Recovery and refining of manganese as by-product from hydrometallurgical processes

The consumption of manganese is increasing, but huge amounts of manganese still end up in waste in hydrometallurgical processes. The recovery of manganese from multi-metal solutions at low concentrations may not be economical. In addition, poor iron control typically prevents the production of high purity manganese. Separation of iron from manganese can be done with chemical precipitation or solvent extraction methods. Combined carbonate precipitation with air oxidation is a feasible method to separate iron and manganese due to the fast kinetics, good controllability and economical reagents. In addition the leaching of manganese carbonate is easier and less acid consuming than that of hydroxide or sulfide precipitates. Selective iron removal with great efficiency from MnSO4 solution is achieved by combined oxygen or air oxidation and CaCO3 precipitation at pH > 5.8 and at a redox potential of > 200 mV. In order to avoid gypsum formation, soda ash should be used instead of limestone. In such case, however, extra attention needs to be paid on the reagents mole ratios in order to avoid manganese coprecipitation. After iron removal, pure MnSO4 solution was obtained by solvent extraction using organophosphorus reagents, di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid (D2EHPA) and bis(2,4,4- trimethylpentyl)phosphinic acid (CYANEX 272). The Mn/Ca and Mn/Mg selectivities can be increased by decreasing the temperature from the commonly used temperatures (40 –60oC) to 5oC. The extraction order of D2EHPA (Ca before Mn) at low temperature remains unchanged but the lowering of temperature causes an increase in viscosity and slower phase separation. Of these regents, CYANEX 272 is selective for Mn over Ca and, therefore, it would be the better choice if there is Ca present in solution. A three-stage Mn extraction followed by a two-stage scrubbing and two-stage sulfuric acid stripping is an effective method of producing a very pure MnSO4 intermediate solution for further processing. From the intermediate MnSO4 some special Mn- products for ion exchange applications were synthesized and studied. Three types of octahedrally coordinated manganese oxide materials as an alternative final product for manganese were chosen for synthesis: layer structured Nabirnessite, tunnel structured Mg-todorokite and K-kryptomelane. As an alternative source of pure MnSO4 intermediate, kryptomelane was synthesized by using a synthetic hydrometallurgical tailings. The results show that the studied OMS materials adsorb selectively Cu, Ni, Cd and K in the presence of Ca and Mg. It was also found that the exchange rates were reasonably high due to the small particle dimensions. Materials are stable in the studied conditions and their maximum Cu uptake capacity was 1.3 mmol/g. Competitive uptake of metals and acid was studied using equilibrium, batch kinetic and fixed-bed measurements. The experimental data was correlated with a dynamic model, which also accounts for the dissolution of the framework manganese. Manganese oxide micro-crystals were also bound onto silica to prepare a composite material having a particle size large enough to be used in column separation experiments. The MnOx/SiO2 ratio was found to affect significantly the properties of the composite. The higher the ratio, the lower is the specific surface area, the pore volume and the pore size. On the other hand, higher amount of silica binder gives composites better mechanical properties. Birnesite and todorokite can be aggregated successfully with colloidal silica at pH 4 and with MnO2/SiO2 weight ratio of 0.7. The best gelation and drying temperature was 110oC and sufficiently strong composites were obtained by additional heat-treatment at 250oC for 2 h. The results show that silica–supported MnO2 materials can be utilized to separate copper from nickel and cadmium. The behavior of the composites can be explained reasonably well with the presented model and the parameters estimated from the data of the unsupported oxides. The metal uptake capacities of the prepared materials were quite small. For example, the final copper loading was 0.14 mmol/gMnO2. According to the results the special MnO2 materials are potential for a specific environmental application to uptake harmful metal ions.

Kapearailotekniikan käyttö jauhekaarihitsauksessa

Diplomityössä tavoitteena oli tutkia kapearailojauhekaaritekniikan soveltuvuutta konepajakäyttöön ja sen vaikutusta hitsauksen tuottavuuteen sekä hitsin mekaanisiin ominaisuuksiin. Työ tehtiin vertailukokeilla, jossa koehitsaukset suoritettiin eri aineenpaksuuksille siten, että jokaiselle tutkimuksen kohteena olleelle materiaalille tehtiin yksi hitsaus käytössä olevalla jauhekaaritekniikalla, jolloin saatiin vertailukohde, johon uutta kapearailotekniikkaa verrattiin. Tulokset osoittivat, että kapearailotekniikalla 1 palko/palkokerros aineenpaksuudeltaan Pl. 60 mm koekappale saatiin hitsattua n. 39 % nopeammin verrattuna perinteiseen tandem -hitsaukseen. Kyseisellä aineenpaksuudella lisäainelangan kulutus oli n. 41 % ja jauheen kulutus n. 71 % pienempi verrattuna perinteiseen X- railohitsaukseen tandem -menetelmällä. Lisäksi tuli esille, että ”palkoa palonpäälle” -tekniikka on kapearailotekniikoista tehokkain, sillä 2 palkoa/palkokerros menetelmässä railon leveyttä jouduttiin leventämään, jolloin kapearailotekniikan pieni railotilavuus menetettiin. Lisäaineen kulutus tälläkin menetelmällä jäi pienemmäksi verrattuna X- railohitsaukseen. Ennalta pelättyä kuonan irtoamisongelmaa ei kapearailohitsauksessa havaittu, vaan kuona irtosi ongelmitta railon kyljistä. Lisäksi kapearailotekniikalla hitsattujen hitsien lujuudet olivat vertailukelpoiset tandem- ja yksilankamenetelmällä hitsattujen hitsien kanssa.

