Uutta liiketoimintaa jätteestä tuhkien modifiointi ja geopolymerisointi

Transkriptio

1 Uutta liiketoimintaa jätteestä tuhkien modifiointi ja geopolymerisointi Tuhkasta timantteja Liiketoimintaa teollisista sivutuotteista ja puhtaasta energiasta Peittoon kierrätyspuisto -hanke Yyterin kylpylähotelli, Sipintie 1 Pori KUITU- JA PARTIKKELITEKNIIKAN LABORATORIO, MIRJA ILLIKAINEN,

2 Osa polttolaitosten tuhkista voidaan hyödyntää Kivihiilen pölypolton lentotuhka Hyödynnetään tehokkaasti muodoltaan pallomaista ja koostuu pääasiassa amorfisesta piistä ja alumiinista Pozzolaaninen aine, jota käytetään esim. betonin seosaineena ja asfalttifillerinä Puhdas puuperäinen lentotuhka Ravinnepitoisia puhtaita puuperäisiä tuhkia hyödynnetään metsälannoitteena Puhtaita puu- ja turvetuhkia käytetään myös maarakennuksessa ja stabiloinnissa

3 3 Useiden biopohjaisten ja seospolton tuhkien hyödyntäminen on haastavaa Muoto epäsäännöllinen Vähemmän amorfista piitä ja alumiinia verrattuna kivihiilituhkaan Kemiallinen koostumus ja reaktiivisuus vaihtelee Mukana haitallisia komponentteja, kuten raskasmetalleja

4 Tuhkan ominaisuuksiin voidaan vaikuttaa 1. Poltettavan raaka-aineen valinnalla: Polttoaineen kemiallinen koostumus on tuhkan kemiallisen koostumuksen lähtökohta 2. Poltto-olosuhteita muuttamalla Poltto-olosuhteet vaikuttavat syntyvän tuhkan mineralogiaan ja muodostuviin kemiallisiin komponentteihin 3. Tuhkan prosessoinnilla Tuhkan ominaisuuksia voidaan muuttaa jälkikäteen erottamalla tuhkasta kemiallisesti tai mekaanisesti hyödyntämiskelpoisia tai haitallisia jakeita

5 TUULI-hankkeessa tavoitteena on tuhkan hallittavuuden parantaminen ja uusien menetelmien kehittäminen, jotta teollisten tuhkien ja kuonien hyötykäyttöpotentiaalia saadaan parannettua 5

6 6 TUULI-hanke Osana Tekesin Green Growth - ohjelmaa Koordinaattori Ekokem Mukana 13 yritysrahoittajaa Tutkimusosapuolet: Oulun yliopisto, Kuitu- ja partikkelitekniikka Oulun yliopisto, Prosessimetallurgia Oulun yliopisto, Kemian laitos Åbo Akademi, Polttotekniikka Lapin yliopisto, Ympäristölainsäädäntö Ekolite Oy

7 7 Fuel COMBUSTION Slag Ash Soot MATERIAL PROCESSING High quality fractions Low quality fractions GEOPO PRODUCTION OF GEOPOLYMERS HARDENING STUDIES STABILIZATION STUDIES ENCAPSULATION METHODS APPLICATION TESTING Novel products

8 Tuhkan modifiointi mekaanisin keinoin TUULI-hankkeessa 8 Ravinnepitoiset jakeet Mekaaniset käsittelyt Reaktiiviset jakeet Raskasmetallipitoiset jakeet O Si O Al O Si _ O

9 GEOPO-hankkeessa kehitetään menetelmiä raskasmetallipitoisten tuhka- ja kuonajakeiden stabiloimiseen liukenemattomaan muotoon synteettiseen alumiinisilikaattirakenteeseen 9

10 Mikä on geopolymeeri? Valmistusolosuhteet: - Lämpötila - Kovettumisaika - Lisäaineet (Barbosa et al. 2000) Reaktion lähtöaineena on jauhemainen alumiinisilikaatti ja alkaliaktivaattori Liuenneet ionit muodostavat amorfisen alumiinisilikaattiverkoston Reaktion lopputuote on kiinteä alumiinisilikaattimateriaali Reaktiivisen lähtöraaka-aineen ominaisuudet: - Reaktiivisen piin ja alumiinin määrä - Reagoimattoman materiaalin osuus - Reaktiota häiritsevät tai edistävät kemialliset komponentit - Partikkelikokojakauma - Si:Al suhde Aktivaattori: - Tyyppi - Konsentraatio - Vesipitoisuus

11 Geopolymeereillä on kyky sitoa raskasmetalleja sisäänsä Eniten tutkittuja yhdisteitä: As, Cu, Zn, Cd Sitoutumismekanismi voi olla kemiallinen tai mekaaninen Kemiallisessa sitoutumisessa metallit reagoivat osaksi rakennetta Mekaanisessa sitoutumisessa metallit jäävät loukkuun nanokokoisiin huokosiin

12 Geopo-projekti Tutkimuksessa kehitetään menetelmiä, joilla raskasmetallipitoisia tuhka- ja kuonajakeita voidaan stabiloida liukenemattomaan muotoon synteettiseen alumiinisilikaattirakenteeseen. Tutkimuksen tavoitteena on ymmärtää ilmiöitä, jotka vaikuttavat materiaalin rakenteeseen ja sen kykyyn kiinnittää itseensä raskasmetalleja. Työssä kehitetään erilaisia kapselointimenetelmiä ja arvioidaan saavutettujen tuotteiden laatua sekä teknisestä että ympäristönäkökulmasta.

13 13 GEOPO-hanke Rinnakkaishanke TUULI-hankkeelle Green Growth - ohjelmassa Mukana 10 yritysrahoittajaa Tutkimusosapuolet: Oulun yliopisto, Kuitu- ja partikkelitekniikka Oulun yliopisto, Prosessimetallurgia Oulun yliopisto, Kemian laitos

14 Odotettavissa olevat tulokset TUULI- ja GEOPO-hankkeista Parempi ymmärrys tuhkan laatuun vaikuttavista seikoista Morfologiaan ja mineralogiaan perustuva luokitusjärjestelmä Uusia menetelmiä ja tuotteita tuhkien jalostukseen ja hyödyntämiseen Kestävät hyötykäyttöratkaisut Neitseellisten raaka-aineiden käytön väheneminen ja hiilijalanjäljen pieneneminen

15 KIITOS! Mirja Illikainen Kuitu- ja partikkelitekniikan laboratorio Oulun yliopisto p