Transcript Materialflödet av skoMgsråvaran i Sverige

Umeå Universitet
Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik
2012-05-30
BESTÄLLARE: MAGNUS MARKLUND, ETC PITEÅ
Materialflödet av
skogsråvaran i Sverige
2009
Fredrik Anderholdt Helgesson ([email protected])
Gustav Häggström ([email protected])
Klara Leffler ([email protected])
Handledare:
Jonathan Fagerström, ETPC, Umeå Universitet
Magnus Matisons, Biofuel Region
Dimitris Athanassiadis, SLU
I denna rapport beskrivs användningen av skogen i Sverige, samt hur delflödena ser ut mellan
olika skogsindustrier. Syftet med projektet var att sammanställa den tillgängliga statistiken och
presentera den på ett inbördes jämförbart sätt. Detta har gjorts genom att räkna om biomassa
från volymer och produktionssiffror till massa i torrsubstans. Siffrorna har sedan sammanställts
i ett flödesdiagram, där de viktigaste delflödena finns representerade.
Förord
Detta projekt är gjort av en grupp studenter från Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik vid
Umeå Universitet, som ett delmoment i kursen Introduktion till ingenjörsarbete. Projektet
genomfördes på uppdrag av Energitekniskt Centrum (ETC) i Piteå.
Förutom ETC:s intresse för projektet, ligger det i vårt intresse som blivande energitekniker att
undersöka den svenska skogens potential. Efterfrågan av biobränslen kommer successivt att öka
i och med att oljeresurserna sinar. Detta gör skogen till en otroligt viktig resurs och ökar
betydelsen för att kartlägga skogens användningsområden och potential. Som framtida
energitekniker är biobränslebranschen dessutom en stor del av vår utbildning.
Projektgruppen vill rikta ett stort tack till handledarna Magnus Matisons och Dimitri
Athanassiadis på SLU samt Magnus Marklund på ETC och Jonathan Fagerström på Umeå
Universitet, för deras engagemang och svar på frågor som uppkommit under projektets gång.
1
Innehållsförteckning
1. Inledning ...........................................................................................................................................................................3
2. Beräkningar och antaganden ...................................................................................................................................4
2.1 Avverkning ...............................................................................................................................................................4
2.2 Skogsindustriernas virkesförbrukning.........................................................................................................6
2.2.1 Pelletsindustrin ..............................................................................................................................................7
2.2.2 Massaindustrin ...............................................................................................................................................7
3. Diskussion och slutsats ...............................................................................................................................................9
5. Referenser ..................................................................................................................................................................... 10
6. Bilaga ............................................................................................................................................................................... 11
2
1. Inledning
Syftet med projektet är att skapa en överblick över hur den svenska skogen används och vilken
ytterligare potential som skogen besitter. Detta genom att skapa ett flödesdiagram som
beskriver skogsråvarans väg från skogen till industrin, uppdelat på alla skogens beståndsdelar
(se bilaga). Diagrammet ska ge en lättförståelig bild av hur skogen används och alla delflöden
ska enhetligt anges i ton torrsubstans. Det färdiga flödesdiagrammet ska användas som underlag
till en uppdatering av ett befintligt flödesdiagram ”Today’s use of forest feedstock in Sweden”,
som ETC använder i sitt presentationsmaterial.
Traditionsenligt använder sig skogsbruket av mätning i volymsmått, där skogsnäringens
huvudsakliga intresse för skogen ligger i stamved under bark. I Sverige mäts skogsförråden
oftast i kubikmeter skog inklusive stam och bark. Vanligaste handelsmåttet för uttaget virke är
kubikmeter fast volym under bark. Därtill använder sig industrin av volym-, vikt- eller
energimått för slutprodukterna. Alla dessa måttenheter skapar problem eftersom avsaknaden av
enlighet bidrar till otydlighet. De olika måttenheterna som används i denna rapport, med namn
och förkortning, redovisas i tabell 1.
Tabell 1. Använda enheter i rapporten med dess förkortningar.
Enhet
Förkortning
fast volym
m3 f
fast volym under bark
m3 fub
fast volym på bark
m3 fpb
skoglig volym
m3 sk
vikt torrsubstans
ton TS
wattimmar
Wh
Vid bestämmande av vilken måttenhet som är lämplig att använda måste man ta hänsyn till
andelen fukt och luft i ett virkeslass. Den stora spridningen av hur mycket luft som finns i lasset
gör att volymmått inte är att föredra. För att tydligt ange mängden torrt material som återstår
efter fullständig torkning av materialet, det vill säga den användbara delen av materialet,
används enheten ton torrsubstans. För att genomgående ha tydlighet i detta diagram anges alla
delflöden i ton torrsubstans.