Hybridisiiven vaikutus lentokoneen aerodynamiikkaan ja suorituskykyyn

Useissa nykyhävittäjissä käytetään siipiratkaisuna hybridisiipeä. Hybridisiivellä tarkoitetaan tässä kandidaatin tutkielmassa siipiratkaisua, joka koostuu perinteisen mallisesta, johtoreunaltaan hieman nuolimuotoisesta ja jättöreunaltaan suorasta pääsiivestä sekä pääsiiven johtoreunan tyven laajennuksesta, LEX:stä. Tässä kandidaatintutkielmassa pyritään selvittämään, miksi nykyhävittäjissä käytetään hybridisiipeä ja mikä sen vaikutus on lentokoneen aerodynamiikkaan ja sen kautta suorituskykyyn. Hybridisiipi mahdollistaa lentämisen normaalisiipeä suuremmalla kohtauskulmalla. Suuresta kohtauskulmasta johtuen hybridisiiven kanssa käytetään usein laippoja siiven johtoreunassa. Tutkielmassa pyritään selvittämään, miksi näin on ja mitä etuja sillä saavutetaan. Tutkimusmenetelmänä on julkisiin lähteisiin perustuva kvalitatiivinen kirjallisuustutkimus. Lähteinä on käytetty aerodynamiikan kirjallisuutta, lentokoneen suoritusarvoteoriaa käsitteleviä kirjoja ja Koelentokeskuksen materiaalia sekä NASA:n ja ulkomaisten korkeakoulujen tutkimuksia. Tutkielma on rajattu käsittelemään alisoonista nopeusaluetta. Lisäksi tutkielmasta on rajattu pois hybridisiiven vaikutus ilmanottoon ja vakavuuteen. Päätutkimuskysymys tässä tutkielmassa on: ”Miten hybridisiipi vaikuttaa lentokoneen suorituskykyyn?” Alatutkimuskysymyksinä ovat: ”Mitkä ovat hybridisiiven vaikutukset lentokoneen aerodynaamisiin ominaisuuksiin?” ja ”Miksi hybridisiiven kanssa käytetään laippoja siiven johtoreunassa?” Hybridisiipi vaikuttaa erityisesti lentokoneen nostovoimakertoimeen ja parantaa sen kautta kaartokykyä merkittävästi. LEX:n avulla nostovoimakertoimeen on mahdollista saada jopa 50 % kasvu. Kasvu huomataan erityisesti pienentyneenä corner speed:na, kaartosäteenä ja kaartoon kuluvana aikana sekä kasvaneena kulmanopeutena. Välilliset vaikutukset ovat lyhentyneet lentoonlähtö- ja laskumatkat, pienempi polttoaineen kulutus matkalennossa ja liu’ussa sekä parantunut nousukyky.

Family-based dietary intervention in the STRIP study – influences on diet and diet-related attitudes

The focus of this dissertation was to investigate the effects of family-based dietary intervention during childhood and adolescence. The participants comprised of children and parents who participated in a longitudinal, randomised atherosclerosis prevention trial (STRIP study). The intervention families (n=540) took part in a dietary intervention since the child’s age of 8- months. The control group (n=522) did not receive any tailored dietary intervention. The main focus of the intervention was to improve the quality of dietary fat. The diet of children and parents was evaluated by daily food records and dietrelated attitudes by a questionnaire. The dietary intervention influenced, favourably, the dietary fat quality in children and parents. Fat quality improved mainly by the decrease of saturated fat intake. Some minor effects of the intervention were also observed in children’s fruit and vegetable (F&V) consumption although the F&V consumption was very low. The intervention increased parental interest in healthy eating, but there was no difference in interest in natural products or in attitudes towards hedonic eating attitudes between the intervention and control parents. Parents’ interest in healthy eating associated with parents’ and children’s high fruit and vegetable consumption but not with their fat quality ratio. On the other hand, dietary fat quality improved at every level of interest in healthy eating. It seems that the main target of the intervention, the dietary fat quality of the children, was promoted effectively. In the future, more emphasis should be given on increasing unsaturated fat intake and on elevating F&V consumption in children. Children’s diet, especially F&V consumption, associated with diet-related attitudes of the parents. Therefore, co-operation with parents and family-based premises for working should be capitalized upon when promoting healthy eating in children and adolescents.

Paperitehtaan sähkötasehallinta ja sähkön kysyntäjousto energiakustannusten hallinnassa

Paperiteollisuus on energiaintensiivistä teollisuutta, jossa on tehty pitkään työtä tuotantoprosessien energiatehokkuuden parantamiseksi. Paperitehtaan energiakustannuksiin voidaan kuitenkin vaikuttaa myös sähkötaseen hallinnalla ja sähkön kysyntäjouston avulla. Tehtaan seuraavan vuorokauden sähkön kulutus pyritään ennustamaan mahdollisimman tarkasti, mutta esimerkiksi paperitehtaan häiriötilanteissa sähkötase poikkeaa ennustetusta. Tällöin sähkötasetta voidaan korjata ensisijaisesti sähkön jälkimarkkinoiden eli Elbas- kaupankäynnin avulla. Ellei tasetta saada korjattua sähkön jälkimarkkinoilla tase-ero korjataan tasesähköllä, jonka hinta muodostuu säätösähkömarkkinoilla. Tasesähkön hinta saattaa poiketa Elspot- markkinahinnasta voimakkaasti, jolloin tase-erosta joko hyödytään tai hävitään kustannusmielessä. Tämän työn tarkoituksena on selvittää sähkötasehallinnan parantamisen ja sähkön kysyntäjouston vaikutukset paperitehtaan energiakustannuksiin. Työssä tutkittiin tehtaan sähkö-tasehallinnan nykytilannetta ja selvitettiin tase-erojen kustannusvaikuttavuutta. Lisäksi työssä luotiin ajomalleja sähkön kysyntäjouston toteuttamiselle massatehtaan eri tuotantoprosesseille, sekä määritettiin rajahintoja seuraavan vuorokauden energiaennusteeseen. Onnistunut energiaennuste perustuu paperitehtaan käynnin tarkkoihin ja ajankohtaisiin lähtötietoihin. Sähkötaseen poikkeamiin voidaan puolestaan varautua paremmin, kun informaatio tehtaan prosessien alasajosta tulee voimalaitoksen tietoon mahdollisimman aikaisin. Sähkötaseen poikkeamien hallinta voidaan tehdä, joko Elbas- kaupan tai tasesähkön avulla. Ajankohdasta ja tasepoikkeaman volyymista riippuen täytyy tehdä valinta, kumpi vaihtoehdoista on kustannusmielessä kannattavampi. Paperitehtaan eri prosesseille luoduilla ajomalleilla saatiin esiin huomattava säästöpotentiaali. Ajomallien noudattaminen vaatii suunnitelmallista tuotannon hallintaa ja sähkön Elspot- hinnan käyttäytymisen säännöllistä seurantaa. Seuraavan vuorokauden rajahintatietojen määrittämisen pohjalta voidaan arvioida, millä Elspot- hinnalla sähkön myynti muuttuu paperin tuotantoa kannattavammaksi.

