Uusi kiuaslaboratorio selvittää puukiukaiden päästöt

Puukiukaat ovat suomalaisille rakkaimpia saunan lämmittimiä. EU viranomaiset ovat kuitenkin iskeneet niihin silmänsä siinä mielessä, että Suomelta edellytetään vuonna 2018 kokonaisinventaariota maamme kaikista hiukkaspäästöistä sekä mustasta hiilestä. Näistä on tähän asti kiukaiden osalta ollut vain karkeita arvioita. Nyt Itä-Suomen yliopiston Kiuas-hanke tutkii suosituimpien puukiukaiden päästöjä uudessa, ainutlaatuisessa Simo-laboratoriossa. Saunologia kertoo miten tutkitaan ja että kiukaiden päästöistä tähän asti on paljastunut outoja CO2-päästöjä ja hurjasti vaihtelevia hiukkasmääriä.


Puhtaus on suomalaisen saunan tärkeimpiä elementtejä. Puhdas sauna havaitaan silmillä ja nenällä. Kaikkia ilman epäpuhtauksia ei kuitenkaan haista tai näe, mutta niillä voi olla ikäviä pitkäaikaisia terveys- ja ympäristövaikutuksia. Pienhiukkaset ovat tällainen uhka, joka tutkimusten mukaan aiheuttaa moninaisia terveyshaittoja, mm. vaikuttaen tuhansiin ennenaikaisiin kuolemiin. Tämän vuoksi on tärkeää, että saunan lämmittäminen itsessään tuottaa mahdollisimman vähän päästöjä liikenteestä ja teollisuudesta syntyvien ilmansaasteiden rinnalle.

simo-hiukkaset-mikroskooppi
Yhteen sokeripalaan mahtuu miljardi 10 mikrometrin hiukkasta. Kuva: Itä-Suomen yliopisto

Miksi tällaista tehdään?

Saunologiassa on aiemmin kirjoitettu siitä, miten huonosti suosittujen puukiukaiden ympäristövaikutukset ja päästöt tunnetaan. Kiukaisiin liittyvän tutkimuksen olemattomuus selittyy osallaan sillä, ettei asialla ole ollut riittävästi merkitystä esim. tutkimus- tai innovaatiorahoituksen puitteissa, jotta sen tutkiminen olisi ollut mahdollista.

Tutkimuksen puute minua ällistyttää, sillä puukiukaita on käytössä todennäköisesti yli miljoona! Kotitalouksien puun käytöstä saunoissa tapahtuu vajaa viidennes. Kiukaissa palaa puita laskennallisesti yli miljoona kuutiota. Täysin vähäpätöisestä ilmiöstä ei siis ole kysymys. Tähdet päätyivät kuitenkin vasta vuonna 2017 sellaiseen asemaan, että kiukaiden päästöjen perinpohjainen tutkiminen tuli mahdolliseksi.

Syynä oli osaltaan pakko. EU:n sisällä jäsenmaat on velvoitettu seuraamaan erilaisia päästöjä niin sanottujen inventaarioiden avulla. Koska aiempien selvitysten perusteella on syytä olettaa myös kiukaiden vaikuttavan tiheästi asuttujen alueiden hiukkaskuormaan, ei asiaa voinut enää jättää arvailujen varaan.

180810-UEF-SIMO-valvontalaitteet
Mittalaitteet ja tarkkailuhuone sijaitsevat toisessa kontissa kuin sauna

Suomessa päästöjen raportoinnista vastaa Ympäristöministeriö. Ministeriön ja muiden julkisten toimijoiden tuella rahoitettiin Itä-Suomen yliopistoon Kiuas niminen tutkimusprojekti. Samaan aikaan Kuopioon saatiin myös rahoitusta takka- ja sauna-alan yritysten tuotekehityshankkeeseen, joiden ansiosta yliopisto pystyi rakentamaan uuden Simo-nimisen mittausaseman liikuteltavaan konttiin Kallaveden rannalle. Tavoitteena on ensimmäistä kertaa Suomessa saada kattava kuva, millaisia päästöjen markkinoilla olevista puukiukaista tyypillisessä käytössä syntyy.

