Polttoprosessit

Polttoprosesseissa hiilidioksidia syntyy voimalaitoksissa (sähkön- ja lämmöntuotanto), teollisuudessa (mm. metsäteollisuuden höyry- ja soodakattilat) sekä esimerkiksi puun ja öljyn pienpoltossa.

Päijät-Hämeessä päästökauppajärjestelmässä mukana olevien polttoyksiköiden hiilidioksidipäästöt vuonna 2020 olivat 116,1 kt CO₂:sta, josta suurin lähde on Stora Enso Oyj:n Heinolan flutingtehdas (106,8 kt CO₂). Loput päästöt muodostuvat Lahti Energia Oy:n voimalaitoksista (5,6 kt), Koskipower Oy:n Järvelän levyteollisuudesta (2,7 kt) sekä Adven Oy:n Heinolan voimalaitoksesta (1,0 kt). (Energiavirasto)

Hiilidioksidin talteenottoa polttolaitoksissa ei vielä nykyisin ole laajamittaisesti otettu käyttöön Päijät-Hämeessä. Biopolttoaineiden polttaminen luokitellaan jo nykyisin hiilineutraaliksi, mutta lisäämällä polttolaitokseen hiilidioksidin talteenotto prosessista saataisiin hiilinegatiivinen.

Kustannukset

Hiilidioksidin talteenotto kuluttaa runsaasti energiaa, joten talteenottoprosessien energiatehokkuus onkin merkittävin teknisen kehityksen kohde. Tällä hetkellä hiilidioksidin talteenoton on raportoitu maksavan biovoimalaitoksessa 65–90 €/t ja hiilivoimalaitoksessa 60–85 €/t (Kearns et al. 2021). Koska energiankäyttö lisää prosessin kustannuksia, tehokas lämpöintegrointi on edellytys prosessin kannattavuudelle.

Epäpuhtaudet

Savukaasuissa on tyypillisesti hiilidioksidia 3–15 %, typpeä ja happea. Lisäksi niissä voi olla epäpuhtauksia, kuten

• hiukkaset

• hiilimonoksidi (CO)

• typen ja rikin oksideja (NOx ja SOx)

• HCl- ja HF-kaasut.

Epäpuhtauksien syntyyn vaikuttaa sekä polttoprosessi että polttoaineen koostumus. Materiaalikierrätykseen kelpaamattomasta materiaalista (mm. muovi, paperi, pahvi ja puu) valmistettu kierrätyspolttoaine tuottaa poltossa paljon epäpuhtauksia. Sen sijaan biomassan polton tuottamaa hiilidioksidia täytyy puhdistaa vähiten.

Talteenotto- ja puhdistusmenetelmät

Polttoprosessien hiilidioksidin yleiset talteenottomenetelmät ovat

• polttoa edeltävät menetelmät

• polton jälkeiset menetelmät

  • kemiallinen absorptio (yleisin ja kaupallisesti saatavissa)

  • adsorptio

  • membraanisuodatus

• happipolttomenetelmät.

Kemiallinen absorptio (MEA)

Polton jälkeisten menetelmien etuna on laaja sovellettavuus. Yleisin kemialliseen absorptioon perustuva amiinipesumenetelmä on kaupallisesti saatavissa, luotettava ja edullinen. Siinä hiilidioksidi poistetaan savukaasusta kemiallisia liuottimia, yleisimmin monoetanoliamiinia (MEA), käyttävillä pesureilla (Teir et al. 2011). Liuotin absorboi hiilidioksidin jäähdytetystä savukaasusta ja myöhemmin vapauttaa puhtaan hiilidioksidivirran, minkä jälkeen liuos regeneroidaan käytettäväksi uudelleen. MEA-prosessin CO₂-erotustehokkuus on tyypillisesti 80–90 %, ja regeneroinnin energiankulutus on noin 3,7 MJ/kg CO₂.

Puhdistuksen vaiheet:

1. Savukaasusta poistetaan hiukkaset ja happamat komponentit (tyypillisesti NOx ja SOx), jotka voisivat hajottaa liuottimen kemiallisesti.

2. Savukaasu jäähdytetään erillisessä lämmönvaihtimessa tai suoraan CO₂:n erotuspesurissa.

3. Pesurikolonnissa liuotin absorboi savukaasun CO₂:n ja liuotinneste johdetaan haihdutuskolonniin.

4. Haihdutuskolonnissa liuottimen CO₂ erotetaan kaasumaiseksi joko lämmittämällä, painetta muuttamalla tai molemmilla.

5. Liuotin regeneroidaan ja johdetaan takaisin CO₂:n erotuspesuriin.

Videovinkit

Viitteet

Energiavirasto. Päästöselvitykset. http://www.paastolupa.fi/listemissionreports

Kearns, David, Harry Liu ja Chris Consoli. 2021. Technology Readiness and Costs of CCS. https://www.globalccsinstitute.com/wp-content/uploads/2021/04/CCS-Tech-and-Costs.pdf

Teir, Sebastian, Toni Pikkarainen, Lauri Kujanpää, Eemeli Tsupari, Janne Kärki, Antti Arasto ja Soile Aatos. 2011. Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS) - Teknologiakatsaus. Espoo, Finland: VTT Technical Research Centre of Finland. https://www.vttresearch.com/sites/default/files/pdf/workingpapers/2011/W161.pdf