Tutkimus: Puukiukaiden päästöt pistävät valmistajat ymmälleen

Itä-Suomen Yliopiston Kiuas-hanke on vuosiin ensimmäinen tieteellinen tutkimus puukiukaiden polttoteknisestä toiminnasta. Sen tuloksia on syystäkin Saunologiassa odoteltu pitkään. Hanke päättyi 31.3.2019 ja sen loppuraportti on nyt julkaistu. Tässä keskeisiä poimintoja projektin saavutuksista, jotka kertovat päästöjen kehittyneen tällä vuosikymmenellä parempaan suuntaan, mutta tilanteen olevan edelleen erittäin huonolla tolalla, sillä markkinoilla on edelleen näennäisesti standardin täyttäviä kiukaita, joiden päästöt ovat uusilla mittareilla erittäin korkeat. Tutkimus avaa näkymiä vähäpäästöisempään puusaunaan, mutta jättää toistaiseksi paljon hampaan koloon.

ISY:n Jarkko Tissarin vetämän tutkimushankkeen toteutuksesta on Saunologiassa raportoitu jo aiemmin. Silloin käytiin paikan päällä tutkimuskontissa saunomassa sekä tutustuttiin mittalaitteistoihin. Joten jatketaan tarinaan suoraan siitä, mitä tutkimuksissa on selvinnyt.

Projektin saavutukset

Tutkimushankkeen yksiselitteinen kärkitulos on kiukaiden päästömittausmenetelmä. Ennen hanketta ei ole ollut olemassa menetelmää, jolla puukiukaiden päästöjä pystyttäisiin luotettavasti ja kattavasti tutkimaan. Voimassaolevien EU-laajuisten tuotevaatimusten (CE-merkki) osana mitattava häkäpäästö on vain yksi, ei lainkaan vaarallisin päästötyyppi.

Ongelmana mittauksille ovat aiemmin olleet puukiukaiden päästöjen korkea määrä ja savukaasujen korkea lämpötila, jotka ovat vaikeuttaneet esimerkiksi muiden tulisijojen päästöjen mittaamiseen tarkoitettujen ratkaisujen käyttöä. Nyt nämä ongelmat on selätetty ja tarjolla on ensi kertaa kansalliseksi standardiksi ehdotettava mittaustapa. Tutkijoiden kehittämä järjestelmä analysoi erikokoisten pienhiukkasten määriä, massaa sekä mustan hiilen että erilaisten PAH-yhdisteiden osalta.

Ottaen huomioon, että mittausjärjestelmä on projektin pääsaavutuksia, jää sen luotettavuuden ja tarkkuuden (reliabiliteetti ja validiteetti) tarkastelu raportissa vähälle huomiolle. Tarkkuuden suhteen tiedetään, että järjestelmässä oli käytössä monille päästötyypeille sekä uusia, reaaliaikaisia että perinteisiä suodatinnäytemittaustapoja, joiden tarkkuuden arviointia on kuitenkin jo tehty erikseen aiemmin.

Tutkimuksen haasteellisuus tulee esiin parhaiten ensimmäisestä liitekuvasta L1. Kuvaan on koottu jopa 35 mittausta samalla kiukaalla (”Kiuas 1”). Hajonta testien välillä on huomattavaa, silmämääräisesti arvioituna keskihajonta ylittää keskiarvon mustan hiilen sekä hiukkaslukumäärän osalta.

Hajontaa selittää se, että mukana on erilaisia kokeita. On siis todettava, että tämä tutkimus vaikuttaa on erittäin herkälle  muutoksiin tulisijan käyttäytymisessä, käytössä ja olosuhteissa. Tästä syystä on kiinnitettävä erityistä huomiota siihen, että kiukaiden keskinäisessä vertailussa olosuhteet on vakioitu mahdollisimman pitkälle. Toisella kiukaalla tehdyt mittaukset, joissa tavoitteena oli nimenomaan toistaa aiempia havaintoja, osoittivat kaikilla mittareilla alle 20% eron mittausten välillä.

