Nya möjligheter till ved och fiberstyrning

Nya möjligheter till ved- och fiberstyrning

Renserikonferensen Varberg, 28 mars, 2012

Sven-Olof Lundqvist, Thomas Grahn

2012-03-28 Nya möjligheter till ved- och fiberstyrning Renserikonferensen 2012 S-O Lundqvist, T Grahn

2

Ved- och fiberstyrning

Vilken råvara finns?

Vilken ved krävs eller föredras?

Hur matcha?

Utgångspunkter

Ved och fibrer med jämna och lämpliga egenskaper för den specifika produkten och fabriken från den tillgängliga råvaran

Andra villkor: Ekonomi, logistik, miljö, ...

Mål

Exempel på nya kunskaper och verktyg för bättre ved- och fiberstyrning

Vilken ved och fiber bör man ha? + Ny kunskap om ved- och fibereffekter på massa och ark Modeller Vilken ved och fiber finns att använda?

+ Resursdatabaser (Forest Resource Databases) med information om egenskaper och volymer i befintlig skog Hur matcha önskad och befintlig ved och fiber?

+ Flismixkalkylator och Massaprediktor


3

Vilken ved och fiber bör man använda?

Nya möjligheter till ved- och fiberstyrning Renserikonferensen 2012 S-O Lundqvist, T Grahn 5

Data och modeller för egenskaper från skog till ark (Innventias Benchmarking Database)

olika trädslag

olika träd

olika delar av träd

ved

fibrer

massa

ark

Material som representerar olika: + trädslag + massaved och sågflis + normal och extrem ved

Samhörande data om materialegenskaper längs hela kedjan från ved till ark

2012-03-28

Jämförelse av egenskaper (ved och fibrer, massor och ark)

Data och modeller för effekter på massor och ark

2012-03-28

6

Effekter av

ved och fibrer på massor och ark

Egenskapsskillnader mellan olika trädslag

Egenskapsvariationerinom träd

och trädslag

Fiberväggtjocklek

Gammalt träd

Ungt träd

Tjock- väggigad

fibrer

0 100 200 300 400 500 600 700

MFA

No of fibres/g

Coarseness

Fibre wall thickness

Fibre width

Fibre length

Wood stiffness

Wood densityNorw ay spruce

Black spruce

Scots pine

Taeda spruce

E. globulus

E. urograndis

E. uroglobulus D1

E. uroglobulus D2

500

600

700

800

900

1000

1 2 3 4

Shee

t den

sity

, kg/

m³

Fibre wall thickness, mm

Norway spruce

Scots pine

Taeda pine

Black spruce

Euca B

Euca C

Euca D1

Euca D2

Nya möjligheter till ved- och fiberstyrning Renserikonferensen 2012 S-O Lundqvist, T Grahn

Veddensitet

Referens Gran = 100%

Vedstyvhet

Fiberlängd

Fiberbredd

Fiberväggtjocklek

Coarseness

Antal fibrer/gram

Mikrofibrilvinkel

Fiberväggtjocklek i ved

Ark

dens

itet

400

500

600

700

800

900

1000

1 2 3 4

Shee

t den

sity

, kg/

m³


Unref ined

Ref ined

+ E. urograndis C1x E. urograndis C2

Taeda pine

Norway spruceBlack spruceScots pine

ӿ E. globulus

- E. uroglobulus D1-- E. uroglobulus D2Birch

2012-03-28

7 Nya möjligheter till ved- och fiberstyrning Renserikonferensen 2012 S-O Lundqvist, T Grahn

versus sheet density

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4

Tear

inde

x, m

Nm

²/g


Unref ined

Ref ined

+ E. urograndis C1x E. urograndis C2

Taeda pine

Norway spruceBlack spruceScots pine

ӿ E. globulus

- E. uroglobulus D1-- E. uroglobulus D2Birch

Rivindex

Exempel: Effekter av fiberväggtjocklek Data från olika vedslag, massaved/sågflis, malning, mm

Gran (Sverige, Finland) Black spruce (Kanada) Tall (Sverige, Finland) Taeda pine (Brasilien) Eukalyptus (Brasilien) Björk (Sverige)

Arkdensitet

Fiberväggtjocklek i ved, µm Fiberväggtjocklek i ved, µm

Ark

dens

itet

Riv

inde

x

Liknande effekter på: + dragindex + dragstyvhetsindex + brott-töjning

Liknande effekt på: + luftpermeans

Mald

Mald

Omald

Omald

Eukalyptus & Björk

400

500

600

700

800

900

1000

400 500 600 700 800 900 1000 6

7

8

9

10

11

12

13

6 7 8 9 10 11 12 13

Exempel Modeller för arkdensitet och dragstyvhetsindex

Arkdensitet, kg/m3 Dragstyvhetsindex, kNm/g

8

Uppskattad

Upp

mät

t

Uppskattad

Upp

mät

t


R2 = 0,87

R2 = 0,87

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

SheetDensity TensileIdx Stretch at break Tensile energy absorption index

Tensile stiffness index

Tear index Air permeance ISO

Zerospan

Med indata om fiberfördelningar

2012-03-28


Modeller för fibereffekter på arkegenskaper, R2 Samma modell för alla vedslag, massaved/sågflis, malning, mm

