Hiilijalanjäljen laskeminen purku- ja korjausrakentamiskohteille

Tämä opinnäytetyö on tehty yhteistyössä Lappeenrannan teknillisen yliopiston ja Enviroc Oy:n kanssa. Työn tarkoituksena on ollut kehittää suomalaisiin olosuhteisiin soveltuva laskentamalli purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjäljelle. Kehitettyä mallia voi käyttää yrityksessä lainsäädännön vaatimusten noudattamisen todentamiseen sekä purku- ja korjausrakentamiskohteiden toimintatapojen vertailuun. Työssä käsitellään purku- ja korjausrakentamiskohteiden hiilijalanjälkeen vaikuttavia asioita, joita ovat työmaan energiankulutus sekä syntyvien jätteiden lajittelu, kuljetukset, käsittely ja hyödyntäminen tai loppusijoitus. Laskentamalli on kehitetty laskemalla esimerkkikohteille hiilijalanjäljet elinkaarimallintamisen avulla. Työssä on tarkasteltu myös vaihtoehtoisia jäteskenaarioita sekä laskentamallin luotettavuutta. Työn lopputuloksena on saatu kolmen eri kokoluokan esimerkkikohteen hiilijalanjäljet ja laskentamallin periaatekaaviot. Jätteiden toimituspisteiden ja jätejakeiden kulkureittien vaihtelevuuden sekä eri kohteista muodostuvien erityyppisten jätejakeiden johdosta yhden kokonaisvaltaisen laskentamallin kehittäminen on haasteellista. Myös tietojen hankinta kohteista ja jatkokäsittelyistä ja etenkin primääritietojen saaminen on ongelmallista. Tämänhetkinen laskentamalli perustuu enimmäkseen sekundääritietoihin ja arvioihin, joten mallin luotettavuuden lisäämiseksi olisi panostettava primääritiedon määrän lisäämiseen. Laskennan perusteella jäteskenaariovaihtoehdoista lajitteleva toimintamalli osoittautui hiilijalanjäljen kannalta suotuisimmaksi pienemmissä kohteissa ja käsittelylaitospainotteinen malli suuressa kohteessa. Merkittäviä tekijöitä kohteiden hiilijalanjälkien muodostumiselle olivat metallien käsittely, jätteiden poltto sekä neitsytraaka-aineista valmistetun teräksen ja fossiilisten polttoaineiden vältetyt päästöt. Merkittävimmiksi kasvihuonekaasuiksi purku- ja korjausrakentamiskohteiden laskennassa osoittautuivat hiilidioksidin lisäksi halogenoidut hiilivedyt ja metaani.

Kulttuuriset ajan mallit yliopiston pedagogisessa projektitoiminnassa

Virve Kallioniemi-Chambersin väitöskirja Kulttuuriset ajan mallit yliopiston pedagogisessa projektitoiminnassa (Tampereen yliopisto 2010).

Syntypaikkalajitellun sekajätteen koostumuksen sekä palamisteknisten ominaisuuksien selvitys Etelä-Karjalan alueella

Etelä-Karjalan alueen lajittelututkimuksen tavoitteena oli selvittää alueella syntyvän syntypaikkalajitellun sekajätteen koostumus sekä jätteen palamistekniset ominaisuudet. Palamisteknisinä ominaisuuksina selvitettiin jätteen kosteuspitoisuus, tuhkapitoisuus sekä tehollinen lämpöarvo saapumistilassa. Lisäksi pyrittiin löytämään ratkaisuja kaatopaikkakuormituksen pienentämiselle. Saatuja tuloksia verrattiin aiemmin Suomessa tehtyihin jätekoostumustutkimuksiin ja palamisteknisten ominaisuuksien selvityksiin. Lajittelututkimuksen tulosten perusteella erilliskeräys tarvitsee tehostamista. Biohajoavaa jätettä alueelta kerätyistä otoksista oli 51 m-%, josta biojätettä oli noin 24 m-%. Lisäksi jätteestä kierrätykseen kelpaavia jakeita oli 21 m-%. Palamisteknisten ominaisuuksien määrityksessä tulokset olivat kuivajätteen osalta seuraavat: kosteuspitoisuus 29 %, tehollinen lämpöarvo saapumistilassa 15 MJ/kg ja tuhkapitoisuus kuiva-aineesta 16 %. Tutkimuksesta saadut tulokset ovat linjassa referenssitutkimusten tulosten kanssa. Kaatopaikkakuormituksen vähentämisessä keskeisiä toimenpiteitä ovat tiedotus ja neuvonta. Lisäksi erilliskeräyspisteiden sijoittelulla ja määrän lisäämisellä voidaan saada vähennettyä kierrätyskelpoisen jätteen loppusijoitusta kaatopaikalle. Kierrätyskelvottomien jakeiden poltolla saadaan myös pienennettyä kaatopaikalle loppusijoitettavan jätteen määrää. Syntypaikkalajitellun sekajätteen seassa oli runsaasti polttokelpoista materiaalia. Massapolttoon kelpaavaa jätteestä oli 92 m-% ja energiajätteeseen kelpaavaa 47 m-%. Näistä 13 m-% oli kierrätykseen kelpaavaa jaetta, joka tulisi ohjata kierrätykseen.

