LUMI Lujitemuovijätteen materiaalin ja energian kierrätys sementtiuunissa

Transkriptio

1 HANKERAPORTTI LUMI Lujitemuovijätteen materiaalin ja energian kierrätys sementtiuunissa Pekka Erkkilä, Egidija Rainosalo, Leif Hed

2 Sisällysluettelo 1 Tiivistelmä Johdanto Hankkeen kuvaus Tulokset työpaketeittain WP1: Lujitemuovin jätevirrat sijainti, määrä, laatu ja vaihtelevuus WP2: Lujitemuovijätteen muokkaaminen vakioiduksi SRF sekoitteeksi sementtiuuniin WP3: Poltto sementtiuunissa laboratorio ja tuotantomittakaavan kokeet WP4: Jätemateriaalien logistiikan, lajittelun, käsittelyn ja varastoinnin järjestäminen WP5: Lopullisen toimintamallin rakentaminen ja kierrätyskäsikirja Muut toimenpiteet Liitteet

3 1 Tiivistelmä Suomessa lujitemuovijätettä syntyy sekä teollisuuden prosessijätteenä että käytöstä poistettavina tuotteina vuosittain yhteensä noin tonnia. Tätä jätettä ei kierrätetä, vaan jäteyritykset kuljettavat jätteen kaatopaikoille ja osittain energiahyötykäyttöön polttolaitoksissa. Jäte on valtaosaltaan lasikuidulla lujitettua kertamuovia, tavanomaisimmin polyesterihartsia. Nykykäytäntö kaatopaikkasijoituksen osalta ei voi jatkua tulevaisuudessa, koska voimaan astuva biohajoavan jätteen ja muun orgaanisen aineksen kaatopaikkakielto koskee myös lujitemuovia. Lujitemuovijäte on aiheuttamassa sen tuottajille sijoitusongelman ja lisää käsittelykustannuksia, mikäli uutta kustannustehokasta kierrätysmenetelmää ei ole käytettävissä. Sementtiuunipoltto on mm. Saksassa osoittautunut toimivaksi menetelmäksi. Menetelmässä esikäsitelty lujitemuovijäte poltetaan sementtiuunissa, jolloin palamaton osa lujitemuovijätteestä hyödynnetään sementin raaka-aineena ja palava noin yksi kolmasosa jätteestä toimii polttoaineena. Menetelmää voidaan pitää kierrätyksenä, koska se on suurimmaksi osaksi materiaalin uudelleenkäyttöä. LUMI-hankkeen tavoitteena oli kehittää tästä menetelmästä Suomen oloihin sovellettu malli. Hankkeessa oli mukana toimijoita koko jäteketjusta eli jätteitä tuottavista yrityksistä, jätteen kuljetusta ja käsittelyä hoitavista yrityksistä sekä Suomen kahta sementtiuunia operoiva Finnsementti Oy. Hankkeen toteuttivat omina rinnakkaishankkeinaan Teknologiakeskus Ketek Oy ja Mikkelin ammattikorkeakoulu. Teknologiakeskus Ketekin tehtävät painottuivat jätteen ja siitä valmistetun polttoseoksen koostumuksen laboratorioanalyyseihin sekä laboratoriomittakaavan koepolttoihin. Teollisuusmittakaavan kokeet tehtiin Lappeenrannan sementtiuunissa. Mikkelin tehtävät painottuivat valtakunnallisen jätemäärän kartoitukseen, koepolttoaineen ja koepolttojen järjestelyihin sekä valtakunnallisen käsittelylogistiikan selvityksiin. Lisäksi molemmat osatoteuttajat selvittivät oman alueensa jätteenkeruu- ja käsittelylogistiikkaa ja opastivat hankkeessa mukana olleita yrityksiä jätteen lajittelussa ja käsittelyssä tulevaa kierrätysjärjestelmää varten. Hankkeen aikana kerättiin yhteensä 183 tonnia ohjeiden mukaan lajiteltua lujitemuovijätettä. Tutkimuksen, prosessoinnin ja polttokokeiden avulla jätteestä kehitettiin sementtiuuniin sopiva seos. Lopullinen uuniin syötettävä seos täyttää standardin mukaisen kiinteän kierrätyspolttoaineen (SRF, Solid Recovered Fuel) vaatimukset. Tutkimusten ja käytännön kokeiden perusteella lujitemuovijäte soveltuu oikein lajiteltuna ja SRF:ksi esikäsiteltynä ongelmitta Lappeenrannan sementtiuunissa poltettavaksi. Hankkeessa selvitetyllä tavalla lajitellun, murskatun ja sekoitetun jätteen polttaminen ei vaikuta sementin laatuun eikä polttamisella ole vaikutusta sementtiuunin päästöihin. Jätteen keruu ja esikäsittely voidaan pääosin hoitaa nykyisen jätehuollon kalustolla. Laskelmien mukaan jätteen tuottajien kustannukset eivät merkittävästi muutu nykyisestä. Kokkolan alueelle on suunnitteilla jäteasema, joka pystyy vastaanottamaan ja esikäsittelemään kaiken lähialueen lujitemuovijätteen ja asemaa operoiva yritys tulee laajentamaan lujitemuovijätteen käsittelyn myös koko Suomen kattavaksi. Kierrätysjärjestelmä käynnistyy vuoden 2015 aikana. Ketekin vuosina toteuttaman kokonaisuuden kustannusarvio oli euroa ja päärahoittajana toimi Keski-Suomen ELY-keskus ja alueellisena rahoittajana Kokkolanseudun Kehitys Oy. Lisäksi hankkeessa olivat mukana rahoittajina ja osatoteuttajina Boliden Kokkola Oy, Oy Finn-Marin Ltd., Lassila & Tikanoja Oyj, Linex-Boat Oy ja SARGO Sarins Båtar Oy Ab. 3

