This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under Grant Agreement No 691748 This document reflects only the author´s view and INEA is not responsible for any use that may be made of the information it contains

Take-off for sustainable supply of woody biomass from agrarian pruning and plantation removal

Call H2020-LCE-2015-3 Coordination and support action

Energy from woody residues of fruit plantations. uP_running experience and ideas for the fruit sector in Poland

Energia z biomasy odpadowej z sadów owocowych. Doświadczenia i idee projektu uP_running dla polskiego sektora produkcji

owoców 27th June 2017

Związek Sadowników RP. Headquarters ul. Sportowa 4a. 05-600 Grójec

Daniel García Galindo CIRCE - Research Centre for Energy Resources and Consumption

Arkadiusz Dyjakon Uniwersytet Przyrodniczy we Wroclawiu Wroclaw University of Environmental and Life Sciences

1. uP_running project

Projekt uP_running

3

What is uP_running?

1. uP_running project

H2020 project:

Contract: 691748 Duration: April 2016- June 2019

This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under Grant Agreement No 691748 This document reflects only the author´s view and INEA is not responsible for any use that may be made of the information it contains

4

What is uP_running?

1. uP_running project / A tool for changing

uP_running partners

uP_running project

sector

Actually… uP_running is a TOOL to cause changes in the use of APPR residues

Właściwie…..uP_running jest NARZĘDZIEM mającym na celu zmianę sposobu wykorzystania odpadów rolniczych

Projekt ma pomoc dokonać zmian

5 1. uP_running project / APPR concept

APPR biomass

APPR – potocznie „Przycinanie i Likwidacja Plantacji”

6

Partnership

1. uP_running project / Partnership

SEC Biomass

Demo countries (Kraje demonstracyjne)

Outreach countries (Kraje pozostałe)

Poland as an adhered country: Transfer of knowledge and experience both ways

Polska jako kraj współpracujący: Transfer doświadczeń i wiedzy w obie strony

7

Why uP_running

1. uP_running project

/... as an opportunity

Important potentials of APPR residues in

some areas in Europe Istotny potencjał

odpadów z APPR w wybranych rejonach

Europy

•OPPORTUNITY: to promote a take-off of the APPR biomass use for energy / bioeconomy • OKAZJA do promocji zbierania biomasy APPR i produkcji

energii / zastosowania bio-ekonomii

APPR Residues either mulched, burnt or disposed

Odpady APPR są rozdrabniane, spalane lub

składowane

Sustainability, circular economy, low carbon

economy, etc. Ekonomia zrównoważona, zamknięta, nisko-węglowa

itp.

APPR - Agrarian Pruning and Plantation Removal – „Przycinanie i Likwidacja Plantacji”

8

uP_running actions

1. uP_running project

/Objective&actions

Rekomendacje i doradztwo

Przełamywanie barier i planowanie strategiczne

Kampanie promujące, zmiana sposobu myślenia

Odwzorowanie w innych regionach/krajach

Towarzyszące przedsiębiorstwa

Tworzenie miejsc dla nowych konsultantów

Mapy Google dla obserwacji APPR w Europie

Studium przypadku, modele biznesowe, klucze do sukcesu

9

Question for today…

1. uP_running project / Question for today

Agricultural Pruning

Plantation Removal

KWESTIA:

JAK TO ZROBIĆ ?

10

Agenda

1. uP_running project / AGENDA for TODAY

1. uP_running project

2. Pruning to energy: quality

3. Collecting APPR biomass

4. APPR biomass value chain & success cases

5. Keys, costs & lessons learned

6. Discussion and questions

Projekt uP_running

Gałęzie z przycinki do energii: jakość

Zbiór biomasy z APPR

Łańcuch logistyczny biomasy & przykłady sukcesów

Aspekty kluczowe, koszty & zdobyte doświadczenia

Dyskusja i pytania

2. Pruning to energy: quality and collection

Gałęzie z przycinki do energii:

jakość i zbiór

12

Biomass: not everything is fine…

2. Pruning to energy: quality and collection

Biomasa: NIE wszystko jest zawsze OK!

13 2. Pruning to energy: quality and collection

Yes, it has good heat power

Tak, biomasa ma dobry potencjał grzewczy

Tak samo dobry, jak zrębki drzewne z lasu

LHV - Wartość opałowa

14 2. Pruning to energy: quality and collection

Important Potential in EU28

Potencjał grzewczy w 28 krajach Europy

20 mln Mg/rok

7 mln Mg/rok oleju ekwiwalentnego

45 mld/rok barylek ropy naftowej

15 2. Pruning to energy: quality and collection

Some facts for POLAND

Liczby dla Polski

12,5 PJ/rok

ok. 1 mln Mg

16 2. Pruning to energy: quality and collection

Biomass quality???