simo-esite-uef
Simon esite. Kuva: Itä-Suomen yliopisto

Suomen ympäristökeskus Syke on mukana tietojen hyödyntämisessä. Sykkeen Niko Karvosenoja kommentoi projektia seuraavasti:

Kiuas-hankkeen tärkein tavoite on parantaa tietopohjaa puukiukaiden pienhiukkasten ja mustan hiilen päästöjen päästökertoimista, joita käytetään mm. Suomen virallisesti raportoitavien päästöinventaarioiden laskennassa ja pienpolton terveysvaikutuksia arvioivissa mallinnustutkimuksissa. Kiukaiden päästöjä on joitain vuosia sitten mittailtu, joihin mittauksiin perustuvat nykyään käytössä olevat päästökertoimet. Vuodesta 2013 vaadittu kiukaiden CE-merkintä, joka ei sinänsä sääntele hiukkaspäästöjä, mutta sen hyötysuhde- ja häkäpäästövaatimukset ovat saattaneet parantaa kiukaita jonkin verran myös hiukkasten suhteen vähäpäästöisemmäksi. Tätä päivitystä hankkeella ajetaan takaa:

Simo-laboratorio

180810-UEF-SIMO-kontti-ulkoa
Kahdesta kontista muodostuva Simo-laboratorio syksyllä 2017 Kallaveden rannalla yliopiston kampuksella

Laboratoriossa voidaan tutkia eri polttoaineiden vaikutuksia päästöihin sekä saunan energiataseeseen. Energiatase tarkoittaa sitä, kuinka paljon energiaa jää saunan sisälle ja kuinka paljon häviää savukaasujen ja ilmanvaihdon kautta. Lähes kaikki olosuhdetekijöitä voidaan mitata ja hallita. Esimerkiksi hormin vetoa voidaan säätää automaattisesti.

180810-UEF-SIMO-labra-monitori
Reaaliaikaista monitorointia

Laboratorion ainutlaatuinen piirre on mahdollisuus tutkia päästöjä reaaliajassa. Tämä ei ole aiemmin ollut mahdollista. EU:ta kiinnostavista päästöistä kaikki voidaan PAH-pitoisuuksia lukuun ottamatta tutkia reaaliaikaisesti. Loput kerätään perinteiseen tapaan keräämällä hiukkasnäytteitä suodattimeen, jotka analysoidaan manuaalisesti.

180810-UEF-SIMO-hiukkasnayte
Hiukkasia odottamassa punnituksia kontrolloidussa ilmastossa

Laboratoriossa voidaan tutkia myös takkoja ja muita pientulisijoja, tässä jutussa kiukaat ovat kuitenkin ensisijalla. Laboratorio on rakennettu kahden kontin sisään, jotta sitä voidaan pienellä vaivalla siirtää. Kontti tulee liikkumaan mm. tulisijavalmistajien tiluksille, kunhan Kiuas-projektin mittaukset saadaan ensin Kuopiossa valmiiksi.

Tutkimusprotokolla määrittää lopputulokset

Vuonna 2017 Itä-Suomen Pienhiukkas- ja aerosolitekniikan laboratorion yliopistotutkija Jarkko Tissari sai tutkimusryhmänsä johdolla laboratorion käyttökuntoon. Saunologi kävi ottamassa ensimmäiset testilöylyt jo lokakuussa, mutta tutkimukset käynnistyivät vasta tänä vuonna.

180810-UEF-SIMO-ja-Jarkko
Simon isä Jarkko

Saunologia on toiminut yhteistyössä Kiuas-hankkeen kanssa osallistumalla asiantuntijatyöhön, jossa on määritetty mittausmenetelmää päästöjen arviointiin joulukuusta 2017 alkaen. Tissarin tutkimusryhmän luotsaama työ on vaatinut uusia ideoita. Menetelmässä on otettu mallia puukiukaiden CE-testistandardista, mutta sitä ei ole kokonaisuudessaan voitu soveltaa. Tämä tarkoittaa vastauksia kysymyksiin kuten, kuinka paljon puuta poltetaan kerralla, millaista se on, heitetäänkö mittausten aikana löylyä ja millainen veto tulisijaan kohdistuu.

