Toisen jäte on toisen raaka-aine – Kierrätys ja uudelleenvalmistus taloudellisesti ja ekologisesti kestävänä liiketoimintamahdollisuutena

Toisen jäte on toisen raaka-aine – Kierrätys ja uudelleenvalmistus taloudellisesti ja ekologisesti kestävänä liiketoimintamahdollisuutena Väitöskirjatutkimus tarkastelee kierrätystä ja uudelleenvalmistusta sekä siihen perustuvaa kierrätysliiketoimintaa taloudellisesti ja ekologisesti kestävänä liiketoimintamahdollisuutena. Tässä kestävyys tarkoittaa jätekysymysten ratkaisemista tavalla, joka mahdollistaa kestävän kehityksen periaatteiden mukaisen yhteiskunnan kehittymisen. Jätteisiin liittyvät taloudelliset ja ekolo- giset kysymykset ovat merkittävä yhteiskunnallinen haaste. Tämä luo tarpeen tutkimukselle, jonka lähtökohtana on jätekysymysten moniulotteinen tarkas- telu ja yksittäisen yrityksen toiminnan suhteuttaminen osaksi laajempaa kokonaisuutta. Tässä tutkimuksessa jätteen hyödyntämistä materiaalina lähestytään sekä empiirisesti yrityksen näkökulmasta että teoreettisesti systeemiajattelun tarjoamasta laajemmasta perspektiivistä. Tutkimuksen tavoitteena on ymmär- tää kierrätystä ja uudelleenvalmistusta liiketoimintamahdollisuutena, niiden merkitystä yrityksessä, alueella ja kierrätystaloudessa sekä näiden vuorovai- kutteista suhdetta taloudelliseen ja ekologiseen kestävyyteen nähden. Tutki- muskysymys on tärkeä, koska siihen vastaamalla syvennetään ymmärrystä yrityksissä tapahtuvan kierrätyksen ja uudelleenvalmistuksen merkityksestä kestävämmän yhteiskunnan rakentumisessa. Tutkimuksen teoriaperusta pohjautuu teollisen ekologian kirjallisuuteen ja ekoteollisen kehityksen tutkimukseen. Kierrätysliiketoiminnan kestävyyden tarkastelu rakentuu tutkimuksessa teollisen ekologian ja ekoteollisen kehityk- sen lähtökohtana olevaan win-win-ajatteluun, jonka mukaan hyvä ympäristö- suorituskyky ja hyvä taloudellinen suorituskyky voivat vahvistaa toisiaan. Kierrätysliiketoiminnan teoreettisessa tarkastelussa keskeisiä elementtejä ovat kierrätystalouden malli, teollisen ekologian alueelliset systeemit, ekoteolliset verkostot ja yrityksen rooli teollista ekologiaa soveltavana toimijana. Tutki- muksen keskeisenä kontribuutiona on yritysnäkökulman integroiminen aiem- paa vahvemmin osaksi teollisen ekologian diskursseja. Kierrätysliiketoiminnan taloudelliseen ja ekologiseen kannattavuuteen ja sen myötä kestävyyteen liittyviä kysymyksiä on lähestytty tekemällä yritys- haastatteluja ja hyödyntämällä valmista haastatteluaineistoa. Tutkimusta varten haastattelin 10 kierrätysliiketoimintaa harjoittavaa yritystä vuosina 2007 ja 2008. Tämän lisäksi tutkimuksessa on hyödynnetty Turun ammatti- korkeakoulun ja Turku Science Parkin toteuttamassa RESU-hankkeessa (Kierrätysliiketoiminta ja resurssitehokkuus Varsinais-Suomen vahvuudeksi – RESU) vuosina 2013 ja 2014 kerättyä aineistoa. Hankkeessa haastateltiin yhteensä 25 jätemateriaalia hyödyntävää ja/tai tuottavaa yritystä. Aineistojen analysointimenetelmänä on sisällönanalyysi. Analyysin tulok- sena muodostettiin yhteensä viisi pääteemaa ja 12 alateemaa. Teemat kuvaavat kierrätysliiketoimintaa aiempaa moniulotteisemmin ja näin syventävät ymmär- rystä ilmiön merkityksestä kestävämmän yhteiskunnan rakentumisessa. Teolli- sen ekologian alaan kuuluvat kvalitatiiviset tutkimukset ovat melko harvinai- sia, joten tämän väitöstutkimuksen ilmeisenä vahvuutena on laadullisen tutkimusmenetelmän hyödyntäminen. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta, että kierrätystalouden kehittymistä edistävä kierrätysliiketoiminta on monimuotoista ja sisältää erilaisia liiketoi- mintamahdollisuuksia sekä arvoketjuja. Paikallistuntemus ja keskeinen sijainti jätemateriaalien tuottajien suhteen on tärkeä kriteeri kierrätysliiketoiminnassa, mutta jätemateriaaleja myös kuljetetaan pitkiä matkoja. Paikallisia tai alueelli- sia jätevirtoja hyödyntävä kierrätysliiketoiminta voi tukea alueellista kestä- vyyttä, mutta toisinaan myös keskitetty hyödyntäminen voi olla kestävä vaih- toehto. Yhteistyöverkostot ovat tärkeitä jätemateriaalin laadun ja saatavuuden näkökulmasta. Tutkimus osoittaa, että kierrätysliiketoimintaa harjoittavat yritykset ovat samalla sekä kierrätystalouden käytännön toimeenpanijoita että uuden toimintakulttuurin luojia. Tutkimuksen tulosten perusteella voidaan esittää johtopäätös, että kierrä- tysliiketoiminta on taloudellisesti ja ekologisesti kannattava liiketoimintamah- dollisuus. Win-win-ratkaisut eivät kuitenkaan takaa kierrätysliiketoiminnan kestävyyttä. Kierrätysliiketoiminnan kestävyyden arvioiminen edellyttää laajaa perspektiiviä ja toiminnan vaikutusten suhteuttamista mittakaavaan, ajalliseen ulottuvuuteen, interventioon ja sosiaalisiin kysymyksiin. Teolliseen ekologiaan perustuva kierrätysliiketoiminta luo mahdollisuuksia edistää kestävyyttä, joten tällä perusteella kierrätystä ja uudelleenvalmistusta voidaan pitää kestävänä liiketoimintamahdollisuutena. Avainsanat: kierrätysliiketoiminta, kierrätys, uudelleenvalmistus, systeemiajattelu, teollinen ekologia, ekoteollinen kehitys, kierrätystalous, win-win-ajattelu, kestävyys One company's waste is another's raw material –Recycling and remanufacturing as an economically and environmentally sustainable business opportunity The thesis investigates whether product recycling and remanufacturing can serve as a business opportunity that is economically and ecologically sustaina- ble. In this effort, my idea is to contribute to solving the waste issue in a manner that makes it possible to strive toward sustainable societal develop- ment. The economic and ecological questions associated with waste flows are a significant challenge. The complexity of the issue requires a multidimen- sional approach in which the operation of an individual company is viewed in the context of the larger societal system. In this thesis waste utilization as a resource with value is considered both from an empirical perspective on the firm as well as from a more general viewpoint offered by systems analysis. The objective of the thesis is to under- stand recycling and remanufacturing as a business opportunity. The thesis considers the meaning of recycling and remanufacturing for a single company, for the region the company is located and for the recycling economy. The objective of this study is important for it enhances the understanding of the product recycling and remanufacturing processes that take place within busi- ness organizations and how these processes affect societal sustainable development. The theoretical basis arises from industrial ecology and from the literature on eco-industrial development. The business-economic win-win situation and this vision serve as the basic position from which recycling business is inves- tigated in the thesis. In the theoretical discussion, key elements are recycling economy model, regional and local industrial ecosystems, eco-industrial networks and the role of a company as an actor that applies industrial ecology in practice. The main contribution of this study lies in integrating the company perspective more strongly into the industrial ecology discourses. The recycling business has been studied by conducting interviews in companies and by secondary analysis of an existing interview material. During 2007 and 2008 I made 10 interviews in companies that are active in recycling business. In addition, I used interview material gathered for the project “Recycling business and resource efficiency as the strength of Southwest Finland” (RESU) by Turku University of Applied Sciences and Turku Science Park during the period 2013–2014. This data covers altogether 25 businesses that either utilize and/or produce waste materials. The data has been analyzed using the content analysis method. This process led to the development of 5 main themes and 12 sub-themes. These themes describe the recycling business multi-dimensionally and thus understanding of the phenomenon and its role in building a sustainable society are substantially deepened in this research. In the field of industrial ecology qualitative studies are relatively rare and therefore the qualitative research approach is an evident strength of the thesis. The results show that the recycling business activity supporting recycling economy has diverse dimensions including various business opportunities and diverse value chains. The results show that for waste producers it is important to know the local situational factors and to have a central geographical location. Waste materials are, however, transported over long distances as well. The study indicates that local waste flow utilization can support regional sustainability, while occasionally a more centralized utilization can be sustain- able. Collaboration networks are important to secure the quality and availabil- ity of utilizable waste materials. The thesis demonstrates that the companies practicing recycling business serve simultaneously as actors that implement recycling economy and enhance a new operation culture within the business community. The overall conclusion of the thesis argues that recycling business is a business opportunity that can support both an economically and environmen- tally viable business operation. However, win-win solutions do not secure the sustainability of recycling business. The sustainability evaluation of recycling business requires a holistic systems perspective. The actions undertaken need to be considered with changing spatial and temporal system boundaries, societal intervention and placed in the context of relevant societal issues. Industrial ecology -based recycling business creates opportunities for sustain- ability and thus recycling and remanufacturing present an opportunity for sustainable business. Keywords: Recycling business; Recycling; Remanufacturing, Systems thinking; Industrial ecology; Eco-industrial development; Recycling Economy; Win-Win thinking; Sustainability