Saunojia tutkimusmenetelmät eivät kuitenkaan lämmitä. Onneksi projekti tuotti myös jonkin verran vähintään alustavia tuloksia siitä millaisia päästöjä tällä hetkellä myynnissä olevat, tyypilliset kiukaat edustavat. Edustavuus on raportin taustaoletus, sillä hanke syntyi osin tarpeesta estimoida valtakunnan tasolla puuhiukkasten osuutta päästöistä. Raportissa kiukaiden valintaperusteista ei juuri puhuta eikä niiden merkkejä tai malleja paljasteta suuren yleisön pettymykseksi.

Raportissa on useampia havaintoja, jotka haastavat tämänhetkisen CE-protokollan suositukset, tai pikemminkin osoittavat sen puutteita vertailussa todellisiin käyttötapoihin. Tissari totesi Saunologian haastattelussa, että CE-testijärjestelyssä on liikaa vapauksia esimerkiksi polttopuun kosteuden, panoskoon, kiukaan kivimäärän ja vedon suhteen. Itseäni harmittaa myös ergonomianäkökulman lähes täydellinen ohittaminen. Mutta takaisin EU-standardien maailmasta Kiuas-hankkeeseen.

Kiinnostavimmat havainnot ovat seuraavat:

1. Kiukaiden päästöt ovat kehittyneet hieman parempaan suuntaan tällä vuosikymmenellä ja on syytä epäillä tämän olevan yhteydessä CE-merkinnän vaatimuksiin
2. Korkeampi hyötysuhde ei ennusta pienempiä päästöjä.
3. Integroitu vesisäiliö ei vaikuta merkittävästi päästöihin.
4. Kostea polttopuu heikentää hyötysuhdetta, muttei yksiselitteisesti lisää päästöjä, pikemminkin niitä syntyy kuivaa puuta poltettaessa enemmän
5. Löylynheitto tai kiukaan kivimäärä ei suoraan vaikuta päästöihin.
6. Hiukkaspäästöjä päätyy myös saunan sisäilmaan.
7. Puulajien ja puun kuoren polttamisen vaikutus päästöihin on pienempi kuin kiuasmallien väliset erot

Puulajeista leppä, tarkemmin sanottuna harmaaleppä, tuotti kokonaisuudessaan suurimmat päästöt. Tämä on kiinnostavaa ottaen huomioon, että savusauanan lämmittäjät käyttävät leppää lämmityksen juuri sen tuottaman aromin kanssa. Ehkä kaikki pahat hiukkaset eivät olekaan niin ei toivottuja?

Huolestuttava, mutta raportissa vain yhdellä virkkeellä käsitelty, havainto on, että hiukkaspäästöjä päätyy myös saunan sisäilmaan. Tissarin mukaan havainnot tehtiin varsinaisen koesarjan ulkopuolisissa oppilastöissä, minkä takia niitä ei tässä raportoitu. Asia on kuitenkin suhteellisen tärkeä ja olen itse kehottanut tutkijoita tarkastelemaan kertalämmitteisten kiukaiden saunomisen aikaisia päästöjä.

Onko tällä kaikella mitään yhteyttä sitten Saunologian alkuperäisessä tähtäimessä olleeseen saunomiselämykseen? Hyvin vähän, se on myönnettävä. Puukiukaiden keskeiset haasteet liittyvät korkeuteen, lämmönjakautumiseen, käytettävyyteen ja hyötysuhteeseen eivätkä nämä ole hiukkaskeskustelun ytimessä. Toivon kuitenkin, että  huomion kiinnittäminen hiukkaaseen kiihdyttäisi myös tuotekehitystä muilta osin.

Kiuastekniikan puutteet syynissä

Toisiopaloilman puute on tutkijoiden mukaan suurin yhteinen ongelma. Ongelma on sekä ilman saamisessa (määrä) että sen jakautumisessa tulipesässä paloprosessin kannalta sopiviin kohtiin (laatu). Tämä tarkoittaa, että käyttäjällä on joitakin mahdollisuuksia vaikuttaa päästöihin, mutta on toistaiseksi mahdoton antaa yksiselitteisiä ohjeita miten kutakin kiuasta pitäisi käyttää. Testeissä havaittiin, että kaksi esimerkkikiuasta tuottivat eri suuntaisia tuloksia päästöjen lisääntymisen tai vähentymisen suhteen ensimmäisen ja toisen panoksen välillä.