Sähkön ja lämmön yhteistuotanto haasteellisilla polttoaineilla

Maailman energian kulutuksen lisääntymisen ja ilmastonmuutoksen myötä energiantuotannossa joudutaan jatkuvasti sopeutumaan muuttuviin tilanteisiin ja haasteisiin. Polttoteknillisiä haasteita aiheuttavat pelto- ja kierrätyspolttoaineet ovat lisäämässä osuuttaan uusiutuvien polttoaineiden joukossa. Jotta kyseisiä haasteellisia polttoaineita pystytään hyödyntämään, täytyy niiden aiheuttamat ongelmat tuntea ja laitevalmistajien kehittää niiden hyödyntämiseen sopivaa tekniikkaa. Tässä diplomityössä käydään läpi tulevaisuudessa käytettävät polttoaineet, nykyiset päästörajat, kiinteiden polttoaineiden poltto- ja kaasutustekniikat sekä likaantumis-, kuonaantumis- ja korroosiomekanismit voimalaitoskattiloissa. Työssä tutkitaan, onko haasteellisten polttoaineiden käyttöön investoiminen järkevää ja mikä nykypäivän tekniikoista on kannattavin. Myös välitulistuksen, lauhdeperän ja apujäähdyttimen kannattavuuksia vertaillaan sähkön ja lämmön yhteistuotannossa. Tuloksiksi saatiin, että edullisten peltobiomassojen ja kierrätyspolttoaineiden käyttäminen, joko perinteisten polttoaineiden seassa tai pääpolttoaineena, on nykyhinnoilla perinteisiin polttoaineisiin verrattuna kannattavaa. Investoiminen kierrätyspolttoaineiden valmistuslaitteisiin maksimoi kierrätyspolttoaineista saatavaa hyötyä. Välitulistuksen todettiin soveltuvan huonosti vastapaineprosessiin, sillä siitä saatava sähköntuotannon lisäys on hyvin pieni. Lauhdeperän ja apujäähdyttimen vertailuissa huomattiin, että lauhdeperä on kannattava investointi, jos sähkön ja lämmön hintaero pysyy tarpeeksi suurena. Haasteellisilla polttoaineilla pystytään pienentämään kasvihuonepäästöjä ja korvaamaan fossiilisten polttoaineiden käyttöä.

Model development for circulating fluidized bed boiler operation

Comprehensive understanding of the heat transfer processes that take place during circulating fluidized bed (CFB) combustion is one of the most important issues in CFB technology development. This leads to possibility of predicting, evaluation and proper design of combustion and heat transfer mechanisms. The aim of this thesis is to develop a model for circulating fluidized bed boiler operation. Empirical correlations are used for determining heat transfer coefficients in each part of the furnace. The proposed model is used both in design and offdesign conditions. During off-design simulations fuel moisture content and boiler load effects on boiler operation have been investigated. In theoretical part of the thesis, fuel properties of most typical classes of biomass are widely reviewed. Various schemes of biomass utilization are presented and, especially, concerning circulating fluidized bed boilers. In addition, possible negative effects of biomass usage in boilers are briefly discussed.