4 2 Johdanto Nykyaikainen, kestävään kehitykseen pyrkivä yhteiskunta pyrkii kierrättämään jätteensä uusiksi raakaaineiksi mahdollisimman tehokkaasti. Muovien ja komposiittien osalta käydyissä keskusteluissa on kannatettu muovituotteiden kierrätystä raaka aineiksi pelkän polttamalla tehtävän energian talteenoton sijaan. Kestomuovinen tuote esimerkiksi juomapullo - kiertääkin usein takaisin valmistusprosessiin. Kertamuovista ja lujitekuiduista valmistettuja lujitemuovituotteita ei voi kierrättää kestomuovin tavoin. Tyypillinen lujitemuovituote on lasikuituvene, joka tehdään tyypillisesti lasikuidulla lujitetusta polyesteri- ja epoksihartsista. Suomessa lujitemuovijätettä syntyy sekä teollisuuden prosessijätteenä että käytöstä poistettavina tuotteina vuosittain yhteensä noin tonnia. Jäte on valtaosaltaan lasikuidulla lujitettua kertamuovia, tavanomaisimmin polyesterihartsia. Pohjanmaan alueella ja erityisesti Kokkolan seudulla prosessijätettä syntyy pääosin veneteollisuudessa keskimäärin 500 tonnia vuodessa. Tätä jätettä ei kierrätetä, vaan jäteyritykset kuljettavat jätteen kaatopaikoille ja osittain energiahyötykäyttöön polttolaitoksissa. Polttolaitokset eivät ole erityisen halukkaita polttamaan lujitemuovia, koska sen lämpöarvo on alhainen ja se sisältää runsaasti palamatonta materiaalia. Nykykäytäntö kaatopaikkasijoituksen osalta ei voi jatkua tulevaisuudessa, koska voimaan astuva biohajoavan jätteen ja muun orgaanisen aineksen kaatopaikkakielto koskee myös lujitemuovia. Lujitemuovijätteen tuottajien on järjestettävä jätteenkäsittely jollain toisella tavalla, jonka tulisi olla kustannustehokas ja mielellään ekologisesti kestävä. Aikaisemmissa lujitemuovin kierrätystä selvittäneissä tutkimuksissa lupaavaksi kierrätysvaihtoehdoksi on esitetty materiaalin polttamista sementtiuunissa. Menetelmä on jo käytössä joissakin maissa, mm. Saksassa ja Norjassa. Suomessa menetelmää ei ole otettu käyttöön johtuen ilmeisesti jätteen melko pienestä vuosittaisesta määrästä ja kierrätysjärjestelmän toteuttamisen vaatimista suurehkoista tutkimus- ja kehitystoimista liittyen jätteen esikäsittelyyn, kuljetuslogistiikkaan sekä varsinaiseen polttoprosessiin. Sementtiuunipoltto on kuitenkin muualla osoittautunut toimivaksi menetelmäksi. Menetelmässä lujitemuovi poltetaan sementtiuunissa, jolloin suurin osa lujitemuovijätteestä, noin kaksi kolmasosaa, hyödynnetään sementin raaka-aineena ja yksi kolmasosa jätteestä toimii polttoaineena. Menetelmää voidaan pitää kierrätyksenä, koska se on suurimmaksi osaksi materiaalin uudelleenkäyttöä. LUMI-hankkeen tavoitteena on kehittää tästä menetelmästä Suomen oloihin sovellettu malli. 4

5 3 Hankkeen kuvaus Hankkeen päätavoitteena oli luoda kierrätysjärjestelmä, jolla huolehditaan lujitemuovijätteen noutamisesta lujitemuovialan yrityksistä, jätteen murskaamisesta, energiajakeen lisäämisestä, tasalaatuisuuden varmistamisesta, varastoinnista ja toimittamisesta sementtiuunioperaattorille sovittuina aikoina ja määrinä. Tavoitteeseen pääsemiseksi määriteltiin seuraavat tehtäväkokonaisuudet: - Lujitemuovijätevirtojen sijainnin, määrän, laadun ja vaihtelevuuden tutkiminen - Etsiä toimijat ja luoda verkosto, jonka avulla jäte kerätään, käsitellään ja käytetään - Määrittää SRF seoksen polttokelpoisuuden raja arvot sementtiuunipoltolle - Optimoida käytettävistä jätevirroista valmistettu SRF seos sementtiuuniin sopivaksi - Varmistaa tuotantomittakaavan koepoltoin SRF seoksen sopivuus sementinpolttoon - Valtakunnallisen kierrätystoiminnan kustannuslaskenta ja kustannusvertailut - Valtakunnallisen kierrätystoiminnan jatkuvuuden turvaaminen pysyvän yritystoiminnan avulla - Tulosten julkistaminen ja kansainvälinen levittäminen Hanke toteutettiin viitenä työpakettina (WP1 WP5), jotka sisälsivät hankkeen oleellisimmat tehtäväkokonaisuudet seuraavasti : - WP1: Lujitemuovin jätevirrat sijainti, määrä, laatu ja vaihtelevuus - WP2: Lujitemuovijätteen muokkaaminen vakioiduksi SRF sekoitteeksi sementtiuuniin - WP3: Poltto sementtiuunissa laboratorio ja tuotantomittakaavan kokeet - WP4: Jätemateriaalien logistiikan, lajittelun, käsittelyn ja varastoinnin järjestäminen - WP5: Lopullisen toimintamallin rakentaminen ja kierrätyskäsikirja Lisäksi tehtäviin sisältyi hankkeen hallinnointikokonaisuus, joka hoiti toteutusprojektin ohjauksen, taloushallinnon, raportoinnin ja tiedotuksen. 5

