Lentotuhka on voimalaitosten savukaasuista talteen otettava tuhkajae, joka laitoksen polttoaineesta riippuen voi sisältää raskasmetalleja. Raskasmetalleja sisältävä lehtotuhka täytyy sijoittaa vaarallisen jätteen kaatopaikalle sen korkean liukoisuuden takia. Parantaakseen lentotuhkan kaatopaikkakelpoisuutta Valmet teki yhteistyötä VTT:n kanssa ja löysi kustannustehokkaan tavan käsitellä lentotuhkaa. Karbonointitekniikalla VTT pystyi vähentämään lentotuhkan raskasmetallien liukoisuutta, parantamaan materiaalin kaatopaikkakelpoisuutta ja täten helpottamaan sen jatkokäsittelyä.
Lyhyesti
Karbonointi parantaa lentotuhkan kaatopaikkakelpoisuutta merkittävästi parantaen samalla sen kierrätysmahdollisuuksia.
Onnistuneen penkkipilottiajon ansiosta saavutettiin teknologinen valmiustaso 4 (TRL 4).
Valmetilla on nyt tarvittavat tiedot ratkaisun skaalaamiseen ja kaupallistamiseen.
Valmet on maailman johtava prosessiteknologian, automaatioratkaisujen ja palvelujen toimittaja ja kehittäjä sellu-, paperi- ja energiateollisuudelle. Yritys on sitoutunut edistämään asiakkaidensa menestystä sekä kehittämään tulevaisuuden ratkaisuja.
Lentotuhkan sisältämät raskasmetallit tekevät siitä vaarallista jätettä
Lentotuhka on hienojakoista tuhkaa, joka otetaan talteen voimalaitoksen savukaasusta. Polttoaineena käytettävän purkupuun maalit sekä säilöntä- ja lisäaineet, jotka voivat sisältää muun muassa lyijyä, sinkkiä ja kuparia, rikastuvat lentotuhkaan. Helposti liukenevien raskasmetallien vuoksi lentotuhka luokitellaan vaaralliseksi jätteeksi, ja se on joko käsiteltävä erikseen tai sijoitettava vaarallisen jätteen kaatopaikalle. Tämä aiheuttaa lisäkustannuksia.
Valmet ja VTT pyrkivät löytämään lentotuhkalle yksinkertaisen ja kustannustehokkaan käsittelytavan, joka parantaa sen kaatopaikkakelpoisuutta. Valmet halusi paitsi auttaa asiakkaitaan karsimaan kustannuksia myös tarjota heille keinon hyödyntää olemassa olevia sivuvirtoja ja vähentää syntyvän jätteen määrää.
”Valmet haluaa tukea asiakkaitaan heidän nollajätetavoitteidensa saavuttamisessa sekä mahdollistaa materiaalien kierrätyksen”, sanoo Valmetin tuoteinsinööri Jere Jakonen.
Lentotuhkan raskasmetallien liukoisuutta voidaan vähentää savukaasujen avulla
Alusta alkaen oli selvää, että ratkaisun oli oltava yksinkertainen, suoraviivainen ja kustannustehokas, jotta se vastaisi lentotuhkajätteen käsittelyllä mahdollisesti saavutettavia etuja. Lisäksi ratkaisun tuli soveltua voimalaitosympäristöön. Alustavien testien jälkeen karbonointi osoittautui parhaaksi lähestymistavaksi.
Karbonoinnissa lentotuhka sekoitetaan veden ja savukaasun kanssa hydrometallurgisessa reaktorissa, minkä seurauksena tuhkaan kertyneiden raskasmetallien liukoisuus laskee merkittävästi.
”Voimalaitoksen tuottamat savukaasut sisältävät hiilidioksidia, joten karbonointiin tarvittavaa raaka-ainetta on helposti saatavilla”, sanoo VTT:n vanhempi tutkija Teppo Riihimäki.
”Tuhka stabiloidaan voimalaitoksen savukaasun hiilidioksidin avulla siten, että raskasmetallien liukoisuus vähenee ja emäksinen pH laskee. Tämän seurauksena lentotuhkan kaatopaikkakelpoisuus paranee ja jatkokäsittely helpottuu.”
