BIOMASSAN HAPPIPOLTTO LEIJUKATTILASSA

Lappeenrannan teknillinen yliopisto Teknillinen tiedekunta LUT Energia BH10A0200 Energiatekniikan kandidaatintyö ja seminaari BIOMASSAN HAPPIPOLTTO LEIJUKATTILASSA Lappeenrannassa 24.04.2014 0310045 Ville Mattila

Tiivistelmä Ville Mattila Kandidaatintyö: Biomassan happipoltto leijukattilassa Kandidaatintyö 2014 40 sivua, 21 kuvaa, 3 taulukkoa, 2 yhtälöä ja 1 liite Tarkastaja: Esa Vakkilainen Hakusanat: oxy-fuel combustion, happipoltto, biomassan happipoltto, beccs, bio-ccs, oxycfb Kandidaatintyössä tarkastellaan biomassan happipolttoa leijukerroskattilassa. Happipolttoisia laitoksia ei vielä suuressa mittakaavassa ole. Työssä mietitään, miten biomassan happipoltosta tulisi kannattavaa. Tutkielmassa tuodaan esille biomassaan, happipolttoon ja leijukerrostekniikkaan liittyviä ongelmia ja mahdollisuuksia yhdessä ja erikseen. Uusissa teknologioissa investointien suuruus ja muut kustannukset ovat tärkeässä roolissa. Työssä otetaan esille eri skenaarioita happipolton tulevaisuudesta päästöoikeuden hinnan noustessa ja haasteita liittyen kivihiilen nykyiseen hyvään kilpailukykyyn verrattuna biomassaan.

SISÄLLYSLUETTELO Sisällysluettelo 3 SYMBOLILUETTELO 4 1 JOHDANTO 6 2 BIOPOLTTOAINEET 7 3 ILMASTO- JA ENERGIAPOLITIIKKA 9 4 LEIJUKERROSKATTILAT (FBC) 11 4.1 Kuplaleijupetikattila (BFB)... 12 4.2 Kiertoleijupetikattila (CFB)... 13 5 HAPPIPOLTTOTEKNOLOGIA 16 5.1 Happipolton kehitys... 17 5.2 Happipolttotekniikka... 18 5.3 Happitehdas uuteen voimalaitokseen vai vanhaan laitokseen... 20 5.4 Happipoltto vs. ilmapoltto... 20 5.5 Päästöt... 23 5.6 Biomassan happipoltto... 23 6 HAPENTUOTANTOLAITOKSET (ASU) 24 6.1 Kryogeeninen tislaus... 24 6.2 Savukaasujen takaisinkierrätys (FGR)... 26 7 HIILIDIOKSIDIN TALTEENOTTO JA VARASTOINTI 26 7.1 Talteenotto... 27 7.2 Kuljetus ja varastointi... 27 8 DEMONSTRAATIOLAITOKSET 29 9 INVESTOINTIKUSTANNUKSET 31 10 TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT 32 11 YHTEENVETO 33 LÄHDELUETTELO 35 LIITE 1: Polttoaineideiden ominaisuuksia 42

SYMBOLILUETTELO ASU Air Separation Unit, Happitehdas a Year, Vuosi BFB Bubling Fluidiced Bed, Kuplaleijupeti CCS Carbon Capture and Storage, Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi CFB Circulating Fluidized Bed, Kiertoleijupeti CHP Combined Heat and Power, Yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto CPU Carbon Compression and Purification Unit, Hiilidioksidin talteenotto yksikkö EU Euroopan Unioni e electrical, sähkö FBC Fluidiced Bed Combustion, Leijukerroskattila IEA International Energy Agency, kansainvälinen energiajärjestö IEAGHG The IEA Greenhouse Gas R&D Programme IPCC The Intergovernmental Panel on Climate Change ITM Ion transport Membranes, Ioninvaihtoon perustuvat membraanit kw Kilowatt, Kilowatti MW Megawatt, Megawatti OTM Oxygen transport membranes, Hapenkuljetukseen perustuvat membraanit PC Pulverized coal, hiilipöly, hiilen pölypoltto RFG Recycled Flue Gas, Kierrätetty savukaasu s second, sekuntti th thermal, lämpö USD United States Dollar, Yhdysvaltojen Dollari euro

5 Alkuaine lyhenteet Ar CO CO2 H2 H2O NO NOx O2 SOx SO2 argon hiilimonoksidi hiilidioksidi vety vesi typpioksidi typpioksidiyhdiste happi rikkioksidiyhdiste rikkidioksidi

6 1 JOHDANTO Tämä työ käsittelee happipolton tulevaisuutta ja tekniikoita tulevaisuuden kasvihuonepäästöjä vähentävässä energiantuotannossa. Ihmisten väkiluku maailmassa kasvaa kaiken aikaa, samoin myös kasvihuonepäästöt, jotka aiheuttavat ilmaston muutosta. Ratkaisuja päästöjen vähentämiseen etsitään jatkuvasti ja tässä työssä käsitellään yhtä tekniikkaa: biomassan happipolttoa leijukerroskattilassa (FBC). EU:n ilmastopolitiikka Kioton pöytäkirjan jälkeiselle ajalle alkaa vuoden 2013 alusta. Tämän ilmastopolitiikan pääkohtia ovat seuraavat muutokset vuoteen 2020 mennessä, vähentää kasvihuonepäästöjä 20 % vuoden 1990 tasosta lisätä uusiutuvien energialähteiden käytön osuus 20 %:iin EU:n kokonaisenergian kulutuksesta lisätä energiatehokkuutta 20 %:lla lisätä liikenteessä käytettävien biopolttoaineiden osuus 10 %:iin Happipoltto on yksi lupaavimmista hiilidioksidin talteenottomenetelmistä. Syyt CCSteknologian (carbon capture and storage) kehittämiselle johtuvat lähes täysin ilmasto- ja energiapolitiikan vaatimuksista vähentää kasvihuonepäästöjä. BECCS:llä (bioenergy with carbon capture and storage) voidaan poistaa hiilidioksidia ilmakehästä pysyvästi ja näin ollen estää maapallon keskilämpötilan kasvua, jonka odotetaan kasvavan noin 2 ºC vuoteen 2100 mennessä.

7 2 BIOPOLTTOAINEET Biomassoiksi kutsutaan eloperäisten aineiden ja fotosynteesin avulla syntyneitä kasvimassoja. Kasvimassoista tuotettuja polttoaineita kutsutaan biopolttoaineiksi. Biopolttoaineita ovat metsähakkeen lisäksi maa- ja metsätalouden, yhdyskunnan ja teollisuuden eloperäistä alkuperää olevat sivutuotteet ja jätteet. Metsäbiomassaan kuuluu metsähakkeen lisäksi myös metsäteollisuuden sivutuotteet, kuten puunkuori ja sahanpuru (Energia Suomessa. 2004). Leijukerroskattiloissa voidaan käyttää useita polttoaineita. Leijukattilat eivät ole vaativia polttoaineen laadun suhteen. Maailmalla onkin yleistymässä idea, että polttoainevalikoima laajenee, mutta niiden laatu huononee. Tämä tulee vääjäämättä parantamaan leijukattiloiden kysyntää maailmalla ( Tourunen et al. 2010). Tuoreen tutkimuksen mukaan vuodesta 2050 eteenpäin, voisi vuosittain poistaa ilmakehästä n. 10 miljardia tonnia hiilidioksidia käytettäessä BECCS-teknologioita. Määrä vastaa kolmasosaa nykyisistä hiilidioksidipäästöistä (European biofuels technology platform: zero emissions platform). Sopivia biopolttoaineita ovat esimerkiksi: metsähake ja muu metsänkorjuujäte puuteollisuuden jätteet oljet ja muut viljat Biopolttoaineiden käytön suuria ongelmia on sen hankinta, kuljetus ja erilaiset lainsäädännöt. Koska biomassan happipoltto-laitos täytyy olla suuri tehoinen, jotta se on kannattava, tulee eteen polttoaineen riittävästä saannista kehkeytyvä ongelma. Usein suuret biovoimalaitokset ovatkin metsäteollisuusyrityksen läheisyydessä/ omistuksessa. Polttoaineiden laadun vaikutus suurissa voimalaitoksissa on merkittävä. Nykytrendi, jossa leijupetikattiloissa halutaan käyttää laadultaan huonompia polttoaineita, ei mielestäni sovi biomassan happipolttoteknologiaan. Esimerkiksi kivihiilen tehollinen lämpöarvo on noin 4 kertaa suurempi kuin hyvä laatuisen hakkeen. Tämä voidaan

