BIOTUHKIEN HYÖDYNTÄMISPOTEN- TIAALI - KEMIALLINEN NÄKÖKULMA

HTML
DOWNLOAD

Koko: px

Aloita esitys sivulta:

Download "BIOTUHKIEN HYÖDYNTÄMISPOTEN- TIAALI - KEMIALLINEN NÄKÖKULMA"

Kirsi Kapulainen
8 vuotta sitten
Katselukertoja:

Oulun yliopisto, Kemian laitos Kotimaista energiaa

1 DEPARTMENT OF CHEMISTRY BIOTUHKIEN HYÖDYNTÄMISPOTEN- TIAALI - KEMIALLINEN NÄKÖKULMA Dosentti Toivo Kuokkanen Oulun yliopisto, Kemian laitos Kotimaista energiaa puusta ja turpeesta, tuhka rakeiksi ja hyötykäyttöön,

2 Taustatietoja 1. Biotuhkaksi voidaan kutsua biomassan eli metsä- ja peltobiomassan, turpeen sekä niiden seosten poltossa ja biokaasutuksessa syntyviä tuhkia. 2. Suomessa tällä hetkellä syntyy yhteensä noin tonnia biotuhkaa (puu-, turve- ja sekatuhkaa), mutta määrä uusiutuvan energian käytön lisääntyessä selvässä kasvussa. 3. Oulussa syntyy noin t biotuhkaa (Oulun Energia, Stora Enso, Oulu ja Laanilan Voima; turve + puu). Oulussa käynnistettiin TUHKA-YVA v (1 milj. tonnia) 2

3 MIKSI TUHKIEN KEMIALLISTA TUTKIMUSTA? Tuhkien kohdalla kyseessä on jätteiden käsittely hyödyntäminen ja hävittäminen Tulkitaanko kaikki tuhkat tulevaisuudessa jätteeksi? Jätteiden käsittely edellyttää aina lupaviranomaisten myöntämää lupaa Lupa edellyttää kemiallista tutkimusta Hyväksytyt vakiomenetelmät käytön mukaan/uusien määritysmenetelmien kehittely eli tarkempaa tietoa Yhdenmukaisia EU-maissa (mm. kokonaispitoisuus, vesiuutto) Lait, asetukset ja päätökset säätelevät; uusiutuvat tiheään Uudet työkalut käyttöön, esim. sekventiaalinen uutto 3

4 Jätteiden/tuhkien hyödyntämisen taustaa 1. VNp : Valtioneuvoston hyväksymä Valtakunnallinen jätesuunnitelma ilmoittaa eri jätejakeiden hyödyntämisastetavoitteet. 2. VNp Valtioneuvoston hyväksymä Valtakunnallinen jätesuunnitelma tavoitteineen => Nykyiset toimenpiteet (jätteenpoltto- ja biokaasutuslaitokset, materiaalitehokkuus, jäteverotus, jne) pohjautuvat tähän 3. Uusi jätelaki, hyväksytty , voimaan , sisältää mm: - luokittelu jätteen sijasta sivutuotteeksi - jätteeksi luokittelun päättyminen 4

5 Uuden jätelain (alk ) tuomia mahdollisuuksia 1. SIVUTUOTTEET uudessa jätelaissa: eduskunta hyväksyi Tuotannosta poistunut aine tai esine voidaan luokitella jätteen sijasta sivutuotteeksi, mikäli: a) aineen tai esineen jatkokäyttö on varmaa b) ainetta tai esinettä voidaan käyttää suoraan ilman muuta kuin tavalliseksi katsottavaa teollista lisäkäsittelyä c) aine tai esine syntyy olennaisena osana tuotantoprosessia d) jatkokäyttö on laillista eikä se aiheuta haitallisia kokonaisvaikutuksia ympäristölle tai ihmisten terveydelle 2. JÄTTEEKSI LUOKITTELUN PÄÄTTYMINEN eli ns. End of waste Jäte lakkaa olemasta jätettä, kun se on läpikäynyt hyödyntämistoimen kierrätys mukaan lukien ja se täyttää seuraavat edellytykset: a) ainetta tai esinettä käytetään yleisesti tiettyihin tarkoituksiin b) aineelle tai esineelle on olemassa markkinat tai kysyntää c) aine tai esine täyttää käyttötarkoitukselleen esitetyt tekniset vaatimukset ja on tuotteisiin sovellettavien olemassa olevien säännösten ja standardien mukainen d) aineen tai esineen käyttäminen ei aiheuta haitallisia kokonaisvaikutuksia ympäristölle tai ihmisten terveydelle 5

6 JÄTTEET/TUHKAT OSANA LCA-AJATTELUA 6

7 7

8 Jätetutkimuksen toimintamuodot 1. Hyödyntämismenetelmien kehittäminen 2. Hävitysmenetelmien kehittäminen 3. Ympäristöanalytiikan kehittäminen 4. Teknologian kehittäminen 5. Kemiallisen asiantuntijan tehtävät - kemian asiantuntijana pilot- ja laitosmittakaavan kokeissa - julkaisutoiminta: kv. tiedelehdet, ammattilehden, symposiumit - opiskelijatöiden (LuK, FM, FT/TkT) ohjaus Jätealan tutkimuksen mahdollisuudet eli laajuusvisio: Jäte on tuotannon ja toiminnan peilikuva 8

