Industrial-Scale hydrothermal carbonization of waste sludge materials for fuel production

Hydrothermal carbonization (HTC) is a thermochemical process used in the production of charred matter similar in composition to coal. It involves the use of wet, carbohydrate feedstock, a relatively low temperature environment (180 °C-350 °C) and high autogenous pressure (up to 2,4 MPa) in a closed system. Various applications of the solid char product exist, opening the way for a range of biomass feedstock materials to be exploited that have so far proven to be troublesome due to high water content or other factors. Sludge materials are investigated as candidates for industrial-scale HTC treatment in fuel production. In general, HTC treatment of pulp and paper industry sludge (PPS) and anaerobically digested municipal sewage sludge (ADS) using existing technology is competitive with traditional treatment options, which range in price from EUR 30-80 per ton of wet sludge. PPS and ADS can be treated by HTC for less than EUR 13 and 33, respectively. Opportunities and challenges related to HTC exist, as this relatively new technology moves from laboratory and pilot-scale production to an industrial scale. Feedstock materials, end-products, process conditions and local markets ultimately determine the feasibility of a given HTC operation. However, there is potential for sludge materials to be converted to sustainable bio-coal fuel in a Finnish context.

Hydrothermal carbonization (HTC) eli märkäpyrolyysi on lämpökemiallinen prosessi, jota käytetään tuottamaan koostumukseltaan hiiltä vastaavaa hiiltynyttä ainetta. Siihen liittyy märkä, hiilihydraattiraaka-aine suhteellisen alhaisissa lämpötiloissa (180 °C – 350 °C) ja korkeassa autogeenisessa paineessa (jopa 24 MPa) suljetussa järjestelmässä. Kiinteälle hiilelle on useita mahdollisia käyttökohteita. Tämä avaa mahdollisuuden käyttää useita monia biomassoja, joiden käyttö nykyisin on vaikeaa suuren vesipitoisuuden tai muun syyn vuoksi. Lietemateriaaleja tutkitaan mahdollisina raaka-aineina kiinteän polttoaineen tuottamiseksi teollisen mittakaavan HTC- prosessilla. Yleensä sellu- ja paperiteollisuuden lietteen (PPS) ja anaerobisesti pilkotun kuntien puhdistamolieteen (ADS) käsittely nykyisellä HTC-tekniikalla on kilpailukykyistä perinteisten käsittelyvaihtoehtojen kanssa, jonka hinta vaihtelee alkaen 30–80 €/t märkää lietettä. Vastaavasti lietteet voidaan käsitellä HTC prosessissa alle 13 €/t (PPS) ja 33 €/t (ADS). HTC-prosessiin liittyy mahdollisuuksia ja haasteita, koska tekniikka on suhteellisen uusi, ja vasta siirtymässä laboratorio- ja pilotti-mittakaavan tuotannosta teolliseen mittakaavaan. Syöteaineet, lopputuotteet, prosessin olosuhteet ja paikalliset markkinat viime kädessä määräävät, onko tietty HTC-toiminta mahdollista. On kuitenkin mahdollista, että lietteen materiaaleja voidaan muuntaa kestäväksi bio-hiili polttoaineeksi Suomen oloissa.