8 todeta liitteestä 1, jossa on taulukko polttoaineiden tehollisista lämpöarvoista ja ominaisuuksista. Vuonna 2011 tuli voimaan laki, jossa biopolttoaineella sähköä tuottavat voimalaitokset saavat tuotantotukea suhteutettuna päästöoikeuden hintaan. Kuvasta 1 nähdään, että nykyisellä päästöoikeuden hinnalla tukea saa 18 /MWh (Martti Flyktman et al. 2011). Kuva 1. Biopolttoaineilla tuotetun sähkön tuotantotuki. Tullut voimaan 2011. (Martti Flyktman et al. 2011). Kuva 2. Voimalaitospolttoaineiden hintakehitys (Tilastostokeskus. 2014).

9 Kuvasta 2 nähdään, että kivihiilen hinta CHP-laitoksille ja metsähakkeen hinta ovat hyvin lähellä toisiaan. Käytännössä tämä tekee hakkeesta kannattamatonta, vaikka haketta polttoaineena käyttävä laitos saisi tuotantotukea. Tämä johtuu polttoaineiden tehollisten lämpöarvojen erosta. 3 ILMASTO- JA ENERGIAPOLITIIKKA Vuonna 1992 Rio de Janeirossa solmittiin ensimmäinen kansainvälinen ilmastosopimus. Sopimusta täsmennettiin 1997 Kioton pöytäkirjalla, joka tuli voimaan 2005. Kioton pöytäkirjan sopimus päättyi 2012. Kööpenhaminassa vuonna 2009 oli määrä neuvotella uudesta sopimuksesta Kioton pöytäkirjan jälkeen. Kokouksessa tehtiin kompromisseja ja lopputuloksesta ei tullut sitovaa. EU on asettanut tavoitteen vähentää kasvihuonepäästöjä 20 % vuoden 1990 tasosta vuoteen 2020 mennessä. Vuoteen 2020 mennessä halutaan myös uusiutuvien energialähteiden käyttö nostaa 20 %:iin kokonaisenergian kulutuksesta. Päästökaupan osalta EU:n tavoite on vähentää päästöoikeuksia 21 % vuoden 2005 päästötasosta vuoteen 2020 mennessä. Päästökauppajärjestelmää uudistettiin vuonna 2013 ja se leikkaa ilmaiseksi jaettavien päästöoikeuksien määrää vuoden 2013 alusta lähtien (Ympäristöministeriö. 2013). CCS:n kannattavuus riippuu päästöoikeuden hinnasta. Päästökauppajärjestelmän toiminnan alkaessa vuonna 2006, oikeuden hinta oli 30 / tco 2. Vuonna 2014 päästöoikeuden hinta on laskenut noin 5 :n/ tco 2 (Investing.com, 2014). Jotta bio- CCS- laitos olisi kannattava hanke, tulisi päästöoikeuden hinnan olla 70-80 /tco 2 (Teir et al. 2009). Kuvassa 3. on esitetty päästöoikeuden hintakehitystä vuodesta 2010 vuoteen 2014 asti. Euroopan Unioni on laatinut myös ohjeellisen tiekartan vuoteen 2050 asti. Tiekartan mukaan kasvihuonepäästöjä olisi tarkoitus vähentää jopa 80-95 % vuodesta 1990. Tämä vaatii jo merkittäviä tekoja ja CCS:n käytön laajaa kasvua, sekä päästöoikeuden hinnan nostamista merkittävästi (European Climate Foundation. 2010).

10 Kuva 3. Päästöoikeuden hintakehitys (Investing.com. 2014). VTT:n tutkimuksen mukaan 2030-luvulta alkaen bio-ccs:llä olisi jo merkittävä rooli erotetun hiilidioksidin määrässä, kuva 4. Päästöoikeuden noustessa 90 :n/ tco 2 bio- CCS:n avulla poistetun hiilidioksidin määrä nousisi n. 9Mt CO 2 /a 2050-luvulla. Kuvasta 4 nähdään, että päästöoikeuden hinnalla 90 / tco 2 energiateollisuuden hiilidioksidipäästöt laskisivat nollan tuntumaan. Kuvasta 5 nähdään, miten Bio-CCS:llä talteenotetun hiilidioksidin määrän odotetaan kasvavan vuoteen 2050 mennessä (Energy Visions 2050. 2009). Kuva 4. Hiilidioksidipäästöt eri päästöoikeuden hinnalla vuosina 2000 2050 (Teir et al. 2011).

11 Kuva 5. Talteenotetut hiilidioksidipäästöt eri päästöoikeuden hinnalla tulevina vuosikymmeninä 2020 2050 (Teir et al. 2011). 4 LEIJUKERROSKATTILAT (FBC) Leijukerrospoltto on yleistynyt viime vuosikymmeninä merkittävästi. Sen etuina pidetään laajaa polttoainevalikoimaa, jotka voivat olla myös huonolaatuisia ja silti päästään hyviin palamishyötysuhteisiin. Kattilassa voidaan käyttää myös alhaisempia palamislämpötiloja, jotka pienentävät typenoksidi päästöjä, sekä laitokseen asennettavat rikinpoistojärjestelmät ovat edullisempia verrattuna vanhoihin arina ja pölypolttokattiloihin. FBC-teknologioita käytetään jo yli 5MW:n laitoksista eteenpäin. Yli 20MW laitoksissa leijukerroskattilat ovat jo syrjäyttäneet arinakattilat (Huhtinen Markku et al. 2000). Leijukerroskattilat voidaan jakaa kahteen eri kattilatyyppiin, kuplapetikattiloihin ja kiertoleijupetikattiloihin. Kaupallisesti näitä myydään 5-400 MW:n kattilatehon väliltä. Yhteistä näille kaikille leijukerrospoltto kattiloille on, että polttoainetta leijutetaan arinan alta tulevan ilman avulla. Pedissä käytetään polttoaineen lisäksi myös hiekkaa. Pääasiassa eroavaisuuksia on kattiloiden hinnassa, leijutusnopeudessa ja ympäristöystävällisyydessä. Seuraavissa kappaleissa käsitellään kattiloita tarkemmin.

