Kuitulaboratorion tutkija Teijo Linnanen on ollut kehittämässä luontoystävällistä hiilidioksin talteenottoprosessia. Kuva: Manu Eloaho / MamkUusi menetelmä ottaa hiilidioksidin savukaasuista talteen luontoystävällisesti
Mikkelin ammattikorkeakoulun Savonlinnan Kuitulaboratoriossa on kehitetty tehokas, mutta samalla luontoystävällinen tapa hiilidioksidin talteenottoon teollisuuden savukaasuista.
Kuitulaboratoriossa kehitetty hiilidioksidin talteenotto perustuu kaasujen veteen liukenemiseen (absorptio) ja liuenneiden kaasujen vedestä vapauttamiseen (desorptio). Kemikaalittomassa prosessissa hyödynnetään ainoastaan paineen ja lämpötilan sekä nesteen ja kaasun virtausnopeuksien muutoksia.
Hiilidioksidin talteenottokoe näkyy videolla
Kuitulaboratoriossa CO2-talteen -tutkimusprojektissa kehitetty menetelmä on koetoiminnassa videolla. Koetta varten syöttökaasuksi on valmistettu hiilidioksidi- ja typpikaasua sekä paineilmaa sisältävä kaasuseos, joka jäljittelee teollisuuden savukaasuja. Kokeessa vesikierrolla syöttökaasusta otettiin talteen hiilidioksidia hyvällä talteenottoasteella sekä korkealla tuotekaasun pitoisuudella. Pilot-latteistolla on tehty hiilidioksidin talteenottokokeita yhteensä jo yli sadan tunnin ajan eri voimalaitoksilla. Näissä käytännön kokeissa hiilidioksidia on saatu talteen vakaasti korkealla, tuotekaasuksi soveltuvalla pitoisuudella.
Hiilioksidi liukenee veteen typpeä ja happea paremmin
Vesiabsorptiomenetelmän lähtökohtana on hiilidioksidin noin satakertaa parempi liukeneminen veteen kuin mitä typpi- ja happikaasuilla on. Savukaasussa on hiilidioksidin ohella runsaasti typpeä ja happea. Kaasujen väliset erot veteen liukenemisessa mahdollistavat hiilidioksidin talteenoton kiertävän veden avulla.
Talteenotto vaatii suhteessa suuren kiertovesivirtauksen, mutta prosessissa voidaan kierrättää samaa vettä. Menetelmässä hyödynnetään myös kaasujen osapaine-eroja, joiden avulla hiilidioksidin erotus ja rikastus saadaan vesikierron eri vaiheissa aikaan.
Vesiabsorptioerotusmenetelmän perusrakenne ja prosessin optimaaliset olosuhteet on todennettu simulointilaskelmin. Lisäksi prosessia on testattu tehdasympäristössä. Käytännön kokeet ovat puoltaneet laskelmia osoittaen, että vesikierrolla pystytään erottamaan savukaasuista hiilidioksidia hyvin.
Energiatehokkuudeltaan kilpailukykyinen menetelmä
Kun erotusprosessi säädetään energiankulutukseltaan optimaaliselle tasolle, on se laskennallisesti energiatehokkuudeltaan kilpailukykyinen käytössä oleviin erotusmenetelmiin verrattuna.
Menetelmän hyötysuhde paranee edelleen, mitä enemmän syöttökaasu sisältää hiilidioksidia, tai jos talteen otettua hiilidioksidia ei nesteytetä, vaan se käytetään suoraan kaasuna esimerkiksi tehtaissa tai kasvihuoneissa.
Simulointilaskelmien ja käytännön kokeiden perusteella vesiabsorptiomenetelmää voidaan ajatella ympäristöystävälliseksi ja kilpailukykyiseksi vaihtoehdoksi kemiallisille menetelmille, kuten amiinimenetelmälle voimalaitosten hiilidioksidin talteenotossa.
CO2-talteen -projekti
Vesiabsorptio -menetelmä hiilidioksidin talteen ottoon on kehitetty Mamkin Kuitulaboratoriossa ”CO2:n fysikaaliseen erotusprosessiin liittyvien prosessi-ilmiöiden ja olosuhteiden hallinta” -tutkimusprojektissa.
Tavoitteena oli löytää optimaaliset olosuhteet savukaasussa olevan hiilidioksidin erottamiselle vesiabsorption avulla. Lisäksi tavoitteena oli esittää prosessilaitteiston perusrakenne ja laskea prosessin kannattavuus ja soveltuvuus teollisiin olosuhteisiin. Tutkimus toteutettiin 1.1.2010–30.9.2012 välisenä aikana.
Kehitystyössä olivat Mikkelin ammattikorkeakoulun lisäksi mukana Control Express Finland Oy, Mekateam Oy ja Wetend Technologies Oy. Projektissa tutkimuspäällikkönä toimi tekniikan tohtori Hannu Kuopanportti ja tutkijana diplomi-insinööri Teijo Linnanen.
Menetelmälle on myönnetty patentti ja siitä kerätään testauksilla vielä lisää näyttöä.
Prosessitekniikan erikoistumisopinnot aloitetaan Savonlinnan Kuitulaboratoriossa
Kuitulaboratoriossa opetetaan jatkossa prosessitekniikkaa. Materiaali- ja prosessitekniikan opinnoista kaksi ensimmäistä vuotta toteutetaan Mikkelissä, ja tämän jälkeen prosessitekniikkaan erikoistuvien opetus tapahtuu Kuitulaboratoriossa Savonlinnassa. Kuitulaboratorio on teollisuuden prosesseja tutkiva ja kehittävä tutkimusyksikkö, jossa panostetaan sellu- ja paperitekniikkaan sekä biomateriaalien jalostukseen yhdessä yritysten kanssa. Tutustu Kuitulaboratorioon täällä.
Voisiko paperin valmistuksessa käyttää suoraan savukaasuja erottamatta pois esim. Typpeä ja happea?
Käytännössä savukaasun käyttö sellaisenaan ei ole mahdollista. Paperinvalmistusprosessissa pyritään poistamaan kaikki massasuspension sisältämä kaasu ennen perälaatikkoa, sillä kaasukuplat aikaansaavat paperirainaan reikiä vaikeuttaen paperin jatkokäsittelyä. Savukaasun sisältämä hiilidioksidi voitaisiin ehkä saada reagooimaan kalkkimaiden kanssa kalsiumkarbonaatiksi, mutta suurin osa kaasusta (mm. polttoilman typen osuus 78 %) jäisi reagoimatta mikä taas vatisi valtavan kaasunpoistojärjetelmän rakentamisen.
Kun hiilidioksidi erotetaan puhtaana savukaasusta ja sen annetaan reagoida kalkkimaidon kanssa karbonaatiksi, se kuluu kokonaan eikä paperikonemassaan jää kaasujäämiä.
VTT:n hiilidioksidin talteenotto ja -varastointiohjelman asiantuntija Sebastian Teri on arvioinut, että Mamkin patentoima menetelmä voi olla yhtä kilpailukykyinen kuin jo markkinoilla olevat menetelmät, kun hyödyntävän laitoksen koko on sopivan pieni. Viitteenä YLEn ulkomaan uutiset englanniksi : http://yle.fi/uutiset/finns_invent_promising_method_for_co2_reduction/7280158 .
Markku J. Rossi , tutkimusjohtaja, Mikkelin ammattikorkeakoulu Oy