Alueellinen energiatehokkuusmalli

Energian kulutus ja siitä aiheutuvat haittavaikutukset lisääntyvät globaalisti, minkä johdosta tarve uusille toimintamalleille ja ajatustavoille on merkittävä. Yksi mahdollisuus vastata energian kulutuksen kasvuun on lisätä energiatehokkuutta. Energiatehokkuudella voidaan vähentää energian käytöstä aiheutuvia päästöjä kustannustehokkaasti. Tässä työssä tarkastellaan energiatehokkuutta ja sen lisäämistä alueellisella tasolla. Työssä käsitellään menetelmiä ja keinoja alueellisen energiatehokkuuden lisäämiseksi esimerkiksi kaupungeissa ja yhteisöissä. Työssä esitetään alueellisen energiatehokkuuden arviointimalli, jolla voidaan määrittää alueellisen energiatehokkuuden toteutumista ja energiaratkaisujen kannattavuutta ympäristön kannalta. Malli sisältää matemaattisesti määritettäviä tunnuslukuja, jotka kuvaavat ympäristövaikutuksia. Mallia sovelletaan Lohjan alue-tarkasteluun, jossa mallin pohjalta esitetään vaihtoehtoja energiatehokkuuden lisäämiseksi. Voidaan todeta, että arviointimalli on käyttökelpoinen ja sillä voidaan havainnol-listaa alueellista energian käyttöä ja sen energiatehokkuutta. On kuitenkin huomattava, että malli huomioi lähinnä vain ympäristövaikutuksia ja sisältää virheläh-teitä johtuen esimerkiksi käytettävissä olevan tiedon määrästä.

Lämpötilamuutosten aiheuttamien volyymi- ja hintapiikkien suojaaminen yhteispohjoismaisilla sähkömarkkinoilla

Säätilan muutokset ovat Pohjoismaissa iso riski niin yrityksille, kotitalouksille, kuin sähkön myyjille/tuottajille. Säätilan muutoksia ja niistä seuraavia kulutus- ja hintavaihteluita vastaan voidaan suojautua oikeanlaisella riskienhallintapolitiikalla sekä oikeanlaisilla suojausinstrumenteilla. Tässä työssä perehdytään case-yritys Lappeenrannan Energian riskienhallintaan sekä erityisesti talvikauden aikana ilmeneviin lämpötilan muutoksien aiheuttamiin hinta- ja kulutuspiikkeihin. Työssä käydään läpi eri vaihtoehtoja, joilla suojausta ja riskienhallintaa voisi parantaa ja mitkä johdannaiset soveltuvat riskienhallinnan tueksi. Työssä havaitaan, että riskienhallinnan tukena on syytä käyttää johdannaisia mahdollisimman monipuolisesti, jolloin liiketoiminnan kassavirrat pysyvät tasapainossa ja nouseva kulutus- ja hintakäyrä voidaan ”valjastaa”. Pörssijohdannaiset eivät pelkästään ratkaise suojausongelmaa, sillä niiden suojausteho on rajallinen, eivätkä ne sovellu yksinään kyseisiltä riskeiltä suojautumiseen. Pörssijohdannaisten lisäksi on syytä käyttää räätälöityjä tuotteita, jotta suojauksesta saataisiin mahdollisimman kattava.

