaikutus hakkeen pa lakokoon. Tutkimusjakson aikana hakkurin terät vaihdettiin viidesti, ja kutakin näytettä otettaessa tiedettiin, kuinka paljon haketta teräsaijan kun nostuksen jälkeen jo oli tuotettu. Puun koon vaikutus hakkeen palakokojakau maan ja kuoripitoisuuteen selvitettiin aineistos ta, jossa oli mukana 466 puuta, runkotilavuudel taan yhteensä 19 m 3. Nämä puut jaettiin edellä jo kuvattuun tapaan neljään läpimittaluokkaan, ja lisäksi viides lajittelemattomien puitten luokka käsiteltiin sekakokoisena. Kussakin luokassa ero tettiin jälleen 3 erää, joista yhdessä latvus oli mukana kokonaisuudessaan, toisessa puun lat vakappale oli poistettu kahden ja kolmannessa neljän cm:n läpimitasta alkaen. Jokaisesta erästä tutkittiin hakkeen palakokojakauma ja kuoripi toisuus. Palakokojakauma mitattiin seuraavalla seula sarjalla: 45 mm:n reikäseula, 8 mm:n rakoseula, 13 mm:n reikäseula, 7 mm:n reikäseula ja 3 mm:n reikäseula. Kuoripitoisuus määritettiin paino osuutena selluhakkeen kuivamassasta. Keskimää räisten pitoisuuksien lisäksi kuoren osuus mitat tiin 16 näytteestä seulontajakeittain. Työn tuottavuus Metsäteho suoritti vuoden 1992 aikana menetel män tuottavuutta ja kustannuksia koskevan laa jan tutkimuksen (Kuitto & Rieppo 1992). Met säntutkimuslaitoksen tuotostutkimus rajoittui Vuoksenlaakson puutavaravarastolle, missä kar sinta-kuorinta-haketusyksikön tehoajan menek ki mitattiin 165 autokuormasta. Osassa aineistoa työ ositettiin havainnointimenetelmää käyttäen 7 eri toimintoon sekä keskeytyksiin. Osasta kuor mia merkittiin muistiin myös syötettyjen taakko jen lukumäärä sekä hakkurin tyhjänäpyörimisai ka. Tutkimuksen aikana koneen käyttäjinä vuo rotteli kolme kuljettajaa. Ketjujen kulutus Kehitysohjelman tavoitteena on myös pidentää ketjujen ikää materiaalivalinnan, valmistustek niikan sekä asemoinnin keinoin. Vakiovalmis teisen ketjun rinnalla tutkittiin neljää uutta koe ketjutyyppiä, jotka poikkesivat toisistaan teräk sen koostumuksen, karkaisun ja päästökäsittelyn suhteen. Sekä ylä- että alarummulla varattiin va kiovalmisteiselle ketjutyypille kaksi ja kullekin koeketjutyypille yksi rummun laidasta laitaan ulottuva 9 tai 10 ketjun rivi, jolloin kulumista voitiin seurata yhdenmukaisissa oloissa. Kaikki ketjut olivat OFA Oy:n valmistamia. Kokeen alkaessa ketjuista mitattiin jokaisen lenkin pituus sekä vahvuus molemmissa päissä, joissa kuluminen lähinnä tapahtuu. Ketjutyyppi tunnistettiin värimerkkien ja asemansa perusteel la, niin että peräkkäiset mittaustiedot olivat koh dennettavissa. Jokaisen työpäivän päättyessä las kettiin puuttuvien lenkkien määrä ja mitattiin kunkin ketjun neljän uloimman lenkin paksuus kummastakin päästä, mikäli asianomainen lenk ki oli vielä jäljellä. Kokeen aikana valmistettiin 713 kuivatonnia haketta, mihin mennessä ket juista oli jo hävinnyt siinä määrin lenkkejä, että kuorintatulos oli alkanut vakavasti kärsiä. Ko keen päättyessä aloitusvaiheen mittaukset uusit tiin. Kadonneet lenkit etsittiin piiskaustähteestä Puolustusvoimain miinaharavalla. Koko aineisto Kuten edellä on todettu, tutkimus koostuu useas ta erillisestä osasta, joitten tavoitteet ja ajoittu minen eivät aina mahdollistaneet samaan aineis toon turvautumista. Kokonaisuudessaan aineis ton määrä oli seuraava: - Puuston biomassakoostumus tutkittiin 3 leimikosta, joista kussakin analysoitiin 10 kaadettua koepuuta. - Metsätähteen määrä ja koostumus mitattiin kolmesta leimikosta, joista kussakin tutkittiin 20 yhden aarin koealaa. - Prosessitähteen määrä mitattiin kahdesta osapuuerästä, Folia Forestalia 803 9 joitten kokonaiskuivamassa oli 3451. Talteen saadun hakkeen kuivamassa oli 268 t. - Runkopuun hävikin riippuvuus puun rinnankorkeus läpimitasta selvitettiin aineistosta, jossa runkopuun kokonaismäärä oli50 m3 eli 18,5 t kuivamassana. - Hakkeen palakokojakauma ja kuoripitoisuus määri tettiin aineistosta, jonka suuruus oli 503 kuivatonnia eli 63 hakekuormaa. Kustakin autokuormasta analy soitiin yksi hakenäyte. - Karsinta-kuorinta-haketustyön tuotos määritettiin 1381 kuivatonnin eli 165 autokuorman aineistosta. - Piiskausketjujen kulutuksen seuranta-aikana tuotet tiin haketta 713 kuivatonnia eli 84 autokuormaa. 3 Ensiharvennusmännikön biomassakoostumus Metsäntutkimuslaitoksen, Metsätehon ja Jaakko Pöyry Oy:n tutkimuksessa harvennushakkuitten taloudellisesta merkityksestä ja toteuttamisvaih toehdoista arvioidaan, että maassamme on 2,23 milj. ha ensiharvennusvaiheen saavuttaneita nuo ria metsiä, joissa puuston runkoluku ylittää Met säkeskus Tapion harvennusmallien mukaisen run kolukukriteerin. Puuston keskimääräisen rinnan korkeusläpimitan alarajaksi on tuolloin asetettu 8 cm ja ylärajaksi 12 cm sekä keskipituuden ylärajaksi 13 m. Kun runkopuun vähimmäisker tymäksi edellytetään 20 m 3 /ha, tämän vaatimat toman korjuukelpoisuuskynnyksen ylittää edellä mainitusta pinta-alasta enää 0,96 milj. ha. Kor juukypsien ensiharvennusleimikoitten pinta-ala kasvaa lähivuosina nopeasti (Harvennushakkui den... 1992). Suuri osa ensiharvennusleimikoista on männi köitä. Kuluvan vuosikymmenen puolivälissä kai kesta hakkuusuunnitteen mukaisesta puutavarasta tulisi korjata ensiharvennusmänniköistä Etelä- Suomessa 6 % ja Pohjois-Suomesta 8 % (Impo nen ym. 1992). Metsäteollisuus on alentanut korjuukustannuk siaan yksioteharvestereitten käyttöönotolla. En siharvennusleimikoissa, joista poistettava puus to on liian pientä hakkuukoneilla yksin puin kä siteltäväksi, kustannussäästöjä ei ole kuitenkaan tällä keinolla juurikaan saavutettu. Perinteistä karsittua kuitupuuta valmistettaessa ensiharven nusmännyn korjuukustannus kannolta tien var teen on sekä kone- että metsurityönä moninker tainen päätehakkuualan konehakkuukustannuk siin nähden. Kustannusongelman lieventämiseksi on ehdo tettu uutta kasvatusmallia, jossa sekä taimikon harvennusta että kaupallista ensiharvennusta myöhäistetään kuitupuun järeyttämiseksi ja hak kuukertymän paisuttamiseksi. Ensiharvennus suositellaan toteutettavaksi vastaisuudessa vasta puuston saavuttaessa 13 m:n pituuden (Harven nushakkuiden... 1992), mutta lähivuosina ensi harvennuskohteet säilyvät kehitystaustastaan joh tuen lähes nykyisen kaltaisina. Kuitupuun vä himmäislatvaläpimitan nostaminen 7 cm:iin on kuitenkin nostanut myös ensiharvennusleimikois ta poistettavan rangon keskitilavuuden Etelä-Suo messa 0,070 ja Pohjois-Suomessakin 0,045 m 3:iin (Imponen ym. 1992), mutta samalla se on kaven tanut leimikkokohtaista kertymää. Tässä tilanteessa puitten korjuu oksineen ja joukkokäsittely ovat varteenotettava ratkaisuvaih toehto ensiharvennushakkuille. Silloin karsimis tapahtuma siirtyy ainakin osaksi pois kasvupai kalta. Rungon ohella saadaan talteen myös lat vusmassaa, jonka suhteellinen osuus puuston bio massasta on suurin juuri ensiharvennusleimikois sa. Tämä selittyy poistettavien puitten pienellä koolla, suurella latvussuhteella sekä nuorille puil le ominaisella runsaalla neulasmassalla. Erityi sesti männikössä on ensiharvennusvaiheessa li säksi jäljellä paljon kuolleita oksia, kun latvusto on sulkeutunut vasta äskettäin eivätkä kuivuneet oksat ole vielä ennättäneet karsiutua. Metsäntutkimuslaitoksen aikaisemmassa laa jassa tutkimuksessa elävien oksien kuivamassa oli Etelä-Suomen ensiharvennusmänniköistä poistettavissa puissa rungon kuivamassaan ver rattuna 27,0 % ja kuolleitten oksien kuivamassa vastaavasti 7,3 % (taulukko 1). Poistettavien puit ten keskimääräinen rinnankorkeusläpimitta oli tuolloin alle 9 cm. Käsillä olevassa tutkimukses sa oli elävien oksien osuus 30 puun otoksessa vain 21,9 %. Ero selittynee osaksi joskaan ei kokonaan sillä, että tutkimusmetsiköitten runko luku oli säilynyt ensiharvennusvaiheeseen saak ka suurena ja että poistettavien puitten keski määräinen rinnankorkeusläpimitta oli nyt 11 cm. Taulukko 1. Etelä-Suomen ensiharvennusleimikoista poistettavan puuston maanpäällisen osan kuivamassan koostumus (Hakkila 1991). Table 1. Composition of the above-ground biomass of trees removed in the first thinning of Scots pine in southern Finland (Hakkila 1991). Dry mass basis. Taulukko 2. Metsätähteen kuivamassa kolmella ensiharvennustyömaalla. Kuorellisen runko puun hakkuukertymä työmaittain 72 m 3 /ha, 93 m 3 /ha ja 62 m'/ha. Table 2. Dry mass of stem and crown residue at three different thinning sites of Scots pine. Stemwood recovery, including bark, 72 m 3 /ha, 93 m 3 /ha and 62 m 3 /ha respectively. 10 Hakkila, P. & Kalaja, H. Jiomassakomponentti Uomass component Verrattuna Verrattuna rungon massaan kaikkeen biomassaan Compared to Compared to stem mass ali biomass Osuus, % - Proportion, % Jeulaset - Foliage ilävien oksien kuori - Bark in live branches ilävien oksien puuaines - Wood in live branches 9,1 6,6 11,3 6.8 4.9 8,4 llävät oksat yhteensä - Live branches, total Cuolleet oksat - Dead branches 27,0 7,3 20,1 5,4 kaikki latvusmassa - Crown mass total lungon kuori ja puuaines - Wood and bark in stem 34,3 100,0 25,5 74,5 [aanpäällinen biomassa -Above-ground biomass 134,3 100,0 Biomassan komponentti Biomass component Työmaa 1 Site 1 Työmaa 2 Site 2 Työmaa 3 Site 3 Keskimäärin Average Irralliset oksat Loose branches Latvan oksat Branches in stem top Metsätähde, t/ha -Forest residue, t/ha 0,55 0,60 1,28 0,81 2,18 3,60 3,07 2,95 Latvusmassa yhteensä Branches, total Runkopuu kuorineen Stemwood and bark 2,73 4,20 4,35 3,76 2,53 3,65 2,84 3,01 Tähde yhteensä Residue, total 5,26 7,85 7,19 6,77 Neulaset - Foliage Oksapuu kuorineen Branchwood and bark Runkopuu kuorineen Stemwood and bark 1,08 1,65 2,53 1,39 2,81 3,65 1,50 2,85 2,84 1,32 2,44 3,01 Tähde yhteensä Residue, total 5,26 7,85 7,19 6,77 Elävästä latvuksesta Of live crown mass Rungosta - Of stem mass Metsätähteen osuus, % - Forest residue, % 43,0 49,1 75,5 55,9 8,5 9,3 10,8 9,5 Kaikesta biomassasta 14,6 16,5 18,0 16,4 Of ali biomass 11 Folia Forestalia 803 4 Tähteen määrä ja koostumus 4.1 Metsätähde Silloinkin kun puut korjataan oksineen osapuu menetelmää käyttäen, osa biomassasta jää aina metsään. Tämä tapahtuu osin tarkoituksetta mut ta usein myös tarkoituksella, jotta talteen saata van raaka-aineen puupitoisuus kasvaisi, ajoneu vojen tilankäyttö tehostuisi ja metsämaan ravin nemenetykset supistuisivat. Tavoite riippuu myös biomassan energiakäyttömahdollisuuksista. Elävä latvus kattaa etelä-suomalaisessa ensi harvennusmännikössä keskimäärin 57 % puun koko pituudesta (Hakkila 1991). Rungon tyvi päässä sen alapuolella on vielä runsaasti kuivia oksia, mutta kun ne katkeilevat puuta kaadetta essa ja siirreltäessä, niitten