Puu- ja turvetuhkan hyötykäyttökelpoisuuteen vaikuttavat tekijät pienillä polttolaitoksilla

Energiantuotannossa syntyvä tuhka voi olla laadultaan hyvin vaihtelevaa ja laadunvaihtelulle on haastavaa löytää yksiselitteistä syy-seuraussuhdetta. Ympäristönsuojelulainsäädäntö ja taloudelliset intressit ohjaavat tuhkantuottajia etsimään tuhkalle sopivia hyötykäyttökohteita, ja sen vuoksi tuhkan laatuun ja hyötykäyttökelpoisuuteen vaikuttavia tekijöitä on tarpeen selvittää. Tässä diplomityössä on tutkittu pienissä, alle 50 MW:n polttolaitoksissa syntyvää tuhkaa. Tavoitteena oli selvittää, kuinka tuhkan hyötykäyttökelpoisuuteen voidaan vaikuttaa. Tutkimuksen kohteena oli polttoainekoostumuksen, poltto-olosuhteiden ja tuhkan jälkikäsittelyn vaikutus tuhkassa olevien haitta-aineiden pitoisuuksiin ja liukoisuuksin. Työhön sisältyi myös aiemmin tehtyjen tuhka-analyysien tarkastelu sekä tuhkakokeet kahdella kohderyhmään kuuluvalla laitoksella. Työssä todettiin lentotuhkan haitta-ainepitoisuuksien ja -liukoisuuksien olevan keskimäärin korkeampia kuin pohjatuhkan vastaavien, ja että tyypillisesti arinakattilan tuhkien haitta-aineet ylittävät useammin hyötykäyttökelpoisuuden raja-arvoja kuin kuplaleijupetikattilan tuhkien. Lisäksi havaittiin metsätähdehaketuhkan kelpaavan useammin hyötykäyttöön kuin rankahaketuhkan.

Effect of Material Recycling on the Feasibility of Solid Recovered Fuel Fired Power Plant

This master’s thesis examines the effects of increased material recycling on different waste-to-energy concepts. With background study and a developed techno-economic computational method the feasibility of chosen scenarios with different combinations of mechanical treatment and waste firing technologies can be evaluated. The background study covers the waste scene of Finland, and potential market areas Poland and France. Calculated cases concentrate on municipal solid waste treatment in the Finnish operational environment. The chosen methodology to approach the objectives is techno-economic feasibility assessment. It combines calculation methods of literature and practical engineering to define the material and energy balances in chosen scenarios. The calculation results together with other operational and financial data can be concluded to net present values compared between the scenarios. For the comparison, four scenarios, most vital and alternative between each other, are established. The baseline scenario is grate firing of source separated mixed municipal solid waste. Second scenario is fluidized bed combustion of solid recovered fuel produced in mechanical treatment process with metal separation. Third scenario combines a biomaterial separation process to the solid recovered fuels preparation and in the last scenario plastics are separated in addition to the previous operations. The results indicated that the mechanical treatment scenarios still need to overcome some problems to become feasible. Problems are related to profitability, residue disposal and technical reliability. Many uncertainties are also related to the data gathered over waste characteristics, technical performance and markets. With legislative support and development of further processing technologies and markets of the recycled materials the scenarios with biomaterial and plastic separation may operate feasibly in the future.

