Peltokasvintuotannon energiankulutus

Jukka Ahokas

12.3.2012

Maatalous-metstieteellinen tiedekunta

Maataloustieteiden laitos

Energia

Energiaa ei myyd perusyksikn J (joule) avulla, vaan muina yksikkin

Shk ja kaukolmp myydn kWh (kilowattitunti)

ljy myydn litroina tai barrelleina

Puu myydn kuutiometrittin m3 (motti)

Yhteisen yksikkn tilastoissa on ollut ekvivalenttinen ljytonni (toe), tst ollaan siirtymss J (Joulen kyttn) ja TWh

Yksikk riippuu mys kuinka suuria mri myydn tai ostetaan, esim. ljyll litroina tai barreleina

Nimi Lyhenne Suuruus

Kilo k 103

Mega M 106

Giga G 109

Tera T 1012

Peta P 1015

Exa E 1018 Yleisin muunnos: MJ-> kWh tai kWh -> MJ

1 MJ = 0,28 kWh

1 GJ = 280 kWh

1 kWh = 3,6 MJ

1 TWh = 1 000 000 MWh

1 TWh = 1 000 000 000 kWh

Tuotteen energiasislt

Tuotteen energiasislt mritetn polttamalle tuote ja mittaamalla vapautunut energiamr (pommikalorimetri).

Tm on suurin energiamr, joka tuotteesta voidaan saada.

Aineiden energiasisllt ovat melko vakaita, ne voidaan mritt tasolla: kuusi, mnty, koivu, lepp

Kytnnss hytyenergiamr on aina tt pienempi, koska hytysuhde ei ole koskaan 100 %.

Energiasuhde

Tuote Energiasuhde

Vilja 3-5

Ruokohelpi 10-15

Silnurmi 5 - 7

Etanoli 1 1,5

Biodiesel 2

Maito 0,9 1,9

Sianliha 0,3 0,8

Energiasuhteen on oltava yli 1, jotta tuotanto olisi

energiataloudellisesti jrkev.

Rajaukset vaikuttavat energiasuhteisiin voimakkaasti

Energiasuhde ilmaisee tuotetun tuotteen energiasislln ja

tuottamiseen kuluneen energiamrn suhteen.

Pstanalyysi

Bioenergian tuotantoon tarvitaan energiaa (usein fossiilista), tmn seurauksena syntyy mys pstj

Bioenergian tuotannossa syntyy mys viljelyst omat pstns, viljelysmaa hengitt

Pstanalyysin avulla voidaan laskea niden vaikutuksia

Pstanalyysi tehdn kasvihuonepstjen normaalin arviointitavan mukaan (IPCC)

Tykoneiden energian sst

Traktori

Traktorin moottoreissa voi olla pieni eroja

Suuremmat sstt tulevat kuitenkin ajotavoissa ja

tymenetelmiss

Tykone

Tykoneen kunto ja sdt voivat vaikuttaa huomattavasti

Kuljettaja

Kuljettaja ptt mit tehdn ja minklaisia

tymenetelmi kytetn

Sstt pitisi aloittaa tlt, koska tm on hyvin halpa

ssttapa

Tarvittavaa tutkimustietoa ei valitettavasti ole kovin paljon

tarjolla

Miten polttoaineen kulutus mitataan

l/h polttoaineen kulutus

Ei kerro oikeastaan kuin sen kuinka suurta tehoa parhaillaan kytetn

Pit mys tietn kuinka paljon tyt saadaan aikaiseksi

l/ha polttoaineen kulutus

Jos 1 hehtaari on tyn yksikk, kertoo paljon paremmin tyhn kytetyn

energian

Sopii vertailuun, jos samanlaiset olosuhteet

- samanlainen maalaji

Ei sovi vertailuun, jos tuotantotapa on hyvin erilainen: luomu

tehoviljely

l/kg tuotettua tuotekiloa kohden laskettu polttoaineen kulutus

Ottaa huomioon erilaisen tuotannon

Tulosta joudutaan odottamaan kunnes sato on korjattu

Kulutus l/ha

Saadaan kun kulutus l/ha jaetaan

tysaavutuksella ha/h

Tykoneen leveys on sytettv

tietokoneelle, ha/h saadaan

ajonopeuden ja tykoneen leveyden

avulla

Vastaa autoissa kulutusta l/100 km

Uusimmissa traktoreissa saadaan

nyttn ajotietokoneen avulla

Lihan ja maidon tuotannossa lasketaan

yleens energian tarve tuotettua

maitokiloa/lihakiloa kohden tai

elinpaikka ja vuotta kohden

Esimerkki viljantuotannossa

25 l/ha 10 l/ha 4 l/ha

2 l/ha

15 l/ha

5 l/ha

60 l/ha

+ + +

+ + +

= 116 l/ha

Suora ja epsuora energia

Suora energia = tilalle suoraan ostettu

energia, polttoaineet ja shk

Epsuora energian = tilan ulkopuolella

kulutettu valmistusenergia, esim. traktori,

koneet ja kemikaalit

Tila voi sst normaalisti suoran

energian osuudessa

Epsuoran energian sst voi tarkoittaa

esim. lannoitteiden kytn vhentmist

ravinteiden kierron ja typensitojakasvien

avulla

Peltokasvintuotanto

Siemenet7 %

Tykoneet28 %

Viljankuivaus11 %

Kemikaalit54 %

Energian kytn jakauma ohran tuotannossa 11,6 GJ/ha

Kasvintuotannossa kemikaalien (lannoitteet, torjunta-

aineet) vaativat eniten energiaa

Tykoneiden kytt ja valmistus tulevat seuraavina

Viljan kuivauksen energian tarve riippuu viljan

kosteudesta, se voi olla kosteana syksyn yht suuri kuin

tykoneiden energian tarve (kuvassa puintikosteus 18%)