6 4 Tulokset työpaketeittain 4.1 WP1: Lujitemuovin jätevirrat sijainti, määrä, laatu ja vaihtelevuus Jätevirtojen selvitys tehtiin yhteistyössä Mikkelin rinnakkaishankkeen kanssa siten, että Mikkeli keskittyi pääosin jätteen määrän selvitykseen Suomen tasolla nyt ja tulevaisuudessa ja Ketek keskittyi jätteen koostumuksen ja muiden polttoprosessin kannalta oleellisten ominaisuuksien tutkimiseen. Teollisuudessa syntyvä jätemäärä vaihtelee vuosittain johtuen mm. veneteollisuuden tuotantomäärien voimakkaasta riippuvuudesta yleisestä taloustilanteesta. Selvityksen perusteella Suomessa syntyy lujitemuoviteollisuuden tuotantojätettä n tonnia vuodessa. Lisäksi lasikuituteollisuus tuottaa noin 2000 tonnia lasikuitulujitejätettä. Tuotantojätteen lisäksi jätettä syntyy käytöstä poistettujen tuotteiden muodossa, mutta nämä jäte-erät eivät kuuluneet tähän selvitykseen. Kuvassa 1 on esitetty yrityskyselyn avulla selvitettyä Suomen lujitemuoviteollisuuden lujitemuovijätteen määrät ja syntypaikat. Jätettä syntyy lähinnä Itä Suomessa sekä Pohjanmaan rannikkoseuduilla. Kuva 1. Lujitemuoviteollisuuden jätemäärät Suomessa Vuositasolla syntyvän jätteen määrä ei muodostu ongelmaksi sementtiuunipoltossa, koska uunit käyttävät polttoainetta useita tonneja tunnissa ja ne toimivat ympäri vuorokauden mahdollisia häiriöitä ja huoltoseisokkeja lukuun ottamatta. 6

7 Jätteen ominaisuuksien tutkimiseksi jätteen tuottajilta kerättiin näytteitä, jotka analysoitiin Ketekin laboratoriossa. Analyysien tulokset on kuvattu yksityiskohtaisemmin Lujitemuovipäivillä 2013 pidetyssä esityksessä liitteessä 1. Analyyseissä selvitettiin jätteiden koostumusta ja ominaisuuksia sementtiuunipolton asettamien vaatimusten näkökulmasta. Finnsementti Oy on asettanut raja-arvot uunissa poltettavan materiaalin alkuainepitoisuuksille ja lämpöarvolle. Analyysien perusteella pelkkä lujitemuovi esim. teollisuusprofiili tai veneen rungon laminaatti täyttää lähes poikkeuksetta alkuainepitoisuuksiltaan nämä vaatimukset. Alkuaine Profiili Finnsementin rajaarvot Venelaminaatti Mercury (ppm) 0,5 < 0,4 < 0,4 Cadmium (ppm) 1 < 0,4 < 0,4 Thallium (ppm) 2 < 0,4 < 0,4 Antimony (ppm) 150 < 2,0 < 2,0 Arsenic (ppm) 100 < 2,0 < 2,0 Lead (ppm) 200 < 2,0 < 2,0 Chromium (ppm) ,4 Copper (ppm) 500 4,3 22 Cobalt (ppm) 75 < 2,0 102 Nickel (ppm) 150 8,5 3,1 Manganese (ppm) 150 7,4 9 Vanadium (ppm) 100 < 2,0 < 2,0 Tin (ppm) 50 < 2,0 5,9 Ti (ppm) Taulukko 1. Erään lujitemuoviprofiilin ja venelaminaatin alkuainepitoisuuksia Finnsementin lämpöarvovaatimus on vähintään 25 MJ/kg ja kloridipitoisuus alle 0,13 %. Kirjallisuustietojen ja tehtyjen analyysien perusteella lujitemuovin lämpöarvo on riippuvainen laminaatin lujitekuidun ja hartsin suhteesta ja käytetyn hartsin lämpöarvosta kuvan 2 mukaisesti. Kun laminaatin kuitupitoisuus voi vaihdella tuotteesta riippuen tyypillisesti välillä %, ei vaadittua lämpöarvovaatimusta voida saavuttaa pelkällä lasikuitujätteellä (Kuva 2). Lopulliseen polttoseokseen on lisättävä jotain sopivaa lämpöarvoa nostavaa jaetta, esim. polttokelpoista jätemuovia. Kloridipitoisuuden pitäminen raja-arvon alapuolella edellyttää mm. polyvinyylikloridin (PVC) välttämistä. Useat tavanomaiset kestomuovituotteet kuten astiat, letkut ja eristeet ovat PVC:tä. 7