12 4.1 Kuplaleijupetikattila (BFB) BFB-kattilassa polttoaine sekoitetaan petihiekkaan yläpuolelta. Primääri-ilma puhalletaan arinan alapuolelta, joka saa aikaan petiaineksen leijumista. Tyypillinen leijutusnopeus on n. 0,7-2 m/s. Polttoaineen ja hiekan raekoko BFB-kattilassa pidetään sellaisena, että ainekset leijuvat kerroksena. Kerroksen korkeus on yleensä noin 0,4-0,8m. Nimi kuplaleijupetikattila tulee siitä, että alapuolelta tuleva primääri-ilma pääsee leijukerroksen läpi ja muodostuu kuplia. Pedissä oleva lämmin hiekka kuivattaa huonolaatuisenkin polttoaineen nopeasti. BFB-kattilan ongelmana happipoltossa voidaan pitää alhaisena pidettävää pedin lämpötilaa. Lämpötila on pidettävä alhaisena, koska tuhkan sulaessa liian kuuman lämmön takia, voi petihiekka sintraantua, josta vääjäämättä seuraa kattilan alasajo, koska sintraantuneen hiekan poistaminen kesken ajon ei ole mahdollista. Tyypillinen petilämpötila on noin 900 C, koska tällöin ollaan 100 C tuhkan sulamispisteen alapuolella. Happipoltossa tulipesän lämpötila nousee merkittävästi, joten BFB-kattila ei sovellu tästä syystä happipolton yhteyteen. Happipoltto on myös investoinniltaan kallis, eikä sitä kannata rakentaa pienitehoisen laitoksen yhteyteen. BFB-kattilaa ei kannata rakentaa niin suuritehoisena, kuin happipoltto vaatii (Huhtinen et al. 2000). Happipolttoa BFB-kattilassa on testattu 90KW th demonstraatiolaitoksessa, mutta kirjallisuutta happipoltosta BFB-kattilassa on vähän (Romeo et al. 2011). Kuvassa 6. on esitetty tyypillinen BFB-kattila. Kuva 6. BFB-kattila (Vakkilainen et al. 2011).

13 4.2 Kiertoleijupetikattila (CFB) CFB-kattila perustuu BFB-kattilan tavoin polttoaineen ja hiekan leijutukseen, jossa arinan alapuolelta tuleva primääri-ilma leijuttaa petiä. Hiekka on hienojakoisempaa ja polttoaine on raekooltaan pienempää kuin BFB-kattilassa. Leijutusnopeus on CFBkattilassa 3-10 m/s, leijutusnopeutensa ja hienomman petiaineksen johdosta. Petiainekset saadaan pyörteilemään ja sekoittumaan paremmin kuin kuplapetitekniikassa. Kiertoleijupeti-tekniikka saa nimensä, kun leijutusnopeuden ansiosta petimateriaalit saadaan liikkumaan tulipesästä kaasuvirran mukana. Kaasuvirran mukana kulkeva petimateriaali saadaan irrotettua syklonissa, joka palauttaa palamattomat aineet ja hiekan takaisin tulipesään. Syklonilta savukaasut jatkavat savukaasukanavaan. Kaasuvirta syklonille tulee olla vähintään 20 m/s, jotta syklonin erotuskyky olisi tarpeeksi hyvä. Erotuskyky huononee myös, jos syklonin halkaisija on liian suuri. Sopiva halkaisija on noin 8 m, jos tämä ei riitä, voidaan sykloneita asentaa laitoksen yhteyteen useampia. Uusissa laitoksissa suositaan nykyään jäähdytettyjä sykloneja, joiden etuina jäähdyttämättömiin on mm. laitoksen ylösajon nopeutuminen, seinien huoltotarpeen vähentyminen, lämpöhäviöiden pienentyminen, sekä kustannusten pienentyminen hyödynnettäessä syklonin pintoja lämmönsiirtiminä (Vakkilainen et al. 2010). CFB-kattilan on todettu olevan hyvä ratkaisu happipolton kanssa. CFB-kattilassa lähes puhdas happi muodostaa tasaisen lämpötilajakauman kiertävän hienojakoisen hiekan ansiosta. Kattila on kallis, eikä sitä kannata rakentaa pienessä mittakaavassa, mutta suuressa kokoluokassa se on erittäin järkevä ratkaisu sen ominaisuuksien takia (Teir et al. 2009). CFB-kattilassa voidaan käyttää huonolaatuisia polttoaineita, se on myös ympäristöystävällinen vaihtoehto pienten typpioksidi ja rikkipäästöjen takia. Palamattoman polttoaineen osuus on myös vähäinen petimateriaalin kierrätyksen ja sekundääri-ilman ansiosta. Rikkipäästöjä voidaan entisestään pienentää kalkkikierrolla ja typenoksidipäästöt pienenevät happipoltolla.

14 Biomassan poltossa CFB-tekniikalla on omat haasteensa. Biomassassa tuhkan osuus on vähäinen, joten se pitää korvata hiekalla. Hiekkaa tulee lisätä prosessiin jatkuvasti. Biomassa sisältää usein puuaineksen lisäksi myös muita aineita, joiden irrotus siitä tulisi kalliiksi. Näiden muiden aineiden lisäksi on mahdollista, että petiin joutuu isompia raekokoja kuin on tarkoitettu. Näiden johdosta voi tapahtua karkeentumista ja petimateriaalien agglomeroitumista eli petimateriaalin ja tuhkan kiinnittyminen toisiinsa korkeissa lämpötiloissa. Karkeentuminen voi aiheuttaa leijutuksen menetystä ja lämpötilapiikkejä epätasaisen lämpötilajakauman takia. Tällöin saattaa tapahtua sintraantumista, joka on seurausta alkalien ja tuhkan reagoimisesta keskenään yli 900 C:n lämpötilassa. Tällöin esiintyy hiekan sintraantumista eli kiinnittäytymistä ja se voi aiheuttaa kattilan alasajon. Taulukossa 1. on esitetty CFB-kattilan tyypillisiä toimintaarvoja (Vakkilainen et al. 2010). Kuvissa 7. ja 8. on esitetty tyypillinen ja moderni CFB-kattila. Taulukko 1. Kiertopetikattiloiden tyypillisiä toiminta-arvoja (Huhtinen et al. 2000)

15 Kuva 7. Moderni CFB-kattila 800 MWe (CFB, Foster Wheeler ). Kuva 8. CFB-kattila ( Vakkilainen et al. 2009).

16 5 HAPPIPOLTTOTEKNOLOGIA Hiilidioksidin talteenotossa ja varastoinnissa on kolme teknologiaa. Ne jaotellaan ennen polttoa tapahtuvaan, polton jälkeen tapahtuvaan ja happipolttoon. Tässä tutkielmassa käsitellään happipolttoa, jossa hiilidioksidin irrottaminen savukaasuista on yksinkertaisinta. Kaikissa näissä teknologioissa ei oikeastaan ole väliä onko polttoaineena hiili, biopolttoaineet vai molemmat, koska tekniikka on lähes yhtenäinen. Suomessa CCS:n tutkimus- ja kehitystyö nojautuu pääosin happipolttoon suurissa leijukattiloissa, jotka ovat esimerkiksi suuria CHP- laitoksia tai keskisuuria hiilivoimaloita. Kuvassa 9. on esitetty Kolme vaihtoehtoista tapaa erottaa ja talteenottaa hiilidioksidia. Kuva 9. CCS:n kolme eri vaihtoehtoa (Energy Visions 2050. 2009).