QUALITY satisfy needs of consumer

MOISTURE PARTICLE SIZE ASH CONTENT

JAKOŚĆ biomasy???

JAKOŚĆ → spełnić oczekiwania i potrzeby klienta

WILGOTNOŚĆ

ROZMIAR CZĄSTEK

ZAWARTOŚĆ POPIOŁU

17 2. Pruning to energy: quality and collection

Moisture affects price Zawartość wilgoci wpływa na cenę

18 2. Pruning to energy: quality and collection

Moisture affects price Zawartość wilgoci wpływa na cenę

Nawet jeżeli rozdrobnienie jest właściwe, to wzrost wilgoci obniża jakość i cenę końcową

19 2. Pruning to energy: quality and collection Particle size

PRUNING:

Pruning woodchips (clean cut)

Zrębki z gałęzi

Thick shredding (break with hammers)

Grube rozdrabnianie

Fine shredding (fine defibered)

Drobne rozdrabnianie

ROZMIAR CZĄSTEK

Gałęzie z przycinki/prześwietlania

20 2. Pruning to energy: quality and collection PARTICLE SIZE

PLANTATION REMOVAL

Fruit tree woodchips (clean cut, forestry chipper) Zrębki z gałęzi owocowych (Rozdrabniacz w leśnictwie)

Shredding (high velocity) Rozdrabniacz

(wysoka prędkość pracy)

Crusher (large/inhomogeneous)

Rębak (duże/niehomogeniczne)

Likwidacja plantacji/sadu

21 2. Pruning to energy: quality and collection

PARTICLE SIZE

Be carefull with it. LARGE PIECES? TOO MANY FINES?

Maybe needed a screening 5 to 10 €/t

ROZMIAR CZĄSTEK

Należy uważać: na duże kawałki czy zbyt drobne cząstki

Może wymagać przesiewania 5 - 10 €/t

22 2. Pruning to energy: quality and collection

PARTICLE SIZE

Problems in feeding boilers

Clogging in screw feeder

Bridges inside the hoppers

ROZMIAR CZĄSTEK

Problemy z układem podawania w kotle

Blokowanie ślimaka

Zawieszanie w zbiorniku zasypowym

23 2. Pruning to energy: quality and collection

Ash, soil, stones PERCENTAGE ASH in BIOMASS:

Pellet EN-PLUS: < 1% (db) Pellet klasy EN-PLUS:

Forestry woodchips high quality: 1 % (db) Zrębki leśne wysokiej jakości:

Fruit Stemwood woodchips: 1-2 % (db) Zrębki trzonu drzew owocowych:

Pruning (clean, without leaves) < 4 % (db) Gałęzie (czyste, bez liści):

Pruning (clean, with leaves) < 5 % (db) Gałęzie (czyste, z liśćmi):

What if we “colect soil and stones?”… Pruning with soil…. Ash > 10% Gałęzie z ziemią..... Popiół > 10% Fruit tree with roots… Ash > 20% Korzenie drzew owocowych… Popiół > 20%

Popiół, ziemia, kamienie Udział procentowy popiołu w biomasie:

Co w przypadku „zebrania ziemi i kamieni?”

24 2. Pruning to energy: quality and collection

Quality affects price – Jakosc wplywa na cene SUMMARY:

Let Wood on field time to let it dry before collecting Be careful when collecting: try to get clean biomass Note that Wood consumers may need a specific particle size

Podsumowanie:

Przed zbiorem, daj czas biomasie w sadzie na jej podsuszenie

Bądź uważny podczas zbioru, aby pozyskać czystą biomasę

Pamiętaj, że odbiorca może potrzebować specyficzny rozmiar cząstek (rozdrobnienie)

3. Collecting APPR biomass

Zbiór biomasy z APPR

26

PRUNING - FORWARDING

• Fast

• Low investment

• But… who can use the APPR Wood with soil nd stones?

3. Collecting APPR biomass

Gałęzie - Wypychanie

Szybko

Niskie koszty inwestycyjne

Ale…kto może używać biomasy APPR z ziemią i kamieniami?

