LIETTEEN TERMISTEN KÄSITTELYMENETELMIEN SOVELTUVUUS SUOMEEN Petri Nissinen 16.5.2019 1 LIETTEEN TUOTANTO SUOMESSA 2 1
KÄSITTELYLAITOSTEN MAHDOLLISIA ALUEJAKOJA 3 LIETTEEN TERMISET KÄSITTELYTEKNIIKAT KONVENTIONAALINEN KÄSITTELY TERMINEN KÄSITTELY JATKO- KÄSITTELY HYÖDYNTÄMINEN Kompostointi HTC Maatalous, viherrakentaminen, maisemointi LINKO- KUIVATTU LIETE Mädätys Torrefionti / Pyrolyysi Kaasutus Terminen kuivaus Polttoaine Erillispoltto Yhteispoltto Fosforin talteenotto Maa-/tierakentaminen ja teollisuus Kaatopaikka 4 4 2
LÄMPÖTILA JA VIIPYMÄAIKA 5 5 FOSFORIN KIERRÄTYS JA HAITTA-AINEIDEN POISTO Terminen kuivaus Märkähiilto (HTC) Torrefiointi Pyrolyysi Kaasutus Erillispoltto Yhteispoltto Fosforin kierrätys??? Haittaaineiden poisto Vaatii jatkokäsittelyä, Vaatii jatkokäsittelyä, tekniikoita olemassa tekniikoita olemassa mutta ei käytössä ja mutta kalliita ja vähän Vaatii jatkokäsittelyä, kalliita. Tuhkan käyttö käytössä. Tuhkan käyttö Kyllä (käyttö tekniikka uutta / vähän Kyllä (käyttö Kyllä (käyttö sellaisenaan sellaisenaan maanparannusaineena referenssejä. maanparannusaineena) maanparannusaineena) epävarmaa. epävarmaa.???? Ei Poistaa tehokkaasti lietteen haitta-aineita, lääkeaineita ja Orgaanisista haittaaineista ja lääkeaineista Valtaosa org. haitta- orgaanisia haitta- Raskasmetallit säilyvät Poistaa tehokkaasti muoveja. poistuu osa; haitallisia Tutkimustietoa vähän; aineista poistuu, mutta aineita, lääkeaineita ja Poistaa tehokkaasti tuhkassa, mutta hajoamistuotteita arvioidaan, että PAH-yhdisteitä voi muoveja, mutta PAHyhdisteitä voi aineita, lääkeaineita ja Lopputuotteen orgaanisia haitta- elohopea poistuu. muodostuu. Arvioidaan, muovien ja orgaanisten mudostua. Ei vaikuta merkittävästi että muovien poisto on haitta-aneiden poisto Raskasmetallit mudostua. muoveja. käyttömahdollisuudet org. haitta-aineisiin eikä puutteellista. on puutteellista. sitoutuvat hiileen, Raskasmetallit säilyvät Raskasmetallit säilyvät määrää kuitenkin raskasmetalleihin. Ei Raskasmetallit Raskasmetallit elohopea poistuu tuhkassa, mutta tuhkassa, mutta yhteispolton tuhkan poista muoveja. sitoutuvat hiileen. sitoutuvat hiileen. valtaosin. elohopea poistuu. elohopea poistuu. laatu kokonaisuutena. 6 6 3
KUSTANNUKSET Arvioidut kustannukset lietetonnia (30 %TS) kohden 140 120 130 120 100 100 100 90 100 Käyttökustannukset, max 80 60 45 60 50 65 50 70 55 75 70 50 Käyttökustannukset, min 40 Investointikustannukset, max 20 Investointikustannukset, min 0 (1) Mahdollista fosforin talteenottokäsittelyä ei ole huomioitu (2) Suuntaa-antava arvio 7 7 LAITOSTEN KOKOLUOKKA Mahdollinen Järkevä Pienet laitokset Keskisuuret laitokset Suuret laitokset Terminen kuivaus Märkähiilto (HTC) Torrefiointi Pyrolyysi Kaasutus Erillispoltto* Yhteispoltto Lietemäärä, t TS / a 200 500 1 000 2 000 5 000 10 000 30 000 AVL 6 000 15 000 30 000 60 000 150 000 300 000 900 000 *Kapasiteetti riippuu käytettävästä polttotekniikasta 8 8 4
