Etanoli liikennepolttoaineena Suomessa

Suomi on sitoutunut vähentämään liikenteen kasvihuonekaasupäästöjä ja lisäämään uusiutuvan energian käyttöä liikenteessä vuoteen 2020 mennessä. EU:n energiastrategian mukaisesti liikenteelle on asetettu 10 prosentin tavoiteosuus uusiutuvan energian osalta liikenteen energian loppukulutuksesta. EU:n tavoitteiden lisäksi Suomi on asettanut kansalliseksi tavoitteekseen uusiutuvan energian osuudeksi 20 prosenttia liikenteen energian loppukulutuksesta. Nestemäiset biopolttoaineet ovat laadukkaasti ja kestävästi tuotettuina nopea ja kustannustehokas tapa vähentää liikenteen kasvihuonekaasupäästöjä. Etanoli on maailman käytetyin liikenteen biopolttoaine. Maailman etanolin tuotannossa käytetään pääosin tärkkelys- ja sokeripitoisia raaka-aineita, kuten maissia ja sokeriruokoa. Pääosa Suomessa käytetystä etanolipolttoaineesta tuodaan ulkomailta. Ainoa Suomessa etanolia liikennekäyttöön tuottava yritys on St1 Biofuels Oy, joka käyttää etanolin tuotannossa jäteperäisiä raaka-aineita. Tulevaisuudessa yhtiö suunnittelee tuottavansa valtaosan Suomessa käytetystä etanolista selluloosapohjaisista raaka-aineista. Etanoli soveltuu käytettäväksi moottoripolttoaineena sellaisenaan, mutta useista käyttöteknisistä syistä sitä käytetään enimmäkseen bensiinikomponenttina. Suurin osa Suomessa käytetystä etanolista muodostuu moottoribensiineille asetetuista jakeluvelvoitteista. Korkeaseosetanolipolttoaineen (E85) käytölle suunnitelluissa FFV-ajoneuvoissa voidaan käyttää etanolin ja bensiinin seosta aina 85 tilavuusprosentin etanolipitoisuuteen asti. Lisäaineistettua etanolia voidaan myös käyttää dieselmoottorin polttoaineena. Tulevaisuudessa etanolipolttoaineen kulutus Suomessa keskittynee pääasiassa nykytilanteen mukaisesti etanolin käyttöön bensiinikomponenttina.

Eetteröintiprosessien simulointivalmiuksien kehittäminen

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia ETBE-prosessien simulointimallin kehittämistä. Simulointia varten valittiin eetteröinnin syöttövirroiksi etanoli ja tyypillinen FCC-kolonnin hiilivetysyöttö. Kirjallisuusosassa paneuduttiin tutkimaan syitä ETBE:n käytölle bensiinissä, valmistukseen tarvittavien raaka-aineiden lähteitä ja mahdollisia korvaavia raaka-aineita sekä mietittiin etanolissa olevien epäpuhtauksien vaikutusta prosessin tuotespesifikaatioihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin lisäksi eri valmistajien markkinoimia eetteröintiteknologioita. Eetteröintiteknlogiat jaettiin perinteiseen tislaukseen pohjautuviin prosesseihin, reaktiiviseen tislaukseen pohjautuviin prosesseihin sekä Neste Engineering:in markkinoimaan NExETHERS-teknologiaan. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin sekä etanolin epäpuhtauksien kulkeutumista prosessissa että kokeellisesti saadusta höyry-nestetasapainotiedosta määritettyjen Wilsonin yhtälön binääri-interaktioparametrien vaikutusta eetteröintiprosessin simulointituloksiin. Lopuksi simulointiin prosessia, jossa oli prosessin kannalta kriittiseksi havaitut etanolin epäpuhtaudet sekä hyviksi todetut binääri-interaktioparametrit etanolin ja FCC-syöttövirran C4-hiilivetyjen välillä. Uusilla binääriparametreilla saatuja simulointituloksia vertailtiin aikaisemmin samasta mallista vanhoilla binääriparametreilla saatuihin tuloksiin. Lopuksi tehtiin yhteenveto työn tuloksista ja annettiin ehdotukset jatkotutkimuksia varten.