8 Kuva 2. Lujitemuovien lämpöarvoja Tutkimuksen perusteella erityisesti veneteollisuudessa syntyvä jäte sisältää runsaasti muitakin jakeita kuin pelkkää laminaattia. Joukossa on mm. rakenteissa käytettäviä puu- tai muovipohjaisia ydinaineita. pakkausja suojamuovia, liimamassaa, letkuja jne. Näiden jakeiden analyysitulokset ovat myös nähtävissä liitteessä 1. Ylimääräisten jakeiden koostumus ja lämpöarvo saattaa erota merkittävästi lujitemuovista ja vaikuttaa polttoseoksen ominaisuuksiin. Vaikutuksen arvioimiseksi veneteollisuuden jätteen jakaumaa selvitettiin hieman tarkemmin (Taulukko 2). Taulukko 2. Ruiskulaminoinnissa syntyvä jätemäärä valmistunutta laminaattiyksikköä kohti 8

9 Ruiskulaminoinnissa erilaisia jätejakeita syntyi yhteensä 7,5 % valmistunutta laminaattiyksikköä kohde. Tästä määrästä laminaattijätettä on noin 85 % ja muita jakeita 15 %. Muissa jakeissa mukana olevan polttokelpoisen muovin korkeampi noin MJ/kg lämpöarvo ei pienestä määrästä johtuen nosta jätteen lämpöarvoa vaadittuun 25 MJ/kg. Arvion mukaan jätteeseen olisi lisättävä tällaista muovia noin 20 % riittävän lämpöarvon saavuttamiseksi. Taulukossa mainitut muut muovijätteet ja letkut sisältävät todennäköisesti PVC:tä, joka voi pieninäkin määrinä nostaa kloridipitoisuuden yli sallitun rajan. Tästä syystä kaikki PVC:tä sisältävät jäte on poistettava polttoon tarkoitetusta jätemassasta. Suoritettujen tutkimusten ja analyysien perusteella voitiin määritellä, millainen jäteseos soveltuu poltettavaksi Finnsementin antamien koostumus- ja lämpöarvorajojen puitteissa. Tämän tiedon perusteella seuraavassa työpaketeissa toteutettiin polttoseoksen valmistus ja koepoltot. 4.2 WP2: Lujitemuovijätteen muokkaaminen vakioiduksi SRF sekoitteeksi sementtiuuniin Tässä työpaketissa valmistettiin valtakunnallisesti kerätystä lujitemuovijätteestä polttokelpoinen seos sekä koepolttoja että laboratorioanalyyseja varten. Samalla saatiin hankittua tietoa jätteen esikäsittelyn vaatimista toimenpiteistä, laitteista, ongelmista ja kustannuksista. Teollisuusmittakaavan kokeiden takia varten jätettä oli suunniteltu kerättäväksi noin 150 tonnia. Jätteen keräys toteutettiin valtakunnallisesti siten, että Mikkelin hanke toteutti keräyksen omalla alueellaan ja Ketek huolehti Kokkolan seudulta tulevasta lähinnä veneteollisuuteen painottuvasta jätteestä. Jäte-erän koostumus pyrittiin saamaan mahdollisimman hyvin vastaamaan edellisissä työpaketeissa selvitetyn kokonaisjätevirran sisältöä huolehtien kuitenkin siitä, että polttoon sopimattomia jakeita ei ole mukana. Koekeräykseen valitut jätteentuottajayritykset ohjeistettiin lajittelemaan nykyinen lujitemuovijätteensä aikaisempaa tarkemmin ja ensimmäinen jatkokäsittelyyn ja polttoon toimitettu jäte-erä kerättiin kesän ja syksyn 2013 aikana. Yrityksille jaettu lajitteluohje on liitteessä 2. Talvella 2014 toimitettiin vielä yksi hieman pienempi erä toista koepolttoa varten. Kuva 3. Tyypillistä veneteollisuuden lujitemuovijätettä 9

10 Yritysten polttokelpoiseksi lajittelemaa jätettä ei sellaisenaan voi polttaa sementtiuunissa. Sementtitehtaalle toimitettava kierrätyspolttoaine tulee olla standardin SFS mukaisesti valmistettua. Finnsementti Oy edellyttää kemiallisen koostumuksen ja lämpöarvon lisäksi polttoseoksen olevan mursketta, jolla on tietty maksimipalakoko. Syntyvä murske on lisäksi seulottava oikeaan maksimipalakokoon. Halutun lämpöarvon saavuttamiseksi murskeeseen on lisättävä saman palakokovaatimuksen täyttävää korkean lämpöarvon omaavaa polttokelpoista materiaalia, esim. pakkausmuovina käytettävää polyeteeniä. Lopputuloksena on standardin mukainen kiinteä kierrätyspolttoaine (SRF, Solid Recovered Fuel). Polttoseoksen valmistusmahdollisuuksia selvitettiin ja kilpailutettiin kierrätyspolttoaineita valmistavilta jätteenkäsittelylaitoksilta ja valmistajaksi valittiin Hyötypaperi Oy. Kokkolan ja Mikkelin alueilta toimitettiin Hyötypaperille lujitemuovijätettä, joka murskattiin ja siihen sekoitettiin lämpöarvoa nostavaa kuluttajapakkausmuovia. Yrityksille annetuista kierrätysohjeista huolimatta lujitemuovin sekaan oli laitettu paljon sinne kuulumatonta jätettä. Seassa oli mm. metalliastioita, PVC-letkuja, työvaatteita ja muuta sekajätettä. Jätteen murskaus ja SRF:n valmistus onnistui kohtalaisen hyvin. Ylisuuria kappaleita ja lasikuitulankaa jäi murskaamatta, koska ne eivät sellaisenaan soveltuneet murskaukseen. Yrityksissä tapahtuvaa syntypaikkalajittelua edelleen tehostamalla ja esikäsittelyä kehittämällä nämä suhteelliset pienet ongelmat saadaan poistettua. Tarkempi raportti murskauksesta ja SRF:n valmistuksesta on liitteessä 3. Kuva 4. Valmista kierrätyspolttoainetta (Markus Bruun) 10