Jätteenpolton typenoksidipäästöjen vähentäminen

Työn tavoitteena oli selvittää jätteenpolton typenoksidipäästöjen puhdistusmahdollisuuksia. Työssä käydään läpi typen oksidien muodostuminen poltossa ja typen oksidien poistomenetelmät. Poistomenetelmiä käsiteltäessä painotus on arinapoltossa ja erityisesti selektiivisessä ei-katalyyttimenetelmässä (SNCR). Työn kokeellinen osa tehtiin Ekokem Oy Ab:n jätevoimalassa Riihimäellä. Kokeellisessa osassa selvitettiin ensin ammoniakkiveden massavirran, SNCR-laitteiston veden massavirran ja räjähdysnuohouksen vaikutusta typenoksidipitoisuuteen. Samalla selvitettiin muita typenoksidipitoisuuteen vaikuttavia tekijöitä sekä SNCR-laitteiston puhdistustehokkuus. Sen jälkeen selvitettiin parhaita toiminta-arvoja öljyisen veden massavirralle, SNCR-laitteiston massavirralle ja primääri- ja sekundääri-ilman suhteelle typenoksidipitoisuuden, ammoniakki-slip:n, ilokaasupitoisuuden, ammoniakkiveden kulutuksen ja höyryn tuotannon kannalta. Tulokseksi saatiin, että ammoniakkiveden massavirran lisääminen pienentää typenoksidipitoisuutta, mutta voi aiheuttaa ammoniakkipäästön. Paras SNCR-laitteiston veden massavirta on suurin tutkittu, 800 kg/h, jolloin typenoksidipitoisuus sekä typenoksidipitoisuuden hetkittäinen vaihtelu, ammoniakkiveden kulutus ja ammoniakkipäästö ovat pienimmät. Samalla tosin höyryn virtaama pienenee. SNCR-laitteiston puhdistustehokkuudeksi saatiin 60 %. Räjähdysnuohouksella ei ole havaittavaa, eikä öljyisen veden massavirralla merkittävää vaikutusta typenoksidipitoisuuteen. Ammoniakkiveden kulutuksen kannalta paras öljyisen veden määrä on 600 kg/h, kun taas ammoniakki-slip:n kannalta paras öljyisen veden määrä on 950 kg/h. Primääri-ilman osuuden pienentäminen pienentää ammoniakki-slip:iä ja ammoniakkiveden kulutusta.

Dry biomass distribution in a cerrado sensu stricto site in Brazil central

The Cerrado has been the main source of firewood and charcoal in Brazil, but despite being one of the hot spots for conservation of the world's biodiversity, neither plantations of native species nor sustainable management has been adopted in the region. The aim of this work was to investigate the biomass distribution and the potential for energy production of the cerrado species. The study was conducted in a cerrado sensu stricto site at the Água Limpa Farm (15º 56'14'' S and 47º 46'08'' W) in the Cerrado Biosphere Reserve. An area of 63.54ha was divided in 20 x 50m plots and, a random sample consisting of ten of these plots, representing 1.56% of the study-site, was assessed. All woody individuals from 5 cm diameter at 30 cm above ground level were identified and measured. Each individual was felled, the twigs thinner than 3cm were discarded while the larger branches and the trunks, both with bark, were weighted separately. After that, 2.5cm transverse sections of the trunk with bark were taken at 0, 25, 50, 75 and 100% of the length. A similar sample was also taken at the base of each branch. A total of 47 species in 35 genera and 24 families were found, with an average density of 673 individuals per ha. The diameter distribution showed a reversed-J shape with 67% of the individuals up to 13cm, while the maximum diameter was 32.30cm. Seven species represented 72% of the total biomass. In general, the species with higher production per tree were among those with higher production per ha. This content was distributed by diameter classes, reaching a maximum of 2.5ton/ha between 9 to 13cm and then, decreasing to 0.96 ton/ha between 29 to 33cm diameter. Carbon sequestering was 6.2ton/ha (until the actual stage of cerrado) based on an average 50% carbon content in the dry matter. The heat combustion of the wood varied from 18,903kj/kg to 20,888kj/kg with an average of 19,942kj/kg. The smaller diameter classes fix more carbon due to the large number of small plants per ha. But, for a species that reached larger dimensions and contained individuals in all diameter classes, Vochysia thyrsoidea, one can verify an increase in carbon fixation from 1.41 kg/ha in the first class (5 to 9cm) to 138,3kg/ha in the last (25 to 33cm). That indicates that it is possible to select species that reach larger size with a higher capacity of carbon accumulation per plant. The species that reached larger dimensions, with a production per tree above average and had high calorific power values were Dalbergia miscolobium, Pterodon pubescens and Sclerolobium paniculatum. These species have potential for use in fuelwood plantations and sustainable management.

