Onnimannista Matikka - Vetaanista väitöskirja

    Huoltovarmuuden toteutuksia 7.9.2017

    Huoltovarmuuskeskus osallistui vuosina 2011 – 2013 VTT:n Tekes-projektiin yhdessä mm. Helsingin Energian, Gasum Oy:n ja Neste Oil Oyj:n kanssa. Biopolttoaineet ovat Suomen huoltovarmuudelle etu: tuontiöljyä korvaavaa raaka-ainetta on runsaasti saatavana; prosessin kehittäminen lisää sen kannattavuutta.

    Väitöskirja
    Väitöskirja

    Vetaani-projekti tuotti tutkimustulosten lisäksi myös väitöskirjan:

    Noora Kaisalon väitöstutkimus käsittelee tervan reformointia biomassan – esim. hakkuujätteen - kaasutuskaasun puhdistuksessa.

    Biopolttoaineita valmistetaan erilaisista raaka-aineista eri menetelmin. Esimerkiksi bioetanolia voidaan valmistaa fermentoimalla sokeria tai tärkkelystä. Voidaan myös transesteröidä tai hydrata (vedyttää) rasvaa ja öljyjä, kuten Nesteen NexBTL:n valmistuksessa. Kolmas tuotantotapa on kaasuttaa biomassaa; kaasutuskaasu vielä reformoidaan ja puhdistetaan kaikista epäpuhtauksista synteesikaasuksi, josta voidaan jatkojalostaa polttonestesynteesillä esimerkiksi bensiiniä, dieseliä tai lentopetrolia.

    Biopolttoaineiden raaka-aineena voidaan käyttää kasviöljyjä ja viljaa, mutta niiden tarve ruokahuollossa on ristiriidassa energiakäytön kanssa. Lignoselluloosabiomassa – puu ja olki – ei ole poissa kenenkään lautaselta.

    Puuainekseksi käy hyvin hakkuujäte, kannot, kuori ja oksat, joille ei olisi muuta kannattavaa käyttöä.

    Kaasutus on kiinteän tai nestemäisen hiilipitoisen materiaalin muuttamista kaasumaiseksi.
    Puun kaasutus on polttamista liian vähällä hapella, jolloin syntyy häkää.
    Kaasutettaessa 750–1000°C:ssa biomassaa (kaasuttimessa lisäksi ilmaa tai happea, vettä ja leijutusmateriaalia, katalyyttisiä petimateriaaleja, esim. hiekkaa tai dolomiittia,) muodostuu kaasutuskaasua, josta puhdistuksen jälkeen saadaan synteesikaasua: vetyä ja hiilimonoksidia, sekä lisäksi mm. alkalimetalleja, ammoniakkia ja tervaa.

    Puhdistetusta kaasusta voidaan Fischer-Tropsch –synteesillä tuottaa myös kemianteollisuuden, esimerkiksi muovin raaka-aineita.

    Tutkimuksen tarkoituksena oli parantaa jo käytössä olevaa prosessia; happi-höyry-kaasutus on toimiva, mutta hapen erottaminen ilmasta prosessia varten on kallista: toimisiko systeemi ilman lisättyä happea?

    Lisäksi Noora Kaisalo tutki mm. miten tervan määrää voitaisiin saada vähennettyä jo kaasuttimessa katalyyttisesti aktiivisilla petimateriaaleilla, miten paine vaikuttaa aktiivisuuteen ja miten prosessin olosuhteet vaikuttavat tervan muodostumiseen.

    Terva, Suomen historiallinen musta kulta, on tässä kaasutusprosessissa turha tökötti (*), josta on päästävä eroon. Se tukkii ja sotkee laitteet, voi hiillyttää katalyytit - jatkojalostuksessa käytettävät katalyytit eivät kestä tervoja.

    Kokeellisessa työssä tehtiin yli 500 tunnin koeajoja eri katalyyteillä, paineilla ja petimateriaaleilla.

    Tutkimustuloksina oli mm.: hiilivetyjen suhde höyryn ja hapen määrään vaikutti katalyyttien hiiltymiseen, (seurauksena reaktori tukkeutui), ja jalometallikatalyytit toimivat paremmin kuin nikkelikatalyytti. Lisäksi paine vaikuttaa oleellisesti: sen noustessa aktiivisuus vähenee ja tervojen muodostuminen keveistä hiilivedyistä lisääntyy. Jos tervan määrää voidaan vähentää ennen reformeria, voidaan käyttää edullisempaa höyryreformointia.

    Tutkimuksen seuraava vaihe voisi olla tulosten vieminen kokeellisesta mittakaavasta teolliseen pilotointiin.

    TkT Noora Kaisalo
    Noora Kaisalo

    Tuore tohtori Noora Kaisalo oli tyytyväinen Vetaanin osuudesta väitöstyön mahdollistajana.

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    *=Tökötti on koivupuusta (yleensä tuohesta) hiilettämällä valmistettua tervaa. Sitä on käytetty kivikaudella kivityökalujen kiinnittämiseen puisiin varsiin ja veneiden paikkaamiseen. Sana tökötti on lainaa venäjän kielen sanasta djogot (ven. дёготь), joka tarkoittaa tervaa. Mänty- ja leppätervaa – joka oli Suomen vientituote – käytettiin veneiden suojaamiseen.

     

    teksti ja kuvat Päivi Kallioinen