27

PRUNING FRONT SHREDDERS

Biomass 150 (SERRAT) Biomasa Natura (PICURSA)

- Usually high power demand (Zazwyczaj wymaga większej mocy)

- Usually fine shredded material (Zazwyczaj drobny materiał końcowy)

- Avoid driving over the branches (Unikaj jeżdżenia po gałęziach)

3. Collecting APPR biomass

Gałęzie – Rozdrabniacz przedni (czołowy)

28

PRUNING – Rear shredders

TRP (Kuhn)

• Directly derived from mulchers (zaadoptowane rozdrabniacze) • Irregular material (nieregularny materiał) • More economic. Robust in general. (Ekonomiczne. Wytrzymałe) • Multiple models (wiele modeli na rynku)

To trailer Do naczepy Into a bin

Do zasobnika Into big-bag Do Big-bag

TRISA BIO (BELAFER) PMA 16CR (PROMAGRI)

3. Collecting APPR biomass

Gałęzie – Rębak tylny

29

PRUNING– Rear CHIPPERS

• Not shredding, but chipping (Nie rąbią, ale rozdrabniają) • 2 or 3 models in market (2-3 modele na rynku) • More homogeneous. But not like forestry woodchips (bardziej

jednolity materiał, ale nie lubią leśnej biomasy) • Weaker tan shredders; higher maintenance (słabsze niż rębaki,

wyższe koszty utrzymania)

Marev Alba (Costruzioni Nazzareno)

EuroPruning - PC50 (ONG-SNC)

3. Collecting APPR biomass

Gałęzie – Rozdrabniacz tylny

30

• In developement (na etapie rozwoju) • Reduce costs (redukcja kosztów) • Key for intensified crops with mechanical pruning

(zalecane dla upraw intensywnych z mechanicznym cięciem)

Speedy-cut (FAVARETTO) Prototype Vilafranca del Penedes (Vineyards4Heat project)

PRUNING – Integrated pruning and collection 3. Collecting APPR biomass

Gałęzie – Zintegrowane cięcie i zbiór

31

PRUNING – Bales

• Drive over pruning wood (jeżdżą po gałęziach) • Bale densities under 230 kg/m3 in round bales (gęstość

balotów ok.. 230 kg/m3) • After baling you may need to chip the bale (Po

zbalotowaniu może być konieczne zrębkowanie)

EuroPruning - PRB1,75 (PIMR)

QuickPower (Caeb) Regular straw baler provided with header to collect branches nd crush them before

baling (Header T2400 SERRAT)

3. Collecting APPR biomass

Gałęzie – Balotowanie

32

Brands available

3. Collecting APPR biomass

Serrat Belafer Picursa Promagri López Garrido Jonues i fills

Berti CAEB Costruzioni Nazzareno Facma Falc Favoretto Paolo Lerda Nobili Omarv Omat ONG-SNC Orsi Peruzzo Rinieri Seppi Sgarbi Tierre Tigliefe Wolagri

Concept Machines Bernhardt (CMB) KUHN

Souslikoff Oonyx

Europe’Vit

Forest Technology Centre Inventor PIMR

Perfect (Van Wamel B.V.) Lely

Stoll Jordan

FULL CATALOG AVAILABLE IN EUROPRUNING WEBPAGE

(download Report D3.4 from www.europruning.eu)

Producenci maszyn na rynku

33 3. Collecting APPR biomass

Alternatives for pruning wood Alternatywy dla ścinek biomasy

ALTERNATIVES TO COLLECT AGRICULTURAL PRUNING

GATH

ERIN

G M

ANU

ALLY

FORW

ARDI

NG

+ SH

REDD

ING/

CH

IPPI

NG

34

PLANTATION REMOVAL Wood – whole tree

• Large shredders/chippers can cost 300.000 to 500.000 € (duże rębaki/rozdrabniacze – wysokie koszty zakupu maszyn)

• Biomass produced still has stones and soil. Not so good quality, and so, the price may be lower in comparison to forest woodchips (produkowana biomasa ma kamienie i ziemię, co skutkować może niższą ceną w stosunku do zrębek leśnych)

Screening

Up-root, shake, forward/prepare Shredding in large machine Transport to intermediate

plant

Chipping

3. Collecting APPR biomass

Likwidacja plantacji/sadu – Proces 1-etapowy

APPR Wood ready for consumer

35

• Also requires high investment (Także duże nakłady inwestycyjne) • Produce woodchips of 2 different qualities (Powstają zrębki o 2

różnych klasach jakościowych)

Up-root roots, shake, and pile

Fell tree Chip the tree Transport to storage or to

consumer

Shredding Transport to intermediate plant Chipping Screening

3. Collecting APPR biomass

Likwidacja plantacji/sadu – Proces 2-etapowy PLANTATION REMOVAL Wood in 2 fractions

Good Quality APPR Wood ready for

consumer

Medium/low quality

Wood ready for

consumer

36

More data on machinery and performance in our observatory

3. Collecting APPR biomass

Więcej danych na temat maszyn i ich działania na stronie naszego „obserwatorium”

http://www.up-running-observatory.eu

37

To consider (Do rozważenia)

