Energiatutkimuskeskuksen palvelut kiertotalouden näkökulmasta Kiertotalous seminaari Teknologia- ja ympäristöala, Varkaus Jukka Huttunen

Transkriptio

1 Energiatutkimuskeskuksen palvelut kiertotalouden näkökulmasta Kiertotalous seminaari Teknologia- ja ympäristöala, Varkaus Jukka Huttunen

2 Varkauden kampus - energiatutkimuskeskusta luomassa Energiatutkimuskeskus tulee tarjoamaan Suomessa asiakaslähtöisiä energiatutkimuspalveluja energiateknologian toimialan yrityksille sekä julkisen sektorin asiakkaille Tarkoituksena on tukea Varkauden kaupungin kehittymistä ja vaikuttaa pitkällä tähtäimellä kansainvälisenä toimijana energiatutkimuksessa Toimintaympäristöä käytetään myös koulutuksiin perusopetuksessa sekä myydään oppimisympäristöksi

3 Energiatutkimuskeskuksen laitteet Arina ja leijupetikattilajärjestelmät Pyrolyysiöljyn testausympäristö Korroosiontestauskammio Savukaasun puhdistuslaitteistoja Hiukkastenpäästöjen mittauslaitteisto

4 Energiatutkimuskeskuksen laitteet Savukaasun kaasukomponenttien mittauslaitteisto (FTIR) Peruslaboratoriopalvelut Savukaasuille savupiipussa referenssipäästömittauspaikka Polttoaineensyöttölaitteistot Maalämpöjärjestelmä

5

6 Tausta kiertotalousproblematiikalle kattilaympäristöissä Tällä hetkellä jätejakeita menee poltettavaksi suuria määriä kaikkialla (jätteenpoltto) Jätejakeet ovat vaikeita polttoaineita, jotka vaativat kattilalta erikoissuunnittelua, polttolaitteistoilta erikoishuoltoa, eikä nykytekniikoilla edes päästä kovin hyvään sähköntuotantohyötysuhteeseen em. kattiloissa (saadaan siis lähinnä lämpöä) Kun jätejakeita erotellaan paremmin (eroteltujen jakeiden hyötykäyttö) Kattilalle jää poltettavaksi vielä vaikeampia polttoaineita Tiettyjä arvokkaita jakeita ei edelleenkään saada talteen - esim. metalleista saadaan hyvällä hyötysuhteella vain kaikkein tavanomaisimpia jakeita, ja maametalleita ei juuri lainkaan Kaiken lisäksi erotustekniikat saattavat erottaa liian tehokkaasti epäkurantit jakeet Tietyissä tapauksissa lopputuotos lähinnä rejektiä ja varsinaista eroteltua jaetta syntyy hyvin vähän Tavoiteltava tilanne Jätettä syntyisi mahdollisimman vähän Syntynyt jäte tunnettaisiin mahdollisimman hyvin Todellisuudessa menneisyyden tuote (10 15 v. sitten tuotettu) on tämän päivän jäte

7 Leijupetikattila Energiatutkimuskeskuskäytössä leijupedillä tutkitaan millä tavalla polttoaineen vaihtelu ja sekoitussuhde vaikuttavat syntyviin savukaasuihin, millä tavalla ilman syöttötasojen vaihtelu vaikuttaa palamiseen sekä millä tavalla kiertokaasun syöttö vaikuttaa kattilaan => Vaikuttavat tuhkan muodostumiseen Leijupetikattila on itse suunniteltu ja teholtaan kw Kattila sisältää suuren määrän mittausyhteitä, joilla voidaan tutkia polton aikana tapahtuvaa lämpötilakäyttäytymistä kattilan eri segmenteissä

8 Polttoaineet Kierrätyspolttoaineet REF Yhdyskuntajäte Biopolttoaineet Hake, pelletti, turve Leijupetikattilassa voidaan polttaa erilaisia polttoaineita yksin tai yhdistellen

9

10 Kierrätyksen ja lajittelun palvelut Tavoite lajitella paremmin! Jätteen syntyyn ja lajitteluun kannattaa vaikuttaa mahdollisimman varhaisessa vaiheessa Erilaiset selvitystyöt mm. kotitalousjätteiden laatuperustaisen hinnoittelumallin kehittäminen yms. Tällä hetkellä polttoaineet Polttoaineet epätasalaatuisia => trendi vain vaikeampien polttoaineiden suuntaan Polttoaine sisältää haitallisia yhdisteitä joko savukaasujen tai palamisreaktion kannalta Polttoaineessa suuria tuhkapitoisuuksia Polttoaine sisältää laitteistoja tukkeuttavia ja rikkovia partikkeleita Keinot vaikuttaa lajittelulla laitteiden ongelmakohtiin Puhdistus- ja erotinlaitteistojen koejärjestelyt ja koeajot => minkälaiset kombinaatiot ovat tehokkaita ja minkä tyyppinen toiminta on kustannustehokasta ja mikä taas ei Fokuksessa eritoten alumiinin erotus on tällä hetkellä vaikeasti erotettavissa oleva metalli, joka haittaa merkittävästi kattiloiden toimintaa, nostaa huoltokustannuksia ja on itsessään tarpeellinen metalli, jolle on merkittävät kierrätysmarkkinat