merkitys on kuitu puun korjuussa vähäinen. Enso-Gutzeit Oy:n noudattamassa korjuujär jestelmässä puun latvaosa jätetään metsään. Ni mellinen katkaisuläpimitta on joko 5 tai 7 cm. Tähdettä jää tuolloin eniten pienimmistä puista, ei ainoastaan suhteellisesti vaan myös absoluut tisesti, sillä ensiharvennusmännikössä rungon lat va kapenee vallitun latvuskerroksen puissa hi taimmin (kuva 3). Seuraavan, rinnankorkeuslä pimitaltaan 10 cm:n mäntyä edustavan asetel man mukaan elävät oksat jäävät lähes kokonai suudessaan latvakappaleeseen, jos katkaisuläpi mitta on 7 cm: Käytännössä latva katkaistaan yleensä taakka muodostelmassa joukkokäsittelynä. Taulukko 2 osoittaa tähteen todellisen määrän kolmessa en siharvennusleimikossa, joissa latvan keskimää räinen katkaisuläpimitta oli ensimmäisessä 6,8 cm, toisessa 7,5 cm ja kolmannessa 6,6 cm. Kai killa työmailla katkaisun teki kuormatraktorin kuljettaja taakasta kourasahalla. Kolmannella työ maalla metsuri karsi oksikkaimpia puita autokul Kuva 3. Erikokoisista ensiharvennusmännyistä osapuu menetelmällä talteen saatava runko- ja latvusmassa latvan katkaisuläpimitan ollessa 0,5 tai 7 cm. Kuivat oksat eivät ole mukana. Figure 3. Stern and crown mass recovery from Scots pine trees of different sizes in the first commercial thin ning. Tree section method, topping diameter 0 or 5 or 7 cm. Dead branches excluded. jetuksen tilankäytön tehostamiseksi, minkä vuoksi hakkuualalle jäi karsimattomien latvojen lisäksi runsaasti myös irrallisia oksia. Metsään jääneen tähteen määrä oli kuivamas sana keskimäärin 6,8 t/ha, josta kuorellisen run kopuun osuus oli 3,0 t/ha ja tähteeksi jääneen latvusmassan 3,8 t/ha. Huomattakoon, että kuo rellisen runkopuun kertymä oli tämän tutkimuk sen työmailla peräti 76 m 3 /ha, kun se Etelä-Suo men ensiharvennusleimikoissa on keskimäärin vain 42 m 3/ha (Imponen ym. 1992). Näin siis myös tähteen määrä oli tavanomaista suurempi. Taulukon 2 mukaan metsään jäi tähteeksi kes kimäärin 10 % rungon, 56 % latvuksen sekä 16 % puun koko maanpäällisen osan biomassasta. Tällöin ei ole lainkaan otettu huomioon kooltaan alamittaisesta puusta mahdollisesti kertyvää li sätähdettä. Voidaan päätellä, että osapuumene telmän aiheuttamat metsämaan ravinne- ja puus ton tuotostappiot eivät voi käytännössä olla lä heskään niin vakavia kuin sellaisissa järjestetyis sä kenttäkokeissa, joissa harvennusaloilta on tar koin poistettu kaikki hakkuutähde. Latvan katkaisuläpimitta 5 cm 7 en Massasta latvakappaleessa, % ilävistä oksista 42 89 tungosta kaikesta biomassasta 5 15 11 28 12 Hakkila, P. & Kalaja, H. Kuva 4. Ensiharvennusmänniköstä korjattua 5-m osapuuta välivarastolla (kuva Arto Rummukainen). Figure 4. Five-meter tree-sections from the first commercial thinning of Scots pine at a landing site (photo Arto Rummukainen). Kuva 5. Syöttötähde koostuu elävistä ja kuolleista oksista. Figure 5. Infeed residue is composed of live and dead branches. 13 Folia Forestalia 803 Kuva 6. Piiskaustähde koostuu lähinnä oksa- ja kuorimurskeesta. Runkopuun osuus on noin 3 %. Figure 6. Flail residue is composed mainly of branches and bark. The proportion of stemwood is about 3 %. Kuva 7. Separaattoritähteessä on 80 % puuta ja 20 % kuorta. Figure 7. Separator residue contains 80 % stemwood and 20 % bark. 14 Hakkila, P. & Kalaja, H. 4.2 Prosessitähde Kun taakka asetetaan kuormaimella karsinta-kuo rinta-haketuskoneen syöttöpöydälle pakkosyöt törullien otteeseen, se hajoaa ja siitä putoaa ir ronneita oksia ja kuoriainesta pöydän ympäris töön (kuvat 4 ja 5). Tämä syöttötähde koostuu lähes yksinomaan oksista, ja niistäkin valtaosa on kuivia. Talvikaudella syöttötähteen sekaan joutuu myös lunta. Tässä tutkimuksessa syöttö tähteen osuus oli 3,2 % prosessorille syötetystä biomassasta. Kulkiessaan varstan tavoin piiskaavan rumpu parin välistä puut karsiutuvat ja kuoriutuvat. Syn tyvä piiskaustähde, jota hydraulisylinterin työn tämä kola purkaa koneen sivulle, koostuu lähin nä oksa- ja kuorimurskeesta (kuva 6). Lisäksi se sisältää rungosta irronneita puusäleitä ja tikkuja sekä murtuneita latvapätkiä, jotka ovat usein lii an suuria polttokattilan syöttölaitteilla sellaise naan käsiteltäviksi. Puilla, joitten latvaa ei oltu katkaistu metsässä, runko murtui kahdessa eri kokeessa keskimäärin 35 ja 36 mm:n läpimitas ta, suurimmilla puilla kuitenkin yleensä paksum masta kohdasta kuin pienimmillä (Niemeläinen 1992). Piiskaustähteeksi joutui kaikkiaan 15,9 % prosessorin käsittelemästä biomassasta. Piiskauksen jälkeen puutavara etenee syöttö rullien työntämänä laikkahakkuriin. Laikkaa ympäröivä suojakaulus estää ennenaikaisesti ir ronneitten palasten pääsyn selluhakkeen jouk koon, kun piiskauksessa repeytynyttä mutta run gossa vielä osaksi kiinni olevaa kuorta ja säleit tynyttä puuainesta irtoilee haketuksen vaikutuk sesta ja putoaa laikan edessä olevaan tähdelouk kuun. Näin erottuva separaattoritähde purkaan tuu omalle kasalleen hakkurin sivulle (kuva 7). Separaattoritähteen puupitoisuus on huomatta van korkea, 80 %, mutta se koostuu repeilleistä ja suikalemaisista tikuista, jotka ovat sellun keit toon kelvottomia. Koska vaippapinnan suhteelli nen merkitys supistuu puitten järeytyessä, sepa raattoritähteen osuus on suurin pienillä puilla. Keskimäärin joutui separaattoritähteeksi % biomassasta. Prosessin päätuote, selluhake, koostuu hakku rin terien leikkaamista ja laikan läpäisseistä ha kepaloista. Selluhakkeeseen joutuu olosuhteista riippuen enemmän tai vähemmän myös kuoriai nesta sekä palakooltaan keittoon sopimattomia kappaleita. Karsinta-kuorinta-haketuskäsittelyyn ohjatus ta raaka-aineesta saatiin 77,5 % talteen seulo mattomana selluhakkeena. Muu osa jäi prosessi tähteeksi, jonka kertymää voidaan haluttaessa Taulukko 3. Runkopuun hukka ensiharvennusmännyn kesäaikaisessa karsinta-kuorinta-haketusprosessissa. Osapuuraaka-aineen vähimmäisläpimitta 7 cm. Table 3. Loss of stemwood in the delimbing-debarking chipping process of Scots pine from first thinning in summertime. Minimum top diameter of tree sections 7 cm. kasvattaa korjaamalla puut latvoineen. Tuolloin kuitenkin prosessikustannus saattaa nousta, hak keen laatu kärsiä ja metsämaan ravinnevaroihin kohdistuva rasitus kasvaa. Prosessitähteen osuus riippuu myös puitten koosta. Tämän osoittaa Yhdysvalloissa kokonai silla karsimattomilla loblollymännyillä (Pinus taeda) tehty vertaileva koe, jossa seulomattoman selluhakkeen saanto oli rinnankorkeusläpimitta luokassa 7,5 cm 58 %, läpimittaluokassa 12,5 cm 61 % ja tukkipuilla 70 % sisään syötetystä biomassasta (Watson 1992). Niin kauan kuin prosessitähteellä ei ole ener giakäyttöä, sen kokonaismäärää enemmän mer kitsee joukkoon joutuva kuidutuskelpoinen run kopuu, jota ei saisi päästä prosessitähteen jouk koon. Kun puun latva jätetään metsään, prosessi tähteeseen sekoittuu vain vähän runkopuuta. Run kopuun prosessihävikki oli kesäaikaisessa seu rannassa keskimäärin 3,3 %, josta pääosa ke rääntyi separaattoritähteeseen (taulukko 3). Puun hukkaa voitaisiin supistaa nykyistäkin pienem mäksi luopumalla hakkurin erottelijasta, mutta tuolloin selluhakkeen laatu kärsisi kohtuuttomasti. Runkopuun hävikkiin vaikuttavat muun muas sa puulaji, puun koko, latvaleikkauksen läpimit ta, lämpötila sekä piiskauskäsittelyn voimakkuus ja kesto. Käsillä olevassa tutkimuksessa selvitel tiin sen riippuvuutta rungon koostaja latvan kat kaisuläpimitasta, jonka vaihtoehtoina olivat joko latvan talteenotto kokonaisuudessaan tai sen kat kaiseminen 5 tai 7 cm:stä. Maaliskuussa 1992 rähteen lähde iource of residue Osuus Puupitoisuus Osuus biomassasta runkopuusta Proportion of Wood Proportion of biomass content stemwood % Syöttötähde rnfeed residue Piiskaustähde Flail residue Separaattoritähde Separator residue 3,2 15,9 3,6 0,0 3,2 79,9 0,0 0,5 2,8 15 Folia Forestalia 803 Kuva 8. Runkopuun hukka ketjukarsinta-kuorinta-hake tuskäsittelyssä puun rinnankorkeusläpimitasta ja lat van katkaisuläpimitasta riippuen. Ylempänä separaat toritähde, alempana piiskaustähde. Figure 8. Stemwood loss in the delimbing-debarking chipping process of small-sized Scots pine trees as a function of breast height diameter and topping di ameter. Separator residue above, flail residue below. tehdyssä kokeessa runkopuun hävikki oli rin nankorkeusläpimitaltaan 8 cm:n puilla 5 ja 7 cm:n katkaisuläpimitalla 5,8 ja 5,4 %. Rinnan korkeusläpimitan noustessa 12 cm:iin hävikki oli 5,2 ja 4,7 % vastaavasti. Se siis supistui puun koon ja vähimmäislatvaläpimitan kasvaessa, ku ten seuraava yhtälöjä kuva 8 (Niemeläinen 1992) osoittavat: Latvoineen korjatuilla alle 6 cm:n puilla run kopuun hävikki oli jopa 10 %, mikä omalta osal taan kuvastaa niitten koijuukelvottomuutta. Näi tä pienimpiä puita lukuun ottamatta runkopuuta hukkaantuu enemmänkin hakkurin separaatto rissa kuin ketjukarsinta-kuorintalaitteessa, mut ta separaattorihukkakin juontaa juurensa piiska uksesta (Grace ym. 1989). Kanadassa kovalla pakkasella järjestetyssä ko keessa puun hävikiksi mitattiin eri puulajeilla 8,9-17,6 %, mutta mukaan luettiin myös oksien puuaine (Berlyn 1990). Toisessa kanadalaisessa tutkimuksessa keskikooltaan 0,18 m 3 :n kelta koivun ja sokerivaahteran piiskaustähteen puu pitoisuus oli kesäaikana 6,1 % ja runkopuun hukka yhteensä 2,3 % (Raymond & Franklin 1990 c). Prosessitähde soveltuu polttoaineeksi, joskin sen talteenotto tuottaa ongelmia ainakin silloin, kun karsija-kuorija-hakettaja toimii metsäpääs sä välivarastolla. Prosessitähteen arvo polttoai neena riippuu kosteudesta, joka puolestaan vaih telee säätilan ja vuodenajan mukaan. Syöttö pöydän sivuille tippuva tähde on kesäaikana pou tasäällä hyvinkin kuivaa, sillä se koostuu pääasi assa kuolleista oksista, mutta syksyllä ja talvella senkin kosteus nousee sateitten ja lumen vaiku tuksesta: 5 Selluhakkeen laatu 5.1 Hakkeen palakokojakauma Sulfaattiprosessin tasainen ja häiriötön kulku edellyttää, että hakepalaset täyttävät tietyt pak suus- ja pituusvaatimukset, ovat leikkuupinnoil taan eheitä ja pakkautuvat hyvin autokuormassa ja keitossa. Tavoitemitat riippuvat tehtaan pro sessitekniikasta, mutta edullisin hakepalan pak suus on yleensä 1,5—4 mm ja pituus 15-25 mm. Palan leveyden merkitys on pienempi, mutta pak suuttaan kapeammaksi pilkkoutunutta neulaha kettä ei saisi olla enempää kuin 10-12 %, sillä runsaampana se aiheuttaa tukkeumia ja estää nes tevirtauksia. Hienojakoinen puru aiheuttaa on gelmia katkenneitten kuitujen ja epätasaisen keit tymisen muodossa (Hartler & Stade 1979). Enso-Gutzeit Oy:n vaatimusten