Utveckling av metod för att bedöma behovet av ogräsbekämpning i spår

A system for weed management on railway embankments that is both adapted to the environment and efficient in terms of resources requires knowledge and understanding about the growing conditions of vegetation so that methods to control its growth can be adapted accordingly. Automated records could complement present-day manual inspections and over time come to replace these. One challenge is to devise a method that will result in a reasonable breakdown of gathered information that can be managed rationally by affected parties and, at the same time, serve as a basis for decisions with sufficient precision. The project examined two automated methods that may be useful for the Swedish Transport Administration in the future: 1) A machine vision method, which makes use of camera sensors as a way of sensing the environment in the visible and near infrared spectrum; and 2) An N-Sensor method, which transmits light within an area that is reflected by the chlorophyll in the plants. The amount of chlorophyll provides a value that can be correlated with the biomass. The choice of technique depends on how the information is to be used. If the purpose is to form a general picture of the growth of vegetation on railway embankments as a way to plan for maintenance measures, then the N-Sensor technique may be the right choice. If the plan is to form a general picture as well as monitor and survey current and exact vegetation status on the surface over time as a way to fight specific vegetation with the correct means, then the machine vision method is the better of the two. Both techniques involve registering data using GPS positioning. In the future, it will be possible to store this information in databases that are directly accessible to stakeholders online during or in conjunction with measures to deal with the vegetation. The two techniques were compared with manual (visual) estimations as to the levels of vegetation growth. The observers (raters) visual estimation of weed coverage (%) differed statistically from person to person. In terms of estimating the frequency (number) of woody plants (trees and bushes) in the test areas, the observers were generally in agreement. The same person is often consistent in his or her estimation: it is the comparison with the estimations of others that can lead to misleading results. The system for using the information about vegetation growth requires development. The threshold for the amount of weeds that can be tolerated in different track types is an important component in such a system. The classification system must be capable of dealing with the demands placed on it so as to ensure the quality of the track and other pre-conditions such as traffic levels, conditions pertaining to track location, and the characteristics of the vegetation. The project recommends that the Swedish Transport Administration: Discusses how threshold values for the growth of vegetation on railway embankments can be determined Carries out registration of the growth of vegetation over longer and a larger number of railway sections using one or more of the methods studied in the project Introduces a system that effectively matches the information about vegetation to its position Includes information about the growth of vegetation in the records that are currently maintained of the track’s technical quality, and link the data material to other maintenance-related databases Establishes a number of representative surfaces in which weed inventories (by measuring) are regularly conducted, as a means of developing an overview of the long-term development that can serve as a basis for more precise prognoses in terms of vegetation growth Ensures that necessary opportunities for education are put in place

Optimization of a steel plant utilizing converted biomass

Inom nära framtid kan det vara ekonomiskt lönsamt att investera i träbaserad biomassa-användning inom stålproduktion. En förutsättning är att biomassans bränsle-egenskaper förbättras genom en sorts förkolning, närmare sagt långsam pyrolysering. Som biomassakälla duger skogsrester och dylikt. Nyttan med att använda biomassa är att man reducerar fossila CO2-utsläpp och på så vis minskar på den globala uppvärmningen; detta kräver dock att återplantering görs för att fånga de frigjorda CO2-utsläppen som härstammar från biomassans skörd, transport, processering och förbränning. En investering i en pyrolyseringsanläggning integrerad i ett stålverk kan vara lönsam ifall utsläppskatten är över 20 € per ton CO2 då biomassakostnaden är 40 € per ton torr substans. Detta är dock inte fallet i dagens läge och i Finland är dessa avgifter beroende av politiska beslut på Europeisk nivå. Det kunde dock vara av politiskt intresse att stödja biomassa-användningen inom stålindustrin eftersom detta skulle skapa nya arbetsplatser såväl inom själva stålindustrin som inom skogsindustrin och möjligen även inom kemi-industrin, beroende på hur de resulterande pyrolysprodukterna (träkol, gas och bio-oljor) utnyttjas. Med tanke på att närmare en femtedel av alla CO2-utsläpp härstammande från industrin kommer från stålindustrin så är det uppenbart att mera miljövänligare alternativ kommer att krävas i framtiden. Lähitulevaisuudessa voi olla taloudellisesti kannattavaa käyttää puuperäistä biomassaa teräksen valmistuksessa. Tämä vaatii kuitenkin sen, että biomassa läpikäy eräänlaisen hiillostuksen, eli pyrolyysin, ja tässä tapauksessa, hitaan pyrolyysin. Biomassalähteeksi kelpaavat esimerkiksi hakkuujätteet ja muu puujäte. Hyöty biomassankäytöstä syntyy siitä, kun se osittain korvaa perinteisesti käytettyjä fossiilisia polttoaineita, jolloin fossiiliset hiilidioksidipäästöt vähenevät ja tällöin myös vaikutus ilmaston lämpenemiseen vähenee. Edellytyksenä on tietysti se, että uusia puita ja kasveja istutetaan, jotta biomassan keräyksestä, kuljetuksesta, käsittelystä sekä poltosta vapautunut hiilidioksidi saadaan jälleen talteen. Arvion mukaan pyrolyysiyksikön integroiminen terästehtaaseen tulee taloudellisesti kannattavaksi, kun hiilidioksidivero nousee yli 20 € per tonni, kun biomassan hinnaksi on arvioitu 40 € per tonni kuiva-ainesta. Kyseinen hintataso ei ole tällä hetkellä voimassa ja Suomen tilanne tässä asiassa on vahvasti kytköksissä Euroopan tasolla tehtäviin päätöksiin. Aihe voisi kuitenkin olla poliittisella tasolla kiinnostava ja taloudellisen tuen arvoista, koska biomassan käyttö loisi lisää työpaikkoja niin terästeollisuudessa kuin puuteollisuudessakin ja mahdollisesti myös kemianteollisuudessa, riippuen siitä miten erinäisiä pyrolyysituotteita (puuhiili, kaasu ja bio-öljy) hyödynnettäisiin. Ottaen huomioon, että terästeollisuus maailmanlaajuisesti vastaa noin viidesosasta kaikista teollisuudesta peräisin olevista hiilidioksidipäästöistä on päivänselvää, että ympäristöystävällisemmille vaihtoehdoille on tarvetta tulevaisuudessa.