Älykkäät materiaalit mukautuvissa siipiprofiileissa

Mukautuvien siipiprofiilien avulla lentokoneiden aerodynaamisia ominaisuuksia voidaan parantaa, minkä seurauksena suoritusarvot paranevat ja polttoaineen kulutus vähenee. Hyödyt on tunnettu vuosikymmenten ajan, mutta sopivien rakenteiden ja materiaalien puute on rajoittanut kehitystä: perinteisillä menetelmillä mukautuvista siivistä tulee liian painavia, kalliita ja monimutkaisia. Älykkäät materiaalit ovat materiaaleja, jotka voivat muuttaa muotoaan tai muuta ominaisuuttaan ennalta määritellyllä tavalla ulkoisen ärsykkeen seurauksena, ja niiden avulla mukautuvuus voidaan toteuttaa yksinkertaisemmin, edullisemmin ja kevyemmin. Tässä tutkimuksessa selvitettiin kirjallisuuskatsauksen keinoin, minkälaisia hyötyjä mukautuvuudesta on lentokoneiden suoritusarvoille, sekä minkälaisilla älykkäillä materiaaleilla mukautuvuus voidaan toteuttaa. Todettiin, että mukautuvilla siipiprofiileilla voidaan parantaa nostovoima-vastussuhdetta eri lentonopeuksilla ja näin säästää polttoainetta, parantaa muun muassa kaartokykyä ja nousukykyä, viivyttää sakkauksen alkamista pienellä ja suurella nopeudella ja estää aeroelastisen värähtelyn syntymistä. Älykkäistä materiaaleista tutkittiin muistimetalleja ja erilaisia pietsosähköisiä aktuaattoreita. Molemmilla materiaaleilla todettiin tehdyissä tutkimuksissa riittävä voimantuotto ja poikkeutus sekä todennettiin soveltuvuus lentokonekäyttöön. Tutkimuksista voidaan todeta, että älykkäiden materiaalien hyödyt tulevat selvimmin esiin kevyiden ja verrattain hitaiden lentokoneiden, kuten lennokkien ja miehittämättömien ilma-alusten siivissä – suurissa koneissa ilmavirran dynaamiset voimat ovat liian suuret halutun mukautuksen saavuttamiseksi. Nykyinen suuntaus tukeekin miehittämättömien ilma-alusten teknologista kehitystä ja luo mahdollisuuksia parempaan suorituskykyyn edullisempaan hintaan.

Opiskelijat kulutusyhteiskunnan imussa – opiskelevien, työttömien ja työssäkäyvien nuorten kulutustottumukset 2000-luvun Suomessa

Nykyajan nuoret ovat kasvaneet kulutusyhteiskunnassa. Nuoret kokevat kulutuksen arkipäiväisenä toimintona, jonka avulla ilmaistaan itseään. Nuorten kulutusmahdollisuudet kuitenkin vaihtelevat pääasiallisen toiminnan mukaan. Nuorten kulutusresursseja määrittää sosioekonomisen aseman ohella kulutukseen vaikuttavat taustatekijät, kuten elämänvaihe, sukupuoli ja tulot. Suomalaisista perustutkintoaan suorittavista korkeakouluopiskelijoista yli 80 prosenttia on alle 30-vuotiaita. Opiskelijoiden toimeentulo koostuu useista eri tulolähteistä. Opintorahan ja asumislisän lisäksi tärkeä tulonlähde on palkkatulot. Työssäkäynti on yliopisto-opiskelijoiden keskuudessa yleistä, sillä yli 60 prosenttia on opintojen ohessa työsuhteessa. Tutkielmassa tarkastellaan 18–29-vuotiaiden suomalaisnuorten euromääräistä kulutusta elintarvikkeisiin, alkoholiin sekä kulttuurin ja vapaa-ajan palveluihin. Eri sosioekonomisessa asemassa olevien nuorten kulutusta verrataan toisiinsa, minkä lisäksi tutkitaan eroavatko päätoimisten ja työssäkäyvien opiskelijoiden kulutusrakenteet toisistaan. Tutkielmassa haluttiin selvittää poikkeaako opiskelijoiden kulutus muiden nuorten kulutuksesta ja kuinka työssäkäynti vaikuttaa opiskelijan kulutuskäyttäytymiseen. Tutkielmassa käytettiin Tilastokeskuksen kulutustutkimusaineistoa vuodelta 2006. Alle 30-vuotiaita kotitalouksia oli aineistossa 569, joka on myös tutkielman tutkimusosiossa käytetty tapausmäärä. Aineistoa analysoitiin taulukoiden ja kuvioiden sekä varianssianalyysin avulla. Tulokset osoittivat, että valittuihin kulutusryhmiin kulutetaan eri tavalla eri kotitaloustyypeissä. Myös käytettävissä olevat tulot selittivät nuorten kulutusta. Sosioekonomisella asemalla tai sukupuolella ei tässä tutkimuksessa ollut riittävän selkeää vaikutusta kulutuskäyttäytymiseen. Opiskelijat kuluttivat suhteessa muihin nuoriin suhteellisesti eniten rahaa kulttuuri- ja vapaa-ajan palveluihin. Alkoholia kuluttivat opiskelijoita enemmän vain ammatissa toimimattomat nuoret. Elintarvikemenot olivat opiskelijoilla keskitasoa. Päätoimisiin opiskelijoihin verrattuna työssäkäyvillä opiskelijoilla kulutusedellytykset paranivat lisääntyneiden ansiotulojen myötä, mikä näkyi elintarvikemenojen laskuna ja alkoholin kulutuksen nousuna. Opiskelijakotitalouksien taloudellinen asema osoittautui muita kotitalouksia heikommiksi, vaikka opiskelijat eivät tässä tutkimuksessa omaksi sosioekonomiseksi ryhmäksi nousseetkaan. Kaiken kaikkiaan opiskeluelämänvaihe näyttäytyy tämän tutkielman valossa vapaalta, itsenäiseltä ja ainutlaatuiselta vaiheelta nuoren elämässä.