Lopullisessa mittausjärjestelyssä saunan koko (16m3), polttotapa (3+3+1 kg), polttoaine (koivu, <20% kosteus), veto (6 Pa sytytyksessä) ja löylynheitto  vakioidaan.

Mittauksiin valittiin yhteensä kahdeksan kiuasta neljältä suurelta ja yhdeltä pieneltä puukiuasvalmistajalta, jotka ovat kokosuosituksiltaan testisaunaan sopivia. Kaikki kiukaat ovat teholuokituksen pienemmästä päästä. Kiuasmallit ovat tavanomaisesti saatavilla olevia tuotteita, eivät prototyyppejä.

180810-UEF-SIMO-lauteet
Tutkimussaunassa on ihan tavallinen peräseinälaude ja saunominenkin onnistuu

Kiukaan käytön lisäksi on ollut tehtävä päätöksiä siitä, miten hiukkasmittauksia tarkalleen ottaen tehdään. Syynä tähän on se, ettei kaikista päästöistä ole olemassa yleisesti, kansainvälisesti hyväksyttyjä standardimittamenetelmiä, tai ne ovat vasta valmisteilla. Monia mittauksia ei esimerkiksi ole mahdollista tehdä ilman näytteiden laimentamista eli ilman sekoittamista savukaasuun. Muutoin mittarit menevät tukkoon.

180810-UEF-SIMO-putkistoa

Suositeltavasta laimennusmenetelmistä ei tiedeyhteisössä ole kuitenkaan vielä yksimielisyyttä. Tämän seurauksena projektin sivutuotteena on syntymässä ainakin kansallinen standardiluonnos päästöjen mittaamisen teknisistä yksityiskohdista. Tavoite on julkaista SFS-standardi vuonna 2019, joka luotettavasti ja laajasti mahdollistaisi hiukkaspäästöjen tutkimuksen, myös puukiukaiden kohdalla.

Mitattavat päästöjä ovat mm.

  • CO, häkä
  • CO2 hiilidioksidi
  • Organic gaseous carbon (OGC)
  • Fine particular matter (PM2,5)
  • Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)

Tutkimus ripeästi täyteen vauhtiin

Kuopiossa on päästöjä tutkittu toistakymmentä vuotta. Yliopiston piirissä on myös kaupallistettu hiukkastutkimusmenetelmä (kts. http://www.venacontra.com/). Tissarin ja Itä-Suomen Yliopiston pitkän kokemuksen ansiosta projekti on päässyt tuottavaan vaiheeseen erittäin nopeasti.

Sekä näytteistys- että asetelmakysymykset saatiin tyydyttävästi ratkaistua kevättalvella 2018 ja UEF:n tutkimusryhmä aloitti kiukaiden testaamisen huhtikuussa. Kesäkuussa 2018 tutkija Valtteri Nieminen oli ryhmänsä puolesta esittelemässä ensimmäisiä tutkimustuloksia kansainvälisessä saunakongressissa. Suomen Saunaseura huomioi Tissarin pitkäjänteisen työn viimeisimmän vaiheen onnistumisen myöntämällä tälle Löylynhenki-palkinnon kesäkuussa 2018.

Alustavia tuloksia: outoja CO2-päästöjä, hurjasti vaihtelevia hiukkasmääriä

Tissari tutkijoineen ehti ennen kevään huoltotaukoa suorittamaan mittaussarjat kolmelle kiukaalle. Kiukaiden identiteettiä ei ole paljastettu, mutta joukossa on kahden eri tehoisia kiukaita.