11 Valmistetulle SRF-seokselle tehtiin standardin SFS-EN mukaisia analyysejä laadun ja ominaisuuksien selvittämiseksi. Osa testeistä tehtiin Finnsementti Oy:n oman laaduntarkkailun yhteydessä ja osa Ketekin laboratoriossa Kokkolassa. Ketek teki lisäksi laajemman analyysin Höytypaperille saapuneista jäte-eristä mahdollisen syntypaikkakohtaisen vaihtelun selvittämiseksi. Tarkemmat tulokset on esitetty liitteessä 4. Taulukko 3. Näytteiden kosteus- ja tuhkapitoisuuksia sekä lämpöarvoja Analyysit osoittivat, että käsittelyyn saapuneiden jäte-erien lämpöarvot olivat varsin alhaisia ja johtuivat jätteen keskimäärin 50 %:n kuitupitoisuudesta, jota jätteen korkeahko kosteusprosentti edelleen pienensi. Lämpöarvon nostamiseksi lisätty muovimäärä oli riittämätön nostamaan lämpöarvoa Finnsementti Oy:n toivomalle tasolle. Murskeen palakokojakauman analyysi osoitti, että materiaali murskaantui pääosin vaadittuun kokoon lukuun ottamatta muutamia eriä, joissa oli % pituudeltaan ylisuuria kuitumaisia kappaleita. Nämä osoittautuivat ongelmallisiksi myöhemmin koepoltoissa. Näytteiden alkuainepitoisuudet pysyivät Finnsementin asettamien rajojen alapuolella muutamien jäte-erien antimonipitoisuutta lukuun ottamatta. Antimonin korkeammat pitoisuudet johtuivat palosuoja-aineesta, jota jäte-erien lujitemuovi sisälsi. Kokonaisuutta ajatellen asiaa ei pidetty erityisenä ongelmana. Myös kloridipitoisuudet ylittyivät kaikissa jäte-erissä. Analyysien perusteella polttoseosta on muutettava lisäämällä merkittävästi lämpöarvoa nostavan jakeen määrää, jolloin lämpöarvo- ja pitoisuusvaatimukset saadaan paremmalle tasolle. Seoksen tarkempi koostumus määriteltiin koepoltoista saatujen tulosten jälkeen 11

12 4.3 WP3: Poltto sementtiuunissa laboratorio ja tuotantomittakaavan kokeet Ensimmäinen teollisuusmittakaavan polttokoe suoritettiin Finnsementin Lappeenrannan tehtaalla Hyötypaperi Oy:llä valmistettu SRF-polttoaine kuljetettiin Lappeenrantaan ja polttokoe aloitettiin heti kun koko koe-erä oli saatu toimitettua tehtaan SRF-bunkkeriin. Polttoaineen kokonaismäärä oli 131,2 tonnia. Polttoaineella tehtiin yhtenäistä koeajoa 8:30 15:00. Kuva 5. Koepoltoissa käytetty Lappeenrannan sementtiuuni (Markus Bruun) Koeajo pyrittiin tekemään siten että koepolttoaineen syöttö olisi mahdollisimman tasaista. Tässä ei kuitenkaan onnistuttu, koska polttoaine muodosti kuljettimilla palloja, jotka tukkivat syöttöruuveja. Pallojen muodostuminen johtui polttoaineen joukossa olleista pitkistä kuitumaisista kappaleista, joita löytyi materiaalien palakokojakauman analyysissa. Kokeen aikana klinkkerin laatua seurattiin tihennetyllä näytteenotolla. Klinkkeri sisältää polttoaineiden tuhkat ja uuniin syötettävän kalkkikivijauheen. Klinkkerinäytteet analysoitiin ja verrattiin tuloksia normaalitilanteeseen ennen ja jälkeen koeajoa. Kokeen aikana klinkkerin laatu heikkeni liikaa ja koe keskeytettiin ja loppu polttoaine poltettiin laimeana seoksena muiden polttoaineiden seassa. Polttokokeesta saatujen tulosten ja aikaisempien analyysien perusteella päätettiin tehdä toinen koepoltto parannetulla polttoaineseoksella. Jätteen keräysvaiheessa tehostettiin syntypaikkalajittelua ja materiaalin käsittelyä materiaalin puhtauden parantamiseksi, kosteuden vähentämiseksi ja murskauksen helpottamiseksi. Uusi polttoaineseos pyrittiin valmistamaan koostumukseltaan sellaiseksi, että ensimmäisessä koepoltossa havaitut ongelmat poistuvat. Polttoaineen valmistus onnistui nyt huomattavasti ongelmattomammin raaka-aineen paremmasta laadusta johtuen. Finnsementti Oy teki tälle toiselle SRF-erälle analyysin ja suoritti koepolton Analyysien perusteella toivottua lämpöarvoa ei tälläkään seoksella aivan saavutettu, mutta muuten polttoaine oli vaatimukset täyttävää kun edelleen hieman korkeaa kloridipitoisuutta pystyttiin alentamaan laimentamalla. 12