Kasvintuotannon energiankyttj

Muoviin kritty tuorerehu Sokerijuurikas

Peltotiden polttoaineen kulutuksia

Toimenpide Energian kulutus Yksikk

Perusmuokkaus kynt snkimuokkaus

o kultivaattoori o lautases

25,1

10,0 7,2

l/ha l/ha l/ha

Kylvmuokkaus tasausestys estys

4,5 5,4

l/ha l/ha

Kylv kylvlannoitus suorakylv

3,7 7,6

l/ha l/ha

Lannoitteen levitys 2,9 l/ha Kasvinsuojeluruiskutus 1,8 l/ha Leikkuupuinti 15,1 l/ha Viljan kuivaus 0,15 l/1kg H2O Heinn niitto 6,0 l/ha Pyrpaalaus 0,5 l /paali Peltokuljetukset 0,09 l / ton km

Lhde: Hannu J. Mikkola and Jukka Ahokas . Energy ratios in Finnish

agricultural production

Oheiset luvut ovat

keskimrisi lukuja

Maanmuokkauksen osalta

vaihtelu voi olla 100 %.

Kulutukseen vaikuttaa:

maalaji

maan kosteus

tykoneiden kunto

tykoneiden st

kuljettajan ajotapa

Polttoaineenkulutus

Energian sstj voidaan tehd muuttamalla tymenetelmi

Energian sst tuo harvoin takaisin pelkstn sit varten tehtyj koneinvestointeja

Esim. suorakylvkone maksaa kymmeni tuhansia euroja

Tymenetelmien muuttamista voidaan harkita konekannan uusimisen yhteydess

Koneiden valmistamiseen ja huoltoon tarvitaan mys energiaa, tm epsuora

energian tarve hydynnetn parhaiten kyttmll koneet 'loppuun'

0 5 10 15 20 25 30

Kynt

Kultivaattori

Lautases

Tasausestys

estys

Kylvlannoitus

Suorakylv

Lannoitteen levitys

Kasvinsuojeluruiskutus

Leikkuupuinti

Heinn niitto

Pyrpaalaus

l/ha

Polttoaineen kulutus eri peltotiss

Tykoneiden polttoaineenkulutukseen vaikuttaa

1. Kyttvoimakone traktori / oma

moottori itsekulkevissa koneissa

2. Tykoneen kunto

3. Tykoneen st

4. Tysyvyys

5. Ajonopeus

6. Kuljettaja

Ajotapa

Sdt

7. Viljelytavat

1. Dieselmoottorin polttoaineen kulutus

Pienimpi laitteita lukuun ottamatta tykonemoottorit

ovat dieselmoottoreita

Dieselmoottoreiden hytysuhteet ovat melko

samanlaisia

Moottorin hytysuhde muuttuu kuormituksen mukaan

Sama teho voidaan saada erilaisilla

hytysuhteilla

Kuljettaja vaikuttaa mit hytysuhdetta kytetn

Moottorin sitkeys vaikuttaa mys sen kytettvyyteen

ja kulutukseen

SCR tekniikka alentaa moottoreiden

polttoaineenkulutusta

Moottorin hytysuhde

Moottorin ominaiskulutus =

moottorin hytysuhde

Parhaiden moottoreiden

hytysuhteet ovat 50 %

luokkaa

Traktoridieselien hytysuhteet

ovat 30 35 %

Kun polttoaineen lmparvo on

42,8 MJ/kg, hytysuhde

voidaan laskea oheisesta

yhtlst. (qom = polttoaineen

ominaiskulutus g/kWh)

om

kokq

1,84

0

10

20

30

40

50

200 300 400 500

Ominaiskulutus g/kWh

Hyty

suhde

%

Mik on moottorin ominaiskulutus?

Ominaiskulutus kertoo kuinka paljon

polttoainetta tarvitaan yhden kilowattitunnin

(kWh) tyn tekemiseen.

Esim. 250 g/kWh tarkoittaa, ett moottori pystyy

tuottamaan 1 kWh tymrn 250 g

dieselpolttoainetta. (Tst seuraa, ett

moottorin kWh hinta on 0,74*0,25/0,83 = 0,22

/kWh)

Mit pienempi lukema, sit parempi on

moottorin hytysuhde

Traktorin valinnassa ominaskulutus on trke

lukema!

Simpukkakyrst

Moottorin nopeus r/min

Vnt

mom

entt

i N

m

Teho k

W

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 10 20 30 40 50

Ku

lutu

s l/

h

Teho kW

Kuljettaja voi valita kyttk hn saman tehon saamisessa

alhaista tai korkeaa kulutusta!

Moottorin hytysuhde

Kuljettaja valitsee ajotavallaan

mit hytysuhdetta kytetn

Kaasu aina pohjassa tarkoittaa

aina huonoa hytysuhdetta ja

suurta polttoaineen kulutusta

Kultusta voidaan pienent

seuraavalla periaatteella:

Jos kone kulkee kevyesti,

vaihda suurempi vaihde ja

pudota moottorin kierroksia

niin, ett ajonopeus pysyy

samana

Typen oksidit

Typen oksideja voidaan vhent kahdella

pmenetelmll:

Kierrttmll osa pakokaasuista takaisin

palotilaan (Exhaust Gas Recirculation, EGR).

Tm alentaa palamislmptilaa.

Syttmll pakokaasuihin 35 % ureaa,

jolloin typen oksidit pelkistyvt typeksi ja

vedeksi (SCR, Selective Catalytic Reduction)

EGR-menetelmn haittapuole