Heppelmann, J.; Labelle, E.; Wittkopf, S.; Seeling, U. (2019): In-stand debarking with the use of modified harvesting heads: a potential solution for key challenges in European forestry. European Journal of Forest Research 138, S. 1067-1081. DOI: 10.1007/s10342-019-01225-y
Modern forestry is increasingly confronted with challenges that appear
with intensive forest management and the progression of the effects of
climate change. The forestry sector is able to react to the changing
conditions by adapting management plans, forest structure or planting
tree species with a higher stress resistance. However, during stand
management activities, silvicultural treatments and harvesting
operations can have an impact on the further development of the
remaining forest ecosystem. In Germany, the most widely used harvesting
system for thinning operations is a single-grip harvester used for
felling and processing trees followed by a forwarder for timber
extraction from the machine operating trails to roadside. In this
research project, debarking rollers and other modifications designed for
Eucalyptus harvesting heads were tested on conventional harvesting
heads for the first time to assess the possibility of adding debarking
to mechanized forest operations under Central European conditions. Seven
field tests with varying tree species, diameters and age classes, were
established within German state forests in Lower Saxony and in Bavaria.
These tests were repeated in both summer and winter seasons to evaluate
the influence of associated tree sap flows on debarking quality. Three
different harvesting heads were modified to assess the altered
mechanical characteristics and setups. To assess debarking ability
originating from head modifications, a photo-optical measurement system
developed within the scope of the project was used. The results
demonstrate that especially for summertime operations, simple
modifications to currently used harvesting heads are able to provide an
average debarking efficiency up to 90% depending on the modifications.
Another key finding is that a negatively affected sap flow, experienced
during wintertime operations, resulted in 46% lower debarking
efficiency, while spruce bark beetle infestations only resulted in a
wider spread of the variation. Additionally, the vertical position of
the log within the tree proved to have an influence on debarking
efficiency, resulting in 15% lower average debarking for butt logs and
9% for top logs as compared to middle logs. Since a debarking process
requires the stem to be fed through the harvesting head on multiple
occasions to remove bark, average harvesting productivity might be
reduced by approx. 10% compared to productivity measured with
conventional harvesting heads. Considering the results and the extent of
the modifications, the system proved to be a potential addition to
existing harvesting methods facing changing challenges in future
forestry.
Abstract
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Open Access
Heppelmann, J.; Labelle, E.; Wittkopf, S. (2019): Static and Sliding Frictions of Roundwood Exposed to Different Levels of Processing and Their Impact on Transportation Logistics. Forests 10, 568 (7), S. 1-18. DOI: 10.3390/f10070568
Load safety is a critical component of successful logistic operations.
Different influencing factors can affect the necessity of intensive load
securing methods. The most dominant factor is the friction
characteristics of the intended cargo. A cargo with special requirements
on load safety is debarked roundwood. Due to modern forestry
challenges, larger amounts of debarked roundwood assortments are now
being produced within German forest operations. To assess the influence
of debarking onto the static and sliding frictions of Norway spruce,
pulling tests were performed and compared to barked assortments. Results
showed that a significant difference in both static and sliding
frictions exists between barked and debarked assortments within the
first seven days after harvesting. However, this significant difference
became less prominent after the logs continued to dry out and no
difference was detected after 21 days. Over the monitored period,
debarked assortments presented a 40%–45% faster drying rate than barked
assortments. This resulted in a calculated 11%–28% additional
transportable net load (m3) of debarked roundwood assortments
for long trailer systems. Hence, debarked roundwood can be treated
similarly to barked roundwood if stored long enough prior to road
transportation, while having the potential of increased savings within
the wood logistic chain.
Abstract
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Open Access
Heppelmann, J.; Labelle, E.; Seifert, T.; Seifert, S.; Wittkopf, S. (2019): Development and Validation of a Photo-Based Measurement System to Calculate the Debarking Percentages of Processed Logs. Remote Sensing 11, 1133 (9), S. 1-16. DOI: 10.3390/rs11091133
Within a research project investigating the applicability and
performance of modified harvesting heads used during the debarking of
coniferous tree species, the actual debarking percentage of processed
logs needed to be evaluated. Therefore, a computer-based photo-optical
measurement system (Stemsurf) designed to assess the debarking
percentage recorded in the field was developed, tested under laboratory
conditions, and applied in live field operations. In total, 1720
processed logs of coniferous species from modified harvesting heads were
recorded and analyzed within Stemsurf. With a single log image as the
input, the overall debarking percentage was calculated by further
estimating the un-displayed part of the log surface by defining polygons
representing the differently debarked areas of the log surface. To
assess the precision and bias of the developed measurement system, 480
images were captured under laboratory conditions on an artificial log
with defined surface polygons. Within the laboratory test, the standard
deviation of average debarking percentages remained within a 4%
variation. A positive bias of 6.7% was caused by distortion and
perspective effects. This resulted in an average underestimation of 1.1%
for the summer debarking percentages gathered from field operations.
