Hiilidioksidin talteenotto savukaasuista

Abstract

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli tutkia kirjallisuuden avulla hiilidioksidin talteenottoa savukaasuista. Ilmastonmuutoksen pysäyttämiseksi energiakenttään tarvitaan muutosta päästöjen alentamiseen. Fossiilisilla polttoaineilla on kuitenkin edelleen niin merkittävä osuus maailman energiantuotannossa, että kaiken korvaaminen uusiutuvalla energialla on toistaiseksi lähes mahdotonta. Hiilidioksidin talteenotto voisi olla hyvä vaihtoehto hiilidioksidipäästöjen alentamiseen ilman, että koko energiakenttää tarvitsisi muuttaa fossiilisista uusiutuviin energianlähteisiin. Tämä tutkimus keskittyi kolmeen tunnetuimpaan polton jälkeiseen talteenottomenetelmään: kemialliseen absorptioon, adsorptioon kiinteillä sorbenteilla ja membraanisuodatukseen. Näistä etenkin kemiallisesta absorptiosta löytyi paljon tutkimustietoa kirjallisuudesta ja sen sovelluksesta amiinipesusta on myös muutamia käytännön kokemuksia teollisuudesta. Adsorptio ja membraanisuodatus sen sijaan ovat vielä kehitysasteella olevia menetelmiä mutta niistäkin löytyi kirjallisuudesta useita tutkimuksia. Työssä tutkittiin näiden menetelmien ominaisuuksia ja sovelluksia, sekä suoritettiin teknistaloudellista vertailua niiden välillä. Teknisten ominaisuuksien vertailussa huomattiin, että kaikilla vertailtavilla menetelmillä voimalaitoksen hyötysuhde laskee noin 7-11 %-yksikköä ja sähkötehon alenema on välillä 18-26 %-yksikköä. Parhaiten vertailussa pärjäsi metalliorgaanisia runkorakenteita käyttävä lämpötilan muutoksessa tapahtuvaan adsorptioon perustuva TSA-prosessi, jolla hyötysuhde laski 7 %-yksikköä ja sähkötehon alenema oli 18 %-yksikköä. Hieman yllättävä tulos oli amiinipesun heikkous vertailussa, kun sen käyttö laski voimalaitoksen hyötysuhdetta 10,9 %-yksikköä ja sähköteho 24 %-yksikköä. Teknistaloudellista vertailua suoritettaessa amiinipesu nousi selvästi taloudellisesti kannattavimmaksi menetelmäksi. Sillä talteenoton hinnaksi saatiin 33,6 euroa tonnilta hiilidioksidia, kun esimerkiksi membraanisuodatuksella vastaava arvo oli 44,7 euroa tonnilta hiilidioksidia. Vertailtaessa tasoitettuja sähkönhintoja niin sanotulla LCOE-menetelmällä amiinipesu sai arvon 24,8 €/MWh kun taas huonoimman arvon sai metalliorgaanisia runkorakenteita käyttävä TSA-prosessi arvolla 44,2 €/MWh. Luvuista käy kuitenkin ilmi, että hiilidioksidin talteenotto on nykyisellään melko kaukana taloudellisesti kannattavasta toiminnasta, kun hiilidioksidin nykyinen päästökauppahinta on noin 21 euroa tonnilta hiilidioksidia. Hiilidioksidin talteenoton tulevaisuus on riippuvainen teknologian kehityksen lisäksi myös poliittisista päätöksistä. Talteenotosta aiheutuu yksistään niin paljon kuluja, että yritysten ei ole järkevää lähteä investoimaan siihen. Lisäksi kuluihin täytyy huomioida kuljetuksesta ja varastoinnista aiheutuvat kustannukset, joihin ei tässä työssä otettu kantaa. Päästökauppahinnan nostamisella talteenotosta olisi mahdollista saada taloudellisesti kannattavaa toimintaa ja yritysten kiinnostus sitä kohtaan voisi nousta. Kokonaisuudessaan teknologia mahdollistaisi jo nyt hiilidioksidin talteenoton teollisen tason toiminnan mutta talouden näkökulmasta sen yleistyminen lähivuosina ei ole kovin todennäköistä. Oikeilla poliittisilla päätöksillä se kuitenkin voisi olla yksi tulevaisuuden ratkaisu hiilidioksidipäästöjen hillitsemiseksi.