För att presentera flödena på ett rimligt sätt, är det viktigt att begränsa arbetet till ett och
samma år. I detta arbete har statistik från år 2009 använts.
En tidig tanke med projektet var att inkludera potentialen för förgasning av hyggesrester. Då tid
och kunskap inte fanns inom området, inkluderades inte denna del i projektet. Däremot gjordes
en mindre analys av källor till denna potential. Två bra källor för fortsatt undersökning av
potentialen för förgasning är ”Marginalkostnader för skörd av GROT och stubbar från
föryngringsavverkningar i Sverige” [7], samt ” Skogliga konsekvensanalyser 2008” [8].
3
2. Beräkningar och antaganden
Genom handledning från Magnus Matisons och Dimitris Athanassiadis från SLU i Umeå, har
ramar för projektet satts upp. Det krävs att detta diagram är mer ingående än det slutgiltiga, som
ETC skapar tillsammans med en grafiker, för att minska risken för att viktiga delflöden faller
bort. Projektet är till största del baserat på statistik från Skogsnäringens IT-företag (SDC) [1] och
Skogsstyrelsen [2].
Projektets upplägg är grundat på flödesdiagrammet i underlagsrapporten ”Biomassaflöden i
svensk skogsnäring 2004” [3] till ETC:s tidigare diagram. Detta innebär att utgångspunkten låg i
avverkningen, och att flöden hos varje industri sedan analyserats. Under projektets gång har det
framkommit att det finns luckor i statistiken. Siffror på andelen avverkad GROT och stubb, samt
vilka vedmängder från pappersmassaindustrin som går till tillverkning av biobränsle och
svartlut saknades i de använda källorna. Lösningen på detta problem blev att applicera
beräkningsmetoden som använts i [3] för det ursprungliga flödesdiagrammet hos ETC.
Beräkningar för delflöden presenteras i rapportens kommande avsnitt.
2.1 Avverkning
Värdena i ton TS i tabell 2, 3 och 4 är baserade på dels volymsmått från [1], beräknade värden ur
tabellerna för virkesförbrukning och massaindustrin samt beräkningar utifrån uppskattade
värden på fukthalter och värmevärden för GROT och stubbar.
Tabell 2. Total avverkning av rundved.
Avverkning
Totalt
Brännved
Sågved
Massaved
Export
Mm3 fub
72,0
6,20
33,1
29,0
1,30
Mm3
fpb
82,0
7,07
35,9
33,1
1,48
Mton TS
33,1
2,85
14,8
13,3
0,598
Värden för totala avverkningen, brännveden och exporten är tagna ur [1]. De var givna i m3 fub
och omberäknades till m3 fpb enligt schablontal från [2] där 1 m3 fub = 1,14 m3 fpb. Detta
gjordes eftersom alla delflöden i detta skede fortfarande innerhåller bark. Därefter har värdena
omvandlats till enheten ton TS genom att multiplicera m3 fpb med torr-rådensiteten för
materialen. Nilsson har i [3] presenterat en medeltorr-rådensitet för all skogsavverkning i
Sverige som baserats på träslagens densiteter och fukthalter. De torr-rådensiteterna som
använts i beräkningarna är 0,413 kg/ton m3 för fast rundvirke och 0,333 kg/ton m3 för fast bark.
Sågveden och massavedens värden kommer från tabellerna 5 respektive 7.
Enligt [3] fördelar sig trädets delar torrviktsmässigt som 51 % stamved under bark, 6 % bark,
22 % grenar och barr samt 20 % stubbe och rötter, samt att toppen utgör 5 % av hela stammen.
Med detta som utgångspunkt har massan grenar och toppar samt stubbar beräknats ur
avverkningsstatistiken. Resultatet presenteras i tabell 3.
4
Tabell 3. Producerade trädrester i form av toppar, grenar och stubbar.
Trädrester
Toppar
Grenar
Stubbar
1,74
13,4
12,2
Mton TS
Värdena i tabell 3 är den beräknade produktionen av trädrester. All denna produktion tas dock
inte till vara. Själva uttaget är enbart en liten mängd av produktionen. Tillsammans med
mängden kvarlämnade träd, presenteras GROT- och stubbuttagen i tabell 4.