13 Itse polttoprosessi sujui ongelmitta. Seos liikkui hyvin syöttöjärjestelmässä ja klinkkeri oli laatuarvojen mukaista. Ketek teki lujitemuovijätteelle laboratoriomittakaavan polttokokeita, joiden tarkoituksena oli selvittää millaisia yhdisteitä sementtiuuniolosuhteissa tapahtuvassa palamisessa syntyy. Polttokokeet tehtiin ensimmäiseen koepolttoon valmistetulle SRF:lle. Kuva 6. Laboratoriomittakaavan koepolttouuni Laboratoriouunissa poltettiin SRF:ää eri happipitoisuuksissa. Lujitemuovin palaessa prosessissa saattaa syntyä haitallisia yhdisteitä happipitoisuudesta riippuen. Sementtiuunin happipitoisuus kohdassa, jonne SRF syötetään, on normaalia ilmaa pienempi ja vaihteleva. Kokeella oli tarkoitus selvittää yhdisteiden syntymistä happipitoisuuden vaihdellessa. Kokeessa pyrittiin myös jäljittelemään polttoaineen lämpiämistä ennen polttovaiheeseen joutumista, jotta koeprosessi vastaisi mahdollisimman hyvin oikeassa sementtiuunissa tapahtuvaa prosessia. Palokaasut analysoitiin kaasukromatografi-massaspektrometrillä. Hyviä onnistuneita kokeita saatiin tehtyä ensiksi puhtaassa typpiatmosfäärissä, jossa savukaasuja kerättiin ruiskuun lämpötilan noston aikana. Näytteet kerättiin 300 ja 500 C:ssa injektioruiskuun. Tavoitteena oli saada savukaasuista edustava näyte, mutta määriä ei millään tavalla kontrolloitu, joten tulokset ovat kvalitatiivisia. Vastaavat kokeet tehtiin käyttäen instrumentti-ilmaa ja näytteet kerättiin tällä kertaa 300, 500 ja 850 C:ssa. Kerätyt näytteet injektoitiin kaasukromatografi-massaspektrometrille (GC-MS) ja eluoituneet yhdisteet tunnistettiin. 13

14 (x1,000,000) Kuva 7. LUMI-näytteiden polttokokeet, ylempi kokonaisionikromatogrammi (TIC): 500 C typpi (100 %), alempi: 300 C typpi (100 %). Käytännössä lämpötilalla ei näytä olevan kovin suurta merkitystä vapautuvien yhdisteiden laatuun (ks. kuva 7). Määrät vaihtelevat eri lämpötiloissa, mutta siihen voi olla syynä myös näytteenotto. Kromatogrammien skaalaus on myös erilainen. Yhdisteiden joukossa on vain muutamia hiilivetyjä ja ne tunnistettiin pääasiallisesti ftalaateiksi (mm. dimetyyli-, dietyyli- ja diheksyyliftalaatti). Erilaiset ftalaatit ovat tyypillisiä yhdisteitä muoveissa. Pääasiallisesti piikit edustavat erilaisia siloksaaneja, joista osa on suoraketjuisia ja osa syklisiä. Piin määrä vaihtelee yhdisteessä. Erityisesti yhdisteet, jotka eluoituvat n. 22 min jälkeen ovat näitä siloksaaneja. Kuvassa 8 on esimerkkinä syklinen siloksaani, jossa on yhdeksän pii-atomia (syklooktasiloksaani, oktadekametyyli). Kuva 8. Esimerkki siloksaaniyhdisteestä, joita esiintyy polttokokeen kaasunäytteessä 14

15 (x1,000,000) Kuva 9. LUMI-näytteiden polttokokeet käyttäen instrumentti-ilmaa. Ylin TIC 850 C, keskimmäinen TIC 500 C, alin: 300 C. Ilmassa poltetun näytteen osalta voidaan todeta sama kuin typessä poltetun näytteen kanssa, lämpötilalla ei ole käytännössä vaikutusta eri yhdisteisiin. Niitä esiintyy kaikissa lämpötiloissa saman verran. Väkevyyksissä näyttää olevan eroja, mutta näytteenotosta johtuen intensiteettierot voivat syntyä jo silloin. Hiilivetyjä tunnistettiin muutamia aivan kromatogrammin alussa. Identifioituja yhdisteitä olivat mm. bentseeni, bentsoehappo, ftaalihappoanhydridi ja heksadekaanihappo. Myös muutamia typpeä sisältäviä yhdisteitä nousi tunnistuksiin, esim. karbamiinihapon fenyyliesteri ja o-syanobentsoehappo. Kaikkien pitoisuudet ovat hyvin pieniä. Pääosa yhdisteistä on näissäkin näytteissä erilaisia siloksaaneja, joista osa on rengasrakenteisia ja osa syklisiä. Esimerkki tällaisesta yhdisteestä on kuvassa 8. Todella ongelmallisia yhdisteitä ei näytteistä löytynyt ja muutamien aromaattisten yhdisteiden pitoisuudet ovat pieniä. Itse prosessissa savukaasut kulkeutuvat raaka-ainevirtaa vastaan, jossa ne todennäköisesti adsorboituvat kalkkikiveen ja palautuvat takaisin uunin kuumiin osiin. Kierto on luultavasti niin tehokasta että ne lopulta hapettuvat yksinkertaisiksi yhdisteiksi (CO2, H2O ja SiO2), joista ei ole haittaa ympäristölle. Mikäli tarkempia tietoja tarvitaan, polttokokeita pitäisi tehdä lisää tarkasti kontrolloiduissa olosuhteissa. 4.4 WP4: Jätemateriaalien logistiikan, lajittelun, käsittelyn ja varastoinnin järjestäminen Mikkelin rinnakkaishanke on selvittänyt jätemateriaalin käsittelyketjun toteutusta ja kustannuksia valtakunnallisesti. Jätteen kuljettaminen muodostaa merkittävän osan käsittelyketjun kustannuksista, koska jätteen polttoon soveltuva sementtiuuni sijaitsee Lappeenrannassa. Toinen sementtiuuni on Paraisilla, mutta tällä hetkellä Finnsementti Oy ei ole halukas polttamaan jätettä siellä. Lujitemuovijäte on 15

