VTT kehittää biomassan polttoteknologiaa – tavoitteena negatiiviset päästöt

10.10.2016

VTT:n tavoitteena on löytää hiilidioksidin talteenottoteknologia Suomen sähkön- ja lämmöntuotantolaitoksille. Ensimmäiset pilotoinnit toteutettiin VTT:n Bioruukissa puupelleteillä ja tulokset ovat lupaavia.

Suomi on hyvää vauhtia saavuttamassa vuoden 2020 ilmastotavoitteet, mutta on jo nyt selvää, että vuoden 2050 tavoitteita on mahdotonta saavuttaa ilman suuria muutoksia energiantuotannossa ja muussa teollisuudessa.

VTT on laskenut, että hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS, Carbon Capture and Storage) voisi kannattavasti kattaa kolmanneksen Suomen kasvihuonekaasupäästöjen vähennyksistä vuoteen 2050 mennessä. Yli 80 prosenttia hiilidioksidin talteenotosta kohdistuisi biomassan polttoon tai jalostukseen ja loput hiili-intensiiviseen teollisuuteen. Biomassa on uusiutuva polttoaine, joka sitoo hiilidioksidia ilmakehästä kasvaessaan. Jos biomassan poltossa muodostuva hiilidioksidi otetaan talteen ja varastoidaan pysyvästi syvälle kallioperään, saadaan ilmakehästä poistettua hiilidioksidia.

CLC-polttotekniikka (Chemical Looping Combustion) on lupaava, uusiin laitoksiin soveltuva hiilidioksidin talteenottoteknologia.  Kyseessä on tekniikka, jonka sivutuotteena syntyvä savukaasu koostuu hiilidioksidista ja vedestä. Koska kaasussa ei ole typpeä, on hiilidioksidi helppo erottaa ja ottaa talteen – toisin kuin vaihtoehtoisissa tekniikoissa. Biomassan poltto CLC-tekniikalla (Bio-CLC) on uusi tutkimusalue, ja VTT:n kokeet ovat maailmalla uraauurtavia.

Hiilidioksidin talteenotto kuluttaa energiaa. Hapen kantajiin perustuva menetelmä lupaa kuitenkin maltillista energiankulutusta. Hiilidioksidin erottaminen ja talteenotto helpottuvat, kun polttoaine palaa kaasuseoksessa, jossa ei ole ilman mukana tulevaa typpeä. Hapen tuottaminen ilmasta vaatii kuitenkin runsaasti energiaa. Siksi happipolton tutkijoita kiinnostaa, miten hapen voisi tuoda voimalaitoskattilaan sidottuna johonkin kantaja-aineeseen, kuten metallioksidiin.

Bio-CLC-tekniikan pilot-kokeet VTT:n Bioruukissa

Ensimmäiset kokeet VTT:n Bioruukissa osoittivat Bio-CLC:n toimivuuden biomassan polttomenetelmänä. Polttoaineina olivat käsittelemätön ja lämpökäsitelty puupelletti ja hapenkantajana käytettiin ilmeniittiä, luonnonmineraalia, joka sisältää pääasiassa rautatitaanioksidia.  Pilotissa tuotettu polttoaineteho ylsi 20 kilowattiin. Teho on 100 kertaa laboratoriomittakaavan tehoa suurempi ja noin 1000 kertaa pienempi kuin teollisen voimalaitoskattilan tuotanto.

Biomassan klooriyhdisteet aiheuttavat perinteisiä polttoteknologioita käytettäessä kuumakorroosioriskin, minkä vuoksi höyryn lämpötila on pidettävä alhaisena ja hyötysuhde kärsii. Bio-CLC-tekniikkaa käyttämällä voidaan käyttää korkeita lämpötiloja ja päästään hyvään hyötysuhteeseen. VTT:n kokeissa ei havaittu viitteitä korroosioriskistä. Asian varmistaminen edellyttää kuitenkin vielä lisäkokeita.

Menetelmä parantaa sähköntuotannon hyötysuhdetta, koska se voidaan toteuttaa tavallista korkeammilla höyryn lämpötiloilla aiheuttamatta korroosio-ongelmia lämmönsiirtopinnoilla.

VTT toteutti polttokokeet CLIC Innovation Oy:n koordinoimassa CCSP-tutkimusohjelmassa (Carbon Capture and Storage Program), jota rahoittavat Tekes, Fortum Oyj, Helen Oy ja Amec Foster Wheeler Energia Oy. Projektin yhteistyökumppanina oli Nordic Energy Research'in rahoittama Negative CO2-projekti.

Menetelmän jatkokehitys, polttokokeet ja kaupallistaminen etenevät yhteispohjoismaisessa Nordic Energy Research -kärkihankkeessa, jossa VTT on mukana.

Ei vielä mukana päästökaupassa

Bio-CLC-tekniikan kehittäminen edellyttää, että myös biomassojen poltossa syntyvän hiilidioksidin talteenotto hyvitetään päästökaupassa samoin kuin fossiilisenkin. Tällä hetkellä tämä puute päästökauppalainsäädännössä ei ole ongelma, koska teknologia ei ole vielä valmis, mutta se haittaa kuitenkin teknologian kehittymistä. VTT valmistelee parhaillaan julkaisua, jossa ehdotetaan keinoja hyvittää myös bioperäisen hiilidioksidin talteenotto päästökaupassa.

Hiilidioksidin talteenottomenetelmä Bio-CLC-prosessissa

  • Happi tuodaan reaktoriin kiinteään metallioksidiin sidottuna.
  • Kun happi on irronnut metallioksidista ja reagoinut polttoaineen kanssa, pelkistynyt hapenkantaja palautetaan erilliseen reaktoriin, jossa se hapetetaan ilman avulla.
  • Savukaasut koostuvat pääasiassa puhtaasta hiilidioksidista ja vesihöyrystä, josta hiilidioksidi ja muut epäpuhtaudet ovat helppo erottaa.
  • Hapenkantajia hyödyntäviä menetelmiä ei ole vielä kaupallisessa käytössä

 

MEDIAMATERIAALI

VTT:n Bioruukki (Kuva: VTT)

 

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