Ulkoisen kuorman vaikutus hävittäjän suorituskykyyn

Valtaosassa nykyaikana käytössä olevista hävittäjistä aseistus, lisäpolttoainesäiliöt ja maa-linosoitusjärjestelmät kiinnitetään koneen ulkopuolelle joko siipi- tai runkoripustimiin. Tämä on yksinkertainen tapa, mutta se lisää koneen vastusta ja näin ollen heikentää sen suoritusky-kyä. Siiven alle kiinnitetty kuorma vaikuttaa myös nostovoimaan häiritsemällä siiven ympä-rillä kulkevaa virtausta. Lisäksi ulkoinen kuorma aiheuttaa usein rajoituksia suurimpaan sal-littuun kuormitusmonikertaan, jolloin koneen liikehtimis- ja kaartokyky heikkenevät. Tässä kandidaatintutkielmassa selvitetään miten ulkoinen kuorma vaikuttaa hävittäjän suori-tuskykyyn ja edellä mainittuihin ominaisuuksiin. Havainnot esitellään ja perustellaan enim-mäkseen laskennallisesti aerodynamiikan kaavoja apuna käyttäen. Tutkielmassa käytetään kvalitatiivista tutkimusstrategiaa ja sen tutkimusmenetelmänä on kirjallisuusanalyysi. Läh-teinä on käytetty aerodynamiikan peruskirjallisuutta, eri korkeakoulujen oppimateriaaleja, Koelentokeskuksen materiaalia sekä ulkomaisia tutkimuksia. Tutkielman päätutkimuskysymys on: ”Miten ulkoinen kuorma vaikuttaa hävittäjän suoritus-kykyyn?”. Alatutkimuskysymyksiä ovat: ”Miten ulkoinen kuorma vaikuttaa hävittäjän vas-tukseen?”, ”Miten ulkoinen kuorma vaikuttaa hävittäjän nostovoimaan?” ja ”Miten ulkoinen kuorma vaikuttaa hävittäjän kaartokykyyn?”. Kun koneeseen lisätään ulkoista kuormaa, sen sakkausnopeus kasvaa, parhaan liitosuhteen nopeus pienenee, lentoonlähdön maakiito pitenee ja kohoamisnopeus heikkenee. Lisäksi polttoaineen kulutus kasvaa ja tätä kautta kantama ja toiminta-aika lyhenevät. Joissain tapa-uksissa koneen maksiminopeuksiin saattaa tulla rajoituksia, ja etenkin suurella kuormalla lennon rajakäyrä supistuu huomattavasti. Edellä mainitut yhdistettynä mahdollisiin kuormi-tusmonikerran rajoituksiin heikentävät koneen kaartokykyä ilmataistelussa. Voidaankin sa-noa, että ulkoinen kuorma heikentää koneen suorituskykyä sen kaikilla osa-alueilla.

Puuhakkeen käsittely- ja poltto-ominaisuuksien parantaminen

Nykyaikana yhteiskunta tavoittelee uusiutuvaa ja ympäristöä säästävää energiantuotantoa. Biopolttoaineiden käyttö vähentää fossiilisten polttoaineiden osuutta energiantuotannossa. Jotta biopolttoaineilla voidaan korvata fossiilisia polttoaineita, biopolttoaineita täytyy jalostaa. Tämän diplomityön tarkoituksena on selvittää puuhakkeen jalostuksen merkitystä hakkeen käytölle ja kannattavuudelle. Hakkeen kuivaamisella ja seulonnalla voidaan parantaa hakkeen käsittely- ja poltto-ominaisuuksia. Kosteuden ja tasalaatuisuuden merkitys suurenee, kun haketta käytetään pienissä kattiloissa. Pienissä kattiloissa lämmöntuotannon hyötysuhde pienenee merkittävästi kosteuden suurentuessa. Tällöin polttoaineen kulutus ja energiantuotantokustannukset suurenevat. Suuremmissa kattiloissa hyvälaatuisella hakkeella on mahdollista korvata kalliimpia vara- ja huippukuormapolttoaineita, kuten öljyä. Tällöin fossiilisten polttoaineiden osuus pienenee. Lisäksi kuivaaminen ja seulominen ovat edullisia jalostusprosesseja esimerkiksi pelletin tuotantoon verrattuna.

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biopolttoaineilla, alueellinen selvitys - Tutkimusraportti