16 syntypaikallaan melko kevyttä verrattuna tilavuuteen, joten esikäsittelemätöntä jätettä ei todennäköisesti kannata kuljettaa Lappeenrantaan asti. Kuljetuskustannukset laskettiin arvioimalla kuljetusaika kuljetusmatkan perusteella. Keskimääräiseksi ajonopeudeksi oletettiin lyhyillä, alle 10 km matkoilla 50 km/h ja yli 10 km matkoilla 70 km/h. Kuorman lastaus ja purkaus arvioitiin kestävän yhden lavan kohdalla 0,2 h. Lisäksi käytettiin tankkaus- ja taukokerrointa 1,15. Kuljetuksen tuntihinnaksi arvioitin yhden lavan kohdalla 70 /h ja kolmen ja kahden lavan kohdalla 100 /h. Kuvassa 10 on arvioitu kuljetuskustannus yhdelle, kahdelle ja kolmelle jätelavalle. Jätteen tiheydeksi on arvioitu 110 kg/m 3 ja jätelavan kooksi 30 m 3. Kuva 10. Kuljetuskustannukset Kuljetuskustannuksiin vaikuttaa huomattavasti kuljetettavan jätteen tiheys. Kustannukset ovat suoraan verrannollisia jätteen tiheyteen. Aikaisemmin toteutetussa KIERRÄ- hankkeessa tehtyjen kokeiden perusteella lujitemuovijätteen tiheys on murskaamattomana noin 110 kg/m 3, puristettuna 200 kg/m 3 ja murskattuna 330 kg/m 3. Murskaamattoman lujitemuovijätteen kuljetuskustannus voi olla kolminkertainen murskattuun verrattuna. Vertailun vuoksi selvitettiin myös nykyisen kaatopaikkasijoituksen kustannuksia, jotta nähtäisiin, miten polttamiseen siirtyminen muuttaisi nykyisiä kustannuksia. Kaatopaikkasijoittamisessa syntyy kustannuksia jätteen keräämisestä yrityksessä, kuljettamisesta kaatopaikalle, vaaka- ja vastaanottomaksusta ja jäteverosta. 16

17 Kuva 11. Kaatopaikkakustannukset Teollisuusjätteen vastaanottomaksu oli vuonna 2013 keskimäärin 126, josta jäteveron osuus on 50. Lisäksi kustannuksia tulee vaaka/porttimaksusta, joka oli vuonna 2013 keskimäärin 10,5 /kuorma. Kokkolan alueella vastaanottomaksu on maan keskitasoa eli 125 /tonni. Kuljetusmaksut eivät lisää kustannusta merkittävästi, koska kaatopaikalle on matkaa vain muutamia kymmeniä kilometrejä yrityksestä riippuen. Lujitemuovijätteen polttamisen logistiikkaketjussa jäte kuljetetaan tuottajayrityksistä SRF-polttoainetta valmistavaan laitokseen ja sieltä edelleen sementtiuuniin polttoon. Kustannusten kannalta on oleellista, että kevyttä käsittelemätöntä jätettä kuljetetaan vain lyhyen matkaa SRF-laitokseen tai ainakin murskauslaitokseen, jossa se prosessoidaan tiiviimmäksi pitempää kuljetusta varten. Laitoksen tulisi sijaita suhteellisen lähellä jätettä tuottavia yrityksiä, joten Suomessa tulisi olla ainakin kaksi laitosta. Kahden SRFlaitoksen mallissa SRF-polttoaine valmistetaan kiinteällä kierrätyspolttoaineen valmistukseen tarkoitetulla laitteistolla. Toinen laitteisto sijaitsee Kokkolassa ja toinen jo olemassa oleva Valkealassa. Käsittelyketjun kustannuksia syntyy kun jäte kuljetetaan lujitemuoviyrityksestä SRF-laitokseen. Jätteen murskaamisen ja polttoaineen valmistamisen kustannuksiksi on laskelmassa arvioitu 100 tonnilta. Kustannuksia syntyy myös valmiin polttoaineen kuljettamisesta sementtitehtaalle. Laskennassa on käytetty Finnsementin Lappeenrannan sementtitehdasta, koska kyseisen tehtaan polttoaineen palakokovaatimus on helpompi toteuttaa. Laskennassa oletetaan, että sementtitehdas ei maksa polttoaineestaan. 17