17 Happipolttoa pidetään hyvänä vaihtoehtona hiilidioksidin talteenotossa. Se eroaa muista talteenottotavoista siinä, että sen avulla hiilidioksidin irrottaminen savukaasuista vaikuttaa nykykäsityksen perusteella olevan helpompaa kuin muilla teknologioilla (Teir et al. 2009). 5.1 Happipolton kehitys Ensimmäinen konsepti hiiltä käyttävästä happipolttolaitoksesta esiteltiin jo 1982, tutkimukseen osallistui useita eri organisaatioita, tutkimusryhmiä ja kattilavalmistajia. Tutkinnan kohteena oli tuolloin hiilen pölypolttokattila (PC). Ensimmäinen hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin tutkimiseen kehitetty demonstraatiolaitos alkoi toimia vuonna 2008 Saksassa Schwarze Pumpe:n voimalaitosaluuella. Tämä demonstraatiolaitos on kooltaan 30 MW th. Useat demonstraatiolaitokset perustuvat vanhan laitoksen muuttamiseen happipolttoiseksi, jolloin kattilana toimii PC-kattila. Tällä hetkellä vain yksi hanke pohjautuu CFB-teknologiaan ja se on Espanjan Ciudenhanke, jota on käsitelty kappaleessa 8. Nykyään uudet CFB-kattilat tehdään tekniikaltaan joustaviksi, jotta niitä voidaan käyttää joko ilma- tai happipolttoisena. Myös polttoaine valikoiman tulee olla monipuolinen, kuten esimerkiksi mahdollisuus polttaa hiiltä ja biomassaa. Vuonna 2008 vain muutamalla kattilavalmistajalla oli valmiina konsepti kiertopetikattilassa käytettävästä happipolttotekniikasta. Kiinnostus on kovassa kasvussa. Suurimpia tekniikan kehittäjiä ovat tällä hetkellä Foster Wheeler ja Alstom (Near Zero CO2 Emissions in Coal Firing with Oxy-Fuel Circulating Fluidized Bed Boiler). Suomessa on kaksi suurta kattilavalmistajaa, jotka ovat yhdessä VTT:n kanssa vieneet CFB- tekniikkaa hyvin pitkälle. VTT:n arvion mukaan maailman ensimmäinen onnistunut happipolttoisen CFB-kattilan demonstrointi tehtiin VTT:n Jyväskylän toimipisteessä 2005 (Teir et al. 2011).

18 Kuva 10. Happipolttoisen voimalaitoksen osat (Teir et al. 2011) 5.2 Happipolttotekniikka Happipolttoisessa voimalaitoksessa kattilassa poltetaan ilman sijasta lähes puhdasta happea (80 95 %:sta). Tutkimusten mukaan happipoltto soveltuu erityisen hyvin kiertoleijupolttokattilan tekniikalle. Tämä johtuu siitä, että kiertoaine tasoittaa hyvin tulipesän lämpötiloja (Teir et al. 2011). Poltettaessa tulipesässä polttoainetta puhtaan hapen kanssa, muodostuvat savukaasujen lämpötilat korkeammaksi kuin ilmalla. Tätä ehkäistään kierrättämällä savukaasut uudestaan kattilaan. Näin hapen kanssa poltettaessa muodostuu savukaasuiksi lähes pelkästään hiilidioksidia ja vesihöyryä. Tämä tarkoittaa sitä, että hiilidioksidin osuus savukaasuissa kasvaa reilusti, noin 80-95 %:n. Kun hiilidioksidin osuus savukaasuissa on saatu näin suureksi, on hiilidioksidin irrottaminen savukaasuista yksinkertaisempaa. Tämän jälkeen puhdas hiilidioksidi johdetaan jatkokäsittelyyn. (Toftegaard et al. 2011). Palamisreaktiot on esitetty yhtälöissä 1 ja 2.

19 (1) (2) Happipolttoiseen voimalaitokseen kuuluu kolme pääelementtiä, jotka ovat happitehdas, voimalaitos, savukaasujen- ja hiilidioksidin käsittely savukaasuista irrottamisen jälkeen. Happilaitos on kallis investointi ja hapen irrottaminen ilmasta vaatii paljon energiaa. On arvioitu, että irrottamiseen kuluu energiaa 7-13 % koko voimalaitoksen sähkötehosta. Toinen suuri ongelma happitehtaissa on tällä hetkellä niiden tuotantomäärät, jotka eivät yllä vielä sille tasolle, jota tarvitaan ison happipolttoisen voimalaitosprosessin pyörittämiseen. Nykyisin saatavilla olevat hapentuotantolaitokset käyttävät niin paljon energiaa, ettei niiden käyttö taloudellisesti ole kovin järkevää. Keraamiset membraaneihin luokiteltavat menetelmät käyttävät vähemmän energiaa, mutta niiden soveltuvuus biomassan happipolttoon on lähi tulevaisuudessa huono, koska niiden tuottama hapen määrä ei riitä lähellekään kryogeenisen hapenvalmistuksen tasolle, joka on sekin riittämätön (Teir et al. 2009). Hiilidioksidin käsittelyn tekniikat ovat hyvin tiedossa ja yksinkertaisemmat happipolton kuin muilla tekniikoilla. Savukaasujen käsittelyssä hiilidioksidista erotetaan vesihöyry, eli se kuivataan. Tämän jälkeen hiilidioksidista poistetaan epäpuhtaudet, jolloin saadaan puhdasta hiilidioksidia. Puhdas hiilidioksidi paineistetaan kompressorilla, jotta sen varastointi ja siirtäminen olisi helpompaa. Kuvassa 11 on Foster Wheelerin prosessikaavio happipolttoisesta CFB-kattilasta hiilellä.

20 Kuva 11. Prosessikaavio FW:n näkemyksestä (Myöhänen et al. 2009). 5.3 Happitehdas uuteen voimalaitokseen vai vanhaan laitokseen Happipolttotekniikka voidaan asentaa jo olemassa oleviin laitoksiin tai uusiin voimalaitoksiin. Vanhoihin laitoksiin pitää kuitenkin tehdä muutoksia happitehtaan ja savukaasujen käsittelyjärjestelmien lisäksi. Laitokseen tulee asentaa myös savukaasujen takaisinkierrätys ja varmistaa, että tulipesän rakenteet kestävät muuttuvat olosuhteet. Muun muassa lämpöpinnoilta vaaditaan enemmän happipoltossa (Toftegaard et al. 2011). EU on ajamassa läpi lakia, jossa kaikki uudet voimalat tulee varustaa happipolttokelpoisiksi (Teir et al. 2011). 5.4 Happipoltto vs. ilmapoltto Kuvista 12 15 nähdään miten happipoltto- ominaisuudet eroavat CFB- kattilan tulipesässä. Mallinnuskuvista näkee hyvin miten esimerkiksi kuvassa 14. lämpötila jakautuu paremmin tulipesässä happipoltossa. Myös lämpötila on selvästi korkeampi kuin ilmapoltossa.

21 Kuva 12. Vasemmalla O 2 -pitoisuudet ilmapoltossa ja oikealla happipoltossa (Pikkarainen et al. 2007). Kuva 13. Vasemmalla CO 2 -pitoisuudet ilmapoltossa ja oikealla happipoltossa (Pikkarainen et al. 2007).

22 Kuva 14. Vasemmalla lämpötilat tulipesässä ilmapoltossa ja oikealla happipoltossa (Pikkarainen et al. 2007). Kuva 15. Vasemmalla H 2 O-pitoisuudet ilmapoltossa ja oikealla happipoltossa (Pikkarainen et al. 2007).