mukaan hy väksyttäviä ovat hakepalat, jotka läpäisevät en sin pituusseulonnassa 45 mm:n reikäseulan ja paksuusseulonnassa 8 mm:n rakoseulan mutta eivät läpäise 7 mm:n reikäseulaa. Tällaisten ha kepalasten osuuden tulee olla vähintään 80 % R 2 y = 10,92-0,374D-1, 0,83 y = Runkohukkapuun osuus, % D = Rinnankorkeusläpimitta, cm L 5 = saa arvon 1 latvan katkaisuläpimitan ollessa 5 cm, muutoin 0 Ly = saa arvon 1 latvan katkaisuläpimitan ollessa 7 cm, muutoin 0 Kesä iäkuussa Helmi-maalisk Kuiva-ainetta, % uussa iyöttötähde 'iiskaustähde ieparaattoritähde 79,8 45,7 56,6 43,6 52,4 41,1 keskimäärin 59,2 43,4 Kuva 9. Eri seulontajakeitten keskimääräinen osuus hel mi-maaliskuussa 1992 tehdyssä selluhakkeessa. Figure 9. Average proportion of different screening frac tions in pulp chips in February and March 1992. hakkeen kuivamassasta. Palakoon seurantatutkimuksessa valmistettiin 8930 i-m 3 haketta yhteensä neljällä teräsarjalla. Laikkahakkurin terät oli säädetty ääriasentoonsa 25 mm:n nimellispituudelle. Helmi-maaliskuus sa 1992 kerättyä 63 autokuorman aineistoa edus tava kuva 9 osoittaa, että kokovaatimukset täyt tävän hakkeen osuus oli keskimäärin 79,6 %. Ylisuurta haketta oli vain vähän mutta alamit taista neulahaketta ja purua yhteensä 16,6 %, mikä tulos on yhdenmukainen Peterson Pacific DDC 5000 karsija-kuorija-hakettajasta Kanadassa julkaistujen tulosten kanssa (Favreau 1992). Hie nojakeitten osuuden supistaminen edellyttäisi hakkurin terävälyksen suurentamista, mutta lai kan rakenne ei anna siihen mahdollisuutta. Vastoin odotuksia, terien kunnon ei voitu osoit taa vaikuttavan palakokojakaumaan, vaikka te räsaijaa kohti valmistettiin yli 2000 i-m 3 haketta. Mutta esimerkiksi Kanadassa on todettu terien tylstymisen johtavan hienojakeen osuuden kas vuun niin nopeasti, että terien vaihtoa suositel Taulukko 4. Lämpötilan vaikutus selluhakkeen palakoko jakaumaan helmi-maaliskuussa 1992. Table 4. The effect of temperature on the particle size of pulp chips in February and March 1992. laan siellä 10 autokuorman välein (Perrier 1990). On kuitenkin huomattava, että Kanadassa puut tuodaan metsästä laahustaakkoina, jolloin niihin kertyy hiekkaa ja muita epäpuhtauksia enemmän kuin suomalaisessa koijuujärjestelmässä. Tässä tutkimuksessa terien tylstymisen vaikutus saat toi peittyä lämpötilan muutosten alle, sillä suoja sää ja pakkanen vuorottelivat seurantajakson ai kana. Jäätyessään puu haurastuu, jolloin neula hakkeen ja purun määrät kasvavat. Hyväksyttä vän hakkeen osuus putosikin 75 %:iin lämpöti lassa -18° C, vaikka se suojasäällä oli 82 % (tau lukko 4). Hakkeen palakoko riippuu myös rungon läpi mitasta. Vaatimusten vastaisia paloja syntyi täs sä tapauksessa eniten pienistä rungoista. Alamit taisten 5-6 cm:n runkojen ongelmat eivät rajoitu yksinomaan korkeisiin korjuukustannuksiin, puun hukkaan ja kehnoon kuorintatulokseen, vaan hait tana on lisäksi hakkeen epäedullinen palakoko jakauma (taulukko 5). Vertailuna todettakoon, että Yhdysvaltain ete lävaltioista kerätyssä laajassa aineistossa kelta männyn metsähakkeesta oli keskimäärin 72 % hyväksyttävää, vain 2,5 % alamittaista mutta pe räti 25,5 % paksuudeltaan yli 8 mm. Purua ja neulahaketta oli vähemmän kuin vastaavilla te räasetteilla tehdasvarastossa tehdyssä hakkees sa, mikä otaksuttiin puun tuoreuden ansioksi. Paksuja paloja taas oli liikaa, minkä syyksi kat sottiin puutteelliset säädöt ja terähuolto (Watson & Twaddle 1990 b, Watsonym. 1991 ja b). Ylisuurten palojen runsaus suomalaisiin tulok siin verrattuna saattaa ainakin pieneltä osalta se littyä sillä, että Yhdysvalloissa käsitellään keski määrin järeämpiä puita, joihin piiskauksessa jää neistä oksantyngistä syntyy paksuja hakepaloja. Taulukko 5. Puun rinnankorkeusläpimitan vaikutus sel luhakkeen palakokojakaumaan helmi-maaliskuussa 1992. Table 5. The effect of the breast height diameter of trees on the particle size distribution of pulp chips in February and March 1992. 16 Hakkila, P. & Kalaja, H. lämpötila, °C Ylisuuri Hyväksyttävä Neulahake Yhteensä r emperature, °C Overs Accepts ja puru Total Pins and fines Osuus, % - Proportion, % ■1 - +5 5 —11 18 4,6 3.3 2.4 81,8 77,1 75,3 13,6 19,6 22,3 100,0 100,0 100,0 >l j3 i cm )bh, cm Ylisuuri I Overs Hyväksyttävä Neulahake \ Accepts ja puru Pins and fines Yhteensä Total Osuus, % - Proportion, % 9^5 6-10 8,4 11-15 5,0 16 - 20 4,6 Seka -Mixed 6,0 ~~ 1 723 77.6 79.7 80.8 78.9 17^9 14.0 15,3 14,6 15.1 IW 100,0 100,0 100,0 100,0 17 Folia Forestalia 803 5.2 Hakkeen kuoripitoisuus Sulfaattiselluteollisuudessa hakkeen kuoripitoi suus ei saisi olla yleensä enempää kuin 1 % kuivamassasta. Tämä raja asetetaan myös ketju karsinta-kuorintamenetelmällä tuotettavalle kui tupuulle. Pienikokoisen ensiharvennuspuun kuo riminen on kuitenkin erityisen ongelmallista ja tavoitteen saavuttaminen vaikeata millä tahansa teknisellä ratkaisulla. Ketjukuorinnan tulos riip puu sekä raaka-aineen ominaisuuksista että pro sessiteknisistä tekijöistä (Sauder & Sinclair 1989): - Puulajien välillä on suuria eroja. Havupuilla pääs tään parempaan tulokseen kuin lehtipuilla. - Pienissä puissa on suhteellisesti enemmän kuorta ja vaippapintaa kuin suurissa. Niihin pyrkii jäämään enemmän kuorta. - Jos syöttötaakka on liian suuri, puut suojaavat toisi aan piiskauksen tehoa vaimentaen. Kooltaan 0,10- 0,15 m 3 :n havupuita saisi olla taakassa vain 3 tai 4. - Puitten tulee kulkeutua piiskaukseen vaakatasossa eikä kaltevassa asennossa, jottei tyvi nouse alarum mun ketjujen ulottumattomiin. Tästä ei kuitenkaan aiheudu ongelmaa suomalaisessa menetelmässä, jos sa koneeseen jälkikäteen lisätty pöytä varmistaa vaa kasuuntaisen syötön. - Kuoriutuminen riippuu myös syöttönopeudesta. Hi das syöttö merkitsee pitkää viipymää ja saa ketjut myötäilemään rungon pintaa kiinteämmin, jolloin kuo rintatulos kohentuu. - Oksat hidastavat erityisesti pienten puitten kulkua piiskausrumpujen välistä, minkä vuoksi piiskausaika kasvaa ja kuorintatulos saattaa itse asiassa kohentua oksikkuuden kasvaessa. - Rumpujen kierrosnopeuden kasvu merkitsee myös kuorintatehon kasvua, mutta samalla myös ketjujen kuluminen ja murtuminen nopeutuvat. Ketjujen ly hentyessä ne menettävät piiskaustehoaan. - Rungon jäätyessä kuori kiinnittyy puuaineeseen en tistä lujemmin. Siksi kuorinta vaikeutuu kovalla pak kasella. Yhdysvalloissa lukuisilta työmailta kerätyissä näytteissä mäntyhakkeen kuoripitoisuus oli en nen vuotta 1990 keskimäärin 2,2 %. Sen jälkeen koneyrittäjät ovat oppineet hallitsemaan proses sin paremmin ja saavuttavat tavoitellun 1 %:n kuoripitoisuuden yhä useammin. Talviaikana, jolloin kuori on sulassakin puussa kiinni lujem min kuin kesällä, kuorinnan laatua voidaan pa rantaa ripustamalla ainakin osaan rummun kiin nityspisteistä ylimääräinen rinnakkainen ketju (Watsonym. 1991 ja b, Watson 1992). Käsillä olevassa tutkimuksessa kuoripitoisuut ta seurattiin Vuoksenlaakson puutavaravarastol la helmi-maaliskuussa 1991 yhteensä 37 auto kuormasta. Tavanomaisten kahdeksan-lenkkis ten ketjujen sijasta oli tuolloin käytössä poik keuksellisesti seitsemän-lenkkinen ketjusarja, mikä mitä todennäköisimmin heikensi kuorin nan tulosta. Kun lämpötila pysytteli välillä +3°C ja -13° C, hakkeen kuoripitoisuus oli keskimää rin 3,3 %, muttalämpötilassa- 8° Cse nousi 4,4 %:iin. Samalla konetyypillä Kanadassa tehdyssä kokeessa hakkeen kuoripitoisuus oli tuoreella puulla 2,8 % ja jäätyneellä 3,2 % (Evaluation... 1990). Käsillä olevan tutkimuksen huonompi kuo rintatulos aiheutunee osittain myös siitä, että meillä ovat kysymyksessä pienemmät puut, jot Kuva 10. Karsitusta ja karsimattomasta männystä tehdyn selluhakkeen kuoripitoisuus puun rinnankorkeusläpi mitasta riippuen helmi-maaliskuussa 1992. Figure 10. Percentage of bark in pulp chips made from undelimbed and delimbed Scots pine as a function of breast height diameter in February and March 1992. Taulukko 6. Selluhakkeen kuoripitoisuus seulontajakeit tain kesäkuussa 1992. Table 6. Bark content of pulp chips by screening fraction in June 1992. >eul la - tcreen Kuoripitoisuus Proportion of bark Jakeen osuus Proportion of fraction % (eikä - Hole 45 mm lako - Slot 8 mm leikä -//o/e 13 mm teikä - Hole 7 mm (eikä - Hole 3 mm 'ohja - Bottom 0,10 0,97 0,83 1,82 2,42 12,77 1,3 8,8 57,2 23,8 8,0 0,9 likki -All 1,15 1,07 100,0 81,0 /väksyttävä -Accei )tS 18 Hakkila, P. & Kalaja, H. ka on lisäksi katkottu viisimetrisiksi pätkiksi. Ketjujen iskujen vauhdittamana katkottu puuta vara kulkeutuu piiskauksen läpi nopeammin kuin kokonaiset puut ainakin syötön alkuvaiheessa, ennen kuin taakka törmää hakkurin laikkaan. Suppea koe kahdeksanlenkkisillä ketjuilla viitta si kuitenkin Suomessakin kesäaikana selvästi parempaan kuorintatulokseen. Myös puun läpimitta vaikutti hakkeen kuoripi toisuuteen. Rinnankorkeusläpimitaltaan 5 cm:n puilla kuorintatulos ei ollut tyydyttävä, joten ne eivät sovellu kuitupuuksi tältäkään kannalta. Ta sakokoisilla puilla päästään parempaan piiskaus tulokseen kuin runkokooltaan epätasaisella taa kalla. Karsinta-kuorinta-haketuskoneeseen syö tettävään taakkaan tulisi siis mahdollisuuksien mukaan valita samansuuruisia puita (kuva 10). Osa piiskauksessa jäljelle jääneestä kuoresta murenee haketuksessa, minkä seurauksena kuor ta kasaantuu hakkeen puru-ja neulajakeisiin. Kun tämä hienoaines poistetaan seulomalla, hakkeen keskimääräinen kuoripitoisuus alenee hieman. Taulukon 6 esimerkkitapauksessa kaiken hak keen keskimääräinen kuoripitoisuus oli ennen seulontaa 1,15 % ja seulonnan jälkeen 1,07 %. 