VTT:n ainutlaatuinen infrastruktuuri mahdollisti pilottiajon sekä teknologisen valmiustaso 4:n saavuttamisen
Projekti polkaistiin käyntiin panoskokeilla, joissa tutkittiin eri käsittelymenetelmien soveltuvuutta. Käsiteltyjen tuhkien kaatopaikkakelpoisuustesteillä arvioitiin vertailtavien menetelmien tehokkuutta raskasmetallien stabiloinnissa. Alustavien laboratoriotestien jälkeen vuorossa oli viikon mittainen pilottiajo valitulle prosessitekniikalle eli karbonoinnille, jonka aikana määritettiin optimaaliset olosuhteet ja liuoskierrot. ”Oli hienoa saada olla laboratoriossa koeajojen aikana, sillä se konkretisoi asioita”, Valmetin Jere Jakonen sanoo.
”Kävimme hyviä keskusteluja testejä tekevien tutkijoiden kanssa. Se antoi ehdottomasti paremman käsityksen prosessista.”
Seuraavaksi VTT loi pilottiajon tulosten perusteella simulointimallin, jonka avulla laitosmittakaavan prosessivirrat sekä pääoma- ja käyttökustannukset voitiin arvioida yksityiskohtaisemmin. Malli auttoi myös määrittelemään tarvittavat parametrit seuraavan mittakaavan prototyypin suunnittelua varten.
”Onnistuimme nostamaan konseptin teknologisen valmiustason (TRL-tason) tutkimusideasta (TRL 0) laboratorio-olosuhteissa validoidun teknologian tasolle (TRL 4)”, VTT:n Teppo Riihimäki iloitsee.
VTT:n pilotointikeskus Bioruukin ainutlaatuinen teknologiainfrastruktuuri teki VTT:stä luonnollisen valinnan Valmetin tutkimuskumppaniksi. Bioruukin pilottilinjalla prosesseja voi testata jatkuvatoimisissa koeajoissa, jotka voivat kestää päivistä viikkoihin.
”VTT:n automaattinen pilottilaitteisto Flexmet on helposti räätälöitävissä: voimme muuttaa reaktoreiden lukumäärää sekä säätää viipymäaikoja, liuoskiertoja ja lisäaineita prosessin optimoimiseksi ja asiakkaan tarpeiden mukaan. Lisäksi saamme automaatiojärjestelmästä prosessidatan talteen koko koeajon ajalta”, Riihimäki kertoo.
Voimme muuttaa reaktoreiden lukumäärää sekä säätää viipymäaikoja, liuoskiertoja ja lisäaineita prosessin optimoimiseksi ja asiakkaan tarpeiden mukaan.
Uusia liiketoimintamahdollisuuksia Valmetille
Karbonoinnin avulla VTT pystyi parantamaan lentotuhkan kaatopaikkakelpoisuutta, mikä helpottaa sen jatkokäsittelyä. Karbonointiin tarvittava hiilidioksidi saadaan voimalaitoksen savukaasusta, joten kemikaaleja ei tarvitse erikseen hankkia.
”Yhteistyössä VTT:n kanssa pystyimme todentamaan, että jatkuva prosessi toimii kokonaisuutena”, Jere Jakonen sanoo.
”Meillä on nyt tarvittavat lähtötiedot seuraavia vaiheita varten.”
Valmetilla ja VTT:llä on pitkä yhteinen historia kiertotaloutta edistävien ratkaisujen ja tuotteiden kehittämisessä.
”Tiesimme, että VTT:llä oli tarvittavaa asiantuntemusta ja oikeanlaista infrastruktuuria. Se takasi sen, että me Valmetilla pystyimme keskittymään täysin projektin suunnitteluun. Työskentely VTT:n kanssa on sujuvaa ja helppoa, ja he toimittavat aina sen, mitä tarvitsemme.”
Tiesimme, että VTT:llä oli tarvittavaa asiantuntemusta ja oikeanlaista infrastruktuuria. Se takasi sen, että me Valmetilla pystyimme keskittymään täysin projektin suunnitteluun.