Biopolttoaineilla kestävyyttä merenkulkuun? Elinkaariarviointi kestävyyden mittarina

Merenkulun ilmapäästöillä on laajoja vaikutuksia sekä ilmanlaatuun, ilmaston-muutokseen että ihmisten terveyteen. Muiden liikennemuotojen päästöihin on puututtu jo pitkään, mutta merenkulun yhteydessä International Maritime Organisation IMO on asettanut rajoituksia mm. rikkipäästöille vasta viime vuosina. Itämeri on saanut erityisaseman ns. SECA-alueena, jolla operoivien alusten polttoaineen rikkipitoisuus ei saa ylittää 0,1 prosenttia. Yhtenä ratkaisuna päästöongelmiin voivat toimia biopolttoaineet. Liikennekäyttöön tarkoitettuja biopolttoaineita on jo kaupallisessa käytössä ja mm. jätepohjaisia raaka-aineita tutkitaan parhaillaan. EU:n biopolttoaineita käsittelevät säädökset edellyttävät, että tuotannon on oltava kestävää, jotta sillä saavutetaan todellisia kasvihuonekaasupäästöjen vähennyksiä. Kestävyyden arviointiin paras keino on elinkaariarviointi eli LCA, jonka avulla voidaan laskennallisesti osoittaa päästövähennykset verrattuna fossiilisen poltto-ainetuotannon ja käytön tuottamiin päästöihin. Elinkaariarviointi ottaa huomioon tuotantoketjun kaikki päästöt aina raaka-aineen tuottamisesta tuotteen hävittämiseen saakka. Tässä tutkimuksessa elinkaariarviointi suoritettiin Turussa sijaitsevan VG-Shipping -varustamon tarpeisiin. Tuloksia käytetään lain edellyttämän toiminnan-harjoittajan kestävyysjärjestelmän luomiseen sekä sen arviointiin, miten elinkaariarviointi toimii kestävyyden mittarina. VG-Shipping tuottaa oman varustamotoimintansa tarpeisiin jätepohjaisista raaka-aineista tuotettua bioöljyä ja -dieseliä. Elinkaariarviointi osoitti tuotannon olevan kestävällä tasolla ja päästövähennysten olevan fossiiliseen vertailukohtaan nähden eri tuotantoketjuilla 84-96 prosentin välillä.