Baserat på alla tillgängliga invariabler (medelvärde) Baserat på litet urval av invariabler (medelvärde)

Vilken ved och fiber finns att tillgå? Information om egenskaper och volymer i Resursdatabaser

Hur vi bygger en regional Resursdatabas

Regional Resursdatabas Simulerade egenskaper för 10.000-100.000 träd

Modeller för träd samt egenskaper hos trädens ved och fibrer

Inventeringsdata *) som representerar skogen

Data för många träd

Toolbox för simulering

*) eller skördardata

2012-03-28


Skattad höjd

Steg A: Stammens storlek och form

“Standard” tillväxtmönster eller anpassat till mätdata från borrkärnor

Mätt diameterBH: + Inventeringsdata + alt skördardata

4 mm 1 2 3

Steg B: Inre tillväxtmönster

Steg C: Egenskaper Exempel: Fiberlängd

Stegvis simulering av stammar Ungt träd

modet för gallring Gammalt träd

moget för slutavverkning

2012-03-28



13

A-C. Simulering av egenskaper hos stammar

E. Volymer och egenskaper beräknas för alla delar (medelvärden, ev. fördelningar)

D. Stammarna delas i stockar, samt grova stockar i flis och sågat

F. Alla data samlas i Resursdatabasen

Exempel på databaser: Resursdatabas Svensk barrved

Simulerad med indata från Riksskogstaxeringen Innehåller volym- och egenskapsinformation

för hela Sverige: + 23.000 inventeringsytor + 380.000 klavade träd + 1.500.000 beräknade stockar (samt sågflis och sågat för grova stockar) + egenskaper hos ved, flis, … + volymer för simulerade träd, stockar, flis, ... + skattade volymer/ha

Andra exempel på resursdatabaser: Regioner Vedförsörjningsområden för fabriker

Simulerade ytor

2012-03-28



15

Bestånd Beståndsålder Ståndortsindex Vedvolym/ha Höjd över havet Plats (lat., long.) Huggningsklass …

Träd Trädslag StamdiameterBH

Stamhöjd Ålder Taper (diam) Barktjocklek …

Fibrer Längd Bredd Väggtjocklek Coarseness … Ytterligare

egenskaper relaterade till massa och papper

Ved Veddensitet Ungdomsved (andel) Sommarved (andel) Kärnved (andel) …

Kvist Grenvarvsavstånd Längd av

+ färskkvist + torrkvist

Antal/grenvarv Vinkel Max- and medeldiam. …

Resursdatabas Egenskaper som kan ingå

Simulerade data

Inventeringsdata

Data kan extraheras ur databasen för olika ändamål. Exempel: Jämförelse av fiberlängdsfördelningar mellan granmassaved från gallring och slutavverkning i 2 regioner

Slutavverkning, region A Slutavverkning, region B Gallring, region A Gallring, region B

2012-03-28


1.5 2 2.5 30

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Fibre length, mm

Rel

ativ

e fre

quen

cy

Fiberlängd, mm

Rel

ativ

frek

vens

Gallring Slutavverkning

A

A

B B

Obs: Inte principiell jämförelse utan baserat på verkliga åldersfördelningar, huggningsklasser, etc.

Exempel på underlag för utveckling av strategier Fibrer med olika coarseness i ett vedfångstområde för all fiberråvara, gran/tall, massaved/sågflis, gallring/slutavverkning Ytan under varje kurva motsvarar volym tillgänglig för avverkning

2012-03-28


Underlag för vedstyrning till fabrik och produkt

Sån information om: + de viktigaste ved- och fiberegenskaperna + i vilken råvara de bäst lämpade fibrerna finns + och i hur stora volymer är en bra del av underlaget för beslut om strategier i vedstyrningen till fabrik och produkt.

