VTT: Happipoltolla voidaan vähentää hiilidioksidipäästöjä

Menetelmä soveltuu erityisesti suomalaiseen energiatuotantoon

VTT:n koordinoiman kolmivuotisen hankkeen lupaavat tulokset ovat kannustaneet energiateollisuutta laajentamaan kokeiluja hiilidioksidin keräykseen happipolton avulla. Happipoltto sopii hyvin Suomessa yleiseen yhdistettyyn sähkön ja lämmöntuotantoratkaisuihin. Menetelmä luo mahdollisuudet hidastaa ilmastonmuutosta ja parantaa yritysten kilpailukykyä.

Päättyneessä Happipolttokonseptit-hankkeessa kehitettiin menetelmää hiilenpoltossa syntyvien päästöjen vähentämiseksi. Happipoltolla tarkoitetaan menetelmää, jossa polttoaine poltetaan ilman sijasta hapen ja kiertokaasun seoksessa, jolloin savukaasuihin saadaan tiivistettyä korkea hiilidioksidipitoisuus. Hiilidioksidia voidaan tällöin erottaa energiatehokkaasti pääasiassa paineistamalla ja jäähdyttämällä.

Pienen mittakaavan koepoltoissa VTT:n kiertoleijulaitteella saatiin lupaavia tuloksia. Polttokokeet erilaisilla hiilillä ovat osoittaneet, että palaminen happipoltossa on jopa parempaa kuin normaalissa ilmapoltossa. Mittausten mukaan happipoltossa kaikki päästöt ovat olleet pienempiä tai samalla tasolla kuin ilmapoltossa.

Happipoltossa voimalaan kuuluu kattilalaitoksen lisäksi hapenvalmistus- ja hiilidioksidinerotusyksiköt, jotka heikentävät laitoksen hyötysuhdetta ja lisäävät investointikustannuksia. Laitoskonseptin optimoimiseksi VTT:n koordinoimassa hankkeessa kehitettiin ja sovellettiin erilaisia happipolttolaitoksen suunnittelua tukevia malleja ja työkaluja. Simulointien avulla muun muassa huomattiin, että Suomessa yleinen yhdistetty lämmön ja sähköntuotanto (CHP) soveltuu pelkkää sähköntuotantoa paremmin happipolttoon. Tämä johtuu siitä, että CHP-voimalassa voidaan hyödyntää tehokkaammin erilaisia matalan lämpötilatason ”hukkalämpöjä”.

Nyt päättyneen hankkeen tulosten pohjalta käynnistetään uusia tutkimuksia menetelmän laajempaa käyttöönottoa varten. Työ jatkuu jo käynnistyneissä hankkeissa, kuten CCS Suomi -hankkeessa, jossa tutkitaan hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin soveltamista Suomen olosuhteissa ja sen vaikutuksia tulevaisuuden energiantuotantorakenteeseen.

Uusia hankkeita odotetaan käynnistyvän energia- ja ympäristötekniikan SHOK:n (strategisen huippuosaamisen keskittymän) Cleen Oy:n kautta. Lisäksi yritysten oman tutkimuksen ja toimeksiantotutkimuksen odotetaan lisääntyvän uusien liiketoimintamahdollisuuksien luomiseksi ja kilpailukyvyn parantamiseksi. Tavoitteena on siirtää tekniikka suurempiin laitoksiin ja parantaa sen taloudellista kannattavuutta.

VTT:n koordinoima monikansallinen EU:n 7. puiteohjelman hanke ”Flexi Burn CFB” on juuri käynnistymässä. Hankkeessa kehitetään korkean hyötysuhteen CFB-kattilatekniikkaa, jossa sama voimala voi toimia joustavasti ilma- ja happipoltolla. Tekniikkaa demonstroidaan 30 MWth kokoluokassa, ja näin luodaan edellytyksiä suunnitella suuremman kokoluokan laitoksia.

Kolmivuotisessa Happipolttokonseptit-hankkeessa oli mukana laaja yritys- ja tutkimusorganisaatioiden konsortio. Hankkeeseen osallistuivat voimalaitostoimittajat Foster Wheeler Energia ja Metso Power, energiayhtiöt Fortum, PVO ja Jyväskylän Energia sekä energia- ja polttoaineyhtiö Vapo. Hanketta koordinoivan VTT:n rinnalla tutkimusosapuolina olivat Teknillinen korkeakoulu, Lappeenrannan teknillinen yliopisto ja Tampereen teknillinen yliopisto. Hanke oli osa Tekesin ClimBus-ohjelmaa.

Hankkeessa tutkittiin hapenvalmistustekniikoita, polttoprosesseja ja niiden mallintamista, hiilidioksidin talteenoton ratkaisuja sekä näiden yhdistämistä optimaaliseksi kokonaiskonseptiksi.