9 1. Säästetään uusiutumatonta kalkkia sen todellisiin käyttötarkoituksiin 2. Kalkin käyttö edistää kasvihuoneilmiötä useassa vaiheessa: 1. louhinta, 2. murskaus ja 3. kuljetus 3. Kalkin valmistus edistää kasvihuoneilmiötä (CaCO 3 => CaO + CO 2 yli 400 m 3 /t 4. Biotuhkalla työllistävä vaikutus, tärkeää etenkin työttömyysalueilla 5. Tavoite tuhkapohjaisten tuotteiden kehittäminen erilaisiin käyttökohteisiin 6. Kiihdyttää biomassan kasvua, lisäten näin tavoiteltua uusiutuvan energian tuotantoa => Jo osittain toteutunut tavoite: Uusi biotuhkan status => uudet hyödyntämismahdollisuudet Huom! Kyseessä ei pyörän keksimisestä uudelleen, sillä esi-isämme hyödynsivät vuosisatoja kaskeammalla saatavaa tuhkaa luonnonmukaisena lannoitteena. 9

10 10

11 Parametri Yksikkö Oulun Energia Laanilan Voima ph 11,5 12,9 Johtokyky ms cm -1 1,6 5,7 Kuiva-ainepit. % 78,1 (kasteltu) 99,7 Hehkutushäviö (550 o C) % 2,4 6,1 DOC mg/kg 0,65 0,52 Kok.neutralointikyky % Ca 7,2 7,4 Nop.vaik. neutr.kyky % Ca 5,7 5,8 Kalkituskyky a t/t 4,5 4,4 Piipitoisuus (SiO 2 ) Mg/kg 44,1 41,6 Pinta-ala (BET) m 2 /g 10,7 16,8 11

12 Turve/puu-tuhkan partikkelikokojauma Jakeistuksen hyödyntäminen avainsanoja tulevaisuudessa Oulun Energian jakeistamoton tuhka, kevät 2011 Oulun Energian tuhka Hieno jae, kevät

13 Ravinne Yksikkö Oulun Energia Laanilan Voima S g/kg (d.w) 6,1 9,3 P g/kg (d.w) 0,69 0,34 K g/kg (d.w) 1,1 1,0 Mg g/kg (d.w) 0,93 8,1 Ca g/kg (d.w) 32,2 33,4 Na g/kg (d.w) 0,61 0,50 Mn mg/kg (d.w) Cu mg/kg (d.w) 6,1 5,7 Zn mg/kg (d.w) 14,7 19,2 13

14 Muutokset tuhkaa koskien: Määritys EPA Method 3051A (HNO 3 + mikroaaltohajotus) Arseenin ja kadmiumin sallitut pitoisuudet metsätuhkassa nousseet: Arseeni As: 30 mg/kg 40 mg/kg Kadmium Cd: 17,5 mg/kg 25 mg/kg Ravinneainepitoisuusvaatimukset muuttuneet: Ca: 8 % 6 % P+K: 1 % 2 % Muualla kuin metsässä käytettävän tuhkan neutraloiva kyky oltava vähintään 10 % Ca. Rakeistettuun tuhkalannoitteeseen saa lisätä epäorg. lannoitevalmisteita sen käyttökelpoisuuden lisäämiseksi tai vähimmäisvaatimusten täyttymiseksi => Toisen sukupolven biotuhkapohjaiset tuotteet!!!

15 Oulun tuhkien raskasmetallien kokonaispitoisuudet Oulun Energian ja Laanilan Voiman kevään 2011 tuhkien kokoomanäytteet Alkuaine Raja-arvo metsälannoitus mg/kg d.w. Raja-arvo viljelykäyttö mg/kg d.w. Oulun Energia mg/kg d.w. Laanilan Voima mg/kg d.w. Cd 25 1,5 2,3 1,6 Cu Pb Cr Zn As Ni Hg 1,0 1,