Euroopan unionin kestävyyskriteerien soveltuvuus liikenteen biopolttoaineiden kasvihuonekaasuvaikutusten arviointiin

Euroopan unioni on niin sanotussa RES-direktiivissä asettanut tavoitteet uusiutuvan energian käytön lisäämiseksi 10 %:iin liikenteen energian kulutuksesta kaikissa jäsenmaissa vuoteen 2020 mennessä. Eräs näistä uusiutuvan energian muodoista on biopolttoaineet. Tässä työssä testataan RES-direktiivissä esitettyä laskentamenetelmää biopolttoaineiden tuotannon ja käytön kasvihuonekaasupäästöjen arviointiin. Esimerkkitapauksena on yhdyskuntien ja teollisuuden jätemateriaalia raaka-aineena käyttävän jäte-etanoliprosessin ja siihen yhdistetyn sähköä ja lämpöä tuottavan CHP-laitoksen päästölaskenta. Laskennan yhteydessä käy ilmi RES-direktiivin laskentamenetelmän tulkinnanvaraisuus. Laskentamenetelmän perusteella järjestelmäraja voidaan asettaa usealla eri tavalla, jolloin saadut päästövähennystulokset vaihtelevat huomattavasti eri tulkintavaihtoehtojen välillä. Jäte-etanolin tapauksessa tulokset ovat myös hyvin riippuvaisia jätemateriaalille määritellystä päästökertoimesta. Laskennan perusteella voidaankin sanoa, että RES-direktiivin laskentamenetelmällä saadut päästövähennystulokset biopolttoaineille ovat hyvin epävarmoja ja riippuvat sekä laskennan lähtöoletuksista että direktiivin tulkintatavasta. RES-direktiivin laskentamenetelmää voidaan myös pitää hyvin suppeana lähestymistapana biopolttoaineiden kasvihuonekaasuvaikutusten arviointiin. Tarkastelua tehdään suppealla järjestelmärajalla ja esimerkiksi biopolttoaineketjujen aiheuttamat epäsuorat ilmastovaikutukset jäävät huomioimatta. RES-direktiivin laskentamenetelmä perustuu perinteiseen staattiseen elinkaariarviointiin eli syytarkasteluun eikä sovellu arvioimaan muutosta. Ilmastomuutoksen hillinnän haastavuuden ja kiireellisyyden vuoksi biopolttoaineiden ilmastovaikutuksia tulisi kuitenkin arvioida myös laajemmin muutostarkasteluna, ja verrata biopolttoaineiden avulla saatuja päästövähennyksiä muilla keinoin saavutettuihin päästövähennyksiin. Näin voitaisiin paremmin arvioida sitä, mitkä keinot soveltuvat parhaiten nopeiden päästövähennysten saavuttamiseen.