Liiketoimintamahdollisuudet sähköisessä liikkumisessa

Tässä työssä tarkastellaan pk-yrityksen kohtaamaa monimutkaista ja alati muuttuvaa toimintaympäristöä. Ympäristöään tarkkailemalla yritys pystyy varautumaan ja vastaamaan muutoksiin nopeasti ja toimintakykyään heikentämättä. Työssä käydään läpi tapoja, joilla toimintaympäristöä ja tulevaisuudessa mahdollisti tapahtuvia muutoksia tarkkaillaan sekä miten yritys voi strategiallaan vaikuttaa omaan ketteryyteensä. Työssä tutustutaan myös sähköisen liikkumisen toimialaan ja siinä odotettavissa oleviin muutoksiin. Liikkumisen sähköistymiseen on useita syitä. Sähköenergiaa voidaan tuottaa kulloinkin parhaasta käytettävissä olevasta vaihtoehdosta, eikä liikenteen energian käyttö ole enää vain öljystä riippuvainen. Sähköajoneuvoja käytettäessä energian kulutus myös pienenee, sillä energiaketjun kokonaishyötysuhde paranee sähkömoottoreiden paremman hyötysuhteen ansiosta. Lisäksi sähköajoneuvot eivät tuota käytössä lainkaan paikallisia ilmapäästöjä ja niissä on polttomoottoreita huomattavasti alhaisempi melutaso. Palvelusektorilla on entistä merkittävämpi rooli yhteiskunnassa, sillä jopa kaksi kolmasosaa Euroopan työpaikoista ja bruttokansantuotteesta tulee erilaisista palveluista. Palvelut ovat enenevästi muodostumassa tuottavuuden ja kasvun tekijäksi, lisäksi se on ainoa osa-alue Euroopan taloudessa, jolla on onnistuttu luomaan uusia työpaikkoja kahden viime vuosikymmenen aikana. Elmotion Oy onkin tarttumassa vapaa-ajalla tapahtuvaan palveluliiketoimintaan. Työssä tutustutaan muutamiin vaihtoehtoihin, joissa yritys voi tuottaa mielenkiintoista ja hauskaa tekemistä ympäristömyönteisellä teknologialla.

Accelerated ageing like a vigour test to diasporas of Myracrodruon urundeuva Fr. Allem

This work established the adequate temperature and the period of exposition for the accelerated ageing test with diasporas of Myracrodruon urundeuva from an area of the Cerrado in the state of Mato Grosso, Brazil. Before and after the ageing, at the temperatures of 40ºC, 41ºC, 42ºC and 45ºC combined with periods of 12, 18, 24, 30 and 36 hours, the water content and germination were evaluated. For each treatment, 12g of diasporas in mini chambers with 40 mL of distilled water were submitted to the accelerated ageing test. A total of 100 diasporas, divided into four replications, in plastic boxes, on two sheets of blotting paper, in germinator at 25ºC and 8 hours of photoperiod were germinated. In all treatments the content of water of the aged diasporas was superior to 20% and this value stabilized itself between 25% and 28%, from the 18 hours of exposition. Independently of the tested periods, the ageing at the temperatures of 40ºC, 41ºC and 42ºC did not affect the germination. After the ageing at 45ºC, the germination did not differ among the periods of 12, 18 and 24 hours of exposition, but in all these periods it was inferior to the control and superior to the periods of 30 and 36 hours. In these last two periods, fungi were observed. The accelerated ageing of diasporas of Myracrodruon urundeuva should be conducted at the temperature of 45ºC, during the exposition periods of 12 to 24 hours.