The software generally performed as anticipated through field and lab
testing and offered a suitable alternative of assessing stem debarking
percentage, a task that should increase in importance as more operations
are targeting debarked products.
Abstract
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Open Access
Wilnhammer, M.; Wittkopf, S.; Richter, K.; Weber-Blaschke, G. (2017): The impact of a new emission control act on particulate matter emissions from residential wood energy use in Bavaria, Germany. Journal of Cleaner Production 145, S. 134-141. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.01.039
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Hauk, S.; Gandorfer , M.; Wittkopf, S.; Müller, U.; Knoke, T. (2017): Ecological diversification is risk reducing and economically profitable – The case of biomass production with short rotation woody crops in south German land-use portfolios. Biomass and Bioenergy 98, S. 142-152. DOI: 10.1016/j.biombioe.2017.01.018
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Wilnhammer, M.; Lubenau, C.; Wittkopf, S.; Richter, K.; Weber-Blaschke, G. (2015): Effects of increased wood energy consumption on global warming potential, primary energy demand and particulate matter emissions on regional level based on the case study area Bavaria (Southeast Germany). Biomass and Bioenergy 81, S. 190-201. DOI: 10.1016/j.biombioe.2015.06.025
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Hauk, S.; Skibbe, K.; Röhle, H.; Schröder, J.; Wittkopf, S.; Knoke, T. (2015): Nondestructive Estimation of Biomass Yield for Short-Rotation Woody Crops Is Reliable and Shows High Yields for Commercial Stands in Bavaria. BioEnergy Research 8 (3), S. 1401-1413. DOI: 10.1007/s12155-015-9602-5
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Hauk, S.; Wittkopf, S.; Knoke, T. (2014): Analysis of commercial short rotation coppices in Bavaria, southern Germany. Biomass and Bioenergy 67, S. 401–412. DOI: 10.1016/j.biombioe.2014.05.027
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Hauk, S.; Knoke, T.; Wittkopf, S. (2014): Economic evaluation of short rotation coppice systems for energy from biomass—A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 29, S. 435-448. DOI: 10.1016/j.rser.2013.08.103
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Abstract
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Wittkopf, S. (2001): Optimierte Hackschnitzellogistik für Heizwerke. Tagungsband zum Fachkongress für Holzenergie, Augsburg.
Wittkopf, S. (2001): Energieholzpotentiale und Bereitstellungslogistik. Tagungsband zur IIR-Konferenz „Strom und Wärme aus Holz“, Nürnberg.
Wittkopf, S. (2000): Energieholzmarkt in Deutschland am Beispiel Bayern. Tagungsband zum 9. OTTI-Symposium Festbrennstoffe aus Biomasse und umweltfreundliche Energietechnik, Kloster Banz.
Wittkopf, S.; Weixler, H. (1999): Bereitstellung, Lagerung und Logistik von Waldhackschnitzeln. Tagungsband zum 8. OTTI-Symposium, S. 112-117, Kloster Banz.
Bennemann, C.; Hauck, A.; Grünberger, J.; Heppelmann, J.; Wittkopf, S. (2022): Entwicklung und Bewertung von Logistikketten beim Einsatz von entrindenden Harvesterfällköpfen (Debarking Heads II). Abschlussbericht, 93 S.
Ewald, J.; Rothe, A.; Hansbauer, M.; Schumann, C.; Wilnhammer, M.; Schönfeld, F.; Wittkopf, S.; Zahner, V. (2017): Energiewende und Waldbiodiversität. BfN-Skripten, Bundesamt für Naturschutz 455.
Wilnhammer, M.; Weis, W.; Rothe, A.; Wittkopf, S. (2011): Estimating wood supply potential from small-scale private forest owners - a case study from Southern Germany. 19th European Biomass Conference and Exhibition. Berlin/Deutschland. June 2011.
Wittkopf, S. (2005): Bereitstellung von Hackgut zur thermischen Verwertung durch Forstbetriebe in Bayern. Dissertation am Wissenschaftszentrum Weihenstephan, elektronische Publikation an der Universitätsbibliothek der TU München, 217 Seiten.
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Uhl, E.; Wittkopf, S. (2002): Energy Wood Production – Primary Energy Supply Using Reproductive Raw Material. Englisches Merkblatt für die KWF-Sonderschau, Messe Interforst, München.
Uhl, E.; Wittkopf, S. (2002): Energieholzgewinnung – Primärenergieversorgung mit nachwachsenden Rohstoffen. Merkblatt für die KWF-Sonderschau "Holzproduktion in Verantwortung für Arbeitsschutz, Gesellschaft und Natur" bei der Messe Interforst, 03.-07.07.2002, München.
Wittkopf, S. (1995): Wurzelintensität im Fichten-Buchen-Mischbestand im Vergleich zum Reinbestand. Diplomarbeit an der Forstwissenschaftlichen Fakultät der Ludwig-Maximilians-Universität München, 74 Seiten.
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