2012-03-28


Fibre length

2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.60

1

2

3

4

5

6

7x 10

8Wall thickness Coarseness … and moreFibre length

2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.60

1

2

3

4

5

6

7x 10

8Wall thickness Coarseness … and moreFiberlängd Fiberväggtjocklek Coarseness ... med mera

Flismixkalkylator & Massaprediktor

Lista massaved och sågverksflis av olika typer och ursprung som kan levereras till fabriken och kan ha olika egenskaper (tall/gran, massaved/sågflis, slutavv./gallring, område)

Beräkna egenskapsmedelvärden för dessa med hjälp av Resursdatabasen. Definiera de typer som man vill kunna hålla räkning på som vedklasser Definiera flöden på vedgård och i renseri

samt lagringsmöjligheter (travar, stackar, silor) Konfigurera Flismixkalkylatorn efter detta


20

Data on wood classesand their properties

• Deliveries ofpulpwood and chips

• Allocation topiles and silos

Data on wood classesand their properties

• Deliveries ofpulpwood and chips

• Allocation topiles and silos

Bibliotek över vedklasser och deras medelegenskaper

Flismixkalkylator och Massaprediktor Förberedelser

KONFIGURATION + Tillgängliga travar/stackar/silor + Definierade vedklasser: massaved och sågflis från olika regioner

INDATA + Leveranser per vedklass + Leveransernas fördelning till olika travar/stackar/silor

2012-03-28


Del 1 – Från skog till vedgårdslager

BERÄKNAT Innehåll i varje trave/stack/silo. + volym + blandning av vedklasser

Fabrik X

1

Region 1 Region 2

Region 3 Region 4

2

3

4

Fibre length, mm

Fibre wall thick. , µm

Fibre width, µm

Density , kg/m3

Coarseness, mg/m

Fibres per gram

Sheet density kg/m3

Tensile index Nm/g

Strain at break %

Tensile enegy abs. idx mJ/g

Tensile stiff. Idx. kNM/g

Tear index mNm3/g

Air permeance um/Pa,s

Zero-span g/g

2012-03-28


INDATA Volymsandelar från varje trave/stack/silo i flödet av blandad flis till processen

Del 2: Från vedgårdslager till flisblandning

BERÄKNAT Fiberegenskaper i flisen till processen, beräknade från flöden från och innehåll i travar/stackar/silor

Fibre length, mm

Del 3: Från flisblandning till massa

Fibre wall thick. , µm

Fibre width, µm

Density , kg/m3

Coarseness, mg/m

Fibres per gram

Sheet density kg/m3

Tensile index Nm/g

Strain at break %

Tensile enegy abs. idx mJ/g

Tensile stiff. Idx. kNM/g

Tear index mNm3/g

Air permeance um/Pa,s

Zero-span g/g

2012-03-28


Beräknade fiberegenskaper i flis till process

SKATTAT Massa- egenskaper som denna flis kan ge

Tillämpningar


25

Exempel på test av Flismixkalkylatorn

Flöden av olika vedklasser till processen + Egenskapsmedelvärden för vedklasserna

hämtade från Resursdatabas Skattade egenskaper hos flis till process

Resultat:

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

Day

Fibr

e le

ngth

, mm

Day

Fibe

rläng

d, m

m Simulerad fiberlängd från ved

Mätt fiberlängd i massa

0 1 2 3 4 5 6 Månader

0 50 100 150 200 2500

20004000

Spruce

0 50 100 150 200 2500

10002000

Pine

0 50 100 150 200 2500

20004000

Mid Sweden

0 50 100 150 200 2500

5000Småland

0 50 100 150 200 2500

10002000

Denmark

0 50 100 150 200 2500

10002000

Latvia

0 50 100 150 200 2500

10002000

Lithuania

Day

Supply area 1

Supply area 2

Supply area 3

Supply area 4

Supply area 5

Flöden av massaved av olika vedklasser till barktrumman:

Flöden av olika sågflis till process: Spruce

Pine

Exempel på optimering av vedstyrning för produkt Kritisk produktegenskap: X


26

Pred

ikte

rad

prod

ukte

gens

kap

X

Predikterad arkdensitet

(Principiellt exempel från konfidentiellt industriuppdrag)

Exempel på optimering av vedstyrning för produkt Kritisk produktegenskap: X


27

Pred

ikte

rad

prod

ukte

gens

kap

X

Medelvärden för fiberväggtjocklek och mikrofibrilvinkel i massaved och sågverksflis för gran och tall i för fabriken relevant region

Predikterad arkdensitet

Tillämpningar

Installationer: Söker samarbete Utveckling av strategier:

Produkt massa skog + Optimering av vedval vid befintlig fabrik + Produktutveckling + Processoptimering


28

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Fib

re le

ng

th, m

m

Fibre wall thickness, µm

Root logs and sawmill chips

from pines

Hardwoods

in wood

500

600

700

800

900

1000

1 2 3 4

Sh

eet

den

sity

, kg

/m³


Norway spruce

Scots pine

Taeda pine

Black spruce

Euca B

Euca C

Euca D1

Euca D2

Eucalypts

6

7

8

9

10

11

12

13

1 1,5 2 2,5 3 3,5 4

Ten

sil

e s

tiff

ness i

nd

ex,

kN

m/g


Norway spruce

Scots pine

Taeda pine

Black spruce

Euca B

Euca C

Euca D1

Euca D2

Eucalypts

Technology

Nya möjligheter till ved och fiberstyrning