HIILIJALANJÄLKILASKENTA - RAJAUS Kemikaalien valmistus Muu polttoainekulutus Energiankulutus Sähkö & Lämpö Jätevesipuhdistamolta mekaanisesti kuivattu liete Raaka-aine: jätevesiliete Lietteen termiset käsittelyprosessit: Terminen kuivaus Märkähiilto (HTC) Torrefiointi Pyrolyysi Kaasutus Erillispoltto Yhteispoltto jätteenpolttolaitoksessa Yhteispoltto sementtiuunissa Tuote Käyttö (päästökuormat & -hyvitykset) Prosessista syntyvä jätevesi (rejekti) Sivutuotteet & Jätteet Puhdistus Käsittely 9 9 HIILIJALANJÄLKILASKENTA - TULOKSET Ilmastovaikutuksen laskennassa otettiin huomioon aiheutuvat päästöt (hiilijalanjälki) ja päästöhyvitykset (hiilikädenjälki) Kuvassa nollatason yläpuolella kuvattuna hiilijalanjäljen suuruus (-) ja nollatason alapuolella hiilikädenjälki (+) eli syntyvät päästöhyvitykset. kgco2e/t liete (30%) 200 100 0-100 -200-300 Hiilijalanjälki ja -kädenjälki Jätteiden kuljetuksen päästöt Lopputuotteiden kuljettaminen Päästöhyvitykset Jätteiden käsittelyn päästöt Vedenkulutus ja jätevesikuorma Muu polttoainekulutus Energiankulutus (Sähkö ja lämpö) Kuljetukset (kemikaalit ja liete) Kemikaalien valmistus -400 10 10 5
11 LISÄMATERIAALI 12 6
TERMINEN KUIVAUS Lietteestä haihdutetaan vettä lämmön avulla Massan pienentäminen, käsiteltävyyden parantaminen, lämpöarvon kasvattaminen, esikäsittely muille termisille menetelmille maanparannusaine, polttoaine, muut termiset menetelmät ei juurikaan poista orgaanisia haitta-aineita, lääkeaineita tai muoveja Kyllä (maanparannusainekäyttö) Kuluttaa paljon lämpöä; sähköä vähemmän kuin valtaosa muista termisista käsittelyistä Yleisesti käytössä, kymmeniä referenssejä Suomessa kolme laitosta (Haapavesi, Joensuu ja Lakeuden Etappi) Useita valmistajia (mm. Andritz, Huber, Veolia, Stela, VOMM) n. 45 60 EUR / t (30 % TS) Terminen kuivauslaitos, Inglostadt, Saksa (kuva: TPOMAG) Mekaanisella ja termisellä kuivauksella saavutettava kuiva-ainepitoisuus ja massan pieneneminen kuiva-ainepitoisuuden funktiona 13 13 MÄRKÄHIILTO (HTC) Terminen hajottaminen korkeassa paineessa (n. 20 35 bar) ja lämpötilassa (180 250 C) Syöte märkää, n. 8 15 % TS HTC-käsitelty liete kuivataan mekaanisesti kuiva-ainepitoisuuteen 50 70 % TS Lämpöarvon kasvattaminen, mekaanisen kuivauksen tehostaminen Polttoaine Orgaanisista haitta-aineista ja lääkeaineista poistuu vain osa, muovien poisto on puutteellista. Raskasmetallit sitoutuvat hiileen. Mahdollista osittain erillisellä happo-saostuskäsittelyllä (referenssejä vähän) Lämpö n. 150 200 kwh / t (30%TS) Sähkö n. 20 30 kwh / t (30%TS) Tutkittu paljon; useita pilot-laitoksia Kaksi kaupallisen mittakaavan referenssiä (AVA-CO2, TerraNova) n. 50 65 EUR / t (30 % TS) TerraNova GmbH:n HTC-laitos, Jining, Kiina (Kuva: TerraNova) Pelletöityä HTC-käsiteltyä lietettä (Kuva: C Green) 14 14 7
TORREFIOINTI Terminen käsittely hapettomissa oloissa Lietteen orgaaninen aines hiiltyy, osa muuntuu kaasumaiseen muotoon ja osa höyryksi Lämpötila n. 200 350 C Massan pienentäminen, käsiteltävyyden parantaminen, lämpöarvon kasvattaminen Hiilimäisen maanparannusaineen tuotanto Polttoaine, maanparannusaine Tutkimustietoa vähän; arvioidaan, että muovien ja orgaanisten haitta-aineiden poisto on puutteellista. Raskasmetallit sitoutuvat hiileen. Kyllä (käytettäessä maanparannusaineena) Lämmön kulutus n. 50 100 kwh/t