Tabell 4. Värden för GROT- och stubbuttag samt andelen kvarlämnade träd efter skogsavverkning.
Avverkning
GWh
GROT-uttag
Stubbuttag
Kvarlämnade träd
9900
750
-
-
-
1,9
2,02
0,153
0,728
Mm3 sk
Mton TS
Uttaget av GROT ges i [2] till 2500 GWh. Värden på GROT:ens fukthalt och värmevärde har
utifrån [4] antagits till 45 % respektive 2,7 MWh/råton. En omberäkning till ton TS har sedan
gjorts enligt följande ekvation
𝑡𝑜𝑟𝑟𝑣𝑖𝑘𝑡 =
𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑚ä𝑛𝑔𝑑
∙ 𝑡𝑜𝑟𝑟ℎ𝑎𝑙𝑡 .
𝑣ä𝑟𝑚𝑒𝑣ä𝑟𝑑𝑒
Det årliga stubbuttaget är minimalt och har uppskattats till mellan 500 och 1000 GWh av
Dimitris Athanassiadis på SLU. Antagandet om att stubbar tillhör kategorin övriga trädelar med
0 % fukthalt enligt [2] har sedan gjorts, vilket ger en åtgång på 4,9 MWh per ton TS.
För att beräkna massan kvarlämnade träd har de givna torr-rådensiteterna använts. Omräkning
från m3 sk till m3 fub och m3 fpb gjordes med schablontalen 0,84 respektive 0,95 ur [2].
5
2.2 Skogsindustriernas virkesförbrukning
I tabell 5 har värden för Sveriges virkesförbrukning samlats i fasta volymsmått och motsvarande
värden i ton TS. Alla värden i tabell 5 är baserade på [1] och omberäkningar från m3 f till ton TS
gjordes med de givna torr-rådensiteterna.
Tabell 5. Virkesförbrukning inom sågverks-, träskive- och massaindustrin.
Rundved ub
inhemsk
import
Flis
inhemsk såld/köpt
import
eget bränsle
sålt bränsle
övrigt
Sågspån
inhemsk såld/köpt
import
eget bränsle
sålt bränsle
övrigt
Övriga träfibrer
Bark
inhemsk
import
eget bränsle
sålt bränsle
övrigt
Rundved pb
inhemsk
import
Produktion
Sågverksindustrin
Mm3 f
Mton TS
33,4
13,8
33,1
13,7
0,288
0,119
Producerat
10,6
4,40
9,57
3,95
0,476
0,197
0,556
0,230
0,042
0,017
4,73
1,95
0,626
0,259
0,451
0,186
3,28
1,35
0,376
0,155
3,49
1,65
1,79
0,056
36,9
-
1,16
0,548
0,596
0,019
15,0
14,8
0,129
-
7,45
Träskiveindustrin
Massaindustrin
Mm3 f
Mton TS
Mm3 f
Mton TS
0,498
0,206
33,6
13,9
0,498
0,206
29,0
12,0
4,57
1,89
Förbrukat
0,205
0,085
10,1
4,16
0,205
0,085
9,24
3,82
0,836
0,345
0,621
0,256
0,196
0,081
0,621
0,256
0,078
0,032
0,118
0,049
0,002
0,001
0,070
0,023
1,53
1,32
0,208
0,070
0,023
1,53
0,568
0,229
15,4
0,568
0,229
13,3
2,09
-
0,548
-
10,3
Det finns statistik för sågverksindustrins virkesförbrukning och dess biprodukter (flis och spån).
Med dessa som grund har torrsubstanser räknats ut. Värdet för rundved på bark har beräknats
genom att addera rundved under bark och barkmängden. Fördelningen för inhemsk produktion
och import är densamma som för rundved under bark. Produktionen har beräknats genom att
dra ifrån biprodukter från den avbarkade rundveden.
I träskiveindustrin ingår plywood-, fiberskive- samt spånskiveindustrierna. Värden för bark
fanns inte presenterad i statistiken. Därför har rundveden på bark beräknats med schablontal
från rundvirkesförbrukningen utan bark. Andelen bark är given som differensen mellan dessa. I
produktionen används här rundved, flis och spån. Produktionsvärdet är summan av dessa.
Beräkningar och värden för massaindustrin beskrivs i avsnitt 2.2.2. Värdet för rundved på bark
är i tabell 5 summan av den avbarkade rundveden och barkmängden.