Alustavista tuloksista selviää, että kiukaiden päästöissä on selviä eroja. Lisäksi kiukaiden hiilidioksipäästöt poikkeavat selvästi CE-testistandardin mukaisesti ilmoitettavista päästöistä, ja valitettavasti yläkanttiin. Kiukaiden keskimääräinen CO2-päästö ylittää standardin vaatimukset moninkertaisesti. Muutenkin eri hiukkaspäästöjen välillä on kiukaiden välillä suuria eroja. Esimerkiksi mustahiili ja PM1 päästöissä Kiuas2 ja Kiuas1 välinen ero on 3-5 –kertainen!

simo-kolme-kiuasta
Kiuas-hankkeen ensimmäisiä julkaistuja tuloksia - kolmen kiukaan toimintaa
simo-kolme-kiuasta-paastot
Kiuas-hankkeen ensimmäisiä julkaistuja tuloksia - kolmen kiukaan päästöjä

Kuvat UEF:n seminaarin webinaarista 23.5.2018 Jarkko Tissarin esityksestä.

Kuvista selviää lisäksi, ettei hiukkaspäästöjen välillä ole selviä korrelaatiota. BC ja PM1 päästöjen suhteen paras Kiuas1 tuottaa selvästi enemmän CPC kategorian pääsötjä.

Tutkimustuloksilla tulee valmistuessaan olemaan monia kiinnostavia vaikutuksia, sillä tutkimuksen sivutuotteena saadaan ainutlaatuista tietoa kiukaiden toiminnasta, joilla niiden käyttöä voidaan aiempaa paremmin ohjeista.

Esimerkiksi alla olevasta höytysuhdetta kuvaavasta kaaviosta selviää, että panosten lisääminen lähes hiillokselle aiheuttaa hyötysuhteen romahtamisen täyttöjen välillä.

simo-kiukaan-hyotysuhde
Puukiukaan hyötysuhteen vaihtelu lisäysten välillä. Kuva: Itä-Suomen yliopisto

Kiinnostavat tulokset odottavat

Tulee olemaan erittäin mielenkiintoista nähdä millaisia tulokset kokonaisuudessaan ovat. Saunologian lukijoita kiinnostaa varmasti se, miten eri kiuasmerkit ja –mallit menestyvät ainutlaatuisessa päästötestissä. Hankkeen johtoryhmä ei ole toistaiseksi ottanut kantaa milloin, jos koskaan, tulokset tällä tasolla julkaistaan, olen kuitenkin kuluttajien puolesta esittänyt vetoomuksen, että näin olisi tärkeää tehdä.

Mikäli päästötietoja ei saada julkisuuteen, ei niillä voi ohjata kuluttajien ostokäyttäytymistä

Mikäli päästötietoja ei saada julkisuuteen, ei niillä voi ohjata kuluttajien ostokäyttäytymistä. Tästä projektissa ollaan samaa mieltä, joten uskon, että tulokset saadaan vielä julkisuuteen, kun koesarjat valmistuvat. Kiuas-projektissa ei ole taloudellisia siteitä kiuasvalmistajiin, joten tässä suhteessa poliittista vaikuttamista ei pitäisi tapahtua; rinnakkaisessa projektissa niitä tosin on. Rinnakkainen Simo-hanke toisaalta tähtää siihen, että tulisijavalmistajat saisivat mahdollisuuden tutkia ja kehittää hiukkaspäästöjä omissa tuotteissaan, joka on tähän asti ollut käytännössä käytännössä mahdotonta.

180810-UEF-SIMO-mustahiili

Tulen kirjoittamaan asiasta välittömästi lisää, kun kerrottavaa on! Jatkan syksyllä yhteistyötä Kiuas-hankkeen kanssa saatujen tulosten tuomiseksi koko kansan tietoisuuteen.

Kiitokset Jarkko Tissarille vierailun isännöinnistä ja ehdottoman tärkeästä työpanoksesta suomalaisen saunan puhtaan tulevaisuuden eteen!

-

Lue lisää laboratoriosta, testimenetelmistä ja tuloksista Valtteri Niemisen kongressiesitelmästä

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

Kuka Lassi A Liikkanen?

Saunologi ja saunan suunnittelun tutkimusmatkalainen. Johtava nykyaikainen suomalaisen saunan asiantuntija. Työkseni suunnittelen parempia digitaalisia palveluita. Minulla on pitkä historia akateemisesta tutkimuksesta ja opetan edelleen satunnaisesti Aalto-yliopistossa.