23 5.5 Päästöt Happipolttoisessa voimalaitoksessa polttoainetta poltetaan ilman sijaan lähes puhtaan hapen ja takaisin kierrätettyjen savukaasujen kanssa. Näin ollen palamisilmassa ei ole typpeä. Savukaasut koostuvat lähinnä CO 2 :sta ja H 2 O:sta, sekä palamattomasta hapesta. Tämän lisäksi savukaasujen mukana on polttoaineesta peräisin olevia yhdisteitä, kuten SO 2, NO, N 2 O ja HCl. Epäpuhtaudet ja vesihöyry poistetaan savukaasuista savukaasujen käsittely-yksiköissä, jonka jälkeen puhdas hiilidioksidi voidaan kompressoida korkeaan paineeseen kuljetusta varten (Teir et al. 2009). 5.6 Biomassan happipoltto Biomassan happipoltosta on tarjolla hyvin vähän painettua materiaalia, koska teknologian kehittämiseen ei vielä lähitulevaisuudessa ole kannustimia. Verrattaessa biomassan happipolttoa vastaavaan fossiilisten polttoaineiden käyttöön täytyy ensin tutkia, onko mitään syytä happipolttaa biomassaa ( Toftegaard et al. 2010). Biomassan happipolton perusperiaate on sama, kuin edellisessä kappaleessa, mutta vaikutukset ovat hieman erilaiset. Biomassaa poltettaessa ilmakehästä poistetaan hiilidioksidia. Tämä johtuu siitä, että kasvit ja eloperäinen maa, kuten metsät imevät itseensä hiilidioksidia. Poistettaessa hiilidioksidia ilmakehästä voidaan sanoa, että CO 2 päästöt ovat negatiiviset. Muiden hiilidioksidin talteenotto- ja varastointitekniikoiden avulla ns. hiilidioksidinielu on samanlainen. Happipolton avulla hiilidioksidin irrottaminen on yksinkertaisempaa ja vaatii vähemmän savukaasun käsittelyprosesseja. Savukaasut muodostuvat eri tavoin happipolttoteknologiassa, kun tavallisessa ilmapalamisessa hiilidioksidin osuus on noin 20 %, nousee se happipoltossa jopa 95 %:iin. Osa savukaasuista kierrätetään uudestaan tulipesään. Savukaasun takaisin kierrätyksellä tulipesän lämpötilaprofiili on tasaisempi kuin ilman kierrätystä. Lämpötila pysyy myös paremmin hallittavissa. Ilman kierrätystä tulipesään muodostuu happipoltossa alueita, joissa lämpötila on huomattavasti korkeampi kuin ilmapoltossa. Jos takaisin kierrätystä ei käytettäisi, vaarana olisi lämpöprofiilin nouseminen yli 1000

24 asteen, jonka jälkeen tuhka alkaa sulaa ja aiheuttamaan pedin sintraantumista ja kattilan alasajoa. Laitosta suunniteltaessa vain happipoltolla voidaan laitoksen kokoa pienentää, kun poltetaan puhdasta happea. (Teir et al. 2011). Laitosta pienennettäessä, täytyy kuitenkin muistaa, että eri polttoaineilla on eri ominaisuudet, esimerkiksi biomassasta irtoaa enemmän vesihöyryä kuin hiilestä (Toftegaard et al. 2011). Biomassan happipolton etuina voidaan pitää työllistävää vaikutusta lähialueelle, eikä biomassan hinnassa ole samanlaisia paineita tulevaisuudessa kuin fossiilisilla polttoaineilla. On arvioitu, että uusien työpaikkojen määrä polttoaineen valmistuksessa työntekijöinä vuodessa yhtä terawattituntiakohti olisi esimerkiksi hiilellä noin 370 ja öljyllä noin 265, kun taas biomassalle se olisi noin 1000 (Bioenergia. 2012). 6 HAPENTUOTANTOLAITOKSET (ASU) Hapentuotantolaitoksia eli ASU-laitoksia (Air Separation Unit) on monenlaisia, esimerkiksi kryogeeninen tislaus ja adsorptio, sekä keraamiset membraanit. Keraamisia membraaneja ovat ionin vaihtoon perustuvat membraanit (ITM) ja hapenkuljetukseen perustuvat membraanit (OTM) (den Exter et al. 2009). Polymeeriset membraaneilla ovat erittäin lupaavia hapenerotusmenetelmiä, mutta niissä ei päästä vielä suuriin tuotantomääriin, eivätkä ne ole taloudellisesti kannattavia lähitulevaisuudessa (Toftegaard et al. 2011). 6.1 Kryogeeninen tislaus Kryogeeniseen tislaukseen perustuva hapen valmistus koostuu yleensä matala- ja korkeapaine osiosta. Ilma paineistetaan kompressorilla ja puhdistetaan, jonka jälkeen se nesteytetään. Typpi ja happi erotetaan kiehuttamalla. Korkeapaineosan lauhdutin hoitaa matalapaineosan lämmityksen (Hu et al. 2010).

25 Kryogeenisessä prosessissa päästään noin 97-99,5 mol % hapen erotusasteeseen ilmasta. Tämän jälkeen hapentuotannon hyötysuhde laskee jo niin merkittävästi, ettei ole järkevää pyrkiä parempaan erotuskykyyn. Käytännössä lähes kaikki valmistajat ilmoittavat erotusasteekseen 95 %. Kryogeeniseen tislaukseen perustuvassa hapenerotuksessa päästään korkeisiin tuotantomääriin, mutta se on korkean energiankulutuksen takia kallis. Isoissa voimalaitoksissa, jonka happipoltto vaatii, tarvitaan riittävästi happea ja kryogeeninen-menetelmä on ainut, jonka teknologia riittää tällä hetkellä tuottamaan paljon happea. Teknologia mahdollistaa tänä päivänä alle 7000 to 2 /vrk, kun suuret happipolttovoimalaitokset vaativat yli 5000 to 2 /vrk (Darde et al. 2009). Esimerkkinä 500 MW e voimalaitos tarvitsee puhdasta happea noin 10 000 to 2 /vrk (Santos et al. 2011). Käytännössä tämä tarkoittaa, että hapentuotantolaitoksia tarvittaisiin 2-3. Useat laskelmat osoittavat, että hapentuotanto kuluttaa jopa 60 % talteenottolaitteistojen sähkönkäytöstä. Tämä tarkoittaa koko voimalaitoksen tasolla 7-9 %:n häviötä omakäyttötehossa. Integroituna happitehtaasta voitaisiin saada matalalämpöistä vettä eri prosessien tarpeisiin ja näin pienentää häviöitä (Toftegaard et al. 2011). Kuva 16. Kryogeeniseen hapenvalmitukseen perustuva hapentuotantolaitos (Hu et al. 2011).

26 6.2 Savukaasujen takaisinkierrätys (FGR) Savukaasujen takaisinkierrätys on tärkeää happipolttoiselle voimalaitokselle. Takaisin kierrätyksen ansiosta pedin lämpötila jakautuu paremmin, palamislämpötilaa voidaan hallita paremmin ja lämpötila ei nouse liikaa (Pikkarainen et al. 2007). Ilman takaisin kierrätystä pedin lämpötila olisi paikoittain huomattavasti korkeampi kuin ilmapoltossa. Tämä voidaan todeta seuraavasta kuvasta 17. Kuva 17. Lämpötila happipoltossa eri savukaasun takaisin kierrätyksen määrällä (Pikkarainen et al. 2007). 7 HIILIDIOKSIDIN TALTEENOTTO JA VARASTOINTI Hiilidioksidin talteenotto happipoltolla on helpompaa, kuin muilla talteenottomenetelmillä, mutta hapentuotantolaitoksen häviöt ja kustannukset heikentävät sen asemaa talteenotto-menetelmänä. Varastointia pidetään vähemmän haastavana kuin talteenottoa, mutta varastointiinkin liittyy paljon haasteita. Nykytiedon mukaan hiilidioksidia voidaan varastoida mm. meren alle, maaperään ja mineraaleiksi. Näistä potentiaalisempana pidetään varastointia ehtyneisiin öljy- ja kaasuesiintymiin (Ilmasto-opas, Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi). Suomessa oli käynnissä muutaman vuoden projekti nimeltä Finncap. Se oli TVO:n ja Fortumin yhteisprojekti ja koski Meri-Porin voimalaitosta. Tarkoitus oli irrottaa 90 %