6 Menetelmän raaka-ainetase 6.1 Selluhakkeen kertymä Koijuuorganisaation tehtävänä on toimittaa puu tavara käyttöpaikalle laadukkaana ja edullisin kustannuksin. Puu on pyrittävä ottamaan tar koin talteen, mutta toisaalta ei kuitenkaan tule vaarantaa metsämaan ravinnetasapainoa kor jaamalla kaikki biomassa pois ravinneköyhiltä kin kasvupaikoilta. Ensiharvennushakkuun päätuote on kuitupuu, joksi on kelvollista vain rungon puuaine. Niin kauan kuin kuorella ja latvusmassalla ei ole arvoa polttoaineena, korjuujäijestelmän tehok kuus punnitaan vain kertyvän selluhakkeen kus tannusten, määrän ja laadun sekä toisaalta jäl jellejäävän metsikön tilan perusteella. Tulevai suudessa yhteiskunta joutuu asettamaan suu remman painon uusiutuvalle metsäenergialle sen kansantaloudellisten ja ympäristöetujen vuok si, ja silloin myös muitten biomassakomponent tien talteenoton merkitys kasvaa (Hakkila 1992). Alamittaisuuden vuoksi korjuukelvottomien puitten määrä leimikossa vaihtelee edeltäneen taimikonhoidon tasosta ja ajankohdasta riippu en niin laajoissa rajoissa, että niitten sisällyttä minen ensiharvennusleimikon raaka-ainetaseen laskelmiin vaikeuttaisi tulosten yleistettävyyt tä. Siksi rinnankorkeusläpimitaltaan alle 8 cm:n puut rajataan tässä tarkastelun ulkopuolelle. Rajan yläpuolellakin runkopuun ja latvusmas san kertymäosuudet kasvavat puun koon myö tä, joten tulos riippuu puuston järeydestä. Ku vat 11 ja 12 edustavat ensiharvennusmännik köä, josta poistettavien puitten rinnankorkeus läpimitta on 10-12 cm ja latvan katkaisuläpi mitta 7 cm. Kun laskennan lähtökohtana on siis rinnankor keudella 8 cm:n läpimitan täyttävä poistettava puusto, on kertymä tienvärsipinoon 81 % hak kuupoistuman kaikesta maanpäällisestä biomas sasta ja 90 % sen kuorettomasta runkopuusta. Karsinta-kuorinta-haketuskäsittelyssä tästä raa ka-aineesta saadaan latvusmassan lisäksi eril leen 85-90 % rungon kuoresta, mutta samalla hukkaantuu tähteen mukaan myös 3-5 % käsi teltävästä runkopuusta. Näin saadaan hakeautoon talteen seulomattomana selluhakkeena lopulta 63 % leimikosta poistetun puuston maanpäällisestä biomassasta ja 86 % sen kuorettomasta runko puusta. Loblollymäntyä (Pinus taeda) edustava tutki mustulos Yhdysvalloista osoittaa läpimitan voi makkaan vaikutuksen kertymään (Watson 1992). Puun koko huomioon ottaen Enso-Gutzeit Oy:n korjuujärjestelmä näyttää johtavan sekä sellu hakkeen kokonaiskertymän että palakooltaan hyväksyttävän hakkeen kertymän suhteen edul lisempaan tulokseen kuin Yhdysvalloissa käy tössä oleva järjestelmä, jossa puut tuodaan väli varastolle kokonaisissa laahustaakoissa. Puun Talteen Hyväksytty di,3, cm saatu selluhake selluhake Osuus poistuman biomassasta, % ablollymänty USA:ssa 7,5 57,8 35,1 ablollymänty USA:ssa 12,5 60,8 42,2 ablollymänty USA:ssa 17,5 62,2 46,7 ablollymänty USA:ssa 22,5 67,2 52,1 [änty Suomessa 8-15 63,0 49,5 19 Folia Forestalia 803 Kuva 11. Ensiharvennusmänniköstä poistetun puuston biomassan kulkuja kertymä ketjukarsinta-kuorinta-haketustekniikkaan perustuvassa korjuujärjestelmässä. Puun rinnankorkeusläpimitta vähintään 8 cm, latvan katkaisuläpimitta 7 cm. Figure 11. The flow and yield of above-ground biomass from the first thinning of Scots pine stands in a logging system based on the use of delimbing-debarking chipping techniques. Minimum dbh of tree 8 cm, topping diameter 7 cm. 6.2 Runkopuun tilavuuden arvioiminen hakemitasta Pienikokoisen ensiharvennuspuun mittaus on työ lästä ja kallista. Se on erityisen hankalaa osapuu menetelmässä, kun puita ei karsita ja puutavaran pituus vaihtelee. Eräs mahdollisuus on johtaa luovutus- ja työmittaa varten tarvittava kuorelli sen runkopuun kiintotilavuus muuntoluvuilla hakemitasta, joka voidaan määrittää irtotilavuu tena, tuoremassana tai kuivamassana. Ensiharvennusleimikosta saatavan mäntypuun 20 Hakkila, P. & Kalaja, H. Kuva 12. Ensiharvennusmänniköstä poistetun kuorettoman runkopuun kulku ja kerty mä ketjukarsinta-kuorinta-haketustekniikkaan perustuvassa korjuujärjestelmässä. Puun rinnankorkeusläpimitta vähintään 8 cm, latvan katkaisuläpimitta 7 cm. Figure 12. The flow and yield of stemwood, bark excluded, from the first thinning of Scots pine stands in a logging system based on the use of delimbing-debarking chipping techniques. Minimum dbh of tree 8 cm, topping diameter 7 cm. puuaineen keskimääräiseksi kuivatuoretiheydek si oletetaan tässä aikaisempien tutkimusten pe rusteella 370 kg/m 3 (Hakkila 1979). Jos hake kuormasta määritetään tehtaalla kuivapaino, tällä kuivatuoretiheyden tarjoamalla muuntoluvulla voidaan laskea selluhakkeen kiintotilavuus auto kuormassa. Kuva 11 puolestaan osoittaa, että kar sinta-kuorinta-haketuskäsittelyssä on saatu sellu hakkeena talteen keskimäärin 63/73 eli 86,3 % osapuupinon kuorellisesta runkopuusta. Kuiva massaan perustuva kiintotilavuuden laskentame nettely on silloin seuraava, kun laskentaesimer kissä perävaunullisen auton hakekuorman tila vuudeksi on mitattu välivarastolla ennen kulje tusta 98,2 i-m 3 ja kuivamassaksi tehdasvarastolla 15,55 t: Hakekuormaa vastaavan pinon kuorellisen run kopuun tilavuus (m 3 ) = 3,13-15,55 = 48,7 0,370 0,863 21 Folia Forestalia 803 Jos kuorellisen runkopuun tilavuus halutaan las kea hakkeen irtotilavuuden perusteella, on tun nettava lisäksi hakkeen tiiviys. Metsähakkeen tiiviyteen vaikuttavat aikaisempien tutkimusten mukaan erityisesti seuraavat tekijät (Hakkila 1989): - Hakepalan muoto. Kun hakepalan paksuus suhteessa palan litteän sivun pinta-alaan kasvaa, myös hakkeen tiiviys kasvaa. - Palakoon tasaisuus. Kooltaan epätasaiset hakepalat täyttävät tehokkaimmin toistensa välisiä tiloja, joten viher- ja kuoriaines sekä muu hienojae lisäävät hak keen tiiviyttä. Jos puru ja neulahake seulotaan pois, tiiviys alenee. - Puulaji. Kevyestä ja hauraasta puuaineksesta syntyy haketuksessa eniten hienoainesta, mikä lisää hak keen tiiviyttä. Siten pienikokoisesta karsimattomasta puusta laikkahakkurilla tehdyn kokopuuhakkeen tii viys on ennen kuljetusta koivulla 0,377, männyllä 0,403 ja harmaalepällä 0,457 (Kanninen ym. 1979). - Lämpötila. Jäätyneestä puusta syntyy enemmän hie noainesta kuin sulasta puusta. Pakkasella tehty hake on siis tiivistä, mutta toisaalta se painuu kuljetuksen aikana tavanomaista vähemmän. - Hakkeen kuormaustapa. Puhaltamalla kuormattu hake asettuu tiiviimpään kuin kuljettimelta, siilosta tai ki pattavalta lavalta pudotettu hake. Mitä suuremmalla voimalla hake sinkoutuu hakkurin torvesta kuormaan, sitä tiiviimpään se asettuu. - Painuma. Hakkeen tiiviys kasvaa kuljetuksessa. Pää osa painumasta tapahtuu jo ensimmäisen 20 km:n aikana, erityisesti kun alkumatka joudutaan yleensä ajamaan tien huonokuntoisimmalla osalla. Painuma on suurin hakkeessa, joka on kuormattu ilman puhal lusvoimaa ja jossa on runsaasti hienoainesta. Mänty puisen kokopuuhakkeen tiiviys oli eräässä suureh kossa aineistossa ennen kuljetusta 0,41 ja kuljetuk sen jälkeen 0,44 (Hakkila 1984). Tässä tutkimuksessa hakkeen kuivamassa oli kuormakohtaisesti ennen kuljetusta suuressa 134 autokuorman aineistossa talvella 152,3 ± 7,9 kg/ i-m3 ja suppeassa 7 autokuorman aineistossa ke sällä 162,2 + 7,7 kg/i-m 3 . Hakkeen tiiviys oli vastaavasti talvella 0,412 ± 0,021 ja kesällä 0,438 + 0,021, jolloin siis ei ollut tapahtunut kuljetuk sen aiheuttamaa painumista. Runkopuun tilavuus lasketaan esimerkkitapauksessa seuraavasti, kun hakkeen keskimääräiseksi tiiviydeksi oletetaan 0,428: Hakekuormaa vastaavan pinon kuorellisen run kopuun tilavuus (m 3) = Samalla periaatteella voidaan kuvien 11 ja 12 tietojen pohjalta arvioida vaikkapa kaadetun puus ton koko biomassa tai korjatun runkopuun kuo reton tilavuus. Mikäli tällaisia muuntolukuja ryh dytään soveltamaan käytännön mittaustehtävis sä, tarvitaan kuitenkin tarkentavia, asianomaisia olosuhteita vastaavia selvityksiä erityisesti ensi harvennusmänniköitten kuitupuun puuaineen kui va-tuoretiheydestä ja kuoren kuivamassaprosen tisia. Mikäli laskelman lähtökohtana on hake kuorman tilavuus käyttöpaikalla, on otettava huo mioon myös painuminen kuljetuksen aikana. Hakkeen kuivamassaan perustuvan mittauk sen muuntoluvut riippuvat käytetystä konekalus tosta lähinnä vain runkopuun hävikin ja sellu hakkeen kuoripitoisuuden osalta. Hakkeen irtoti lavuuteen perustuvan mittauksen muuntoluvut sen sijaan ovat enemmän tilanne- ja konekohtai sia, koska niihin vaikuttavat lisäksi esimerkiksi hakkeen kuormaustapa, haketorven puhallusvoi ma ja kuorman painuma. 7 Tuottavuus ja kustannukset 7.1 Karsinta-kuorinta-haketustyön tuottavuus Karsinta-kuorinta-haketusprosessin tuottavuus määräytyy toisaalta varsinaisen tehotyön tuotta vuuden ja toisaalta työn keskeytysten tuloksena. Tuottavuuteen vaikuttavat ennen kaikkea kone kaluston kapasiteetti ja toimivuus, koneen ase mapaikka, työmaajäijestelyt, autokuljetuksen toi mivuus, vuodenaika, kuljettajien ammattitaitoja motivaatio sekä raaka-aineen ominaisuudet. Karsinta-kuorinta-haketusprosessin tuottavuut ta tutkittiin pelkästään Vuoksenlaakson puutava raterminaalissa, missä osapuu oli työskentelyn kannalta edullisissa korkeissa pinoissa. Hake pu hallettiin suoraan kuorma-autoon, joka siirsi sen 3 km:n päässä sijainneelle tehdasvarastolle. Au tot joutuivat odottelemaan mittaus- ja purkuvuo rojaan tehtaalle saapuvien puutavara-autojen lo massa pitkissä jonoissa, mikä jarrutti koko työ = 0,496-98,2 = 48,7 0,863 22 Hakkila, P. & Kalaja, H. Taulukko 7. Kolmen kuljettajan (A, B, ja C) tehotyöajan rakenne karsinta-kuorinta-haketuskäsittelyssä terminaalissa. Table 7. Structure of the productive time of three machine operators (A, B and C) in delimbing debarking-chipping work at the timber terminal, interruptions excluded (*cminlgrapple load, **cmin/tonne of dry mass). ketjun toimintaa. Varastojäijestelyistä johtuen tuottavuuden tut kiminen rajoitettiin lähinnä tehoajan käyttöön ja rakenteeseen karsinta-kuorinta-haketusprosessis sa. Tuottavuus mitattiin selluhakkeen kuivamas sana tehotuntia kohti. Työajassa eivät niinmuo doin ole mukana auton odotuksesta, konerikois ta, koneen huollosta ja muista syistä aiheutuneet keskeytykset. Sen sijaan tehotyössä ovat muka na apuajat: aloitusvaiheen valmistelut, haketor ven kääntäminen, koneen siirrot työn edistyessä sekä aika, joka käytettiin koneen ympäristön puh distamiseen prosessitähteistä. Terminaalioloissa apuaikojen merkitys on kuitenkin vähäinen, ei vätkä ne kasvattaneet kuljettajan ajankäyttöä enempää kuin 6 %:lla. Tutkimuksessa oli mukana 3 kuljettajaa, kaik ki tehtävään motivoituneita ja puutavarakuor maimen käsittelyyn hyvin harjaantuneita. Kah della heistä (A ja B) työn rakenne ja tahti samoin kuin kouraisutaakan koko erosivat perin vähän, joten heitä koskevat aikatutkimustulokset on yh distetty. Kolmas kuljettaja (C) sen sijaan käytti taakkakohtaiseen työsykliin 10 % enemmän ai kaa, ja taakan koko oli hänellä kolmanneksen pienempi. Tyhjänäpyörimisaika antaa osviittaa siitä, mi ten paljon tehotyöajan tuottavuutta ehkä vielä voitaisiin kasvattaa kuormaimen toimintoja no peuttamalla. Torvesta purkautuvan hakkeen pe rusteella määritetty hakkurin tyhjänäkäyntiaika oli helmi-maaliskuussa 1992 kuljettajilla A ja B keskimäärin 11,6 % mutta kuljettajalla C jopa 28,9 % tehotyöajasta. Metsätehon tutkimusten mukaan syöttöpöydän tyhjänäkäyntiaika on hak kuriin verrattuna suunnilleen kaksinkertainen (Kuitto & Rieppo 1992). Karsinta-kuorintalait teen piiskaavat ketjut ilmeisesti sysäävät syöttö rullien kuljettamille puille lisävauhtia ja nopeut tavat siten pöydän tyhjentymistä. Viisimetriset