Sähkönkulutus n. 60 90 kwh/t (30%TS) Lisäksi termisen kuivauksen energiantarve Lietteen torrefiointia tutkittu vähän; ei referenssilaitoksia Maailmanlaajuisesti muutamia biomassaa käsitteleviä laitoksia (mm. Bioendev, Baltania (suunnitteilla)) n. 50 70 EUR / t (30 % TS) Bioendev AB:n biomassan torrefiointilaitos, Holmsund, Ruotsi (Kuva: Bioenergy International) Eri lämpötiloissa torrefioituja ja pyrolysoituja lietteitä. Käsittelyn lämpötila vasemmalta lukien 200, 235, 275, 300 ja 450 C. Viipymäaika käsittelyssä 15 minuuttia. (Ylivainio et al. 2019) 15 15 PYROLYYSI Terminen käsittely hapettomissa oloissa Lietteen orgaaninen aines hiiltyy, osa muuntuu kaasumaiseen muotoon ja osa höyryksi. Lämpötila n. 400 700 C, Maanparannusaineen tai hyödynnettävän hiilituotteen tuotanto Maanparannusaine, kompostin lisäaine, suodatinmateriaali, polttoaine Valtaosa org. haitta-aineista poistuu, mutta PAH-yhdisteitä voi mudostua Raskasmetallit sitoutuvat hiileen, elohopea poistuu valtaosin Kyllä (käytettäessä maanparannusaineena) Lämmön kulutus n. 70 150 kwh/t Sähkönkulutus n. 60 90 kwh/t (30%TS) Lisäksi termisen kuivauksen energiantarve Maailmanlaajuisesti < 5 täyden mittakaavan käytössä olevaa laitosta, pilot-laitoksia runsaasti. Vain yksi tuottaa materiaalina hyödynnettävää hiiltä. Laitoshankkeita käynnissä useita. Muutamia aktiivisia toimijoita (mm. Pyreg, Splainex, Eisenmann, WAIES) n. 55 75 EUR / t (30 % TS) Lietteen pyrolyysiyksikkö, Linz-Unkel, Saksa (Kuva: Zweckverband Abwasserbeseitigung Linz-Unkel) 16 16 8
KAASUTUS Lietteen orgaanisen aineksen muuntaminen energiapitoiseksi kaasuksi termisesti alihapellisissa olosuhteissa Korkea lämpötila (> 600 C, tyypillisesti 800 900 C) Osittainen hapetus tuottaa prosessin tarvitseman energian Energian tuotanto ja lietteen määrän vähentäminen Tuhka muistuttaa ominaisuuksilta polttotuhkaa. Käyttö esim. asfaltin raaka-aineena tai maarakentamisessa Poistaa tehokkaasti orgaanisia haitta-aineita, lääkeaineita ja muoveja, mutta PAH-yhdisteitä voi muodostua Raskasmetallit sitoutuvat tuhkaan, elohopea poistuu valtaosin Fosforin talteenottokäsittelyitä ei ole olemassa; suora lannoitekäyttö epävarmaa Sähkönkulutus n. 100 150 kwh/t (30%TS) Lisäksi termisen kuivauksen energiantarve Maailmanlaajuisesti < 5 täyden mittakaavan käytössä olevaa laitosta Kehitystyö muutaman yrityksen varassa (esim. Sülzle-Kopf) n. 100 130 EUR / t (30 % TS), Sülzle-Kopf SynGas:n lietteen kaasutuslaitos, Balingen, Saksa (Kuva: Hey et al. 2017) Kiertoleijupetikaasutin (Kuva: Koch 2018) 17 17 ERILLISPOLTTO Lietteen orgaanisen aineksen hapettaminen ylihapellisissa olosuhteissa energian tuottamiseksi Korkea lämpötila (tyypillisesti > 850 C) Poltto tuottaa prosessin tarvitseman lämmön, yleensä hiukan ylijäämälämpöä Energian tuotanto ja lietteen määrän vähentäminen, haitta-aineiden tuhoaminen Asfaltin raaka-aineena tai maarakentamisessa, kaatopaikkasijoitus Lannoitteena fosforin talteenottokäsittelyn jälkeen (tai sellaisenaan) Poistaa tehokkaasti orgaanisia haitta-aineita, lääkeaineita ja muoveja Raskasmetallit jäävät tuhkaan, elohopea poistuu Fosforin talteenotto mahdollista, mutta