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.

Jätevesien puhdistus jätevesialtaissa jäädyttämällä - Kartoitus potentiaalisista sovellutuksista Suomessa

Uusia jäteveden puhdistusprosesseja kartoitetaan Suomessakin esimerkiksi kiristyvien päästömääräyksien vuoksi sekä parempia kustannus- ja energiatehokkuuksia tavoiteltaessa. Jätevesien puhdistus on Suomessa jo nykyään hyvällä tasolla, mutta muun muassa raskasmetallien, torjunta-aineiden, hormonien ja lääkeaineiden pitoisuuksien kasvut jätevesissä asettavat haasteita nykyisin käytössä oleville jäteveden puhdistusmenetelmille, sillä niitä ei ole suunniteltu näiden aineiden talteenottoon ja suurin osa aineista jää veteen. Lisäksi jätevedet halutaan nähdä enemmänkin resurssina kuin jätteenä, josta voidaan ottaa talteen hyödyllisiä komponentteja, kuten suoloja. Alueilla, joissa vuorokauden keskilämpötila pysyttelee edes osan vuodesta pakkasella, veden luonnollista jäätymisprosessia voidaan käyttää hyväksi jäteveden puhdistuksessa. Tässä työssä selvitettiin kiteytymisen teorian ja aikaisempien tutkimusten avulla, millaisten jätevesien puhdistukseen jäädytyskiteytys sopii sekä pohdittiin menetelmän potentiaalisia sovelluskohteita Suomessa. Jäädytyskiteytyksen todettiin olevan turvallinen ja energiatehokas ratkaisu monien koostumukseltaan erilaisien jätevesien puhdistukseen. Menetelmällä voitaneen puhdistaa öljyisiä, orgaanisia ja/tai epäorgaanisia epäpuhtauksia tai raskasmetalleja sisältäviä sekä myrkyllisiä jätevesiä. Olosuhteet prosessille ovat parhaat Pohjois-Suomessa, jossa vuorokauden keskilämpötila pysyttelee nollan alapuolella noin seitsemän kuukautta vuodesta. Etelä-Suomessa vastaava luku on kolme. Menetelmän potentiaalisia sovelluskohteita ovat esimerkiksi kaivosteollisuuden ja kaatopaikkojen jätevedet, joiden puhdistukseen jäädytyskiteytys saattaisi soveltua erinomaisesti. Jäädyttämällä voitaisiin myös puhdistaa tekstiili- ja nahkateollisuuden jätevesiä, sillä niiden sisältämien väriaineiden erottaminen vedestä on perinteisillä jäteveden puhdistusmenetelmillä usein vaikeaa tai jopa mahdotonta. Suolojen kiteyttämiseen vaadittavia korkeampia suolapitoisuuksia todettiin löytyvän lähinnä membraaniprosessien, kuten käänteisosmoosin, rejektivesistä. Sopivimmat eutektiset olosuhteet kiteyttämiseen ovat natriumsulfaatilla, kaliumsulfaatilla ja natriumkarbonaatilla. Veden luonnollisen jäätymisprosessin hyödyntäminen jätevedenpuhdistuksessa on huomionarvoinen idea. Prosessin käyttöönottoa haittaavat esimerkiksi korkeat investointikustannukset, mutta ne tulevat todennäköisesti ajan myötä teknologian kehittyessä laskemaan. Lisäksi monet prosessiin liittyvät käytännön asiat ovat vielä tutkimuksen alla. On myös huomattava, että Suomessakaan lämpötila ei pysyttele koko vuotta pakkasella, joten jäädytyksen rinnalla on oltava jokin toinen prosessi, jolla jätevedet puhdistetaan lämpötilan ollessa nollan yläpuolella.