puut törmäävät hakkurin laikkaan puoleksi jo ketjurummut ohitettuaan, jolloin vasta niitten ete nemisnopeus hidastuu syöttölaitteen ja hakkurin nopeuden mukaiseksi. On huomattava, että kar sinta-kuorintalaitteen toiminta edellyttää tiettyä tyhjänäkäyntiaikaa, jottei laite tukehtuisi tähtee seen. Kuljettajan tehotyöaika kuluu lähes kokonai suudessaan kuormaimen käsittelyyn. Siksi teho työn tuottavuus riippuu toisaalta hänen taidos taan käsitellä karsimatonta osapuuta kuormai mella sekä toisaalta kuormaimen nopeudesta ja liikeradoista, osapuupinojen sijainnista koneen syöttöpöytään nähden sekä puutavaran ominai suuksista taakan muodostamisen ja syötön kan nalta. Kouran siirto tyhjänä syöttöpöydältä pi nolle ja taakan kanssa takaisin syöttöpöydälle vie puolet kuljettajan työajasta, kun taakkaa on samalla käännettävä 90° (taulukko 7). Jos syöttö voisi tapahtua taakkaa kääntämättä, siis ikään roiminto -Activity Kuljettaja - Operator A+B C A+B C Ajan käyttö - Time consumption emin/taakka* cminlt ** A+B % C Kuormaimen siirto tyhjänä Moving unloaded crane Taakan otto pinosta Grappling trees from pile Kuormaimen siirto kuormattuna Moving loaded crane Odotus syötössä Waiting for jammed flail Taakan syöttö Infeeding the grapple load Apuaika - By-time 1 8 11 2 8 2 9 9 12 2 8 2 65 68 98 20 71 19 125 120 165 34 119 29 20 19 29 6 20 6 21 21 27 6 20 5 'hteensä - Total 38 42 341 592 100 100 23 Folia Forestalia 803 kuin vain pinosta vetämällä, tai jos kuormaimen liikkeitä voitaisiin muuten nopeuttaa, ajan säästö olisi merkittävä. Tutkimuksen valmistumisen jäl keen prosessoriin onkin asennettu kotimainen, toiminnoiltaan nopeampi kuormain, jonka etuna on myös 3 m pidempi ulottuvuus. Kunkin kuljettajan tehoajan tuottavuus näh dään seuraavista luvuista. Ne vastaavat hyvin Metsätehon mittaamia tuloksia, joitten mukaan tehoajan menekki oli terminaalityöskentelyssä talvella 0,6-0,9 min/i-m 3 ja kesällä 0,5-0,6 min/ i-m3 (Kuitto & Rieppo 1992). Kuljettajan C mui ta alhaisempi tuottavuus johtui pääosaltaan taa kan pienestä koosta: Tehotyön osuus apuaikoineen oli vain 56,1 % kaikesta työmaa-ajasta. Täysinäisten hakeauto jen pitkien jonotusaikojen vuoksi tässä yhtey dessä ei ole tarkoituksenmukaista laskea järjes telmän todellista tuottavuutta työvuoroa tai -päi vää kohti. Terminaalilla toimittaessa tehotyön osuus apuaikoineen lienee kuitenkin kohtuudella nostettavissa 75-80 %:iin. Tutkimusajankohtana keskeytykset aiheutuivat ensisijaisesti tehdasalu een yleisistä järjestelyistä, erityisesti autojen ruuh kaantumisesta, eivätkä suinkaan tutkimuksen kohteena olevan korjuujärjestelmän ongelmista tai koneen teknisistä häiriöistä. Ellei autojen ruuh kaantumiselta voida varastojärjestelyjä tehosta mallakaan välttyä, eräs mahdollisuus odotusai kojen vähentämiseksi olisi käyttää hakkeen siir tämiseen terminaalilta läheiselle tehdasvarastol le kahta autoa, joilla on yhteinen kuljettaja. Pohjois-amerikkalaisissa tutkimusjulkaisuissa on runsaasti tietoja ketjukarsinta-kuorinta-hake tusprosessin tuottavuudesta. Niitä on kuitenkin vaikea vertailla tämän tutkimuksen tuloksiin, sil lä raaka-aine, työmaajäijestelyt, konekalusto, kul jettajien ammattitaito ja mittayksikötkin vaihte levat suuresti. Myös toiminnalliset keskeytykset on huomioitu eri tutkimuksissa eri tavoin. Useim missa tapauksissa selluhakkeen kuivamassana mitattu tehotyön tuottavuus asettuu välille 10-20 t/h (Watson & Twaddle 1990 a). Peterson Pacific DDC 5000 yksikön tuotostutkimuksista lienee käsillä olevan kanssa vertailukelpoinen lähinnä Nova Scotiassa Kanadassa tehty, jossa kokonai sista 0,10 m 3 :n havupuista valmistui metsävaras tolla selluhaketta kuivamassana 18,6 t tehotun nissa (Raymond &Fr nklin 1990 ja c). 7.2 Ketjujen kestävyys ja kustannukset Karsintaan ja kuorintaan käytettävät ketjut on tarkoitettu alunperin metsätraktorin pyörien luis toa estämään. Piiskauskäsittelyssä ne kuluvat nopeasti. Niistä koostuu jopa 20 % ketjukarsin nan ja -kuorinnan kokonaiskustannuksista (Sto kes & Watson 1989). Esimerkiksi Yhdysvaltain etelävaltioissa yleisimmin käytetyt ketjutyypit, Campbell Beacon 7 ja Peerless Chain, kestävät keskimäärin vain 200-300 kuivatonnin tuotan non (Alt 1991). Suomessa ketjuja valmistaa OFA Oy. Tuotan to on kaikkiaan 2000 t vuodessa, josta 60 % viedään ulkomaille lähinnä Yhdysvaltoihin, Ka nadaan ja Ruotsiin. Noin 10 % tuotannosta oh jautuu ketjukarsintaan. Ketjut tehdään kelalle kierretystä teräslangas ta. Ensin siitä katkaistaan lenkin pituutta vastaa va pätkä, joka pujotetaan valmiiseen lenkkiin, taivutetaan lenkin muotoon ja hitsataan yhteen. Kestävyyden parantamiseksi ketjut lämpökäsi tellään tavoitteesta riippuen joko nuorruttamalla tai hiilletyskarkaisulla. Liiallinen karkaisukuu muus johtaa kovaan, kulutusta kestävään mutta haurauden vuoksi helposti murtuvaan teräkseen, kun taas liian alhainen lämpötila johtaa pehme ään ja nopeasti kuluvaan teräkseen. Karkaisu voi daan vielä viimeistellä uudella lämpökäsittelyllä eli päästämisellä. Koko tuotantoprosessiin liit tyy keskeisesti tiukka laaduntarkkailu. Käytännössä ketjujen laatu ja kestävyys vaih televat suuresti. Niihin vaikuttavat metalliseok sen koostumus, karkaisu- ja päästökäsittelyt, hit saussauman pitävyys ja laaduntarkkailun tehok kuus. Tässä tutkimuksessa vertailtiin viittä eri ketjutyyppiä, jotka kaikki olivat Imatra Steel Oy:n (nykyinen OFA Oy) valmistamia. Yksi niistä oli Pertti Szepaniak oy:n käytössä oleva vakioval misteinen ketju IB 20 NB ja muut neljä tätä tutkimusta varten valmistettuja koeketjuja. Kaikki ketjut olivat kahdeksanlenkkisiä. Teräslangan al kuperäinen paksuus oli 16 mm. Koko ketjun pi tuus oli 390 mm ja massa noin 2 kg. 1 IB 20 NB, pintakarkaistu ja päästetty (vakioketju) 2 IB 20 NB, karkaistu mutta ei päästetty 3 IB 5, pintakarkaistu ja päästetty 4 IB 5, pintakarkaistu mutta ei päästetty 5 IMACRO EL 700, karkaistu mutta ei päästetty Ketjut jakaantuivat testissä kahteen verraten ta salaatuiseen ryhmään. Kahden ensimmäisen kes tävyys oli huomattavasti parempi kuin kolmen viimeisen. Siksi tarkastelu rajoitetaan seuraavas sa vain IB 20 NB -sarjan ketjuihin, jotka menes kuljettaja Taakan koko, m 3 Tehoajan tuottavuus i-m 3/h m 3 /h Kuiva-massa, t/h 0,295 0,304 0,192 121.4 49,9 18,5 109.5 45,0 16,7 66,3 27,3 10,1 24 Hakkila, P. & Kalaja, H. tyivät kokeissa parhaiten. Koska koe oli liian suppea osoittaakseen niitten keskinäisen parem muuden, tulokset esitetään keskiarvoina. Pyörimisliike, puun piiskaus ja ketjujen iskut toisiaan ja laitoja vastaan aiheuttavat nopeaa ku lumista. Soikeat lenkit ohenevat päistään. Kulu tus on voimakkainta lenkin ulommassa päässä, mutta ohentunut lenkki voi pyörähtää ympäri, jolloin kulumisrasitus tasoittuu. Useissa tutkimuksissa on todettu, että kulumi nen on voimakkainta kolmannessa lenkissä ket jun avoimesta päästä lukien (Raymond & Frank lin 1990a ja b, Watson & Twaddle 1990 a, Carte 1991). Ilmiö oli selvä myös tässä tutkimuksessa. Kahdeksanlenkkisen ketjun kuudes ja seitsemäs lenkki alarummulla sekä kuudes lenkki ylärum mulla kuluivat muita nopeammin. Tämä näh dään seuraavasta asetelmasta, joka osoittaa kun kin lenkin ohuimman kohdan paksuuden 2723 i-m3:n eli 430 kuivatonnin tuotannon jälkeen kol men parhaan eli IB 20 NB ketjujen keskiarvona: Kuvassa 13 on esimerkki kulumisen edistymi sestä vakiotyyppisen ketjun viidennessä ja kuu dennessa lenkissä. Viidennessä samoin kuin sitä edeltävissä lenkeissä kuluminen oli kokeen pit kään kestoon nähden melko vähäistä, mutta kuu dennessa lenkissä se moninkertaistui. Alarum mulla, jossa ketjuihin kohdistui suurempi rasitus kuin ylärummulla, seitsemäs lenkki kului vielä kin nopeammin. Lee Jackson on osoittanut vi deokuvauksen avulla, että kahdeksan- ja yhdek sänlenkkisen ketjun kuusi ensimmäistä lenkkiä säilyvät piiskauksessa suorassa asennossa, kun sen sijaan uloimmat lenkit taittuvat. Ketju iskee puuhun terävimmin siis kuudennella lenkillään. Kimpoavien ketjujen iskut toisiaan vasten lisää vät rasitusta. Muodoltaan lyhyet lenkit palautu vat alkuperäiseen asentoonsa nopeammin kuin pitkät. Videokuvasta nähdään myös, että kun puut syötetään piiskaukseen loivasti viistosuuntaisi na, ketjujen iskut toisiaan vastaan vähenevät ja kuorintatulos näyttää paranevan (Watson 1992). Kuva 13. IB 20 NB -ketjun 5. ja 6. lenkin kuluminen ylä ja alarummulla tuotetun hakkeen irto tilavuuden ja kuivamassan funktiona. Tähdet osoittavat puuttuvi en lenkkien lukumäärän alkuperäisestä yhdeksästä ketjusta. Vakiotyyppinen ketju. Figure 13. Wear on the fifth and sixth links of the IB 20 NB chain in the upper and lower drum as a function of the loose volume and dry mass of chips produced. Number of missing links from the initial nine chains indicated by asterisks. Standard chain. Kuva 14. Ketjun kuluminen. Oikealla uusi kahdeksan lenkkinen ketju ja vasemmalla pettänyt ketju. Al haalla kaksi irrallista lenkkiä, joista toinen on irron nut kulumisen ja toinen hitsaussauman pettämisen seurauksena (kuva Erkki Oksanen). Figure 14. Chain wear. A new eight-link chain on the right and a failed chain on the left. Two broken links below; one failed at the link weld and the other as a result of excessive wear (photo Erkki Oksanen). j -L -L .5,15 .4,99 .4,59 .4,29 .1,52 .3,51 .4,47 1J,1U 14,98 14,48 14,13 13,92 10,89 10,13 13,46 25 Folia Forestalia 803 Taulukko 8. Lenkkien häviäminen IB 20 NB -ketjuista haketuotannon edistyessä. Table 8. Loss of links from the IB 20 NB chains as a function of chip production. Lenkin ohentuminen ei sinänsä vaikuta piis kaustehoon. Kuorintatulos alkaa kärsiä vasta sit ten, kun ketjuista häviää kokonaisia lenkkejä. Carten (1991) tutkimuksessa erityyppiset ketjut murtuivat yleensä 8,9-11,4 mm:n paksuudessa. Lenkin murtuminen on seuraus joko kulumises ta, teräksen hauraudesta tai epäonnistuneesta hit saussaumasta (kuva 14). Sen sijaan venyminen tai muu muodonmuutos ei näytä olevan murtu mien syynä. Tässä tutkimuksessa ketjun pituus venyi kokeen kestoaikana vain 0,5 %, mikä ko konaisuudessaan aiheutui lenkkien kulumisesta. Ketju petti yleisimmin ensimmäiseksi seitse männestä lenkistä, jolloin siis samantien hävisi kaksi lenkkiä. Monasti petti ensimmäisessä vai heessa kuitenkin yksinomaan kahdeksas lenkki, vaikkei kuluminen sitä suinkaan näyttänyt edel lyttävän. Kun ketjut takovat toisiaan, rasitus koh distuu rajuimpana uloimpiin lenkkeihin ennen aikaisia murtumia aiheuttaen. Seuraavat luvut osoittavat, minkä lenkin kohdalla IB 20 NB - ketju ensimmäiseksi eri tapauksissa petti. Huo mattakoon, että