teknis-taloudellisesti kannattamatonta Suora lannoitekäyttö epävarmaa Apupolttoaine n. 10 kwh / t (30 % TS) Sähkönkulutus n. 100 150 kwh/t (30%TS) Maailmanlaajuisesti kymmeniä täyden mittakaavan laitoksia, yleistyvä tekniikka Useita laitostoimittajia (mm. Outotec, VOMM, Veolia, Endev) Rovaniemen laitos ensimmäinen Suomessa Leijupeti n. 100 120 EUR / t (30 % TS); PAKU n. 70 90 EUR / t (30 % TS) (suuntaa-antava arvio) PAKU-prosessin periaatekuva (Kuva: Pekkala 2019) Lietteenpolttolaitos, Zürich, Sveitsi (Kuva: Outotec) 18 18 9
YHTEISPOLTTO Yhteispoltto muun materiaalin seassa Useita vaihtoehtoja: voimalaitokset, jätteenpolttolaitokset, metsäteollisuuden polttolaitokset, sementtiteollisuus (mm. kevytsoran valmistus) Ympäristöluvan tulee sallia lietteen käyttö polttoaineena Energian tuotanto ja lietteen määrän vähentäminen Teolliset käyttökohteet, sementtiteollisuuden tapauksessa osana tuotetta Kaatopaikkasijoittaminen Poistaa tehokkaasti orgaanisia haitta-aineita, lääkeaineita ja muoveja Raskasmetallit jäävät tuhkaan, elohopea poistuu Lopputuotteen käyttömahdollisuudet määrää yhteispolton tuhkan laatu kokonaisuutena Ei mahdollista Lietteen vaikutus energiatalouteen voi olla hieman positiivinen tai negatiivinen riippuen kuiva-aineja tuhkapitoisuuksista. Keski-Euroopassa hyvin yleistä; käyttö vähentymässä fosforin kierrätysvaatimusten lisääntyessä n. 50 100 EUR / t (30 % TS), riippuu merkittävästi yhteispolton tyypistä Kevytsoraa valmistava tehdas Kuusankoskella (Kuva: Leca Finland Oy) VAPO Oy:n Haapaveden yhteispolttolaitos (Kuva: Fineweld) 19 19 KUVIEN LÄHTEET Bioenergy International. Black is the new green with Swedish Torr-How. Bioenergy International Pellets Special 3/2017, s. 16-18. C-Green. C-Green s response to inquiry from Pöyry 2019-01-28 (julkaisematon) Fineweld. Vapo Haapavesi. https://www.fineweld.fi/sites/default/files/reference_attachments/vapo.pdf Koch, T. (2018) Potential benefits for P-recovery by sludge gasification. Phosphorus recovery from wastewater - IWA Sweden seminar, Malmö 11.4.2018. Leca Finland. https://leca.fi/leca-info/tuotanto/ Outotec. SUSTAINABLE SEWAGE SLUDGE INCINERATION FOR ZÜRICH CANTON. http://www.outotec.com/company/media/news/2016/sustainable-sewage-sludge-incineration-for-zurich-canton/ Pekkala, S. (2019) Rovaniemen lietteenpolttolaitos tilannekatsaus. Satu Pekkala 16.1.2019. Napapiirin Energia ja Vesi Oy TerraNova. Project Jining. https://terranova-energy.com/en/project/project-compiegne/ TPOMAG. Sludge Drying on STP Ingolstadt: A Success Story https://www.tpomag.com/online_exclusives/2016/11/sludge_drying_on_stp_ingolstadt_a_success_story_sc_001jj Ylivainio, K., Jermakka, J., Wikberg, Hanne & Turtola, E. (2019). Lämpökemiallisen käsittelyn vaikutus jätevesilietefosforin lannoitusarvoon : Jätevesien fosfori kiertoon lannoitteeksi (PRecover) -hankkeen loppuraportti. Luonnonvara- ja biotalouden tutkimus 3/2019. Luonnonvarakeskus. Helsinki. 67 s. Zweckverband Abwasserbeseitigung Linz-Unkel. https://www.vg-linz.de/assets/upload/dokumente/region/infobroschuere/klaeranlage- Linz-Unkel-Broschuere.pdf PÖYRY PRESENTATION 20 10