Prerequisites for commercialization of tube granulator for fly ash

A large amount of fly ash is produced in power plants and a big fraction of it ends up as waste to landfills. Disposal of fly ash to landfills is expensive for power plants due to for example waste taxation. However fly ash can utilized in different applications. Possibility of utilizing fly ash can be increased by granulation which also removes the dustiness problems of ash. This Thesis deals with the prerequisites for commercialization of a new granulation technique, tube granulation. Tube granulation technique utilizes water, calcium oxide in fly ash plus carbon dioxide and heat from flue gas. This Thesis determines the necessary auxiliary equipment for tube granulation, approaches for process dimensioning and implementation of the granulation process into a continuous power plant process. In addition, the economic benefits of tube granulation are examined from the user’s perspective. A continuous tube granulation process requires the following auxiliary systems to function: ash system, water feed system and flue gas system. Implementation of tube granulation system into a power plant process depends on the specific power plant but a general principle is that fly ash should be obtained to the granulator as fresh as possible and flue gas should be taken from the pressure side of a flue gas fan. Dimensioning of the process can be examined for example in terms of degree of filling and residence time in the granulator or in terms of granule drying. Determining the optimal dimensioning parameters requires pilot tests with the granulator.

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.

Ravinnevisio : Selvitys Pirkanmaan puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinteista ja niiden potentiaalisesta käytöstä

Selvityksen Pirkanmaan puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinteista ja niiden potentiaalisesta käytöstä on teettänyt Pirkanmaan ELY-keskus, Pirkanmaan Jätehuolto Oy, Tampereen Seudun Keskuspuhdistamo Oy ja Nokian Vesi Oy. Työn on toteuttanut Tampereen teknillinen yliopisto ja Luonnonvarakeskus. Työssä selvitettiin Pirkanmaan alueen ja erityisesti Tampereen seudun yhdyskuntajätevesien käsittelyssä muodostuvien puhdistamolietteiden ja biojätteiden ravinnesisältöä, käsittelyä biokaasulaitoksessa ja mädätysjäännöksen prosessointiin soveltuvia tekniikoita. Lisäksi selvitettiin mädätysjäännöksen tai siitä prosessoitujen lannoitevalmisteiden käyttöä maa- ja metsätaloudessa sekä viherrakentamisessa. Työn pidemmän aikavälin tavoitteena on yhdyskuntajäteveden puhdistamolietteiden ja biojätteiden sekä niiden sisältämien ravinteiden hyötykäytön edistäminen maakunnassa. Selvityksen perusteella Tampereen seudulla näyttäisi olevan puhdistamoliete- ja biojäteperäisten lannoitevalmisteiden ja maanparannusaineiden käyttöön soveltuvaa peltoalaa kohtuullisella kuljetusetäisyydellä. Tuotteiden laajamittainen hyötykäyttö ja ravinteiden kierrätys riippuu oleellisesti tuotteen myyntiketjun ja levityspalvelujen sekä tuotteen ominaisuuksien kehittämisestä, ohjaavien toimien ja lainsäädännön ohella. Nykyisen tietämyksen valossa suurin este puhdistamolietteiden hyödyntämiselle ovat ennakkoasenteet, sillä tehtyjen riskinarviointien perusteella puhdistamoliete- tai biojäteperäisten lannoitevalmisteiden käytöstä ei aiheudu vaaraa ihmisille.