Production of Mg(OH)2 from Mg-silicate rock for CO2 mineral sequestration

Sequestration of carbon dioxide in mineral rocks, also known as CO2 Capture and Mineralization (CCM), is considered to have a huge potential in stabilizing anthropogenic CO2 emissions. One of the CCM routes is the ex situ indirect gas/sold carbonation of reactive materials, such as Mg(OH)2, produced from abundantly available Mg-silicate rocks. The gas/solid carbonation method is intensively researched at Åbo Akademi University (ÅAU ), Finland because it is energetically attractive and utilizes the exothermic chemistry of Mg(OH)2 carbonation. In this thesis, a method for producing Mg(OH)2 from Mg-silicate rocks for CCM was investigated, and the process efficiency, energy and environmental impact assessed. The Mg(OH)2 process studied here was first proposed in 2008 in a Master’s Thesis by the author. At that time the process was applied to only one Mg-silicate rock (Finnish serpentinite from the Hitura nickel mine site of Finn Nickel) and the optimum process conversions, energy and environmental performance were not known. Producing Mg(OH)2 from Mg-silicate rocks involves a two-staged process of Mg extraction and Mg(OH)2 precipitation. The first stage extracts Mg and other cations by reacting pulverized serpentinite or olivine rocks with ammonium sulfate (AS) salt at 400 - 550 oC (preferably < 450 oC). In the second stage, ammonia solution reacts with the cations (extracted from the first stage after they are leached in water) to form mainly FeOOH, high purity Mg(OH)2 and aqueous (dissolved) AS. The Mg(OH)2 process described here is closed loop in nature; gaseous ammonia and water vapour are produced from the extraction stage, recovered and used as reagent for the precipitation stage. The AS reagent is thereafter recovered after the precipitation stage. The Mg extraction stage, being the conversion-determining and the most energy-intensive step of the entire CCM process chain, received a prominent attention in this study. The extraction behavior and reactivity of different rocks types (serpentinite and olivine rocks) from different locations worldwide (Australia, Finland, Lithuania, Norway and Portugal) was tested. Also, parametric evaluation was carried out to determine the optimal reaction temperature, time and chemical reagent (AS). Effects of reactor types and configuration, mixing and scale-up possibilities were also studied. The Mg(OH)2 produced can be used to convert CO2 to thermodynamically stable and environmentally benign magnesium carbonate. Therefore, the process energy and life cycle environmental performance of the ÅAU CCM technique that first produces Mg(OH)2 and the carbonates in a pressurized fluidized bed (FB) were assessed. The life cycle energy and environmental assessment approach applied in this thesis is motivated by the fact that the CCM technology should in itself offer a solution to what is both an energy and environmental problem. Results obtained in this study show that different Mg-silicate rocks react differently; olivine rocks being far less reactive than serpentinite rocks. In summary, the reactivity of Mg-silicate rocks is a function of both the chemical and physical properties of rocks. Reaction temperature and time remain important parameters to consider in process design and operation. Heat transfer properties of the reactor determine the temperature at which maximum Mg extraction is obtained. Also, an increase in reaction temperature leads to an increase in the extent of extraction, reaching a maximum yield at different temperatures depending on the reaction time. Process energy requirement for producing Mg(OH)2 from a hypothetical case of an iron-free serpentine rock is 3.62 GJ/t-CO2. This value can increase by 16 - 68% depending on the type of iron compound (FeO, Fe2O3 or Fe3O4) in the mineral. This suggests that the benefit from the potential use of FeOOH as an iron ore feedstock in iron and steelmaking should be determined by considering the energy, cost and emissions associated with the FeOOH by-product. AS recovery through crystallization is the second most energy intensive unit operation after the extraction reaction. However, the choice of mechanical vapor recompression (MVR) over the “simple evaporation” crystallization method has a potential energy savings of 15.2 GJ/t-CO2 (84 % savings). Integrating the Mg(OH)2 production method and the gas/solid carbonation process could provide up to an 25% energy offset to the CCM process energy requirements. Life cycle inventory assessment (LCIA) results show that for every ton of CO2 mineralized, the ÅAU CCM process avoids 430 - 480 kg CO2. The Mg(OH)2 process studied in this thesis has many promising features. Even at the current high energy and environmental burden, producing Mg(OH)2 from Mg-silicates can play a significant role in advancing CCM processes. However, dedicated future research and development (R&D) have potential to significantly improve the Mg(OH)2 process performance.

