Epsilon Archive for Student Projects

Abstract

A recommendation for stand treatment of lodgepole pine (Pinus contorta) is, in a scientific point of view, lacking when it comes to harvesting for biomass energy. Within the next decades it is expected that 280 000 hectares of lodgepole pine will have reached thinning age on the domains of Svenska Cellulosa Aktiebolaget (SCA). Due to this the interest has grown rapidly for studying the possibilities of harvesting biofuel assortments already in the first thinning.

In this study the distribution of the biomass within lodgepole pine trees has been studied and taken into account for estimating the proportions of harvested assortments when using different methods of thinning. The methods studied were conventional biofuel-harvesting (with delimbed branches gathered separately from the round wood) and thinning with cutting of round wood and long tops (incl. branches/needles). Two stands in Medelpad, Sweden were the objects for the thinning study and data acquisition.

The study shows that lodgepole pine is a suitable species if biomass energy is to be produced. There is a higher amount of biomass allocated to branches and needles compared to Pinus sylvestris. Lodgepole pine is also a typical pioneer with rapid growth in the youth and with sustainable high production, which contributes to the possibility of using it as a source for biofuel-harvesting. If harvesting of energy is supposed to be done as a complement to the thinning of conventional timber, the long top-harvesting method is the method that should be used. Many arguments support the method, for instance the available cutting technique and the economy.

Depending of the choice of bucking limits, the fuel-harvest of long tops varied between 4.2- 11.2 ton of DW per hectare in stands containing 160-300 m3sk when the 30 percent strength of thinning was applied. The amount of fuel is equivalent to 24-57 MWh per hectare. The long tops-thinning method resulted in that a small fraction of thin pulpwood fell into the fuel assortment. However, for each cubic metre thin pulpwood that was "sacrificed" as fuel, a total fuel quantity equivalent to three cubic metre of pulpwood was gained.

With an assumed price of 150 SEK per raw ton of wood fuel and 240 SEK per m3 (under bark) for the pulpwood, the economic calculation showed a positive outcome for the long tops-method. The net reached a peak for the bucking pattern of 7 cm (as diameter limit between round wood and long top) at the sum of 634 SEK per hectare (328 SEK per hectare for the conventional method). Corresponding figures for 9 cm bucking pattern was 114 and 119 SEK per hectare, respectively.

The stimulus from an economic point of view, to harvest biofuel assortments in thinning, might be quite moderate. However, as the demand seems to increase on the biofuel market, the price of biofuel should increase. To improve the long top method further, the vertical distribution in individual trees of stem- and branch biomass should be known. This could give a possibility to find the optimal diameter limit, depending on actual prices, between conventional timber/pulpwood and long top for every single tree. An algorithm could probably be made to be used in the computer of the harvester.

Beslutsstöd för beståndsbehandling av contortatall saknas i stor utsträckning när det gäller
skörd av biobränsle. Inom de närmsta årtiondena väntas 280 000 hektar contorta ha vuxit in i
gallringsmogen ålder på SCA:s marker, varför intresset nu vuxit för att studera möjligheterna
för skörd av energisortiment, s.k. bränsleskörd. Contortans inomträdsfördelning av biomassa
har undersökts i två bestånd i Medelpad och enkla biomassafunktioner har tagits fram.
Funktionerna har legat till grund för beräkning av bränsleskördens storlek vid två alternativa
gallringssätt, konventionell grotanpassad gallring samt gallring med uttag av både rundvirke
och långa okvistade toppar. I studien undersöktes även energiinnehållet i olika trädfraktioner
för att uppskatta energiskördens storlek uttryckt i MWh/ha.
Den andel av totalbiomassan som contortan allokerar till grenar och barr är större än för tall
vilket talar för att bränsleskörd kan ske redan vid första gallringstillfället. Studien visade
också att ett bränslesortiment kan skördas som ett komplement till konventionellt
gagnvirkesuttag i gallring. Om bränsleskörd skall bedrivas som ett komplement till uttag av
konventionellt gagnvirke är uttag av långa toppar den metod av de två jämförda som bör
tillämpas om både teknik och ekonomi beaktas. I studien var bränsleskörden vid uttag av
långa toppar (30% gallringsstyrka) mellan 4,2 och 11,2 ton TS/ha i bestånd med ett
virkesförråd på 160-300 m3sk. Skillnaden i bränsleskörd var starkt beroende av vilken
apteringsgräns för massaveden som valdes och därmed längden på den okvistade topp som
utgjorde bränslesortimentet. Bränsleuttaget motsvarar mellan 24 till 57 MWh/ha.
Studien visade även att topparnas vikt var förhållandevis konstant oavsett trädets
brösthöjdsdiameter vid en given apteringsgräns. Likaså uppgick längden på de skördade
topparna till mellan 3,0 och 7,1 meter (apteringsgräns 7 resp. 9 cm) vilket innebar att de var
fullt hanterbara med skotare.
Uttag av långa toppar medför att bränsleskörden sker på viss bekostnad av den klena
massaveden som delvis faller in i bränslesortimentet. Bortfallet av denna volym var dock liten
i relation till den betydligt större merskörden av biomassa som uppnåddes vid detta
gallringssätt. För varje kubikmeter klenmassaved som ”offrades” i de långa topparna fick man
tillbaka en bränslemängd motsvarande cirka tre kubikmeter energived. Contortan kan därför
betraktas som ett effektivt instrument för att späda ut bränslemarknaden och därmed förhindra
att massaved köps upp som energived. Med ett antaget värde på 150 kr/råton skogsbränsle och
240 kr/m3fub för massaveden gav den ekonomiska kalkylen ett positivt netto för gallring med
långa toppar. Nettot var högst för apteringsgränsen 7 cm (diametergräns mellan rundvirke och
lång topp) där det uppgick till 634 kr/ha respektive 328 kr/ha i de två olika försöksbestånden.
Motsvarande för 9 centimeters apteringsgräns var 114 kr/ha respektive 119 kr/ha.
I praktisk tillämpning resulterar ett bränsleuttag i form av långa toppar att en ansenlig mängd
grot lämnas kvar i skogen, vilket drivnings- och näringsmässigt kan vara en fördel. För att
utveckla långa toppar metoden ytterligare bör gallringstekniken utvecklas och ytterligare
studier göras kring contortans vertikala fördelning av stam- och grenbiomassa. Med en ny
biomassafunktion som förklarar detta samband skulle en helt ny apteringsalgoritm kunna
läggas in i skördardatorn. Med hänsyn till rådande sortimentspriser skulle en optimal
apteringsgräns mellan konventionellt gagnvirke och lång topp kunna beräknas för varje
enskilt träd.