Väitös: Uusi laskentamenetelmä bioenergiaprosessien supertasapainotilojen mallintamiseen

27.5.2015

Bioenergian valmistuksessa syntyy prosessilaitteita haittaavia päästöjä, tervaa ja saostumia. Ongelmien syynä ovat usein yhdisteiden aiheuttamat supertasapainotilat. VTT:n erikoistutkija, tekniikan lisensiaatti Petteri Kangas on väitöstyössään kehittänyt CFE-laskentamenetelmää, jolla on mahdollista kuvata yhtä aikaa supertasapainotilat, niihin liittyvät tärkeimmät kemialliset reaktiot, prosessin lämmöntuotanto sekä tilansuureet.

Mustalipeä, kuori ja metsätähteet kattavat yli viidenneksen kotimaisesta energian kulutuksesta. Tuotantolaitokset eivät kuitenkaan aina toimi täydellisesti ja niiden prosesseissa syntyy erilaisia kaasu- ja hiukkaspäästöjä, tervoja sekä prosessilaitteita kuluttavia saostumia ja ruostumista. Usein syy näihin ongelmiin on prosessissa esiintyvä epätasapainotila: tietyt yhdisteet rikastuvat prosessissa ja muodostavat supertasapainotiloja.

Väitöstyössä kehitettiin uusi laskentamenetelmä, jolla voidaan kuvata supertasapainotilat, tärkeimmät niihin liittyvät kemialliset reaktiot, prosessin lämmöntuotanto ja tilansuureet yhtä aikaa. Laskentamenetelmä perustuu VTT:llä kehitettyyn ainutlaatuiseen rajoitettuun vapaaenergiamenetelmään. VTT:n CFE-menetelmää on aiemmin sovellettu onnistuneesti muun muassa paperi-, metalli- ja kemianteollisuudessa. Väitöstyössä esitetyt bioenergiasovellukset ovat uusi sovellusalue menetelmälle.

Työ osoitti laskentatavan soveltuvan hyvin korkealämpöisiin energiatekniikan prosesseihin, joissa kemiallista systeemiä rajoittavia tekijöitä oli rajallinen määrä ja siten super-tasapainotila saattoi muodostua prosessissa. Tyypillisiä sovelluskohteita malleille ovat biomassan ja mustalipeän poltto, biomassan kaasutus ja typpioksidipäästöt.

Työn aikana arvioitiin myös erilaisia tapoja määritellä supertasapainojen muodostumista rajoittavat tekijät. Rajoitukset voitiin tehdä teollisiin mittauksiin pohjautuen, kokeellisia malleja hyödyntäen tai mekanistiseen reaktiokinetiikkaan perustuen.

Tulevaisuudessa väitöstyön tuloksia voidaan hyödyntää prosessisuunnittelussa ja tutkittaessa uusia teknisiä ratkaisuja biomassan ja biopolttoaineiden kaasutus- ja polttotekniikoissa. Kehitetty menetelmä tarjoaa hyvän vaihtoehdon perinteisille mekanistisille ja ilmiömalleille yhdistäen näiden parhaita puolia.

 



Väitöstilaisuus 28.5.

Tekniikan lisensiaatti Petteri Kangas väittelee 28.5.2015 klo 12 Åbo Akademin luonnontieteiden ja tekniikan tiedekunnassa aiheesta Modelling the super-equilibria in thermal biomass conversion - Applications and limitations of the constrained free energy method (Malleja supertasapainotiloista puun termisessä konversiossa - Rajoitetun vapaaenergiatekniikan sovellukset ja rajoitukset). Väitöstilaisuus järjestetään Salin-auditoriossa (Piispankatu 8, Turku). Vastaväittäjänä toimii professori Franz Winter, Technische Universität Wien.

Asiakaspalvelu
Sähköpostiinfo@vtt.fi
Puhelin020 722 7070
Avoinna arkisin klo 9.00 - 11.00 ja 12.00 - 15.00