Extraction of logging residues for bioenergy : effects of operational methods on fuel quality and biomass losses in the forest

• Wood products play a key role in the transformation to a more sustainable society based on renewable bio-based resources, together with the positive effects on climate mitigation by replacing fossil fuels. However, to increase the use of forest fuel in practice it is important to understand the effects of handling and storage on its quality and removal of nutrients from the forest. This thesis addresses these effects with special focus on a comparative evaluation of the traditional dried-stacked with “new” and to some extent more controversial fresh-stacked methods for extraction of logging residues from Norway spruce (Picea abies (L.) Karst).The results indicate that a normal extraction of logging residues will leave at least 20% of logging residues at the clear-felled area, in accordance with Swedish Forest Agency recommendations. However, the results also indicate that the ambition of the dried-stacked method to leave the majority of the needles well spread over the clear-felled area does not meet these recommendations. In fact, the harvesting operation is more important than the extraction method, with respect to how much logging residues (nutrients) being left in the forest. The results also show that the quality of fuel yielded by the two handling methods differs only to minor extent, indicating that other factors have stronger effects, where “dried-stacked” and “fresh-stacked” logging residues from different clear-felling areas is often similar. Generally, logging residues stored over summer (regardless method), seem to provide sufficiently dry forest fuel, with a needle content of about 5–10%. There is a clear correlation between drying and effective loss of needles from twigs, but the loss does not necessarily mean that the needles will remain in the forest.  However, needle color (green or brown) is not a strong indicator for a reduction in needle content.Acceptance of the fresh-stacked method would provide opportunities for the development of new technologies, more efficient use of machinery throughout the whole year, reduced costs, shorter lead times and increased amounts of logging residues extracted from each clear-felled area. This is mainly because it would enable extraction at optimal times from a logistical, financial and/or forestry perspectives.Written in English with summary and conclusion in Swedish.

• Skogen och dess produkter har en nyckelroll i omställningen till ett framtida hållbart samhälle eftersom användande av träråvara har en positiv effekt på klimatet, t.ex. genom träbyggande eller att fossila bränslen ersätts med bioenergi. Men för att kunna ta tillvara mer skogsbränsle i form av grenar och toppar (grot) från bestånd dominerade av gran (Picea abies (L.) Karst) är det viktigt att förstå hur hanteringen påverkar såväl bränslekvalitet som bortförsel av näringsämnen från skogen. Denna avhandling belyser hanteringens effekter på bränslekvalitet och näringsförluster genom att jämföra den traditionella metoden (skotning av torkad grot, ”brunrisskotning”), med den ”nya” och till viss del ifrågasatta skotningen av färsk grot (”grönrisskotning”).Resultatet visar att ett normalt grot-uttag kommer att lämna minst 20 % av groten kvar på hygget, helt i linje med Skogsstyrelsens rekommendationer. Däremot uppfylls inte rekommendationerna med avseende på att lämna merparten av barren väl spridda på hygget, detta trots att det är ambitionen med den traditionella hyggestorkningen av grot. Hur mycket grot (och således näringsämne) som lämnas kvar på hygget påverkas i själva verket mer av hur avverkningen utförs, än när groten skotas ihop. Resultatet visar också en skillnad i bränslekvalitet mellan de båda beskrivna hanteringsmetoderna. Denna skillnad är dock så liten att andra faktorer sannolikt påverkar mer än hanteringsmetoden. Hyggestorkad grot från ett enskilt hygge i södra Sverige, kan i verkligheten ofta vara ganska likt färskskotad grot från ett annat hygge. Grot som har lagrats över sommaren kan alltså förväntas ha torkat tillräckligt, samt ha en barrandel på ca 5–10 % oavsett hanteringsmetod. Det verkar också finnas ett klart samband mellan torkning och att barren släpper från kvisten, men det betyder inte nödvändigtvis att barren blir kvar i skogen. Hur som helst, barrens färg (gröna eller bruna) är inte en rättvisande indikator på avbarrning.Om skotning av färsk grot accepteras ger det möjligheter för utveckling av ny teknik, effektivare användning av maskinresurser över hela året, minskade kostnader, kortare ledtider, samt möjligt ökat grot-uttag från enskilda hyggen. Detta beror främst på att det skulle vara möjligt att utföra grot-uttaget när det passar bäst ur ett logistiskt, ekonomiskt och/eller skogligt perspektiv.Skriven på engelska, men med sammanfattning och slutsatser på svenska

Ämnesord

LANTBRUKSVETENSKAPER  -- Lantbruksvetenskap, skogsbruk och fiske -- Skogsvetenskap (hsv//swe)

AGRICULTURAL SCIENCES  -- Agriculture, Forestry and Fisheries -- Forest Science (hsv//eng)

LANTBRUKSVETENSKAPER  -- Lantbruksvetenskap, skogsbruk och fiske -- Trävetenskap (hsv//swe)

AGRICULTURAL SCIENCES  -- Agriculture, Forestry and Fisheries -- Wood Science (hsv//eng)

Nyckelord

Forest fuel

Storage

Fraction composition

Needles

Defoliation

Moisture content

Nutrients

Nitrogen

Norway spruce

Picea abies

Skogsbränsle

Lagring

Fraktionsfördelning

Barr

Avbarrning

Fukthalt

Näringsämnen

Kväve

Gran

Picea abies

Forestry and Wood Technology

Skog och träteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)