Rankine-prosessin mallinnus keskilämpötila-alueessa

Tämä diplomityö on osa FCEP hankkeen Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa tehtävää tutkimusta polttomoottoreiden energiatehokkuuden parantamisesta. Työn tavoitteena on saada tutkimustietoa polttomoottoreiden ahtoilman hukkalämmön hyödyntämisestä sähköntuotannossa Rankine-prosessilla. Tavoitteena on myös suorittaa ahtoilman hukkalämpöä hyödyntävän koelaitteiston prosessitekninen mitoitus. Työssä kartoitetaan sovelluskohteeseen sopivimmat kiertoaineet sekä suoritetaan prosessin lämmönsiirtimien ja putkiston lämpö- ja virtaustekninen päämitoitus. Työssä tarkasteltavaksi moottoriksi valittiin Wärtsilä 4R32 – moottori. Laskennat suoritettiin moottorin valmistajan antamien arvojen perusteella. Laskennan perusperiaatteena oli vertailla vesihöyryprosessia ja ORC-prosessia keskilämpötilaisen ahtoilman hyödyntämisessä. Työssä vertailtiin 12 eri kiertoaineen prosessihyötysuhdetta, saatavaa sähkötehoa sekä prosessin painetasoja. Kiertoainevertailun perusteella koelaitteeseen valittiin neljä kohteeseen parhaiten soveltuvinta kiertoainetta, joille mitoitettiin höyrystin, lauhdutin, rekuperaattori ja putkisto. Diplomityön laskennan perusteella tutkimuksen kohteena olleen moottorin sähköntuotannon lisäykseksi saatiin 1,77 %, kun ahtoilman hukkalämpö muunnetaan Rankine-prosessilla sähköksi. Työssä saatiin arvokasta tietoa polttomoottorin ahtoilman hukkalämmön sähköksi muuntamisesta sekä vesihöyryprosessilla, että ORC-prosessilla.

A study on rate correlations of gasification reactions

Gasification offers an environmentally friendly alternative for conventional combustion enabling the use of low grade and troublesome fuel such as municipal waste. While combustion converts fuel directly into thermal energy and noxious gases, gasification thermally converts fuel into gas that can be used in multiple applications. The purpose of this work is to get to know the gasification as a phenomenon and examine the kinetics of gasification. The main interest is in the reaction rates of the most important gasification reactions - water-gas, Boudouard and shift reaction. Reaction rate correlations found in the scientific articles are examined in atmospheric pressure in different temperatures.

Dieselmoottorisen kaupunkilinja-auton muuttaminen sarjahybridiajoneuvoksi

Tutkimus on pohjustusta Lappeenrannan teknillisen yliopiston Green Campus–hankkeessa tulevaisuudessa mahdollisesti rakennettavalle Cambus–hybridibussille ja siihen liittyvälle muutostyölle. Tässä tutkimuksessa käsitellään asioita, joita kohdataan kun tavallinen dieselkäyttöinen linja–auto muutetaan hybridiajoneuvoksi. Työ sisältää teoriaosuuden, jossa esitellään peruskomponentteja esimerkiksi moottoreiden ja energianvarastointitekniikoiden osalta sekä uusimpia kehityskohteita polttomoottoreiden osalta. Tutkimuksessa on myös vertailtu erilaisia hybridivaihtoehtoja sekä käsitelty mm. tasauspyörästön välityssuhteen ja vaihteiston vaikutusta bussin teoreettiseen suorituskykyyn. Tehdyn tutkimustyön perusteella on hahmoteltu eräs mahdollinen sarjahybridibussin voimansiirtolinja esimerkkikomponentteineen. Tutkimuksessa esitetään myös laskelmia järjestelmän teoreettisesta polttoaineenkulutuksesta jarrutusenergian talteenotto huomioiden perinteiseen kaupunkilinja-autoon verrattuna.