• Quality (Jakość): • Avoid soil and stones (unikaj ziemi i kamieni)

• Performance (Działanie): • Km/h and power needed (szybkość i moc maszyn) • Manouvers: select machinery that fits in the field. Time for

maneouvring can be a trap of time (Manewrowanie: dobór odpowiedniej maszyny, oszczędność czasu)

• Loading /downloading times (czas załadunku/rozładunku) • Losses: % that remains in soil (Straty: ile % biomasy pozostaje)

• Handling (Postępowanie): • Bales and big-bags: enter in field with tractor to take it out (baloty i big-

bags: trzeba wjechać dodatkowo traktorem aby je zabrać) • Put always your biomass on paved soil (magazynowanie na terenie

utwardzonym) • Careful!!: moist shredded material will start fermentation in a pile.

Leave it on open air, to dry. Or select baling or chipping. (zrębkowany materiał może zacząć rozkładać się w pryzmie, trzeba umożliwić naturalne suszenie lub wybrać balotowanie ze zrębkowaniem)

3. Collecting APPR biomass

4. APPR biomass value chain & success cases

Biomasa z APPR – Łańcuch logistyczny & Przykłady sukcesów

39

Fruit value chain (e.g. Poland)

APPR biomass value chain & success cases

3.000 PLN/t 40 t/ha

1000 PLN/t

Łańcuch logistyczny owoców (przykład w Polsce)

40

PRUNING value chain

APPR biomass value chain & success cases

Ok. 300 PLN/t

1 do 5 t/ha 0 PLN/t ?

Łańcuch logistyczny ściętych gałęzi

41

PRUNING value chain

APPR biomass value chain & success cases

Any value chain requires all participants get a BENEFIT. Then it may work

Benefit

Tangible

Intangible

Incomes Savings Time spared Avoid pest risk (uniknięcie szkodników) Avoid fire risk (unikniecie ryzyka pożaru) CO2 sink, sustainable business (zrównoważony biznes) Differentiation, branding (zróżnicowanie, redukcja CO2) Independent from gasoil/other biomass (niezależność od paliw kopalnych)

Łańcuch logistyczny ściętych gałęzi

Łańcuch logistyczny wymaga, aby każdy miał korzyści – wtedy to będzie działać

„namacalne”

„nienamacalne”

Korzyści

Dochody Oszczędności Czas oszczędzony

42

Consult success cases in our observatory

APPR biomass value chain & success cases

Omów przykłady sukcesów w naszym „Obserwatorium”

http://www.up-running-observatory.eu

43

Case: AGRIFRANJA

Small company (mała firma) ≈70 ha de PEACH (70 ha brzoskwiń)

MANUAL PRUNING FORWARDING MANUAL CHIPPING STORE IN BUNKER

APPR biomass value chain & success cases

Net costs about 80 €/t Save money in respect gasoil (1/3 per unit of

energy)

Przykład – model własnego zagospodarowania

Koszt netto 80 Euro/Mg

Oszczędność 30%

44

Serra: 3000 inhabitants (3000 mieszkańców) Collect multiple residues. APPR about 60 t/year (Zbiór różnorodnych odpadów. APPR około 60 Mg/rok) Municipal service. Heating public buildings (Obsługa miasta, Ogrzewanie

budynków publicznych)

Manual pruning Manual/tractor forwarding

Municipal service collects

Municipal service stores, chips and produce pellets

Farmer avoid tiring task of burning.

Avoid potential problems of fires.

Lower risk of fies near the village. City council saves about 20.000 €/yr

Case: SERRA (city council)

APPR biomass value chain & success cases

Przykład – model gospodarki odpadami biomasowymi (Małe miasto)

Farmer unika ryzyka pożaru Miasto oszczędza około 20 000 Euro/rok

45 APPR biomass value chain & success cases

Case: SERRA city council

46

Case: ACCIONA MIAJADAS Large power plant (15 Mwe) 55000 t/yr straw:; 45.000 t/yr woodchips 2015 started use of PRUNING WOOD (1000 t) 2015 also utilised 1000 t of fruit tree uproots

Manual pruning and preeparation of

branches

Forwarding out of field

2 month open air storage

Chipping with forestry chipper

Transport in large trucks (90 m3)

Farmer saves money and time in disposing

his residues

Forestry Company diversifies its activity. Obtain a new profit margin.

APPR biomass value chain & success cases

Sadownik oszczędza pieniądze, nie musi

składować Firma dywersyfikuje swoją aktywność.