Globaali ilmaston lämpeneminen ja tunnettujen energiavarojen ehtyminen ovat lisääntyvässä määrin maailmanlaajuisia huolenaiheita. Tietoisuus kulutuksen kasvun ja fossiilisten polttoaineiden käytön aiheuttamasta ympäristönmuutoksesta on merkittävästi kasvanut, ja osana kestävää kehitystä Euroopan Unionin vuoden 2020 välitavoitteena on vähentää kasvihuonepäästöjä 20 prosentilla vuoden 1990 tasosta, parantaa energiatehokkuutta 20 prosentilla, ja lisätä uusiutuvien energialähteiden osuus 20 prosenttiin. Suomen sitovaksi tavoitteeksi EU on määritellyt uusiutuvan energian osuudeksi 38 % kokonaisenergian kulutuksesta vuoteen 2020 mennessä. Suomen tavoitetta voi pitää varsin haasteellisena ja näin ollen tavoitteiden saavuttaminen edellyttää myös, että Suomessa käyttöönotetaan monipuolisia energiatehokkuutta parantavia ja erilaista tuotantoteknologiaa hyödyntäviä ratkaisuja. Biopolttoaineita käyttävä pienen kokoluokan yhdistetty sähkön ja lämmön tuotanto (CHP) voi osaltaan tarjota yhden ratkaisun varmistaa kestävä kehitys. Hajautetusti toimivat kiinteää biopolttoainetta, kuten metsätähdehaketta esimerkiksi maatiloilla, kasvihuoneilla ja pkteollisuudessa käyttävät pien-CHP laitokset lisäävät energiaomavaraisuutta, työllisyyttä ja maaseudun elinvoimaa. Sähkön ja lämmön yhteistuotanto – hankekokonaisuus sisälsi kolme erillistä projektia; (1) Bio-CHP tutkimus- ja opetuslaboratorion kehittäminen, (2) Biovoima Innoverkko, ja (3) Sähkön ja lämmön yhteistuotanto biopolttoaineilla, alueellinen selvitys. Näissä projekteissa on (1) tutkittu, koekäytetty, testattu ja mallinnettu pienen kokoluokan (laitoksen polttoaineteho alle 3 MW) CHP-laitteistoa laboratorio-olosuhteissa, (2) koulutettu ja konsultoitu potentiaalisia asiakkaita, laitevalmistajia ja energiayrityksiä sekä (3) kartoitettu markkinapotentiaalia, potentiaalisia asiakkaita ja alan toimijoita sekä tehty esiselvityksiä käyttökohteiden kannattavuudesta. Hankekokonaisuuden yhteydessä Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa laboratoriossa koekäytössä oleva CHPratkaisu perustuu Stirling-moottorin tai vaihtoehtoisesti mikroturbiinin käyttöön hakelämmityskattilalaitoksen yhteydessä. Kaupalliseen vaiheeseen edetessään pienen kokoluokan CHP-tuotanto voidaan arvioida kannattavaksi, koska sen avulla voidaan muun muassa saavuttaa kustannussäästöjä, vähentää päästöjä, ja lisätä sähköntuotannon omavaraisuutta sekä tukea alueellista työllisyyttä. Tässä hankkeessa (3) tutkittiin pienen kokoluokan hajautetun CHP-teknologian markkinapotentiaalia yleisesti Suomessa ja Kaakkois-Suomessa, tarkasteltiin alueellisia primäärienergialähteitä, ja tutkittiin laitetoimittajia, energiayrityksiä sekä niiden liiketoimintaverkostoja. Alueellisen selvityksen tueksi tutkittavia asioita tarkasteltiin osittain myös laajemmin muun muassa vertaisarvioinnin ja riittävän suuren otoskoon varmistamiseksi. Hankkeessa konsultoitiin potentiaalisia CHP-käyttökohteita ja tehtiin esiselvitykset kahdeksan kohteen teknis-taloudellisesta kannattavuudesta. Konsultoinneissa ja esiselvityksissä hyödynnettiin kehitettyä teknis-taloudellista laskentamallia. Hankkeen tulosten pohjalta laadittiin yleisohje soveltuvuusselvitysten tekemiseksi sekä suositus bioenergian alueelliseksi kehittämiseksi hajautetussa CHP-tuotannossa. Vuoden 2011 alussa voimaan tullut laki uusiutuvilla energialähteillä tuotetun sähkön tuotantotuesta on tarkoitettu tukemaan tuulivoimalla, biokaasulla ja puupolttoaineella tuotettua sähkön tuotantoa. Syöttötariffijärjestelmään hyväksytty sähkön tuottaja osallistuisi sähkömarkkinoille, ja tuottajalle maksettaisiin määräajan tukea markkinahinnan ja tuotantokustannusten välisen eron kattamiseksi. Jotta metsähakevoimala yleisten kelpoisuusehtojen täytyttyä voitaisiin hyväksyä syöttötariffin piiriin, pitää lisäksi laitoksen generaattoreiden nimellistehon olla vähintään 100 kW. Nykytekniikalla ja nykyisillä laitosten hyötysuhteilla tämä tarkoittaa sitä, että CHP-laitoksen kokonaistehon tulisi olla suuruusluokaltaan noin 500 kW. Näin ollen syöttötariffijärjestelmä ei kannusta pienimpiä laitoksia bioenergialla tuotetun sähkön myyntiin, ja näissä tapauksissa onkin arvioitava ainoastaan omakäyttösähkön merkitystä. Lämpö- ja CHP-laitosten polttoaineen hankintaketjua tuleva laki pienpuun energiatuesta (Petu) on hyväksytty eduskunnassa ja tulee voimaan asetuksella, mikäli Euroopan komissio hyväksyy uuden valtiontukijärjestelmän. Pienpuun energiatuki korvaa aiemmat Kemera-lain mukaiset korjuu- ja haketustuet. Tukea maksetaan nuoren metsän hoidon tai ensiharvennuksen yhteydessä saatavasta energiapuusta, mutta ei päätehakkuiden energiapuusta. Maa- ja puutarhataloudessa potentiaalisimpia käyttökohteita ovat suurehkot sika- ja siipikarjatilat, joiden lämmön ja sähkön kulutus on jo merkittävää. Kasvihuoneet ovat jo keskikokoisina huomattavia sähkön ja lämmön kuluttajia, ja siten potentiaalisia kohteita. Yleisesti tilojen määrän ennustetaan jo lähivuosien aikana vähenevän ja tilakoon kasvavan merkittävästi. Suurempi yksikkökoko luonnollisesti merkitsee mahdollisesti parantuneesta energiatehokkuudesta huolimatta yleensä suurempaa energian tarvetta ja siten potentiaalista kiinteää biomassaa käyttävää CHP-kohdetta. Pk-teollisuudessa luontevia käyttökohteita ovat esimerkiksi mekaanisen metsäteollisuuden laitokset sekä yleisestikin teollisuuskohteet, joiden energian kulutus on kohtalainen ja suhteellisen tasainen. Niin ikään suurehkot kiinteistöt, kuten esimerkiksi hotellit ja vanhainkodit, ovat potentiaalisia käyttökohteita. Olemassa olevat aluelämpölaitokset voivat ottaa CHP-teknologian käyttöön esimerkiksi