27 savukaasujen hiilidioksidista savukaasupesurin avulla. Nesteytettyä hiilidioksidia olisi kertynyt vuodessa noin 1,2 miljoonaa tonnia, joka vastaa noin 1,5 % Suomen kokonaishiilidioksidi päästöistä (Iso-Tryykäri et al. 2011). Projektista luovuttiin vuonna 2010 teknisten ja taloudellisten riskien takia (Fortum. 2010). 7.1 Talteenotto Vuonna 2005 hiilidioksidipäästöt maapalolla olivat yhteensä noin 26 GtCO 2 /a. Energiantuotannon osuus oli 9,6Gt (Teir et al. 2011). 2 asteen markkina- skenaarion mukaan vuonna 2090 hiilidioksidia voisi poistaa kokonaan ilmakehästä yli 6 GtCO 2 /a (Energy Visions 2050. 2009). Hiilidioksidin talteenotossa on tarkoitus poistaa hiilidioksidi päästöistä, joko ennen polttoa tai polton jälkeen. Talteen otetulta hiilidioksidilta vaaditaan sopivuutta kuljetukseen ja varastointiin, jolloin sen täytyy olla puhdasta hiilidioksidia. Esimerkiksi happipolton yhteydessä savukaasuissa on n. 85 % hiilidioksidia, kun taas ilmapolttoisessa voimalaitoksessa tyypillinen hiilidioksidipitoisuus savukaasuissa on 3-15 % (Teir et al. 2009). Hiilidioksidin talteenoton vaiheet happipolttoisen laitoksen yhteydessä ovat savukaasujen puhdistus, jäähdytys ja vedenpoisto, rikinpoisto ja paineistus (Kuivalainen et al 2010). Talteenoton jälkeen hiilidioksidia voidaan käyttää esimerkiksi paperimassan käsittelyssä, kylmäaineena, virvoitusjuomateollisuudessa ja kasvihuoneissa. Suomessa hiilidioksidin jatkokäyttö on ja tulee olemaan melko vähäistä, joten varastointi on tärkeää (Teir et al. 2011). 7.2 Kuljetus ja varastointi Hiilidioksidin kuljetus voidaan suorittaa mm. kaasuputkien avulla. Sen vaatimuksena kuitenkin on, että varastointikohde sijaitsee lähellä. Toinen tapa kuljettaa hiilidioksidia on nesteyttää se ja siirtää laivalla lopulliseen varastointikohteeseen. Mahdollisten ongelmien ja turvallisuuden takia hiilidioksidi tulee esikäsitellä ja puhdistaa ennen

kuljetusta ja varastointia. Käytännössä tämä tarkoittaa CO 2 :n lämmittämistä ja paineistusta kuljetukseen ja varastointiin sopiviin arvoihin. 28 Kuva 18. Hiilidioksidin varastoinnin mahdolliset vaihtoehtoiset sijoituskohteet ( Metz et al. 2005). Mahdollisia loppusijoituskohteita voisivat kuvan 18 mukaan geologisessa varastoinnissa olla ehtyneet/ hiipuvat öljy- ja kaasulähteet, sekä kivihiilikerrostumiin. Geologisessa varastoinnissa CO 2 tulee paineistaa ylikriittiseen paineeseen eli >74bar, näin mahdollistettaisiin CO 2 :sen tunkeutuminen kiviainesten rakoihin yli 800m syvyydessä. Kuvasta 19 nähdään, ettei mm. Suomessa ole mahdollista varastoida hiilidioksidia geologisesti (Teir et al. 2009).

29 Kuva 19. CO 2 :n varastointiin mahdollisia kohteita ( Metz et al. 2005). 8 DEMONSTRAATIOLAITOKSET Happipolttoon perustuvia demontstraatiolaitoksia on rakenteilla kourallinen ympäri maailmaa, mutta vain muutama niistä perustuu leijukattilatekniikkaan (FBC). Hiilen pölypoltto (PC) on yleisemmin tutkittavana oleva laitostyyppi. Suomalainen Foster Wheeler on mukana VTT:n ja muutaman muun kanssa Ciuden Oxy-CFB Boiler Demontstration Project - hankkeessa. Hanke aloitettiin 2006 ja rakentaminen 2009. Hanke on kaksivaiheinen. Ensimmäisessä vaiheessa rakennettiin 30 MWth oxy-cfb-laitos, jossa on mahdollisuus ilmakäytölle. Tällöin laitoksen teho on 15 MWth. Tämä laitos valmistui 2011. Sitä koekäytettiin vuoteen 2013 saakka, jolloin oli tarkoitus aloittaa projektin toinen vaihe: OXYCFB300 Compostilla Project. 30 MWth- laitos on siis demonstraatiolaitos 300 MWth laitokselle, jonka tulisi olla valmis 2015. Laitoksen avulla on tarkoitus erottaa noin 1,5 Milj.tCO 2 /a. Kattilatoimittajana toimii Foster Wheeler. Foster Wheeler toimittaa Flexi- Burn - konsepti - CFB laitoksen, joka toimii happipoltolla ja siinä on mahdollisuus käyttää erilaisia polttoaineita (Kuivalainen et al. 2010).

30 Taulukko 2. 30MWth:n kiertoleijukattilan toiminta-arvoja (Kuivalainen et al. 2010). Ciuden-hankkeen laitoskokonaisuuteen CFB-kattilan lisäksi kuuluu, myös 20 MW th :n pölypolttokattila, happi- ja ilmapoltto mahdollisuudella, sekä 3 MW th biomassan kaasutuslaitos. Kuvassa 20. on esitetty Prosessikaavio Compostillan 30 MW th :n demonstraatiolaitoksesta. Kuva 20. Compostillan voimalaitos keskittymän prosessikaavio (Kuivalainen et al. 2010).

31 9 INVESTOINTIKUSTANNUKSET BECCS- laitosta mietittäessä, tulee ottaa huomioon kannattaako vanha laitos muokata happipolttolaitokseksi. Jos vanha laitos on jo vanha ja hyötysuhteet eivät ole nykytekniikan mukaisia, ei CCS laitoksen rakentaminen kannata. CCS- teknologia vaatii kannattaakseen ison laitoksen, koska happitehdas syö merkittävän osan voimalaitoksen omakäyttötehosta. Samalla myös laitoksen hyötysuhde laskee. Happipolttoisen hiilivoimalaitoksen investointikustannusten arvioidaan olevan 2020- luvulla 2500 3100 USD/kW ja 2030-luvulla välillä 2100-2600 USD/kW (International energy agency, IEA. 2008). 2030-luvun jälkeen voidaan arvioida laitosten investointikustannusten vähenevän noin 10 %. Voimalaitos, joka on varustettu hiilidioksidin talteenotolla ja käyttää polttoaineenaan biomassaa, voidaan arvioida olevan investointikuluiltaan samaa luokkaa hiilivoimalan kanssa tai vähän kalliimpi. Teknologia on hyvin samantapaista, mutta polttoaineen käyttäytyminen eroaa jonkin verran ja voi aiheuttaa hieman lisäkuluja. Laitosten kokonaisinvestointikustannuksiin vaikuttaa tulevaisuudessa moni asia, kuten polttoaineiden hintakehitys, laitosten käyttötunnit, poliittiset päätökset, sähkön hinta ja laitoksen hyötysuhdehäviö CCS:n takia. Happipoltossa noin puolet investointikustannuksista voidaan arvioida menevän happitehtaaseen, 10 20 % hiilidioksidin kompressointiin, sekä rikinpoisto ja välivarastointi kustannukset ovat kumpikin noin 10% CCS:n kokonaisinvestoinnista. Happipolttolaitoksen hyötysuhde huononee tyypillisesti nykykäsityksen mukaan noin 7-13 %. Käytännössä tämä tarkoittaa, että saman sähkömäärän tuottamiseen vaaditaan 20 40% enemmän polttoainetta. Arvioiden mukaan happipoltto-teknologia nostaa laitosten kokonaisinvestointikuluja 50 100%, jopa yli 100 %. Vuoden 2020-jälkeen rakennettavien CCS-laitosten kustannukset voidaan laskea myös vältetyn hiilidioksidin osalta. Arviot vältetyn hiilidioksidin kustannuksista liikkuvat 30 50 / tco 2 ( Teir et al. 2009).