16 LÄHDEAINEISTOA / Oulun tuhkat 1. L. Karvonen, J. Pesonen, V. Kuokkanen ja T. Kuokkanen: Tuhkien jakeistus, niiden kemialliset ominaisuudet ja hyödyntämispotentiaali. - EAKR-hanke Tuhkan rakeistus Pohjois-Pohjanmaalla, tutkimusraportti, 2012, 105 s. 2. J. Pesonen: Oulun biotuhkien fraktiointi, kemialliset ominaisuudet ja hyötykäyttöpotentiaali. - pro gradu, Oulun yliopisto, kemian laitos, 2012, 132 s. 3. T. Kuokkanen ja K. Kujala: Laanilan Voima Oy:n, Stora Enso Oyj:n Oulun Tehtaan ja Oulun Energia voimalaitostuhkien loppusijoittamisen YVA-ohjelmaan kuuluva tutkimusraportti, YVA-ohjelmaan tutkimusraportti, 2006, 31 s. 4. M. Kuokkanen ja T. Kuokkanen: Biotuhkan käyttö on ekoteko, HighBio Projekti Info 38, 2009, 2 pp. (kts. myös Info 37). 5. M. Kuokkanen ja T. Kuokkanen: Puu- ja turvepellettien sekä hakkeen lämpökeskus- ja pienpoltossa syntyvien tuhkien hyötykäyttöön liittyvä tutkimusraportti. - University of Oulu, Report Series in Chemistry, Report No. 74, 2009, 45 s. 6. T. Kuokkanen, R. Pöykiö, H. Nurmesniemi and J. Rämö: Sequential Leaching of Heavy Metals and Sulphur in a Bottom and Fly Ash from Co-combustion of Wood and Peat at a Municipal District Heating Plant. Chemical Speciation and Bioavailability, 18, 2006, R. Pöykiö, T. Kuokkanen, H. Nurmesniemi and K. Kujala: Extractability and Bioavail ability of Heavy Metals and Sulphur in Botton Ash and Fly Ash from Industrial Power Plant. - Journal of Solid Waste Technology and Management, 33(4), 2007,

18 Hyödyntämiskohde 1. Metsälannoitus Viljelylannoitus Tutkimusmenetelmä MMMa 12/2007 Kok.pitoisuus 2. Kalkitus MMMa 12/2007 Kok.pitoisuus 3. Tierakentaminen ja maisemointi VNa 591/2006 Vesiuutto Polttotuhka Ekotehokasta Ei tällä hetkellä Todella sopiva Paikallisesti Kuuma aihe Biokaasutustuhka Mahdollista Ei kannattavaa Mahdollista Mahdollista, ei käytännössä 4. Poltto Polttolaitos Ei lämpöarvoa Soveltuu hyvin 5. Adsorbentti, jätevesien käsittely Lupaehto Kuuma aihe Kuuma aihe 6. Betoniteollisuus Betoninormit Jo käytetty Kuuma aihe 7. Uudet sovellutukset Tuhkapohjaiset tuotteet Kuuma aihe Kuuma aihe Toivo Kuokkanen 18

21 1. ISO (HNO 3 /HCl): Soil quality Extraction of trace elements soluble in aqua regia. 2. SFS-EN (HF/HNO 3 /HCl + mikroaaltohajotus): Jätteiden karakterisointi. 3. EPA Method 3051A (HNO 3 + mikroaaltohajotus): Sediments, sludges, soils and oils; nykyisen lannoitevalmisteasetuksen mukainen määritysmenetelmä. 4. EPA Method 3051A (HNO 3 /HCl + mikroaaltohajotus): Sediments, sludges, soils and oils. 5. EPA Method 3052 (HNO 3 /HF + mikroaaltohajotus): Siliceous and organically based matrices. 6. LITIUMTETRABORAATTISULATE: Al, Fe, Ca, K, Mg, Na, P, Ti ja Si ASTM C , Standard Test Method for Major and Trace Elements in Limestone and Lime by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy and Atomic Absorption. CEN ENV 955-4, Chemical Analysis of Refractory Products part 4: Products Containing Silica and/or Alumina (Analysis by Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS) and Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrography (ICP)).

22 Al mg/kg As mg/kg 33,6 33,2 33,2 34,4 35 Ca mg/kg Cd mg/kg 1,91 1,96 2,18 2,20 2,22 Cr mg/kg Cu mg/kg Fe mg/kg K mg/kg Na mg/kg Ni mg/kg , P mg/kg S mg/kg Zn mg/kg Si mg/kg

23 1. Biotuhkien statuksen muuttuminen luo uusia mahdollisuuksia 2. Hyötykäytön edistäminen edellyttää lisää tutkittua tietoa ja uusia tutkimusmenetelmiä 3. Tuhkien jakeistuksen (ilmaluokitus) tuomat mahdollisuudet 4. Uusien tuhkapohjaisten tuotteiden innovatiivinen kehittäminen: monella taholla jo menossa Kestävän kehityksen mukaisesti pitkän aikavälin tavoitteena voidaan pitää vain tilannetta, jossa metsä- ja peltobiomassaa hyödynnetään eri tavoin, minkä jälkeen biotuhka osana hajautettua tuotantoa palautetaan luonnon kiertokulkuun. BIOTUHKAN KÄYTTÖ ON EKOTEKO 2. SUKUPOLVEN BIOTUHKAPOHJAISET TUOTTEET! 23

Samankaltaiset tiedostot

BIOTUHKIEN HYÖDYNTÄMINEN - KEMIALLINEN NÄKÖKULMA

DEPARTMENT OF CHEMISTRY BIOTUHKIEN HYÖDYNTÄMINEN - KEMIALLINEN NÄKÖKULMA Dosentti Toivo Kuokkanen Oulun yliopisto, Kemian laitos Tuhkasta timantteja Liiketoimintaa teollisista sivutuotteista ja puhtaasta