laitoksen peruskorjauksen tai uusimisen yhteydessä. Kaiken kaikkiaan Kaakkois-Suomessa voidaan arvioida olevan maatiloilla, kasvihuoneissa, pk-teollisuudessa ja lämpölaitoksissa yhteensä useita kymmeniä potentiaalisia käyttökohteita. Arvioitaessa Kaakkois-Suomen kiinteitä bioenergiapotentiaaleja, keskeisin on metsäenergia, jonka teknistaloudellinen potentiaali on arvioitu olevan alle 2000 GWh, mitä voidaan pitää varsin konservatiivisena arviona. Peltoenergiapotentiaaliksi on arvioitu noin 400 GWh. Metsätähdehaketta kuljetetaan myös maakuntien välillä, vaikka kuljetusmatkat tulisi rajoittaa enintään 50–100 km etäisyydelle käyttöpaikasta kannattavuuden turvaamiseksi. Energiapuun voidaan arvioida riittävän pienen kokoluokan CHPteknologian lisääntyvään tarpeeseen, mutta alueellisesti polttoaineen saatavuuteen ja hintaan vaikuttavat olennaisesti esimerkiksi suurten CHP-laitosten mahdollisesti lisääntyvä metsähakkeen käyttö. Metsäteollisuuden ainespuun käytöllä on keskeinen rooli energiapuun saantoon. Lisäksi metsänomistajien todellinen halukkuus energiapuun myyntiin vaihtelee, ja esimerkiksi kantojen hyödyntäminen biopolttoaineena jakaa mielipiteitä. Hankkeessa tutkittiin ja haastateltiin 26 lämpöyritystä ja 26 lämpölaitostoimittajaa eri puolella Suomea sekä 19 potentiaalista CHP-laitevalmistajaa Kaakkois-Suomessa. Lämpöyrittäjyys on varsin paikallista toimintaa, joka on voimakkaasti kasvamassa. Lämpöyrittäjien hoitamia kohteita on Suomessa tällä hetkellä noin 450. Lämpölaitoksen ja lämpöverkon omistaa usein esimerkiksi kunta, ja lämpöyrittäjä hankkii polttoaineen, huolehtii laitoksen toiminnasta ja saa tuoton myydystä energiasta. Tyypillisesti lämpöyrityksellä ja –yrittäjällä on yhteistyötä paitsi polttoainetoimittajien ja asiakkaidensa kanssa, niin myös erilaisia huolto- ja muita palveluita tarjoavien tahojen, lämpölaitoksen kokonais- ja komponenttitoimittajien, ja muiden lämpöyrittäjien kanssa. Merkittävimmät laitevalmistajat ovat maantieteellisesti painottuneet Länsi- ja Etelä- Suomeen. Valmistajat ovat pääosin pk-yrityksiä, joista muutama on osa isompaa konsernia. Yritykset valmistavat tyypillisesti muun muassa lämpökattiloita, poltinteknologiaa, kuljettimia ja automaatiojärjestelmiä. Harva yritys valmistaa kaikki lämpölaitoksen komponentit itse, mutta useat kykenevät suunnittelemaan ja toimittamaan asiakkaille kokonaisia laitoksia avaimet käteen periaatteella liiketoimintaverkostojaan hyödyntäen. Laajimmillaan yritysten liiketoimintaverkostoihin voi kuulua asiakkaita, alihankkijoita, muita laitevalmistajia, kilpailijoita ja muita palveluiden tarjoajia. Kaakkois-Suomessa on huomattava yrityskanta konepaja-, automaatio-, hydrauliikka-, sähkö- ja LVI-yrityksiä, ja osa näistä yrityksistä on toiminut muun muassa metsäteollisuuden alihankkijoina. Metsäteollisuuden rakennemuutoksen myötä yritykset joutuvat osittain suuntaamaan liiketoimintaansa muualle, ja kyseisillä yrityksillä on perusosaamista ja kyvykkyyttä palvella energia-alaa, kuten esimerkiksi toimittaa komponentteja, laitteita tai palveluita CHP-laitostoimituksiin. Liiketoiminnan suuntaaminen uudelle toimialalle ja mahdollisten omien tuotteiden suunnittelu, valmistus ja markkinointi edellyttää kuitenkin merkittäviä panostuksia ja riskinsietokykyä. Kaiken kaikkiaan tutkitut lämpöyritykset, laitostoimittajat ja potentiaaliset laitetoimittajat suhtautuivat varovaisen positiivisesti pien-CHP:n tarjoamiin mahdollisuuksiin. Pien-CHP teknologian todettiin vielä vaativan kuitenkin kehittämistä, ja toisaalta yhteiskunnan tukitoimenpiteet nähtiin välttämättöminä, jotta bioenergiaa hyödyntävät pien-CHP ratkaisut voisivat yleistyä. Hankkeessa tutkittiin syvällisemmin erityyppisiä potentiaalisia bio-CHP kohteita, joista tehtiin esiselvitystasoiset soveltuvuus- ja kannattavuusarviot. Halukkuutta esiselvitysten tekemiseen olisi potentiaalisilta asiakkailta todennäköisesti löytynyt enemmän, mikäli bioenergiaa hyödyntävät pienen kokoluokan CHP-ratkaisut olisivat olleet lähempänä kaupallista sovellusta ja yhteiskunnan tukijärjestelmät bioenergialle valmiimpia sekä kattaneet paremmin myös pienen kokoluokan laitokset. Käyttökohteet olivat hyvin yksilöllisiä eikä niiden perusteella ollut mahdollista muodostaa yleispätevää mallia soveltuvuuden ja kannattavuuden arvioimiseksi. Teknologisten ratkaisujen vielä kehittyessä tarkkoja arvioita laitekustannuksista ei niin ikään ollut mahdollista esittää. Voidaan kuitenkin arvioida, että laitehinnat tulevat merkittävästi alenemaan kaupallisten ratkaisujen yleistyessä. Käyttökohteen kannattavuutta eivät itsestään selvästi turvaa myöskään yhteiskunnan tukijärjestelmät, vaikka laitos kuuluisikin kyseisten tukien piiriin. Olennaista investoinnin kannattavuuden kannalta on riittävän iso ja tasainen sähkön ja lämmön kulutus käyttökohteessa sekä polttoaineen ja energiahintojen tuleva kehitys. Kiinteitä biopolttoaineita kuten metsähaketta käyttävä pienen kokoluokan hajautettu CHP-teknologia on vielä kehittymässä, ja mennee vielä muutama vuosi ennen kuin kaupalliset ratkaisut yleistyvät merkittävästi. Yhteiskunnan tukimuodot kuten esimerkiksi syöttötariffijärjestelmä eivät niin ikään parhaalla mahdollisella tavalla tue kaikkein pienimmän kokoluokan CHP-investointeja. Pien-CHP ratkaisujen kaupallistumisen myötä Kaakkois-Suomella on yhtäläiset mahdollisuudet yhdessä muun Suomen kanssa kehittyä hajautetun bioenergian entistä kokonaisvaltaisemmaksi hyödyntäjäksi Avainsanat: sähkön ja lämmön yhteistuotanto, combined heat and power (CHP), mikroturbiini, stirling, syöttötariffi, biopolttoaine, metsähake, lämpöyrittäjä, lämpölaitosvalmistaja, maatila