32 10 TULEVAISUUDEN NÄKYMÄT Tulevaisuuden näkymät biomassan happipoltolle ovat hyvät. Tähän kuitenkin vaaditaan EU:n ilmastopolitiikan tiukentamista. Bio-CCS:llä voidaan poistaa hiilidioksidia ilmakehästä ja näin ehkäistä ilmakehän lämpenemistä. Päästöoikeuden hintaa tulee nostaa reilusti, jotta saataisiin Bio-CCS:stä kannattava. Happipolttoon ja talteenottoon liittyvän tekniikan tehokkuutta kehitetään kaikenaikaa ja niiden tehokkuus tulee parantumaan nykyisestä paljon. Kuva 21. kuvaa hyvin CCS:n tulevaisuuden näkymiä jos päästöoikeuden hinta nousee ja samalla teknologia halpenee. Kuva 21. CCS:n kustannukset ajanfunktiona ottaen huomioon mahdollisen päästöhinnan nousun (International Energy Agency, IEA. 2012).

33 11 YHTEENVETO Tässä työssä käsiteltiin happipolton tulevaisuuden näkymiä ja tekniikkaa biomassaa polttavassa leijukattilassa. Niin biomassan happipoltosta kuin myös bio-ccs:stä on edelleen hyvin vähän kirjallisuutta. Hieman enemmän on tutkittu hiilin ja biomassan seospolton mahdollisuuksia. Hiili-biomassa- seoksen poltto on lyhyellä aikavälillä huomattavasti kannattavampaa kuin pelkän biomassan happipoltto. Biomassan happipolttoon vaikuttaa ratkaisevasti päästöoikeuden hinta. Vaikka ilmaisten päästöoikeuksien jakamista leikataan kaiken aikaa, on päästöoikeuden hinta /tco 2 edelleen alle seitsemäsosa biomassan happipolton kannattavasta päästöoikeuden hintarajasta, joka on siis noin 70 80 /tco 2. Muita suuria ongelmia tässä vaiheessa ovat vielä happitehtaan tuotantomäärät, biohappipolttoon tarvittava laitoskoko, sekä laitoksen materiaalivalinnat. On arvioitu, että lähitulevaisuudessakin on vielä vain muutamia riittävän suuria (yli 500 MW) biomassaa polttavia voimalaitoksia (Tourunen et al. 2009). Happitehtaat yltävät tällä hetkellä periaatteessa yli 7000 to 2 /vrk, joka ei riitä suuren voimalaitoksen tarpeeseen. Tulevaisuudessa hapentuotantomääriä saadaan nostettua ja happipolttoisten voimalaitosten kustannukset pienenevät ja energiatehokkuus paranee. Happipoltossa tulipesässä on huomattavasti korkeampi lämpötila kuin ilmapolttoisessa laitoksessa. Lämpötilaa saadaan pienennettyä savukaasujen takaisinkierrätyksellä. Juuri korkeiden lämpötilojen takia CFB-kattila soveltuu happipolttoon paremmin, koska siinä lämpötila jakautuu tulipesään laajemmalle, toisin kuin BFB-kattilassa. Myös erilaiset korroosioongelmat ja rikinmuodostuminen ovat edelleen suuria ongelmia happipolttoisessa voimalaitoksessa ja sen alueen tutkimukset ovat vielä melko alkuvaiheessa. Tulevaisuudessa biomassan happipoltto nähdään merkittävässä roolissa ilmaston lämpenemisen estämisessä. Vuonna 2050 Suomessa voitaisiin bio-ccs:llä ottaa talteen ja poistaa hiilidioksidia ilmakehästä noin 9 Mt CO 2 /a ja jopa 800Mt CO 2 /a koko Euroopan alueella. Näin ollen ehkäistäisiin merkittävästi ilmaston lämpenemistä. Tämä vaatisi kuitenkin, että päästöoikeuden hinta nousisi noin 90 :oon/tco 2.

34 Happipolttoa pidetään parhaana bio-ccs:n ratkaisuna poistaa hiilidioksidia ilmakehästä. Sen etuina ovat huomattavasti yksinkertaisempi talteenotto osuus. Jos hapentuotantolaitos saadaan kustannustehokkaammaksi, on happipoltolla erittäin hyvä asema tulevaisuudessa.

35 LÄHDELUETTELO Antti Tourunen ja Toni Pikkarainen. CCS teknologiat.2009.[verkkodokumentti]. [Viitattu: 3.4.2013]. Saatavilla: http://www.vtt.fi/files/projects/ccsfinland/seminaari2009/7-tourunen-vtt.pdf Arthur Darde, Rajeev Prabhakar, Jean-Pierre Tranier, Nicolas Perrin. Air separation and flue gas compression and purification units for oxy-coal combustion systems. 2009. [viitattu 8.4.2014]. Saatavilla: http://ac.els-cdn.com/s187661020900071x/1-s2.0- S187661020900071X-main.pdf?_tid=c6036570-c6ff-11e3-8d98-00000aab0f6c&acdnat=1397828939_c659154cd6fac3d59e3b50649622bcb3 Bioenergia. 2012. Vihreä Elämä. Kustannusosakeyhtiö: Perhemediat Oy. ISBN 978-952-494-399-4. Alkuperäisteos: Biomass Power. 2009. [Viitattu: 10.4.2014] den Exter et al. 2009. Viability of mixed conducting membranes for oxygen production and oxyfuel processes in power production. Energy procedia. Saatavilla: https://www.researchgate.net/publication/248607954_viability_of_mixed_conducting_me mbranes_for_oxygen_production_and_oxyfuel_processes_in_power_production European Biofuels tehcnology platform and Zep Zero emissions platform.biomass with CO2 capture and storage (Bio-CCS). 2011. [Viitattu: 12.2.2013] Saatavilla: http://bellona.org/ccs/uploads/tx_weccontentelements/filedownload/ebtp ZEP_Repo rt_bio-ccs_the_way_forward.pdf

36 European Climate Foundation. 2010. Roadmap 2050. [Verkkodokumentti]. [Viitattu 20.3.2014]. Saatavilla: http://www.roadmap2050.eu/attachments/files/volume1_fullreport_presspack.pdf IEA GHG. Potential for biomass and carbon dioxide captured and storage. 2011. [Viitattu: 3.4.2013] Saatavilla: http://www.eenews.net/assets/2011/08/04/document_cw_01.pdf Fortum. Fortum luopuu Meri-Porin hiilidioksidin talteenotto- ja varastointihankkeesta. 2010. [Viitattu: 8.4.2014]. Päivitetty: 27.10.2010. Saatavilla: https://www.fortum.fi/fi/media/pages/fortum-luopuu-meri-porin-hiilidioksidintalteenotto-ja-varastointihankkeesta.aspx Ilmasto-opas.fi. 2014. Ilmatieteenlaitos, Suomen ympäristökeskus (SYKE) ja Aalto yliopiston Yhdyskuntasuunnittelun tutkimus- ja koulutusryhmä (YTK). Ilmasto-opas. Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi. [Verkkosivut]. [Viitattu: 1.4.2014] Saatavilla: https://ilmasto-opas.fi/fi/ilmastonmuutos/hillinta/-/artikkeli/fd626ba3-8099-40e4-af75-94124d1f5c7f/hiilidioksidin-talteenotto-ja-varastointi.html International energy agency (IEA). et al. 2008. CO 2 Capture and storage, A key carbon abatement option. ISBN 978-92-64-04140-0. [Viitattu:13.4.2013]. Saatavilla: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/ccs_2008.pdf International Energy Agency, IEA. A policy strategy for carbon capture and storage. 2012. [Viitattu: 11.4.2014] Saatavilla: http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/policy_strategy_for_ccs.pd f