Tissarin mukaan paloilma-asiaa on monimutkainen. Ensinnäkin tulipesän toiminta muuttuu sen lämmitessä, ero on suurin ensimmäisen ja seuraavien panosten välillä. Sama määrä polttopuuta kaasuuntuu primaaripaloilman vaikutuksesta kuumassa tulipesässä nopeammin. Monissa kiukaissa toisiopaloilmaa ei kuitenkaan saada suhteessa enempää, mikä vaikuttaa palamisolosuhteisiin negatiivisesti ja olosuhteet päästöjen syntymiselle ovat otolliset.

Kertalämmitteinen kiuas käväisi myös testeissä, mutta sen tuloksista kerrottiin vain vähän. Kuten olettaa saattoi, kertalämmitteisen kiukaan hyötysuhde oli parempi kuin yhdenkään jatkuvalämmitteisen eivätkä päästöt eronneet keskimääräisistä verrokkikiukaista. Kertalämmitteisyyden edut energian talteenotossa ovat siis kiistattomat. Jos siis mietitään savusaunaa, on siinä hyötysuhteen kannalta erinomainen konsepti, vaikka rauniokiukaan päästöt ovat varmaankin olleet tolkuttomia.

Kansa haluaa tietää

Projektin suurin puute on nyt ilmeinen. Nostin asian esiin jo yli vuosi sitten saadessani mahdollisuuden vaikuttaa tutkimushankkeen valmisteluun ulkopuolisena asiantuntijana, mutta tämä ei valitettavasti auttanut. Puute on tunnisteellisten mittaustulosten jättäminen pois raportista.

Tutkimustulosten suurin mahdollinen vaikutus minusta on yhteys ihmisten ostopäätöksiin niin, että pienipäästöisen kiukaan haluava voisi sellaisen luottavaisin mielin ostaa. Jo nyt osa valmistajista on sortunut mainostamaan kiukaita pienipäästöiseksi sillä seurauksella, ettei kuluttaja ole mitään mahdollisuuksia arvailla mikä on totuus. Esimerkiksi Saunologiaa lukemalla on käynyt toivottavasti selväksi, ettei realistista ja kattavaa mittaustapaa kiukaan päästöille ole ollut tähän asti olemassa, joten tällaiset väitteet ovat tuulesta temmattuja.

Päätöksen tulosten anonymisoinnista teki projektin johtoryhmä yhdessä tutkijoiden kanssa. Jarkko Tissarin mukaan pääasialliset syyt ovat ne, että menetelmää kehitettiin yhä mittauksia tehdessä,  valmistajien kanssa ei sovittu julkaisemisesta projektia aloitettaessa ja . Argumentit eivät ole täysin vedenpitäviä, sillä tehdyt koesarjat on suoritettu mielestäni CE-testiä hallitummin (ja sitä mukaillen, tosin valmistajien normaaliohjeista olennaisesti poikkeavalla tavalla) ja toisaalta hanke on toteutettu valmistajista riippumatta (vaikkakin rinnakkaisessa hankkeessa tietyt valmistajat olivat mukana). Täytyy kuitenkin ottaa huomioon, että katson asioita tässä tapauksessa kuluttajien edustajan, en tiukan tieteellisten silmälasien lävitse.

Suurin syy anonymisointiin on todennäköisesti kuitenkin poliittinen, sillä Tissarin laboratorio pyrkii käynnistämään uuden nelivuotisen tuotekehityshankkeen jo tänä kesänä suurimpien kotimaisten toimijoiden kanssa. Jatkohankkeen ja Itä-Suomen Yliopiston havitteleman tutkimuslaboratoriotyön edellytys on hyvät suhteet valmistajiin. Tulosten julkaisu nyt olisi väistämättä sahannut tätä oksaa ja antanut negatiivista julkisuutta testissä heikoimmin menestyneille malleille.

