Umeå Universitet 2012-05-30 Civilingenjörsprogrammet i Energiteknik BESTÄLLARE: MAGNUS MARKLUND, ETC PITEÅ Materialflödet av skogsråvaran i Sverige 2009 Fredrik Anderholdt Helgesson (fran0045@student.umu.se) Gustav Häggström (guha0028@student.umu.se) Klara Leffler (klle0001@student.umu.se) 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 fast volym fast volym under bark fast volym på bark skoglig volym vikt torrsubstans wattimmar Förkortning m 3 f m 3 fub m 3 fpb m 3 sk ton TS 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 Mm 3 fub 72,0 6,20 33,1 29,0 1,30 Mm 3 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 m 3 fub och omberäknades till m 3 fpb enligt schablontal från [2] där 1 m 3 fub = 1,14 m 3 fpb. Detta gjordes eftersom alla delflöden i detta skede fortfarande innerhåller bark. Därefter har värdena omvandlats till enheten ton TS genom att multiplicera m 3 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 m 3 för fast rundvirke och 0,333 kg/ton m 3 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 Mton TS 1,74 13,4 12,2 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 GROT-uttag Stubbuttag Kvarlämnade träd GWh 9900 750 - Mm 3 sk - - 1,9 Mton TS 2,02 0,153 0,728 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 värmevärde torrhalt. 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 m 3 sk till m 3 fub och m 3 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 m 3 f till ton TS gjordes med de givna torr-rådensiteterna. Tabell 5. Virkesförbrukning inom sågverks-, träskive- och massaindustrin. Sågverksindustrin Träskiveindustrin Massaindustrin Mm 3 f Mton TS Mm 3 f Mton TS Mm 3 f Mton TS Rundved ub 33,4 13,8 0,498 0,206 33,6 13,9 inhemsk 33,1 13,7 0,498 0,206 29,0 12,0 import 0,288 0,119 - - 4,57 1,89 Producerat Förbrukat Flis 10,6 4,40 0,205 0,085 10,1 4,16 inhemsk såld/köpt 9,57 3,95 0,205 0,085 9,24 3,82 import - - - - 0,836 0,345 eget bränsle 0,476 0,197 - - - - sålt bränsle 0,556 0,230 - - - - övrigt 0,042 0,017 - - - - Sågspån 4,73 1,95 0,621 0,256 0,196 0,081 inhemsk såld/köpt 0,626 0,259 0,621 0,256 0,078 0,032 import - - - - 0,118 0,049 eget bränsle 0,451 0,186 - - - - sålt bränsle 3,28 1,35 - - - - övrigt 0,376 0,155 - - - - Övriga träfibrer 0,002 0,001 - - Bark 3,49 1,16 0,070 0,023-1,53 inhemsk - - - - - 1,32 import - - - - - 0,208 eget bränsle 1,65 0,548 0,070 0,023-1,53 sålt bränsle 1,79 0,596 - - - - övrigt 0,056 0,019 - - - - Rundved pb 36,9 15,0 0,568 0,229-15,4 inhemsk - 14,8 0,568 0,229-13,3 import - 0,129 - - - 2,09 Produktion - 7,45-0,548-10,3 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 Råvara Råvara med bark Råvara exkl. bark Bark Biomassa Mm 3 fub Mm 3 fpb Mton TS Mton TS Mton TS Rundvirke 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 Sågverksflis Sverige 9,24 3,82 Import 0,836 0,345 10,1 4,16 Sågspån 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 Producerad massa Åtgångstal Vedåtgång Korrigerad vedåtgång Ved Bark Fiberförluster och lutar m 3 fub/ton Mm 3 Mton Mton Mton Mton TS massa fub Mm 3 fub TS TS Mton TS Mekanisk 3,31 2,98 2,4 7,94 7,64 3,16 0,267 0,178 Halvkemisk 0,271 0,244 2,3 0,623 0,600 0,248 0,021 0,004 Sulfat 7,30 6,57 4,7 34,3 33,0 13,6 1,15 7,07 Sulfit 0,575 0,518 4,7 2,70 2,60 1,07 0,091 0,557 10,3 45,6 43,9 18,1 1,53 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 12,1 15,2 12,2 Värmeverk 0,153 2,02 13,2 2,85 0,728 13,3 14,8 61,2 [Mton TS] 0,598 11
13,3 15,4 14,8 15,0 Import: 0,129 0,206 Import: 2,09 [Mton TS] Import: 0,394 0,341 4,24 0,256 16,0 0,186 0,197 0,023 0,08 0,548 1,16 4,40 1,95 3,82 7,63 0,469 0,032 0,230 0,017 1,24 0,596 0,019 0,155 1,35 Värmeverk Sågad vara 7,45 Övrigt Pellets Träskivor Kemisk massa Mekanisk massa 3,69 3,22 0,826 0,191 1,42 0,548 7,09 12