37 Investing.com. Carbon emissions market. [www-sivut]. [Viitattu: 9.4.2014]. Saatavilla: http://fi.investing.com/commodities/carbon-emissions-advanced-chart IPCC, 2005: IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Metz, B., Davidson O., de Coninck H. C., Loos M. and Meyer L.A. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. [Viitattu:12.4.2013] Saatavilla: http://www.ipcc.ch/pdf/special-reports/srccs/srccs_wholereport.pdf Iso-Tryykäri M, Rauramo J, Pekkanen E. FINNCAP - Meri-Pori CCS demonstration project. 2011. [Viitattu: 8.4.2014]. Saatavilla: http://ac.elscdn.com/s1876610211008289/1-s2.0-s1876610211008289-main.pdf?_tid=41be2b5ec70b-11e3-b9e7-00000aacb35e&acdnat=1397833871_fb84feb6cad39ecd7b8cdfd16264a354 Itä-Suomen yliopisto. 2012. Polttoaineiden yleisiä ominaisuuksia. [Verkkodokumentti]. [Viitattu: 9.4.2014]. Päivitetty: 1.10.2012. Saatavilla: https://www.uef.fi/documents/1348766/1348771/kaasutukseninfotaulut_3.pdf/af85a69f -87ed-44c5-a8d0-4cb3e39c04c2. Hu Y. 2011. CO2 capture from oxy-fuel combustion power plants. ISBN 978-91-7501-140-0. [Viitattu: 12.4.2013]. Saatavilla: http://kth.divaportal.org/smash/record.jsf?searchid=3&pid=diva2:458304

Huhtinen Markku et al. 2000. Höyrykattilatekniikka. 5. painos. Helsinki: Oy Edita Ab. ISBN 951-37-3360-2. [Viitattu:14.4.2013] 38 Huhtinen Markku et al. 2008. Voimalaitostekniikka. Helsinki: Opetushallitus. ISBN 978-952-13-3476-4. [Viitattu:12.4.2013] Martti Flyktman, Janne Kärki, Markus Hurskainen, Satu Helynen ja Kai Sipilä. 2011. Kivihiilen korvaaminen biomassoilla yhteistuotannon pölypolttokattiloissa. ISBN 978-951-38-7779-8. [Viitattu: 7.4.2014]. Saatavilla: http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2011/t2595.pdf Myöhänen K., Hyppänen T., Pikkarainen T., Eriksson T., Hotta A. 2009. Near Zero CO2 Emissions in Coal Firing with Oxy-Fuel Circulating Fluidized Bed Boiler. Chemical Engineering & Technology. [Viitattu: 30.4.2013] Luis M Romeo, Luis I Diez, Isabel Guedea, Irene Bolea Carlos Lupiañez, Pilar Lisbona, Yolanda Lara, Ana Martinez. Oxyfuel combustion in BFB. Experiences and simulations. 2011 [verkkodokumentti]. [Viitattu 10.4.2014]. Saatavilla: http://www.processeng.biz/iea-fbc.org/upload/63_9%20romeo.pdf Pikkarainen T. Happipolttokonseptit. 2007. [Verkkodokumentti]. [Viitattu 10.4.2014]. Saatavilla: http://www.ffrc.fi/liekkipaiva_2007/liekkipaiva2007_happipolttokonseptit_pikkarain en.pdf

39 Reijo Kuivalainen, Timo Eriksson, Arto Hotta. 2010. Development and Demonstration of Oxy-fuel CFB Technology: Foster Wheeler Energia Oy Varkaus, Finland. [Viitattu:14.4.2013]. Saatavilla: http://www.fwc.com/publications/tech_papers/files/tp_ccs_10_3.pdf Sebastian Teir, Liisa Heikinheimo. Energy Visions 2050. Porvoo 2009. VTT. ISBN 978-951-37-5595-9. [Viitattu:17.3.2014] Sebastian Teir, Antti Arasto, Eemeli Tsupari, Tiina Koljonen, Janne Kärki, Lauri Kujanpää, Antti Lehtilä, Matti Nieminen & Soile Aatos. Hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin (CCS:n) soveltaminen Suomenolosuhteissa. [Viitattu: 17.3.2014] Saatavilla: http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2011/t2576.pdf Stanley Santos. IEA GHG. CO2 capture for power generation the challenges ahead. 2011. [Viitattu:2.4.2014] Saatavilla: http://www.cgseurope.net/userfiles/file/1st%20kickoff%20meeting/presentations/3- Santos-capture-red.pdf Teir, S., Tsupari, E., Koljonen, T., Pikkarainen, T., Kujanpää, L., Arasto, A., Tourunen, A., Kärki, J., Nieminen, M. & Aatos, S. 2009. Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS). Es-poo: VTT Tiedotteita 2503. ISBN 978-951-38-7324-0 [Viitattu: 27.1.2013]. Saatavilla: http://www.vtt.fi/inf/pdf/tiedotteet/2009/t2503.pdf Tilastokeskus. Energian hinnat [verkkojulkaisu]. ISSN=1799-7984. 1. vuosineljännes 2013, Liitekuvio 3. Voimalaitospolttoaineiden hinnat lämmöntuotannossa. Helsinki: Tilastokeskus [viitattu: 18.4.2014].

40 Saatavilla: 20_kuv_003_fi.html http://tilastokeskus.fi/til/ehi/2013/01/ehi_2013_01_2013-06- Toftegaard M.B. 2011. Oxyfuel combustion of coal and biomass. [Viitattu: 31.3.2014] Saatavilla: http://orbit.dtu.dk/fedora/objects/orbit:88628/datastreams/file_6275957/content Toftegaard M.B., Brix J, Jensen P.A., Glarborg P., Jensen A.D. 2010. Oxy-fuel combustion of solid fuels. Progress in Energy and Combustion Science. [Viitattu: 5.4.2014]. Saatavilla: http://s3.amazonaws.com/zanran_storage/www.dipic.unipd.it/contentpages/824762745. pdf Vakkilainen Esa. 2010. Leijukerroskattilat. Lappeenrannan teknillisen yliopiston opintojakson BH50A0800 Höyrykattilatekniikka luentomateriaali. Vakkilainen Esa. 2011. Leijukerrospoltto. Lappeenrannan teknillisen yliopiston opintojakson BH50A0800 Höyrykattilatekniikka luentomateriaali. VTT. Energy visions 2050. 2009. ISBN 978-951-37-5595-9. [Viitattu:17.3.2014]. Saatavilla [Verkkodokumentti] Saatavilla: http://www.vtt.fi/files/publications/energyvisions_2050.pdf

VTT/ Prosessit. 2004. Energia Suomessa: Tekniikka, talous ja ympäristövaikutukset. 3. painos. ISBN 951-37-4256-3. 41 Ympäristöministeriö. Euroopan unionin ilmastopolitiikka. [Ympäristöministeriön wwwsivut]. [Viitattu 20.3.2014]. Päivitetty 10.3.2014. Saatavilla: http://www.ym.fi/fi- FI/ymparisto/Ilmasto_ja_ilma/Ilmastonmuutoksen_hillitseminen/Euroopan_unionin_ilm astopolitiikka

42 LIITE 1: POLTTOAINEIDEIDEN OMINAISUUKSIA Taulukko 3. Polttoaineiden yleisiä ominaisuuksia. (Hajautetut biojalostamot. Itä-Suomen yliopisto). Polttoaine Lämpöarvo Kosteus MJ/kg MJ/m3 kwh/kg kwh/m3 Maakaasu (metaani) 50 36 14 10 Biokaasu 19 22 5 6 Puupelletti 17 11000 4,7 3000 10 % Hake 7,6 3000 2,1 844 30 % Jyrsinturve 8 2664 2,2 730 45 % Palaturve 12,9 4700 3,6 1300 35 % Kivihiili (ruskohiili) 28,5 25650 7,9 7100 Kivihiili (antrasiitti) 35,3 45890 9,8 12740 Kevyt PÖ 42,7 42700 11,9 11900 Raskas PÖ 40,6 40600 11,3 11300