Hiilidioksidin talteenotto teräksen tuotannossa

Abstract

Tämän työn tavoitteena on tutkia, miten hiilidioksidin talteenottoa voidaan hyödyntää teräksen tuotannossa. Suomen tavoitteena on olla hiilineutraali vuoteen 2035 mennessä, kun taas EU:lla sama tavoite on vuoteen 2050 mennessä. Teräksen valmistus ja etenkin rautamalmin pelkistäminen raakaraudaksi tuottaa paljon hiilidioksidia. Vuonna 2020 metalliteollisuuden prosessiperäiset kasvihuonepäästöt kattoivat 8,6 % päästökaupan piiriin kuuluvista päästöistä Suomessa. Suurin osa näistä päästöistä syntyi raudan ja teräksen tuotannosta. Terästä voidaan valmistaa monella tavalla ja jokaiseen näistä tavoista liittyy useita vaiheita. Terästehtaan savukaasut ovat hajautuneet useisiin lähteisiin, mikä tekee kaiken hiilidioksidin talteenotosta lähes mahdotonta. Tämän lisäksi savukaasuilla on vielä käyttöarvoa terästehtaalla. Prosessien savukaasut voivat sisältää palamattomia hiilivetyjä ja hiilimonoksidia, joten niillä on vielä lämpöarvoa. Näitä savukaasuja yleensä käytetään terästehtaan muissa toiminnoissa ja energiantuotannossa. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan yleisimpiä teräksen valmistustapoja: masuunia ja emäshappimellotusta, valokaariuunia, suorapelkistystä ja sulapelkistystä. Hiilidioksidin talteenotossa tässä työssä keskitytään talteenoton termodynaamiseen näkökulmaan ja kolmeen talteenottomenetelmään: absorptioon, adsorptioon ja membraanisuodatukseen. Talteenoton termodynamiikkaa tarkastellessa voidaan huomata, että talteenottoon tarvittava energia riippuu vahvasti hiilidioksidin mooliosuudesta ja lämpötilasta. Talteenottomenetelmistä kaikilla kolmella on teollisia sovelluksia, mutta etenkin membraanisuodatus on vielä tutkimuksen alainen teknologia. Jokaisella talteenottomenetelmällä on omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Joissain tapauksissa talteenottomenetelmien yhdistelmät saattoivat toimia yksittäistä talteenottomenetelmää paremmin. Infrastruktuuri hiilidioksidin kuljetukselle ja loppusijoitukselle on vähäistä. Hiilidioksidi loppusijoitetaan siihen soveltuviin geologisiin muodostumiin ja vanhoihin öljykenttiin. Suomessa ei ole hiilidioksidin loppusijoitukseen soveltuvia paikkoja, vaan lähimmät tällaiset paikat löytyvät Pohjois-Saksasta, Pohjois-Puolasta, Tanskasta ja Norjasta. Tämä tarkoittaa, että hiilidioksidi tulisi kuljettaa Suomesta pois kaasuputkea pitkin tai meriteitse.