ensimmäisen murtumisen jäl keen ketjusta häviää ennen pitkää vielä uusia lenkkejä, mutta näitä myöhempiä murtumia ei ole kirjattu tähän asetelmaan: Vaakarumpuisessa järjestelmässä ketjut kulu vat ja katkeilevat nopeimmin alarummulla. Täs sä tutkimuksessa parhaittenkin ketjutyyppien uloimmista lenkeistä oli alarummulla hävinnyt 230 kuivatonnin tuotannon jälkeen kolmannes ja 430 tonnin jälkeen jo puolet. Ylärummulla hä vikki eteni hitaammin. Piiskausteho heikkenee viimeistään silloin, kun ketjusta häviää kaksi tai useampia lenkkejä. Tä män tutkimuksen IB 20 NB -ketjut näyttivät kes tävän kohtuullisesti noin 250-300 kuivatonnin eli 1500-1900 i-m3:n haketuotannon, mihin men nessä kolmannes ketjuista oli pettänyt (taulukko 8). Kuorintatulos kärsii jo tässä vaiheessa ni menomaan siksi, että lenkkejä häviää erityisesti alarummulta ja rumpujen keskiosan ketjuista eli siis laitteen niistä osista, jotka agressiivisimmin osallistuvat karsintaan ja kuorintaan. Yhdeksästä rinnakkaisesta ketjusta lenkkien hävikki oli suu rin viidessä keskiketjussa. Reunaketjut kummal lakin puolella säilyivät pisimpään ehjinä. Yhden ketjun hinta on 19 mk. Tässä tutkimuk sessa käytetty rumpupari vaati yhteensä 111 ket jua, jolloin koko ketjusarjan hinta oli 2110 mk. Kun siihen lisätään kahden miehen kahden tun nin vaihtotyöstä 400 mk, on ketjusarjasta koitu va kokonaiskustannus yhteensä 2510 mk. Jos ketjusarjan kestoikä vastaa keskimäärin 275 kui vatonnin tuotantoa ja koko sarja uusitaan kerral la, ketjukustannus on 9,12 mk/kuivatonni eli 1,48 mk/i-m3 . Tulos vastaa kanadalaisia kokemuksia (Raymond &Fra klin 1990 ja b). Korkea ketjukustannus rasittaa menetelmän kil pailukykyä. On tärkeätä pidentää käyttöikää ke hittämällä ketjuja edelleen nimenomaan piiskaus lärumpu - Upper drum 4 7 15 7 22 19 26 7 37 48 7 52 63 larumpu - Lower drum 11 21 14 32 21 39 4 11 36 54 7 29 79 89 7 39 86 92 Lenkin jäijestys kiinnityspisteestä lukien Ylärumpu Alarumpu Ensimmäisenä pettäneitten lenkkien osuus, % 11.8 7,7 52.9 61,5 35,3 30,8 'hteensä 100,0 100,0 26 Hakkila, P. & Kalaja, H. käsittelyn rasituksia kestämään. Sen jälkeen kun käsillä oleva tutkimus päättyi, OFA Oy on jo toteuttanut hitsaussaumojen pitävyyttä ja pinta karkaisun tasaisuutta edistäviä toimenpiteitä. Kustannuksia voidaan alentaa myös työn ja toiminnan suunnittelulla. Niihin on tarjolla aina kin seuraavia keinoja (Sauder & Sinclair 1989, Carte 1991): - Koska kuluminen etenee nopeimmin ketjun uloim missa lenkeissä ja hitaimmin ripustuspäässä, kesto ikää voidaan pidentää kääntämällä ripustussuunta hyvissä ajoin päinvastaiseksi. - Koska kuluminen edistyy rummun eri osissa erilailla, kestoikää voidaan pidentää asemoimalla ketjut hy vissä ajoin uudelleen. - Jos kiinnitetään samaan ripustukseen kaksi ketjua, kuorintateho paranee ja ketjujen kestoikä pidentyy niin paljon, että ketjukustannus saattaa jopa alentua. - Koska ketjun kulutus kasvaa rummun pyörimisno peuden kiihtyessä, piiskauksessa tulisi välttää kovin suuria nopeuksia. Kierrosnopeuden alenemisesta sev- raava kuorintatehon lasku voidaan kompensoida syöt tönopeutta vastaavasti hidastamalla. - Koska lenkit kuluvat lähinnä vain päistään, kulutus rasitus tasoittuisi, jos soikeitten sijasta käytettäisiin pyöreitä lenkkejä. Sellaisten valmistaminen on kui tenkin vaikeampaa, eikä myöskään ole varmaa näyt töä siitä, että pyöreälenkkinen ketju piiskaa yhtä ag ressiivisesti kuin soikealenkkinen. Ketjuihin rinnastettava kustannus syntyy myös hakkurin teristä. Koska raaka-aine puhdistuu piis kauskäsittelyssä, terien kulutus on pienempi kuin samalla raaka-aineella kokopuuhaketuksessa. Terät joudutaan vaihtamaan noin 1500 i-m 3 :n eli 240 kuivatonnin haketuotannon välein. Kolmite räisen sarjan hankintahinta on 1200 mk, ja se voidaan kunnostaa 25-30 kertaa. Sarjan vaih toon kuluu yhdeltä mieheltä 25-35 min, jolloin vaihtotyön kustannus on 50 mk ja sarjan teroi tuksen 100 mk kerralta. Näin hakkurin teristä koituva kustannus on 0,74 mk kuivatonnilta eli 0,11 mk/i-m 3 . 8 Menetelmän soveltuvuus Suomen oloihin Ensiharvennukset ovat välttämätön osa suoma laista puuntuotantojärjestelmää. Ellei kaupallisia ensiharvennuksia voida tulevaisuudessa toteut taa, pohja kestävän metsänhoidon harjoittami selta romahtaa. Kysymys ei siis voi olla siitä, toteutetaanko ensiharvennukset vai jätetäänkö ne tykkänään tekemättä. Ensiharvennuksista on ker takaikkiaan huolehdittavana tutkimuksin on löy dettävä ratkaisut, joilla tehtävästä suoriudutaan tehokkaimmalla tavalla. Tehokkuus ei tuolloin merkitse yksinomaan korkeata työn tuottavuutta ja kohtuullista kustannustasoa, vaan yhtälailla myös biomassan tehokasta talteenottoa, laadu kasta raaka-ainetta, työn toteuttamista oikea-ai kaisesti sekä ekologisesti ja puuntuotannon jat kuvuuden kannalta kelvollista korjuutulosta. Ketjukarsinta ja -kuorinta on uusi kokopuuna korjuun periaatteelle rakentuva vaihtoehto, joka Yhdysvalloissa ja Kanadassa on viime vuosina saavuttanut nopeasti jalansijaa erityisesti pieni kokoista kuitupuuta tuottavissa leimikoissa. Suo messa kehitetty korjuujäijestelmä eroaa aikai semmista ratkaisuista siten, että kun Pohjois- Amerikassa karsimattomat puut tuodaan metsäs tä tienvarteen kokonaisina laahustraktorilla, niin meillä kuljetus tapahtuu viisimetriseksi katkais tuna osapuuna kantavalla kuormatraktorilla. Suo malainen ratkaisu on onnistuttu mukauttamaan vakiotyyppisen traktorikaluston käyttöön ja en siharvennusleimikoihin, joissa jäljelle jäävän met sikön kunnolle asetetaan melkoisen ankarat vaa timukset. Yhdysvalloista hankittuun ketjukarsin ta-kuorinta-haketusyksikköön, jonka ympärille koko korjuujärjestelmä keskeisesti rakentuu, on luonnollisesti jouduttu tekemään olosuhteitten edellyttämiä muutoksia. On huomattava, että menetelmän käyttö rajoit tuu toistaiseksi ensiharvennusmänniköihin, jois ta korjattava kuitupuu ohjautuu sulfaattimassan raaka-aineeksi. Kuusen ensiharvennusleimikoi hin menetelmän käyttöaluetta ei ole ainakaan vielä pyritty laajentamaan, sillä mekaanisen mas san raaka-aineena kuusikuitupuun kuorintavaa timukset ovat ankarammat kuin männyn. Vuosi en 1991 ja 1992 aikana toteutetun tutkimus- ja kehitysohjelman tuloksena voidaan ketjukarsin ta-kuorinta-haketusmenetelmän soveltuvuudesta ensiharvennusmänniköitten puunkorjuuseen Suo messa tehdä seuraavat johtopäätökset: 1. Ketjukarsinta-kuorinta-haketustekniikka tar joaa mahdollisuuden pienikokoisen kuitu- ja energiapuun integroituun korjuuseen. Run gon kuoresta, latvusmassasta ja hukkarunko- 27 Folia Forestalia 803 puusta koostuvan energiaj äkeen talteenotto tavoite on tasapainotettava energiapuun hin nan ja metsämaan ravinnevaatimusten poh jalta. Jos on syytä pelätä ravinnetasapainon vaarantuvan, kasvupaikalle tulee jättää lat vusmassaa. Jos taas ensisijaisena pyrkimyk senä on hyödyntää tarkoin myös hakkuupois tuman energiaosuus, on teknisesti mahdollis ta ottaa sekä rungon että latvuksen massa talteen lähes kokonaisuudessaan. Koska ener giajakeelle ei taloudellisen kilpailukyvyn puutteen vuoksi ollut kysyntää, alle 7 cm:n latvaosa jätettiin tässä tutkimuksessa metsään. Rinnankorkeusläpimitaltaan 10-12 cm:n mäntyjen biomassasta joutui silloin 19 % metsätähteeksi ja 18 % prosessitähteeksi, jo ten seulomattoman selluhakkeen kertymä oli 63 % hakkuupoistuman biomassasta. 2. Runkopuun kertymä on selvästi korkeampi kuin perinteisellä tavaralajimenetelmällä vas taavissa oloissa, sillä viimeksi mainittuun kuu luvassa rumpukuorinnassa ohuen ensiharven nuspuun hävikki nousee pölkkyjen pirstoutu misen ja pensselöitymisen seurauksena usein suureksi, puhtausvaatimuksesta ja laitteistos ta riippuen (Niemeläinen 1992). Tässä tutki muksessa hakkuupoistuman kuorettoman run kopuun kuivamassasta saatiin kuorettomana selluhakkeena talteen 87 %. Hävikki koostui alle 7 cm:n latvapuun muodostamasta metsä tähteestä (10 %) ja ketjukarsinta-kuorinta haketuskoneen prosessitähteestä (4 %). 3. Kuorinta-ja haketustekniikka ratkaisevat hak keen palakokojakauman ja kuoripitoisuuden, jotka ovat tärkeitä selluhakkeen ominaisuuk sia. Palakoon osalta saavutettiin asetettu vaa timus niukasti, kun purun ja neulahakkeen osuudet pyrkivät hakkurin terien riittämättö mästä säätövarasta johtuen nousemaan suu riksi. Kuoripitoisuuden osalta ei saavutettu asetettua 1 %:n rajaa. Erityisesti talvella oli vaikeuksia, mutta kuorintatuloksen paranta minen lienee mahdollista koneen syöttöön ja säätöihin liittyvin keinoin. 4. Koijuujäijestelmän kokonaisuus määräytyy ketjukarsinta-kuorinta-haketuskoneen asema paikasta riippuen. Välivarastolla toimittaes sa kuljetus tehtaalle tapahtuu hakkeena, jol loin auton kuormakapasiteetti voidaan hyö dyntää tehokkaasti. Ongelmana kuitenkin on, että välivarastohaketus asettaa tiukat vaati mukset leimikon vähimmäiskoolle, varaston tilajäijestelyille, metsätiestön kantavuudelle sekä hakkeen tuotannon ja autokuljetuksen saumattomalle yhteensovittamiselle kuuman koijuuketjun puitteissa. Jos työskentely sen sijaan keskitetään puu tavaraterminaalille, menetelmän sovellusalue laajenee pienempiinkin leimikoihin, eivätkä varastopaikkojen ahtaus ja tieverkosto muo dostu enää yhtä vakaviksi rajoitteiksi. Termi naalivaihtoehto myös vaimentaa kuuman kul jetusketjun organisatorisia ongelmia, kohen taa ketjukarsinta-kuorinta-haketuskoneen käyttöastetta, helpottaa huoltoa ja laaduntark kailua sekä edistää lähinnä oksista ja kuores ta koostuvan prosessitähteen energiakäyttöä. Häiriöttömän toiminnan takaamiseksi, kus tannusten alentamiseksi sekä leimikkovali koiman kartuttamiseksi huomattava osa raa ka-aineesta kannattaneekin käsitellä terminaa lilla. Haittapuolena on kuitenkin autojen kuor makapasiteetin vajaakäyttö, kun hakkeen si jasta kuljetetaan karsimatonta osapuuta. 5. Terminaalilla työskenneltäessä ketjukarsin ta-kuorinta-haketuskoneen tuotos oli 64—117 i-m3 eli 10,1-18,5 t kuivamassaa tehotunnis sa. Samalla syntyi 2,4-4,3 kuivatonnia polt toainekäyttöön kelvollista prosessitähdettä. Jos tehotyön ja siihen liittyvän aputyön osuus on 75 % työmaa-ajasta, koneen kuljettajan tuottavuus on 400-700 i-m 3 eli 60-110 kui vatonnia haketta työvuoroa kohti. 6. Piiskauksessa käytettävien teräsketjujen kus tannus on huomattavan korkea, tämän tutki muksen mukaan 1,48 mk/i-m 3 eli 9,12 mk/t kuivamassaa. Kustannusta tulee alentaa ket juja kehittämällä ja niitten käytön suunnitte lua tehostamalla. 