Survey of transportation of liquid bulk chemicals in the Baltic Sea

This study is made as a part of the Chembaltic (Risks of Maritime Transportation of Chemicals in Baltic Sea) project which gathers information on the chemicals transported in the Baltic Sea. The purpose of this study is to provide an overview of handling volumes of liquid bulk chemicals (including liquefied gases) in the Baltic Sea ports and to find out what the most transported liquid bulk chemicals in the Baltic Sea are. Oil and oil products are also viewed in this study but only in a general level. Oils and oil products may also include chemical-related substances (e.g. certain bio-fuels which belong to MARPOL annex II category) in some cargo statistics. Chemicals in packaged form are excluded from the study. Most of the facts about the transport volumes of chemicals presented in this study are based on secondary written sources of Scandinavian, Russian, Baltic and international origin. Furthermore, statistical sources, academic journals, periodicals, newspapers and in later years also different homepages on the Internet have been used as sources of information. Chemical handling volumes in Finnish ports were examined in more detail by using a nationwide vessel traffic system called PortNet. Many previous studies have shown that the Baltic Sea ports are annually handling more than 11 million tonnes of liquid chemicals transported in bulk. Based on this study, it appears that the number may be even higher. The liquid bulk chemicals account for approximately 4 % of the total amount of liquid bulk cargoes handled in the Baltic Sea ports. Most of the liquid bulk chemicals are handled in Finnish and Swedish ports and their proportion of all liquid chemicals handled in the Baltic Sea is altogether over 50 %. The most handled chemicals in the Baltic Sea ports are methanol, sodium hydroxide solution, ammonia, sulphuric and phosphoric acid, pentanes, aromatic free solvents, xylenes, methyl tert-butyl ether (MTBE) and ethanol and ethanol solutions. All of these chemicals are handled at least hundred thousand tonnes or some of them even over 1 million tonnes per year, but since chemical-specific data from all the Baltic Sea countries is not available, the exact tonnages could not be calculated in this study. In addition to these above-mentioned chemicals, there are also other high volume chemicals handled in the Baltic Sea ports (e.g. ethylene, propane and butane) but exact tonnes are missing. Furthermore, high amounts of liquid fertilisers, such as solution of urea and ammonium nitrate in water, are transported in the Baltic Sea. The results of the study can be considered indicative. Updated information about transported chemicals in the Baltic Sea is the first step in the risk assessment of the chemicals. The chemical-specific transportation data help to target hazard or e.g. grounding/collision risk evaluations to chemicals that are handled most or have significant environmental hazard potential. Data gathered in this study will be used as background information in later stages of the Chembaltic project when the risks of the chemicals transported in the Baltic Sea are assessed to highlight the chemicals that require special attention from an environmental point of view in potential marine accident situations in the Baltic Sea area.

Advanced biofuel production: Engineering metabolic pathways for butanol and propane biosynthesis.

Greenhouse gases emitted from energy production and transportation are dramatically changing the climate of Planet Earth. As a consequence, global warming is affecting the living conditions of numerous plant and animal species, including ours. Thus the development of sustainable and renewable liquid fuels is an essential global challenge in order to combat the climate change. In the past decades many technologies have been developed as alternatives to currently used petroleum fuels, such as bioethanol and biodiesel. However, even with gradually increasing production, the market penetration of these first generation biofuels is still relatively small compared to fossil fuels. Researchers have long ago realized that there is a need for advanced biofuels with improved physical and chemical properties compared to bioethanol and with biomass raw materials not competing with food production. Several target molecules have been identified as potential fuel candidates, such as alkanes, fatty acids, long carbon‐chain alcohols and isoprenoids. The current study focuses on the biosynthesis of butanol and propane as possible biofuels. The scope of this research was to investigate novel heterologous metabolic pathways and to identify bottlenecks for alcohol and alkane generation using Escherichia coli as a model host microorganism. The first theme of the work studied the pathways generating butyraldehyde, the common denominator for butanol and propane biosynthesis. Two ways of generating butyraldehyde were described, one via the bacterial fatty acid elongation machinery and the other via partial overexpression of the acetone‐butanol‐ethanol fermentation pathway found in Clostridium acetobutylicum. The second theme of the experimental work studied the reduction of butyraldehyde to butanol catalysed by various bacterial aldehyde‐reductase enzymes, whereas the final part of the work investigated the in vivo kinetics of the cyanobacterial aldehyde deformylating oxygenase (ADO) for the generation of hydrocarbons. The results showed that the novel butanol pathway, based on fatty acid biosynthesis consisting of an acyl‐ACP thioesterase and a carboxylic acid reductase, is tolerant to oxygen, thus being an efficient alternative to the previous Clostridial pathways. It was also shown that butanol can be produced from acetyl‐CoA using acetoacetyl CoA synthase (NphT7) or acetyl‐CoA acetyltransferase (AtoB) enzymes. The study also demonstrated, for the first time, that bacterial biosynthesis of propane is possible. The efficiency of the system is clearly limited by the poor kinetic properties of the ADO enzyme, and for proper function in vivo, the catalytic machinery requires a coupled electron relay system.