11 Tuhkaan liittyvät palvelut Tuhka on potentiaalinen raaka-aine Jos tuhka on oikeanlaista (vaarallisia liukoisia komponentteja ei saa olla liikaa) Jos löytyy sopivia tuotteita, jonka osana tuhkaa on mahdollista käyttää Tuhkan analysointipalvelut Jätejakeiden analysointi, kuten lento- ja pohjatuhkasta hyödynnettävien aineiden määrät Pohjatuhkan liukoisuuteen liittyvät kokeet Pohjatuhkan palamattomien komponenttien pitoisuuksien määritys (hehkutushäviöt) sekä partikkelikoon määritys Kemialliset analyysit Tuhkamäärään vaikuttaminen prosessin ja laitedemojen kautta Tuhkassa runsaasti oksideja ja karbideja, joihin on mahdollista vaikuttaa olosuhteita muokkaavilla laitteistoilla

12 Tuhka leijupetikattilaympäristössä Näiden lisäksi tuhkan muodostumiseen on tarkoitus vaikuttaa erilaisilla prosessiin liittyvillä säädöillä Keinot vaikuttaa laitteilla ongelmakohtiin Polttoaineen esikäsittelyä Ajonaikaista sekoittamista tukipolttoaineiden kanssa Erilaista katalyyttien syöttöä Ilman ja savukaasun syötön hallintaa Hiekansyötön ja tuhkanpoiston hallintaa (Polttoaineen jatkuvatoimista kosteuden mittaamista)

13 Tuhka leijupetikattilaympäristössä Palvelut em. kohtien selvittämiseksi tutkimuslaitteistolla: Polttamisen sekä polttoaineen käyttäytymiskokeet tukipolttoaineiden ja katalyyttien syöttömuutoksilla Kattilamateriaalien korroosiotestaukset korroosiosondilla Pedin käyttäytymiskokeet vaikeilla polttoaineilla Likaantumisen vaikutuksen testaukset ajettavuuteen tuhkan käyttäytymiseen sekä korroosioon (ajomallikehitys pedin käyttäytymisen pohjalta & hiekan sulamispistemittaukset eri natrium-, kalium- ja alumiinipitoisuuksilla) Tavoite pystyä ottamaan polttoprosessissa talteen hyödyllisiä aineita, kuten erottamaan metalleja tai muita arvokkaita jaokkeita tuhkasta Tuhkan fraktioitumisen ja lämpötilan vaikutukset erityyppisten tuhkien faasimuotoon Jakeiden jatkojalostus Mittaukset polttoaineiden sekaan syötettyjen lisä- ja tukipolttoaineiden vaikutuksesta tuhkan ominaisuuksiin sekä puhdistuslaitteiden hyödyntäminen tuhkafraktioiden erotuksessa

14 Korroosiontestauskammio Pystyä tutkimaan eri materiaalien korroosiokäyttäytymistä Kammioon ajetaan leijupetikattilassa poltettavien mm. yhdyskuntajätteiden synnyttämää savukaasua Palvelut: kattila- ja vaihdinmateriaalitestaukset materiaalintestauskammiossa, kattilamateriaalien korroosiotestaukset korroosiosondilla Pystyä tutkimaan eri polttoaineiden savukaasujen korroosiominaisuuksia eri lämpötiloissa laimentamatta savukaasua Pyritään löytämään sopivia materiaaleja mm. kattiloiden tulistimille, pienen kokoluokan sähköntuotantolaitteistojen höyrystin lämmönvaihtimille yms.

15 Muut kiertotalouteen liittyvät tavoitteet Kiertotalouteen liittyen jätteen osalta esiin nousee muutamia olennaisia kysymyksiä Parempi sähköntuotantohyötysuhde? Jätejakeiden polttoon liittyvä sähköntuotantohyötysuhde jää heikoksi, koska jätejakeista syntyvät aggressiiviset tuotekaasut korrodoivat voimakkaasti kuumissa lämpötiloissa => siksi lämpötilat matalat ja sähköntuotantohyötysuhde heikko Kuinka saada laitteet kestämään tai polttoaine vähemmän aggressiivisemmaksi? Korkeampi jalostusaste? Jakeita on mahdollista kaasuttaa tai nesteyttää voiko polton sijasta jostain jätejakeesta mahdollisesti tehdä tuotekaasua johonkin prosessiin tai vaikka liikennepolttoainetta? Miksi polttaa, miksi ei prosessoida? Onko jokin jätejae mahdollista polton sijasta prosessoida uuteen muotoon ja millä edellytyksillä (esim. pinnoitemateriaalit, korkeamman jalostusasteen tuotteiden raaka-aineet)? Onko jätejakeissa sellaisia komponentteja, joita on helppo palauttaa toisiksi tuotteiksi (vrt. puukuidun matka paperitehtaissa kohti nanosellua)?

16 Jukka Huttunen Savonia-ammattikorkeakoulu Varkauden kampus Osmajoentie 75, Varkaus GSM: KIITOS!