Paikallisjohdon rekrytointi ja toimintatavat - Suomalaisyritykset matkalla Intiaan

Intian talous on kasvanut viime vuosina nopeasti, minkä ansiosta suomalaisyritysten mielenkiinto Intian markkinoita kohtaan on noussut. Intian markkinoille tähtäävien suomalaisyritysten täytyy ymmärtää nopeasti paikalliset toimintatavat ja luoda organisaatiokulttuuri, mikä on sovitettavissa yhteen Intian työkulttuurin kanssa. Intian ja Suomen johtamiskulttuurit eroavat toisistaan, minkä vuoksi Intian markkinoille pyrkivät suomalaisyritykset suosivat maan tavat tuntevan intialaisen paikallisjohtajan rekrytointia. Paikallisen johdon rekrytointi tuo mukanaan paljon etuja, mutta sisältää myös huomattavia haasteita ja vaatii onnistuakseen emoyhtiön erityishuomiota. Analysoin pro gradu -tutkielmassani suomalaisyritysten parhaita käytäntöjä paikallisjohdon rekrytointiprosessissa sekä yhteistoiminnassa rekrytoidun paikallisjohdon kanssa. Päätutkimuskysymys on: millaisia haasteita suomalaiset yritykset kohtaavat Intiassa rekrytoidessa paikallista johtoa ja toimiessa yhteistyössä uuden johdon kanssa? Innostuksen tutkimukseen sain työskennellessäni Suomen vientikeskus Finpron vientitoimistolla, New Delhissä, talvella 2011. Tutkimus on toteutettu Finpron toimeksiannosta. Tutkimuksen tavoitteena on vastata käytännössä havaittuihin haasteisiin ja tuoda uutta liikkeenjohdollista tietoa Intiaan tähtäävien suomalaisyritysten tueksi. Tutkimus on luonteeltaan eksploratiivinen ja aineistolähtöinen, jossa aikaisemman kirjallisuuden pohjalta luotu synteesi toimii tulkintakehyksenä. Tutkimusotteena on kvalitatiivinen tutkimusote. Tutkimuksen tiedonkeruu on suoritettu 15 teemahaastattelun avulla, joihin osallistui yhteensä 19 informanttia. Haastateltavat ovat suomalaisten yritysten Intian toimintojen entisiä tai nykyisiä vastuuhenkilöitä sekä paikallisia neuvonantajia. Tutkimus sijoittuu kansainvälisen henkilöstöjohtamisen (IHRM) ja monikulttuurisen johtamisen (CCM) tutkimuskenttään. Tutkimuksen lähtökohtana on kulttuurisidonnainen ajattelutapa. Tutkimuksen mukaan paikallisen kulttuurin ymmärrys on edellytys ja lähtökohta onnistuneelle paikallisjohdon rekrytoinnille ja sen jälkeiselle yhteistyölle Intiassa. Paikallisjohdon valintakriteerit sekä koko rekrytointiprosessi on mukautettava Intian kulttuuriin sopiviksi. Paikallisen johdon rekrytointiin on kolme vaihtoehtoista tapaa ja valintakriteereistä on erikseen huomioitava hakijan aikaisempaan kokemukseen liittyvät seikat sekä henkilökohtaiset ominaisuudet ja taidot. Lisäksi rekrytointivaiheessa on huomioitava kommunikoinnin ja toimivan yhteistoiminnan edellytykset, jotta emoyhtiö pystyy paikallisjohdon kanssa yhteistyössä kehittämään Intian toimintoihin toimintatavat, jotka tukevat koko organisaation tavoitteita.

Umpimähkäinen tappaja vai tehokas aseellisen voimankäytön väline : valtiosopimusvelvoitteet ja rypäleaseiden käyttöperiaatteet Suomessa