Tissari toteaa pitkän aikavälin tavoitteista seuraavaa:

Haluan vaikuttaa siihen millainen on Suomen ilmanlaatu tulevaisuudessa. KIUAS hankkeen pohjalta näen tässä suurta potentiaalia siitnä, että voimme oikeasti auttaa kiuasvalmistajia eteenpäin.

Luotetaan siis tutkijoiden kanssa siihen,  että tämä tulosten pihtailu johtaa pitkällä aikavälillä siihen tilanteeseen, että suosituimpien kiuasmallien päästöistä saadaan julkista tietoa. Epämiellyttävä puoli tässä odottelussa on se, että se voi kestää pitkään. Vaikka kehitysprojekti käynnistyisi tänä vuonna, on nykyisten tulosten valossa selvää, ettei monikaan kiuas kestä päivänvaloa sellaisenaan, vaan edessä on tuotekehitystä ja tämän jälkeistä tuotannonvalmistelua, pahimmillaan useita vuosia, ennen kuin vapaaehtoiset testitulokset ovat käytettävissä.

Saunologian edustamassa kuluttajanäkökulmassa päättynyt hanke lisää valitettavasti tietämättömyyden ahdistusta, sillä nykyiset tulokset todistavat sen puolesta, ettei mikään yksittäinen mittari - kuten käytössä oleva CO -  kerro kokonaispäästöistä riittävästi. Tarvitaan laajempaa mittaristoa ja eri päästöjä on kyettävä mittaamaan erikseen. Esimerkiksi kaikki kiukaat alittavat CE-standardin häkäpäästövaatimuksen, mutta tämä ei takaa mitään muiden päästöjen tasoista.

Valoa savuhormin päässä?

Raportissa esitellään joitakin ajatuksia siitä, miten päästöasiaa voitaisiin tulevaisuudessa ratkaista. Mukana on mm. ehdotus uudeksi ympäristömerkiksi, jossa kiukaille annettaisiin arvosana 0-10 yhden desimaalin tarkkuudella niiden päästöjen määrän (mg/nm3) perusteella. Voisiko tämä auttaa kuluttajia valitsemaan kiukaan?

Ehkä. Positiivisesti ajateltuna se olisi ainakin parempi kuin ei mitään. Negatiivisesti ajateltuna tässä on useampia ongelmia. Nyt on jo olemassa useampia ympäristömerkkejä, kuten Joutsenmerkki ja Allergiatunnus, joita ei käsittääkseni toistaiseksi ole kukaan ottanut käyttöön. Tissarin mukaan he ovat ajatelleet, että Simo-merkki voisi toimia myös osaperusteena Joutsenmerkin myöntämiselle. Toisaalta CE-merkintä on pakollinen ja olisi luontevampaa liittää eri päästötyypeistä vähintään ilmoitusvelvollisuus, ellei suoritustasomerkintä,  sen yhteyteen - kunhan CE-testiprotokollaa ensin tarkennettaisiin ja päivitettäisiin vastaamaan todellisia käyttöolosuhteita .

Eräs konkreettinen ongelma on, ettei toistaiseksi Suomessa ole vastaavia laboratorioita kuin Kuopion SIMO. Valmistajilla on myös rajalliset mahdollisuudet perustaa perustaa omia hiukkastutkimuslaitoksiaan. Tissarin mukaan hiukkasten päästöjen mittausten vaatimat laitteistoinvestoinnit ovat kymmeniä tuhansia, toisaalta tarvitaan myös henkilökuntalaiteresursseja, joten Suomessa todennäköisesti Harvia olisi ainoa, jolla olisi tähän varaan.

Kun mittausmenetelmä on nyt kehitetty, olisi eduksi, että sen tuottamaa dataa saataisiin julkisuuteen. Ehdotetun merkin avulla tämä voisi onnistua jopa suhteellisen nopeasti, ainakin suhteessa EU standardin, kotimaisten standardien ja kansallisen lainsäädännön muutoksiin. Tissari on tekemässä kansalliselle standardoimisjärjestölle SFS:lle esityksen mittausjärjestelyyn sisältyvän pienhiukkasten mittaustatavan standardoinnista. Mikäli tämä hyväksytään, on jo otettu askel kohti mittausmenetelmän oikeuttamista.