Zyskuje nowy zakres dochodów

47

Case: Orchard in Komorow (Poland) – Site visiting Sady w Komorowie – Wyjazd zapoznawczy

APPR biomass value chain & success cases

a) apple orchard b) apple pruned biomass

c) biomass baler

d) pruned biomass bale

e) pruned biomass size f) storage in the orchard

g) pruned bales trailer

h) boilers house (2x300 kWth) i) boiler for bales combustion

5. Keys, costs & lessons learned

Aspekty kluczowe, koszty & zdobyte doświadczenia

49

Keys:

• Some driving forces that can cause a prompt change: Czynniki, które mogą spowodować znaczące zmiany:

• MARKET (Rynek): • Petrol barrel Price (Cena paliw kopalnych) • Biomass Price and demand (Cena biomasy i zapotrzebowanie)

• Policy (Polityka) • support to renewable power or heat (wsparcie energii z OŻE) • Public greening (e.g.: demo facilities in public buildings) (Zielone miasta,

gminy, wsie) • Direct support mechanisms to use pruning to energy (wsparcie bezpośrednie

na wykorzystanie APPR do produkcji energii) • Regulations (Regulacje)

• Banning the burning of residues (Zakaz „wolnego” spalania odpadów) • Obligation to withdraw APPR residues (to reduce risk of pest and diseases)

(Obowiązkowe usuwanie odpadów z APPR – redukcja szkodników i chorób)

5. Keys, costs & lessons learned

Kluczowe aspekty

50

Costs:

• Main costs are COLLECTING COSTS:

• Buy Machine (20.000 €) 10 €/t

• COLLECTING 1 h/ha 35€/ha

• Transport (locally) 5 €/t

• Storage and logistics: 5 €/t

• Screening /treatig: 5 -10 €/t

• Final delivery: 5 – 10 €/t

5. Keys, costs & lessons learned

KOSZTY:

Główne koszty to koszty zebrania gałęzi:

Zbiór

Transport

Magazynowanie i Logistyka

Segregacja/przetwarzanie

Dostawa do klienta

Koszt maszyny 1 t/ha 35 €/t

2 t/ha 17.5 €/t

3 t/ha 8.75 €/t

51

Costs: 5. Keys, costs & lessons learned

KOSZTY: Buy

Machine (20.000 €)

COLLECTING Transport (locally)

Storage and logistics

Screening /treating

Final delivery

Large value chain Productivity 1 t/ha

Buy Machine

(20.000 €)

COLLECTING

Transport (locally)

Storage and logistics

Screening /treating

Final delivery

Large value chain Productivity 2 t/ha

Buy Machine

(20.000 €)

COLLECTING

Transport (locally)

Storage and logistics

Screening /treating

Final delivery

Short value chain Productivity 1 t/ha

Buy Machine

(20.000 €)

COLLECTING

Transport (locally)

Storage and logistics

Screening /treating Final

delivery

Short value chain Productivity 2 t/ha

69 €/t

51 €/t

51 €/t

33 €/t

Zbiór

Zbiór

Zbiór

Zbiór

52

Meassure your potential (Określ swój potencjał):

5. Keys, costs & lessons learned

53

Lessons learned (Zdobyte doświadczenie):

• APPR biomass is possible (Jest możliwe wykorzystanie APPR)

• Profit margin tight avoid many operations, be efficient (Margines zysku jest ograniczony, unikaj zbyt wielu operacji, bądź efektywny)

• Value: preserve it, avoid soil, stones, and fermentation in piles (Wartość: unikaj zanieczyszczeń –ziemia, kamienie – oraz rozkładu biomasy w pryzmie)

• Harvesting is a critical stage: influences quality and more than 50%of final cost. (Zbieranie jest kluczowym etapem: wpływa na jakość i więcej niż 50% kosztów)

• Needed that all value chain actors find a benefit. Select the appropriate model (Niezbędne, aby każdy miał korzyści – wybierz właściwy model biznesowy i strategię)

• INTANGIBLE VALUE can make the difference (korzyści nienamacalne i pośrednie mogą powodować różnicę i wpływać na decyzje)

5. Keys, costs & lessons learned

Take-off for sustainable supply of woody biomass from agrarian pruning and plantation removal

Thank you very much for your attention!

Daniel García Galindo CIRCE - Research Centre for Energy Resources and Consumption Zaragoza, SPAIN Email: daniel.garcia@fcirce.es Tel.: +34 876 55 55 11

Arkadiusz Dyjakon Uniwersytet Przyrodniczy we Wroclawiu Email: arkadiusz.dyjakon@upwr.edu.pl Tel.: +48 713205945, mobile: +48 662 258 384