Ihmisoikeusjärjestöt väittävät rypäleaseiden olevan umpimähkäisiä aseita ja kykenemättömiä erottamaan taistelijoita siviileistä. Aseellisen vaikuttamisen kohdistaminen vain taistelijoihin liittyy kansainväliseen humanitaarisen oikeuden sisältämän erotteluperiaatteen noudattamiseen. Tämä tapaoikeuteenkin kuuluva periaate velvoittaa kaikkia taistelijoita niin kansainvälisissä kuin valtioiden sisäisissäkin aseellisissa selkkauksissa. Kaikkia aseita voidaan käyttää umpimähkäisesti, mutta aseet eivät välttämättä ole lähtökohdiltaan umpimähkäisiä. Tässä yhteydessä tarkastelu tulee siis kohdistaa siihen, voidaanko rypäleaseiden vaikutukset kohdistaa tiettyyn tunnistettuun sotilaskohteeseen? Tässä tutkimuksessa tutkittiin Geneven vuoden 1949 yleissopimusten I lisäpöytäkirjan sekä CCW-puitesopimukseen kuuluvien II ja V pöytäkirjojen sisältämiä keskeisiä velvoitteita ja rajoitteita rypäleaseiden käyttämiseen sekä sodan räjähtämättömien jäänteiden raivausvastuuseen liittyen. Lisäksi tutkimuksessa tutkittiin rypäleaseiden käyttöperiaatteita, sodan räjähtämättömien jäänteiden raivausperiaatteita sekä asejärjestelmien ja ampumatarvikkeiden kunnossapitoon ja turvallisuuteen liittyviä tekijöitä Suomessa ja sitä, miten valtiosopimusvelvoitteet heijastuvat näihin periaatteisiin. Tutkimus on ajankohtainen valtioiden ja useiden ihmisoikeusjärjestöjen jatkaessa rypäleaseiden käytön estämispyrkimyksiä. Rypäleaseiden vastainen poliittinen kenttä luo painetta rypäleaseita varastoiville ja mahdollisesti käyttäville valtioille. Suomi on valmistautunut käyttämään rypäleaseita Suomen valtioon kohdistuvassa aseellisessa selkkauksessa. Tutkimuksessa havaittiin, että useat ihmisoikeusjärjestöjen väittämät rypäleaseiden käyttämiseen liittyvistä oikeudellisista asioista ovat virheellisiä. Väitteet perustuvat aseellisista selkkauksista tuotettuun informaatioon, josta esille nostetut havainnot on usein yhdistetty virheellisesti kansainvälisen humanitaarisen oikeuden periaatteisiin. Näin ollen ihmisoikeusjärjestöt ovat julkistaneet valikoivaa, tarkoitushakuista ja osin virheellistä informaatiota rypäleaseista. Tämä on tehty vahvistamaan heidän rypäleaseiden vastaisen strategiansa mukaista sanomaa. Tällaisen tarkoitushakuisen oikeudellisen argumentaation tarkoituksena on tiettyyn kohdeyleisöön vaikuttaminen. Tässä yhteydessä kohdeyleisön voidaan katsoa olleen valtioiden poliittinen johto. Ihmisoikeusjärjestöt ovat tällä tavoin pyrkineet edistämään omia tavoitteitaan rypäleaseiden vastaisessa kampanjoinnissa, tässä myös onnistuen. Tutkimuksen tuloksina esitetään, että kansainvälisen humanitaarisen oikeuden keskeiset periaatteet luovat selkeät raamit rypäleaseiden vastuulliselle käyttämiselle. Kansainvälisen humanitaarisen oikeuden sisältämät säännöt mahdollistavat tehokkaan aseellisen voimankäytön samalla luoden velvollisuuksia kaikille aseellisen selkkauksen osapuolille siviilien ja siviilikohteiden suojelemiseen liittyen. Sivullisten siviiliuhrien syntyminen aseellisen selkkauksen seurauksena ei ole sotarikos, kun se on tasapainossa sotilaallisen hyödyn kanssa suhteellisuusperiaatteen mukaisesti. Lisäksi on huomioitava vapaaehtoisten ihmiskilpien ja siviilien, jotka suoraan osallistuvat taisteluihin, oikeudellinen asema. CCW-puitesopimuksen II ja V pöytäkirja asettavat velvollisuuksia aseiden käyttämiselle sekä siviilien suojelemiselle. Nämä velvollisuudet täydentävät sodan oikeussääntöjen periaatteita siviilien suojelemisesta aseellisen selkkauksen vaikutuksilta. CCWpuitesopimuksen V pöytäkirjan vapaaehtoiset käytännöt, niitä huolellisesti toteutettaessa, parantavat kuorma-ammusten käsittelijöiden ja käyttäjien sekä myös taistelualueille palaavien siviilien turvallisuutta. Suomessa nämä vapaaehtoiset käytännöt on otettu huomioon laajasti rypäleaseiden sekä muun räjähtävän materiaalin hankinnan, kuljetuksen, varastoinnin sekä käyttämisen yhteydessä. Lisäksi asejärjestelmien huolto ja kunnossapito on ohjeistettu tarkasti ja niitä toteutetaan myös Puolustusvoimien strategisen kumppanin kanssa. Kumppanin toimintaa valvotaan tarkastuksien sekä laatuauditointien avulla. Kansainvälisen humanitaarisen oikeuden koulutusjärjestelyt ja -suunnitelmat sekä rypäleaseiden käyttämiseen liittyvien toimintojen ohjaustoiminta ja selvitetyt toimintatavat luovat hyvän perustan rypäleaseiden vastuulliselle käyttämiselle Suomessa. Kuormaammusten käytön koulutusjärjestelyjä tulisi kehittää. Kansainvälisen humanitaarisen oikeuden periaatteet ja asesopimusten velvoitteet on ohjeistettu Maavoimissa hyvin. CCWpuitesopimuksen V pöytäkirjan velvoitteet on ohjeistettu selkeästi ja vastuuta valtiosopimusvelvollisuuksien toteuttamisesta normaali- ja poikkeusoloissa on jaettu läpi Puolustusvoimien organisaation. Näiden velvoitteiden kouluttaminen on kuitenkin osittain laiminlyöty Maavoimissa.