18 Kuva 12. Käsittelyketjun kustannukset Käsittelyketjun kustannusten pitämiseksi lähellä nykyisen kaatopaikkasijoituksen kustannuksia pitäisi etäisyyden käsittelylaitokseen olla alle 150 km. Kaikki tässä esitetyt arviot perustuvat projektin aikana saatuihin kokemuksiin. Projektissa mukana olleet kuljetus- ja jäteyritykset ovat suorittaneet normaalista poikkeavia toimenpiteitä, joten niiden kustannus on todennäköisesti ollut rutiinitehtäviä korkeampi. Esimerkiksi kuljetuksissa autoissa ei ole ollut paluukuormaa. Mikäli edellä kuvatusta käsittelyketjusta muodostuu pysyvä toiminta, voidaan kustannuksia alentaa kuljetuksia ja käsittelyprosessia optimoimalla. Näin ollen kustannukset saattavat pysyä nykyisellä tasolla, mutta lopullisesti ne määräytyvät toiminnassa mukana olevien yritysten ratkaisuista. 4.5 WP5: Lopullisen toimintamallin rakentaminen ja kierrätyskäsikirja Lopullista toimivaa käsittelyketjua ei projektin aikana saatu rakennettua. Alueelle ollaan kuitenkin suunnittelemassa uutta monenlaisen jätteen käsittelyyn keskittynyttä yritystoimintaa, jonka käynnistyminen tapahtuu kesällä Alustavien tietojen perusteella perustettava yritys tulee hoitamaan myös lujitemuovijätteen käsittelyn polttoa varten. Tavoitteena on, että uusi toimintamalli vaikuttaa mahdollisimman vähän lujitemuovijätettä tuottavien yritysten jätteenkäsittelyn toimintoihin ja kustannuksiin. Toiminnan käynnistyttyä jäte kuljetetaan jätettä tuottavista yrityksistä uuteen käsittelypisteeseen nykyisen Storkohmon jäteaseman sijasta. Kuljetuksen voivat hoitaa yritysten nykyiset jätteiden kuljetuksista vastaavat toimijat. Kustannukset muodostuvat kuljetus- ja vastaanottomaksuista. Yritysten päässä jätteen käsittelyyn tulee jonkin verran muutoksia. Lujitemuovijätettä varten tarvitaan oma astia tai lava, johon jäte lajitellaan. Lopullisen lajitteluohjeen antaa jätettä vastaanottava yritys, mutta lajitteluohje tulee olemaan pääosin liitteen 2 mukainen. Keruuastian tai -lavan on oltavan sateelta ja lumelta suojaava, jotta jätteen kosteus saadaan pidettyä alhaisena eikä ylimäärisen veden ja lumen kuljettaminen aiheuta turhia kustannuksia. Jatkossakin jäte ja siitä valmistettu polttoaine on pyrittävä 18

19 pitämään mahdollisimman kuivana eli kuljetukset, välivarastoinnit ja muut käsittelyt on tehtävä säältä suojattuna. Joissain tapauksissa jätteen puristaminen tiheämmäksi jo syntypaikalla saattaa olla kannattavaa kuljetuskustannusten pienentämiseksi. Jätettä keräävä ja jatkokäsittelevä yritys tekee sopimuksen käsitellyn jätteen toimittamisesta sementtiuunia operoivan yrityksen kanssa polttojätteen toimittamisesta. Tällä tavoin lujitemuovijätteensä kierrättävä yritys saa kierrätyksestä todistuksen ja on oikeutettu käyttämään hankkeen aikana suunniteltua Composites Recycling merkkiä. Mikkelin AMK:n laatima kierrätyskäsikirja on liitteessä 5 5 Muut toimenpiteet Hanketta varten perustettiin ohjausryhmä, johon hankkeen rahoittajien, toteuttajien sekä osallistuvien yritysten edustaja. Ohjausryhmän päätehtävänä oli projektisuunnitelman tavoitteiden ja toiminnan toteutumisen seuranta. Ohjausryhmä kokoontui neljä kertaa. Hankkeesta tiedotettiin laatimalla Ketekin verkkopalveluun hankekuvaus ja järjestettiin aloitusvaiheen lehdistötilaisuus. Syksyllä 2013 hanketta esiteltiin valtakunnallisilla lujitemuovipäivillä sekä Kokkola Material Weekin yhteydessä. Hankkeen tulokset julkaistaan Teknologiakeskus KETEK Oy: n internetsivustolla. Kierrätystä kuvavan Composites Recycling kierrätysmerkin (Kuva 13) kehittämiseen osallistuttiin yhteistyössä Mikkeli rinnakkaishankkeen kanssa. Kierrätysmerkki otetaan käyttöön pysyvän kierrätystoiminnan käynnistyttyä. Kuva 13. Composites Recycling kierrätysmerkki 6 Liitteet 1. Lujitemuovijätteen analyysitulokset 2. Lujitemuovijätteen lajitteluohje 3. Lujitemuovin murskauskoeraportti 4. Polttokokeen jäte-erien analyysitulokset 5. Kierrätyskäsikirja 19