Savonia-ammattikorkeakoulu ja Itä-Suomen yliopisto ovat käynnistäneet BI-TUM –hankkeen. Tavoitteena on parantaa ja korvata fossiilista energiantuotantoa uusiutuvilla polttoaineilla.
Hankkeessa toteutetaan kolmea työpakettia. Ensimmäinen koskee kattilan petimateriaaleja ja likaantumista, toinen kattilan lämmönsiirtopintojen likaantumista ja kolmas tuhkia sekä päästöjä ilmaan.
Hankkeen ensimmäiset koeajot on toteutettu toukokuun aikana ja niissä keskityttiin kahteen eri petimateriaaliin ja näytteiden kautta selvittämään alkalien kertymistä petimateriaaleihin. Petimateriaalikokeissa haettiin vaihtoehtoja luonnonhiekan käytölle. Ensimmäisen koeajon materiaalina oli teollisuuden sivuvirran kuona, jossa ei ole lainkaan kvartsia. Materiaali oli ominaispainonsa vuoksi huonosti leijuvaa ja koeajo päättyi pedin sintraantumisen vuoksi suunniteltua aiemmin.
Toisessa koeajossa sen sijaan saatiin noin vuorokauden koeajojakso ja tässä petimateriaalina oli masuunikuona. Tämän materiaalin käyttöä kohtaan on toimijoilla mielenkiintoa ja ensimmäiset laitostoimijat ovat sen jo ottaneet käyttöön. Koekattilassa materiaali oli helposti leijuvaa, keveytensä vuoksi ja näyttäisi kestävän hyvin myös alkalikuormitusta. Koeajoista otettiin näytteitä pohjatuhkasta, pedistä ja lentotuhkasta. Näytteet ovat Itä-Suomen yliopistolla analysoitavana ja tuloksia odotetaan syksyyn mennessä.
Petimateriaalikokeet jatkuvat kesän aikana kylmämallilla, jossa tehdään leijutuskokeita. Lisäksi selvitetään raekokojakaumat ja ominaispainot. Mielenkiintoista olisi hakea optimimateriaalia yhdistelemällä eri petimateriaaleja ja eri raekokoja.
Hiilidioksidin talteenottokokeita BI-TUM -koeajoissa
Toukokuun koeajoissa pyrittiin polton aikaiseen hiilidioksidin talteenottoon Savonian Varkauden kampuksen kuplapetikattilassa.
Koeajoissa kuplapetikattilan petihiekkana käytetään teollista rejektiä, jolla on haluttuja mineraalisia ominaisuuksia ja näitä ominaisuuksia hyödyntäen on pyrkimys saada osa polton hiilidioksidista sitoutumaan kuplapedin petihiekkaan.
Mineralogian saralla hiilidioksidin sitouttamisesta tietynlaisiin mineraaleihin on tehty vuosien mittaan muutamia väitöskirjoja. Nyt tähtäimessä on saada hiilidioksidin sitoutuminen aikaan polton aikana kuplapeti- ja leijupetikattilahiekan seassa siten, että osa hiilidioksidista voitaisiin sitoa käytettävän kattilahiekan tiettyihin mineraalisiin yhdisteisiin ja poistaa kattilasta normaalin hiekanvaihdon yhteydessä. Leiju- ja kuplapetikattiloissa hiekkaa poistetaan pedistä joka tapauksessa, jotta käytettävä kattilahiekka pysyy kelvollisena polttoprosessia ajatellen, joten nyt koeajojen tähtäimessä on, että suunniteltu hiilidioksidin talteenottomenetelmä ei vaatisi muutoksia nykyisiin kattiloihin, vaan hiilidioksidin talteenotto saataisiin toteutettua nykyisille kattiloille pelkästään kattilan hiekkamateriaalia vaihtamalla sekä kattilan poltto-olosuhteita säätämällä.
Savonia-ammattikorkeakoulun Varkauden energiatutkimuskeskuksen kuplapetikattilalla polton aikaista hiilidioksidin sitouttamista petihiekkaan on aiemmin demottu onnistuneesti muutaman kerran. Testeissä ei kuitenkaan olla vasta kuin alussa ja työtä riittää vielä runsaasti hiilidioksidia sitouttavien sopivien poltto-olosuhteiden hakemisessa, sekä reaktiota mahdollisesti helpottavien katalyyttien syötössä. Alan väitöskirjoissa mainittujen yhdisteiden tietyt mineraalipitoisuudet ovat varsin korkeat, joten koeajojen yksi tavoite on saada teolliset rejektit toimimaan sellaisenaan ja hiilidioksidin sitoutuminen petihiekkaan alkamaan mahdollisesti pienellä katalyytin syötöllä tai jopa ilman niitä poltto-olosuhteita säätämällä. Tutkimuskeskuksen kattilalla ajetuissa demoissa on hiilidioksidin sitoutuminen petihiekkaan ollut noin 50% luokkaa reaktion ollessa käynnissä, mutta vielä on tehtävä paljon työtä, jotta saadaan selvitettyä reaktiolle stabiilit poltto-olosuhteet sekä kattilahiekan hiilidioksidin kyllästymisnopeus, joka vaikuttaa kattilahiekan vaihtotarpeeseen.
Onnistuessaan kyseinen hiilidioksidin talteenottotapa loisi helpon ja halvan tavan vähentää polton aikaisia hiilidioksipäästöjä. Vaikka kyseisestä tavasta tuskin yksinään on ratkaisuksi yleispäteväksi hiilidioksidin talteenottomenetelmäksi, vähentäisi se kuitenkin osaltaan polton päästöjä ja petihiekkana käytettävä teollinen rejekti muuttuisi jätteestä hyötymateriaaliksi.
Kokeet jatkuvat koekattilan osalta taas syksyllä. Koeajoja tehdään kuitenkin ensisijaisesti toteuttajajoukon tarpeiden mukaisesti.
Hankkeen toteutukseen ovat rahallisesti sitoutuneet merkittävät energia-alan toimijat: Sumitomo SHI FW, Riikinvoima, Andritz, Stora Enso, Savon Voima, Clean Steel, Clean Flame ja FamiFarm.
Petteri Heino
Tki-asiantuntija
Savonia-ammattikorkeakoulu
Jukka Huttunen
Energiatekniikan lehtori
Savonia-ammattikorkeakoulu