Tämän jälkeen kysymys on siitä innostuvatko valmistajat tekemään kiukaille vapaaehtoisia päästömittauksia, jotka nostaisivat kiukaiden suhteellisen maltillisia tuotekehityskustannuksia. CE-merkinnän edellyttämät testit ovat jo jonkinmoinen menoerä, useiden tuhansien eurojen luokkaa. Valmistajien halukkuus osallistua ja julkaista vapaaehtoisten tutkimusten tuloksia jää nähtäväksi, sillä kuka haluaisi käyttää merkkiä markkinoinnista ellei testitulos ole paremmasta päästä?

Olen huolissani kiukaani päästöistä, mitä voin tehdä?

Tämän tutkimuksen tulosten julkaisun jälkeen kuluttajat jäävät kiusalliseen välitilaan. Nyt on vakuuttavaa dataa kiukaiden välisistä päästöeroista, mutta ei juuri mitään osviittaa millainen kiuas ympäristötietoisen saunojan kannattaisi hankkia. Nykyisen standardin vaatimusten mukaisista päästötiedoista häkäpäästö (CO) vaikuttaa huomionarvoiselle, vaikkei riittävälle signaalille päästöjen koko kirjosta, sillä korrelaatio CO:n ja muiden päästöjen välillä ei ole kovin korkea (tämän näkee hajontakuvioista ja lineaarisen regression selitysasteesta).

Nyt on siis on odotettava kärsivällisesti 3-8 vuotta mitä tuleman pitää: uutta ympäristömerkkiä tai EU-standardin päivitystä? Mahdollisesti jo tänä vuonna käynnistävä jatkohanke voi myös tuoda julkisuuteen mallikohtaisia päästötietoja.

Tai, valveutuneet Saunologian lukijat voivat tutustua raporttiin ja muihin tutkimuksen ympärillä syntyneisiin dokumentteihin ja pientä salapoliisilogiikkaa käyttäen päätellä mitä merkkejä ja malleja tutkimukseen osallistuneet kiukaat edustivat… Kuka ehtii ensin?

Nykyiset kiukaan omistajat voivat pitää päästöt kurissa kiinnittämällä huomiota laadukkaaseen polttoaineeseen, maltilliseen panoskokoon ja riittävän paloilman määrään. Mikäli kaikesta huolimatta piipusta tupruttaa toisella panoksella jatkuvasti näkyvää savua, kannattaa etsiskellä uutta kiuasta, jossa on mahdollisimman pienet CO-päästöt. Lisää vinkkejä julkaistaan Saunologiassa vielä ennen Juhannusta!

Saunologian onnittelut ja suurkiitokset Jarkko Tissarille hankkeen ideoinnista ja läpiviennistä sekä kaikille KIUAS-hankkeen edustajille yhteistyöstä. Tällä työllä on merkittävät edellytykset edistää suomalaista puukiukaiden tuotekehitystä ja ilmanlaatua 2020-luvulla.

Kirjoittaja osallistui korvausta vastaan Kiuas-hankkeen asiantuntijaryhmän työhön vuonna 2018.

Lue lisää

Raportti ISY:n sivuilla: lataa PDF
Katso myös ISY tiedotesivu oheismateriaaleineen

Saunologian ensimmäinen juttu CE-merkinnästä ja päästöistä https://saunologia.fi/puukiuasstandardi-ja-hiukkaset/

Valtteri Niemisen esitys tutkimuksesta Kansainvälisessä saunakongressissa 2018:
http://www.bastuakademien.se/Homepage/Download-File/f/1072863/h/90ddd5c9b36814ff6ed1be00ed42dca3/A+novel+concept+to+study+sauna+stoves+NIEMINEN_FINAL

Video Vekan toistaiseksi viimeistelemättömän pro gradu -tutkielman sisällöstä, jossa tutkittiin roskien polton päästövaikutuksia: https://www.youtube.com/watch?v=74I-ogiSX9c