Harvinaisten metallien talteenotto epäorgaanisista jätevirroista

Taloudellisesti tärkeiden metallien varannot ja tuotanto eivät ole jakautuneet tasaisesti. Maantieteelliset alueet, joilla ei ole omia varantoja ovat riippuvaisia muualta tuoduista raaka-aineista. Euroopan komissio ja USA:n energiaministeriö ovat luokitelleet tietyt metallit kriittisiksi niiden taloudellisen merkittävyyden ja saatavuuteen liittyvien epävarmuustekijöiden johdosta. Tällaisten metallien saatavuutta voitaisiin mahdollisesti parantaa lisäämällä niiden talteenottoa jätteistä. Tutkimuksessa kartoitettiin Euroopan komission kriittiseksi luokittelemien metallien pitoisuuksia eräissä jätevirroissa. Kartoitetut jätteet olivat teollisissa poltto-prosesseissa syntyneitä polttojätteitä, prosessiteollisuuden jätesakkoja ja sähkö- ja elektroniikkajätteitä. Kartoituksen perusteella valittiin lupaavimmat jätteet ja suoritettiin niille talteenottokokeita. Talteenottokokeita suoritettiin kolmelle jätteelle. Yhdestä jätesakasta liuotettiin indiumia rikki- ja suolahapoilla. Kahden eri polttojätteen seoksesta liuotettiin galliumia rikkihapolla. Käytettyjen loisteputkien käsittelyprosessista peräisin olleesta sakasta liuotettiin maametalleja rikki- ja suolahapoilla sekä rikki- ja typpihapon seoksella. Indium liukeni heikosti (korkeintaan 25 %) huoneenlämmössä rikkihapolla. Suolahapolla se liukeni paremmin (68 %). Polttojätteen liuotuskokeissa galliumin talteenottoasteen todettiin riippuvan käytetyn liuottimen määrästä. Loisteputkijätesakasta liukeni yttriumia ja europiumia kaikilla käytetyillä happoliuoksilla noin 70–100 %. Käytetyillä happokonsentraatioilla ei havaittu suuria eroja yttriumin ja europiumin liukoisuuksissa. Näitä metalleja voitaisiin mahdollisesti ottaa talteen tämän tyyppisestä sakasta liuottamalla ne happoliuoksella ja saostamalla oksalaattina. Tarvittaessa liuokset voitaisiin puhdistaa tai metallit erottaa toisistaan neste–nesteuutolla, joka on tärkein maametallien tuotantoon käytetty hydrometallurginen menetelmä.

BIOMASS SUPPLY CHAIN ANALYSIS WITH DENSIFIED WASTE

ABSTRACT The possibility to vary the energy matrix, thus reducing the dependency on fossil fuels, has amplified the acceptance of biomass as an alternative fuel. Despite being a cheap and renewable option and the fact that Brazil is a major producer of waste from agriculture and forestry activities, the use of these materials has barriers due to its low density and low energetic efficiency, which can raise the costs of its utilization. Biomass densification has drawn attention due to its advantage in comparison to in natura biomass due to its better physical and combustion characteristics. The objective of this paper is to evaluate the impact of biomass densification in distribution and transport costs. To reach this objective, a mathematical model was used to represent decisions at a supply chain that coordinates the purchase and sale of forestry and wood waste. The model can evaluate the options to deliver biomass through the supply chain combining demand meeting and low cost. Results point to the possibility of an economy of 60% in transport cost and a reduction of 63% in the required quantity of trucks when densified waste is used. However, costs related to the densifying process lead to an increase of total supply costs of at least 37,8% in comparison to in natura waste. Summing up, the viability of biomass briquettes industry requires a cheaper densification process.

Modeling study of limestone reactions in fluidized bed conditions

Traditionally limestone has been used for the flue gas desulfurization in fluidized bed combustion. Recently, several studies have been carried out to examine the use of limestone in applications which enable the removal of carbon dioxide from the combustion gases, such as calcium looping technology and oxy-fuel combustion. In these processes interlinked limestone reactions occur but the reaction mechanisms and kinetics are not yet fully understood. To examine these phenomena, analytical and numerical models have been created. In this work, the limestone reactions were studied with aid of one-dimensional numerical particle model. The model describes a single limestone particle in the process as a function of time, the progress of the reactions and the mass and energy transfer in the particle. The model-based results were compared with experimental laboratory scale BFB results. It was observed that by increasing the temperature from 850 °C to 950 °C the calcination was enhanced but the sulfate conversion was no more improved. A higher sulfur dioxide concentration accelerated the sulfation reaction and based on the modeling, the sulfation is first order with respect to SO2. The reaction order of O2 seems to become zero at high oxygen concentrations.