Pre- and postnatal nutrition – target for allergy risk reduction

A rapid increase in allergic diseases in Western societies has led to the conclusion that our modern lifestyle is a risk factor for immune dysregulation. Potential culprits and benefactors are searched among early dietary and microbial exposures, which may act to program later allergic disease. The aim of this thesis was to investigate the role of early maternal and child nutrition in reducing the risk of child allergy. The study population comprised of 256 mother – child pairs from families with a history of allergy participating in a randomized controlled dietary counseling and probiotic intervention (Lactobacillus rhamnosus GG and Bifidobacterium lactis Bb12) study from early pregnancy onwards. The dietary counseling aimed for a diet complying with dietary recommendations for pregnant and lactating women, with special attention to fat quality. Maternal dietary counseling was reflected in cord blood fatty acids suggesting better essential fatty acid status in infants in the counseling group. Dietary counseling with probiotics or placebo had no effect on child allergy risk, but associations between maternal diet during pregnancy and breastfeeding and child allergic outcomes were found in secondary analyses. During pregnancy, milk intake was related to decreased and cheese intake to increased risk of child atopic eczema. During breastfeeding, intake of vitamin C was related to increased risk of asthma and intake of egg was related to decreased risk of atopic eczema. The timing of introduction of complementary foods to infant’s diet was not associated with risk of atopic eczema, when adjusted with parental opinion of child allergic symptoms (i.e., potential reverse causality). In conclusion, the results demonstrate that infant fatty acid supply can be modified via maternal dietary changes. In addition, interesting associations of maternal diet with child allergy risk were discovered. However, no difference in the incidence of allergic diseases with dietary counseling was observed. This suggests that more potent dietary interventions might be necessitated to induce clinical risk reduction of allergy. Highrisk families can safely adhere to dietary recommendations for pregnant and lactating women, and the results support the current conception that no additional benefit is gained with delaying introduction of complementary feeding.

Lämpökynttilän palo-ominaisuuksiin vaikuttavien tekijöiden analytiikka: raaka-aineet, sydänlanka, rakenne ja olosuhteet

Työn tavoitteena oli tutkia lämpökynttilän palo-ominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä. Työn taustalla on yhteistyö suomalaisen kynttilävalmistajan kanssa. Kynttilävalmistajan lämpökynttilöissään käyttämän raaka-aineen hinnan noustessa, on valmistaja kiinnostunut käyttämään edullisempia raaka-aineita. Palamisen kriteerit saavuttavan kynttilän valmistaminen markkinoilla olevista uusista raaka-aineista on havaittu olevan haastavaa, ja vaatii edelleen kehitystyötä. Teoriaosassa käytiin läpi kynttilänvalmistusta yleisesti, RAL-laatustandardin asettamat kriteerit lämpökynttilälle, palamiseen vaikuttavia tekijöitä sekä työn kokeellisessa osassa käytettyjen analyysimenetelmien periaatteet. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin erilaisten kynttiläraaka-aineiden koostumusta ja ominaisuuksia sekä sydänlankojen rakennetta. Lisäksi tutkittiin, miten sydänlangan sisältämien säikeiden määrä, eri raaka-aineiden seossuhteiden muutos sekä jäähdytyslämpötilan muutos vaikuttavat lämpökynttilän palo-ominaisuuksiin. Työssä myös selvitettiin muutaman markkinoilla olevan kynttilän raaka-ainekoostumus. Tutkimuksissa havaittiin, että vaadittavan liekin korkeuden saavuttamiseksi viskositeetti on yksi raaka-aineen tärkeimmistä ominaisuuksista. Raaka-aineen viskositeetin kasvaessa tarvitaan paksumpi sydänlanka. Raaka-aineen viskositeetin kasvaessa liekin korkeus ei aina pienene, koska liekin korkeuteen vaikuttaa myös langalle tehty kemiallinen käsittely. Mitä korkeampi kynttilän liekki on, sitä suurempi on raaka-aineen kulutus eli palovuo ja tällöin liekin korkeus vaikuttaa myös kynttilän paloaikaan. Kokeissa havaittiin, että liekin korkeuden ollessa vakio, palovuo oli korkein steariinilla. Steariinin jälkeen tulivat palmuvaha ja parafiini. Tällöin parafiinia tarvittiin vähemmän vastaavan paloajan saavuttamiseksi. Nopean jäähdytyksen havaittiin vaikuttavan palmuvahan palovuohon alentavasti, vaikka jäähdytystavalla ei ollut vaikutusta liekin korkeuteen.