7. Tähän julkaisuun ei liitetty varsinaisia kus tannuslaskelmia, koska ne sisältyvät Metsä tehon rinnakkaiseen tutkimukseen. Enso-Gut zeit Oy:n kokemukset kuitenkin osoittavat, että ketjukarsintamenetelmä alentaa ensihar vennusmännyn hankintakustannuksia tavara lajimenetelmään verrattuna 15-20 mk/m 3 eli 55-75 mk/t kuivamassaa. 8. Metsästä korjatun kuorellisen runkopuun ti lavuus on johdettavissa luovutus- ja työmit taa varten muuntoluvulla hakemitasta. Ennen autokuljetusta todettu kuorettoman hakkeen irtotilavuusmitta voidaan tämän tutkimuksen mukaan muuntaa runkopuun kuorelliseksi 28 Hakkila, P. & Kalaja, H. kiintotilavuudeksi kertoimella 0,496 ja kuo rettoman hakkeen kuivamassa tonneista kuo relliseksi kiintotilavuudeksi vastaavasti ker toimella 3,13. Aineiston riittämättömyyden vuoksi tarvitaan kuitenkin perusteellisempi selvitys, jos tällaiset muuntoluvut halutaan pysyvästi käyttöön puutavaran mittauksessa. 9. Toimintamalli, jossa otetaan talteen vain 7 cm:n läpimitan täyttävä runkopuu, jättää ai nakin puolet hakkuupoistuman latvusmassas ta tähteeksi metsään. Näin menetellen met sämaan ravinnetappiot eivät voi olla käytän nössä läheskään yhtä vakavia kuin sellaisissa järjestetyissä tieteellisissä kenttäkokeissa, joissa harvennusmänniköstä on poistettu kaik ki hakkuutähde ja sen seurauksena aiheutettu eri tutkimuksissa 0-10 %:n tuotostappioita jäljellejääneen puuston kasvussa (Andersson 1984, Kukkola & Mälkönen 1985,1992, Hak kila 1989). 10. Ketju-karsinta-haketustekniikka on Suomes sa ja koko Euroopassa uutta, ja mahdollisuu det sen kehittämiseen ovat suuret. Kun mene telmäkehittely jatkuu, erityisesti seuraaviin seikkoihin tulee kiinnittää huomiota: karsin ta-kuorinta-haketuskäsittelyssä syntyvän pro sessitähteen hyödyntäminen energiakäytös sä, korjuujärjestelmän organisatorinen kehit täminen, menetelmän mukauttaminen yksi tyismetsien pieniin leimikoihin ja männyn lisäksi myös muille puulajeille, kuorintatu loksen parantaminen, piiskausketjujen kus tannusten alentaminen. Kirjallisuus - References Alt, B. C. 1991. Maintaining chain flail delimber-de barker chain. APA Technical Release 91-R-56. 2 s. Andersson, F. 1984. Logging residue is good for forest. Julkaisussa: Andersson, B. & Falk, S. (toim.). Forest energy in Sweden. Swedish University of Agricultu ral Sciences, s. 98-99. Baughman, R., Ringlee, D. & Schmidt, P. 1989. Flail development - one company's experience. Kirjassa: Hudson, J. B. & Twaddle, A. (toim.). lEA/BA Task VI Activity 2: Integrated Harvesting Systems Work shop, New Orleans. lEA report. Aberdeen University Forestry Research Paper 3: 69-73. Berlyn, R. W. 1990. Trial of a double-drum flail delimber/ debarker processing small-diameter frozen timber: phase 11. Feric Special Report SR 68. 26 s. Carte, I. C. 1991. In-woods chain flail delimbing/debark ing and its effect on debarking chain wear. A thesis submitted to the Faculty of Missisippi State Univer sity. 49 s. Cossens, P. 1989. Chain flail delimbing experiences in New Zealand. Kirjassa: Hudson, J. B. & Twaddle, A. (toim.). lEA/BA Task VI Activity 2: Integrated Har vesting Systems Workshop, New Orleans, lEA re port. Aberdeen University Forestry Research Paper 3: 74-87. Edman, T. 1989. Small stem thinning in the Pacific north west with barking and chipping in the woods. Kirjas sa: Stokes, B. J. (toim.). International Energy Agency Bioenergy Agreement, Activity 3 - Harvesting small trees and forest residues. Proceedings from an inter national symposium: 126-130. Evaluation of a Peterson Pacific delimber/debarker/chip per (DDC 5000) processing small diameter timber in Central Newfounland. 1990. Department of Forestry and Agriculture. Forest Products and Development Division, Newfoundland, Canada. Report 56.13 s. Favreau, J. 1992. Peterson-Pacific DDC 5000 delimber debarker-chipper: New observations. Feric Field Note: Processing-29. 3 s. Gingras, J. F. 1989 a. A review of chain flail applications in eastern Canada. ASAE International Winter Meet ing, New Orleans, Lousiana. 5 s. — 1989b. Flail delimber-debarkers: an interesting alter native to conventional systems. Kirjassa: Hudson, J. B. & Twaddle, A. (toim.). lEA/BA Task VI Activity 2: Integrated Harvesting Systems Workshop, New Orleans. lEA Report. Aberdeen University Forestry Research Paper 3: 62-68. Grace, L. A., Yu, J. G. & Stuart, W. B. 1989. An evalu ation of a Peterson chain flail delimber/debarker at a remote chip yard. Kirjassa: Hudson, J. B. & Twad dle, A. (toim.): lEA/BA Task VI Activity 2: Inte grated Harvesting Systems Workshop, New Orleans, lEA report. Aberdeen University Forestry Research Paper 3: 112-151. Hakkila, P. 1979. Wood density survey and dry weight tables for pine, spruce and birch stems in Finland. Communicationes Instituti Forestalls Fenniae 96(3). 56 s. — 1984. Forest chips as fuel for heating plants in Fin land. Folia Forestalia 586. 62 s. — 1989. Utilization of residual forest biomass. Sprin ger-Verlag, Heidelberg. 568 s. — 1991. Hakkuupoistuman latvusmassa. Folia Foresta lia 773. 24 s. — 1992 (toim.). Metsäenergia. Metsäntutkimuslaitok sen tiedonantoja 422. 51 s. Harder, N. & Stade, Y. 1979. Chip specifications for various pulping processes. Teoksessa: Hatton, J.V. (toim.). Pulp and paper technology series. Joint Text book Committee of Paper Industry, s. 273-301. Harvennushakkuiden taloudellinen merkitys ja toteutta- Folia Forestalia 803 29 misvaihtoehdot. 1992. Maa- ja metsätalousministe riö. 121 s. Imponen, V., Hämäläinen, J. & Örn, J. 1992. Hakkuun koneellistamisen taloudelliset ja organisatoriset vai kutukset. Summary: The economic and organizato rial effects of mechanization of cutting. Metsätehon Tiedotus 407. 21 s. Jonsson, T. 1989. Flail delimbing and chip upgrading. Kirjassa: Hudson, J. B. & Twaddle, A. (toim.): lEA/ BA Task VI Activity 2: Integrated Harvesting Sys tems Workshop, New Orleans, lEA report. Aberdeen University Forestry Research Paper 3: 88-98. Kanninen, K., Uusvaara, O. & Valonen, P. 1979. Koko puuraaka-aineen mittaus ja ominaisuudet. Summary: Measuring and properties of whole-tree raw material. Folia Forestalia 403. 48 s. Kuitto, P-J. & Rieppo, K. 1992. Kuoreton metsähakeme netelmä ensiharvennuspuun hankinnassa. Metsäteho, projekti A 2: 1027/1992. Tiivistelmä perusselvityk sen tuloksista. 19 s. Kukkola, M. & Mälkönen, E. 1985. Consequences of whole-tree harvesting in young coniferous stands. lUFRO Conference on Thinning, Moscow-Riga. 8 s. — & Mälkönen, E. 1992. Hakkuutähteiden merkitys harvennusmetsikön kasvulle. Moniste. 11 s. Niemeläinen, P. 1992. Mäntyrunkopuun raaka-ainetase ketjukarsintamenetelmässä. Joesuun yliopisto, met sätieteellinen tiedekunta. 40 s. Perrier, J. C. 1990. A study of chip quality from the Peterson Pacific DDC 5000. School of Forestry, Lakehead University. 71 s. Raymond, K. A. & Franklin, G. S. 1990 a. Chain flail delimber-debarkers: is your bark worse than their bite? Canadian Pulp and Paper Association, Wood lands Section, 71st Annual Meeting: E 101-E 105. — & Franklin, G. S. 1990b. Malenfont prototype chain flail delimber-debarker: productivity and chain wear. Feric Field Note: Processing 22. 2 s. — & Franklin, G. S. 1990 c. Chain flail delimber-debar kers in eastern Canada: a preliminary assessment. Feric Technical Note TN-153. 8 s. Sauder, E. A. & Sinclair, A. W. J. 1989. Trial of a double drum flail delimber/debarker processing small-di ameter frozen timber: phase I. Feric Special Report SR-59. 34 s. Seppänen, V., Ahonen, M. & Nikala, L. 1992. Kokopuu hakkeen puhdistus Massahake-menetelmällä. Kokeet jatkuvatoimisella koelaitteistolla. VTT Tiedotteita 1408. 38 s. Siren, M. (toim.) 1991. Flerträdsteknik och skonsamma maskiner i förstagallring. Folia Forestalia 772.104 s. Stephenson, E. H. 1989. A historical perspective and review of current technology. Kirjassa: Stokes, B. J. (toim.). International Energy Agency Bioenergy Agreement, Activity 3 - Harvesting small trees and forest residues. Proceedings from an international symposium: 162-169. Stokes, B. J. & Watson, W. F. 1989. Field evaluation of in-woods flails in the southern United States. Kirjas sa: Hudson, J. B. & Twaddle, A. (toim.). lEA/BA Task VI Activity 2: Integrated Harvesting Systems Workshop, New Orleans, lEA report. Aberdeen Uni versity Forestry Research Paper 3: 99-111. Twaddle, A. A., Stokes, B. J. & Watson, W. F. 1989. Chain flail prosessing: a new look at an old idea. LIRA. Technical Release 11:2. 8 s. Watson, W. F. 1992. Flail processing update. Teoksessa: Hudson, J.B. (toim.). lEA/BA Task IX/Activity 2. Integrated harvesting systems workshop, Eastern Fin land. Aberdeen University, Forestry Research Paper 4: 5-11. — & Twaddle, A. A. 1990 a. An international review of chain flail delimbing-debarking. LEA report. Aber deen University, Forestry Research Paper 3. 28 s. — & Twaddle, A. A. 1990b. Quality of chips produced with chain flails and in-woods chippers. Kiijassa: Proceedings of the 1990 Tappi Pulping Conference: Toronto, Ontario: 855-860. — , Twaddle, A. A. & Stokes, B. J. 1991 a. Pulp chip quality from in-woods chippers coupled with chain flail delimbers-debarkers: does it match conventional woodyard quality? LIRA. Technical Release 13:2. 8 s. — ,Twaddle, A. A. & Stokes, B. J. 1991b. Quality of chips produced with chain flails and woodland chip pers. Tappi Journal 74(2): 141-145. Wood Supply Research Group. 1991. Harvesting trial IHI, May 29-30, 1991. Preliminary assessment of chain flail delimbing. University of Aberdeen. Mimeo graph. 5 s. Ylä-Hemmilä, V. 1980. Szepaniakin esikarsintalaitteella varustettu hakkuri. Metsätehon katsaus 8/1980. 