6
2.2.1 Pelletsindustrin
En stor del av produktionen av sågspån i sågverksindustrin går till produktionen av pellets för
eldning. Värdet för producerad mängd pellets i ton ges i [5] och dess fukthalt i [6]. Vikten
torrsubstans, som ges i tabell 6, motsvarar den producerade mängden multiplicerat med
torrhalten för pellets.
Tabell 6. Pelletsindustrins produktion i Sverige.
Pellets
Utgående
Fukthalt
Utgående
Mton
%
Mton TS
1,58
10
1,42
2.2.2 Massaindustrin
Statistik för massaindustrin presenteras med siffror för total vedtillförsel och produktion av
pappersmassa för varje process. För att beräkna hur stora de olika delflödena är inom denna
industri behövdes beräkningar göras med åtgångstal och barkvolymer. Åtgångstal är en siffra på
hur mycket ved som krävs för att producera en viss mängd massa i olika processer. Statistiken
för pappersmassa presenteras som ton lufttorkad massa, vilket innebär en fukthalt på 10 %,
enligt [6].
Tabell 7. Förbrukningen av råvaror inom massaindustrin, fördelat på svensk och importerad råvara.
Massaindustri
Rundvirke
Sågverksflis
Sågspån
Råvara Råvara med bark Råvara exkl. bark
Bark Biomassa
Mm3 fub
Mm3 fpb
Mton TS Mton TS
Mton TS
Sverige
29,0
33,1
12,0
1,32
13,3
Import
4,57
5,21
1,89
0,208
2,09
33,6
38,3
13,9
1,53
15,4
Sverige
9,24
3,82
Import
0,836
0,345
10,1
4,16
Sverige
0,078
0,032
Import
0,118
0,049
0,196
0,081
Med åtgångstalet kunde den ursprungliga mängden ved beräknas utifrån den producerade
massan. Eftersom den totala beräknade vedåtgången inte stämde med den verkliga statistiken,
korrigerades värdena så att de procentuellt fördelas lika i de olika processena. Vikten
torrsubstans beräknades på samma sätt som tidigare, det vill säga med torr-rådensiteten.
Mängden bark antogs vara 12 % på hel stam [2. bilaga 1, appendix 1].
7
Tabell 8. Delflöden inom massaindustrin.
Metod
Mekanisk
Halvkemisk
Sulfat
Sulfit
Producerad massa Åtgångstal
m3 fub/ton
Mton
Mton TS
massa
3,31
2,98
2,4
0,271
0,244
2,3
7,30
6,57
4,7
0,575
0,518
4,7
10,3
Ved- Korrigerad
åtgång vedåtgång
Mm3
fub
Mm3 fub
7,94
7,64
0,623
0,600
34,3
33,0
2,70
2,60
45,6
43,9
Ved
Mton
TS
3,16
0,248
13,6
1,07
18,1
Bark
Mton
TS
0,267
0,021
1,15
0,091
1,53
Fiberförluster
och lutar
Mton TS
0,178
0,004
7,07
0,557
7,81
För att beräkna barkmängden användes värden för hur mycket rundvirke som går in i systemet,
det vill säga inte spån eller flismängder. Andelarna för olika processer beräknades utifrån
vedåtgången. Barken används som bränsle i bruket. Lutar och fiberförluster beräknades genom
att dra bort vikten bark och producerad massa från vikten på ursprungsveden.
8
3. Diskussion och slutsats
Som tidigare nämnt är detta flödesdiagram en förenkling av alla delflöden inom skogsnäringen.
Eftersom diagrammet är till för att ge en överblick över flödena var det inte önskvärt med för
många delflöden då det skulle blivit svårt att presentera all data på ett förståeligt och
överskådligt sätt.
Projektets datainsamling begränsades till ett fåtal pålitliga källor och år 2009 valdes som
utgångsår, då det helt enkelt saknades data för det mer fördelaktiga året 2010. Anledningen till
att 2010 hade varit mer fördelaktigt är att det var ett år med en lång och kall vinter vilket gjorde
att uttaget ur skogen var förhållandevis högt. Den ekonomiska krisens påverkan på skogsbruket
hade dessutom avtagit år 2010. För att jämföra år 2009 med andra år, jämfördes avverkningen
med medeltalet för åren 2006-2010. Det gav att avverkningen år 2009 var ca 5 % lägre än
medelavverkningen.