Production of magnesium carbonates from serpentinites for CO2 mineral sequestration : optimisation towards industrial application

Global warming is one of the most alarming problems of this century. Initial scepticism concerning its validity is currently dwarfed by the intensification of extreme weather events whilst the gradual arising level of anthropogenic CO2 is pointed out as its main driver. Most of the greenhouse gas (GHG) emissions come from large point sources (heat and power production and industrial processes) and the continued use of fossil fuels requires quick and effective measures to meet the world’s energy demand whilst (at least) stabilizing CO2 atmospheric levels. The framework known as Carbon Capture and Storage (CCS) – or Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) – comprises a portfolio of technologies applicable to large‐scale GHG sources for preventing CO2 from entering the atmosphere. Amongst them, CO2 capture and mineralisation (CCM) presents the highest potential for CO2 sequestration as the predicted carbon storage capacity (as mineral carbonates) far exceeds the estimated levels of the worldwide identified fossil fuel reserves. The work presented in this thesis aims at taking a step forward to the deployment of an energy/cost effective process for simultaneous capture and storage of CO2 in the form of thermodynamically stable and environmentally friendly solid carbonates. R&D work on the process considered here began in 2007 at Åbo Akademi University in Finland. It involves the processing of magnesium silicate minerals with recyclable ammonium salts for extraction of magnesium at ambient pressure and 400‐440⁰C, followed by aqueous precipitation of magnesium in the form of hydroxide, Mg(OH)2, and finally Mg(OH)2 carbonation in a pressurised fluidized bed reactor at ~510⁰C and ~20 bar PCO2 to produce high purity MgCO3. Rock material taken from the Hitura nickel mine, Finland, and serpentinite collected from Bragança, Portugal, were tested for magnesium extraction with both ammonium sulphate and bisulphate (AS and ABS) for determination of optimal operation parameters, primarily: reaction time, reactor type and presence of moisture. Typical efficiencies range from 50 to 80% of magnesium extraction at 350‐450⁰C. In general ABS performs better than AS showing comparable efficiencies at lower temperature and reaction times. The best experimental results so far obtained include 80% magnesium extraction with ABS at 450⁰C in a laboratory scale rotary kiln and 70% Mg(OH)2 carbonation in the PFB at 500⁰C, 20 bar CO2 pressure for 15 minutes. The extraction reaction with ammonium salts is not at all selective towards magnesium. Other elements like iron, nickel, chromium, copper, etc., are also co‐extracted. Their separation, recovery and valorisation are addressed as well and found to be of great importance. The assessment of the exergetic performance of the process was carried out using Aspen Plus® software and pinch analysis technology. The choice of fluxing agent and its recovery method have a decisive sway in the performance of the process: AS is recovered by crystallisation and in general the whole process requires more exergy (2.48–5.09 GJ/tCO2sequestered) than ABS (2.48–4.47 GJ/tCO2sequestered) when ABS is recovered by thermal decomposition. However, the corrosive nature of molten ABS and operational problems inherent to thermal regeneration of ABS prohibit this route. Regeneration of ABS through addition of H2SO4 to AS (followed by crystallisation) results in an overall negative exergy balance (mainly at the expense of low grade heat) but will flood the system with sulphates. Although the ÅA route is still energy intensive, its performance is comparable to conventional CO2 capture methods using alkanolamine solvents. An energy‐neutral process is dependent on the availability and quality of nearby waste heat and economic viability might be achieved with: magnesium extraction and carbonation levels ≥ 90%, the processing of CO2‐containing flue gases (eliminating the expensive capture step) and production of marketable products.