4 s. Total of 43 references 30 Hakkila, P. & Kalaja, H. Summary Flail delimbing in the first commercial thinning of Scots pine The Finnish forest management system is based on repeated thinnings from below. Due to the low productivity of human labor and the high cost of harvesting, the first commercial thinning at the age of 25-35 years is becoming the critical link in this traditional practice. If the early thinning cuttings are neglected, the silvicultural basis of Finnish forestry breaks. Therefore, the question is not whether the early commercial thinnings should still be carried out in the future or not. The question is rather how to perform them in the most efficient way. Efficiency must then be understood in its broad sense. It does not refer only to high productivity and a reasonable cost level. In addition, it also means efficient recovery of biomass, good quality products, and ecologically sound and timely operations. Flail delimbing-debarking offers a new harvesting alternative for the integrated recovery of clean chips for pulping and residual biomass for energy, based on the principle of whole-tree utilization. Over the past few years, this technique has been adapted widely in the USA and Canada for recovering small-sized timber for sulfate pulping, but in Europe its applicability has not yet been proven. Pertti Szepaniak Oy, a wood procurement enterprise specialized in the production and transport of chips, and Enso Gutzeit Oy, one of the largest forest industry enterprises in Europe, were the first to introduce flail delimbing-debarking-chipping technology in Finland (Fig. 1). During 1991 and 1992, the Finnish Forest Research Institute and Metsäteho participated in the development project and carried out a holistic evaluation of the suitability and prospects of the system in the operating environment under consideration. The present paper reports on the results of FFRI. The project benefited greatly from Activity 2 (Integrated Harvesting Systems) in Tasks VI and IX of the International Energy Agency (lEA) Agreement on Bioenergy Research and Development. The authors want to extend their special thanks to Professor W.F. Watson of the Mississippi State University, for his invaluable contribution to the project. In the North American system, the hauling of whole trees to the landing site by skidder and processing by the flail delimber-debarker-chipper are carried out simultaneously. In the Finnish system, on the other hand, off-road haulage and processing are separated from each other to alleviate the pressures of the hot harvesting schedule. Trees are felled by a chainsaw operator using the so-called felling-piling method. Haulage is carried out by a conventional forwarder equipped with a grapple saw, which is used for bucking the undelimbed trees into 5 m sections in conjunction with loading (Fig. 4). At the same time, the driver tops the trees at a diameter of 5-7 cm to reduce the loss of nutrients from the forest soil. To help the feeding of 5 m tree sections into the flail, the processor is equipped with a feeding table. The processing takes place at the forest landing or at a central terminal. If the terminal option is used, the on-road transport of raw material is carried out in the form of undelimbed tree sections (Fig. 2). At the present, the use of the system is limited to the first commercial thinning of Scots pine (Pinus sylvestris). The average stem volume of the trees removed is 0.05- 0.07 m3 and the relative amount of live crown mass 20- 30 % (Table 1) compared to the stem mass. The yield of stemwood is typically 40-45 m 3 /ha, including bark. The most important findings of the study are summarized below. 1. The system studied showed good possibilities for solving the problem of the early thinning of Scots pine stands. Since there was no demand for fuelwood, and to reduce the loss of nutrients from the site, the trees were topped on site at 5 or 7 cm (Fig. 3). Of the above-ground biomass of 10-12 cm thick pine trees, 19 % was then left in the forest as logging residue and 18 % as processing residue at the terminal (Figs. 5- 7). The recovery of pulp chips was thus 63 % of the biomass of the logging removal (Fig. 11). 2. In the traditional harvesting system the breakage of thin bolts results in excessive wood loss in drum debarking. In the present study, stemwood recovery was unusually high as compared to the prevailing situation. Topping caused a loss of 10 % of the stemwood in the forest (Table 2), and processing at the terminal increased the loss by a further 3 or 4 % (Table 3). Consequently, 87 % of the stemwood of the logging removal was recovered in the form of clean chips (Fig. 12). The larger the trees, the lower was the loss of stemwood (Fig. 8). 3. Although the proportion of fines and pins tended to be high, the chips generally met the particle size requirement (minimum 80 % accepts) of the Finnish sulfate pulp mills. However, in the case of frozen wood and under-sized trees, the proportion of pins and fines (Tables 4 and 5, Fig. 9) and especially that of bark (Table 6, Fig. 10) was unacceptable. Therefore, the quality of the chips needs to be refined further. 31 Folia Forestalia 803 4. The organization of the harvesting system is determined by the location of the delimbing debarking-chipping processor. If processing takes place at a forest landing, rather strict requirements are set for the minimum size of a harvesting operation, the area of the landing site, the bearability of the forest roads, and the coordination and timing of the processor and trucks. These drawbacks constrain the application of the method in Finland, where the area of a private forest holding is typically only 40 ha. On the other hand, if the processor works at a central terminal, smaller logging sites can be accepted, the operation becomes less vulnerable to disturbances, the technical and operational availability of the processor increases, the quality control of chips improves, and the recovery of processing residue for energy becomes easier. Therefore, it seems to be more efficient to perform a considerable part of the processing at terminals. However, the transport of tree-sections from the forest landing to a terminal is more expensive per kilometer than transport of chips from the forest landing to a mill. 5. The productivity of the processor at a terminal with three different drivers was 64—117lo m3 or 10.1- 18.5 t of dry mass per productive hour (Table 7). In addition, 2.4-4.3 dry tonnes of residual biomass was produced. Although all the drivers were experienced and capable, the differences in productivity were great. 6. Five different chain types were studied in the flail. The average life time of the best (IB 20 NB of OFA Oy Ab) was roughly equivalent to the production of 250-300 dry tonnes of pulp chips (Table 8). The cost of chains was then 1.48 FIM/m 3 loose or 9,12 FIM/ tonne of dry mass produced. Keeping the expenditure on chains down is important for the cost competitiveness of the method (Figs. 13 and 14). 7. Since a simultaneous study by Metsäteho will report separately on the cost of the product, the present study does not include an economic evaluation. However, the experience of Enso Gutzeit Oy shows a cost reduction of 15-20 FIM/m 3 solid or 55-75 FIM/ t of dry mass, as compared to the conventional operations. 8. A loose volume of clean pulp chips can be converted into a solid volume of unbarked stemwood in a landing pile by multiplying it by a conversion factor of 0.496. Correspondingly, a dry mass of pulp chips can be converted into a solid volume of unbarked stemwood in a landing pile by multiplying it by a conversion factor of 3.13. 9. Several Finnish and Swedish experiments have shown a 0-10 % growth reduction after complete recovery of crown mass in the first thinning of Scots pine. When trees are topped in the forest at a diameter of 7 cm, at least half of the crown mass of the logging removal is left at the site. Supposedly, compared to complete removal of crown mass, the growth loss is reduced accordingly. 10. Harvesting techniques based on the use of the flail delimbing-debarking-chipping principle still have a great development potential, especially in Europe where it was introduced only recently. For Finnish conditions, particular attention must be paid to the following aspects: better technical adaption of the method for small forest holdings, organizational improvement of the system, salvage of the processing residue for energy, improving the efficiency of debarking and reducing the chain cost. METSÄNTUTKIMUSLAITOS — THE FINNISH FOREST RESEARCH INSTITUTE Metsäntutkimuslaitos — The Finnish Forest Research Institute Unioninkatu 40 A, SF-00170 Helsinki, Finland tel. +358-0-857 051, fax +358-0-625 308, telex 121298 metla sf Ylij ohtaj a — Director General Elj as Pohtila Hallintojohtaja — Administrative Director Tero Oksa Tiedotuspäällikkö — Head of Information Maija Ruutu Metsäekologian tutkimusosasto — Department of Forest Ecology Tutkimusjohtaja — Research Director Eero Paavilainen Metsänkasvatuksen tutkimusosasto — Department of Forest Production Tutkimusjohtaja — Research Director Jari Parviainen Metsien käytön tutkimusosasto — Department of Forest Resources Tutkimusjohtaja — Research Director Risto Seppälä (Aarne Reunala) Tutkimusasemat — Research Stations Joensuu Parkano Kannus Punkahaiju Kolari Rovaniemi Muhos Suonenjoki 1993 Folia Forestalia No 793 Lähde, Erkki: Luontaisen kuusivaltaisen taimikon kehitys lehtomaisella kankaalla. Development of Picea ab/es-dominated naturally established sapling stand. No 794 Rikala, Risto: Taimitarhalannoituksen vaikutus männyntaimien jälkikas vuun ja istutuksen jälkeiseen menestymiseen. Effect of nursery fertilization on incidence of summer shoots and field performance of Scots pine seedlings. No 795 Petäjistö, Leena & Selby, J. Ashley: Piensahojen kehittämisedellytykset. Small sawmill development possibilities. No 796 Gustavsen, Hans Gustav: Vähäpuustoisten männiköiden ja kuusikoiden kehitys. Development of understocked pine and spruce stands. No 797 Saarsalmi, Anna, Palmgren, Kristina & Levula Teuvo: Harmaalepän ja rauduskoivun biomassan tuotos ja ravinteiden käyttö energiapuuviljelmällä. Biomass production and nutrient consumption of Alnus incana and Betula pendula in energy forestry. No 798 Ollonqvist, Pekka & Kajanus, Miika: Metsänomistajan taloudellisten tavoitteiden merkitys metsänuudistamistavan valinnassa. Significance of private forest owners' economic goals in the forest stand regeneration decision. No 799 Penttinen, Markku: Tulos- ja kustannuslaskentamallien soveltuvuus yhteismetsätalouteen. Applicability of profit and cost accounting models to jointly-owned forests. No 800 Pesonen, Mauno & Hirvelä, Hannu: Liiketaloudelliset harvennusmallit Etelä-Suomessa. Thinning models based on profitability calculations for southern Finland. No 801 Mäkinen, Harri & Uusvaara, Olli: Lannoituksen vaikutus männyn oksik kuuteen ja puuaineen laatuun. Effect of fertilization on the branchiness and the wood quality of Scots pine. No 802 Pesonen, Mauno, Jämsä, Jari & Hirvelä, Hannu: Harvennushakkuiden edullisuusvertailu metsälötasolla. Profitability comparisons of thinnings at the forest holding level. No 803 Hakkila, Pentti & Kalaja Hannu: Ketjukarsinta ensiharvennusmännikön korjuuratkaisuna. Flail delimbing in the first commercial thinning of Scots pine. Kansi: Jarmo Koivunen ISBN 951-40-1288-7 ISSN 0015-5543