I rapporten har olika beräkningar gjorts utifrån den tillgängliga statistiken och där det funnits
luckor har beräkningar behövts göras. Det medför att värdena ibland inte passar mot varandra,
beroende på om beräkningarna gjorts från förbruknings- eller produktionssiffrorna. Dessa
avvikelser är mycket små (någon tiondel Mton TS), men kan ge en viss förvirring om man snabbt
tittar på siffrorna. Ett exempel är sågverkens barkproduktion som det finns statistik på, denna
siffra stämmer inte överens med schablonomräkningen för bark. Det finns också inflöden till
olika lager som inte är lika stora som utflödet från samma lager. Även detta beror på att en siffra
kommer från produktionssidan och den andra från förbrukarsidan. Det finns dessutom inte
några siffror på lagrets förluster eller om det fortfarande finns råvaror kvar efter årets slut som
används senare i produktionen.
Metoderna, främst beräkningar till massaindustrin och torrviktsberäkningar, kommer bland
annat från den tidigare underlagsrapporten [3], och vi har bedömt metoden som rimlig och
trovärdig.
Diagrammet som detta projekt resulterat i motsvarar det diagram ur [3] som ETC:s diagram är
baserat på. Detta innebär bland annat att det innehåller fler delflöden än de som finns
representerade i ETC:s diagram, vilket också gör att det finns utrymme för ett lite mer detaljerat
diagram om det är önskvärt. Dessutom finns ett strukturerat excelblad bifogat till diagrammet
där alla siffror som använts finns med vilket förenklar en framtida framställning av ett
uppdaterat diagram. En av nackdelarna med diagrammet är att vid en eventuell uppdatering av
data i excelbladet så måste diagrammet förändras manuellt då de inte är länkade med varandra.
Det är mycket viktigt att poängtera att värdena för GROT och stubb som visas i
flödesdiagrammet är totala avverkade mängder. Diagrammet säger ingenting om hur stort det
möjliga uttaget är, varken tekniskt, ekonomiskt eller ekologiskt. GROT-uttaget har ökat på
senare år, men det är inte möjligt att ta reda på hela den totala mängden.
Vid jämförande med det förgående flödesdiagrammet i [3] kan man se att delflödena av
skogsråvara är relativt oförändrade sedan 2004. Däremot har GROT-uttaget ökat och
pelletsindustrin utvecklats till en betydande industri.
9
5. Referenser
[1] Skogsnäringens IT-företag (SDC). Virkesförbrukningsstatistik för 2006-2010. 2010.
[2] Skogsstyrelsen. Skogsstatistisk årsbok 2011. 2011.
[3] Pettersson, Magnus. GRenar Och Toppar - Nya möjligheter för skogsägare. 2007.
[4] Per Olov Nilsson, professor i emeritus i skogsbrukets energisystem. Biomassaflöden i
svensk skogsnäring 2004. 2004.
[5] Pelletsindustrins Riksförbund. Pelletsindustrins Riksförbund. [Online] [Citat: den 07 05
2012.] www.pelletsindustrin.org.
[6] Weyerhaeuser. Weyerhaeuser. [Online] [Citat: den 07 05 2012.]
http://www.weyerhaeuser.com/Businesses/CelluloseFibers/FAQ .
[7] Dimitris Athanassiadis, Ylva Melin, Anders Lundström, Tomas Nordfjell.
Marginalkostnader för skörd av GROT och stubbar från föryngringsavverkningar i Sverige. Umeå :
SLU, 2009.
[8] SLU, Skogsstyrelsen. Skogliga konsekvensanalyser 2008. 2008.
10
6. Bilaga
Värmeverk
12,2
12,1
0,153
2,02
15,2
13,2
2,85
0,728
13,3
14,8
61,2
0,598
[Mton TS]
11
12
Import: 0,394
[Mton TS]
13,3
Import: 2,09
0,206
14,8
Import: 0,129
15,4
15,0
4,24
0,341
0,256
3,69
16,0
0,023
0,08
0,197
0,186
1,16
0,548
0,032
0,469
7,63
3,82
4,40
1,95
1,24
0,017
0,230
0,155
0,019
0,596
7,09
Kemisk massa
0,548
Träskivor
1,42
Pellets
3,22
Mekanisk massa
1,35
Övrigt
0,191
7,45
Sågad vara
0,826
Värmeverk